CN101292331A - 用于半导体晶片的化学机械抛光设备的装载装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于半导体晶片的化学机械抛光(CMP)设备的装载装置。所述装载装置包括：装载杯，具有杯状盆缸；杯板，安装在盆缸中；装载板，支撑在杯板上以能够吸收震动并安置晶片；驱动装置和驱动杆，在抛光装置的平台和轴之间水平旋转并垂直移动装载杯；臂，连接在装载杯和驱动杆之间。在盆缸、杯板和装载杯的装载板的一个或多个相互对应的位置处形成至少一个通孔。在处于对应装载杯的位置的每个通孔中插入并安装至少一个探头组合件，该探头组合件用于光学检测在晶片上的抛光点的抛光厚度。在驱动装置的一侧设置光学厚度检测装置，该光学厚度检测装置能够将光施加到在晶片上的层上以检测反射光谱波长，并以通过从所检测的反射光谱波长之间的光谱干涉信号提取的物理量变化来检测晶片的层厚度。在臂中设置将每个探头组合件和厚度检测装置连接的光纤电缆。因此，在对先放入的晶片执行抛光处理后和在对后续放入的晶片执行抛光处理前，或在对同一先放入的晶片执行后续抛光处理前，可以通过安装在用于单步或多步抛光处理的CMP设备中的至少一个装载装置来测量晶片上的层的厚度，从而更快地传输并反映对后续晶片的抛光有用的信息，提高晶片抛光精度并简化CMP设备的结构。

Description

用于半导体晶片的化学机械抛光设备的装载装置
技术领域
本发明涉及一种用于半导体晶片的化学机械抛光(CMP)设备的装载装置，更具体来讲，涉及这样一种用于半导体晶片的CMP设备的装载装置，即，可以在对先放入的晶片进行抛光处理之后和对随后放入的晶片进行抛光处理之前，或对同一先放入的晶片进行后续抛光处理之前，通过安装在用于单步或多步抛光工艺的CMP设备中的至少一个装载装置来测量晶片上的层的厚度，因此，对抛光后续晶片有用的信息可以被更快地传递和反映，从而提高晶片抛光精度并简化CMP设备的结构。
背景技术
通常，化学机械抛光(CMP)设备是用于抛光晶片表面的重要的半导体设备。CMP设备通常包括抛光装置和装载装置。抛光装置包括：平台，抛光垫附着在该平台上；抛光液提供器，向抛光垫提供用于化学抛光的抛光液；轴(spindle)，依靠设置在抛光垫上方的抛光载具(polishing carrier)夹持晶片并使晶片接触抛光垫旋转，从而物理地抛光晶片，等等。装载装置通过机器人臂从晶片盒(wafer cassette)将晶片传送到抛光载具头(head of the polishing carrier)以能够将晶片装载到抛光载具头/将晶片从抛光载具头卸载。
在半导体处理中，控制任何处理都是重要的，例如处理对象(诸如晶片)的抛光处理，即，通过实时监控其进展并在合适的时间点将其终止，这称为处理结束点或抛光结束点的检测。有一种适合检测这种抛光结束点并向处理模型控制器(process module controller)发送信号以完成处理的装置。这种装置被称为结束点检测器(EPD)。
特别地，在利用CMP设备进行CMP处理的情况下，通过测量晶片在抛光前和抛光后的厚度来检测抛光结束点。所以，通常应用利用光学系统的在线度量厚度测量技术(in-line metrological thickness measurement technique)。在基于在线度量厚度测量技术的半导体晶片表面抛光处理中的抛光结束点可以通过如下方法检测：从光源发光，在抛光前和抛光后晶片表面上反射光，并允许光电探测器(或探头组合件)来接收反射的光并测量所接收到的光的干涉的变化。按照这样的方式，可以获得关于去除率(removal rate)的信息，并且当随后的晶片被抛光时可以应用所述关于去除率的信息，从而能实现更精确的抛光控制。
