一种研磨终点检测系统和检测方法与流程

本发明涉及化学机械研磨工艺领域，特别涉及一种研磨终点检测系统和检测方法。

背景技术：

1、集成电路制造中，化学机械研磨工艺是对基板进行全局性平坦化最有效的加工方式。该加工方法是利用化学反应腐蚀基板表面，同时利用研磨垫与基板的摩擦去除被腐蚀和软化的材料，达到平坦化的目的。

2、在研磨过程中，研磨终点的判断和控制非常关键，一旦出现研磨终点判断过早或者过晚，会造成研磨时间过短或者时间过长，将会引发基板加工异常甚至报废。基板研磨终点的判断采用光学终点检测，采用激光照射以及光强检测的方式进行。用激光照射基板表面，并检测基板反射光的强度，根据反射光强的变化，判断基板的加工是否到达终点。光学终点检测装置一般包括光源、光路和光强检测器等装置。光源存在衰减、使用寿命等问题。由于是利用光强对终点是否到达进行检测，因此光源光强的衰减等问题会对终点检测的精度造成直接影响。

3、目前的光学终点检测装置没有光学校准的装置，需要借用独立装置或者标准基板对其光强进行检测，检测到的光强信号不稳定，无法实现精准检测。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种研磨终点检测系统和检测方法，以解决检测到的光强信号不稳定和无法实现精准检测。

2、第一方面，本发明提供了一种研磨终点检测系统，包括：

3、光源，用于发射光束；

4、第一反射镜，设置于光源的一侧，用于将光束反射至基板，基板用于将光束反射至第二反射镜；

5、第二反射镜，设置于第一反射镜的一侧，用于将基板反射出的光束反射至光强检测器；

6、升降机构，第一反射镜和第二反射镜固定于升降机构上；升降机构用于沿第一预设方向下降，以使光源发射的光束发射至光强检测器；升降机构还用于沿第二预设方向上升，以使光源发射的光束经过第一反射镜、基板及第二反射镜反射至光强检测器；

7、光强检测器，用于在升降机构处于上升之后的状态下将光信号转换为第一光强信号，还用于在升降机构处于下降之后的状态下将光信号转换为第二光强信号；

8、处理模块，与光强检测器连接；处理模块用于采集第一光强信号和第二光强信号，还用于根据第二光强信号对第一光强信号进行校准，以及用于根据校准后的第一光强信号对基板的研磨终点进行检测。

9、本发明在研磨终点检测系统中增设升降机构，当需要进行光源衰减的检测时，通过升降机构控制反射镜下降，使得光源发出的光束直接射入光强检测器，避免因基板的不同造成的误差；处理模块既可以对基板研磨进行终点检测，也可以对光源的光强进行检测并校准，节省了工艺步骤，降低了成本。

10、在一种可选的实施方式中，处理模块还用于记录光源的初始光强信号，以及用于根据第二光强信号与初始光强信号的变化对第一光强信号进行校准。

11、在研磨终点检测系统使用前，降下升降机构，处理模块记录光源的初始光强信号，用于系统使用再进行校准时与当前的第二光强信号进行比较。

12、在一种可选的实施方式中，处理模块还用于根据第二光强信号与初始光强信号的变化确定光强衰减系数，以及根据光强衰减系数对第一光强信号进行校准。

13、研磨终点检测系统使用前，进行一次光源的光强检测，处理模块记录光源的初始光强信号；随着基板研磨的进行，光源的不断使用使得发出的光束的光信号和对应的光强信号存在衰减；当初始光强信号与当前的第二光强信号的变化达到一定范围时，处理模块根据当前的第二光强信号与初始光强信号的变化得到光强衰减系数；处理模块根据光强衰减系数校准第一光强信号，并根据校准后的第一光强信号对基板的研磨终点进行检测。研磨终点检测系统使用校准后的第一光强信号对基板的研磨终点进行检测，避免了检测误差。

