Cmp终点探测系统的加权校准方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学机械研磨(CMP)工艺的终点探测技术，具体的，本发明涉及CMP终点探测系统的加权校准方法。
【背景技术】
[0002]在半导体制造工艺中，化学机械研磨(CMP)是常用的全局平坦化工艺。CMP广泛地用于平坦化硅片上的各种金属和介质材料，实现多层布线结构。对于一些难以被化学剂或等离子体刻蚀的金属材料，CMP是制作金属图形的重要手段，例如，在大马士革工艺中，CMP被用于研磨铜材料。
[0003]CMP工艺控制的一个关键技术，是如何确定研磨终点。需要使用恰当的终点探测(End-Point Detect1n, EPD)技术来精确地监测工艺的进程，并及时地停止研磨以减小对下方材料的过研磨。
[0004]一种传统的CMP系统使用挡控片研磨速率来评估产品片的抛光时间，以此来确定CMP的终点时间。这是一种比较粗糙的控制技术。较先进的终点检测系统通过检测表征被研磨材料层所剩厚度的信号，来确定研磨终点。
[0005]一种类型的终点检测是基于信号强度的终点检测，其原理为:获取表征被研磨层所剩厚度的监控信号，当信号强度越过阈值时，则判断达到了研磨终点。例如，业界使用的一种间隔扫描(iScan)方案(典型的探测曲线如图1所示)，通过电磁感应原理来获得与金属层厚度相关的电信号，由此来控制研磨工艺的终点。
[0006]另一种类型的终点检测是基于窗口探测的终点检测，其通过抓取监测曲线中较为明显的变化(揭示出被研磨材料层的过渡)来确定研磨终点。例如，业界使用的一种全扫描(FullScan)方案(典型的探测曲线如图2所示)，通过用扫描光束对晶片表面进行扫描，同时利用传感器监测经晶片表面反射的光强度，由于金属层与阻挡层的反射率不同，因此可以根据反射强度来控制研磨工艺的终点。具体来说，当金属层被研磨掉一部分，被研磨材料的厚度出现变化时，光反射信号开始发生变化，当被研磨层被研磨完后，反射信号变化趋缓。因此，通过捕获光反射信号的两次明显变化，即可判定化学机械研磨终点。
[0007]现有技术对每个机台均采用标准校准方法。然而，机台间的性能总是存在差异，同时由于CMP所用研磨材料(研磨液，研磨垫等)的不同批次间的一些细微差别也会影响EPD检测系统的监控的准确性。另外，某些CMP工艺由于固有的一些缺陷，在探测出终点时并未完全达到预期效果，需要人为引入过研磨。因此，需要一种更为准确高效的校准方法。
【发明内容】
[0008]本发明提出一种CMP机台的终点探测系统的探测方法。本发明首先对待校准机台给出的监控特征曲线进行初步校准，获得初步校准参数(可采取标准的校准流程对Ero系统进行初步校准；或可基于标准机台给出的标准特征曲线进行初步校准，以使得监控特征曲线和标准特征曲线匹配)。然后，本发明对一个或多个初步校准参数进行加权校准。在基于窗口探测的终点探测系统中，本发明对增益Gain进行加权校准。在基于信号强度的终点探测系统中，本发明对增益Gain和补偿Offset均可进行加权校准。
[0009]本发明的加权校准考虑一个或多个加权因子:机台差异校准因子F1，研磨材料差异校准因子F2，基于经验或其它因素(如缺陷，不同制程间差异)的附加校准因子F3。其中，根据实际需要，校准因子F2和F3是可选项。因此，根据本发明，加权校准参数=初步校准参数+F1+F2 (可选)+F3 (可选)。
[0010]根据本发明的一个方面，提出一种CMP机台的终点探测系统的校准方法，包括:在待校准的机台上执行预定研磨方案，并通过其终点探测系统获得监控特征曲线；初步校准所述监控特征曲线，以获得初步校准参数；以及加权校准一个或多个初步校准参数，以获得一个或多个最终校准参数，所述加权校准包括:向初步校准参数增加机台差异校准因子F1，其中F1 =(基于机台差异的工艺厚度差值)/(基于初步校准参数变化的工艺厚度变化量)Ο
[0011]根据本发明的一个方面，所述加权校准还包括:向初步校准参数增加研磨材料差异校准因子F2，其中F2 =(基于研磨材料差异的工艺厚度差值)/(基于初步校准参数变化的工艺厚度变化量)。
[0012]根据本发明的一个方面，所述加权校准还包括:向初步校准参数增加基于以下因素中的一项或多项的附加校准因子F3:经验；缺陷；以及不同制程间差异。
[0013]根据本发明的一个方面，所述附加校准因子F3的取值为:0 - 2。
[0014]根据本发明的一个方面，所述附加校准因子F3引入一定量的过研磨。
[0015]根据本发明的一个方面，所述终点探测系统是基于窗口探测的终点探测系统。
[0016]根据本发明的一个方面，加权校准一个或多个初步校准参数包括:加权校准增益值。
[0017]根据本发明的一个方面，所述终点探测系统是基于信号强度的终点探测系统。
