一种应用于CMP设备的EPD装置的制作方法

    专利查询2025-07-25  62


    本发明涉及化学机械研磨领域,更具体地,涉及一种应用于cmp设备的epd装置。


    背景技术:

    1、化学机械研磨(cmp)是一种重要的半导体制造工艺,使用化学腐蚀及机械力对加工过程中的晶圆进行平坦化处理,cmp的工艺要求之一是确定何时停止研磨过程,所以cmp设备包括终点检测(end point detector/end point detection,epd)装置。

    2、在现有技术中,epd装置包括光源、探头、光谱仪和处理模块,光源发射的光经探头出射至晶圆表面,晶圆表面反射的光经探头传输至光谱仪,处理模块基于光谱仪收集到的光谱计算当cmp设备研磨晶圆时晶圆上的膜层厚度(即膜厚),并根据该膜层厚度判断是否停止研磨。其中,探头包括光纤的端部,用于出光和收光,探头还可包括固定在该端部的透镜以及包括用于保持该端部的机械结构,在一些方案中,该机械结构还可用于调节该端部的垂直位置。

    3、在现有技术中,光源采用闪烁光源如闪烁氙灯,寿命较长。但是,在现有技术中,闪烁光源和光谱仪同时触发,然而光源存在工作波动,使得光源闪烁周期存在误差即光源闪烁周期偏离预设值,预设值为光源触发信号的信号间隔,这种误差随着时间而积累,容易出现光谱仪一次单帧采集时间内无法接收到闪烁光源一次完整点亮-熄灭(后称光源单次点亮)过程的情况,导致光谱仪采集到错误的光谱,进而导致终点检测装置不能计算出正确的膜层厚度值,影响处理模块的判断。例如,经过校准后光源闪烁周期和光谱仪的单帧采集时间相同,且闪烁光源和光谱仪同时触发,用于实现一次点亮对应一帧采集。然而因为校准精度的影响(无法直接量取光源闪烁周期和光谱仪的单帧采集时间的具体时间,均通过反馈条件判断),导致光源闪烁周期和光谱仪的单帧采集时间均存在误差,即均不同于相应的预设值,两者之间必然存在一定差异,光源闪烁周期与光谱仪的单帧采集时间的差异会导致多帧采集情况下差异积累,这导致经过一段时间后,必定会出现光谱仪一次单帧采集时间内无法接收到闪烁光源一次完整点亮-熄灭过程的情况。


    技术实现思路

    1、本发明针对现有技术中存在光谱仪一次单帧采集时间内无法接收到闪烁光源一次完整点亮-熄灭过程的问题,提供一种应用于cmp设备的epd装置。

    2、一种应用于cmp设备的epd装置,包括光源、第一光谱仪、传感器、信号发生器和处理模块,所述光源用于产生测量光,所述光源为闪烁光源;

    3、所述传感器基于感知到的研磨盘的第一旋转位置,向所述信号发生器发送开始信号;

    4、所述信号发生器基于接收到的开始信号产生光源触发信号,所述光源触发信号用于控制光源点亮,所述光源触发信号为脉冲序列信号;所述信号发生器在产生光源触发信号后经过预设延迟时间时产生光谱仪触发信号,所述光谱仪触发信号用于触发所述第一光谱仪采集测量光谱,所述测量光谱为所述第一光谱仪采集的由所述测量光照射到样品上并经样品反射产生的反射光的光谱;

    5、所述处理模块,根据所述测量光谱,计算样品上的膜层厚度,还根据所述膜层厚度发送研磨终止信号,所述研磨终止信号用于控制cmp设备终止研磨所述样品。

    6、在上述技术方案的基础上,本发明还可以作出如下改进。

    7、可选的,所述预设延迟时间≤光源触发信号中相邻脉冲的信号间隔c,所述样品为晶圆。

    8、可选的,所述传感器还基于感知到的研磨盘的第二旋转位置,向所述信号发生器发送停止信号;

    9、所述信号发生器基于接收到的停止信号停止产生光源触发信号,以关闭光源。

    10、可选的,所述传感器为接近式或接触式位置传感器,所述传感器包括第一元件和第二元件,所述第一元件用于固定于研磨盘上,所述第二元件用于固定于研磨盘之外的外部机构,所述第一元件的数量为一个或多个,所述第二元件的数量为一个或多个。

    11、可选的,当所述第一元件为一个,且所述第二元件为一个时,当所述第一元件和所述第二元件接近或接触时,所述传感器感知到研磨盘达到第一旋转位置,所述传感器向所述信号发生器发送开始信号;

    12、当所述第一元件和所述第二元件远离时,所述传感器感知到研磨盘到达第二旋转位置,所述传感器向所述信号发生器发送停止信号。

    13、可选的,当所述第一元件和所述第二元件中的一者为一个且另一者为多个时,当所述第一元件和所述第二元件中的一组接近或接触时,所述传感器感知到研磨盘达到第一旋转位置,所述传感器向所述信号发生器发送开始信号;

    14、当所述第一元件和所述第二元件中的另一组接近或接触时,所述传感器感知到研磨盘到达第二旋转位置,所述传感器向所述信号发生器发送停止信号。

    15、可选的,所述信号发生器还基于所述开始信号在预定时刻发送预设采集帧数至第一光谱仪,所述第一光谱仪基于所述预设采集帧数停止光谱采集工作,其中,所述预设采集帧数为所述信号发生器在位于[t1,t2]时间段的预定时刻向第一光谱仪发送的帧数,t1为所述信号发生器基于接收到的开始信号向第一光谱仪发送等待指令的时刻,t2为所述信号发生器向所述第一光谱仪发送光谱仪触发信号的时刻。

