CN102837259B - 铜化学机械研磨终点检测装置及方法 - Google Patents

铜化学机械研磨终点检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种铜化学机械研磨终点检测方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面形成有待研磨结构，所述结构的材料含有铜；对所述待研磨结构进行化学机械研磨，并产生研磨副产品；混合所述研磨副产品与显色剂，并测量所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度；根据所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量，并通过所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量检测是否到达研磨终点。相应地，本发明还提供一种铜化学机械研磨终点检测装置，以及铜化学机械研磨方法。通过本发明可以精确检测铜化学机械研磨的终点。

Description

铜化学机械研磨终点检测装置及方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，特别涉及铜化学机械研磨终点检测装置及方法，铜化学机械研磨方法。
背景技术
化学机械研磨(CMP)的机理是被研磨晶片的表面材料与研浆发生化学反应生成一层相对容易去除的表面层，所述表面层通过研浆中的研磨剂以及施加在被研磨晶片上的研磨压力，在与研磨垫的相对运动中被机械地磨去。特别地，在对金属材料进行CMP时，研浆与金属表面接触并产生金属氧化物，并通过研磨去除所述金属氧化物以达到研磨的效果。
在公开号为CN1471141A的中国专利申请中公开了一种化学机械研磨设备。如图2所示，现有的化学机械研磨设备包括一个自动旋转的研磨盘102以及一个晶圆握把104，通常研磨盘102会被设计成一种圆形板以方便跟安装在研磨盘102上的研磨垫106一起旋转，提供的晶圆110会被晶圆握把104抓住，而晶圆握把104的位置是可以调节的，晶圆握把104可以施力在晶圆110上，在研磨期间，晶圆握把104会确定晶圆110有接触到研磨垫106。在研磨盘102上方放置有一个研浆供应路线108，可以提供研磨用的研浆112，所述研浆112包含反应物和研磨剂，反应物用于与被研磨晶圆110的表面材料发生反应生成相对容易磨去的材料，研磨剂用于研磨垫106与晶圆110之间的机械研磨，在CMP设备中通常会有一个调节器114来调节研磨垫。
CMP的一个难题在于检测研磨终点，即判断研磨是否完成，是否已将衬底层平坦化成期望的平坦度或厚度。过度研磨(overpolish)导体层或者薄膜会增加电路阻抗。另一方面，研磨不足(underpolish)会导致短路。现行的两种最常用的原位终点检测方法为电机电流终点检测法和光学终点检测法。
电机电流终点检测法通过检测研磨头或者研磨盘电机中的电流量监控平坦化速率。平坦化量的变化(及电机负载)会导致电机电流量的变化，由于研磨头是匀速旋转的，为了补偿电机负载的变化，电机电流会有相应变化，即电机电流对晶圆表面粗糙程度的变化是敏感的。由此，通过检测电机电流量的变化可实现平坦化程度的检测。更多详细信息请参考公开号为CN1670923A的中国专利申请。
光学终点检测法是一种基于光反射原理的终点检测方法，光从膜层上反射，不同的反射率与膜层材料和膜层厚度相关，若膜层材料或厚度发生变化，光学终点检测可测量从平坦化膜层反射的紫外光或可见光之间的干涉，利用干涉信号处理算法连续地测量平坦化中膜层厚度的变化，可测定平坦化速率。
与此同时，铜作为一种重要的导电材料越来越广泛地应用于半导体器件中，比如用于互连结构中。所以在对铜进行CMP处理时，精确检测研磨终点非常重要。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种铜化学机械研磨终点检测装置及方法，以精确检测铜研磨终点。
为解决上述问题，本发明提供一种铜化学机械研磨终点检测方法，包括：
提供半导体衬底，所述半导体衬底表面形成有待研磨结构，所述结构的材料含有铜；对所述待研磨结构进行化学机械研磨，并产生研磨副产品；其特征在于，还包括：
混合所述研磨副产品与显色剂，并测量所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度；
根据所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量，并通过所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量检测是否到达研磨终点。
可选地，所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度指的是所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物在入射光波长为607nm和548nm时的吸光度。
可选地，根据所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量的方法包括：
在研磨所使用的研浆确定的情况下，计算吸光度之比的差ΔAr，
