專利名稱：用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法及標(biāo)定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法及標(biāo)定裝置。
背景技術(shù)：
在icantegrated Circuit，集成電路)制造技術(shù)中，隨著產(chǎn)品性能的不斷提高， 對表面質(zhì)量的要求越來越高。硅片作為集成電路芯片的基礎(chǔ)材料，其表面粗糙度和表面平整度成為影響集成電路刻蝕線寬的重要因素之一。拋光是表面平面化加工的重要手段。 CMP (Chemical mechanical polishing，化學(xué)機(jī)械拋光)工藝最為廣泛采用全局平面化技術(shù)，在IC制造技術(shù)中占有重要的位置。CMP是機(jī)械削磨和化學(xué)腐蝕的組合技術(shù)，其工藝是將待拋光工件在一定的下壓力及拋光液的存在下相對于拋光墊作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，借助拋光液中磨粒的機(jī)械磨削及化學(xué)氧化劑的腐蝕作用來完成對工件表面的材料去除，并獲得光潔表面。隨著集成電路制造技術(shù)的發(fā)展，廣泛的采用新的半導(dǎo)體、導(dǎo)體和介電材料以克服高集成度所帶來的功耗和信號延遲方面的問題。目前，晶圓尺寸達(dá)到直徑300mm以上，特征線寬已達(dá)到45nm以下，銅互連延遲限制了 IC向更高速發(fā)展。低k介質(zhì)、小線寬及多層數(shù)改善的有效途徑。CMP拋光過程中，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測晶圓的膜厚變化以及膜厚值，以便采取相應(yīng)的拋光工藝，避免出現(xiàn)過拋或者拋光不完全。電渦流方法作為非接觸式測量方法，可以在不破壞銅膜同時(shí)測量拋光過程中的銅膜厚度值。在實(shí)際應(yīng)用過程中，需要將電渦流膜厚測量系統(tǒng)測量到的電壓值轉(zhuǎn)化為銅膜厚度值，即厚度值的標(biāo)定是在線膜厚測量系統(tǒng)的能否精確提供膜厚值的關(guān)鍵。由此，如何實(shí)現(xiàn)對在線膜厚測量系統(tǒng)的快速二精確的標(biāo)定是當(dāng)前需要解決的重要問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一。為此，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種利用較少的晶圓實(shí)現(xiàn)對鍍膜厚度進(jìn)行標(biāo)定的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法。本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定裝置。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明第一方面的實(shí)施例提出了一種用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，包括如下步驟檢測多片晶圓上的拋光壓力，當(dāng)所述拋光壓力達(dá)到預(yù)設(shè)壓力值時(shí)，分別對所述多片晶圓進(jìn)行預(yù)設(shè)程度的拋光，其中所述多片晶圓的鍍膜厚度相等；在拋光結(jié)束后，分別采集所述每片晶圓的片上電壓和片下電壓并計(jì)算所述片上電壓和所述片下電壓的差值，其中，所述片上電壓為所述在線膜厚測量系統(tǒng)的電渦流傳感器運(yùn)行至所述晶圓上時(shí)輸出的電壓信號，所述片下電壓為所述在線膜厚測量系統(tǒng)的電渦流傳感器空載時(shí)輸出的電壓信號；測量拋光結(jié)束后的每片晶圓的鍍膜厚度值；
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將所述每片晶圓的片上電壓和所述片下電壓的差值與對應(yīng)的拋光結(jié)束后的所述每片晶圓的鍍膜厚度值進(jìn)行關(guān)聯(lián)，生成電壓差值-膜厚標(biāo)定表；和根據(jù)所述電壓差值-膜厚標(biāo)定表對所述在線膜厚測量系統(tǒng)進(jìn)行鍍膜厚度標(biāo)定。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，通過對多片晶圓按照預(yù)設(shè)程度進(jìn)行拋光，通過將拋光后的每片晶圓的片上電壓和片下電壓的差值與拋光后的相應(yīng)每片晶圓的厚度進(jìn)行關(guān)聯(lián)，得到電壓差值-膜厚標(biāo)定表，通過該表可以實(shí)現(xiàn)對在線膜厚測量系統(tǒng)的鍍膜厚度的精確標(biāo)定，從而實(shí)現(xiàn)在不同的拋光工藝下，對鍍膜厚度的快速且精確標(biāo)定。