CN102519413A - 用于晶圆台的晶圆膜厚度测量误差补偿的时空变换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于晶圆台的晶圆膜厚度测量误差补偿的时空变换方法，包括如下步骤：测量系统误差并存入测量数据库；控制系统控制升降气缸升起以接收晶圆，控制电机旋转以检测电机的零位点，根据电机的零位点建立电机极坐标系，控制电机停止并退回至电机的零位点；吸盘对晶圆进行吸附并控制升降气缸下降；控制电机旋转360度以检测晶圆的缺口以及角度值，根据晶圆的缺口定位晶圆极坐标系，将晶圆的缺口处的角度值发送至测量数据库；晶圆测量系统对晶圆进行测量以获得晶圆的初始膜厚值并根据系统误差和晶圆的缺口处的角度值对初始膜厚值进行补偿，获得膜厚修正值。本发明可以实现对测量得到的晶圆的膜厚的误差补偿，得到更为精确的膜厚值。

Description

用于晶圆台的晶圆膜厚度测量误差补偿的时空变换方法

技术领域

本发明涉及化学机械抛光机设备技术领域，特别涉及一种用于晶圆台的晶圆膜厚度测量误差补偿的时空变换方法。

背景技术

晶圆抛光结束后，需要掌握晶圆表面的抛光的平整度情况。此时，需要对晶圆进行表面形貌测量。传统的测量方法包括两种方式：探头移动且晶圆不动，或者探头不动且晶圆移动。但是，当晶圆进行旋转运动时，通常伴随着端跳以及转盘表面不平整等误差的影响，从而影响测量的准确度。通过上述方式测量得到的膜厚值是粗略的，不够精确。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别提出一种用于晶圆台的晶圆膜厚度测量误差补偿的时空变换方法，该方法可以实现对测量得到的晶圆的膜厚的误差补偿，从而可以得到更为精确的膜厚值。

为达到上述目的，本发明的实施例提供用于晶圆台的晶圆膜厚度测量误差补偿的时空变换方法，包括如下步骤：测量系统误差并将所述系统误差存入晶圆膜厚测量系统的测量数据库，其中，所述系统误差为所述晶圆台的电机带动所述晶圆台的转盘旋转时的误差；所述晶圆台的控制系统控制所述晶圆台的升降气缸升起以接收晶圆，并且所述晶圆台的控制系统控制所述晶圆台的电机旋转以检测所述电机的零位点，所述控制系统控制所述晶圆台的电机停止并退回至所述电机的零位点以及根据所述电机的零位点建立电机极坐标系，同时所述晶圆台的吸盘对所述晶圆进行吸附，并在吸附住所述晶圆后，所述晶圆台的控制系统控制所述晶圆台的升降气缸下降；所述晶圆台的控制系统控制所述晶圆台的电机旋转360度以检测所述晶圆的缺口以及所述晶圆的缺口处的角度值，并根据所述晶圆的缺口定位晶圆极坐标系，以及所述控制系统将所述晶圆的缺口处的角度值发送至所述晶圆测量系统的测量数据库；所述晶圆测量系统对所述晶圆进行测量以获得所述晶圆的初始膜厚值，并根据所述测量数据库中系统误差和所述晶圆的缺口处的角度值对所述初始膜厚值进行补偿，获得膜厚修正值。

根据本发明实施例的用于晶圆台的晶圆膜厚度测量误差补偿的时空变换方法，实现了在电机极坐标系中一次定位晶圆极坐标系，并且求解出晶圆极坐标系的极轴在电机极坐标系的定位角度，根据该定位角度和测量提取测量的系统误差对各测量点进行误差补偿。本发明通过晶圆台的控制系统和晶圆测量系统之间的通信，实现对电机极坐标系和晶圆极坐标系定位，硬件动作简单，从而节省了测量和误差补偿的时间，提高了测量效率。