所述ΔAr＝A607nm/A548nm-A* 607nm/A* 548nm，其中，A607nm和A548nm分别是所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物在入射光波长为607nm和548nm时的吸光度，A* 607nm和A* 548nm是研浆与显色剂的混合物在入射光波长为607nm和548nm时的吸光度；
根据ΔAr＝P×Cm+Q计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中的铜的含量，其中，P、Q是回归常数，Cm是所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中的铜的含量。
可选地，在所述研浆与显色剂的混合物中，显色剂的浓度是0.002mmol/L-0.004mmol/L。
可选地，其特征在于所述显色剂是二溴茜素紫。
相应地，本发明还提供一种铜化学机械研磨终点检测装置，包括：研磨盘；安装在所述研磨盘上的研磨垫；与所述研磨垫相对设置的晶圆握把、所述晶圆握把固定半导体衬底，所述半导体衬底表面具有待研磨的结构，所述结构的材料包括铜；研浆供应路线，所述研浆供应路线提供显色剂以及研磨所需要的研浆；吸收光谱探测器，所述吸收光谱探测器用于测量研磨过程中产生的研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度。
可选地，吸收光谱探测器包括入射光源和吸收光谱采集部件。
可选地，所述研浆供应路线所提供研磨所需要的研浆以及显色剂中，显色剂的含量是0.002mmol/L-0.004mmol/L。
可选地，所述显色剂是二溴茜素紫。
相应地，本发明还提供一种铜化学机械研磨方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上具有待研磨的结构，所述结构的材料包括铜；将所述半导体衬底固定于晶圆握把，并对所述待研磨结构进行研磨；研磨过程中，研浆供应路线提供研磨所需要的研浆以及显色剂；吸收光谱探测器测量研磨过程中产生的研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度；根据所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量，如果所述铜含量达到预定的值，则停止研磨，如果所述铜含量未达到预定的值，则继续研磨。
可选地，根据所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量的方法是，在研磨所使用的研浆确定的情况下，计算吸光度之比的差ΔAr，所述ΔAr＝A607nm/A548nm-A* 607nm/A* 548nm，其中，A607nm和A548nm分别是所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物在入射光波长为607nm和548nm时的吸光度，A* 607nm和A* 548nm是研浆与显色剂的混合物在入射光波长为607nm和548nm时的吸光度；根据ΔAr＝P×Cm+Q计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中的铜的含量，其中，P、Q是回归常数，Cm是所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中的铜的含量。
可选地，所述显色剂是二溴茜素紫。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明利用显色剂与含铜溶液混合后，吸光度会发生变化，并且吸光度的变化与混合液中铜的含量相关，通过检测在研磨过程中，显色剂与研磨副产品以及研浆的混合物的吸光度的变化，检测混合物中铜的含量的变化，提供了一种快速、便捷、准确地检测铜研磨终点的装置和方法，同时提供了一种可以精确控制的铜化学机械研磨方法；
进一步，本发明的实施例所提供的检测铜研磨终点的装置，通过研浆供应路线在被研磨结构表面提供显色剂，作为一个实施例，所采用的显色剂是二溴茜素紫，研磨产生研磨副产品后，研磨副产品即可与显色剂在研磨结构表面混合，二溴茜素紫与含铜溶液的混合液在特定波长的吸光率会与铜的含量相关，并且受铜含量的影响显著，从而可以快速准确地反映研磨副产品中铜的含量，并根据研磨副产品中铜的含量，判断研磨是否达到终点；
进一步，本发明所提供的检测铜研磨终点的方法中，将研磨铜所产生的研磨副产品与显色剂相混合，并建立了一个铜含量与所述混合液在特定波长的吸光率之间的关系式，通过所述关系式可以由所述混合液在特定波长的吸光度精确计算研磨各个阶段所得到的研磨副产品与研浆以及显色剂的混合液中的铜的含量，从而提供了一种快速、便捷、准确地检测铜研磨终点的方法；
进一步，本发明提供了一种铜化学机械研磨方法，通过采用本发明所提供的检测铜研磨终点的方法，可以精确检测铜研磨终点，从而提高了研磨的精度。
附图说明
图1是本发明的实施例所提供的铜化学机械研磨终点检测方法的流程示意图；
图2是现有的化学机械研磨设备结构示意图；
图3和图7是本发明的实施例所提供的铜化学机械研磨终点检测方法的剖面结构示意图；
图4是利用本发明的实施例所提供的研磨装置对所述待研磨结构进行化学机械研磨的示意图；
图5是本发明的实施例中，A607nm/A548nm的值与研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中随铜的含量的关系示意图；
