专利名称：检测晶圆表面平整度的方法及化学机械抛光的方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，特别涉及一种检测晶圆表面平整度的 方法以及一种化学机械抛光的方法。
背景技术：
硅片制造涉及薄膜的淀积和生长工艺，以及之后形成器件和内部互连结构所需的 多次图形制作。先进的集成电路需要至少6层或更多的金属布线层，层与层之间由层间介 质隔开。建立器件结构和多层内连线会很自然地在层之间形成高低起伏的台阶。层数增加 时，晶圆表面起伏将更加显著。表面起伏的主要负面影响是在光刻时对线宽失去控制。化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)工艺就是在无尘室的大气 环境中，利用机械力对晶圆表面作用，在表面薄膜层产生断裂腐蚀的动力，使晶圆表面趋于 平坦化，以便进行后续的工艺步骤(如光刻)。而这部分必须籍由研磨液中的化学物质通 过反应来增加其蚀刻的效率。CMP制程中最重要的两大组件便是浆料(slurry)和研磨垫 (platen)。浆料通常是将一些很细的氧化物粉粒分散在水溶液中而制成。研磨垫大多是使 用发泡式的多孔聚亚安酯制成。在CMP制程中，先让浆料填充在研磨垫的空隙中，并提供了 高转速的条件，让晶圆在高速旋转下和研磨垫与浆料中的粉粒作用，同时控制下压的压力 等其它参数。而浆料、晶圆与研磨垫之间的相互作用，便是CMP中发生反应的焦点。现有的CMP抛光工艺包括三个研磨过程以及一个判定过程第一步、在第一研磨 垫(Platenl)上进行粗加工研磨，通过较大的材料去除率(Material Removal rate, MRR) 形成初步平坦化；第二步、在第二研磨垫(Platen2)上用相对较小的MRR进行精加工研磨； 第三步、在第三研磨垫(Platen3)上进行研磨，去除阻挡层(barrier)和一定量的氧化物电 介质以进一步提高表面平坦化程度，减少缺陷。在上述研磨过程之后，需要判定经过CMP处理的晶圆是否已达到了平整度的要 求。现有的判定方法如图1所示。从同一批次CMP处理的晶圆中抽出至少一个晶圆101，在 该晶圆的各个部分选取一些取样点102，在这些取样点处测量晶圆的厚度。根据所测量的厚 度值计算统计方差。该统计方差从一定程度上可以反映晶圆的表面起伏程度。如果统计方 差小于预先设定的阈值，则认为该批次晶圆已达到平整度要求，可以进行后续工序处理；如 果统计方差大于阈值，则对该批次的晶圆重新进行CMP处理。现有的CMP平整度判定方法的可靠性并不高。这是因为如果取样点的数目较少， 并不能完全反映晶圆的平整度；而如果选取的取样点数目过多，又使得判定过程占用时间 太长，降低生产效率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于，提出一种检测晶圆表面平整度的方法，可以可靠地 判定晶圆表面平整度。该方法包括如下步骤将晶圆水平放置，用与垂直方向呈θ 1角的入射光束照射晶圆表面，并用光线接收器接收晶圆表面反射的光束，其中，0 < θ 1 < 90度；平行移动入射光束，使得入射光束照射在晶圆表面形成的光斑在晶圆表面移动， 直到光斑在晶圆表面移动形成的轨迹覆盖晶圆的整个表面；在此过程中如果光线接收器接 收到的光束的方向发生了改变，则认为晶圆表面的平整度不合要求。本发明还提出一种化学机械抛光方法，可以保证CMP处理后的晶圆表面的平整度 满足后续工艺的要求。该方法包括如下步骤对当前批次的晶圆进行化学机械抛光；从所述批次的晶圆中抽取至少一个晶圆作为样本，将作为样本的晶圆水平放置， 用与垂直方向呈θ 1角的入射光束照射晶圆表面，并用光线接收器接收晶圆表面反射的光 束，其中，0 < Θ 1 < 90度；平行移动入射光束，使得入射光束照射在晶圆表面形成的光斑在晶圆表面移动， 直到光斑在晶圆表面移动形成的轨迹覆盖晶圆的整个表面；在此过程中如果光线接收器接 收到的光束的方向发生了改变，则转至所述对当前批次的晶圆进行化学机械抛光的步骤， 否则结束化学机械抛光过程。所述入射光束为激光器产生的激光束。所述入射光束照射在晶圆表面形成的光斑的面积小于晶圆面积的1%。从以上技术方案可以看出，利用光线镜面反射的原理来检测晶圆表面的平整度， 可以极大提高检测晶圆表面平整度的效率，并且提高检测的准确性。
