一种用于CMP的光学测量装置和化学机械抛光设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于CMP的光学测量装置和化学机械抛光设备，所述光学测量装置包括：在线光学测量组件和参考光学测量组件，所述在线光学测量组件包括用于测量晶圆的非金属膜厚的第一光学传感器和第一窗口，所述参考光学测量组件包括用于获得校准光强的第二光学传感器、第二窗口、校准片和遮挡组件。校准片和遮挡组件。校准片和遮挡组件。

【技术实现步骤摘要】
一种用于CMP的光学测量装置和化学机械抛光设备


[0001]本专利技术涉及化学机械抛光
，尤其涉及一种用于CMP的光学测量装置和化学机械抛光设备。

技术介绍

[0002]晶圆制造是制约超/极大规模集成电路(即芯片，IC，Integrated Circuit)产业发展的关键环节。随着摩尔定律的延续，集成电路特征尺寸持续微缩逼近理论极限，晶圆表面质量要求愈加苛刻，因而晶圆制造过程对缺陷尺寸和数量的控制越来越严格。化学机械抛光(Chemical Mechanical Planarization，CMP)是一种全局表面平坦化技术，在半导体制造过程中用以减小晶圆厚度变化和表面形貌的影响。由于CMP可精确并均匀地把晶圆平坦化为需要的厚度和平坦度，已经成为半导体制造过程中应用最广泛的一种表面平坦化技术。
[0003]化学机械抛光过程是利用承载头将晶圆压于抛光垫表面，依靠晶圆和抛光垫之间的相对运动并借助抛光液中的磨粒实现晶圆表面抛光。有些抛光工艺需要去除非金属层，针对非金属的抛光工艺控制，一般使用离线的量测设备测量非金属层的膜厚，获取以往晶圆抛光前后的膜厚变化等参数建立模型，再量测晶圆膜厚前值以对抛光压力、抛光时长等进行反馈控制。
[0004]化学机械抛光过程中对于抛光终点的控制十分重要，即判断是否已将膜层平坦化到所要的平整度或厚度，或确定何时移除了所要量的材料。一方面，过度抛光(移除过多)会导致电路电阻增加。另一方面，抛光不足(移除太少)会导致电气短路。膜层的初始厚度的变化、浆液成分的变化、抛光垫状态的变化、抛光垫与晶圆之间相对速度的变化以及抛光压力的变化可导致材料移除速率的变化。这些变化导致达到抛光终点所需要的时间的变化。因此，现有技术中离线的测量方式难以准确、实时地获取晶圆膜厚，难以实时调节抛光压力和抛光时长，不能精确控制抛光终点，导致出现过抛或欠抛的情况。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供了一种用于CMP的光学测量装置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用于CMP的光学测量装置，其特征在于，包括：在线光学测量组件和参考光学测量组件，所述在线光学测量组件包括用于测量晶圆的非金属膜厚的第一光学传感器和第一窗口，所述参考光学测量组件包括用于获得校准光强的第二光学传感器、第二窗口、校准片和遮挡组件。
[0007]在一些实施了中，所述在线光学测量组件跟随抛光盘旋转从而实现在抛光的同时进行在线的非金属膜厚测量，第一光学传感器设置在抛光盘内部，第一窗口嵌入在第一光学传感器上方相应位置处的抛光垫表面，第一光学传感器的光路通过第一窗口照射到晶圆。
[0008]在一些实施了中，所述参考光学测量组件安装在抛光盘内部以获取校准光强，第二光学传感器和第二窗口相对放置，校准片与第二窗口的远离第二光学传感器的一面相贴，遮挡组件用于在第二光学传感器和第二窗口之间实现遮挡。
[0009]在一些实施了中，所述第一窗口和第二窗口完全相同。
[0010]在一些实施了中，所述第一光学传感器距第一窗口的直线距离与第二光学传感器距第二窗口的直线距离一致。
[0011]在一些实施了中，所述第一光学传感器和第二光学传感器通过光程相等的光路分别连接同一光源和同一检测单元。
[0012]在一些实施了中，所述第一光学传感器和第二光学传感器分别通过X型光纤连接同一光源和同一检测单元；X型光纤一侧的输入端连接光源，X型光纤一侧的输出端连接检测单元，X型光纤另一侧的其中一个输入输出端连接第一光学传感器，X型光纤另一侧的另一个输入输出端连接第二光学传感器。
[0013]在一些实施了中，所述遮挡组件包括阻光件和驱动模块，驱动模块连接阻光件并能够驱动阻光件在第二光学传感器和第二窗口之间移动。
[0014]在一些实施了中，在抛光时，阻光件移动至第二光学传感器和第二窗口之间；在进行维护时，阻光件移开使第二光学传感器和第二窗口之间无遮挡。
