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銅CMP在線測量點實時定位方法及系統與流程

2023-05-11 04:00:51


本發明涉及化學機械平坦化技術領域,具體涉及一種銅CMP在線測量點實時定位方法及系統。



背景技術:

化學機械平坦化(Chemical Mechanical Planarization,簡稱CMP)技術是當今最有效的全局平坦化方法。它利用化學腐蝕和機械磨削的協同作用,可以有效兼顧晶圓局部和全局平坦度,並已在超大規模集成電路製造中得到了廣泛應用。在CMP過程中,需要精確控制材料的去除量。若不能實現有效的監控,將無法避免晶圓「過拋」或者「欠拋」等情況的出現。由於銅CMP苛刻的工藝環境,使得在線測量的實現非常困難。

目前,對於銅CMP工藝,基於電渦流檢測方法的在線測量模塊已出現在銅CMP系統中,可用於監測一定厚度範圍內的銅層去除情況,判斷工藝是否已達到期望終點,以及時終止工藝過程。然而,由於銅CMP特殊的工藝過程,電渦流傳感器所採集到的有效測量信號僅為探頭運動至晶圓下方時的部分,並且有效測量軌跡和有效採樣點數不固定,進而加大了在線處理與分析測量數據的難度。為了實現精確的在線測量,迫切需要在工藝過程中實現當前測量點的實時定位,以完成測量值與測量點坐標的快速匹配,從而更好地滿足銅CMP在線測量的工藝需求。



技術實現要素:

本發明旨在至少解決上述技術問題之一。

為此,本發明的一個目的在於提出一種銅CMP在線測量點實時定位方法。

本發明的另一目的在於提出一種銅CMP在線測量點實時定位系統。

為了實現上述目的,本發明的實施例公開了一種銅CMP在線測量點實時定位方法,包括以下步驟:S1:讀取晶圓的初始位置和電渦流傳感器探頭的初始角度位置,和所述晶圓的初始位置與拋光碟初始位置的初始圓心距;S2:採用即時更新與參數估算相結合的方法,實時計算所述電渦流傳感器探頭的當前旋轉角度,所述晶圓的當前旋轉角度及其沿所述拋光碟徑向擺動時與所述拋光碟盤心的當前圓心距;S3:實時計算所述電渦流傳感器探頭和所述晶圓相對初始位置的角度運動增量及所述晶圓相對所述拋光碟盤心的圓心距,並利用所述電渦流傳感器探頭在所述晶圓表面的運動軌跡方程,計算工藝過程中所述電渦流傳感器探頭在晶圓表面的坐標,其中,所述電渦流傳感器探頭安裝在所述拋光碟內的預設位置上,所述晶圓被吸附在拋光頭上,所述電渦流傳感器探頭隨拋光碟勻速圓周運動,周期性運動至所述晶圓下方,所述晶圓被拋光頭反向壓在所述拋光碟上,並隨所述拋光頭自轉,且沿所述拋光碟徑向做直線往復擺動。

根據本發明實施例的銅CMP在線測量點實時定位方法,可實時得到電渦流傳感器當前測量點的坐標。

另外,根據本發明上述實施例的銅CMP在線測量點實時定位方法,還可以具有如下附加的技術特徵:

進一步地,所述電渦流傳感器探頭在晶圓表面的運動軌跡方程為:

其中,e為所述拋光碟圓心和所述晶圓圓心的圓心距,θ1為所述晶圓相對自身初始位置的旋轉角度,θ為所述電渦流傳感器探頭相對自身初始位置的旋轉角度,R為所述電渦流傳感器探頭與所述拋光碟圓心之間的距離,(x1,y1)為電渦流傳感器探頭在晶圓表面運動坐標系的坐標。

進一步地,在步驟S2中,系統在實時計算時時刻以即時更新的數據為基準,並記錄最新更新的時刻。在兩次數據更新的期間,系統如需進行坐標計算,則根據距離最近的上一次數據更新時刻的已運動時間和當前旋轉角速度自行計算當前所述晶圓和所述電渦流傳感器探頭的轉動角度增量,並以上一刻更新值與當前計算值的和作為當前的轉動角度值。

