[發明專利]晶圓銅膜厚度在線測量模塊控制系統

有效

• 申請號: 201310204691.2
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN103324131A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 路新春;李弘愷;曲子濂;田芳馨;門延武;趙乾;孟永鋼
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G05B19/05
• 分類號: G05B19/05;G01B7/06
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發明涉及化學機械拋光技術領域，具體為一種晶圓銅膜厚度在線測量模塊控制系統。

背景技術

化學機械拋光(Chemical?Mechanical?Planarization，CMP)技術是目前集成電路制造中制備多層銅互連結構的關鍵技術之一。在集成電路制造過程中，隨著特征尺寸的不斷縮小，對全局平坦化的要求已越來越高。作為目前最有效的全局平坦化方法，CMP技術可以有效兼顧局部和全局平坦度，利用化學腐蝕和機械磨削的協同效應實現最佳的晶圓拋光效果。

銅CMP過程可概括為三步：第一步以較大的材料去除率去除晶圓表面大量的銅，實現初步平坦化；第二步以相對較小的材料去除率去除剩余的銅，并通過終點檢測技術在勢壘層剛好全部露出時停止工藝；第三步去除勢壘層和少量的絕緣層材料，達到平坦化的要求。在拋光過程中，對去除的銅膜厚度應實時加以準確的控制。如果不能對晶圓表面的銅膜厚度進行有效的測量，將會造成晶圓“過拋”和“欠拋”等情況。因此，在線測量技術對于銅CMP工藝具有重要的作用。

CMP系統是針對銅CMP工藝而設計，用于去除晶圓表面多余的銅。由于在CMP過程中，晶圓的被拋光表面完全壓在拋光墊上，使得在線測量非常困難。近年來，在銅CMP過程中多種在線測量方法被相繼提出，但主要是針對CMP終點檢測而言。從國內外的研究現狀看，在所有測量技術中，光學方法和基于摩擦的方法一直是研究的重點。對于銅CMP過程，光學方法一般根據反射光強度的變化判斷何時達到終點，但由于銅互連線的存在而發生的衍射和散射往往會影響光學測量的精度，所以會影響測量的準確性。一般認為基于摩擦的終點檢測技術可靠性較高，且基于驅動電機電流變化的終點檢測技術已經真正運用于工業生產實踐中，但也只能在宏觀水平上反映晶圓表面銅的剩余，不能實時檢測銅膜厚度的變化。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題之一或至少提供一種有用的商業選擇。為此，本發明的目的在于提出一種實時的、可靠的晶圓銅膜厚度在線測量模塊控制系統。

為了實現上述目的，本發明的實施例提供了一種晶圓銅膜厚度在線測量模塊控制系統，該系統采用上層控制系統和底層控制系統的兩級控制模式，所述上層控制系統和底層控制系統之間通過工業以太網實現物理連接，其中，所述底層控制系統中，采用可編程邏輯控制器PLC負責直接控制化學機械拋光單元的在線測量模塊，所述上層控制系統中，采用工控機IPC通過底層所述PLC管理所述在線測量模塊的運行，并完成數據的維護和處理，為工藝人員提供操作軟件。

在本發明的一個實施例中，所述在線測量模塊選用電渦流測量原理，傳感器探頭安裝在化學機械拋光盤內，化學機械拋光時所述傳感器探頭隨化學機械拋光大盤轉動，周期性運動至晶圓下方時進行測量，所述在線測量模塊將計算結果通過DP總線發送給所述底層控制系統，所述工藝人員利用所述上層控制系統實時讀取晶圓表面所剩銅膜的厚度值，掌握銅膜去除情況。

在本發明的一個實施例中，還包括：霍爾開關，利用霍爾開關準確給出所述傳感器探頭進入測量范圍時的信號，以輔助所述在線測量模塊工作，保證測量數據有效。其中，當所述傳感器探頭進入和離開晶圓時，所述霍爾開關分別給出開關信號。

在本發明的一個實施例中，還包括：所述底層控制系統建立存儲區負責臨時存儲所述在線測量模塊發送的待標定值和實測膜厚過程值，以及所述上層控制系統向下發送的標定表，所述上層控制系統通過訪問OPC服務器可讀取底層存儲區中的數據，并將當前測量值實時顯示在所述上層控制系統的軟件界面中，方便工藝人員讀取。

在本發明的一個實施例中，所述在線測量模塊發送的待標定值和實測膜厚過程值，以及所述上層控制系統向下發送的標定表能夠以所述工藝人員指定的文件名和保存路徑保存在所述IPC中。

在本發明的一個實施例中，針對所述在線測量模塊設置了標定模式和測量模式兩種模式，在所述標定模式中，工藝人員利用所述上層控制系統軟件將所述在線測量模塊的待標定值與已知厚度值一一對應，生成一張完整的標定表，然后，將生成的標定表下載到在線測量模塊中，其中，所述在線測量模塊可分組存儲多個標定表以消除不同工藝配方對測量結果的影響，下載標定表前，工藝人員需選定標定組，在所述測量模式中，所述在線測量模塊在化學機械拋光工藝過程中根據工藝人員選擇的標定表計算膜厚值，所述底層控制系統在化學機械拋光工藝過程中實時將當前膜厚值與工藝人員設定的終點值對比，如果當前膜厚值小于或等于設定值，立即中止化學機械拋光過程。