这种晶片抛光处理可以一次只抛光通过装载装置传递在单个平台上的一个晶片。然而，在大多数情况下，该处理需要顺序地抛光通过安装在抛光装置周围的多个装载装置传递到彼此相邻布置的多个平台上的多个晶片，这被称为多步抛光处理。
本申请人提交的第10-2003-0018522号和第10-2003-0027043号韩国专利申请中公开了这种用于通过采用如前所述的半导体晶片的光学厚度测量技术来检测抛光结束点的传统方法和装置的具体示例。
第10-2003-0018522号韩国专利申请公开了当通过光学系统检测到将晶片上的层抛光至预定厚度的处理结束点时，通过利用干涉现象而不是像先前技术依赖反射光的强度来检测层的厚度的变化的技术。应用这种技术，可以精确地检测抛光处理的结束点。
第10-2003-0027043号韩国专利申请公开了一种技术配置，其中，在CMP设备的平台中安装了探头组合件，使得探头组合件的探针(tip)可以接近晶片的表面，以在抛光晶片表面的同时允许实时识别抛光信息。
根据在现有专利申请的说明书中公开的具体实施例，通过在抛光垫中钻孔并将该孔用透光的保护盖覆盖来形成透射窗，通过透射窗将光直接施加到晶片上，并基于反射光的性质的变化来检测层厚度的变化。换言之，传统技术检测抛光结束点为在对通过光学传感器(探头)获得的数字数据执行多步修正的处理中检测到特殊变化时的时间点，并在此时间点停止抛光处理。
在如上所述的传统技术中，用于检测光的探头组合件被安装在抛光设备的平台中，执行抛光处理，被抛光的层的厚度的变化可以被同时实时地追踪，从而可以检测抛光结束点。这里，光被施加在晶片上的指定位置，分析依据晶片的层厚度的反射光的波形信号，以获得厚度信息。这里，可以通过指令系统在反射光的波形的指定的波峰或波谷停止抛光处理来指示抛光结束点。
然而，传统的检测结束点的方法和设备具有下面的问题。
首先，由于通过CMP设备化学地并机械地抛光晶片的表面(图案表面)，所以在通过检测晶片表面获得的数据中混杂有大量的噪声和非必要数据。因此，与现有方法相比，需要处理大量的复杂数据。根据图案类型，会降低结束点的检测精度。
其次，在抛光垫上形成有透射窗的结构中，在表面抛光处理过程中，在晶片和探头的探针之间存在的水或抛光液导致反射特性(例如，折射)的改变(失真现象)。此外，透射窗表面的损坏会降低透射和反射性能，同时形成在抛光垫上的透射窗(透光保护盖)与抛光载具和调节器(conditioner)之间引起物理摩擦。结果，会降低结束点检测精度。此外，晶片的表面会被透射窗划伤或不平坦地抛光，从而引起缺陷并降低抛光垫的寿命。
第三，由于透光比率根据晶片和探头之间的距离或覆盖探头的端部以保护探头的探头保护器(透光保护盖)的表面状态而变化，所以在检测结束点的测量中会出现误差。为了补偿这种测量误差，需要单独的自动增益控制(AGC)处理，这会使整个抛光处理复杂化。
第四，由于晶片和探头组合件两者在晶片表面抛光处理中都旋转，所以两者首先应该是同步的。这会给简单且方便的设备操作设置障碍。
同时，在抛光前和抛光后，被控制为将要抛光直至指定的抛光结束点的晶片被传送到安装在抛光装置的一侧的晶片台上，所述抛光结束点由上述结束点检测方法和装置检测。测量晶片的层的预抛光状态是否正常，或晶片的层是否被抛光至期望的合适的厚度，从而测试以处理晶片上的缺陷。这里，应用了厚度测量检测技术。在多个晶片的连续单步抛光处理的情况下，厚度测量检测技术是用于提取关于先放入的晶片的抛光信息以提供可以在随后放入的晶片的抛光处理中反映的信息。并且，在单个晶片的多步抛光处理的情况下，厚度测量检测技术是用于提取关于放入的晶片的抛光信息以提供可以在晶片的后续抛光处理中反映的信息。与结束点检测装置相似的光学在线度量厚度测量检测装置被用于执行厚度测量检测技术。
