用於測量矽片的膜厚度的測量裝置的製作方法
2023-09-10 11:30:00
專利名稱：用於測量矽片的膜厚度的測量裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種測量裝置，尤其是涉及一種用於測量矽片的膜厚度的測量裝置。
背景技術：
隨著超大規模集成電路器件密度的增加和特徵尺寸的減小，現在晶片均採用銅布線和銅互連。一般來說，製造晶片至少需要四次銅膜沉積和化學機械拋光工藝。化學機械拋光過程控制是影響產出的關鍵步驟，但它需要極其精確而穩定的膜厚和形貌測量。為了更好地優化化學機械拋光工藝參數，增加化學機械拋光的成品率和更好的平坦化效果，矽片全局精確膜厚值是至關重要的。化學機械拋光可以針對矽片上膜厚不同的各點或各區域採用不同的工藝參數，以達到矽片全局的平坦化，以及良好的矽片內拋光均勻度。並且可以根據不同矽片的膜厚情況，對該矽片採用不同的拋光工藝參數，可以保證矽片與矽片之間的拋光均勻度。所以，精確地測量矽片上各點的膜厚度是很重要的。
發明內容
本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的目的在於提出一種可以實現測量矽片全局膜厚度的測量裝置。為了實現上述目的，根據本發明的實施例提出一種用於測量矽片的膜厚度的測量裝置，所述測量裝置包括位置速度傳感器，所述位置速度傳感器沿縱向線性排列成第一和第二位置速度傳感器陣列，所述第一和第二位置速度傳感器陣列在橫向上彼此間隔開且所述第一位置速度傳感器陣列中的位置速度傳感器在所述橫向上分別與所述第二位置速度傳感器陣列中的位置速度傳感器一一對應；電渦流傳感器，所述電渦流傳感器位於所述第一位置速度傳感器陣列與第二位置速度傳感器陣列之間的垂直於所述橫向的對稱平面內； 和控制器，所述控制器分別與所述位置速度傳感器、所述測距傳感器和所述電渦流傳感器相連用於根據所述位置速度傳感器、所述測距傳感器和所述電渦流傳感器的檢測信號控制膜厚的測量。根據本發明實施例的測量裝置，通過所述電渦流傳感器測量待測矽片的膜厚度， 通過所述位置速度傳感器實時檢測待測矽片的速度和位置，精確地定位所述電渦流電感器所測量的點的位置，並將待測矽片的膜厚度檢測信號、位置檢測信號和速度檢測信號反饋給所述控制器以形成閉環控制，從而實現矽片全局膜厚度的精確測量。另外，根據本發明實施例的測量裝置可以具有如下附加的技術特徵根據本發明的一個實施例，所述測量裝置還包括測距傳感器，所述測距傳感器設置在所述電渦流傳感器周圍且與所述控制器相連，其中所述控制器利用所述測距傳感器的檢測信號對所述渦流傳感器的檢測信號進行校正，從而得到更精確的膜厚度。根據本發明的一個實施例，所述電渦流傳感器在豎向上成對設置且所述電渦流傳感器對的相鄰的磁極相反，其中所述測距傳感器與設置在所述電渦流傳感器對中的上電渦流傳感器周圍。所述電渦流傳感器對的相鄰的磁極相反，可以增強磁性，從而增強所述電渦流傳感器的檢測信號的強度。根據本發明的一個實施例，所述測距傳感器的底面與所述電渦流傳感器的底面在同一水平面內。根據本發明的一個實施例，所述電渦流傳感器、所述測距傳感器以及所述第一位置速度傳感器陣列與第二位置速度傳感器陣列彼此平行且處於同一水平面內。根據本發明的一個實施例，所述位置速度傳感器為接近開關，所述接近開關包括在豎向上彼此相對且間隔開設置的信號發生元件和信號接收元件。根據本發明的一個實施例，所述接近開關為光電接近開關。根據本發明的一個實施例，所述測距傳感器為超聲測距傳感器、雷射測距傳感器或者紅外線測距傳感器。根據本發明的一個實施例，所述測量裝置還包括支架，所述位置速度傳感器、所述測距傳感器和所述電渦流傳感器分別安裝在所述支架上，這樣可以使所述位置速度傳感器、所述測距傳感器和所述電渦流傳感器處於穩定的狀態，從而避免在測量過程中上述傳感器因顫動或移動影響測量結果的準確性，並且通過保證支架的加工精度，可以方便地保證測量裝置的精度。本發明的附加方面和優點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，或通過本發明的實踐了解到。
