一种膜厚测量方法和化学机械抛光设备技术

本发明专利技术提供了一种膜厚测量方法和化学机械抛光设备，其中，方法包括：线下测试步骤，在该步骤中获取在不同提离高度下、不同膜厚对应的膜厚传感器的输出信号值，拟合得到用于表征输出信号值、提离高度和膜厚之间函数关系的静态方程，其中，提离高度为膜厚传感器距晶圆的距离；线上测试步骤，在该步骤中获取抛光垫厚度以及在化学机械抛光设备上进行抛光时膜厚传感器的输出信号值，利用静态方程计算得到晶圆的计算膜厚，根据计算膜厚与晶圆的实际膜厚之间的偏差，得到用于修正静态方程的动态方程；实际测量步骤，在该步骤中根据静态方程和动态方程，基于当前工况下的抛光垫厚度，将膜厚传感器在线测量时的输出信号值转换为最终的膜厚。的膜厚。的膜厚。

【技术实现步骤摘要】
一种膜厚测量方法和化学机械抛光设备


[0001]本专利技术属于化学机械抛光
，尤其涉及一种膜厚测量方法和化学机械抛光设备。

技术介绍

[0002]集成电路(Integrated Circuit，IC)是信息技术产业发展的核心和命脉。集成电路一般通过在硅晶圆上相继沉积导电层、半导体层或绝缘层而形成。从而使晶圆表面沉积有填料层形成的薄膜。制造工艺中，需要持续平坦化填料层直到露出图案化的顶表面，以在凸起图案之间形成导电路径。
[0003]化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)技术是IC制造过程中的首选平面化工艺。在化学机械抛光中，对半导体器件的制造工艺而言，过多或过少的材料去除都会导致器件电性的减退甚至失效。为了提高化学机械抛光工艺的可控度，提升产品的稳定性，降低产品的缺陷率，使每一片晶圆达到均一性的生产，化学机械抛光的终点检测技术(Endpoint Detection，EPD)应运而生。
[0004]在金属CMP终点检测中，电涡流检测是最常用的方法，其输出的信号为电压信号，经实验验证，该电压信号的大小与所测金属晶圆膜厚有关，也与电涡流传感器与所测金属晶圆的距离有关，其中，该距离被称为传感器的提离高度(Lift
‑
off Distance)，在不同的提离高度下膜厚与电压值的对应关系不同。在实际加工中，传感器与被抛晶圆之间为抛光垫，故抛光垫的厚度即为提离高度，抛光垫的厚度会随着加工的进行变薄，即提离高度变小，此时电压值与膜厚的对应关系发生变化，导致测量误差变大，影响抛光效果。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种膜厚测量方法和化学机械抛光设备，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
[0006]本专利技术实施例的第一方面提供了一种膜厚测量方法，包括：
[0007]线下测试步骤，在该步骤中获取在不同提离高度下、不同膜厚对应的膜厚传感器的输出信号值，拟合得到用于表征输出信号值、提离高度和膜厚之间函数关系的静态方程，其中，所述提离高度为膜厚传感器距晶圆的距离；
[0008]线上测试步骤，在该步骤中获取抛光垫厚度以及在化学机械抛光设备上进行抛光时膜厚传感器的输出信号值，利用所述静态方程计算得到晶圆的计算膜厚，根据所述计算膜厚与晶圆的实际膜厚之间的偏差，得到用于修正所述静态方程的动态方程；
[0009]实际测量步骤，在该步骤中根据所述静态方程和所述动态方程，基于当前工况下的抛光垫厚度，将所述膜厚传感器在线测量时的输出信号值转换为最终的膜厚。
[0010]本专利技术实施例的第二方面提供了一种化学机械抛光设备，包括：
[0011]抛光盘，其覆盖有用于对晶圆进行抛光的抛光垫；
[0012]承载头，用于保持晶圆并将晶圆按压在所述抛光垫上；
[0013]膜厚传感器，用于在抛光期间测量晶圆的膜厚；
[0014]控制装置，用于实现如上所述的膜厚测量方法。
[0015]本专利技术实施例的第三方面提供了一种控制装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述膜厚测量方法的步骤。
[0016]本专利技术实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述膜厚测量方法的步骤。
[0017]本专利技术的有益效果是：能够准确获取晶圆上金属薄膜的膜厚。
附图说明
[0018]通过结合以下附图所作的详细描述，本专利技术的优点将变得更清楚和更容易理解，但这些附图只是示意性的，并不限制本专利技术的保护范围，其中：
[0019]图1是本专利技术一实施例提供的化学机械抛光设备的简化示意图；
[0020]图2是本专利技术一实施例提供的化学机械抛光设备的简化示意图；
[0021]图3是本专利技术一实施例提供的膜厚测量方法的流程示意图；
[0022]图4至图6是实验数据对比图。
具体实施方式
