本發(fā)明涉及化學(xué)機械平坦化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種銅CMP在線測量點實時定位方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

化學(xué)機械平坦化(Chemical Mechanical Planarization，簡稱CMP)技術(shù)是當(dāng)今最有效的全局平坦化方法。它利用化學(xué)腐蝕和機械磨削的協(xié)同作用，可以有效兼顧晶圓局部和全局平坦度，并已在超大規(guī)模集成電路制造中得到了廣泛應(yīng)用。在CMP過程中，需要精確控制材料的去除量。若不能實現(xiàn)有效的監(jiān)控，將無法避免晶圓“過拋”或者“欠拋”等情況的出現(xiàn)。由于銅CMP苛刻的工藝環(huán)境，使得在線測量的實現(xiàn)非常困難。

目前，對于銅CMP工藝，基于電渦流檢測方法的在線測量模塊已出現(xiàn)在銅CMP系統(tǒng)中，可用于監(jiān)測一定厚度范圍內(nèi)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，由于銅CMP特殊的工藝過程，電渦流傳感器所采集到的有效測量信號僅為探頭運動至晶圓下方時的部分，并且有效測量軌跡和有效采樣點數(shù)不固定，進而加大了在線處理與分析測量數(shù)據(jù)的難度。為了實現(xiàn)精確的在線測量，迫切需要在工藝過程中實現(xiàn)當(dāng)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(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種銅CMP在線測量點實時定位方法。

本發(fā)明的另一目的在于提出一種銅CMP在線測量點實時定位系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)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盤初始位置的初始圓心距；S2：采用即時更新與參數(shù)估算相結(jié)合的方法，實時計算所述電渦流傳感器探頭的當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度，所述晶圓的當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度及其沿所述拋光盤徑向擺動時與所述拋光盤盤心的當(dāng)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盤盤心的圓心距，并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盤內(nèi)的預(yù)設(shè)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盤勻速圓周運動，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盤上，并隨所述拋光頭自轉(zhuǎn)，且沿所述拋光盤徑向做直線往復(fù)擺動。

根據(jù)本發(fā)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(dāng)前測量點的坐標。

另外，根據(jù)本發(fā)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(shù)特征：

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為所述拋光盤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(zhuǎn)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(zhuǎn)角度，R為所述電渦流傳感器探頭與所述拋光盤圓心之間的距離，(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(tǒng)在實時計算時時刻以即時更新的數(shù)據(jù)為基準，并記錄最新更新的時刻。在兩次數(shù)據(jù)更新的期間，系統(tǒng)如需進行坐標計算，則根據(jù)距離最近的上一次數(shù)據(jù)更新時刻的已運動時間和當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角速度自行計算當(dāng)前所述晶圓和所述電渦流傳感器探頭的轉(zhuǎn)動角度增量，并以上一刻更新值與當(dāng)前計算值的和作為當(dāng)前的轉(zhuǎn)動角度值。

進一步地，在工藝過程中，通過EtherCAT實時采集拋光盤驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)角度、拋光頭驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角度，晶圓的旋轉(zhuǎn)角度及其沿拋光盤徑向的直線運動距離。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實施例公開了一種銅CMP在線測量點實時定位系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)讀取模塊，通過讀取工藝過程中拋光盤驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)角度、拋光頭驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)角度及拋光頭沿拋光盤徑向往復(fù)運動時的直線距離，進而得到電渦流傳感器探頭的旋轉(zhuǎn)角度，晶圓的旋轉(zhuǎn)角度及其沿拋光盤徑向與拋光盤盤心的圓心離；計算模塊，根據(jù)所述數(shù)據(jù)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(zhuǎn)角度，晶圓相對初始位置的旋轉(zhuǎn)角度及其距離拋光盤圓心的圓心距，然后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盤內(nèi)的預(yù)設(shè)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盤勻速圓周運動，周期性運動至晶圓下方，所述晶圓被拋光頭反向壓在拋光盤上，并隨拋光頭自轉(zhuǎn)，且沿拋光盤徑向做直線往復(fù)擺動。

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

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的銅CMP在線測量點實時定位系統(tǒng)，還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

