一种化学机械平坦化设备、终点检测方法、装置及系统

本发明涉及化学机械平坦化，特别是涉及一种化学机械平坦化设备、终点检测方法、装置及系统。

背景技术：

1、化学机械平坦化(chemical mechanical polishing，缩写为cmp)是一种表面全局平坦化技术。其中，在化学机械平坦化过程中进行在线实时终点检测(end pointdetection，缩写为epd)是确保平坦化效果的关键。也就是说，通过在线实时终点检测能够确保将平坦化对象处理至正确的厚度，避免欠平坦化或过平坦化。

2、传统的在线实时检测技术需要设置多个信号采集装置，包括探测有无晶圆的光学触发传感器，以及获取平坦化对象在平坦化过程中材料移除程度变化的终点探测器。当光学触发传感器探测到平坦化对象时，可以基于此时的探测信号生成控制信号控制终点探测器启动，以收集平坦化对象的材料移除程度变化信号。当光学触发传感器未探测到平坦化对象时，无控制信号生成，此时，终点探测器不启动，也就是不收集平坦化对象的材料移除程度变化信号。根据平坦化对象的材料移除程度变化信号确定平坦化对象是否达到平坦化终点。

3、传统的在线实时检测技术存在成本高的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种化学机械平坦化设备、终点检测方法、装置及系统，利用随转盘转动的传感器探测信号以反映研磨组件和晶圆的空间分布特性，确定有无晶圆的有效信号，从而省去了原有的探测晶圆有无的光学触发传感器，达到降低系统成本的目的。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种化学机械平坦化设备，包括转盘、以及设在转盘上的传感器和研磨组件。研磨组件研磨晶圆时，传感器用于探测信号，信号用于反映研磨组件和晶圆的空间分布特性。

3、与现有技术相比，本发明提供的化学机械平坦化设备，设置在转盘上的传感器可以随转盘转动，转盘和研磨组件转动状态实现晶圆的研磨，此时，传感器可以周期性地探测到信号，而信号可以反映出研磨组件和晶圆的空间分布特性。空间分布特性影响传感器转动到与研磨组件和晶圆对应的不同位置处探测信号的强弱。也就是说，可以根据信号的强弱确定研磨中晶圆的位置和对应的晶圆有效信号。在实际应用中，则可以根据晶圆有效信号确定化学机械平坦化是否达到终点。由于传感器可以以周期性转动的方式探测到信号，因此，在一个化学机械平坦化设备中，仅需设置有限个传感器即可实现实时在线终点检测，与现有技术中通过设置光学触发传感器探测有无晶圆后，再设置终点探测器探测晶圆的材料移除程度变化，并根据材料移除程度变化确定晶圆是否达到平坦化终点相比，由于不需要单独设置用于探测有无晶圆的光学触发传感器，因此具有成本低的优点。

4、本发明还提供一种化学机械平坦化终点检测方法，该化学机械平坦化终点检测方法包括：

5、获取传感器发送的信号；信号用于反映研磨组件与晶圆的空间分布特性。

6、根据研磨组件与晶圆的空间分布特性确定信号为晶圆有效信号的情况下，根据晶圆有效信号确定化学机械平坦化是否达到终点。

7、与现有技术相比，本发明提供的化学机械平坦化终点检测方法的有益效果与上述技术方案的化学机械平坦化设备的有益效果相同，在此不做赘述。

8、本发明还提供一种化学机械平坦化终点检测装置，该化学机械平坦化终点检测装置包括：

9、通信单元，用于获取信号，信号用于反映研磨组件与晶圆的空间分布特性。

10、处理单元，用于在研磨组件与晶圆的空间分布特性确定信号为晶圆有效信号的情况下，根据晶圆有效信号确定化学机械平坦化是否达到终点。

11、与现有技术相比，本发明提供的化学机械平坦化终点检测装置的有益效果与上述技术方案的化学机械平坦化设备的有益效果相同，在此不做赘述。

12、本发明还提供一种化学机械平坦化终点检测系统，包括上述技术方案的化学机械平坦化设备，以及上述技术方案的化学机械平坦化终点检测装置。化学机械平坦化设备所包括的传感器与化学机械平坦化终点检测装置所包括的通信单元通信连接。

13、与现有技术相比，本发明提供的化学机械平坦化终点检测系统的有益效果与上述技术方案的化学机械平坦化设备的有益效果相同，在此不做赘述。

技术特征：

1.一种化学机械平坦化设备，其特征在于，包括转盘、设在所述转盘上的传感器和研磨组件；所述研磨组件研磨晶圆时，所述传感器用于探测信号，所述信号用于反映所述研磨组件和所述晶圆的空间分布特性。

2.根据权利要求1所述的化学机械平坦化设备，其特征在于，在所述研磨组件包括磨头、定位环以及位于所述定位环内的衬膜的情况下，所述研磨组件的空间分布特性包括所述磨头的外侧壁以外区域、所述定位环所在区域、所述定位环和所述衬膜之间区域的空间分布特性。

3.根据权利要求2所述的化学机械平坦化设备，其特征在于，所述传感器靠近所述研磨组件探测所述研磨组件和远离所述研磨组件时，所述信号包括：

4.根据权利要求1～3任一项所述的化学机械平坦化设备，其特征在于，所述传感器的几何中心与所述转盘的几何中心之间的距离为d1；所述研磨组件的几何中心与所述转盘的几何中心之间的距离为d2；其中，

5.一种化学机械平坦化终点检测方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的化学机械平坦化终点检测方法，其特征在于，所述根据所述晶圆在所述化学机械平坦化设备的空间分布特征确定所述信号为有效晶圆信号情况下，根据所述信号确定化学机械平坦化是否达到终点前，所述化学机械平坦化终点检测方法还包括：

7.根据权利要求5所述的化学机械平坦化终点检测方法，其特征在于，所述根据所述晶圆有效信号确定化学机械平坦化是否达到终点包括；

8.一种化学机械平坦化终点检测装置，其特征在于，包括：

9.根据权利利要求8所述的化学机械平坦化终点检测装置，其特征在于，所述处理单元还用于根据所述晶圆在所述化学机械平坦化设备的空间分布特征确定所述信号为有效晶圆信号情况下，根据所述信号确定化学机械平坦化是否达到终点前，

10.一种化学机械平坦化终点检测系统，其特征在于，包括权利要求1至4任一项所述的化学机械平坦化设备，以及权利要求8至9任一项所述的化学机械平坦化终点检测装置；所述化学机械平坦化设备所包括的传感器与所述化学机械平坦化终点检测装置所包括的通信单元通信连接。

技术总结
本发明公开一种化学机械平坦化设备、终点检测方法、装置及系统，涉及化学机械平坦化技术领域，利用随转盘转动的传感器探测探测信息以反映研磨组件和晶圆的空间分布特性，确定晶圆的有效信号，从而确定化学机械平坦化是否达到终点，具有成本低的优点。该化学机械平坦化设备包括转盘、以及设在转盘上的传感器和研磨组件。研磨组件研磨晶圆时，传感器用于探测信号，信号用于反映研磨组件和晶圆的空间分布特性。

技术研发人员：金相一,杨涛,张月,李俊峰,王文武
受保护的技术使用者：中国科学院微电子研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14