本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1是根據本發明實施例的測量裝置的俯視結構示意圖；圖2是根據本發明實施例的測量裝置的主視結構示意圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標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施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。在本發明的描述中，術語「縱向」、「橫向」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明而不是要求本發明必須以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。在本發明的描述中，除非另有規定和限定，需要說明的是，術語「安裝」、「相連」、 「連接」應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，設備上相鄰的兩個裝置之間通過加工媒介之間的聯繫也稱之為「相連」或「連接」。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。下面參照圖1和圖2描述根據本發明實施例的測量裝置。如圖1和圖2所示，根據本發明實施例的測量裝置包括位置速度傳感器4、電渦流傳感器2和控制器。
位置速度傳感器4沿縱向A線性排列成第一位置速度傳感器陣列和第二位置速度傳感器陣列(圖1中的上下兩個位置速度傳感器陣列)，所述第一位置速度傳感器陣列和第二位置速度傳感器陣列分別具有多個位置速度傳感器4。所述第一位置速度傳感器陣列和第二位置速度傳感器陣列在橫向B上彼此間隔開，用於測量矽片1的平移速度和旋轉速度。根據本發明實施例的測量裝置，所述第一位置速度傳感器陣列和第二位置速度傳感器陣列在橫向B上的間隔距離沒有特別限制，可以根據具體應用調整所述第一位置速度傳感器陣列和第二位置速度傳感器陣列在橫向B上的間隔距離。所述第一位置速度傳感器陣列中的位置速度傳感器4在橫向B上分別與所述第二位置速度傳感器陣列中的位置速度傳感器4 一一對應。具體地說，所述第一位置速度傳感器陣列中的左側第一個位置速度傳感器4與所述第二位置速度傳感器陣列中的左側第一個位置速度傳感器4在橫向B上對應，所述第一位置速度傳感器陣列中的左側第二個位置速度傳感器4與所述第二位置速度傳感器陣列中的左側第二個位置速度傳感器4在橫向B 上對應，以此類推，直至所述第一位置速度傳感器陣列和所述第二位置速度傳感器陣列中的最後一個位置速度傳感器(圖1中的最右側位置速度傳感器)在橫向B上對應。電渦流傳感器2位於所述第一位置速度傳感器陣列與所述第二位置速度傳感器陣列之間的垂直於橫向B的對稱平面內，如圖1所示，電渦流傳感器2在水平面上的投影位於所述第一位置速度傳感器陣列與所述第二位置速度傳感器陣列在水平面上的投影之間的縱向對稱中心線L上。矽片1從電渦流傳感器2的下方經過，從而完成對矽片1上的預定點處的膜厚度的測量。控制器(未示出)分別與位置速度傳感器4和電渦流傳感器2相連用於根據位置速度傳感器3和電渦流傳感器2的檢測信號控制膜厚度的測量。