图6是本发明的实施例中，ΔAr与研磨副产品、研浆以及显色剂的混合物中铜的含量的关系示意图。
具体实施方式
由背景技术可知，检测研磨终点是化学机械研磨处理中的一个难点，而精确检测待研磨结构的化学机械研磨的研磨终点也越来越重要。发明人对上述问题进行研究，并试图寻找一个与研磨副产品中铜的含量直接相关，并便于通过测量得到的物理量，经过多次实验，发明人发现含铜溶液与显色剂的混合物的吸光度与混合液中铜的含量相关。经过进一步研究，发明人在本发明中提供一种铜化学机械研磨终点检测方法及装置，以及铜化学机械研磨方法。
本发明利用显色剂与含铜溶液混合后，吸光度会发生变化，并且吸光度的变化与混合液中铜的含量相关，通过检测在研磨过程中，显色剂与研磨副产品以及研浆的混合物的吸光度的变化，检测混合物中铜的含量的变化，提供了一种快速、便捷、准确地检测铜研磨终点的装置和方法，同时提供了一种可以精确控制的铜化学机械研磨方法。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
图1是本发明的实施例所提供的铜化学机械研磨终点检测方法的流程示意图，包括：
步骤S101，提供半导体衬底，所述半导体衬底表面形成有待研磨结构，所述结构的材料含有铜；
步骤S102，对所述待研磨结构进行化学机械研磨，并产生研磨副产品；
步骤S103，混合所述研磨副产品与显色剂，并测量所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度；
步骤S104，根据所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量，并通过所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量检测是否到达研磨终点。
参考图1和图3，执行步骤S101，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100表面形成有待研磨结构，所述结构的材料含有铜。
本实施例中，所述半导体衬底100为现有的半导体衬底，比如硅衬底或SOI衬底，所述半导体衬底100表面或，所述半导体衬底内还可以形成有其他结构，比如晶体管、二极管等。作为一个实施例，所述半导体衬底100表面还形成有晶体管(未示出)。
作为一个实施例，所述半导体衬底表面形成有介质层120，所述介质层120具有暴露所述半导体衬底100的开口，所述开口里填充满金属层110，所述金属层110还覆盖所述介质层120，所述金属层110的材料是铜，本实施例中，所述金属层110是待研磨结构，研磨的终点是暴露所述介质层120。
执行步骤S102，对所述待研磨结构进行化学机械研磨，并产生研磨副产品。
图4是对所述待研磨结构进行化学机械研磨的示意图，在本实施例中，进行化学机械研磨所采用的研磨装置包括：
研磨盘102；安装在所述研磨盘102上的研磨垫106；与所述研磨垫106相对设置的晶圆握把104、所述晶圆握把104固定半导体衬底100，金属层110待研磨的表面与研磨垫106相对，研磨时，所述晶圆握把104的位置可调节，所述晶圆握把104可以确保所述待研磨表面与所述研磨垫106接触；研浆供应路线108，所述研浆供应路线108供应研磨所需要的研浆112，所述研浆112包含反应物和研磨剂，反应物用于与半导体衬底100待研磨结构的材料发生反应生成相对容易磨去的材料，研磨剂用于研磨垫106与待研磨结构之间的机械研磨。
研磨时，所述研浆供应路线108将研磨所需要的研浆112供应至研磨垫106与金属层110待研磨的表面之间，研浆112中的反应物与待研磨结构的材料发生反应生成相对容易磨去的材料，然后在研浆112中的研磨剂的作用下，反应生成相对容易磨去的材料在研磨垫106与待研磨结构之间的机械研磨中被剥离待研磨结构的表面，产生研磨副产品，所述副产品包括被从研磨结构表面剥离的所有材料。在本实施例中，研磨过程中，副产品中的铜的含量逐渐减小，在到达研磨终点时，副产品中铜的含量达到最小值。
执行步骤S103，混合所述研磨副产品与显色剂，并测量所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度。
所述显色剂为与含铜溶液混合后，吸光度会随着混合液中铜的含量发生变化的溶液。在本实施例中，所述研浆供应路线108还供应显色剂，所以显色剂与研浆一起被供应至研磨垫106与金属层110待研磨的表面之间，在产生研磨副产品后，显色剂会与研磨副产品混合。本实施例所采用的研磨装置还包括吸收光谱探测器200，所述吸收光谱探测器200包括入射光源和吸收光谱采集部件，研磨期间，入射光源会向聚集在研磨垫106表面的研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物入射光；吸收光谱采集部件会采集研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物对所述入射光的吸收光谱，并得到研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物对入射光的吸光度。
执行步骤S104，根据所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量，并通过所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量检测是否到达研磨终点。
