[发明专利]抛光液厚度测量装置、测量方法和化学机械抛光设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于化学机械抛光设备的抛光液厚度测量装置以及利用所述抛光液厚度测量装置测量抛光液厚度的测量方法，本发明还涉及一种安装有所述抛光液厚度测量装置的化学机械抛光设备。

背景技术

在集成电路制造工艺流程中，需要对晶圆表面的膜层进行平坦化抛光，以满足后续的工艺的需求，化学机械抛光(CMP)是目前普遍采用的平坦化方式。

化学机械抛光的基本原理是：由抛光头和抛光盘的旋转产生抛光所需要的相对运动，晶圆放在抛光头内，抛光垫粘贴在抛光盘表面，通过抛光头对工件施加一定压力，使晶圆压在抛光垫表面，依靠晶圆和抛光垫之间的相对运动，并借助于抛光液中的磨粒实现对工件表面的精加工。

化学机械抛光一方面需要得到较高的去除率，以提高生产效率，另一方面需要得到较高的平整度，必须将晶圆的不均匀度控制在合理范围内，否则将造成晶圆的报废。为了得到较好的平整度，需要对抛光的工艺参数进行精确控制。

化学机械抛光是在磨粒的机械作用和抛光液的化学成分的化学作用的共同作用下完成材料的去除。除了机械作用的影响外，抛光液在晶圆与抛光垫接触面的分布情况也是影响CMP平坦化效果的重要因素，弄清楚晶圆与抛光垫之间实际的抛光液厚度分布情况，对于弄清楚抛光液分布对抛光均匀性的影响具有重要意义。

到目前为止，还没有很好的方法在CMP过程中在线测量抛光液厚度分布，只有一些荧光方法模拟研究CMP过程的流场分布。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种可以在线测量并得到抛光头与抛光垫之间的抛光液厚度的用于化学机械抛光设备的抛光液厚度测量装置。

本发明的另一个目的在于提出一种利用所述抛光液厚度测量装置在线测量抛光液厚度的测量方法。

本发明的再一个目的在于提出一种安装有所述抛光液厚度测量装置的化学机械抛光设备。

为了实现上述目的，根据本发明第一方面的实施例提出一种用于化学机械抛光设备的抛光液厚度测量装置，所述化学机械抛光设备包括抛光头、转台、设置在所述转台的上表面上的抛光盘和设置在所述抛光盘的上表面上且与所述抛光头相对的抛光垫，根据本发明实施例的抛光液厚度测量装置包括：距离传感器，所述距离传感器设置在所述抛光盘内用于测量所述距离传感器到所述抛光头上的晶圆的距离；距离变送器，所述距离变送器设置在所述转台内且与所述距离传感器相连用于将所述距离传感器的测量信号转换为标准电信号；和处理单元，所述处理单元与所述距离变送器相连用于获取所述标准电信号以得到所述抛光头与所述抛光垫之间的抛光液厚度。

根据本发明实施例的用于化学机械抛光设备的抛光液厚度测量装置在所述抛光盘内设置所述距离传感器，并且在化学机械抛光过程中所述距离传感器随着所述抛光盘一起旋转从而以扇形形式扫描整个晶圆表面，因此所述抛光液厚度测量装置可以在线测量所述抛光头与所述抛光垫之间的抛光液厚度(即晶圆与所述抛光垫之间的抛光液厚度)。所述抛光液厚度测量装置还通过设置与所述距离传感器相连的所述距离变送器以将所述距离传感器的测量信号转换为标准电信号，并且通过设置与所述距离变送器相连的所述处理单元以在线得到所述抛光液厚度。

另外，根据本发明实施例的抛光液厚度测量装置可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述转台的上表面上设有第一凹槽，所述抛光盘覆盖所述第一凹槽以限定出第一容纳腔，所述距离变送器设置在所述第一容纳腔内。

根据本发明的一个实施例，所述抛光盘的上表面上设有第二凹槽，所述抛光垫覆盖所述第二凹槽以限定出第二容纳腔，所述距离传感器设置在所述第二容纳腔内。

根据本发明的一个实施例，所述抛光液厚度测量装置还包括安装板，所述安装板设置在所述第二容纳腔内，所述距离传感器安装在所述安装板上。通过在所述第二容纳腔内设置所述安装板，可以使所述距离传感器(特别是所述距离传感器为多个的时候)更方便地设置在所述第二容纳腔内。

根据本发明的一个实施例，所述距离传感器为多个且沿所述抛光盘的径向间隔开地排列。通过设置多个所述距离传感器可以同时在不同的位置测量晶圆和所述抛光垫之间的抛光液厚度，从而可以提高测量数据的密度，以便更准确地得到所述抛光液厚度的分布情况。

根据本发明的一个实施例，所述多个距离传感器沿所述抛光盘的径向等间隔地排列。