如圖1和圖2所示，在利用根據本發明實施例的測量裝置測量矽片1的膜厚度時， 矽片1的圓心沿所述第一位置速度傳感器陣列和所述第二位置速度傳感器陣列的縱向對稱中心線L的方向(圖1中的空心箭頭所指的方向和圖2中的實心箭頭所指的方向)勻速平移，且矽片1在勻速平移的同時勻速旋轉。當矽片1平移至圖1中的位置時，第一位置速度傳感器陣列和第二位置速度傳感器陣列的最左側的兩個位置速度傳感器4檢測到矽片1 後，停止矽片1的平移運動。此時最左側的兩個位置速度傳感器4在矽片1上的投影位於矽片1的圓周上，通過最左側的兩個位置速度傳感器4依次檢測到矽片1的矽片缺口 11的時間間隔和最左側的兩個位置速度傳感器4與矽片1的圓心連線的夾角可以計算出矽片1 的勻速旋轉速度。然後矽片1繼續勻速移動，並通過同一位置速度傳感器陣列中的相鄰兩個位置速度傳感器4依次檢測到矽片1的時間間隔和所述相鄰兩個位置速度傳感器4的距離計算得到矽片1的勻速移動速度。根據矽片1的勻速移動速度和勻速旋轉速度可以計算得到電渦流傳感器2所測量的矽片1上的點的軌跡和位置。根據本發明實施例的測量裝置通過電渦流傳感器2測量矽片1的膜厚度，通過位置速度傳感器4實時檢測矽片1的速度和位置，精確地定位電渦流電感器2所測量的點的位置，控制器分別從電渦流傳感器2和位置速度傳感器4接收矽片1的膜厚度檢測信號、位置檢測信號和速度檢測信號以形成閉環控制。控制器通過矽片1的勻速平移速度、勻速旋轉速度和矽片1的直徑大小可以精確地計算出電渦流傳感器2所測量的點的軌跡和位置， 被測量的點的軌跡為螺旋線。通過調節矽片1的勻速平移速度和勻速旋轉速度，電渦流傳感器2可以測量到矽片1上大部分點的膜厚度，從而實現矽片1全局膜厚的精確測量，換言之，根據本發明實施例的測量裝置可以測量整個矽片1上的膜厚度。在本發明的一些實施例中，測量裝置還包括測距傳感器3，測距傳感器3設置在電渦流傳感器2周圍且與所述控制器相連，從而將檢測信號反饋給所述控制器。測距傳感器3 用於測量電渦流傳感器2與矽片1的距離，測距傳感器3與電渦流傳感器2之間的距離可以預先設定。例如，測距傳感器3與矽片1之間的距離加上或減去測距傳感器3與電渦流傳感器2之間的距離就是電渦流傳感器2與矽片1之間的距離。控制器利用測距傳感器3 的檢測信號對渦流傳感器2的檢測信號進行校正。在本發明的一個示例中，測距傳感器3的底面與電渦流傳感器2的底面在同一水平面內，換言之，測距傳感器3與電渦流傳感器2之間的距離為零。這樣，測距傳感器3測量到的值就是電渦流傳感器2與矽片1之間的距離。在本發明的一個具體示例中，測距傳感器3為超聲測距傳感器、雷射測距傳感器或者紅外線測距傳感器。在本發明的一個示例中，電渦流傳感器2在豎向C上成對設置，且所述電渦流傳感器對的相鄰的磁極相反，即在豎向C上的上電渦流傳感器2和下電渦流傳感器2的相鄰的磁極相反，測距傳感器3設置在上電渦流傳感器2的周圍。在測量時，矽片1從上電渦流傳感器2和下電渦流傳感器2之間經過。上電渦流傳感器2和下電渦流傳感器2以相鄰磁極相反的方式設置可以增強磁性，從而增強電渦流傳感器2的檢測信號的強度。在本發明的一個具體示例中，電渦流傳感器2可以是已知的電渦流傳感器。在本發明的一個實施例中，電渦流傳感器2與所述第一位置速度傳感器陣列和第二位置速度傳感器陣列中的兩個近端位置速度傳感器4在水平面內的投影位於同一圓周上，所述圓周的大小與矽片1的圓周的大小可以相同。其中，所述近端是指在利用根據本發明實施例的測量裝置對矽片1的膜厚度進行測量時，所述第一位置速度傳感器陣列和第二位置速度傳感器陣列的先接近矽片1的端部(在圖1和圖2中的左端)。在測量時，矽片1 水平設置，因此電渦流傳感器2和兩個近端位置速度傳感器4在水平面內的投影可以位於矽片1的圓周上。在實際測量時，通常根據待測矽片1的圓周的大小來確定所述第一位置速度傳感器陣列和第二位置速度傳感器陣列之間的距離、以及電渦流傳感器2的位置，從而使電渦流傳感器2和兩個近端位置速度傳感器4在水平面內的投影位於待測矽片1的圓周上，這樣更容易確定矽片1的測量起始位置。