CN206653253U - 化学机械抛光终点检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种化学机械抛光终点检测装置，包括：装置与化学机械抛光平台配合使用，化学机械抛光平台的抛光盘上设置有窗口，装置包括：平面反射镜；搭载平面反射镜的转轴，转轴用于调整平面反射镜的角度；光发射模块，用于发出激光线，激光线经由平面反射镜通过窗口照射到抛光盘上的晶圆表面；光检测模块，用于接收经由窗口接收晶圆的反射光线，以根据反射光线确定化学机械抛光工艺的终点。该实施例的化学机械抛光终点检测装置通过转轴可调节激光线射向化学机械抛光平台的抛光盘上窗口的角度，由此，提高了该装置的可调节性，容错性，可适用于不同厂家的化学机械抛光平台。

Description

化学机械抛光终点检测装置

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其涉及一种化学机械抛光终点检测装置。

背景技术

集成电路制造所需的化学机械抛光(chemical mechanical polishing，简称CMP)设备中，通常需要配备终点监测系统(End Point Detector，简称EPD)，以增加工艺窗口，更有效地控制工艺。目前CMP系统中EPD装置工作原理主要有光学、涡流、驱动马达电流、温度、生成物等方式；其中最常用、也是最有效的是光学检测方式，其通过检测晶圆表面反射光的变化来跟踪工艺进程，判断工艺终点。

相关的CMP终点检测装置采用激光器输出很短的平行线，然后加入外置的透镜组合进行发散、平行处理，达到一定长度的激光线，然后经过固定角度的平面反射镜通过pad窗口(激光线是沿着窗口的长边)照射到晶圆下表面，其反射光线再通过窗口返回到装置里的光传感器，从而检测到反射激光线的强度，并通过反射激光线的强度确定化学机械抛光工艺的终点。

然而，在实现本实用新型的过程中实用新型人发现相关技术至少存在以下问题：(1)激光器光学光路复杂，容易产生误差，集成度不够，造价高；(2)可调节性较差，容错性小，只能用于固定类型的CMP平台，不能适配与其他厂家的CMP平台；(3)整体尺寸大，空间利用率低。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。

为此，本实用新型的一个目的在于提出一种化学机械抛光终点检测装置。该装置通过转轴可调节激光线射向化学机械抛光平台的抛光盘上窗口的角度，由此，提高了该装置的可调节性，容错性，可适用于不同厂家的化学机械抛光平台。

为达到上述目的，本实用新型一方面实施例提出的化学机械抛光终点检测装置，所述装置与化学机械抛光平台配合使用，所述化学机械抛光平台的抛光盘上设置有窗口，所述装置包括：平面反射镜；搭载所述平面反射镜的转轴，所述转轴用于调整所述平面反射镜的角度；光发射模块，用于发出激光线，所述激光线经由所述平面反射镜通过所述窗口照射到所述抛光盘上的晶圆表面；光检测模块，用于接收经由所述窗口接收所述晶圆的反射光线，以根据所述反射光线确定化学机械抛光工艺的终点。

根据本实用新型实施例的化学机械抛光终点检测装置，通过转轴对平面反射镜的角度进行调整，即，通过转轴可调节激光线射向化学机械抛光平台的抛光盘上窗口的角度，由此，提高了该装置的可调节性，容错性，可适用于不同厂家的化学机械抛光平台。

根据本实用新型的一个实施例，所述光发射模块为一字线激光器，所述一字线激光器用于在距离所述一字线激光器的预设距离上提供预设长度的激光线。

根据本实用新型的一个实施例，所述一字线激光器发出的激光线与水平面平行。

根据本实用新型的一个实施例，所述预设长度大于或者等于10毫米，且小于或者等于15毫米。

根据本实用新型的一个实施例，所述装置还包括：电路模块，与所述光检测模块相连，用于向所述光检测模块供电；

根据本实用新型的一个实施例，所述装置采用双层设计结构，所述平面反射镜、所述转轴、所述光发射模块和所述光检测模块设置在第一层中，所述电路模块设置在第二层，所述第一层和所述第二层之间设置有薄隔板。