[0018]根据本发明的一个方面，加权校准一个或多个初步校准参数包括:加权校准增益值；以及加权校准补偿值。
[0019]根据本发明的一个方面，初步校准所述监控特征曲线的步骤包括:基于标准的校准流程对所述监控特征曲线进行校准。
[0020]根据本发明的一个方面，初步校准所述监控特征曲线的步骤包括:在标准机台上执行预定研磨方案，并通过其终点探测系统获得标准特征曲线；以及基于标准特征曲线来初步校准所述监控特征曲线，以获得初步校准参数，所述初步校准参数使所述监控特征曲线匹配所述标准特征曲线。
[0021]根据本发明的一个方面，通过以下方式获得基于初步校准参数变化的工艺厚度变化量:基于初步校准参数设置终点探测系统；在待校准的机台上执行预定研磨方案；在终点探测系统探测到终点并停止研磨后，测量第一工艺厚度；调整初步校准参数一个单位:基于调整后的初步校准参数设置终点探测系统；在待校准的机台上执行预定研磨方案；在终点探测系统探测到终点并停止研磨后，测量第二工艺厚度；比较第一工艺厚度和第二工艺厚度，获得基于初步校准参数变化的工艺厚度变化量。
[0022]根据本发明的一个方面，所述基于机台差异的工艺厚度差值通过大宗产品的工艺厚度的统计分析获得。
[0023]根据本发明的一个方面，所述基于研磨材料差异的工艺厚度差值通过大宗产品的工艺厚度的统计分析获得。
[0024]本发明适用于进一步校准业界的各种终点探测系统，包括但不限于，基于窗口探测的终点探测系统(例如全扫描系统)，基于信号强度的终点探测系统(例如间隔扫描系统，基于电流力矩的终点探测系统等)。
【附图说明】
[0025]为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其他优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。
[0026]图1示出根据现有技术的基于信号强度的终点探测系统的监控特征曲线。
[0027]图2示出根据现有技术的基于窗口探测的终点探测系统的监控特征曲线。
[0028]图3示出根据本发明的实施例的终点探测系统校准方法的流程图。
[0029]图4示出根据本发明的实施例，一种对监控特征曲线进行初步校准的方法的流程图。
[0030]图5示出根据本发明的实施例，对基于信号强度的终点探测系统进行加权校准的方法的流程图。
[0031]图6示出根据本发明的实施例，对基于窗口探测的终点探测系统进行加权校准的方法的流程图。
[0032]图7示出根据本发明的实施例，为Gain值/Offset值计算校准因子F1的方法的流程图。
[0033]图8示出根据本发明的实施例，为Gain值/Offset值计算校准因子F2的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0034]下面的详细描述参照附图，附图以例示方式示出可实践所要求保护的主题的特定实施例。充分详细地描述这些实施例，以使本领域技术人员将该主题投入实践。要理解，可修改各公开实施例中的各个要素的位置或配置而不脱离所要求保护的主题的精神和范围。因此，下面的详细描述不具有限定意义，并且主题的范围仅由适当解释的所附权利要求连同这些权利要求被授权的等效物的全部范围来定义。
[0035]图3示出根据本发明的根据本发明的实施例的终点探测系统校准方法的流程图。本发明的方法开始于步骤301，在待校准机台(下文称第一机台)上执行预定研磨方案，并采取预定的终点探测算法，从而获得初步的监控特征曲线(此时不进行信号放大和补偿，即Offset = 0,Gain = 1)。作为示例，可采用固定的研磨方案和固定的终点探测算法来研磨Ιμπι厚的铜挡控片(copper dummy) 0在本申请的各实施例中,监控特征曲线可以是，例如，直接或间接地表征出被研磨的材料层剩余厚度随时间变化的曲线。通过厚度随时间的变化率可以确定研磨速率，研磨速率的显著变化揭示出材料层的过渡，进而揭示适当的研磨终点。监控特征曲线也可以是揭示出材料过渡的任何其他特征曲线。例如，由于不同材料对光有不同的反射系数，可以获取表征反射光谱的特征曲线，并在反射光谱揭示出干涉现象时(由于两种材料界面处的光干涉所致)，确定研磨终点。监控特征曲线不限于光学方案。例如，在基于电机电流的终点探测中，监控特征曲线可以是磨头电机的电流量随时间变化的曲线。总之，本发明适用于本领域所采用的各种用于探测研磨终点的监控特征曲线。因此，本发明不应受到监控特征曲线的具体类型的限制。
[0036]随后，在步骤302，对监控特征曲线进行初步校准，以获得初步校准参数。可采用多种方式来进行初步校准步骤302。例如，可采取业界已经使用的各种标准的校准流程来进行初步校准。根据本发明的一种示例性初步校准方式被示于图4:在步骤401，在标准机台上执