在本發明的一個示例中，電渦流傳感器2、測距傳感器3、所述第一位置速度傳感器陣列和第二位置速度傳感器陣列彼此平行且處於同一水平面內，由此，使得測量更加方便。在本發明的一些實施例中，如圖2所示，位置速度傳感器4可以為接近開關，所述接近開關包括在豎向C上彼此相對且間隔開設置的信號發生元件和信號接收元件，即所述信號發生元件和信號接收元件處於不同的水平面內。所述信號發生元件和信號接收元件相配合用於測量矽片1的旋轉速度。在本發明的一個具體示例中，所述接近開關可以為光電接近開關。在本發明的一個示例中，所述測量裝置還包括支架5，位置速度傳感器4、測距傳感器3和電渦流傳感器2分別安裝在支架5上。這樣可以使位置速度傳感器4、測距傳感器 3和電渦流傳感器2處於穩定的狀態，從而避免在測量過程中上述傳感器因顫動或移動影響測量結果的準確性，並且通過支架5的加工，就可以保證安裝精度，從而保證測量精度。在本發明的一個示例中，所述第一位置速度傳感器陣列和第二位置速度傳感器陣列彼此平行且處於同一水平面內，電渦流傳感器2在豎向C上同時設置在所述第一位置速度傳感器陣列和第二位置速度傳感器陣列的縱向對稱中心線的正上方和正下方以形成電渦流傳感器對，所述電渦流傳感器對的相鄰的磁極相反，測距傳感器3設置在所述電渦流傳感器對中的上電渦流傳感器2的周圍，且測距傳感器3的底面與上電渦流傳感器2的底面在同一水平面內。電渦流傳感器2與所述第一位置速度傳感器陣列和第二位置速度傳感器陣列中的兩個近端位置速度傳感器4在水平面內的投影位於同一圓周上。電渦流傳感器 2、測距傳感器3和位置速度傳感器4可以分別安裝在支架5上。下面描述利用根據本發明實施例的測量裝置測量矽片1的膜厚度的過程。如圖1和圖2所示，在利用根據本發明實施例的測量裝置測量矽片1的膜厚度時， 矽片1的圓心沿所述第一位置速度傳感器陣列和所述第二位置速度傳感器陣列的縱向對稱中心線L的方向(圖1中的空心箭頭所指的方向和圖2中的實心箭頭所指的方向)勻速平移，且矽片1在勻速平移的同時勻速旋轉。矽片1的矽片缺口 11作為膜厚度測量的起始點。當矽片1平移至圖1中的位置時，在所述第一位置速度傳感器陣列和第二位置速度傳感器陣列的最左側(近端)的兩個位置速度傳感器4檢測到矽片1後，停止矽片1的平移運動。然後利用最左側的兩個位置速度傳感器4檢測矽片1的矽片缺口 11，在矽片1的旋轉過程中，矽片缺口 11依次經過上述兩個位置速度傳感器4，從而檢測到矽片缺口 11，由此得到矽片的旋轉速度。矽片1的旋轉速度的計算方法為ω = Θ/Τ，其中，ω為矽片1旋轉速度，θ為所述第一位置速度傳感器陣列和第二位置速度傳感器陣列的最左側兩個位置速度傳感器4 與矽片1的圓心連線的夾角，T為最左側兩個位置速度傳感器4依次檢測到矽片1的矽片缺口 11的時間間隔。計算出的旋轉速度反饋給所述控制器，用於實時檢測和控制矽片1的旋轉速度。當再次檢測到矽片缺口 11的Τ/2時間之後，開始勻速平移矽片。因為電渦流傳感器2在豎向C上設置在所述第一位置速度傳感器陣列和第二位置速度傳感器陣列的縱向對稱中心線L的正上方，且電渦流傳感器2與最左側兩個位置速度傳感器4在水平面內的投影位於矽片1的圓周上，所以此時電渦流傳感器2正好以矽片1的矽片缺口 11為起始點測量矽片1的膜厚度，測距傳感器3測量電渦流傳感器2與矽片1的距離。矽片1的平移速度由同一陣列中的相鄰兩個位置速度傳感器測量得到。矽片1的平移速度的計算方法為v = 1/T'，其中，ν為矽片1的平移速度，1為同一位置速度傳感器陣列的相鄰的位置速度傳感器4的間距，T'為上述相鄰的位置速度傳感器4依次檢測到矽片1的間隔時間。計算出的平移速度反饋給所述控制器，用於實時檢測和控制矽片1的平移速度。當電渦流傳感器2測量到矽片1的圓心的膜厚度時，停止矽片1的平移和旋轉運動，測量結束，由此，獲得了整個矽片1上的膜厚度值，即實現了膜厚的全局測量。在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。儘管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求