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)檢測到當(dāng)前晶圓的所述拋光壓力未達(dá)到所述預(yù)設(shè)壓力值，調(diào)整所述在線膜厚測量系統(tǒng)的拋光頭施加在所述當(dāng)前晶圓上的拋光壓力直至所述當(dāng)前晶圓的所述拋光壓力達(dá)到所述預(yù)設(shè)壓力值。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過控制所述在線膜厚測量系統(tǒng)的拋光頭對所述每片晶圓的拋光時(shí)間以對所述多片晶圓進(jìn)行預(yù)設(shè)程度的拋光。由此，通過多片晶圓采用不同程度的拋光，從而使得拋光結(jié)束后的鍍膜厚度也不同。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，對所述多片晶圓中的一片晶圓的鍍膜進(jìn)行完全拋光， 其中，拋光時(shí)間為第一時(shí)長；對剩余晶圓按照拋光時(shí)間為(i-Ι)τ/η進(jìn)行所述預(yù)設(shè)程度的拋光，其中，i為所述晶圓的編號，2彡i ^η,Τ為所述第一時(shí)長。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采集所述每片晶圓的片上電壓和片下電壓，并將所述采集到的所述每片晶圓的片上電壓和片下電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號以獲取所述片上電壓和所述片下電壓的差值。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，利用四探針探頭測量拋光結(jié)束后的所述每片晶圓的鍍
膜厚度值。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括如下步驟顯示所述電壓差值-膜厚標(biāo)定表中的鍍膜厚度值。由此，操作員可以方便且及時(shí)的獲取晶圓的鍍膜厚度值。本發(fā)明第二方面的實(shí)施例提供了一種用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定裝置，包括 壓力檢測模塊，所述壓力檢測模塊分別與多片晶圓相連，用于檢測所述多片晶圓上的拋光壓力，當(dāng)所述拋光壓力達(dá)到預(yù)設(shè)壓力值時(shí)，由所述在線膜厚測量系統(tǒng)的拋光頭分別對所述多片晶圓進(jìn)行預(yù)設(shè)程度的拋光，其中所述多片晶圓的鍍膜厚度相等；數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊與所述在線膜厚測量系統(tǒng)的電渦流傳感器相連，用于在所述在線膜厚測量系統(tǒng)的拋光頭對所述多片晶圓拋光結(jié)束后，分別采集所述每片晶圓的片上電壓和片下電壓并計(jì)算所述片上電壓和所述片下電壓的差值，其中，所述片上電壓為所述在線膜厚測量系統(tǒng)的電渦流傳感器運(yùn)行至所述晶圓上時(shí)輸出的電壓信號，所述片下電壓為所述在線膜厚測量系統(tǒng)的電渦流傳感器空載時(shí)輸出的電壓信號；膜厚測量模塊，用于在所述在線膜厚測量系統(tǒng)的拋光頭對所述多片晶圓拋光結(jié)束后，測量拋光結(jié)束后的每片晶圓的鍍膜厚度值；標(biāo)定模塊，所述標(biāo)定模塊分別與所述數(shù)據(jù)采集模塊和所述膜厚測量模塊相連，用于將所述每片晶圓的片上電壓和所述片下電壓的差值與對應(yīng)的拋光結(jié)束后的所述每片晶圓的鍍膜厚度值進(jìn)行關(guān)聯(lián)，生成電壓差值-膜厚標(biāo)定表以對所述在線膜厚測量系統(tǒng)進(jìn)行鍍膜厚度標(biāo)定。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定裝置，通過對多片晶圓按照預(yù)設(shè)程度進(jìn)行拋光，通過將拋光后的每片晶圓的片上電壓和片下電壓的差值與拋光后的相應(yīng)每片晶圓的厚度進(jìn)行關(guān)聯(lián)，得到電壓差值-膜厚標(biāo)定表，通過該表可以實(shí)現(xiàn)對在線膜厚測量系統(tǒng)的鍍膜厚度的精確標(biāo)定，從而實(shí)現(xiàn)在不同的拋光工藝下，對鍍膜厚度的快速且精確標(biāo)定。