[发明专利]基于光谱的化学机械抛光在线终点检测方法

说明书

本发明公开了基于光谱的化学机械平坦化在线终点检测方法。首先根据被抛薄膜和基底材料的折射率n、消光系数k和目标膜厚d计算出理论光谱曲线，然后选取该曲线的一段波长区域，计算该区域内所有相对反射率极大值点对应的波长值λhi和极大值点对应的波长个数a、相对反射率极小值点对应的波长值λlk和极小值点对应的波长个数b。实时采集抛光过程中的原始光谱数据，得到滤波光谱曲线，选取相同波长区域的滤波光谱曲线区域的对应参数，并计算两组数据之间的差异值。如果该值小于预先设定的阈值，则停止平坦化过程。本发明可以排除检测光强信号变化带来的干扰，不用对检测光谱做归一化处理，减少了运算时间，同时提升信号的检测精度和检测一致性。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路芯片制造的设备领域，具体涉及一种化学机械抛光设备中使用的基于光谱的在线终点检测方法。

背景技术

随着半导体产业的迅速发展，集成电路特征尺寸不断趋于微细化，半导体晶片不断地朝小体积、高电路密集度、快速、低耗电方向发展，集成电路现已进入ULSI亚微米级的技术阶段。伴随着硅晶片直径的逐渐增大，元件内刻线宽度逐步缩小，金属层数的增多，因此半导体薄膜表面的高抛光对器件的高性能、低成本、高成品率有着重要的影响，因此硅晶片表面平整度要求将日趋严格。

目前，作为唯一能获得全局平面化效果的平整化技术化学机械抛光技术，化学机械抛光(CMP)已经发展成集在线量测、在线终点检测、清洗等技术于一体的化学机械抛光技术，是集成电路向微细化、多层化、薄型化、抛光工艺发展的产物。同时也是晶圆由200mm向300mm乃至更大直径过渡、提高生产率、降低制造成本、衬底全局抛光所必需的工艺技术。

在CMP工艺过程中，如果没有有效的终点检测(End Point Detection，EPD)技术，就容易发生晶圆表层材料去除过多或材料去除不足，因此，如何判断CMP工艺是否到达期望的终点是CMP工艺亟需解决的难点，对于有效解决过抛或者欠抛问题具有重要的意义。特别是在在纳米技术领域，终点检测尤为重要。终点检测包括离线和在线两种。离线终点检测是结合预先决定的去除量来控制抛光时间的方式来决定抛光终点，其缺点是不能有效避免晶圆表层材料去除过多或材料去除不足的问题，目前主要在直径低于200mm晶圆的加工中应用，已不能满足当前大直径硅晶片自动化加工的需要。目前主流的技术为在线终点检测，在线终点检测能够更好地控制晶圆薄膜的厚度变化，减少重复操作，实现CMP的自动化操作，从而提高抛光设备利用率和产量，减少IC设备的密度分布缺陷，降低不均匀性，并最终使半导体设备的稳定性和可靠性得到提高。在线终点检测技术实现的原理主要是基于光学、电学、声学或振动、热学、摩擦力、化学或电化学原理的检测，通过检测驱动电机电流变化、声发射信号、抛光垫温度、抛光液中离子浓度等参数的变化来实现。

上述在线终点检测技术中，鉴于待抛光材料的去除精度为纳米级，如何排除由于电源电压波动或其它因素造成的检测光强信号变化带来的干扰，从而不用对检测光谱做归一化处理，以减少运算时间，同时提升信号的检测精度和检测一致性是一个非常具有挑战性的技术难题。

发明内容

本发明目的在于针对现有线终点检测技术存在的易受电源电压波动或其它因素造成的检测光强信号变化带来的干扰，由于归一化处理导致的运算时间的增加问题提出一种基于光谱的在线终点检测方法，以提升信号的检测精度和检测一致性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种基于光谱的化学机械抛光在线终点检测方法，具体包含以下步骤：

S1：首先根据被抛薄膜和基底材料的折射率n、消光系数k和设定的晶圆抛光后的膜厚d值计算出一条反映相对反射率和波长关系的理论光谱曲线；

S2：选取理论光谱曲线的其中一段波长区域，计算如下参数：选取区域内所有相对反射率极大值点对应的波长值λhi和极大值点对应的波长个数a、选取区域内相对反射率极小值点对应的波长值λlk和极小值点对应的波长个数b；