進一步地,在工藝過程中,通過EtherCAT實時採集拋光碟驅動電機的旋轉角度、拋光頭驅動電機的旋轉角度,以及拋光頭直線運動的距離,即可分別得到電渦流傳感器探頭的旋轉角度,晶圓的旋轉角度及其沿拋光碟徑向的直線運動距離。

為了實現上述目的,本發明的實施例公開了一種銅CMP在線測量點實時定位系統,包括:數據讀取模塊,通過讀取工藝過程中拋光碟驅動電機的旋轉角度、拋光頭驅動電機的旋轉角度及拋光頭沿拋光碟徑嚮往復運動時的直線距離,進而得到電渦流傳感器探頭的旋轉角度,晶圓的旋轉角度及其沿拋光碟徑向與拋光碟盤心的圓心離;計算模塊,根據所述數據讀取模塊提供的電渦流傳感器探頭和晶圓的運動信息,首先分別計算電渦流傳感器探頭相對初始位置的旋轉角度,晶圓相對初始位置的旋轉角度及其距離拋光碟圓心的圓心距,然後通過電渦流傳感器探頭在晶圓表面的運動軌跡方程,進行電渦流傳感器探頭在晶圓表面實時坐標點的計算;其中,所述電渦流傳感器探頭安裝在所述拋光碟內的預設位置上,所述晶圓被吸附在拋光頭上,所述電渦流傳感器探頭隨拋光碟勻速圓周運動,周期性運動至晶圓下方,所述晶圓被拋光頭反向壓在拋光碟上,並隨拋光頭自轉,且沿拋光碟徑向做直線往復擺動。

根據本發明實施例的銅CMP在線測量點實時定位系統,可在線計算出電渦流傳感器在晶圓表面當前測量點的具體坐標。

另外,根據本發明上述實施例的銅CMP在線測量點實時定位系統,還可以具有如下附加的技術特徵:

進一步地,所述電渦流傳感器探頭在晶圓表面的運動軌跡方程為:

其中,e為所述拋光碟圓心和所述晶圓圓心的圓心距,θ1為所述晶圓相對自身初始位置的旋轉角度,θ為所述電渦流傳感器探頭相對自身初始位置的旋轉角度,R為所述電渦流傳感器探頭與所述拋光碟圓心之間的距離,(x1,y1)為電渦流傳感器探頭在晶圓表面運動坐標系上的坐標。

進一步地,所述計算模塊採用即時更新與參數估算相結合的方法,實時計算所述電渦流傳感器探頭的當前旋轉角度,所述晶圓的當前旋轉角度及其沿所述拋光碟徑向擺動時與所述拋光碟盤心的當前圓心距。

進一步地,所述數據讀取模塊在工藝過程中通過EtherCAT實時採集拋光碟驅動電機的旋轉角度、拋光頭驅動電機的旋轉角度,以及拋光頭沿拋光碟徑向運動的距離,分別計算電渦流傳感器探頭的旋轉角度,晶圓的旋轉角度及其沿拋光碟徑向運動的距離。

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。

附圖說明

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是本發明一個實施例的銅CMP在線測量點實時定位方法的流程圖;

圖2是本發明一個實施例的CMP工藝中電渦流傳感器和晶圓運動軌跡示意圖;

圖3是本發明一個實施例的銅CMP在線測量點實時定位的結構框圖。

具體實施方式

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,需要理解的是,術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」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、以特定的方位構造和操作,因此不能理解為對本發明的限制。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。

在本發明的描述中,需要說明的是,除非另有明確的規定和限定,術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解,例如,可以是固定連接,也可以是可拆卸連接,或一體地連接;可以是機械連接,也可以是電連接;可以是直接相連,也可以通過中間媒介間接相連,可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言,可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