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)所述壓力檢測模塊檢測到當(dāng)前晶圓的所述拋光壓力未達(dá)到所述預(yù)設(shè)壓力值，調(diào)整所述在線膜厚測量系統(tǒng)的拋光頭施加在所述當(dāng)前晶圓上的拋光壓力直至所述當(dāng)前晶圓的所述拋光壓力達(dá)到所述預(yù)設(shè)壓力值。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)采集卡為模擬/數(shù)字采集卡；所述膜厚測量模塊為四探針探頭；所述顯示模塊與所述標(biāo)定模塊相連，用于顯示所述電壓差值-膜厚標(biāo)定表中的鍍膜厚度值。由此，操作員可以方便且及時(shí)的獲取晶圓的鍍膜厚度值。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法的示意圖；圖2為圖1中的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法的流程圖；圖3為電壓-時(shí)間曲線；
圖4為電壓差值-膜厚曲線；圖5為根據(jù)電壓差值-膜厚標(biāo)定表獲得鍍膜厚度值的示意圖；和圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、 “左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、 “連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。下面參考圖1描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法。
如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，包括如下步驟SlOl 檢測多片晶圓上的拋光壓力，當(dāng)拋光壓力達(dá)到預(yù)設(shè)壓力值時(shí)，分別對多片晶圓進(jìn)行預(yù)設(shè)程度的拋光，其中多片晶圓的數(shù)量大于或等于三，且每片晶圓的鍍膜厚度相等。S102:在拋光結(jié)束后，分別采集每片晶圓的片上電壓和片下電壓并計(jì)算片上電壓和片下電壓的差值。其中，片上電壓為在線膜厚測量系統(tǒng)的電渦流傳感器運(yùn)行至晶圓上時(shí)輸出的電壓信號，片下電壓為在線膜厚測量系統(tǒng)的電渦流傳感器空載時(shí)輸出的電壓信號。S103 測量拋光結(jié)束后的每片晶圓的鍍膜厚度值。S104 生成電壓差值-膜厚標(biāo)定表。將每片晶圓的片上電壓和片下電壓的差值與對應(yīng)的拋光結(jié)束后的每片晶圓的鍍膜厚度值進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而生成電壓差值-膜厚標(biāo)定表。S105 根據(jù)電壓差值-膜厚標(biāo)定表對在線膜厚測量系統(tǒng)進(jìn)行鍍膜厚度標(biāo)定。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，通過對多片晶圓按照預(yù)設(shè)程度進(jìn)行拋光，通過將拋光后的每片晶圓的片上電壓和片下電壓的差值與拋光后的相應(yīng)每片晶圓的厚度進(jìn)行關(guān)聯(lián)，得到電壓差值-膜厚標(biāo)定表，通過該表可以實(shí)現(xiàn)對在線膜厚測量系統(tǒng)的鍍膜厚度的精確標(biāo)定，從而實(shí)現(xiàn)在不同的拋光工藝下，對鍍膜厚度的快速且精確標(biāo)定。下面結(jié)合圖2和圖3對本發(fā)明實(shí)施例提供的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法進(jìn)行詳細(xì)描述。其中，晶圓可以為鍍銅硅片，鍍膜厚度即為銅膜的厚度?？梢岳斫獾氖?，上述銅膜僅是出于示例的目的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍。硅片上可以鍍其他材料，例如二氧化硅。利用上述晶圓實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法的步驟是相同的。S201 標(biāo)定開始；S202:由在線膜厚測量系統(tǒng)的拋光頭向多片晶圓施加拋光壓力。其中，多片晶圓的數(shù)量為η個(gè)，η = 1、2、3. . . . η。每片晶圓的鍍膜厚度均相等。S203 檢測多片晶圓上的拋光壓力。 檢測由在線膜厚測量系統(tǒng)的拋光頭施加在η片晶圓上的拋光壓力，并將每片晶圓的當(dāng)前拋光壓力與預(yù)設(shè)壓力值進(jìn)行比較。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用壓力傳感器檢測多片晶圓上的拋光壓力。