作为一个实施例所述显色剂为二溴茜素紫(DBAV，diebromo alizarinviolet)。二溴茜素紫与铜离子混合可以发生如化学反应式(1)所示的化学反应生成二元配位化合物(Cu(DBAV)2)，Cu(DBAV)2的吸光度不同于二溴茜素紫和研磨副产品的吸光度。在刚开始研磨时，研磨副产品中的铜离子含量比较高，所以二溴茜素紫与铜离子充分反应，生成Cu(DBAV)2，所得到的吸光度为Cu(DBAV)2的吸光度，即所得到的吸光度的数值是一个比较稳定的数值；在接近研磨终点时，研磨副产品中铜离子的含量逐渐减小，所以二溴茜素紫与铜离子不充分反应，铜离子的含量越少，所得到的吸光度受Cu(DBAV)2的吸光度的影响越小，由此，发明人得出研磨副产品中的铜离子的含量与所得到的吸光度之间会有联系。
发明人经过进一步研究发现，在Cu(DBAV)2的吸光度关于入射光波长的曲线中，在入射光波长是548nm时会产生一个波谷，在入射光波长是607nm时会产生一个波峰。发明人还发现，如图5所示，在所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量小于0.15mg/L时，A607nm/A548nm的值随铜的含量的减小而显著增加。其中，A607nm和A548nm分别是所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物在入射光波长为607nm和548nm时的吸光度。
为了建立所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量与研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度的关系，发明人建立了如下关系式：
ΔAr＝A607nm/A548nm-A* 607nm/A* 548nm，(2)
其中，A* 607nm和A* 548nm是研浆与显色剂的混合物在入射光波长为607nm和548nm时的吸光度，A* 607nm和A* 548nm可以通过测量获得，并且在选定研浆与显色剂的情况下，所述A* 607nm/A* 548nm是定值，而A607nm和A548nm可以在研磨过程中，由吸收光谱探测器200分别测量获得，所以在研磨过程中，ΔAr是一个可以直接获得的量，并发现在铜的含量比较小，即接近研磨终点时，ΔAr与所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量的关系近似为线性关系，于是发明人进一步建立了：
ΔAr＝P×Cm+Q，(3)
其中，P、Q是回归常数，Cm是所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量。并且P、Q的数值可以通过有限次实验测量得到。需要注意的是，如图6所示，在本实施例中，ΔAr与所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量的关系是近似的线性关系，而不是绝对的线性关系，所以P、Q的值是与具体测量环境以及显色剂浓度、研浆等相关的非零常数，图6中线B、线C以及线D是在不同的测量环境以显色剂浓度下测量得到的ΔAr与所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量的关系曲线，线A与线B、线C以及线D的交点分别是对应测量环境以及显色剂浓度下，达到研磨终点时所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量。
研究表明，由(3)式计算得到的研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量的误差与显色剂的浓度有关，显色剂的浓度是0.002mmol/L-0.004mmol/L得到的误差比较小，可以被接受。在一个实施例中，显色剂是浓度为0.003mmol/L的二溴茜素紫，Q的值是0.0017，由(3)式计算的到的所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量的误差是2.5μg/L。
同样的，可以通过有限次实验，确定在研磨达到终点时，作为一个实施例，在去除部分金属层110，暴露介质层120以得到如图7所示的结构时，研磨达到终点，测量此时研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量，并把所得到的铜的含量作为标准值，与研磨过程中，由式(3)得到的铜的含量进行比较，如果由式(3)得到的铜的含量大于所述标准值，则没有到达研磨终点，继续进行研磨；如果由式(3)得到的铜的含量等于或者小于所述标准值，则达到研磨终点，停止研磨。
本发明所提供的检测铜研磨终点的方法中，将研磨铜所产生的研磨副产品与显色剂相混合，并建立了一个铜含量与所述混合液在特定波长的吸光率之间的关系式，通过所述关系式可以由所述混合液在特定波长的吸光度精确计算研磨各个阶段所得到的研磨副产品与研浆以及显色剂中的铜的含量，从而提供了一种快速、便捷、准确地检测铜研磨终点的方法。
相应地，本发明还提供一种铜化学机械研磨终点检测装置，包括：研磨盘；安装在所述研磨盘上的研磨垫；与所述研磨垫相对设置的晶圆握把、所述晶圆握把固定半导体衬底，所述半导体衬底表面具有待研磨的结构，所述结构的材料包括铜；研浆供应路线，所述研浆供应路线提供显色剂以及研磨所需要的研浆；吸收光谱探测器，所述吸收光谱探测器用于测量研磨过程中产生的研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度。
