一种晶圆滑片的检测方法与流程

1.本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种晶圆滑片的检测方法。


背景技术：

2.随着5g的新兴逐步应用，它所具有的超高速率，超低延时，超高密度等优点，使物联网，人工智能，无人驾驶等新兴技术迅猛发展。这就要求生产5g技术的芯片具有高效率，低能耗等特点。随着半导体芯片制造技术的发展，200mm及以上晶圆的化学机械平坦化工艺(chemical mechanical planarization，后简称cmp)在芯片生产中的作用和要求也就越来越高。从0.13μm到14nm甚至7nm、5nm等技术，日益复杂的抛光材料和日益提高的抛光要求，对铜cmp的研磨工艺要求越来越严格。
3.为了精确控制晶圆的研磨厚度，在铜cmp工艺中一般采用激光或者摩擦力来接收或者感应光和力的信号变化，时常会发生研磨终点(endpoint，后简称ep)提前或者滞后的现象，会造成晶圆的研磨量不足或者研磨过量，从而需要重新反复加工或者造成晶圆的报废。同时，晶圆在研磨过程中由于受研磨头施加的压力、研磨垫摩擦力、研磨液的流体力和转速的影响，很容易发生滑片(split out)，晶圆滑到研磨头外后很容易与机台发生碰撞造成碎片。现有的激光感应方法受限于激光的检测位置，具有一定迟滞性，存在不能及时检测到晶圆滑片的问题。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有检测技术不能及时检测到晶圆滑片的缺陷，进而提供一种晶圆滑片的检测方法。
5.本发明提供一种晶圆滑片的检测方法，包括：提供实时形貌控制单元，所述实时形貌控制单元适于根据电磁感应作用检测物体厚度；采用所述实时形貌控制单元对测试晶圆进行检测，获取所述测试晶圆的测试研磨终点信号强度；根据所述测试研磨终点信号强度获取第一阈值；在对晶圆进行研磨的过程中，采用所述实时形貌控制单元对所述晶圆进行检测，获取所述晶圆的研磨信号强度随时间的变化曲线；当所述晶圆的所述研磨信号强度小于所述第一阈值时，判断所述晶圆发生滑片。
6.可选的，所述测试晶圆包括第一测试晶圆至第n测试晶圆，n为大于或等于2的整数；获取所述测试晶圆的测试研磨终点信号强度的步骤包括：获取第一测试晶圆的第一测试研磨终点信号强度至第n测试晶圆的第n测试研磨终点信号强度；根据第一测试研磨终点信号强度至第n测试研磨终点信号强度的平均研磨终点信号强度以及标准差；若所述标准差小于或等于第二阈值，则将所述平均研磨终点信号强度作为所述测试研磨终点信号强度。
7.可选的，所述第二阈值为0～1。
8.可选的，n为大于或等于10的整数。
9.可选的，所述第一阈值大于或等于所述测试研磨终点信号强度的50％且小于或等
于所述测试研磨终点信号强度的90％。
10.可选的，所述实时形貌控制单元包括：电感线圈和电磁信号传感器，所述电感线圈适于产生磁场并在磁场内的导体中形成涡流，所述电磁信号传感器适于检测所述涡流的强度。
11.可选的，判断所述晶圆发生滑片之后，停止对所述晶圆的研磨。
12.本发明技术方案，具有如下优点：
13.本发明的晶圆滑片的检测方法，包括：提供实时形貌控制单元，所述实时形貌控制单元适于根据电磁感应作用检测物体厚度；采用所述实时形貌控制单元对测试晶圆进行检测，获取所述测试晶圆的测试研磨终点信号强度；根据所述测试研磨终点信号强度获取第一阈值；在对晶圆进行研磨的过程中，采用所述实时形貌控制单元对所述晶圆进行检测，获取所述晶圆的研磨信号强度随时间的变化曲线；当所述晶圆的所述研磨信号强度小于所述第一阈值时，判断所述晶圆发生滑片。由于实时形貌控制单元是根据电磁感应作用进行检测，检测的作用区域远大于激光，可以在滑片发生时立即作出反馈，具体为研磨信号骤降，直至下降到所述第一阈值以下。本发明的晶圆滑片的检测方法判断及时，灵敏度高。
14.进一步，所述第一阈值大于或等于所述测试研磨终点信号强度的50％且小于或等于所述测试研磨终点信号强度的90％。若所述第一阈值大于所述测试研磨终点信号强度的90％时，容易受到信号噪声影响，导致作出误判；若所述第一阈值小于所述测试研磨终点信号强度的50％时，则较大程度降低了灵敏度，不利于及时停止研磨工艺。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本发明实施例中晶圆滑片的检测方法的流程示意图；
17.图2为本发明实施例中常规状况下晶圆的研磨信号强度随时间的变化曲线示意图；