更具体地讲，传统的在线度量晶片层厚度测量技术在抛光设备的晶片台中执行，并通常在抛光处理开始前或在完成抛光和清洁处理后对晶片执行。在晶片上的多个指定位置施加光，并分析反射光的波形信号和晶片的层厚度之间的相关性，并将所述相关性转换为信息，从而可以获得关于层厚度的信息。因此，可以确定处理过的晶片是否已经被正常地抛光。
然而，由于该方法和装置的特性，在先放入的晶片已完成所有抛光处理后，传统的在线度量晶片层厚度测量技术只可获得关于去除率的信息，例如，关于层厚度的信息。因此，在获得关于抛光处理的信息中有相应的延迟，因此，所获得的信息的价值和实用性(availability)也必然相应地降低。此外，在晶片被传送到光学系统的位置后，只能在用于测量层厚度的单独的晶片台中测量晶片的层厚度，使得整个抛光处理被延迟。此外，晶片台增大了设备的尺寸，因此降低了布置和空间利用率。
发明内容
技术问题
本发明致力于一种用于半导体晶片的化学机械抛光(CMP)设备的装载装置，其中，在执行单步或多步晶片表面抛光恒定时间的过程中，晶片通过安装在用于单步或多步晶片表面抛光处理的抛光装置中的至少一个装载装置来传送，并且在装载装置中立即测量抛光水平，测量抛光水平的步骤与晶片抛光处理分开，并且没有表面损坏。这使得可以保持恒定的透光率来以可以忽略的测量误差精确地检测层厚度的变化，取消基于单独的自动增益控制(AGC)处理的补偿处理，简化数据处理和总抛光处理，并减小CMP设备的尺寸。此外，这使得在多步抛光处理过程中，能够通过更快地传递并反映测量结果来立即获得对晶片的后续抛光处理有用的信息，从而显著地减少测量晶片层厚度变化消耗的时间。
技术方案
本发明的一方面提供一种用于半导体晶片的化学机械抛光(CMP)设备的装载装置，所述装置包括：装载杯，具有杯状盆缸；杯板，安装在盆缸中；装载板，支撑在杯板上以能够吸收震动并安置晶片；驱动装置和驱动杆，在抛光装置的平台和轴之间水平旋转并垂直移动装载杯；臂，连接在装载杯和驱动杆之间。所述装载装置具有如下特征：在盆缸、杯板和装载杯的装载板的一个或多个相互对应的位置处形成至少一个通孔；在处于装载杯的对应位置处的每个通孔中，插入并安装至少一个探头组合件，该探头组合件用于光学检测在晶片上的抛光点的抛光厚度；在驱动装置的一侧设置光学厚度检测装置，该光学厚度检测装置能够将光施加到晶片上的层上以检测反射光谱波长，并通过从所检测的反射光谱波长之间的光谱干涉信号提取的物理量的变化来检测晶片的层厚度；在臂中设置将每个探头组合件和厚度检测装置连接的光纤电缆。
此外，探头组合件可以包括：光纤电缆，与厚度检测装置的光源连接；箍圈，围绕光纤电缆；作为透射窗的透光保护盖，结合到在通孔处插入装载板中的光纤电缆和箍圈的顶端；探头探针定位器，用于精细地在垂直方向定位光纤电缆和透光保护盖。
此外，探头探针定位器可以包括：插入环，在装载板的背面附近紧密结合到箍圈的外表面；可压缩弹性体，插入并支撑在装载板的通孔中的台阶和插入环的顶表面之间的两个端部处，并连续地施加趋于使插入环与光纤电缆和箍圈一起同时下降的弹力；定位螺纹管，具有管的形状，在其纵向方向形成有通孔以能够不接触地容纳光纤电缆和箍圈，在其外表面形成有外螺纹以能够被容纳在杯板的通孔中，并旋入形成在杯板的通孔中的内螺纹中，定位螺纹管的上端接触并向上支撑插入环的背面。
此外，透光保护层还可以形成在装载杯的装载板的顶表面上，以在抛光处理过程中保护探头免于被残留抛光液污染，并精确地检测反射光。
此外，抛光装置可以包括至少一对抛光载具和平台，所述至少一对抛光载具和平台能够对形成在一个晶片上的层执行一次或多次多步抛光，并在对先放入的晶片执行抛光处理后和在对后续放入的晶片执行抛光处理前，或在对同一先放入的晶片执行后续抛光处理前，能够提取关于设置在抛光载具和平台之间的至少一个晶片的层厚度的信息。
有利效果