14、在一种可选的实施方式中，处理模块还用于根据校准后的第一光强信号绘制光强曲线，以及用于根据光强曲线对基板的研磨终点进行检测。

15、处理模块用于根据第一光强信号绘制光强曲线，该光强曲线存在第一拐点和第二拐点，用于判断基板的加工是否达到终点；光强曲线可以准确的反应基板的加工情况。

16、在一种可选的实施方式中，研磨终点检测系统还包括研磨盘和通孔，通孔沿第一预设方向或第二预设方向设置于研磨盘，基板和升降机构设置于通孔两侧。

17、在一种可选的实施方式中，光源、第一反射镜、第二反射镜、升降机构、光强检测器及处理模块均设置于背离研磨盘的一侧。

18、研磨盘包括通孔，基板设置于研磨盘且覆盖通孔的一侧表面，在对基板加工情况进行检测时，光源发出的光束经第一反射镜反射，光束经过通孔射至基板，基板将光束反射至第二反射镜，反射至第二反射镜的光束经过基板，光强检测器所转换的第一光强信号对应基板的加工情况。

19、第二方面，本发明提供了一种光强校准方法，方法应用于上述的研磨终点检测系统，方法包括：

20、控制升降机构下降，光强检测器接收光源发射的光束并转换为第二光强信号；

21、控制升降机构上升，光强检测器接收光源发射后经第一反射镜、基板及第二反射镜反射的光束并转换为第一光强信号；

22、处理模块通过光强检测器采集第一光强信号和第二光强信号后，根据第二光强信号对第一光强信号进行校准；

23、处理模块根据校准后的第一光强信号对基板的研磨终点进行检测。

24、光强的检测和校准使用时机灵活，可在研磨终点检测系统空闲或使用过程中的间歇期进行；当进行光强校准时，控制升降机构下降，光强检测器接收光束并转换为第二光强信号，处理模块采集第二光强信号，根据当前的第二光强信号与初始光强信号得到光强衰减系数，根据光强衰减系数校准第一光强信号，并根据校准后的第一光强信号对基板的研磨终点进行检测。

25、在一种可选的实施方式中，获取初始光强信号的方法包括：

26、在研磨终点检测系统使用前，控制升降机构下降，光强检测器接收光源发射的光束并转换为第二光强信号；

27、处理模块中的光强信号收集转换模块采集第二光强信号，将第二光强信号标记为初始光强信号。

28、在一种可选的实施方式中，处理模块设置有最小光强信号，在当前光强信号小于最小光强信号时：

29、处理模块发出光源更换警报。

30、当前的第二光强信号与初始光强信号之间存在变化量，该变化量存在上限，在当前的第二光强信号低于最小光强信号时，处理模块发出警报，提示光源需要更换。

31、在一种可选的实施方式中，控制升降机构下降后，设置于升降机构的一侧表面的第一反射镜、第二反射镜和升降机构均位于背离光源发射光束的光轴中心位置的一侧空间。

32、在进行光强检测和校准时，升降机构下降，第一反射镜和第二反射镜跟随升降机构降至光源发射光束的光轴中心位置的一侧空间，使得光源发出的光束直射至光强检测器，光强检测器将光源发出的光束转换为第二光强信号。

技术特征：

1.一种研磨终点检测系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，

7.一种研磨终点检测方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-6任一项所述的研磨终点检测系统，所述方法包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，获取初始光强信号的方法包括：

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，处理模块(6)设置有最小光强信号，在当前的第二光强信号小于最小光强信号时：

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

技术总结本发明涉及化学机械研磨工艺领域，公开了一种研磨终点检测系统和检测方法；研磨终点检测系统包括光源、第一反射镜、第二反射镜、升降机构、光强检测器及处理模块；光源用于发出光束，第一反射镜、第二反射镜均用于将光束经反射作用反射至光强检测器；升降机构用于搭载并控制第一反射镜和第二反射镜上升或下降；光强检测器用于在升降机构上升和下降后接收光束并转换为第一光强信号和第二光强信号；处理模块用于采集第一光强信号和第二光强信号，还用于根据第二光强信号校准第一光强信号，以及使用校准后的第一光强信号对基板的研磨终点进行检测。本发明的研磨终点检测系统检测到的光强信号稳定，检测结果精准。技术研发人员：周庆亚,张为强,李嘉浪,白琨,李坤受保护的技术使用者：北京晶亦精微科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23