如果晶圓的當(dāng)前拋光壓力沒有達(dá)到預(yù)設(shè)壓力值，則繼續(xù)調(diào)整在線膜厚測量系統(tǒng)的拋光頭施加在當(dāng)前晶圓上的拋光壓力直至達(dá)到上述預(yù)設(shè)壓力值；如果晶圓的當(dāng)前拋光壓力沒有達(dá)到預(yù)設(shè)壓力值，則轉(zhuǎn)至后續(xù)相應(yīng)的步驟，對多片晶圓進(jìn)行預(yù)設(shè)程度的拋光。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，對多片晶圓進(jìn)行預(yù)設(shè)程度的拋光，包括對多片晶圓分別進(jìn)行完全拋光和不完全拋光，通過控制拋光時(shí)間實(shí)現(xiàn)對多片晶圓的不同程度的拋光。由此，通過多片晶圓采用不同程度的拋光，從而使得拋光結(jié)束后的鍍膜厚度也不同。S2041 對于η片晶圓中的一片晶圓的鍍膜進(jìn)行完全拋光。以η片晶圓中的第一片晶圓為例，對該片晶圓進(jìn)行完全拋光以完全去除硅片上的銅膜，拋光時(shí)間為第一時(shí)長，記為 Τ。對該片晶圓完全拋光結(jié)束后，轉(zhuǎn)至步驟S205。
步驟S2042至步驟S2(Mn分別對剩余晶圓按照拋光時(shí)間為(i_l) Τ/η進(jìn)行預(yù)設(shè)程度的拋光，其中，i為每片晶圓的編號，2彡i ( η。S2042 對于η片晶圓中的第二片晶圓(i = 2)的鍍膜進(jìn)行不完全拋光，拋光時(shí)間為Τ/η。到達(dá)上述拋光時(shí)間后，轉(zhuǎn)至步驟S205。S2043 對于η片晶圓中的第三片晶圓(i = 3)的鍍膜進(jìn)行不完全拋光，拋光時(shí)間為2T/n。到達(dá)上述拋光時(shí)間后，轉(zhuǎn)至步驟S205。如此類推，對其他晶圓進(jìn)行不完全拋光，直至第η片晶圓。S204n:對于η片晶圓中的第η片晶圓(i = η)的鍍膜進(jìn)行不完全拋光，拋光時(shí)間為(η-1)Τ/η。到達(dá)上述拋光時(shí)間后，轉(zhuǎn)至步驟S205。S205 利用數(shù)據(jù)采集卡采集每片晶圓的片上片下電壓值隨時(shí)間變化關(guān)系。片上電壓為在線膜厚測量系統(tǒng)的電渦流傳感器運(yùn)行至晶圓上時(shí)輸出的電壓信號， 片下電壓為在線膜厚測量系統(tǒng)的電渦流傳感器離開晶圓，即空載時(shí)輸出的電壓信號。由數(shù)據(jù)采集卡采集在線膜厚測量系統(tǒng)輸出的片上電壓和片下電壓與時(shí)間對應(yīng)關(guān)系。由此，可以得到η條片上電壓和片下電壓與時(shí)間對應(yīng)關(guān)系曲線，分別對應(yīng)η片晶圓。圖3示出了片上電壓和片下電壓與時(shí)間對應(yīng)關(guān)系曲線。橫坐標(biāo)為時(shí)間，單位為秒， 縱坐標(biāo)為電壓值，單位為毫伏。當(dāng)探頭運(yùn)行至測量位置即片上時(shí)，電壓信號出現(xiàn)峰值，此時(shí)的電壓信號為片上電壓信號。當(dāng)探頭離開測量位置時(shí)即片下時(shí)，電壓信號出現(xiàn)谷值，此時(shí)的電壓信號為片下電壓信號。S206:利用在線膜厚測量系統(tǒng)的信號處理模塊對上述片上電壓信號和片下電壓信號進(jìn)行處理以獲得片上電壓與片下電壓的差值與時(shí)間的對應(yīng)關(guān)系。在線膜厚測量系統(tǒng)的信號處理模塊將采集到的晶圓的片上電壓和片下電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號以獲取片上電壓和所述片下電壓的差值，進(jìn)而獲得片上電壓與片下電壓的差值與時(shí)間的對應(yīng)關(guān)系。S207 生成并保存η條片上電壓與片下電壓的差值與時(shí)間對應(yīng)的曲線。在標(biāo)定曲線中采用片上電壓與片下電壓的差值，可以避免信號零點(diǎn)的漂移。S208 采用四探針法確定拋光結(jié)束后的銅膜厚度。利用四探針探頭測量拋光結(jié)束后的每片晶圓上的剩余銅膜的厚度。由于第一片晶圓已經(jīng)被完全拋光，剩余銅膜厚度為0。剩余的晶圓按照編號，拋光時(shí)間遞增，則剩余銅膜厚度遞減。S209 生成片上電壓和片下電壓的差值與銅膜厚度的對應(yīng)曲線。將步驟S208測量得到的每片晶圓的剩余銅膜厚度與步驟S207已記錄的各片拋光過程中結(jié)束時(shí)的片上電壓與片下電壓的差值進(jìn)行關(guān)聯(lián)對應(yīng)，生成片上電壓和片下電壓的差值與銅膜厚度的對應(yīng)曲線。圖4示出了片上電壓與片下電壓的差值與銅膜厚度的對應(yīng)曲線。橫坐標(biāo)為銅膜厚度值，單位為納米，縱坐標(biāo)為片上電壓與片下電壓的差值，單位為毫伏。從圖4中可以看出， 隨著片上電壓和片下電壓的差值的遞減，拋光程度遞增，銅膜的厚度值遞減。S210 對在線膜厚測量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定。根據(jù)片上電壓與片下電壓的差值與銅膜厚度的對應(yīng)曲線生成電壓差值-膜厚標(biāo)定表，并輸入到在線膜厚測量系統(tǒng)中，完成在線膜厚測量系統(tǒng)進(jìn)行鍍膜厚度的標(biāo)定。