根据本发明的装载装置通过保持与图案无关的恒定的透射率，能够以可以忽略的测量误差精确地检测晶片的层的厚度变化。这可以在通过预定程序以单步或多步方式对晶片执行抛光一定时间的过程中通过下述步骤完成，即，利用安装在单步或多步晶片表面抛光设备中的至少一个装载装置来传送晶片，通过透明窗与晶片抛光工艺分开地且无损害地立即测量抛光水平。
此外，由于可以执行单独的晶片厚度测量，所以不需要通过单独的AGC的补偿处理。此外，由于可以获得显著消除了噪声的有效数据，所以可以简化数据处理和总抛光处理。
此外，由于不需要在晶片和光电探测器之间的同步，所以可以方便地操作设备。特别地，由于可以立即获得、快速地传输并应用对后续晶片抛光处理有用的信息，所以即使在多步抛光处理中，也可以显著地减少测量层厚度变化消耗的时间。
此外，能够通过在传统的装载装置中实现预定的结构，并不需要安装单独的用于测量晶片层厚度的晶片台，来简化设备并改善空间布置及提高空间利用率。
附图说明
图1示意性地示出了根据本发明的用于半导体晶片的化学机械抛光(CMP)设备的装载装置的结构；
图2是示出其中安装了根据本发明的探头组合件的装载杯(loading cup)的纵向剖视图；
图3是示出应用于本发明的装载杯C的探头组合件P的详细结构的局部放大剖视图；
图4是示出应用于本发明的厚度检测装置的组件的框图。
具体实施方式
在下文中，将详细描述本发明的示例性实施例。然而，本发明不限于下面公开的示例性实施例，而是可以以不同形式实现。因此，提供本示例性实施例是为了完全公开本发明并将本发明的范围充分地告知本领域普通技术人员。
图1至图4示出了根据本发明的应用于半导体晶片的化学机械抛光(CMP)设备的晶片层厚度检测系统的结构。图1示意性地示出了根据本发明的用于半导体晶片的CMP设备的装载装置的结构。图2是示出其中安装了根据本发明的探头组合件P的装载杯C的纵向剖视图。图3是示出应用于本发明的装载杯C的探头组合件P的详细结构的局部放大剖视图。图4是示出应用于本发明的厚度检测装置的组件的框图。
应注意的是，本发明可以被广泛地应用到在晶片表面上形成各种类型的层(诸如绝缘层、导电层、半导体层、硅层、镓层、氧化物层、钨层、铝层等)的处理中。
此外，由于本发明应用了传统的在线度量测量技术，所以如在传统的结束点技术中不可能在抛光过程中实时测量晶片上的层的厚度变化。然而，本发明适于快速提取关于先放入并然后在装载装置的侧面上被抛光的晶片的层厚度的绝对数值(absolute numerical value)的信息，并将所提取的信息反映在该晶片的后续抛光处理或后续放入的晶片的抛光处理中，从而能够提高抛光精度。换言之，本发明适于应用利用光学系统的已存在的在线度量厚度测量技术，并具有如下结构，即，光学厚度检测装置，包括光源100和光电探测器(探头组合件)P并设置在装载杯C的下部，使得当在单步抛光处理之前或在单步抛光处理之后，或在多步抛光处理过程中，晶片1被传送到后续抛光处理时，可以在载入晶片1或卸载晶片1的同时快速并精确地测量晶片1的厚度。这里，很自然的是，依靠分光计(spectrometer)利用来自光源100的多波长的光在晶片表面上的多个位置处测量光的干涉的变化，并且处理模型控制器(中央处理单元(CPU))130连接到光学系统(光谱强度数据检测装置)120，以能够根据晶片1的厚度变化控制去除率、处理结束点等。
因此，根据本发明的抛光设备的装载装置可以被理解为提供一种新的构造，该构造意图通过在前步骤的晶片抛光方法确定所获得的期望的厚度有多精确，然后，如果确定在前步骤的晶片抛光方法理想，则将来自理想的方法的数据反映在后续放入的晶片的抛光处理或同一先放入晶片的后续抛光处理的晶片抛光方法中。