參照下面的描述和附圖,將清楚本發明的實施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中,具體公開了本發明的實施例中的一些特定實施方式,來表示實施本發明的實施例的原理的一些方式,但是應當理解,本發明的實施例的範圍不受此限制。相反,本發明的實施例包括落入所附加權利要求書的精神和內涵範圍內的所有變化、修改和等同物。

以下結合附圖描述本發明實施例的銅CMP在線測量點實時定位方法。

圖1是本發明一個實施例的銅CMP在線測量點實時定位方法的流程圖,圖2是本發明一個實施例的CMP工藝中電渦流傳感器探頭和晶圓運動方式示意圖。

如圖1和圖2所示,本發明實施例針對銅CMP工藝,電渦流傳感器探頭安裝在拋光碟面內(拋光墊下),通過導電滑環的引線與固定在機臺內的信號處理電路相連。在工藝過程中,拋光頭吸附晶圓,並將晶圓反向壓在拋光墊上;晶圓隨拋光頭自轉,並沿拋光碟徑向做直線往復擺動;拋光碟與拋光頭同步同向旋轉;電渦流傳感器探頭隨拋光碟一起勻速圓周運動,並周期性運動至晶圓下方。如圖2所示,當探頭運動至測量點A時,則進入有效測量區域;當探頭運動至測量點B時,則離開有效測量區域。待工藝過程穩定後,在線測量系統開始實時讀取傳感器輸出信號並進行相關計算。

由CMP特殊的工藝過程可知,探頭的旋轉和晶圓的旋轉及其擺動,確定了探頭與晶圓的相對運動關係。因此,建立電渦流傳感器探頭在晶圓表面(運動坐標系)的運動軌跡方程,如下所示:

其中,e為拋光碟圓心和晶圓圓心的圓心距,θ1為晶圓相對自身初始位置的旋轉角度,θ為電渦流傳感器探頭相對自身初始位置的旋轉角度,R為電渦流傳感器探頭與拋光碟圓心之間的距離,(x1,y1)即為電渦流傳感器探頭在晶圓表面運動坐標系的坐標。

本發明實施例的銅CMP在線測量點實時定位方法,包括以下步驟:

S1:讀取晶圓的初始角度位置和探頭的初始角度位置,和晶圓初始位置與拋光碟初始位置的初始圓心距。

具體地,每次工藝開始前,控制拋光頭和拋光碟運動至指定初始位置。此時,讀取拋光頭和拋光碟的初始角度值(分別記為θ10和θ0)。在本發明的實施例中,拋光頭沿拋光碟徑向直線運動的初始位置固定,則記晶圓圓心在拋光頭初始位置處距離拋光碟圓心的距離為常數P0。

S2:採用即時更新與參數估算相結合的方法,實時計算電渦流傳感器探頭的當前旋轉角度,晶圓的當前旋轉角度及其沿拋光碟徑向擺動時與拋光碟盤心的當前圓心距。

具體地,本發明實施例採用即時更新與參數估算相結合的方法,以克服可能出現的運動信息更新速率偏低的情況。在實時計算過程中,系統時刻以即時更新的數據為基準,並記錄最新更新的時刻。在兩次數據(重點針對拋光頭或者拋光碟電機的旋轉角度)更新的期間,系統如需進行坐標計算,則根據距離最近的上一次數據更新時刻的已運動時間和當前旋轉角速度自行計算當前拋光頭和拋光碟電機的轉動角度增量,並以上一刻更新值與當前計算值(角度增量)的和作為當前的轉動角度值以進行後續的計算。由於在工藝階段,拋光頭和拋光碟保持穩定的勻速旋轉,所以位置估算值與實際值基本吻合,可較好地保證測量點的實時定位。此外,在本CMP系統中,相比傳感器探頭的轉動線速度,拋光頭的擺動速度很低。因此,本發明對於拋光頭沿拋光碟徑向的位置信息(即e)始終以更新值為準,不必進行參數估算。

在本發明的一個實施例中,通過EtherCAT實時採集拋光碟驅動電機的旋轉角度、拋光頭驅動電機的旋轉角度,以及拋光頭直線運動時的距離,從而在工藝過程中分別得到電渦流傳感器探頭的旋轉角度,晶圓的旋轉角度及其沿拋光碟徑向與拋光碟盤心的圓心距。