在本发明的一个实施例中，所述晶圆台的电机带动所述晶圆台的转盘旋转时的端跳误差和所述晶圆台的转盘表面的加工不平整度误差。

在本发明的一个实施例中，所述晶圆台的控制系统为计算机或者可编程逻辑控制器或者数字信号处理器。

在本发明的一个实施例中，进一步包括：利用第一光电检测开关检测所述晶圆的缺口；以及利用第二光电检测开关检测所述电机的零位点。

在本发明的一个实施例中，所述第一光电开关和所述第二光电开关为接触式光电开关或霍尔式光电开关。

在本发明的一个实施例中，所述晶圆台的控制系统接收来自所述第一光电检测开关的晶圆的缺口，并设置所述晶圆的中心点为所述晶圆极坐标系的极坐标原点，以及设置所述晶圆的中心点至所述晶圆的缺口为所述晶圆极坐标系的极坐标零点。

在本发明的一个实施例中，所述晶圆的缺口处的角度值为所述晶圆极坐标系的极轴在所述电机极坐标系的定位角度值。

在本发明的一个实施例中，所述晶圆台的控制系统接收来自所述第二光电检测开关的电机的零位点，并设置所述晶圆台的电机的电机轴为所述电机极坐标系的极坐标原点，以及设置所述电机的电机轴至所述电机的零位点为所述电机极坐标系的极坐标零点。

在本发明的一个实施例中，所述电机的零位点为外部零点或者所述晶圆台的电机的精零位点。

在本发明的一个实施例中，所述晶圆台的控制系统与所述晶圆测量系统通过以下多种总线之一进行通信：CAN总线、RS232总线、RS485总线和以太网等总线。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的晶圆台的示意图；

图2为根据本发明实施例的用于晶圆台的晶圆膜厚度测量误差补偿的时空变换方法的流程框图；以及

图3为根据本发明实施例的用于晶圆台的晶圆膜厚度测量误差补偿的时空变换方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

本发明实施例提供的用于晶圆台的晶圆膜厚度测量误差补偿的时空变换方法的硬件平台采用晶圆台。如图1所示，晶圆台包括：升降气缸30、第一光电开关40、第二光电检测开关50、电机60、转盘80、吸盘90、控制系统100和晶圆测量系统110。其中，第一光电开关40用于检测晶圆的缺口，第二光电开关50用于检测电机的零位点。在本发明的一个示例中，第一光电开关40和第二光电开关50为接触式光电开关或霍尔式光电开关。

在本发明的一个实施例中，电机60可以为直驱旋转电机。在电机60的带动下，转盘80可以进行旋转。在转盘80上设置有吸盘90。其中，吸盘90用于吸附装载或卸载晶圆。在本发明的一个示例中，吸盘90可以为真空吸附与卸载系统。

在本发明的一个实施例中，控制系统100可以为PC(personal computer，个人计算机)、PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)或者DSP(Digital SignalProcessor，数字信号处理器)。

下面参考图2描述根据本发明实施例的用于晶圆台的晶圆膜厚度测量误差补偿的时空变换方法。

如图2所示，本发明实施例提供的用于晶圆台的晶圆膜厚度测量误差补偿的时空变换方法，包括如下步骤：

步骤S101，测量系统误差并将系统误差存入晶圆膜厚测量系统110的测量数据库。

测量系统误差并将系统误差存入晶圆测量系统中的测量数据库中。其中，系统误差为直驱旋转电机60带动转盘80旋转时的误差，然后将该系统误差存入到测量数据库中。

在本发明的一个实施例中，系统误差包括直驱旋转电机60带动转盘80旋转时的端跳引发的误差和转盘80表面的加工不平整度引起的误差。

步骤S102，控制系统100控制晶圆台的升降气缸30升起以接收晶圆10，并且控制系统100控制电机60旋转以检测电机60的零位点，控制系统100控制电机60停止并退回至电机60的零位点以及根据电机60的零位点建立电机极坐标系，同时吸盘90对晶圆10进行吸附，并在吸附住晶圆10后，控制系统100控制升降气缸30下降。

利用第二光电检测开关50检测电机的零位点，并将检测结果反馈至控制系统100。

控制系统100接收来自第二光电检测开关50的电机的零位点，并设置电机60的电机轴为电机极坐标系的极坐标原点，以及设置电机60的电机轴至电机60的零位点为电机极坐标系的极坐标零点，由此建立电机极坐标系。