如图1和图2所示，根据本发明的用于半导体晶片的CMP设备的装载装置应用了如前所述的普通光学厚度测量技术，并且该装载装置包括：装载杯C，在装载杯C上安置晶片1；驱动装置10和驱动杆(driving shaft)11，在抛光装置的平台和轴的抛光载具头(未示出)之间水平地旋转并垂直地移动装载杯C；臂12，连接在装载杯C和驱动杆11之间。
通常，在装载杯C上方的驱动装置10可以在其一侧配备有晶片检测传感器13，晶片检测传感器13能够检测晶片1是否被安置在装载杯C上。洗涤液提供器(未示出)通过臂12设置，并且洗涤液提供器与安装在装载杯C中的清水喷嘴27相连。
装载杯C按这样的方式构造：在杯形盆缸(bath)20中安装杯板(cupplate)21；在杯板21上放置能够安置晶片1的装载板22；在杯板21和装载板22之间插入多个垂直减震器(shock-absorber)23和水平减震器24，其中，多个垂直减震器23允许装载板22倾斜或下沉(sink)，多个水平减震器24通过允许装载板22绕其垂直轴滚动(roll)，主动将装载板22的位置矫正至抛光载具头的位置，从而在正常状态下使装载板22居中。
这里，垂直减震器23中的每个是使晶片倾斜的装置，从而当支撑装载板22的背面以将置于装载板22上的晶片1吸卡(vacuum-chuck)在抛光载具头上时，或当将吸卡在抛光载具头上的晶片1卸载到装载板22上时，晶片1可以稳定地接触抛光载具头的背面和装载板22的上表面。水平减震器24径向对称地并指向装载板22的中心地设置在装载板的背面，并且水平减震器24被固定在杯板2 1和装载板22的相对的端部处。因此，水平减震器24用作使晶片在当晶片在安装到轴的抛光载具头和装载板22之间被装载或卸载时能够被卡住/释放(chuck/dechuck)的装置，并且装载板22通过将抛光载具头和装载板22恢复到它们的正常位置，根据抛光载具头和装载板22之间的位置偏差，在预定驱动误差内绕其中心轴轻微地滚动。
这样构造装载板22的与围绕在抛光载具头外部安装的挡圈(未示出)内接的边缘：多个导向轮(guide rollers)25围绕装载板22的外周等间距地向内朝中心突出。这种构造是为了将由挡圈和装载板22之间的接触引起的摩擦最小化。在装载板22的预定位置设置有至少一个形成为原点对称的通孔的止动孔(stopper hole，其标号未表示)。止动孔设置有穿过其预定的间隙宽度而被固定的止动件26，从而能够防止装载板22与杯板21和盆缸20脱离。
装载杯C的装载板22可以形成为在其上表面上具有透光保护层37，透光保护层37由能够透光的透明或半透明材料形成。所述材料可以从氯乙烯、聚氯乙烯(PVC)和聚氨酯(urethane)中选择。按照这种方式，当在装载板22上形成透光保护层37时，不仅能够保护探头30免于被残留的抛光液污染，还能够进一步提高反射光的检测精度。
同时，如图3所示，探头组合件P包括：光纤电缆31，与诸如白光源的光源100(图4)连接；箍圈(ferrule)32，围绕光纤电缆31；透光保护盖36，作为结合到插入装载板22的通孔22a中的光纤电缆31和箍圈32的顶端(tip)的透射窗；探头探针定位器，用于将光纤电缆31和透光保护盖36的顶端很好地在垂直方向定位。
这里，箍圈32是与光纤电缆31外表面整体紧密接触的管状体，以保护并稳固地支撑插入到装载板22的通孔22a中的光纤电缆31的端部。
透光保护盖36紧密接触并覆盖光纤电缆31的顶端以密封并保护与箍圈32结合的光纤电缆31的顶端，并且透光保护盖36是允许光纤电缆31的顶端稳固地容纳在装载板22的通孔22a中的装置。与透光保护层37中一样，透光保护盖36可以由诸如氯乙烯、聚氯乙烯(PVC)和聚氨酯的柔性半透明材料制造，这些材料与晶片1上的层相比具有相对低的硬度。
