[发明专利]电涡流金属膜厚度终点检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路化学机械抛光(CMP)工艺技术领域，特别涉及一种化学机械抛光过程中电涡流金属膜厚度终点检测装置。

背景技术

随着集成电路(IC)制造技术的飞速发展，特征线宽已达到45nm以下，晶圆尺寸达到直径300mm以上，金属层布线达到13层以上，电涡流方法比较适用，但已有的电涡流终点检测装置仅含有电涡流传感器、信号发生器和阻抗分析仪，使用一种工作频率，其工作原理是根据不同厚度的金属薄膜对电涡流传感器线圈的阻抗值影响不同，利用阻抗分析仪测量电涡流线圈阻抗的变化来确定终点值。由于CMP过程中抛光盘和晶圆都在转动造成提离高度(即电涡流传感器与被测面之间的距离)不稳定，这种电涡流金属膜厚度终点检测装置受提离高度的影响，无法准确提供终点检测，通常辅助以光学终点检测装置。另外已有的电涡流检测装置的电涡流传感器安装与拆卸较为困难，而且密封性能差，不能很好的解决实际工作中因电涡流传感器的安装间隙所引起的抛光液的渗漏问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种化学机械抛光过程中电涡流金属膜厚度终点检测装置，既能准确的进行终点检测，又能使电涡流传感器安装和拆卸方便，并可解决因电涡流传感器的安装间隙所引起的抛光液的渗漏问题。

本发明的技术方案如下：

一种化学机械抛光过程中电涡流金属膜厚度终点检测装置，其特征在于：该装置包括电涡流传感器、多频信号发生器、导电滑环、导电定环、前置电路以及含有数据处理与控制程序的计算控制单元；所述的电涡流传感器安装在抛光机的抛光台内且与工件对应的抛光垫下方的一个阶梯孔内，电涡流传感器括线圈、壳体和压紧螺母，壳体为一个空心的阶梯轴，所述的线圈安装在阶梯轴顶部，压紧螺母设置在抛光台的上表面和阶梯轴的上轴肩之间，压紧螺母的内孔与阶梯轴配合，并通过外螺纹与抛光台连接；所述的多频信号发生器通过双芯屏蔽数据线经前置电路、导电滑环和导电定环与电涡流传感器连接，为电涡流传感器提供工作信号；因金属膜厚度变化引起的电涡流传感器的电感变化信号通过双芯屏蔽数据线经前置电路、导电滑环和导电定环输入到计算控制单元；当晶圆表面的金属膜厚到达终点厚度值时，该装置控制抛光机停止抛光。

本发明的技术特征还在于：电涡流传感器的线圈为单层空芯线圈；所述的多频信号发生器为扫频模式或多频叠加模式；在阶梯轴的下轴肩下部设有密封圈。

本发明与现有的化学机械抛光过程中电涡流金属膜厚度终点检测装置相比，具有以下优点及突出性效果：本发明可克服由振动引起的提离高度变化对终点检测的影响，提供准确的终点检测；与传统的电涡流传感器采用的多层自粘线圈相比，本发明中的单层空芯线圈有效减小分布电容对测量的影响，提高测量精度；发明了一种新的电涡流传感器外壳结构，方便安装拆卸，并可有效解决因电涡流传感器的安装间隙所引起的抛光液的渗漏问题。

附图说明

图1(a)、(b)、(c)为化学机械抛光过程中电涡流金属膜厚度终点检测装置测量原理示意图。

图2为化学机械抛光过程中电涡流金属膜厚度终点检测装置的安装结构示意图。

图3为图2中A部分的放大图。

图4为电涡流金属膜厚度终点检测装置的电路原理框图。

图5为电涡流金属膜厚度终点检测装置中信号处理与控制程序流程框图。

图6为不同厚度金属铜膜标样(c＝3.0、6.0、9.0μm)的等效电感L随激励信号频率ω的变化关系曲线图。

图7为待测厚度金属铜膜样品的等效电感L随激励信号频率ω的变化关系曲线。

图8为不同提离条件下的等效电感L随激励信号频率ω的变化关系曲线。

图9为单层和多层线圈示意图。

图中：10-抛光头；20-被测晶圆；21-金属膜；30-抛光垫；40-抛光台；50-导电定环；51-导电滑环；60-电涡流传感器；61-传感器端盖；62-压紧螺母；63-壳体；64-密封圈；65-双芯屏蔽数据线；66-线圈；70-多频信号发生器；71-计算控制单元；80-为电涡流传感器线圈等效电路回路；81-为金属膜的等效电路回路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的结构、工作原理和工作过程做进一步的说明。