在本发明的一个实施例中，电机60的零位点为外部零点或者电机60的精零位点。

在建立电机极坐标系的同时，利用吸盘90对晶圆10进行吸附，并在吸附住晶圆10后，控制系统100控制升降气缸30下降。

步骤S103，控制系统100控制电机60旋转360度以检测晶圆10的缺口20以及晶圆的缺口处的角度值，并根据圆的缺口定位晶圆极坐标系，以及控制系统100将晶圆的缺口处的角度值发送至晶圆测量系统110的测量数据库。

控制系统100控制电机60旋转360度，利用第一光电检测开关40检测晶圆的缺口20，并将检测结果实时反馈到控制系统100。

控制系统100接收来自第一光电检测开关40的晶圆的缺口20，并设置晶圆10的中心点为晶圆极坐标系的极坐标原点，以及设置晶圆10的中心点至晶圆的缺口20为晶圆极坐标系的极坐标零点，由此建立晶圆极坐标系。

此外，第一光电检测开关40将检测到缺口处的角度值反馈给控制系统100。控制系统100进一步通过总线发送给晶圆测量系统110。

在本发明的一个实施例中，晶圆的缺口处的角度值为晶圆极坐标系的极轴在电机极坐标系的定位角度值。

步骤S104，晶圆测量系统110对晶圆10进行测量以获得晶圆10的初始膜厚值，并根据测量数据库中系统误差和晶圆的缺口处的角度值对初始膜厚值进行补偿，获得膜厚修正值。

在晶圆10的表面镀有金属膜，晶圆测量系统需要测量该金属膜的厚度值，作为初始膜厚值。晶圆测量系统110采用电机极坐标系对晶圆10进行测量，并将测量数据存入测量数据库中。在测量数据库中，存储有一张测量表。该测量表记录有晶圆极坐标系中各个测量点的初始膜厚值。然后根据测量数据库中系统误差和晶圆的缺口处的角度值对初始膜厚值进行补偿，获得膜厚修正值。

下面结合图3对本发明实施例的用于晶圆台的晶圆膜厚度测量误差补偿的时空变换方法的流程进行进一步的描述。

步骤S301，测量系统误差。

测量系统误差并将系统误差存入晶圆测量系统110中的测量数据库中。

执行完成步骤S301后，并行执行步骤S302和步骤S303。

步骤S302，建立电机极坐标系。

利用第二光电检测开关50检测电机的零位点，并将检测结果反馈至控制系统100。控制系统100接收来自第二光电检测开关50的电机的零位点，并设置电机60的电机轴为电机极坐标系的极坐标原点，以及设置电机60的电机轴至电机60的零位点为电机极坐标系的极坐标零点，由此建立电机极坐标系。

步骤S303，晶圆装载。

控制升降气缸30升起以接收晶圆10。

步骤S304，晶圆吸附。

在建立电机极坐标系的同时，利用真空吸附与卸载系统90对晶圆10进行吸附，并在吸附住晶圆10后，控制系统100控制升降气缸30下降。

步骤S305，定位晶圆极坐标系。

控制系统100控制电机60旋转360度，利用第一光电检测开关40检测晶圆的缺口20，并将检测结果实时反馈到控制系统100。控制系统100根据晶圆的缺口20建立晶圆极坐标系。

并且，第一光电检测开关40还将将检测到缺口处的角度值反馈给控制系统100。控制系统100进一步通过CAN总线发送给晶圆测量系统110。可以理解的是，控制系统100还可以通过RS232总线、RS485总线或以太网总线与晶圆测量系统110进行通信。

在本发明的一个实施例中，还可以利用晶圆测量系统110直接对晶圆10的膜厚进行测量，并在测量过程中检测晶圆10的缺口。

步骤S306，晶圆测量。

晶圆测量系统110采用电机极坐标系对晶圆10进行测量，并将测量到的初始膜厚值存入测量数据库中。在测量数据库中，存储有一张测量表。该测量表记录有晶圆极坐标系中各个测量点的初始膜厚值。

