研磨厚度监控方法

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半导体研磨CMP工艺中，监控研磨厚度的核心方法可分为以下几类技术，结合实时检测与工艺控制实现精准管理：

一、光学终点检测技术

• 反射光谱分析‌

  
  
  • 通过特定波长（如632.8 nm）的光源照射晶圆表面，分析反射光强度变化判断材料层切换。当研磨至目标材料层时，反射率特征发生突变，触发终点检测‌。
  • 应用场景：SiO₂、金属层（如铜）的抛光终点判定。
    

• 干涉法‌

  
  
  • 利用光在薄膜上下表面反射产生的干涉条纹，通过椭偏仪实时监测膜厚变化，动态计算剩余厚度并控制抛光停止时间。典型精度可达±1 nm级别‌。
    
  
  

二、电学终点检测技术

• ‌电容监测法‌
  通过测量晶圆表面电容值变化判定终点。例如，铜抛光时，当阻挡层（如Ta/TaN）暴露后，电容值突变，系统自动终止研磨‌。
  

三、声学终点检测技术

• 采用高灵敏度麦克风采集研磨过程中声波信号，分析频率和强度特征。例如，硬质材料（如钨）与软质材料（如铜）的研磨声波频谱差异显著，通过模式识别判定终点‌。
  

四、多阶段工艺控制技术

• iScan与FullScan模式‌

  
  
  • ‌iScan‌：在铜抛光第一阶段（粗抛）实时扫描表面厚度，通过闭环反馈调节压力与转速，确保铜层减薄至预设值（如500 nm ±10 nm）‌。
  • ‌FullScan‌：在精抛阶段采用全局扫描模式，低压力下精确去除残留铜并暴露阻挡层，同步监测厚度均匀性‌。
    

• 多参数协同控制‌

  
  
  • 结合研磨压力（50-500 g/cm²）、转速（500-5000 rpm）与研磨液浓度（如SiO₂颗粒10-20 wt%）的动态调整，抑制厚度偏差（Tolerance < ±5 μm）‌。
    
  
  

五、分层抛光与终点联动

• 对多层结构（如铜互联+阻挡层+介电层）采用分步抛光策略。例如：
  
  • ‌第一研磨头‌：高去除速率抛光铜至目标厚度‌4；
  • ‌第二研磨头‌：低速率抛光至阻挡层完全暴露‌4；
  • ‌第三研磨头‌：非选择性抛光去除阻挡层，并通过光学终点检测确认介电层厚度‌。
    
  
  

六、数据融合与智能分析

• 整合光学、电学、声学等多传感器数据，利用机器学习算法建立厚度预测模型，提升复杂工艺条件下的监控精度与稳定性‌。
  

以上方法通过实时反馈与工艺参数优化，确保CMP工艺中研磨厚度的纳米级精度控制，同时降低过抛或欠抛风险‌。