[發明專利]CMP終點探測系統的加權校準方法

有效

• 申請號: 201410280249.2
• 申請日: 2014-06-20
• 公開（公告）號: CN105336641B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 張芳余
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L21/67
• 分類號: H01L21/67;H01L21/66;B24B49/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 張欣

技術領域

本發明涉及化學機械研磨(CMP)工藝的終點探測技術，具體的，本發明涉及CMP終點探測系統的加權校準方法。

背景技術

在半導體制造工藝中，化學機械研磨(CMP)是常用的全局平坦化工藝。CMP廣泛地用于平坦化硅片上的各種金屬和介質材料，實現多層布線結構。對于一些難以被化學劑或等離子體刻蝕的金屬材料，CMP是制作金屬圖形的重要手段，例如，在大馬士革工藝中，CMP被用于研磨銅材料。

CMP工藝控制的一個關鍵技術，是如何確定研磨終點。需要使用恰當的終點探測(End-Point Detection,EPD)技術來精確地監測工藝的進程，并及時地停止研磨以減小對下方材料的過研磨。

一種傳統的CMP系統使用擋控片研磨速率來評估產品片的拋光時間，以此來確定CMP的終點時間。這是一種比較粗糙的控制技術。較先進的終點檢測系統通過檢測表征被研磨材料層所剩厚度的信號，來確定研磨終點。

一種類型的終點檢測是基于信號強度的終點檢測，其原理為：獲取表征被研磨層所剩厚度的監控信號，當信號強度越過閾值時，則判斷達到了研磨終點。例如，業界使用的一種間隔掃描(iScan)方案(典型的探測曲線如圖1所示)，通過電磁感應原理來獲得與金屬層厚度相關的電信號，由此來控制研磨工藝的終點。

另一種類型的終點檢測是基于窗口探測的終點檢測，其通過抓取監測曲線中較為明顯的變化(揭示出被研磨材料層的過渡)來確定研磨終點。例如，業界使用的一種全掃描(FullScan)方案(典型的探測曲線如圖2所示)，通過用掃描光束對晶片表面進行掃描，同時利用傳感器監測經晶片表面反射的光強度，由于金屬層與阻擋層的反射率不同，因此可以根據反射強度來控制研磨工藝的終點。具體來說，當金屬層被研磨掉一部分，被研磨材料的厚度出現變化時，光反射信號開始發生變化，當被研磨層被研磨完后，反射信號變化趨緩。因此，通過捕獲光反射信號的兩次明顯變化，即可判定化學機械研磨終點。

現有技術對每個機臺均采用標準校準方法。然而，機臺間的性能總是存在差異，同時由于CMP所用研磨材料(研磨液，研磨墊等)的不同批次間的一些細微差別也會影響EPD檢測系統的監控的準確性。另外，某些CMP工藝由于固有的一些缺陷，在探測出終點時并未完全達到預期效果，需要人為引入過研磨。因此，需要一種更為準確高效的校準方法。

發明內容

本發明提出一種CMP機臺的終點探測系統的探測方法。本發明首先對待校準機臺給出的監控特征曲線進行初步校準，獲得初步校準參數(可采取標準的校準流程對EPD系統進行初步校準；或可基于標準機臺給出的標準特征曲線進行初步校準，以使得監控特征曲線和標準特征曲線匹配)。然后，本發明對一個或多個初步校準參數進行加權校準。在基于窗口探測的終點探測系統中，本發明對增益Gain進行加權校準。在基于信號強度的終點探測系統中，本發明對增益Gain和補償Offset均可進行加權校準。

本發明的加權校準考慮一個或多個加權因子：機臺差異校準因子F1，研磨材料差異校準因子F2，基于經驗或其它因素(如缺陷，不同制程間差異)的附加校準因子F3。其中，根據實際需要，校準因子F2和F3是可選項。因此，根據本發明，加權校準參數＝初步校準參數+F1+F2(可選)+F3(可選)。

根據本發明的一個方面，提出一種CMP機臺的終點探測系統的校準方法，包括：在待校準的機臺上執行預定研磨方案，并通過其終點探測系統獲得監控特征曲線；初步校準所述監控特征曲線，以獲得初步校準參數；以及加權校準一個或多個初步校準參數，以獲得一個或多個最終校準參數，所述加權校準包括：向初步校準參數增加機臺差異校準因子F1，其中F1＝(基于機臺差異的工藝厚度差值)/(基于初步校準參數變化的工藝厚度變化量)。

根據本發明的一個方面，所述加權校準還包括：向初步校準參數增加研磨材料差異校準因子F2，其中F2＝(基于研磨材料差異的工藝厚度差值)/(基于初步校準參數變化的工藝厚度變化量)。

根據本發明的一個方面，所述加權校準還包括：向初步校準參數增加基于以下因素中的一項或多項的附加校準因子F3：經驗；缺陷；以及不同制程間差異。

根據本發明的一個方面，所述附加校準因子F3的取值為：0－2。

根據本發明的一個方面，所述附加校準因子F3引入一定量的過研磨。

根據本發明的一個方面，所述終點探測系統是基于窗口探測的終點探測系統。

根據本發明的一個方面，加權校準一個或多個初步校準參數包括：加權校準增益值。