作为一个实施例，所述吸收光谱探测器包括入射光源和吸收光谱采集部件。所述入射光源在化学机械研磨过程中，向被研磨结构表面提供入射光，所述入射光在被研磨结构表面与研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物发生光学作用，所述吸收光谱采集部件采集研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度。所述吸光度与研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量相关，本发明的实施例通过采集研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度，得到研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量，从而判断研磨是否达到终点。
实验研究表明，研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中，显色剂的含量与测量得到的吸光度的精度有关系。作为一个实施例，所述研浆供应路线所提供的研磨所需要的研浆以及显色剂中，显色剂的含量是0.002mmol/L-0.004mmol/L。
作为一个实施例，所述显色剂是二溴茜素紫。
二溴茜素紫与铜离子混合可以发生化学反应生成二元配位化合物(Cu(DBAV)2)，Cu(DBAV)2的吸光度不同于二溴茜素紫和研磨副产品的吸光度。在刚开始研磨时，研磨副产品中的铜离子含量比较高，所以二溴茜素紫与铜离子充分反应，生成Cu(DBAV)2，所得到的吸光度为Cu(DBAV)2的吸光度，即所得到的吸光度的数值是一个比较稳定的数值；在接近研磨终点时，研磨副产品中铜离子的含量逐渐减小，所以二溴茜素紫与铜离子不充分反应，铜离子的含量越少，所得到的吸光度受Cu(DBAV)2的吸光度的影响越小。
本领域技术人员应该明白，对研磨盘、研磨垫、晶圆握把、研浆供应路线、以及吸收光谱探测器的形状、布局的改变和修改都不脱离本实施例所提供的铜化学机械研磨终点检测装置的保护范围。
本发明的实施例所提供的检测铜研磨终点的装置，通过研浆供应路线在被研磨结构表面提供显色剂，作为一个实施例所采用的显色剂是二溴茜素紫，研磨产生研磨副产品后，研磨副产品即可与显色剂在研磨结构表面混合，二溴茜素紫与含铜溶液的混合液在特定波长的吸光率会与铜的含量相关，并且受铜含量的影响显著，从而可以快速准确地反映研磨副产品中铜的含量，并根据研磨副产品中铜的含量，判断研磨是否达到终点。
相应地，本发明还提供一种铜化学机械研磨方法，本发明所提供的铜化学机械研磨方法利用本发明所提供的铜化学机械研磨终点检测装置和方法检查研磨终点，具体包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上具有待研磨的结构，所述结构的材料包括铜；将所述半导体衬底固定于晶圆握把，并对所述待研磨结构进行研磨；研磨过程中，研浆供应路线提供研磨所需要的研浆以及显色剂；吸收光谱探测器测量研磨过程中产生的研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度；根据所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量，如果所述铜含量达到预定的值，则停止研磨，如果所述铜含量未达到预定的值，则继续研磨。
可选地，根据所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量的方法是，在研磨所使用的研浆确定的情况下，计算吸光度之比的差ΔAr，所述ΔAr＝A607nm/A548nm-A* 607nm/A* 548nm，其中，A607nm和A548nm分别是所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物在入射光波长为607nm和548nm时的吸光度，A* 607nm和A* 548nm是研浆与显色剂的混合物在入射光波长为607nm和548nm时的吸光度；根据ΔAr＝P×Cm+Q计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中的铜的含量，其中，P、Q是回归常数，Cm是所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中的铜的含量。
可选地，所述显色剂是二溴茜素紫。
通过采用本发明所提供的检测铜研磨终点的方法，可以精确检测铜研磨终点，从而提高了研磨的精度。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明利用显色剂与含铜溶液混合后，吸光度会发生变化，并且吸光度的变化与混合液中铜的含量相关，通过检测在研磨过程中，显色剂与研磨副产品以及研浆的混合物的吸光度的变化，检测混合物中铜的含量的变化，提供了一种快速、便捷、准确地检测铜研磨终点的装置和方法，同时提供了一种可以精确控制的铜化学机械研磨方法；
