毕业论文（袁中存）

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1、东南大学毕业设计（论文）报告题目：CMP工艺中终点检测系统的应用与研究专业：电子科学与技术姓名：袁中存指导老师：赵霞摘要：化学机械抛光是晶片全局平坦化的关键技术，其中终点检测系统是影响抛光效果的关键。如果不能有效地检测抛光过程，便无法避免硅片产生抛光过度或抛光不足的缺陷。在对电机电流终点检测、光学终点检测两种终点检测技术的检测原理、特点及其装置分析讨论的基础上，对终点检测硬件电路的设计效果进行了验证。终点检测的种类离线终点检测技术离线终点检测技术检测终点的方法，主要是根据不同产品的需求，预先确定去除量再控制抛光时间，依此决定抛光终点。通常对试片

2、进行试验抛光，在加工装置外进行离线评估之后，取得抛光时间与抛光速度的关系，再依此进行产品的CMP平坦化。由于每道CMP工序的抛光时间会随着抛光对象、环境等因素的不同有所变化。另外，抛光垫材料、抛光垫温度分布、抛光液种类以及硅片的加压方法也会对CMP的效果与时间有所影响。该方法不能有效避免抛光不足或过度抛光的产生，容易对抛光处理后的硅片造成损伤、刮伤和污染，耗费时间长，生产率低，所以这种终点检测技术主要在直径≤200mm硅片的加工中应用，但已不满足当前大直径硅晶片自动化加工的需要。在线终点检测技术CMP在线终点检测一直是半导体产业关注的焦点。在C

3、MP过程中，由于硅片被抛光表面完全向下靠在抛光垫上，使得对硅片抛光的在线实时监测非常困难。国外各研究机构和生产厂商针对硅片化学机械抛光中的在线实时终点检测技术进行了一系列的研究工作，提出了基于光学、电学、声学、热学、摩擦力、化学或电化学原理的监测方式，主要方法是通过监测电机电流变化、声发射信号、抛光垫温度变化、抛光液中离子浓度变化等来实现。目前，应用于实际生产的在线终点检测技术主要有电机电流终点检测和光学干涉终点检测。电机电流终点检测技术的基本原理在终点检测技术中，美国微米半导体技术公司的S．Sandhu和D．Laurence等人提出了利用抛光

4、头或抛光台驱动电机电流信号变化实现抛光终点在线检测的方法，CMP的原理如图所示。此方法的原理是当si片抛光到达终点时，根据抛光垫接触的薄膜材料不同，导致si片与抛光垫之间的摩擦系数发生显著变化，从而引起驱动电机的电流急速变化来检测的一种终点检测技术。例如，Si片上多晶硅膜被去除，下方底层材料相对较硬的Si3N4膜露出，晶片与抛光垫之间的摩擦力发生显著变化，从而使抛光头或抛光机台回转力扭变化，其驱动电机的电流也随之变化，由安装在抛光头和抛光机台上的传感器监测驱动电机电流变化，据此可推知是否到达抛光终点。下图为电机电流检测电路图电机电流检测电路图对

5、于基于驱动电机电流变化的终点检测方法来说，这种方法适用于摩擦系数变化大的金属膜抛光和多晶硅抛光过程中，不适用于材料物理性质相近的抛光。光学终点检测系统要检测抛光的终点，需要实时得到被抛光薄膜的厚度。根据光学干涉原理设计了一种针对SiO2薄膜的CMP在线终点检测装置。利用SiO2薄膜上下两个表面反射回来的干涉光，可以计算得到SiO2薄膜的厚度，以确定抛光进度。当SiO2薄膜的厚度达到期望值时，即可终止抛光，实现CMP在线终点检测。光学终点检测原理及装置光学终点检测灵敏度高、反应快，是一种适用于多种材料的终点检测技术。在各主流CMP机型中，特别是第

6、三代，通常都配备有光学终点检测装置，采用干涉法进行精准检测。其检测原理如图。光学终点检测的硬件部分光源通常采用纯色激光装置，两次反射后形成的干涉将被传感器／检测器所接受，并传输至控制器。由控制器根据光强比对存储器装置中的数据库及工艺条件，以判断抛光至终点所需的时间和抛光厚度。抛光过程中两次反射的相位、反射率迹线及所需时间都可以于显示装置中体现。驱动部件主要是驱动转台主轴旋转电机及抛光头的电机。输入部件是一个人机交互的友好界面，需要输入转台转速、抛光头转速、抛光垫温度、机械臂摆动频率等。但在本装置中，需要将抛光材料种类及待抛光厚度输入到控制器，然

7、后比对数据库，选择算法进行计算，并自动执行抛光过程整个过程流程图如下图所示。图1～2说明的是WAFER研磨过程中光学终点检测取点的方法12图1～3说明的是光波的一些基本特征123结论随着技术的进步，软件算法的改进和开发，无疑会使得单点光学检测装置具备更优越的精确度。但是，由于在图形制造电路中形成PN结，通常强度的入射光都有可能激发电子迁移，由于金属的存在，导致光生伏特效应，严重的甚至会腐蚀金属。因此开发一种低能量全局晶片检测(如红外检测)将是一种迫切发展的趋势。谢谢！！！2009/12/22