    16、可选的,所述光谱仪触发信号为脉冲序列信号,所述光源触发信号中相邻脉冲的信号间隔c、所述光谱仪触发信号中相邻脉冲的信号间隔d和第一光谱仪的单帧采集时间均相等,所述信号发生器的内部时钟与所述第一光谱仪的内部时钟一致。

    17、可选的,所述epd装置还包括第二光谱仪,所述光源经分光元件产生参考光和所述测量光,其中,所述第一光谱仪的内部时钟和所述第二光谱仪的内部时钟一致;

    18、所述信号发生器产生的光谱仪触发信号用于同时触发所述第一光谱仪采集所述测量光谱和触发所述第二光谱仪采集实际参考光谱,所述实际参考光谱为所述第二光谱仪采集的所述参考光的光谱;

    19、所述处理模块还根据所述实际参考光谱对所述测量光谱进行修正,并基于修正后的所述测量光谱计算所述样品上的膜层厚度。

    20、可选的,所述根据所述实际参考光谱对所述测量光谱进行修正,包括:

    21、逐帧逐波长计算所述实际参考光谱与标准参考光谱之间的差异值,基于所述差异值对所述测量光谱进行逐帧逐波长修正,得到修正后的所述测量光谱,其中,所述标准参考光谱为基于第二光谱仪预先采集的参考光的光谱。

    22、本发明提供的一种应用于cmp设备的epd装置,信号发生器在产生光源触发信号后经过预设延迟时间产生光谱仪触发信号,也就是为光谱触发信号和光谱仪触发信号设置了时间延迟差异,可以保证在一定时间内不会让光源的单次点亮过程偏移至光谱仪的单帧采集时间以外,降低光谱仪采集到错误光谱的可能性,提高终点检测装置的终点判断准确率。



    技术特征:

    1.一种应用于cmp设备的epd装置,其特征在于,包括光源、第一光谱仪、传感器、信号发生器和处理模块,所述光源用于产生测量光,所述光源为闪烁光源;

    2.根据权利要求1所述的epd装置,其特征在于,所述预设延迟时间≤光源触发信号中相邻脉冲的信号间隔c,所述样品为晶圆。

    3.根据权利要求1所述的epd装置,其特征在于,所述传感器还基于感知到的研磨盘的第二旋转位置,向所述信号发生器发送停止信号;

    4.根据权利要求3所述的光学测量的epd装置,其特征在于,所述传感器为接近式或接触式位置传感器,所述传感器包括第一元件和第二元件,所述第一元件用于固定于研磨盘上,所述第二元件用于固定于研磨盘之外的外部机构,所述第一元件的数量为一个或多个,所述第二元件的数量为一个或多个。

    5.根据权利要求4所述的epd装置,其特征在于,当所述第一元件为一个,且所述第二元件为一个时,当所述第一元件和所述第二元件接近或接触时,所述传感器感知到研磨盘达到第一旋转位置,所述传感器向所述信号发生器发送开始信号;

    6.根据权利要求4所述的epd装置,其特征在于,当所述第一元件和所述第二元件中的一者为一个且另一者为多个时,当所述第一元件和所述第二元件中的一组接近或接触时,所述传感器感知到研磨盘达到第一旋转位置,所述传感器向所述信号发生器发送开始信号;

    7.根据权利要求1所述的epd装置,其特征在于,所述信号发生器还基于所述开始信号在预定时刻发送预设采集帧数至第一光谱仪,所述第一光谱仪基于所述预设采集帧数停止光谱采集工作,其中,所述预设采集帧数为所述信号发生器在位于[t1,t2]时间段的预定时刻向第一光谱仪发送的帧数,t1为所述信号发生器基于接收到的开始信号向第一光谱仪发送等待指令的时刻,t2为所述信号发生器向所述第一光谱仪发送光谱仪触发信号的时刻。

    8.根据权利要求1所述的epd装置,其特征在于,所述光谱仪触发信号为脉冲序列信号,所述光源触发信号中相邻脉冲的信号间隔c、所述光谱仪触发信号中相邻脉冲的信号间隔d和第一光谱仪的单帧采集时间均相等,所述信号发生器的内部时钟与所述第一光谱仪的内部时钟一致。

    9.根据权利要求1所述的epd装置,其特征在于,所述epd装置还包括第二光谱仪,所述光源经分光元件产生参考光和所述测量光,其中,所述第一光谱仪的内部时钟和所述第二光谱仪的内部时钟一致;

    10.根据权利要求9所述的epd装置,其特征在于,所述根据所述实际参考光谱对所述测量光谱进行修正,包括:


    技术总结
    本发明提供一种应用于CMP设备的EPD装置,包括光源、第一光谱仪、传感器、信号发生器和处理模块,光源产生测量光且光源为闪烁光;当传感器感知到研磨盘的第一旋转位置时,向信号发生器发送开始信号,信号发生器产生光源触发信号,光源点亮,光源触发信号为脉冲序列信号;经过预设延迟时间后,产生光谱仪触发信号,触发第一光谱仪采集测量光谱;处理模块基于测量光谱计算样品上的膜层厚度,根据膜层厚度进行研磨终止检测。本发明考虑了光源触发信号和光谱仪触发信号存在的时间延迟差异,可以保证在一定时间内不会让光源的单次点亮过程偏移至光谱仪的单帧采集时间以外,降低光谱仪采集到错误光谱的可能性,提高终点检测装置的终点判断准确率。

    技术研发人员:方毅,张琪
    受保护的技术使用者:武汉颐光科技有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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