[发明专利]终点侦测方法及化学机械抛光系统的抛光方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种终点侦测方法及化学机械抛光系统的抛光方法。

背景技术

随着半导体器件特征尺寸的减小，如果晶片表面出现过大的起伏，那么后续的一系列的工艺对线宽的控制将会变得越来越困难。因此，在半导体工艺流程中，化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是非常重要的一道工序，有时也称之为化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization，CMP)。所谓化学机械抛光，它是采用化学与机械综合作用从半导体硅片上去除多余材料，并使其获得平坦表面的工艺过程。

具体来说，这种抛光方法通常是将待抛光的晶圆1A由抛光头2A夹持，并将其以一定压力压于一高速旋转的抛光垫3A上，并在包含有化学抛光剂和研磨颗粒的抛光液4A的作用下通过抛光垫3A与晶片1A的相互摩擦达到平坦化的目的，如图1所示为传统的抛光机台示意图。一般来说，化学机械抛光过程中通常会用到抛光垫修整器5A来修理抛光垫3A，避免抛光垫3A上的研磨液4A硬化刮伤晶圆，另外还会有一个终点侦测装置，用于侦测晶圆表面抛光的终点，即判断抛光处理是否完成，如图1所示箭头指示处为抛光平板中安装终点侦测装置的位置。

对于化学机械抛光研磨终点的侦测，现有技术中有的是利用抛光平台6B中涡流传感器7B来检测研磨终点，如图2所示，这种方法是通过磁场在晶圆1B表面的金属层11B中感应出涡流，并探测金属层11B被去除时磁通量产生的变化，而磁通量的变化又可导致主线圈中电流的变化，并且根据所测的数据可以适时调整施加在晶圆1B上的压力。使晶圆1B达到更好的抛光表面。由此可见，线圈中电流的变化反映了金属层1B厚度的变化，根据线圈中电流的变化可判断出金属层11B的厚度，进而确定研磨终点。但是在抛光金属层11B的过程中，金属层11B的厚度将会变得很薄甚至没有，而磁场也会因受到干扰等原因无法满足较好的终点监测条件。

另外，还有利用光束入射不同厚度的薄膜后其反射强度不同来判断研磨终点，如图3所示，在抛光垫3C内设有一透明窗口31C，当进行化学机械抛光制程时，固定于抛光平台6C中的激光光源8C可发射出一激光光束，该激光光束通过反射片的引导经透明窗口31C入射到晶圆1C需要抛光的金属层11C，随后光束从晶圆表面反射被光学检测器9C所接收，系统通过光学检测器9C所接收到的光束的强度来判断抛光的终点。这种方法的入射或反射的激光光束在途中可能会遭到一些其他物质如研磨颗粒或污染物的影响而发生散射，导致强度会发生变化，这样的话终点侦测的结果将会受到干扰而造成误判。

因此，如何更准确的判断化学机械抛光的终点是本领域技术人员需要解决的课题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种终点侦测方法及化学机械抛光系统的抛光方法，用于解决现有技术中抛光终点侦测装置判断不够准确的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种终点侦测装置，其至少包括：

用于探测晶圆抛光过程中表面温度变化的红外探测器，其中，所述晶圆至少包括基底层和位于基底层上的待抛光层，所述待抛光层与基底层具有不同的导热系数；

与所述红外探测器电连接的数据处理分析系统，处理分析红外探测器输出温度的变化，获得一温度梯度随时间变化的曲线，根据该曲线判断晶圆抛光终点。

优选地，所述红外探测器在垂直方向上正对着所述待抛光层。

本发明的另一目的是提供一种化学机械抛光系统，该系统至少包括：

抛光平台；

用于抛光晶圆的抛光垫，其覆盖于所述抛光平台上，其中，所述晶圆至少包括基底层和位于基底层上的待抛光层，所述待抛光层与基底层具有不同的导热系数；

用于固定晶圆的抛光头，设于所述抛光垫上；

用于探测晶圆抛光过程中表面温度变化的红外探测器，其设于所述抛光平台中，所述红外探测器通过探测晶圆表面的红外辐射获得晶圆表面温度的变化；

与所述红外探测器电连接的数据处理分析系统，处理分析红外探测器输出温度的变化，获得一温度梯度随时间变化的曲线，根据该曲线判断晶圆抛光终点。

优选地，所述抛光平台设有一用于容置所述红外探测器的空腔。

优选地，所述抛光垫中设置有与所述空腔相对应的透明窗口。

优选地，所述待抛光层与抛光垫接触，当抛光待抛光层后露出基底层。

优选地，所述衬底层为二氧化硅，所述待研磨层为金属层，所述金属层为铝或铜等。