S211 標(biāo)定完成。下面結(jié)合圖5描述根據(jù)電壓差值-膜厚標(biāo)定表獲得銅膜厚度值的過程。當(dāng)化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)工作時(shí)，在線膜厚測量系統(tǒng)的探頭及前置電路實(shí)時(shí)的將當(dāng)前晶圓的片上電壓信號和片下電壓信號輸入到在線膜厚測量系統(tǒng)信號處理單元，信號處理單元將上述電壓信號轉(zhuǎn)換為片上電壓與片下電壓的差值，并輸入到電壓差值-膜厚標(biāo)定表中。 通過查表，獲得該晶圓的銅膜厚度值。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，電壓差值-膜厚標(biāo)定表中的電壓差值和鍍膜厚度以及查找到的當(dāng)前晶圓的銅膜厚度值均可以通過顯示屏進(jìn)行顯示。由此，操作員可以方便且及時(shí)地獲取晶圓的鍍膜厚度值。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，通過對多片晶圓按照預(yù)設(shè)程度進(jìn)行拋光，通過將拋光后的每片晶圓的片上電壓和片下電壓的差值與拋光后的相應(yīng)每片晶圓的厚度進(jìn)行關(guān)聯(lián)，得到電壓差值-膜厚標(biāo)定表，通過該表可以實(shí)現(xiàn)對在線膜厚測量系統(tǒng)的鍍膜厚度的精確標(biāo)定。在標(biāo)定曲線中采用片上電壓與片下電壓的差值，可以避免信號零點(diǎn)的漂移，提高鍍膜厚度的標(biāo)定的精度。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)在不同的拋光工藝下， 例如化學(xué)機(jī)械拋光工藝中，對鍍膜厚度的精確標(biāo)定。下面參考圖6描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定裝置600。如圖6所示，本發(fā)明實(shí)施例的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定裝置600包括壓力檢測模塊610、數(shù)據(jù)采集模塊620、膜厚測量模塊630和標(biāo)定模塊640。壓力檢測模塊610分別與多片晶圓相連，用于檢測多片晶圓上的拋光壓力，當(dāng)拋光壓力達(dá)到預(yù)設(shè)壓力值時(shí)，由在線膜厚測量系統(tǒng)的拋光頭分別對多片晶圓進(jìn)行預(yù)設(shè)程度的拋光。其中多片晶圓的數(shù)量大于或等于三，且每片晶圓的鍍膜厚度相等。數(shù)據(jù)采集模塊620 與在線膜厚測量系統(tǒng)的電渦流傳感器相連，用于在線膜厚測量系統(tǒng)的拋光頭對多片晶圓拋光結(jié)束后，分別采集每片晶圓的片上電壓和片下電壓并計(jì)算片上電壓和片下電壓的差值。 其中，片上電壓為在線膜厚測量系統(tǒng)的電渦流傳感器運(yùn)行至晶圓上時(shí)輸出的電壓信號，片下電壓為在線膜厚測量系統(tǒng)的電渦流傳感器空載時(shí)輸出的電壓信號。膜厚測量模塊630用于在線膜厚測量系統(tǒng)的拋光頭對多片晶圓拋光結(jié)束后，測量拋光結(jié)束后的每片晶圓的鍍膜厚度值。標(biāo)定模塊640分別與數(shù)據(jù)采集模塊620和膜厚測量模塊630相連，用于將每片晶圓的片上電壓和片下電壓的差值與對應(yīng)的拋光結(jié)束后的每片晶圓的鍍膜厚度值進(jìn)行關(guān)聯(lián)，生成電壓差值-膜厚標(biāo)定表以對在線膜厚測量系統(tǒng)進(jìn)行鍍膜厚度標(biāo)定。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定裝置，通過對多片晶圓按照預(yù)設(shè)程度進(jìn)行拋光，通過將拋光后的每片晶圓的片上電壓和片下電壓的差值與拋光后的相應(yīng)每片晶圓的厚度進(jìn)行關(guān)聯(lián)，得到電壓差值-膜厚標(biāo)定表，通過該表可以實(shí)現(xiàn)對在線膜厚測量系統(tǒng)的鍍膜厚度的精確標(biāo)定，從而實(shí)現(xiàn)在不同的拋光工藝下，對鍍膜厚度的精確標(biāo)定。下面對本發(fā)明實(shí)施例的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定裝置600的標(biāo)定流程進(jìn)行說明。其中，晶圓可以為鍍銅硅片，鍍膜厚度即為銅膜的厚度?？梢岳斫獾氖牵鲜鲢~膜僅是出于示例的目的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍。硅片上可以鍍其他材料，例如二氧化硅。利用上述晶圓實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定裝置的結(jié)構(gòu)和標(biāo)定流