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為所述拋光盤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(zhuǎn)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(zhuǎn)角度，R為所述電渦流傳感器探頭與所述拋光盤圓心之間的距離，(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，所述計算模塊采用即時更新與參數(shù)估算相結(jié)合的方法，實時計算所述電渦流傳感器探頭的當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度，所述晶圓的當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度及其沿所述拋光盤徑向擺動時與所述拋光盤盤心的當(dāng)前圓心距。

進一步地，所述數(shù)據(jù)讀取模塊在工藝過程中通過EtherCAT實時采集拋光盤驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)角度、拋光頭驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)角度，以及拋光頭沿拋光盤徑向運動的距離，分別計算電渦流傳感器探頭的旋轉(zhuǎn)角度，晶圓的旋轉(zhuǎn)角度及其沿拋光盤徑向運動的距離。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)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(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)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(fā)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(fā)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(fā)明一個實施例的銅CMP在線測量點實時定位的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)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，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“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。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(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(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

參照下面的描述和附圖，將清楚本發(fā)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(fā)明的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本發(fā)明的實施例的原理的一些方式，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實施例的范圍不受此限制。相反，本發(fā)明的實施例包括落入所附加權(quán)利要求書的精神和內(nèi)涵范圍內(nèi)的所有變化、修改和等同物。

以下結(jié)合附圖描述本發(fā)明實施例的銅CMP在線測量點實時定位方法。

圖1是本發(fā)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(fā)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(fā)明實施例針對銅CMP工藝，電渦流傳感器探頭安裝在拋光盤面內(nèi)(拋光墊下)，通過導(dǎo)電滑環(huán)的引線與固定在機臺內(nèi)的信號處理電路相連。在工藝過程中，拋光頭吸附晶圓，并將晶圓反向壓在拋光墊上；晶圓隨拋光頭自轉(zhuǎn)，并沿拋光盤徑向做直線往復(fù)擺動；拋光盤與拋光頭同步同向旋轉(zhuǎn)；電渦流傳感器探頭隨拋光盤一起勻速圓周運動，并周期性運動至晶圓下方。如圖2所示，當(dāng)探頭運動至測量點A時，則進入有效測量區(qū)域；當(dāng)探頭運動至測量點B時，則離開有效測量區(qū)域。待工藝過程穩(wěn)定后，在線測量系統(tǒng)開始實時讀取傳感器輸出信號并進行相關(guān)計算。

由CMP特殊的工藝過程可知，探頭的旋轉(zhuǎn)和晶圓的旋轉(zhuǎn)及其擺動，確定了探頭與晶圓的相對運動關(guān)系。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為拋光盤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(zhuǎn)角度，θ為電渦流傳感器探頭相對自身初始位置的旋轉(zhuǎn)角度，R為電渦流傳感器探頭與拋光盤圓心之間的距離，(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(fā)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盤初始位置的初始圓心距。

具體地，每次工藝開始前，控制拋光頭和拋光盤運動至指定初始位置。此時，讀取拋光頭和拋光盤的初始角度值(分別記為θ₁₀和θ₀)。在本發(fā)明的實施例中，拋光頭沿拋光盤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盤圓心的距離為常數(shù)P₀。

S2：采用即時更新與參數(shù)估算相結(jié)合的方法，實時計算電渦流傳感器探頭的當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度，晶圓的當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度及其沿拋光盤徑向擺動時與拋光盤盤心的當(dāng)前圓心距。

具體地，本發(fā)明實施例采用即時更新與參數(shù)估算相結(jié)合的方法，以克服可能出現(xiàn)的運動信息更新速率偏低的情況。在實時計算過程中，系統(tǒng)時刻以即時更新的數(shù)據(jù)為基準，并記錄最新更新的時刻。在兩次數(shù)據(jù)(重點針對拋光頭或者拋光盤電機的旋轉(zhuǎn)角度)更新的期間，系統(tǒng)如需進行坐標計算，則根據(jù)距離最近的上一次數(shù)據(jù)更新時刻的已運動時間和當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角速度自行計算當(dāng)前拋光頭和拋光盤電機的轉(zhuǎn)動角度增量，并以上一刻更新值與當(dāng)前計算值(角度增量)的和作為當(dāng)前的轉(zhuǎn)動角度值以進行后續(xù)的計算。由于在工藝階段，拋光頭和拋光盤保持穩(wěn)定的勻速旋轉(zhuǎn)，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(tǒng)中，相比傳感器探頭的轉(zhuǎn)動線速度，拋光頭的擺動速度很低。因此，本發(fā)明對于拋光頭沿拋光盤徑向的位置信息(即e)始終以更新值為準，不必進行參數(shù)估算。