S3:計算電渦流傳感器探頭和晶圓相對初始位置的運動增量,並利用電渦流傳感器探頭在晶圓表面運動坐標系的運動軌跡方程,計算工藝過程中電渦流傳感器探頭在晶圓表面運動坐標系的坐標。

具體地,根據拋光頭和拋光碟的當前位置信息,即拋光碟電機的當前旋轉角度θn、拋光頭電機的當前旋轉角度θ1n和其沿拋光碟徑向的絕對位置Pn,依次分別計算電渦流傳感器探頭相對初始位置的旋轉角度θ,晶圓相對初始位置的旋轉角度θ1及其距離拋光碟圓心的圓心距e。其中,θ=θn–θ0;θ1=θ1n–θ10;e=P0–Pn(P0>Pn)。在完成上述參數的計算後,系統根據電渦流傳感器在晶圓表面的運動軌跡方程即可計算出電渦流傳感器探頭當前的準確位置,以實現測量值與測量點位置的快速匹配。

本發明的實施例還公開了一種銅CMP在線測量點實時定位系統,包括數據讀取模塊210和計算模塊220。其中,數據讀取模塊210通過讀取工藝過程中拋光碟驅動電機的旋轉角度,拋光頭驅動電機的旋轉角度及拋光頭沿拋光碟徑嚮往復運動時的直線距離,進而可知電渦流傳感器探頭的旋轉角度,晶圓的旋轉角度及其沿拋光碟徑嚮往復運動時的直線距離。計算模塊220根據數據讀取模塊210提供的電渦流傳感器探頭和晶圓的運動信息,首先分別計算電渦流傳感器探頭相對初始位置的旋轉角度θ,晶圓相對初始位置的旋轉角度θ1及其距離拋光碟圓心的圓心距e,然後通過電渦流傳感器探頭在晶圓表面運動坐標系的運動軌跡方程,進行電渦流傳感器探頭在晶圓表面運動坐標系實時坐標點的計算。

在本發明的一個實施例中,計算模塊220通過如下電渦流傳感器探頭在晶圓表面(運動坐標系)的運動軌跡方程完成實時坐標點的計算。

其中,e為拋光碟圓心和晶圓圓心的圓心距,θ1為晶圓相對自身初始位置的旋轉角度,θ為電渦流傳感器探頭相對自身初始位置的旋轉角度,R為電渦流傳感器探頭與拋光碟圓心之間的距離,(x1,y1)即為電渦流傳感器探頭在晶圓表面運動坐標系的坐標。

在本發明的一個實施例中,針對拋光頭或者拋光碟電機的旋轉角度,計算模塊220採用即時更新與參數估算相結合的方法。在實時計算過程中,時刻以即時更新的數據為基準,並記錄數據更新的時刻。在兩次數據更新的期間,如需進行坐標計算,則根據距離最近的上一次數據更新時刻的已運動時間和當前旋轉角速度自行計算當前拋光頭和拋光碟電機的轉動角度增量,並以上一刻更新值與當前計算值(角度增量)的和作為當前的轉動角度值以進行後續計算。

在本發明的一個實施例中,數據讀取模塊通過EtherCAT實時採集拋光碟驅動電機的旋轉角度、拋光頭驅動電機的旋轉角度,以及拋光頭沿拋光碟徑向運動距離,從而在工藝過程中分別得到電渦流傳感器探頭的旋轉角度,晶圓的旋轉角度及其沿拋光碟徑向的運動距離。

在工藝過程中,系統採用上述方法實時追蹤當前測量點的位置。直至系統收到結束測量指令後,停止計算,釋放相關系統資源,恢復各參數變量初始值,以等待下次測量過程。

另外,本發明實施例的銅CMP在線測量點實時定位方法及系統的其它構成以及作用對於本領域的技術人員而言都是已知的,為了減少冗餘,不做贅述。

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。

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限定。

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