[0015]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，其包括承载头、抛光盘、修整器、供液部，以及上面所述的光学测量装置。
[0016]本专利技术实施例的有益效果包括：
[0017]a.能够方便地校准光强，避免由于光源的光强漂移造成测量结果偏差；
[0018]b.第一光学传感器和第二光学传感器通过光程相等的光路分别连接同一光源和同一检测单元，以避免引入其他干扰因素，保证了第二光学传感器获得的光强能够作为校准光强使用；
[0019]c.通过将光强校准单元内置，可在任意时刻得到参考光强信号，一方面便于监控集成于抛光单元内部白光量测模块状态，另一方面减少了PM周期，对于产率提升产生一定效果。
附图说明
[0020]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：
[0021]图1示出了本专利技术一实施例提供的化学机械抛光设备；
[0022]图2示出了本专利技术一实施例提供的化学机械抛光设备；
[0023]图3示出了本专利技术一实施例提供的主控模块；
[0024]图4示出了反射光谱和膜厚的关系；
[0025]图5示出了本专利技术一实施例提供的晶圆膜厚测量方法的流程步骤。
具体实施方式
[0026]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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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。应当理解的是，除非特别予以说明，为了便于理解，以下对本专利技术具体实施方式的描述都是建立在相关设备、装置、部件等处于原始静止的未给与外界控制信号和驱动力的自然状态下描述的。
[0027]此外，还需要说明的是，本申请中使用的例如前、后、上、下、左、右、顶、底、正、背、水平、垂直等表示方位的术语仅仅是为了便于说明，用以帮助对相对位置或方向的理解，并非旨在限制任何装置或结构的取向。
[0028]为了说明本专利技术所述的技术方案，下面将参考附图并结合实施例来进行说明。
[0029]在本申请中，化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing)也称为化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization)，晶圆(wafer)也称为晶片、硅片、基片或基板(substrate)等，其含义和实际作用等同。
[0030]本申请提供了一种能够实现化学机械抛光过程中在线测量晶圆表面的非金属膜厚的方案，本方案适用于使用光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于CMP的光学测量装置，其特征在于，包括：在线光学测量组件和参考光学测量组件，所述在线光学测量组件包括用于测量晶圆的非金属膜厚的第一光学传感器和第一窗口，所述参考光学测量组件包括用于获得校准光强的第二光学传感器、第二窗口、校准片和遮挡组件。2.如权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于，所述在线光学测量组件跟随抛光盘旋转从而实现在抛光的同时进行在线的非金属膜厚测量，第一光学传感器设置在抛光盘内部，第一窗口嵌入在第一光学传感器上方相应位置处的抛光垫表面，第一光学传感器的光路通过第一窗口照射到晶圆。3.如权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于，所述参考光学测量组件安装在抛光盘内部以获取校准光强，第二光学传感器和第二窗口相对放置，校准片与第二窗口的远离第二光学传感器的一面相贴，遮挡组件用于在第二光学传感器和第二窗口之间实现遮挡。4.如权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于，所述第一窗口和第二窗口完全相同。5.如权利要求4所述的光学测量装置，其特征在于，所述第一光学传感器距第一窗口的直线距离与第...

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