进一步，本发明的实施例所提供的检测铜研磨终点的装置，通过研浆供应路线在被研磨结构表面提供显色剂，作为一个实施例所采用的显色剂是二溴茜素紫，研磨产生研磨副产品后，研磨副产品即可与显色剂在研磨结构表面混合，二溴茜素紫与含铜溶液的混合液在特定波长的吸光率会与铜的含量相关，并且受铜含量的影响显著，从而可以快速准确地反映研磨副产品中铜的含量，并根据研磨副产品中铜的含量，判断研磨是否达到终点；
进一步，本发明所提供的检测铜研磨终点的方法中，将研磨铜所产生的研磨副产品与显色剂相混合，并建立了一个铜含量与所述混合液在特定波长的吸光率之间的关系式，通过所述关系式可以由所述混合液在特定波长的吸光度精确计算研磨各个阶段所得到的研磨副产品与研浆以及显色剂中的铜的含量，从而提供了一种快速、便捷、准确地检测铜研磨终点的方法；
进一步，本发明提供了一种采用本发明所提供铜化学机械研磨方法，通过采用本发明所提供的检测铜研磨终点的方法，可以精确检测铜研磨终点，从而提高了研磨的精度。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (12)

1.一种铜化学机械研磨终点检测方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底表面形成有待研磨结构，所述待研磨结构的材料含有铜；供应研浆对所述待研磨结构进行化学机械研磨，并产生研磨副产品；其特征在于，还包括：在供应研浆的同时供应显色剂至待研磨结构表面，在产生所述研磨副产品后，显色剂与所述研磨副产品混合，并测量所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度；
根据所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量，并将所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量与预定的值进行比较，通过判断两者的大小检测是否到达研磨终点。
2.依据权利要求1所述的铜化学机械研磨终点检测方法，其特征在于，所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度指的是所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物在入射光波长为607nm和548nm时的吸光度。
3.依据权利要求2所述的铜化学机械研磨终点检测方法，其特征在于，根据所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量的方法包括：
在研磨所使用的研浆确定的情况下，计算吸光度之比的差△Ar，
所述△Ar＝A607nm/A548nm–A* 607nm/A* 548nm，其中，A607nm和A548nm分别是所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物在入射光波长为607nm和548nm时的吸光度，A* 607nm和A* 548nm是研浆与显色剂的混合物在入射光波长为607nm和548nm时的吸光度；
根据△Ar＝P×Cm+Q计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中的铜的含量，其中，P、Q是回归常数，Cm是所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中的铜的含量。
4.依据权利要求2所述的铜化学机械研磨终点检测方法，其特征在于，所述研浆供应路线所提供的研磨所需要的研浆以及显色剂中，显色剂的浓度是0.002mmol/L-0.004mmol/L。
5.依据权利要求1至4中任意一项所述的铜化学机械研磨终点检测方法，其特征在于所述显色剂是二溴茜素紫。
6.一种铜化学机械研磨终点检测装置，包括：研磨盘；安装在所述研磨盘上的研磨垫；与所述研磨垫相对设置的晶圆握把、所述晶圆握把固定半导体衬底，所述半导体衬底表面具有待研磨的结构，所述待研磨结构的材料包括铜；其特征在于，还包括：研浆供应路线，所述研浆供应路线同时提供显色剂以及研磨所需要的研浆至待研磨的结构表面；吸收光谱探测器，所述吸收光谱探测器用于测量研磨过程中产生的研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度。
7.依据权利要求6所述的铜化学机械研磨终点检测装置，其特征在于，吸收光谱探测器包括入射光源和吸收光谱采集部件。
8.依据权利要求6所述的铜化学机械研磨终点检测装置，其特征在于，所述研浆供应路线所提供研磨所需要的研浆以及显色剂中，显色剂的浓度是0.002mmol/L-0.004mmol/L。
9.依据权利要求6或8所述的铜化学机械研磨终点检测装置，其特征在于，所述显色剂是二溴茜素紫。
10.一种铜化学机械研磨方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上具有待研磨的结构，所述待研磨结构的材料包括铜；将所述半导体衬底固定于晶圆握把，并对所述待研磨结构进行研磨；其特征在于，研磨过程中，研浆供应路线提供研磨所需要的研浆并同时提供显色剂至待研磨结构表面，在产生研磨副产品后，显色剂与所述研磨副产品混合；吸收光谱探测器测量研磨过程中产生的研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度；根据所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量，如果所述铜含量达到预定的值，则停止研磨，如果所述铜含量未达到预定的值，则继续研磨。