根据本实用新型的一个实施例，所述装置还包括：锁定部件，所述锁定部件用于在通过所述转轴将所述平面反射镜调整到预设角度时，锁定所述转轴，以固定所述平面反射镜的角度。

根据本实用新型的一个实施例，所述光检测模块为光采集传感器。

根据本实用新型的一个实施例，所述装置沿着所述抛光盘的半径方向放置。

本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/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是根据本实用新型一个实施例的化学机械抛光终点检测装置的结构示意图；

图2是根据本实用新型一个实施例的化学机械抛光终点检测装置的俯视图的示例图；

图3是一字线激光器在50mm处形成15mm的激光线的示意图；

图4a是椭圆形窗口的尺寸信息的示例图；

图4b是现有装置光线通过椭圆形窗口路径的示例图；

图4c是该实施例装置中光线通过椭圆形窗口路径的示例图；

图5a是矩形窗口的尺寸信息的示例图；

图5b是现有装置光线通过矩形窗口路径的示例图；

图5c是该实施例装置中光线通过矩形窗口路径的示例图。

附图标记：

平面反射镜1；转轴2；光发射模块3；窗口4；抛光盘5；晶圆6；光检测模块7；电路模块8；薄隔板9；外壳10。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图描述本实用新型实施例的化学机械抛光终点检测装置。

其中，需要说明的是，该化学机械抛光终点检测装置与化学机械抛光平台配合使用，化学机械抛光平台的抛光盘上设置有窗口。

图1是根据本实用新型一个实施例的化学机械抛光终点检测装置的结构示意图。

如图1所示，该化学机械抛光终点检测装置可以包括：

平面反射镜1。

搭载所述平面反射镜1的转轴2，转轴2用于调整平面反射镜1的角度。

光发射模块3用于发出激光线，激光线经由平面反射镜1通过窗口4照射到抛光盘5上的晶圆6表面。

光检测模块7用于接收经由窗口4接收晶圆6的反射光线，以根据反射光线确定化学机械抛光工艺的终点。

也就是说，在化学机械抛光终点检测装置与化学机械抛光平台配合使用的过程中，该装置通过转轴2可调节激光线射入窗口4的角度，不受窗口到平面反射镜距离的影响，从而适用于不同的化学机械抛光平台。

其中，窗口4的形状可以例如为椭圆形或者矩形。

在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，该装置还可以包括电路模块8，该电路模块8与光检测模块7相连，用于向光检测模块7供电。

目前，相关技术中的化学机械抛光终点检测装置均采用平铺设计，尺寸较大，在本实用新型的实施例中，为了减少化学机械抛光终点检测装置的整体尺寸，该装置采用双层设计结构，平面反射镜1、转轴2、光发射模块3和光检测模块7设置在第一层中，电路模块8设置在第二层。

其中，作为一种示例，如图1所示，第一层和第二层之间可设置有薄隔板9，以通过薄隔板9将第一层和第二层间隔起来。

其中，需要说明的是，该装置采用双层设计缩减了尺寸，可使整个装置尺寸缩减到15cmX3cmX3cm(长X宽X高)甚至更小的尺寸。

在本实用新型的实施例中，该装置还包括锁定部件(图中未示出)，该锁定部件用于在通过转轴2将平面反射镜1调整到预设角度时，锁定转轴2，以固定平面反射镜1的角度。

在本实用新型的实施例中，光检测模块7可以为光采集传感器。

其中，该化学机械抛光终点检测装置的俯视图的示例图，如图2所示，图2中的10表示该终点检测装置的外壳。

在本实用新型的一个实施例中，为了无需外置透镜组合对光进行调整，简化光路设计，缩短工序，光发射模块3可以为一字线激光器，一字线激光器用于在距离一字线激光器的预设距离上提供预设长度的激光线。

在本实用新型的实施例中，所述一字线激光器发出的激光线与水平面平行。

由于光检测模块7有光检测的区域范围有限，例如光采集传感器一般为10mmX10mm的接收区域，并且，在传输过程中光能量有损失，因此，在本实用新型的实施例中，所述预设长度大于或者等于10毫米(mm)，且小于或者等于15毫米。