图1为现有技术中检测晶圆表面平整度的示意图；图2为本发明检测晶圆表面平整度的原理示意图；图3为本发明实施例提出的化学机械抛光的流程图。
具体实施例方式本发明方案是利用光线镜面反射的原理来检测晶圆表面的平整度。在CMP之后， 晶圆表面应当是非常接近于平面。如图2所示，将晶圆201水平放置。用与垂直方向呈θ 1 角的入射光束202照射晶圆，其中，0< θ 1 <90度。如果晶圆201表面是理想的平面，根 据镜面反射的原理，反射光束203与垂直方向的夹角Θ2应当等于Θ1。但是，如果在入射 光束202的入射点处晶圆不是理想的平面，则会得到图2中虚线箭头所示的反射光束204 或205，其与垂直方向的夹角与Θ1不等。利用上述原理就可以检测晶圆的平整度。入射 光束202在晶圆201上形成的光斑大小决定了该判定方法的分辨率，光斑越小，则分辨率越 尚ο本发明实施例提出的化学机械抛光的流程如图3所示包括如下步骤步骤301 对当前批次的晶圆进行化学机械抛光。步骤302 从所述批次的晶圆中抽取至少一个晶圆作为样本，将作为样本的晶圆 水平放置，用与垂直方向呈θ 1角的入射光束照射晶圆表面，并用光线接收器接收晶圆表 面反射的光束。由于入射光束照射在晶圆表面形成的光斑大小决定了分辨率的大小，为了能够较
4好的判定晶圆的平整度，光斑的面积应小于晶圆面积的1%。步骤303 平行移动入射光束，使得入射光束照射在晶圆表面形成的光斑在晶圆 表面移动，直到光斑在晶圆表面移动形成的轨迹覆盖晶圆的整个表面。步骤304:判断在此过程中光线接收器接收到的光束的方向是否发生了改变，若 是，则认为晶圆表面的平整度不合要求，转至步骤301 ；否则。晶圆表面平整度合格，结束化 学机械抛光过程。较佳地，所述入射光束为激光器产生的激光束。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种检测晶圆表面平整度的方法，包括如下步骤将晶圆水平放置，用与垂直方向呈θ1角的入射光束照射晶圆表面，并用光线接收器接收晶圆表面反射的光束，其中，0＜θ1＜90度；平行移动入射光束，使得入射光束照射在晶圆表面形成的光斑在晶圆表面移动，直到光斑在晶圆表面移动形成的轨迹覆盖晶圆的整个表面；在此过程中如果光线接收器接收到的光束的方向发生了改变，则认为晶圆表面的平整度不合要求。
2.一种化学机械抛光的方法，包括如下步骤对当前批次的晶圆进行化学机械抛光；从所述批次的晶圆中抽取至少一个晶圆作为样本，将作为样本的晶圆水平放置，用与 垂直方向呈θ 1角的入射光束照射晶圆表面，并用光线接收器接收晶圆表面反射的光束， 其中，0 < θ 1 < 90度；平行移动入射光束，使得入射光束照射在晶圆表面形成的光斑在晶圆表面移动，直到 光斑在晶圆表面移动形成的轨迹覆盖晶圆的整个表面；在此过程中如果光线接收器接收到 的光束的方向发生了改变，则转至所述对当前批次的晶圆进行化学机械抛光的步骤，否则 结束化学机械抛光过程。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述入射光束为激光器产生的激光束。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述入射光束照射在晶圆表面形成的光 斑的面积小于晶圆面积的1%。
全文摘要
本发明公开了一种检测晶圆表面平整度的方法，包括如下步骤将晶圆水平放置，用与垂直方向呈θ1角的入射光束照射晶圆表面，并用光线接收器接收晶圆表面反射的光束，其中，0＜θ1＜90度；平行移动入射光束，使得入射光束照射在晶圆表面形成的光斑在晶圆表面移动，直到光斑在晶圆表面移动形成的轨迹覆盖晶圆的整个表面；在此过程中如果光线接收器接收到的光束的方向发生了改变，则认为晶圆表面的平整度不合要求。本发明还公开了一种化学机械抛光的方法。
文档编号B24B49/12GK101957186SQ200910054838
公开日2011年1月26日 申请日期2009年7月15日 优先权日2009年7月15日
发明者肖楠 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司