此外，探头探针定位器包括：插入环34，在靠近装载板22的背面处紧密固定到箍圈32的外表面；可压缩弹性体35，插入并支撑在装载板22的通孔22a中的台阶和插入环34的顶表面之间的两个端部处，并连续地施加趋于使插入环34和探头30一起同时下降的弹力；定位螺纹管33，具有管的形状，在其纵向方向上形成有通孔以能够不接触地容纳光纤电缆31和箍圈32，并在其外表面形成有外螺纹以能够被容纳在杯板21的通孔21a中，并旋入形成在通孔21a中的内螺纹中，定位螺纹管33在其上端接触并向上支撑插入环34的背面。
可压缩弹性体35通常包括螺旋压缩弹簧(helical compressive spring)，但不限于此。也可以应用任何可选的装置，例如，能够与螺旋压缩弹簧发挥相同功能的橡胶环。
根据本发明的具有上述结构的探头组合件P适合于精细地调节透光盖36的顶表面的水平。在这种情况下，当需要升起透光保护盖36时，沿向前方向(紧固方向)将定位螺纹管33旋转期望的高度。相反，当需要降下透光保护盖36时，沿向后方向(松开方向)将定位螺纹管33旋转期望的高度。更具体来讲，当定位螺纹管33沿向前方向旋转时，可压缩弹性体35被压缩，随后可压缩弹性体35的端部强制推起插入环34。因此，推起插入环34的力被传递到箍圈32和光纤电缆31，从而升起透光保护盖36。相反，当定位螺纹管33沿向后方向旋转时，可压缩弹性体35利用其弹力向下压插入环34，所述弹力与定位螺纹管33的端部向下移动的距离成比例。因此，向下压插入环34的力被传递到箍圈32和光纤电缆31，从而降下透光保护盖36。
将探头组合件P应用到装载装置，当在组成装载装置的装载杯C的盆缸20、杯板21和装载板22彼此对准的位置处形成通孔后，只需要将探头组合件P组合到通孔中。因此，探头组合件的应用非常容易完成。当需要定位探头30的探针时，例如，当探头30的探针和晶片1的表面彼此接触时，通过简单地顺时针或逆时针旋转定位螺纹管33以升起/降下探头30，可以精细地调节透光保护盖36的位置，而不需要拆卸整个厚度检测装置。因此，可能快速并容易地操作和维护设备。
同时，本发明的晶片层的厚度变化检测过程主要包括的步骤为通过分光计测量光的反射强度，并通过以下各个步骤来处理反射强度信号：在每个波长测量反射强度；将测量结果处理成数据，在整个波段分析所述数据以计算层厚度；然后测量与特定参考点(例如，反射光谱干涉信号波形的波峰或波谷)对应的波长值。
如在传统技术中所公开的，图4是示出应用于本发明的晶片层厚度检测装置的组件的示意性框图。如图4所示，根据本发明的晶片层厚度检测装置包括：光源100，具有宽光谱区；光纤电缆31，从光源延伸以将光从光源100向装载板22的通孔22a施加；探头30，形成在电缆31的一端并布置为与通孔22a相邻；光衰减器110，通过单独的光纤电缆31连接到探头30，用于将从晶片1的表面反射的光的强度衰减至适当的强度并传播反射光，使得可施加的强度不超过允许的强度；光谱强度数据检测装置120，用于将反射光转换成电信号以提取预定的光信号；中央处理单元130，用于比较并计算光信号以检测厚度变化并基于所检测的数据来控制抛光设备(CMP设备)的抛光速度；输入装置140，用于向中央处理单元130输入抛光处理的初始条件和预定数据；外部存储装置150，用于存储从中央处理单元130检测的数据；信号处理程序，等等。
光谱强度数据检测装置120包括：分光计121，用于收集通过探头30导入并被光衰减器衰减的反射光，并将反射光转换为电光信号；A/D转换器122，用于将从分光计121传输的模拟光信号转换为数字光信号；干涉信号补偿器123，用于消除关于从A/D转换器122传输的数字光信号的不同波长的光之间的强度差异以补偿强度变化；噪声信号消除器124，用于从由干涉信号补偿器传输的强度补偿的光谱干涉信号中消除噪声，以提取强度补偿、噪声消除的光谱干涉信号。