举例而言，一字线激光器在50mm处形成15mm的激光线的示意图，如图3所示。

在本实用新型的实施例中，由于窗口的宽很小，一般为10mm左右，为了解决激光线容易射不到窗口或者返回不到光线检测模块的问题，该装置除了通过转轴2调整平面反射镜1的角度之外，还可将该装置沿着抛光盘5的半径方向放置，从而使得激光线摄入到窗口的宽边，可以使得该装置可在窗口的长边上进行角度、反射光线等调节，增加可调节量，增加了可扩展性，适用性强平面反射镜的角度。

作为一种示例，假设窗口的形状为椭圆形，椭圆形窗口的尺寸信息的示例图，如图4a所示，现有的化学机械抛光终点检测装置中激光线的入射光线通过椭圆形窗口的长边一侧射入，并经过晶圆反射，从椭圆形窗口反射到出的反射光线的示意图，如图4b所示，该实施例中的将化学机械抛光终点检测装置沿着抛光盘5的半径方向放置，并在进行化学机械抛光工艺的终点检测时，激光线的入射通过椭圆形窗口射入，并经过晶圆反射，从椭圆形窗口反射到出的反射光线的示意图，4c所示。

作为一种示例，假设窗口的形状为矩形，矩形窗口的尺寸信息的示例图，如图5a所示，现有的化学机械抛光终点检测装置中激光线的入射光线通过矩形窗口的长边一侧射入，并经过晶圆反射，从矩形窗口反射到出的反射光线的示意图，如图5b所示，该实施例中的将化学机械抛光终点检测装置沿着抛光盘5的半径方向放置，并在进行化学机械抛光工艺的终点检测时，激光线的入射通过矩形窗口射入，并经过晶圆反射，从矩形窗口反射到出的反射光线的示意图，5c所示。

通过图4c和图5c可以看出，该实施例窗口的尺寸可调节余量大大增加，增加了该装置的可扩展性，提高了该装置的适用性。

根据本实用新型实施例的化学机械抛光终点检测装置，通过转轴对平面反射镜的角度进行调整，即，通过转轴可调节激光线射向化学机械抛光平台的抛光盘上窗口的角度，由此，提高了该装置的可调节性，容错性，可适用于不同厂家的化学机械抛光平台。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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实用新型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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种化学机械抛光终点检测装置，其特征在于，所述装置与化学机械抛光平台配合使用，所述化学机械抛光平台的抛光盘上设置有窗口，所述装置包括：

平面反射镜；

搭载所述平面反射镜的转轴，所述转轴用于调整所述平面反射镜的角度；

光发射模块，用于发出激光线，所述激光线经由所述平面反射镜通过所述窗口照射到所述抛光盘上的晶圆表面；

光检测模块，用于接收经由所述窗口接收所述晶圆的反射光线，以根据所述反射光线确定化学机械抛光工艺的终点。

2.如权利要求1所述的化学机械抛光终点检测装置，其特征在于，所述光发射模块为一字线激光器，所述一字线激光器用于在距离所述一字线激光器的预设距离上提供预设长度的激光线。

3.如权利要求2所述的化学机械抛光终点检测装置，其特征在于，所述一字线激光器发出的激光线与水平面平行。

4.如权利要求2所述的化学机械抛光终点检测装置，其特征在于，所述预设长度大于或者等于10毫米，且小于或者等于15毫米。

5.如权利要求1所述的化学机械抛光终点检测装置，其特征在于，所述装置还包括：

电路模块，与所述光检测模块相连，用于向所述光检测模块供电。

6.如权利要求5所述的化学机械抛光终点检测装置，其特征在于，所述装置采用双层设计结构，所述平面反射镜、所述转轴、所述光发射模块和所述光检测模块设置在第一层中，所述电路模块设置在第二层，所述第一层和所述第二层之间设置有薄隔板。

7.如权利要求1所述的化学机械抛光终点检测装置，其特征在于，所述装置还包括：

锁定部件，所述锁定部件用于在通过所述转轴将所述平面反射镜调整到预设角度时，锁定所述转轴，以固定所述平面反射镜的角度。

8.如权利要求1-7任一项所述的化学机械抛光终点检测装置，其特征在于，所述光检测模块为光采集传感器。

9.如权利要求1-7任一项所述的化学机械抛光终点检测装置，其特征在于，所述装置沿着所述抛光盘的半径方向放置。