[实用新型]一种用于化学机械抛光装置的在线终点检测系统

说明书

技术领域

本实用新型提供一种用于化学机械抛光装置的在线终点检测系统，尤其涉及一种通过对抛光台驱动电机电流和速度获取实时信号曲线判断化学机械抛光工艺结束点的在线终点检测系统。

背景技术

在半导体工艺领域中，化学机械抛光是一种广泛应用的平坦化技术，用于材料的表面的平坦化和从基底的薄膜叠层控制性的去除材料层。化学机械抛光装置的主要构成部件有抛光盘、粘接在抛光盘上的抛光垫和吸附基板并带动基板旋转的抛光头。

化学机械抛光装置工作时，抛光头吸附住晶片并以一定的速度旋转，同时施加一定的下压力把晶片压在旋转的抛光垫上，由亚微米或纳米磨粒和化学溶液组成的抛光液在硅片与抛光垫之间流动，抛光液在抛光垫的传输和旋转离心力的作用下，均匀分布其上，在半导体基板和抛光垫之间形成一层液体薄膜，液体中的化学成分与半导体基板产生化学反应，将不溶物质转化为易溶物质，然后通过磨粒的微机械摩擦将这些化学反应物从硅片表面去除，溶入流动的液体中带走，即在化学成膜和机械去膜的交替过程中实现表面平坦化处理，从而达到全局平坦化的目的。

化学机械抛光工艺中，过抛光(材料去除过多)或欠抛光(材料去除不足)会导致成品率低。CMP终点检测的常规方式是：对每个工件测量要去除的厚度和抛光速率，以确定抛光时长。但许多不同的因素影响着抛光速率，处理期间抛光速率本身会发生变化，这种方法不能令人满意。

实用新型内容

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型旨在提供一种用于化学机械抛光装置的在线终点检测系统，能够对化学机械抛光工艺进行实时、灵敏的在线终点检测，且能精确检测到化学机械抛光工艺的结束点。

本实用新型采取的技术方案是，一种用于化学机械抛光装置的在线终点检测系统，包括传感器、数据采集器和工控机，其中传感器包括检测抛光盘转速的速度检测传感器，其固定于化学机械抛光装置中减速箱上，还包括一用来检测电机电流的电流检测传感器，其安装在化学机械抛光装置中驱动电机电源接口处，所述速度检测传感器和电机电流检测传感器的输出端均通过接入数据采集器与工控机连接。

本实用新型的设计原理是，所述用于化学机械抛光装置的在线终点检测系统在半导体基板的化学机械抛光工艺过程中，通过对驱动电机的电流和速度检测绘出实时曲线，当检测到曲线表现出特有的特征时，判断得出化学机械抛光工艺的终点，再通过工控机控制抛光装置的工作状态。所述终点有效区域计算判断公式为：

E＝Z*Log(X)/Log(Y)

其中E——终点有效判断值；X——电机电流信号值；

Y——抛光盘速度信号值；Z——信号处理系数

当信号曲线在降低过程中出现总体趋势上升时或平稳变化而终点判断区域无急剧变化时，则判断化学机械抛光工艺的终点。

本实用新型所述用于化学机械抛光装置的在线终点检测系统通过工控机对采集的电机电流和速度进行分析，对化学机械抛光工艺进行实时、灵敏的在线终点检测，能精确检测到化学机械抛光工艺的结束点。该在线终点检测系统检测实时性好，且精度高。

附图说明

图1是本实用新型所述用于化学机械抛光装置的在线终点检测系统的安装结构示意图；

图2是本实用新型所述用于化学机械抛光装置的在线终点检测系统的结构框图；

图3是实施例所述在线终点检测系统根据抛光盘电机电流和抛光盘速度得出的信号变化图。

在上述附图中：

1-抛光垫 2-抛光盘 3-抛光盘驱动轴 4-减速箱5-同步带及同步带轮 6-驱动电机 7-抛光盘转速测量传感器8-驱动电机电流测量传感器 9-数据采集器 10-工控机

曲线1——电机电流均值信号       曲线2——抛光盘速度信号

散点1——实时电机电流信号散点图 区域1——终点有效判断区域

特征1——抛光工艺结束特征

具体实施方法

实施例1：

如图1所示，一种用于化学机械抛光装置的在线终点检测系统，化学机械抛光装置包括抛光盘2、抛光垫1，减速箱4和用于驱动抛光盘2旋转的驱动电机6；该驱动电机为交流伺服电机或变频电机。抛光盘2上粘接有张抛光垫1，抛光盘2的驱动轴3上安装有减速箱4，驱动电机6通过同步带及同步带轮5与减速箱4连接，检测抛光盘2旋转速度的速度检测传感器7固定在减速箱上，电流检测传感器8安装在驱动电机6的电源接口处。

如图2所示，由上述速度检测传感器7和电流检测传感器8采集到的信号通过数据采集器传送给工控机，再通过工控机完成下述数据处理：