CN102049732A - 一种硅片边缘膜厚测量方法 - Google Patents

Abstract

一种硅片边缘膜厚测量方法属于化学机械抛光膜厚测量技术领域。通过本发明中的数学模型可以对边缘膜厚测量曲线进行修正，使其尽可能与真实边缘膜厚曲线一致，使用本发明后测量得到的边缘膜厚值可作为真实边缘膜厚值。本发明解决了电涡流测量硅片膜厚存在的所测边缘膜厚失真的问题，优点在于不用改变硬件设施，只需对数学模型进行修改；使用时，仅需进行简单的离线标定，不会影响化学机械抛光的产量。

Description

一种硅片边缘膜厚测量方法

技术领域

本发明涉及化学机械抛光膜厚测量技术领域，特别是一种硅片边缘膜厚测量方法。

背景技术

如今硅片尺寸已增至300mm，并在不久的将来增大至450mm，硅片边缘处芯片对总产量的影响也日趋增大。因此，化学机械抛光过程中硅片边缘处膜厚测量也变得尤为重要。

化学机械抛光工艺前后大部分采用电涡流传感器测量铜膜厚度和表面形貌。电涡流传感器探针的半径一般至少是6～8mm，如图1、图2所示，6和7为成对安装的电涡流传感器，8为硅片，硅片在测量过程中，在图2所示的位置a、b、c，所测量的膜厚值对应在图1中的5、4、3点上。理论上硅片在位置b时，电涡流才接收到测量信号得出膜厚值，但实际测量过程中，硅片在还未接近电涡流传感器时，如在图2所示的a位置，电涡流传感器已经获得测量信号，所以很难准确地测量出硅片边缘15mm以内环形区域膜厚。

发明内容

为了解决现有电涡流传感器测量边缘膜厚时存在的信号失真引起的边缘膜厚值不准确的问题，本发明提供了一种硅片边缘膜厚测量方法，本发明可以对边缘膜厚测量曲线进行修正，使其尽可能与真实边缘膜厚曲线一致，使用本发明后测量得到的边缘膜厚值可作为真实边缘膜厚值。

本发明的特征在于：所述方法是在计算机中依次按以下步骤进行的：

步骤(1)：计算机初始化，

设定：电涡流传感器的直径用D表示，

被测点x，为被测硅片水平方向直径上的点，取值范围为x₀-2D～x₀之间，x₀为被测硅片水平方向直径上的膜厚边缘点，

T_m(x)为被测点x的测量膜厚值，

T_r(x)为被测点x的实际膜厚值，

d为膜厚测量修正系数，与所述电涡流传感器尺寸、形状、工作距离等参数相关，待标定；

步骤(2)：确定所述膜厚测量修正系数d；

步骤(2.1)：使用长度测量仪器测出被测点x的值，以及x₀的值；

步骤(2.2)：采用四点探针法测量出所述被测点x处硅片的实际厚度值T_r(x)，其中四点探针法测膜厚是通过四个探针测量被测件上薄膜的电阻率来得到膜厚；

步骤(2.3)：采用所述的电涡流传感器测出所述被测点x处的膜厚测量值T_m(x)；

步骤(2.4)：把步骤(2.1)到步骤(2.3)得到的x值、T_r(x)值和T_m(x)值输入所述计算机，按下式求出所述膜厚修正系数，用d表示：

$T_r\left(x\right)=\frac{e^{\frac{x_0-x}{d}}+e^{\frac{x-x_0}{d}}}{e^{\frac{x_0-x}{d}}-e^{\frac{x-x_0}{d}}}\·T_m\left(x\right),$

步骤(3)：按照设定的采样序点，所述电涡流传感器沿着点x₀-2D～x₀的方向逐点测量各采样点x上的膜厚测量值T_m(x)；

步骤(4)：把步骤(3)得到的各采样点x上的膜厚测量值逐个代入下式，求出对应的实际厚度值T_r(x)：

$T_r\left(x\right)=\frac{e^{\frac{x_0-x}{d}}+e^{\frac{x-x_0}{d}}}{e^{\frac{x_0-x}{d}}-e^{\frac{x-x_0}{d}}}\·T_m\left(x\right),$

其中，膜厚修正系数d采用步骤(2.4)得到的值。

所述步骤(2.4)和步骤(4)中所用的公式可以用下式代替：

$T_r\left(x\right)=\frac{\sqrt{\mathrm{\π}}\·T_m\left(x\right)}{2{\∫}_0^{\frac{x_0-x}{d}}{e}^{-t^2}\mathrm{dt}},$