步骤S307，误差补偿。

根据测量数据库中系统误差和晶圆的缺口处的角度值对初始膜厚值进行补偿，获得膜厚修正值。

根据本发明实施例的用于晶圆台的晶圆膜厚度测量误差补偿的时空变换方法，实现了在电机极坐标系中一次定位晶圆极坐标系，并且求解出晶圆极坐标系的极轴在电机极坐标系的定位角度，根据该定位角度和测量提取测量的系统误差对各测量点进行误差补偿。本发明通过晶圆台的控制系统和晶圆测量系统之间的通信，实现对电机极坐标系和晶圆极坐标系定位，硬件动作简单，从而节省了测量和误差补偿的时间，提高了测量效率。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，″计算机可读介质″可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种用于晶圆台的晶圆膜厚度测量误差补偿的时空变换方法，其特征在于，包括如下步骤：

测量系统误差并将所述系统误差存入晶圆膜厚测量系统的测量数据库，其中，所述系统误差为所述晶圆台的电机带动所述晶圆台的转盘旋转时的误差；

所述晶圆台的控制系统控制所述晶圆台的升降气缸升起以接收晶圆，并且所述晶圆台的控制系统控制所述晶圆台的电机旋转以检测所述电机的零位点，所述控制系统控制所述晶圆台的电机停止并退回至所述电机的零位点以及根据所述电机的零位点建立电机极坐标系，同时所述晶圆台的吸盘对所述晶圆进行吸附，并在吸附住所述晶圆后，所述晶圆台的控制系统控制所述晶圆台的升降气缸下降；

所述晶圆台的控制系统控制所述晶圆台的电机旋转360度以检测所述晶圆的缺口以及所述晶圆的缺口处的角度值，并根据所述晶圆的缺口定位晶圆极坐标系，以及所述控制系统将所述晶圆的缺口处的角度值发送至所述晶圆测量系统的测量数据库；

所述晶圆测量系统对所述晶圆进行测量以获得所述晶圆的初始膜厚值，并根据所述测量数据库中系统误差和所述晶圆的缺口处的角度值对所述初始膜厚值进行补偿，获得膜厚修正值。

2.如权利要求1所述的误差补偿方法，其特征在于，所述系统误差包括：所述晶圆台的电机带动所述晶圆台的转盘旋转时的端跳误差和所述晶圆台的转盘表面的加工不平整度误差。

3.如权利要求1所述的误差补偿方法，其特征在于，所述晶圆台的控制系统为计算机或者可编程逻辑控制器或者数字信号处理器。

4.如权利要求1所述的误差补偿方法，其特征在于，进一步包括：

利用第一光电检测开关检测所述晶圆的缺口；以及

利用第二光电检测开关检测所述电机的零位点。

5.如权利要求4所述的误差补偿方法，其特征在于，所述第一光电开关和所述第二光电开关为接触式光电开关或霍尔式光电开关。

6.如权利要求4所述的误差补偿方法，其特征在于，所述晶圆台的控制系统接收来自所述第一光电检测开关的晶圆的缺口，并设置所述晶圆的中心点为所述晶圆极坐标系的极坐标原点，以及设置所述晶圆的中心点至所述晶圆的缺口为所述晶圆极坐标系的极坐标零点。

7.如权利要求4所述的误差补偿方法，其特征在于，所述晶圆的缺口处的角度值为所述晶圆极坐标系的极轴在所述电机极坐标系的定位角度值。

8.如权利要求4所述的误差补偿方法，其特征在于，所述晶圆台的控制系统接收来自所述第二光电检测开关的电机的零位点，并设置所述晶圆台的电机的电机轴为所述电机极坐标系的极坐标原点，以及设置所述电机的电机轴至所述电机的零位点为所述电机极坐标系的极坐标零点。

9.如权利要求8所述的误差补偿方法，其特征在于，所述电机的零位点为外部零点或者所述晶圆台的电机的精零位点。

10.如权利要求1所述的误差补偿方法，其特征在于，所述晶圆台的控制系统与所述晶圆测量系统通过以下多种总线之一进行通信：

CAN总线、RS232总线、RS485总线和以太网等总线。

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