9程是相同的。首先由在線膜厚測量系統(tǒng)的拋光頭向多片晶圓施加拋光壓力。其中，多片晶圓的數(shù)量為η個(gè)，η= l、2、3....n。每片晶圓的鍍膜厚度均相等。壓力檢測模塊610檢測由在線膜厚測量系統(tǒng)的拋光頭施加在η片晶圓上的拋光壓力，并將每片晶圓的當(dāng)前拋光壓力與預(yù)設(shè)壓力值進(jìn)行比較。如果晶圓的當(dāng)前拋光壓力沒有達(dá)到預(yù)設(shè)壓力值，則繼續(xù)調(diào)整在線膜厚測量系統(tǒng)的拋光頭施加在當(dāng)前晶圓上的拋光壓力直至達(dá)到上述預(yù)設(shè)壓力值。如果壓力檢測模塊610檢測到晶圓的當(dāng)前拋光壓力沒有達(dá)到預(yù)設(shè)壓力值，則由在線膜厚測量系統(tǒng)的拋光頭對多片晶圓進(jìn)行預(yù)設(shè)程度的拋光。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，對多片晶圓進(jìn)行預(yù)設(shè)程度的拋光，包括對多片晶圓分別進(jìn)行完全拋光和不完全拋光，通過控制拋光時(shí)間實(shí)現(xiàn)對多片晶圓的不同程度的拋光。由此，通過多片晶圓采用不同程度的拋光，從而使得拋光結(jié)束后的鍍膜厚度也不同。具體而言，對于η片晶圓中的一片晶圓的鍍膜進(jìn)行完全拋光。以η片晶圓中的第一片晶圓為例，對該片晶圓進(jìn)行完全拋光以完全去除硅片上的銅膜，拋光時(shí)間為第一時(shí)長， 記為Τ。分別對剩余晶圓按照拋光時(shí)間為(i-l)T/n進(jìn)行預(yù)設(shè)程度的拋光，其中，i為每片晶圓的編號，2 < i ( η。每當(dāng)對一片晶圓完成預(yù)設(shè)程度的拋光后，利用數(shù)據(jù)采集模塊620采集每片晶圓的片上片下電壓值隨時(shí)間變化關(guān)系。其中，片上電壓為在線膜厚測量系統(tǒng)的電渦流傳感器運(yùn)行至晶圓上時(shí)輸出的電壓信號，片下電壓為在線膜厚測量系統(tǒng)的電渦流傳感器離開晶圓， 即空載時(shí)輸出的電壓信號。由數(shù)據(jù)采集卡采集在線膜厚測量系統(tǒng)輸出的片上電壓和片下電壓與時(shí)間對應(yīng)關(guān)系。由此，數(shù)據(jù)采集模塊620可以得到η條片上電壓和片下電壓與時(shí)間對應(yīng)關(guān)系曲線，分別對應(yīng)η片晶圓。數(shù)據(jù)采集模塊620將采集到的晶圓的片上電壓和片下電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號以獲取片上電壓和所述片下電壓的差值，進(jìn)而獲得片上電壓與片下電壓的差值與時(shí)間的對應(yīng)關(guān)系，從而生成并保存η條片上電壓與片下電壓的差值與時(shí)間對應(yīng)的曲線。在標(biāo)定曲線中采用片上電壓與片下電壓的差值，可以避免信號零點(diǎn)的漂移。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)采集模塊620為模擬-數(shù)字采集卡?？梢岳斫獾氖?，數(shù)據(jù)采集模塊620也可以為在線膜厚測量系統(tǒng)的信號處理模塊。膜厚測量模塊630測量拋光結(jié)束后的每片晶圓上的剩余銅膜的厚度。由于第一片晶圓已經(jīng)被完全拋光，剩余銅膜厚度為0。剩余的晶圓按照編號，拋光時(shí)間遞增，則剩余銅膜厚度遞減。 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，膜厚測量模塊630可以為四探針探頭。標(biāo)定模塊640根據(jù)膜厚測量模塊630中得到的每片晶圓的剩余銅膜厚度與數(shù)據(jù)采集模塊620中記錄的各片拋光過程中結(jié)束時(shí)的片上電壓與片下電壓的差值進(jìn)行關(guān)聯(lián)對應(yīng)， 生成片上電壓和片下電壓的差值與銅膜厚度的對應(yīng)曲線。