18.图3为本发明实施例中异常状况下晶圆的研磨信号强度随时间的变化曲线示意图。
具体实施方式
19.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
23.本发明提供一种晶圆滑片的检测方法，如图1所示，包括如下步骤：
24.步骤s1：提供实时形貌控制单元，所述实时形貌控制单元适于根据电磁感应作用检测物体厚度；
25.步骤s2：采用所述实时形貌控制单元对测试晶圆进行检测，获取所述测试晶圆的测试研磨终点信号强度；
26.步骤s3：根据所述测试研磨终点信号强度获取第一阈值；
27.步骤s4：在对晶圆进行研磨的过程中，采用所述实时形貌控制单元对所述晶圆进行检测，获取所述晶圆的研磨信号强度随时间的变化曲线；
28.步骤s5：当所述晶圆的所述研磨信号强度小于所述第一阈值时，判断所述晶圆发生滑片。
29.由于实时形貌控制单元是根据电磁感应作用进行检测，检测的作用区域远大于激光，可以在滑片发生时立即作出反馈，具体为研磨信号强度骤降，直至下降到所述第一阈值以下。本发明的晶圆滑片的检测方法判断及时，灵敏度高，易于进行自动化监测。
30.在对晶圆进行研磨之前，晶圆包括：晶圆基层结构；位于所述晶圆基层结构表面的阻挡层；阻挡层和部分晶圆基层结构中具有凹槽；位于凹槽中以及阻挡层表面的初始金属互连层。对晶圆进行研磨的步骤中，采用cmp工艺研磨初始金属互连层直至暴露出阻挡层，使得初始金属互连层形成位于凹槽中的金属互连层。所述金属互联层的材料包括铜。形成金属互联层之后，去除阻挡层。
31.本实施例中，所述测试晶圆包括第一测试晶圆至第n测试晶圆，n为大于或等于2的整数；获取所述测试晶圆的测试研磨终点信号强度的步骤包括：获取第一测试晶圆的第一测试研磨终点信号强度至第n测试晶圆的第n测试研磨终点信号强度；根据第一测试研磨终点信号强度至第n测试研磨终点信号强度的平均研磨终点信号强度以及标准差；若所述标准差小于或等于第二阈值，则将所述平均研磨终点信号强度作为所述测试研磨终点信号强度。由于不同批次、不同中间步骤得到的晶圆性能参数相差较大，因此需要通过获取所述测试晶圆的测试研磨终点信号强度来得到比较的基准值。具体的，当选取的测试晶圆一致性较好时，反映在标准差较小，可以直接则将平均研磨终点信号强度作为所述测试研磨终点信号强度；当选取的测试晶圆一致性较差，测试数据离散度较大时，反映在标准差较大，可以将偏离平均值程度最大的数据去除后，再重复进行平均值与标准差的计算，直至标准差小于第二阈值，此时对应的平均值可以作为获取测试研磨终点信号强度的有效值。在一个具体的实施例中，所述第二阈值为0～1。在一个实施例中，n为大于或等于10的整数，可以获得更准确的测试研磨终点信号强度。
32.本实施例中，获取晶圆的研磨信号强度随时间的变化曲线如图2和图3所示。图2示
出了常规状况下，晶圆的研磨信号强度随时间的变化曲线，其中横坐标为时间，纵坐标为信号强度。由图2可知，信号强度随时间先减小，代表着晶圆被抛光减薄；随后达到稳定，稳定状态下对应的信号强度即为研磨终点信号强度。图3示出了异常状况下，晶圆的研磨信号强度随时间的变化曲线，同时也用点划线标记了常规曲线作为对比，其中横坐标为时间，纵坐标为信号强度。由图3可知，同样是信号强度随时间先减小，代表着晶圆被抛光减薄；随后在达到研磨终点信号强度前，信号强度骤降，直至第一阈值以下，显示出异常，具体为发生了晶圆滑片。
33.在一个实施例中，所述第一阈值大于或等于所述测试研磨终点信号强度的50％且小于或等于所述测试研磨终点信号强度的90％。若所述第一阈值大于所述测试研磨终点信号强度的90％时，容易受到信号噪声影响，导致作出误判；若所述第一阈值小于所述测试研磨终点信号强度的50％时，则较大程度降低了灵敏度，不利于及时停止研磨设备。
34.本实施例中，所述实时形貌控制单元包括：电感线圈和电磁信号传感器，所述电感线圈适于产生磁场并在磁场内的导体中形成涡流，所述电磁信号传感器适于检测所述涡流的强度。由于金属在变化的电场中运动感生出涡流，并且膜厚越大，涡流产生的信号越强，因此可以根据检测到的涡流信号大小判断抛光的程度。可以通过简单的线性函数将原始的电信号转化为厚度信息，线性函数的参数需要事先以标准厚度的晶圆对实时形貌控制单元进行信号校准得到。
35.本实施例中，判断所述晶圆发生滑片之后，停止对所述晶圆的研磨。在一个具体的实施例中，还可以增加滑片报警装置。
36.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。