其中t为积分变量，在

之间的值。

所述方法中含有修正边缘膜厚值的数学模型

或

本发明的优点在于：基于数学模型重构，新的数学模型能准确地测量硅片边缘膜厚；仍然使用现有电涡流传感器和测量装置，硬件上未做改动；仅需要简单的离线标定，不会影响化学机械抛光的产量。

附图说明

图1是测量膜厚曲线与修正后硅片边缘膜厚曲线示意图；

图2是硅片开始测量时不同位置的膜厚对应值；

图3是硅片边缘测量膜厚曲线与修正后硅片边缘膜厚曲线放大图；

图4是硅片边缘测量膜厚曲线与标定的边缘膜厚曲线；

图5是硅片边缘膜厚测量的计算机程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。

上述方案的原理是：在不改变膜厚测量硬件的情况下，使用数学算法获得准确的硅片边缘膜厚。

本发明的的数学模型为

或x为被测点，其范围在x₀-2D～x₀之间，D为电涡流传感器的直径，T_m为x点膜厚测量值，T_r为x点膜厚实际厚度值，x₀膜厚边缘点，d为与传感器尺寸、形状、工作距离等相关的修正系数，t为积分变量在

之间的值，膜厚测量值T_m可以通过电涡流传感器测出，将标定后得到的d、测量得到的T_m以及x点的坐标代入模型便可得到x点的真实厚度，如图3所示，曲线9为修正后的边缘膜厚曲线，曲线10为电涡流传感器测得的边缘膜厚曲线。

采用四点探针法对硅片进行离线标定，可以得出硅片具体点处的膜厚实际厚度值T_r，通过电涡流传感器可以测出膜厚测量值T_m，x值可以通过精密测量仪器测出，可以是千分尺，如图4所示，曲线11是四点探针法测得的边缘膜厚实际厚度，曲线12是电涡流传感器测得的边缘膜厚，将具体点的x值、膜厚测量值T_m和膜厚实际厚度值T_r代入算法的数学模型

或

推导求出修正系数d。

Claims (3)

1.一种硅片边缘膜厚测量方法，其特征在于，所述方法是在计算机中依次按以下步骤进行的：

步骤(1)：计算机初始化；

设定：电涡流传感器的直径用D表示，

被测点x，为被测硅片水平方向直径上的点，取值范围为x₀-2D～x₀之间，x₀为被测硅片水平方向直径上的膜厚边缘点，

T_m(x)为被测点x的测量膜厚值，

T_r(x)为被测点x的实际膜厚值，

d为膜厚测量修正系数，与所述电涡流传感器尺寸、形状、工作距离等参数相关，待标定；

步骤(2)：确定所述膜厚测量修正系数d；

步骤(2.1)：使用长度测量仪器测出被测点x的值，以及x₀的值；

步骤(2.2)：采用四点探针法测量出所述被测点x处硅片的实际厚度值T_r(x)；

步骤(2.3)：采用所述的电涡流传感器测出所述被测点x处的膜厚测量值T_m(x)；

步骤(2.4)：把步骤(2.1)到步骤(2.3)得到的x值、T_r(x)值和T_m(x)值输入所述计算机，按下式求出所述膜厚修正系数，用d表示：

$T_r\left(x\right)=\frac{e^{\frac{x_0-x}{d}}+e^{\frac{x-x_0}{d}}}{e^{\frac{x_0-x}{d}}-e^{\frac{x-x_0}{d}}}\·T_m\left(x\right),$

步骤(3)：按照设定的采样质点，所述电涡流传感器沿着点x₀-2D～x₀的方向逐点测量各采样点x上的膜厚测量值T_m(x)；

步骤(4)：把步骤(3)得到的各采样点x上的膜厚测量值逐个代入下式，求出对应的实际厚度值T_r(x)：

$T_r\left(x\right)=\frac{e^{\frac{x_0-x}{d}}+e^{\frac{x-x_0}{d}}}{e^{\frac{x_0-x}{d}}-e^{\frac{x-x_0}{d}}}\·T_m\left(x\right),$

其中，膜厚修正系数d采用步骤(2.4)得到的值。

2.如权利要求1中所述的一种硅片边缘膜厚测量方法，其特征在于，所述步骤(2.4)和步骤(4)中所用的公式可以用下式代替：

$T_r\left(x\right)=\frac{\sqrt{\mathrm{\π}}\·T_m\left(x\right)}{2{\∫}_0^{\frac{x_0-x}{d}}{e}^{-t^2}\mathrm{dt}},$

其中t为积分变量，在

之间的值。

3.如权利要求1和2中所述的一种硅片边缘膜厚测量方法，其特征在于，

所述方法中含有修正硅片边缘膜厚值的数学模型

或

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