[0023]下面结合具体实施例及其附图，对本专利技术所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本专利技术的特定的具体实施方式，用于说明本专利技术的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本专利技术实施方式及本专利技术保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
[0024]为了说明本专利技术所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
[0025]在本申请中，化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)也称为化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization)，晶圆(wafer)也称为晶片、硅片、基片或晶圆(substrate)，其含义和实际作用等同。
[0026]如图1所示，本专利技术实施例提供的化学机械抛光设备1的主要构成部件有用于保持晶圆w并带动晶圆w旋转的承载头10、覆盖有抛光垫21的抛光盘20、用于修整抛光垫21的修整器30、以及用于提供抛光液的供液部40。
[0027]在化学机械抛光过程中，承载头10将晶圆w按压在抛光盘20表面覆盖的抛光垫21上，并且承载头10做旋转运动以及沿抛光盘20的径向往复移动使得与抛光垫21接触的晶圆w表面被逐渐抛除，同时抛光盘20旋转，供液部40 向抛光垫21表面喷洒抛光液。在抛光液的化学作用下，通过承载头10与抛光盘20的相对运动使晶圆w与抛光垫21摩擦以进行抛光。在抛光期间，修整器 30用于对抛光垫21表面形貌进行修整和活化。使用修整器30可以移除残留在抛光垫21表面的杂质颗粒，例如抛光液中的研磨颗粒以及从晶圆w表面脱落的废料等，还可以将由于研磨导致的抛光垫21表面形变进行平整化。
[0028]在化学机械抛光过程中，晶圆w被承载头20压在抛光垫21上，并随承载头20沿抛光盘10径向往复运动，同时，承载头20与抛光盘10同步旋转运动，使得与抛光垫21接触的晶圆w表面被逐渐抛除。
[0029]如图2所示，化学机械抛光设备1还包括用于在线测量晶圆w膜厚的膜厚传感器51和控制装置。膜厚传感器51设置在抛光垫21下方，并跟随抛光盘 20旋转从而实现在抛光的同时进行膜厚在线测量。膜厚传感器51挨着抛光垫 21设置，晶圆w放在抛光垫21上，因此，膜厚传感器51距晶圆w的距离即为抛光垫21的厚度。
[0030]在抛光过程中，需要实时监测晶圆w的膜厚变化以及膜厚值，以便采取相应的抛光工艺，避免出现过抛或者抛光不完全。膜厚传感器51可以采用电涡流检测，电涡流检测的原理是膜厚传感器51在扫过晶圆w时，晶圆w表面的金属膜层会感生涡流而使膜厚传感器51产生的磁场发生变化，从而在通过抛光移除该金属膜层时，膜厚传感器51测量涡流变化来对金属膜层的膜厚进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膜厚测量方法，其特征在于，包括：线下测试步骤，在该步骤中获取在不同提离高度下、不同膜厚对应的膜厚传感器的输出信号值，拟合得到用于表征输出信号值、提离高度和膜厚之间函数关系的静态方程，其中，所述提离高度为膜厚传感器距晶圆的距离；线上测试步骤，在该步骤中获取抛光垫厚度以及在化学机械抛光设备上进行抛光时膜厚传感器的输出信号值，利用所述静态方程计算得到晶圆的计算膜厚，根据所述计算膜厚与晶圆的实际膜厚之间的偏差，得到用于修正所述静态方程的动态方程；实际测量步骤，在该步骤中根据所述静态方程和所述动态方程，基于当前工况下的抛光垫厚度，将所述膜厚传感器在线测量时的输出信号值转换为最终的膜厚。2.如权利要求1所述的膜厚测量方法，其特征在于，所述线下测试步骤进一步包括：采用不同提离高度值h1～h
m
进行测试，分别测量不同膜厚值t1～t
n
的晶圆对应的膜厚传感器的输出信号值，得到输出信号矩阵u
m
×
n
；将所述提离高度值h1～h
m
、膜厚值t1～t
n
和输出信号矩阵u
m
×
n
代入函数方程，拟合出该函数方程中的系数，得到所述静态方程。3.如权利要求2所述的膜厚测量方法，其特征在于，所述静态方程为：其中，t
l
＝log
10
t；其中，p1～p9为系数，h用于表征提离高度，t用于表征膜厚，t
l
用于表征膜厚的对数。4.如权利要求1所述的膜厚测量方法，其特征在于，所述线上测试步骤进一步包括：在化学机械抛光设备上，测量已知实际膜厚t
r
的晶圆的输出信号值u
r
；将所述输出信号值u
r
和所使用的抛...

【专利技术属性】
技术研发人员：张经纬，王成鑫，王同庆，田芳馨，
申请(专利权)人：华海清科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：