[发明专利]一种化学机械抛光的在线监测装置

说明书

本发明公开了一种化学机械抛光的在线监测装置，设于抛光盘内，可随抛光盘转动；其包括光源；光学镜组，用于接收光源发出的光束，产生准直光束；光路转折单元，用于接收准直光束，将其形成入射光路，入射光路透过抛光盘的通光窗口，照射至抛光盘上的晶圆表面，晶圆表面将入射光路反射后经过光路转折单元形成出射光路；探测器，用于接收出射光路，以获取对应的光谱信息，确定晶圆抛光的终点。本发明采用光学镜组缩束准直的方式耦合光源，解决了传统光纤耦合导致的光源光强利用率低的问题；采用信号控制方式调节光源并实时监测光强，保证测量信号的稳定性，提升探测精度，延长光源的使用寿命。

技术领域

本发明属于化学机械抛光技术领域，尤其是涉及一种化学机械抛光的在线监测装置。

背景技术

在目前的半导体集成电路芯片制造流程中，化学机械抛光（CMP）是其中一项重要的工艺步骤。化学机械平坦工艺采用抛光垫和抛光液对晶圆研磨，通过机械与化学相结合的方式，实现晶圆表面形貌的平坦化。在工艺过程中，抛光终点的判断十分重要，即判断达到预期的移除量或预期的厚度，完成工艺过程。

早期的化学机械抛光工艺采用研磨时间控制工艺终点，精度低，可靠性差。为适应工艺，发展了一系列终点检测方法，基于力学的终点检测，主要监测由研磨工艺中材料摩擦力变化导致的电机力矩变化，需要有明显不同摩擦系数的两种介质层，应用范围较小；基于电磁的终点检测，主要监测由晶圆表面金属层产生的涡流，应用于金属膜厚度的检测，无法应用于绝缘材料；基于光学的终点检测，主要测量晶圆反射的光强，采用单色激光监测研磨工艺中材料反射率的变化，需要有明显不同反射率的两种介质层，并且对于透明介质层，反射的光强为各介质表面反射光的干涉光强，通过干涉光强的变化可以获得移除量信息，但无法获得薄膜厚度信息；基于光谱的终点检测由光学方法发展而来，采用多色光、宽谱光、白光等光源，接收晶圆反射的光谱信息，通过光谱信息与薄膜厚度的对应关系监测厚度变化，应用于透明介质膜的厚度检测。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种应用广泛，终点检测准确的化学机械抛光的在线监测装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种化学机械抛光的在线监测装置，设于抛光盘内，可随抛光盘转动；其包括，

光源；

光学镜组，用于接收光源发出的光束，并产生准直光束；

光路转折单元，用于接收准直光束，并将其形成入射光路，该入射光路透过抛光盘的通光窗口，以照射至抛光盘上的晶圆表面，晶圆表面将入射光路反射后经过光路转折单元形成出射光路；

探测器，用于接收出射光路，以获取对应的光谱信息，确定晶圆抛光的终点。

进一步的，所述光路转折单元至少包括第一反射镜和第二反射镜，所述入射光路由准直光束经过第一反射镜反射形成，所述入射光路经第二反射镜反射后形成出射光路。

进一步的，所述第一反射镜和第二反射镜上下错位设置，且位于通光窗口的中心轴线的两侧。

进一步的，所述光源为宽谱光源，其波长为200-2000nm；所述准直光束的直径为1-10mm。

进一步的，所述探测器为光谱仪。

进一步的，所述探测器获取对应的光谱信息，转换成晶圆表面介质膜的厚度信息，确定晶圆抛光的终点。

进一步的，还包括参考光采样单元，其设于光学镜组和光路转折单元之间，用于监测光源的光强。

进一步的，所述参考光采样单元包括第一分光镜和第二分光镜，所述准直光束经过第一分光镜形成信号光和参考光，所述信号光透过第一分光镜进入光路转折单元。

进一步的，所述参考光采样单元还包括光强探测器，所述参考光经过第二分光镜反射到达探测器，或到达光强探测器。