在本發(fā)明的一個實施例中，通過EtherCAT實時采集拋光盤驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)角度、拋光頭驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角度，晶圓的旋轉(zhuǎn)角度及其沿拋光盤徑向與拋光盤盤心的圓心距。

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，并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(jù)拋光頭和拋光盤的當(dāng)前位置信息，即拋光盤電機的當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度θ_n、拋光頭電機的當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度θ_1n和其沿拋光盤徑向的絕對位置P_n，依次分別計算電渦流傳感器探頭相對初始位置的旋轉(zhuǎn)角度θ，晶圓相對初始位置的旋轉(zhuǎn)角度θ₁及其距離拋光盤圓心的圓心距e。其中，θ＝θ_n–θ₀；θ₁＝θ_1n–θ₁₀；e＝P₀–P_n(P₀>P_n)。在完成上述參數(shù)的計算后，系統(tǒng)根據(jù)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(dāng)前的準確位置，以實現(xiàn)測量值與測量點位置的快速匹配。

本發(fā)明的實施例還公開了一種銅CMP在線測量點實時定位系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)讀取模塊210和計算模塊220。其中，數(shù)據(jù)讀取模塊210通過讀取工藝過程中拋光盤驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)角度，拋光頭驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)角度及拋光頭沿拋光盤徑向往復(fù)運動時的直線距離，進而可知電渦流傳感器探頭的旋轉(zhuǎn)角度，晶圓的旋轉(zhuǎn)角度及其沿拋光盤徑向往復(fù)運動時的直線距離。計算模塊220根據(jù)數(shù)據(jù)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(zhuǎn)角度θ，晶圓相對初始位置的旋轉(zhuǎn)角度θ₁及其距離拋光盤圓心的圓心距e，然后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(fā)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為拋光盤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(zhuǎn)角度，θ為電渦流傳感器探頭相對自身初始位置的旋轉(zhuǎn)角度，R為電渦流傳感器探頭與拋光盤圓心之間的距離，(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(fā)明的一個實施例中，針對拋光頭或者拋光盤電機的旋轉(zhuǎn)角度，計算模塊220采用即時更新與參數(shù)估算相結(jié)合的方法。在實時計算過程中，時刻以即時更新的數(shù)據(jù)為基準，并記錄數(shù)據(jù)更新的時刻。在兩次數(shù)據(jù)更新的期間，如需進行坐標計算，則根據(jù)距離最近的上一次數(shù)據(jù)更新時刻的已運動時間和當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角速度自行計算當(dāng)前拋光頭和拋光盤電機的轉(zhuǎn)動角度增量，并以上一刻更新值與當(dāng)前計算值(角度增量)的和作為當(dāng)前的轉(zhuǎn)動角度值以進行后續(xù)計算。

在本發(fā)明的一個實施例中，數(shù)據(jù)讀取模塊通過EtherCAT實時采集拋光盤驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)角度、拋光頭驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)角度，以及拋光頭沿拋光盤徑向運動距離，從而在工藝過程中分別得到電渦流傳感器探頭的旋轉(zhuǎn)角度，晶圓的旋轉(zhuǎn)角度及其沿拋光盤徑向的運動距離。

在工藝過程中，系統(tǒng)采用上述方法實時追蹤當(dāng)前測量點的位置。直至系統(tǒng)收到結(jié)束測量指令后，停止計算，釋放相關(guān)系統(tǒng)資源，恢復(fù)各參數(shù)變量初始值，以等待下次測量過程。

另外，本發(fā)明實施例的銅CMP在線測量點實時定位方法及系統(tǒng)的其它構(gòu)成以及作用對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言都是已知的，為了減少冗余，不做贅述。

在本說明書的描述中，參考術(shù)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(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。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施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、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(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)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(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同限定。