根據(jù)片上電壓與片下電壓的差值與銅膜厚度的對應(yīng)曲線生成電壓差值-膜厚標(biāo)定表，并輸入到在線膜厚測量系統(tǒng)中，完成在線膜厚測量系統(tǒng)進(jìn)行鍍膜厚度的標(biāo)定。當(dāng)化學(xué)機(jī)械拋光機(jī)工作時(shí)，在線膜厚測量系統(tǒng)的探頭及前置電路實(shí)時(shí)的將當(dāng)前晶圓的片上電壓信號和片下電壓信號輸入到在線膜厚測量系統(tǒng)信號處理單元，信號處理單元將上述電壓信號轉(zhuǎn)換為片上電壓與片下電壓的差值，并輸入到電壓差值-膜厚標(biāo)定表中。 通過查表，獲得該晶圓的銅膜厚度值。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明實(shí)施例的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定裝置 600還包括顯示模塊。顯示模塊與標(biāo)定模塊640相連，用于顯示電壓差值-膜厚標(biāo)定表中的電壓差值和鍍膜厚度以及查找到的當(dāng)前晶圓的銅膜厚度值。由此，操作員可以方便且及時(shí)的獲取晶圓的鍍膜厚度值。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提供的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定裝置，通過對多片晶圓按照預(yù)設(shè)程度進(jìn)行拋光，通過將拋光后的每片晶圓的片上電壓和片下電壓的差值與拋光后的相應(yīng)每片晶圓的厚度進(jìn)行關(guān)聯(lián)，得到電壓差值-膜厚標(biāo)定表，通過該表可以實(shí)現(xiàn)對在線膜厚測量系統(tǒng)的鍍膜厚度的精確標(biāo)定。在標(biāo)定曲線中采用片上電壓與片下電壓的差值，可以避免信號零點(diǎn)的漂移，提高鍍膜厚度的標(biāo)定的精度。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)在不同的拋光工藝下， 例如化學(xué)機(jī)械拋光工藝中，對鍍膜厚度的精確標(biāo)定。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求
1.一種用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于，包括如下步驟檢測多片晶圓上的拋光壓力，當(dāng)所述拋光壓力達(dá)到預(yù)設(shè)壓力值時(shí)，分別對所述多片晶圓進(jìn)行預(yù)設(shè)程度的拋光，其中所述多片晶圓的鍍膜厚度相等；在拋光結(jié)束后，分別采集所述每片晶圓的片上電壓和片下電壓并計(jì)算所述片上電壓和所述片下電壓的差值，其中，所述片上電壓為所述在線膜厚測量系統(tǒng)的電渦流傳感器運(yùn)行至所述晶圓上時(shí)輸出的電壓信號，所述片下電壓為所述在線膜厚測量系統(tǒng)的電渦流傳感器空載時(shí)輸出的電壓信號；測量拋光結(jié)束后的每片晶圓的鍍膜厚度值；將所述每片晶圓的片上電壓和所述片下電壓的差值與對應(yīng)的拋光結(jié)束后的所述每片晶圓的鍍膜厚度值進(jìn)行關(guān)聯(lián)，生成電壓差值-膜厚標(biāo)定表；和根據(jù)所述電壓差值-膜厚標(biāo)定表對所述在線膜厚測量系統(tǒng)進(jìn)行鍍膜厚度標(biāo)定。
2.如權(quán)利要求1所述的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于，當(dāng)檢測到當(dāng)前晶圓的所述拋光壓力未達(dá)到所述預(yù)設(shè)壓力值，調(diào)整所述在線膜厚測量系統(tǒng)的拋光頭施加在所述當(dāng)前晶圓上的拋光壓力直至所述當(dāng)前晶圓的所述拋光壓力達(dá)到所述預(yù)設(shè)壓力值。
3.如權(quán)利要求1所述的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于，通過控制所述在線膜厚測量系統(tǒng)的拋光頭對所述每片晶圓的拋光時(shí)間以對所述多片晶圓進(jìn)行預(yù)設(shè)程度的拋光。
4.如權(quán)利要求3所述的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于，對所述多片晶圓中的一片晶圓的鍍膜進(jìn)行完全拋光，其中，拋光時(shí)間為第一時(shí)長；對剩余晶圓按照拋光時(shí)間為(i-l)T/n進(jìn)行所述預(yù)設(shè)程度的拋光，其中，i為所述晶圓的編號，2彡i彡n，T為所述第一時(shí)長。