11.依据权利要求10所述的铜化学机械研磨方法，其特征在于，根据所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物的吸光度计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中铜的含量的方法是，在研磨所使用的研浆确定的情况下，计算吸光度之比的差△Ar，所述△Ar＝A607nm/A548nm–A* 607nm/A* 548nm，其中，A607nm和A548nm分别是所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物在入射光波长为607nm和548nm时的吸光度，A* 607nm和A* 548nm是研浆与显色剂的混合物在入射光波长为607nm和548nm时的吸光度；根据△Ar＝P×Cm+Q计算所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中的铜的含量，其中，P、Q是回归常数，Cm是所述研磨副产品与研浆以及显色剂的混合物中的铜的含量。
12.依据权利要求10或11所述的铜化学机械研磨方法，其特征在于，所述显色剂是二溴茜素紫。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107042469A (zh) * 2016-02-05 2017-08-15 三芳化学工业股份有限公司 可显色使用寿命终点的吸附垫及其制造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6179691B1 (en) * 1999-08-06 2001-01-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Method for endpoint detection for copper CMP
US6419754B1 (en) * 1999-08-18 2002-07-16 Chartered Semiconductor Manufacturting Ltd. Endpoint detection and novel chemicals in copper stripping
US6517413B1 (en) * 2000-10-25 2003-02-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Method for a copper CMP endpoint detection system
CN1471141A (zh) * 2002-07-24 2004-01-28 �����ɷ� 化学机械研磨设备
CN102027573A (zh) * 2008-05-15 2011-04-20 康福鲁恩赛有限责任公司 用于cmp过程控制的在线流出物分析方法和装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001129760A (ja) * 1999-11-02 2001-05-15 Okamoto Machine Tool Works Ltd ウエハの研磨終点検出方法
US20020074311A1 (en) * 2000-12-01 2002-06-20 Funkenbusch Eric F. Methods of endpoint detection for wafer planarization

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6179691B1 (en) * 1999-08-06 2001-01-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Method for endpoint detection for copper CMP
US6419754B1 (en) * 1999-08-18 2002-07-16 Chartered Semiconductor Manufacturting Ltd. Endpoint detection and novel chemicals in copper stripping
US6517413B1 (en) * 2000-10-25 2003-02-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Method for a copper CMP endpoint detection system
CN1471141A (zh) * 2002-07-24 2004-01-28 �����ɷ� 化学机械研磨设备
CN102027573A (zh) * 2008-05-15 2011-04-20 康福鲁恩赛有限责任公司 用于cmp过程控制的在线流出物分析方法和装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
汤轶男等.以二溴茜素紫为显色剂吸收比-分光光度法测定地面水中痕量铜（Ⅱ）.《理化检验(化学分册)》.2009,第45卷(第7期),第768-771页. *

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