光源100可以是从氙灯、卤素灯和钨灯中选择的一种，本实施例使用氙灯。此外，光纤电缆31使用含有具有直径为大约100μm至大约1000μm的光纤的电缆，分光计121包括2048个电荷耦合器件(CCD)以将2048个模拟值转换为数字值。
输入装置140包括键盘、鼠标等，外部存储装置150可以是硬盘驱动器、软盘驱动器、CD-ROM驱动器等。
对于厚度检测装置的构造，当从装载装置传递的晶片1被抛光装置的抛光头卡住以被安装到抛光垫上时，抛光装置的轴旋转以根据预定的程序执行晶片表面抛光处理预定的时间。然后，被抛光预定时间的晶片1被具有透明窗22a的装载装置传递，可以在装载杯C中与晶片抛光处理分开且无损害地立刻测量晶片1的抛光水平。即，光源100沿光纤电缆31并穿过装载板22的透明窗22a和透光保护层37发射将要入射到晶片1的层上并反射到探头30的光。反射干涉信号光通过连接到探头的用于接收反射光的光纤电缆31被传输到光衰减器110，以被衰减至适当的强度并被传导至分光计121中。然后，通过分光计121分开的干涉信号光被转换为电光谱干涉信号，并随后经过A/D转换器122以被转换为数字光谱干涉信号。通过干涉信号补偿器123和噪声信号消除器124将光谱干涉信号转换为强度补偿并且噪声消除的光谱干涉信号，然后将该光谱干涉信号传输到中央处理单元130以提取光谱干涉信号的波形的指定参考点的波长值。与在此过程中获得的波长值相比，可以测量抛光前后晶片层的厚度，并将抛光信息传输到抛光装置，用于抛光后续的晶片1或同一晶片1的后续抛光处理，从而更快并精确地执行晶片上的层的抛光处理。
根据本发明的利用装载装置测量晶片层厚度的方法可以应用到任何去除处理，例如，离子刻蚀处理以及如前所述的CMP处理。此外，应当理解，该方法可以被广泛地应用于检测层的形成工艺中的厚度变化，例如，所述层的形成工艺(如化学气相沉积(CVD)工艺或溅射(sputtering)工艺)用于形成层(如金属电极或绝缘层)。
如前所述，本发明利用在用于单步或多步抛光处理的抛光设备中安装的至少一个装载装置，以在对先放入的晶片执行抛光处理之后和对后续放入的晶片执行抛光处理之前，或在对同一先放入的晶片执行后续抛光处理之前，提取晶片层厚度信息。因此，根据传统的在线度量晶片厚度测量技术，在单独的晶片台中安装测量装置，在抛光处理前或者在清洁处理或抛光处理完成后测量晶片的层厚度，与所述传统的在线度量晶片厚度测量技术相比，当连续地执行抛光处理时，能够快速地传递并应用对抛光后续晶片有用的信息。
因此，本发明能够解决传统的结束点检测装置和在线度量厚度测量技术的问题，从而简化装置，并快速且精确地在晶片的抛光前和抛光后测量厚度。这是通过当抛光后续放入的晶片或当前晶片时快速执行厚度测量的反馈以提供用于控制各种抛光参数的信息来完成的。特别地，与在不稳定环境下执行的先前抛光的晶片的原位结束点检测和厚度测量相比，根据快速反馈，能够通过更精确地检测后续放入的晶片的层的厚度变化来提高装置的可靠性。
产业上的可利用性
从上文中可以得出，根据本发明的装载装置通过保持与图案无关的恒定的透射率，能够以可以忽略的测量误差精确地检测晶片上的层的厚度变化。这可以在通过预定程序以单步或多步方式对晶片抛光一定时间的过程中通过下述步骤完成，即，利用安装在单步或多步晶片表面抛光设备中的至少一个装载装置传送晶片，通过透明窗与抛光工艺分开地且无损害地立即测量抛光水平
此外，由于可以执行单独的晶片厚度测量，所以不需要通过单独的AGC的补偿处理。此外，由于可以获得显著消除了噪声的有效数据，所以可以简化数据处理和总抛光处理。
此外，由于不需要在晶片和光电探测器之间的同步，所以可以方便地操作设备。特别地，由于可以立即获得、快速地传输并应用对后续晶片抛光处理有用的信息，所以即使在多步抛光处理中，也可以显著地减少测量层厚度变化所消耗的时间。