1.一種用於測量矽片的膜厚度的測量裝置，其特徵在於，包括位置速度傳感器，所述位置速度傳感器沿縱向線性排列成第一和第二位置速度傳感器陣列，所述第一和第二位置速度傳感器陣列在橫向上彼此間隔開，所述第一位置速度傳感器陣列中的位置速度傳感器在所述橫向上分別與所述第二位置速度傳感器陣列中的位置速度傳感器一一對應；電渦流傳感器，所述電渦流傳感器位於所述第一位置速度傳感器陣列與第二位置速度傳感器陣列之間的垂直於所述橫向的對稱平面內；和控制器，所述控制器分別與所述位置速度傳感器和所述電渦流傳感器相連用於根據所述位置速度傳感器和所述電渦流傳感器的檢測信號控制膜厚的測量。
2.根據權利要求1所述的測量裝置，其特徵在於，還包括測距傳感器，所述測距傳感器設置在所述電渦流傳感器周圍且與所述控制器相連，其中所述控制器利用所述測距傳感器的檢測信號對所述渦流傳感器的檢測信號進行校正。
3.根據權利要求2所述的測量裝置，其特徵在於，所述電渦流傳感器在豎向上成對設置且所述電渦流傳感器對的相鄰的磁極相反，其中所述測距傳感器設置在所述電渦流傳感器對中的上電渦流傳感器周圍。
4.根據權利要求2所述的測量裝置，其特徵在於，所述測距傳感器的底面與所述電渦流傳感器的底面在同一水平面內。
5.根據權利要求1所述的測量裝置，其特徵在於，所述電渦流傳感器與所述第一位置速度傳感器陣列和第二位置速度傳感器陣列中的兩個近端位置速度傳感器在水平面內的投影位於同一圓周上。
6.根據權利要求2所述的測量裝置，其特徵在於，所述電渦流傳感器、所述測距傳感器以及所述第一位置速度傳感器陣列與第二位置速度傳感器陣列彼此平行且處於同一水平面內。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的測量裝置，其特徵在於，所述位置速度傳感器為接近開關，所述接近開關包括在豎向上彼此相對且間隔開設置的信號發生元件和信號接收元件。
8.根據權利要求7所述的測量裝置，其特徵在於，所述接近開關為光電接近開關。
9.根據權利要求1-6中任一項所述的測量裝置，其特徵在於，所述測距傳感器為超聲測距傳感器、雷射測距傳感器或者紅外線測距傳感器。
10.根據權利要求1-6中任一項所述的測量裝置，其特徵在於，還包括支架，所述位置速度傳感器、所述測距傳感器和所述電渦流傳感器分別安裝在所述支架上。
全文摘要
本發明公開了一種用於測量矽片的膜厚度的測量裝置，包括位置速度傳感器，位置速度傳感器沿縱向線性排列成第一和第二位置速度傳感器陣列，第一和第二位置速度傳感器陣列在橫向上彼此間隔開，第一位置速度傳感器陣列中的位置速度傳感器在橫向上分別與第二位置速度傳感器陣列中的位置速度傳感器一一對應；電渦流傳感器，電渦流傳感器位於第一位置速度傳感器陣列與第二位置速度傳感器陣列之間的垂直於橫向的對稱平面內；和控制器，控制器分別與位置速度傳感器和電渦流傳感器相連用於根據位置速度傳感器和電渦流傳感器的檢測信號控制膜厚的測量。根據本發明實施例的測量裝置可以實現矽片全局膜厚度的精確測量。
文檔編號G01B7/06GK102183198SQ20111006259
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月15日 優先權日2011年3月15日
發明者沈攀, 路新春 申請人:清華大學