[發明專利]一種化學機械拋光研磨速率的實時偵測裝置及其偵測方法

在審

• 申請號: 201711242825.4
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN107984374A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 陳智
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: B24B37/005
• 分類號: B24B37/005;B24B49/04;B24B49/12
• 代理公司: 上海申新律師事務所31272
• 代理人: 嚴羅一

技術領域

本發明涉及一種半導體設備，尤其涉及一種化學機械拋光研磨速率的實時偵測裝置及其偵測方法。

背景技術

化學機械拋光(CMP，Chemical Mechanical Polishing)工藝是一種平坦化工藝，自1990年被引入集成電路制造工藝以來，經過不斷實踐和發展，已成為推動集成電路技術節點不斷縮小的關鍵工藝。目前，化學機械拋光工藝已經被廣泛應用于淺溝槽隔離結構平坦化、多晶硅平坦化、柵電極平坦化、鎢塞平坦化和銅互連平坦化等工藝中，還被應用于基底表面上的其他薄膜層的拋光。

但是化學機械研磨中因為產品晶圓表面圖形的存在,晶圓表面是金屬和氧化物相間隔的混合材質,難以直接用終點檢測技術檢測到研磨終點或研磨速率。需要測量研磨速率，用以計算需要研磨的時間。錯誤的研磨速率會導致錯誤的研磨時間，從而使厚度不準確，影響良率。目前研磨速率的偵測主要有兩種手段。一是依靠中斷生產時非產品晶片的固定時間研磨及研磨前后厚度的量測，從而計算得到研磨速率，該方法需要中斷生產，影響產能，不能實時偵測最新的研磨速率。二是通過產品晶片的研磨后厚度量測結果對研磨速率進行反饋調整，該方法需要在晶圓清洗烘干完成后才能進行量測，有一定的滯后性。研磨速率不準確會造成研磨時間不準確，從而導致研磨最終厚度不準確。目前的速率測量方法是通過停機測量非產品晶片，或者產品晶圓研磨且清洗完成后測量厚度再計算得到研磨速率。這兩種方法都有至少多片以上的滯后性，而研磨速率這段時間會發生變化，導致研磨時間不準確。

發明內容

本發明為解決現有技術中的上述問題提出的一種方便實時偵測研磨速率的化學機械拋光研磨速率的實時偵測裝置及其偵測方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明首先提供了一種化學機械拋光研磨速率的實時偵測裝置，包括底座、固定于底座上表面的研磨墊和設置于所述研磨墊上方的研磨墊修整器，所述研磨墊修整器包括修整頭、與修整頭連接的修整器搖臂和與所述修整器搖臂連接的修整器轉軸，還包括

一小研磨頭，水平設置，所述小研磨頭上端連接所述修整器搖臂下表面，所述小研磨頭下表面略高于所述研磨墊上表面，并在小研磨頭下表面設置容納小硅片的容納腔；

一檢測窗，豎直設置，設置于研磨墊的豎直通孔內，所述檢測窗的上下表面與所述研磨墊上下表面齊平，所述檢測窗為透光材質；

一激光光源，設置于底座內，所述激光光源位于所述檢測窗正下方，用以發射激光透過檢測窗照射到小硅片的上表面和下表面分別發生反射和折射；

一激光探測器，設置于激光光源底部，用以接收激光的反射和折射光信號。

為了進一步優化上述技術方案，本發明所采取的技術措施為：

優選的，所述小研磨頭還包括：

一轉盤，水平設置，所述轉盤底端為所述容納腔；

一保持環，水平設置于轉盤的所述容納腔外側；

一吸盤，水平設置于所述容納腔內；

一轉軸，豎直設置，連接所述轉盤的上表面的圓心位置；

一轉動馬達，豎直設置，通過傳送皮帶與所述轉軸連接；

所述穿過所述修整器搖臂下表面

優選的，所述吸盤包括：

一高壓供氣管一，豎直設置，所述高壓供氣管一頂端連接供氣設備；

一吸盤氣囊腔，水平設置，頂端通孔連接所述高壓供氣管一；

一吸盤內部多孔板，水平設置，所述吸盤內部多孔板的板面上設置復數個豎直向通氣通孔；

一彈性薄膜，水平設置，所述彈性薄膜上表面與所述吸盤內部多孔板連接。

優選的，所述保持環還包括：

一高壓供氣管二，豎直向設置，所述高壓供氣管二頂端連接供氣設備；

一保持環氣囊腔，水平設置，所述保持環氣囊腔頂端通孔連接所述高壓供氣管二的底端，所述保持環氣囊腔底端連接所述保持環。

優選的，所述轉軸的頂端位于所述修整器搖臂內。

更優選的，所述傳送皮帶位于所述修整器搖臂內。

優選的，所述檢測窗設置為弧形水平面檢測窗。

更優選的，所述高壓供氣管一和高壓供氣管二還與抽氣裝置連接。

其次本發明還提供了一種采用上述化學機械拋光研磨速率的實時偵測裝置的實時偵測方法，包括：

步驟S1，安裝小硅片到所述容納腔內；

步驟S2，打開激光光源；

步驟S3，打開研磨墊旋轉開關，研磨墊開始研磨小硅片；