此外，能够通过在传统的装载装置中实现预定的结构，并不需要安装单独的用于测量晶片层厚度的晶片台，来简化设备并改善空间布置及提高空间利用率。
虽然已经参照本发明的特定示例性实施例示出并描述本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本实施例在形式和细节上进行各种修改，本发明的范围在权利要求中限定。

Claims (7)

1、一种用于半导体晶片的化学机械抛光(CMP)设备的装载装置，所述装载装置包括：装载杯，具有杯状盆缸；杯板，安装在盆缸中；装载板，支撑在杯板上以能够吸收震动并安置晶片；驱动装置和驱动杆，在抛光装置的平台和轴之间水平旋转并垂直移动装载杯；臂，连接在装载杯和驱动杆之间，所述装载装置具有如下特征：
在盆缸、杯板和装载杯的装载板的一个或多个相互对应的位置处形成至少一个通孔；
在处于装载杯的对应位置处的每个通孔中，插入并安装至少一个探头组合件，该探头组合件用于光学检测在晶片上的抛光点的抛光厚度；
在驱动装置的一侧设置光学厚度检测装置，该光学厚度检测装置能够将光施加到晶片上的层上以检测反射光谱波长，并通过从所检测的反射光谱波长之间的光谱干涉信号提取的物理量的变化来检测晶片的层厚度；
在臂中设置将每个探头组合件和厚度检测装置连接的光纤电缆。
2、根据权利要求1所述的装载装置，其特征在于：
所述抛光装置包括：至少一对抛光载具和平台，所述至少一对抛光载具和平台能够对形成在一个晶片上的层执行一次或多次多步抛光，并在对先放入的晶片执行抛光处理后和在对后续放入的晶片执行抛光处理前，或在对同一先放入的晶片执行后续抛光处理前，能够提取关于设置在抛光载具和平台之间的至少一个晶片的层厚度的信息。
3、根据权利要求1所述的装载装置，其特征在于：
所述探头组合件包括：光纤电缆，与厚度检测装置的光源连接；箍圈，围绕光纤电缆；作为透射窗的透光保护盖，结合到在通孔处插入装载板中的光纤电缆和箍圈的顶端；探头探针定位器，用于精细地在垂直方向定位光纤电缆和透光保护盖。
4、根据权利要求3所述的装载装置，其特征在于：
所述探头探针定位器包括：插入环，在装载板的背面附近紧密固定到箍圈的外表面；可压缩弹性体，插入并支撑在装载板的通孔中的台阶和插入环的顶表面之间的两个端部处，并连续地施加趋于使插入环与光纤电缆和箍圈一起同时下降的弹力；定位螺纹管，具有管的形状，在其纵向方向形成有通孔以能够不接触地容纳光纤电缆和箍圈，在其外表面形成有外螺纹以能够被容纳在杯板的通孔中，并旋入形成在杯板的通孔中的内螺纹中，定位螺纹管的上端接触并向上支撑插入环的背面。
5、根据权利要求3所述的装载装置，其特征在于：
所述抛光装置包括：至少一对抛光载具和平台，所述至少一对抛光载具和平台能够对形成在一个晶片上的层执行一次或多次多步抛光，并在对先放入的晶片执行抛光处理后和在对后续放入的晶片执行抛光处理前，或在对同一先放入的晶片执行后续抛光处理前，能够提取关于设置在抛光载具和平台之间的至少一个晶片的层厚度的信息。
6、根据权利要求1所述的装载装置，其特征在于：
还在装载杯的装载板的顶表面上形成透光保护层，以在抛光处理过程中保护探头免于被残留抛光液污染，并精确地检测反射光。
7、根据权利要求6所述的装载装置，其特征在于：
所述抛光装置包括：至少一对抛光载具和平台，所述至少一对抛光载具和平台能够对形成在一个晶片上的层执行一次或多次多步抛光，并在对先放入的晶片执行抛光处理后和在对后续放入的晶片执行抛光处理前，或在对同一先放入的晶片执行后续抛光处理前，能够提取关于设置在抛光载具和平台之间的至少一个晶片的层厚度的信息。
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