5.如權(quán)利要求1所述的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于，采集所述每片晶圓的片上電壓和片下電壓，并將所述采集到的所述每片晶圓的片上電壓和片下電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號以獲取所述片上電壓和所述片下電壓的差值。
6.如權(quán)利要求1所述的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于，利用四探針探頭測量拋光結(jié)束后的所述每片晶圓的鍍膜厚度值。
7.如權(quán)利要求1所述的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，其特征在于，還包括如下步驟顯示所述電壓差值-膜厚標(biāo)定表中的鍍膜厚度值。
8.一種用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定裝置，其特征在于，包括壓力檢測模塊，所述壓力檢測模塊分別與多片晶圓相連，用于檢測所述多片晶圓上的拋光壓力，當(dāng)所述拋光壓力達(dá)到預(yù)設(shè)壓力值時(shí)，由所述在線膜厚測量系統(tǒng)的拋光頭分別對所述多片晶圓進(jìn)行預(yù)設(shè)程度的拋光，其中所述多片晶圓的鍍膜厚度相等；數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊與所述在線膜厚測量系統(tǒng)的電渦流傳感器相連，用于在所述在線膜厚測量系統(tǒng)的拋光頭對所述多片晶圓拋光結(jié)束后，分別采集所述每片晶圓的片上電壓和片下電壓并計(jì)算所述片上電壓和所述片下電壓的差值，其中，所述片上電壓為所述在線膜厚測量系統(tǒng)的電渦流傳感器運(yùn)行至所述晶圓上時(shí)輸出的電壓信號，所述片下電壓為所述在線膜厚測量系統(tǒng)的電渦流傳感器空載時(shí)輸出的電壓信號；膜厚測量模塊，用于在所述在線膜厚測量系統(tǒng)的拋光頭對所述多片晶圓拋光結(jié)束后， 測量拋光結(jié)束后的每片晶圓的鍍膜厚度值；和標(biāo)定模塊，所述標(biāo)定模塊分別與所述數(shù)據(jù)采集模塊和所述膜厚測量模塊相連，用于將所述每片晶圓的片上電壓和所述片下電壓的差值與對應(yīng)的拋光結(jié)束后的所述每片晶圓的鍍膜厚度值進(jìn)行關(guān)聯(lián)，生成電壓差值-膜厚標(biāo)定表以對所述在線膜厚測量系統(tǒng)進(jìn)行鍍膜厚度標(biāo)定。
9.如權(quán)利要求8所述的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定裝置，其特征在于，當(dāng)所述壓力檢測模塊檢測到當(dāng)前晶圓的所述拋光壓力未達(dá)到所述預(yù)設(shè)壓力值，調(diào)整所述在線膜厚測量系統(tǒng)的拋光頭施加在所述當(dāng)前晶圓上的拋光壓力直至所述當(dāng)前晶圓的所述拋光壓力達(dá)到所述預(yù)設(shè)壓力值。
10.如權(quán)利要求8所述的用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集卡為模擬/數(shù)字采集卡；所述膜厚測量模塊為四探針探頭；所述顯示模塊與所述標(biāo)定模塊相連，用于顯示所述電壓差值-膜厚標(biāo)定表中的鍍膜厚度值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定方法，包括如下步驟檢測多片晶圓上的拋光壓力，當(dāng)所述拋光壓力達(dá)到預(yù)設(shè)壓力值時(shí)，分別對所述多片晶圓進(jìn)行預(yù)設(shè)程度的拋光；在拋光結(jié)束后，分別采集所述每片晶圓的片上電壓和片下電壓并計(jì)算所述片上電壓和所述片下電壓的差值；測量拋光結(jié)束后的每片晶圓的鍍膜厚度值；將所述每片晶圓的片上電壓和所述片下電壓的差值與對應(yīng)的拋光結(jié)束后的所述每片晶圓的鍍膜厚度值進(jìn)行關(guān)聯(lián)，生成電壓差值-膜厚標(biāo)定表；根據(jù)所述電壓差值-膜厚標(biāo)定表對所述在線膜厚測量系統(tǒng)進(jìn)行鍍膜厚度標(biāo)定。本發(fā)明還公開了一種用于在線膜厚測量系統(tǒng)的標(biāo)定裝置。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)在不同的拋光工藝下，對鍍膜厚度的快速且精確標(biāo)定。
文檔編號G01B7/06GK102445144SQ20111028426
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者孟永鋼, 曲子濂, 王同慶, 趙乾, 路新春 申請人:清華大學(xué)