TWI480510B

TWI480510B - 晶片邊緣膜厚測量方法

Info

Publication number: TWI480510B
Application number: TW100116180A
Authority: TW
Inventors: Xinchun Lu; Pan Shen; Yongyong He
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2015-04-11
Also published as: TW201245661A

Description

晶片邊緣膜厚測量方法

本發明涉及半導體製造技術領域，特別是一種晶片邊緣膜厚測量方法。

如今晶片尺寸已增至300mm，並在不久的將來增大至450mm，晶片邊緣處晶片對總產量的影響也日趨增大。因此，化學機械拋光過程中晶片邊緣處膜厚測量也變得尤為重要。

化學機械拋光工藝前後大部分採用電渦流感測器測量銅膜厚度和表面形貌。電渦流感測器探針的半徑一般至少是6~8mm。如第1圖所示，為現有技術中電渦流感測器測量的膜厚曲線，其中，曲線1為晶片的實際膜厚曲線，曲線2為電渦流感測器的測量曲線。如第2圖所示，為現有技術中晶片的測量過程示意圖。如第2圖所示，電渦流感測器6和7相對設置，晶片8，例如矽片，在測量過程中逐漸經過電渦流感測器6和7，由電渦流感測器6和7對其進行膜厚檢測。在第2圖所示的位置a、b、c所測量的膜厚值對應在第1圖中膜厚曲線的點5、點4和點3。雖然理論上晶片在位置b時，電渦流才接收到測量信號得出膜厚值，但實際測量過程中，晶片在還未接近電渦流感測器時，如在第2圖所示的a位置，電渦流感測器已經獲得測量信號，所以很難準確地測量出晶片邊緣15mm以內環形區域膜厚，從而造成晶片膜厚檢測不準確。

為了解決現有電渦流感測器測量邊緣膜厚時存在的信號失真引起的膜厚檢測不準確的問題，本發明提供了一種晶片邊緣膜厚測量方法，本發明可以對邊緣膜厚測量曲線進行修正，使其盡可能與真實邊緣膜厚曲線一致，使用本發明後測量得到的邊緣膜厚值可作為真實邊緣膜厚值，從而提高膜厚檢測的準確性。

本發明提出了一種晶片邊緣膜厚測量方法，包括以下步驟：通過四點探針法離線檢測晶片上被檢測點的實際厚度，並使用長度測量儀器獲得所述被檢測點到所述晶片中心的距離，其中，所述被檢測點均位於所述晶片的中心與所述晶片的膜厚邊緣點之間；採用電渦流感測器對所述被檢測點進行檢測獲取所述被檢測點的檢測厚度；根據所述被檢測點的所述實際厚度、所述檢測厚度和所述被檢測點到所述晶片中心的距離確定膜厚測量修正係數；和採用所述電渦流感測器對所述晶片的邊緣膜厚進行測量並根據所述膜厚測量修正係數對邊緣膜厚測量結果進行修正。

在本發明的一個實施例中，所述被檢測點x位於x₀-2D~x₀之間，其中，X₀為所述晶片水準方向直徑上的膜厚邊緣點至所述晶片中心的距離，所述x為所述被檢測點至所述晶片中心的距離，D為所述電渦流感測器的直徑。

在本發明的一個實施例中，所述膜厚測量修正係數通過以下公式獲得：，其中，T _m(x)'為被檢測點x的測量膜厚值，T _r(x)'為被檢測點x的實際膜厚值，d為所述膜厚測量修正係數。

在本發明的一個實施例中，採用以下公式對邊緣膜厚測量結果進行修正：，其中，T _m(x)為邊緣膜厚測量結果，T _r(x)為邊緣膜厚實際值，d為所述膜厚測量修正係數。

在本發明的一個實施例中，所述膜厚測量修正係數通過以下公式獲得：，其中，T _m(x)'為被檢測點x的測量膜厚值，T _r(x)'為被檢測點x的實際膜厚值，d為所述膜厚測量修正係數，t為積分變數，且t為在之間的值。

本發明的優點在於：本發明可根據離線標定結果和實際檢測的膜厚值基於數學模型重構，新的數學模型能準確地測量晶片邊緣膜厚；仍然使用現有電渦流感測器和測量裝置，硬體上未做改動；僅需要簡單的離線標定，不會影響化學機械拋光的產量。

a、b、c‧‧‧位置

S301、S302、S303、S304‧‧‧步驟

1、2、9、10、11、12‧‧‧曲線

3、4、5‧‧‧點

6、7‧‧‧電渦流感測器

8‧‧‧晶片

x‧‧‧被檢測點

第1圖為現有技術中電渦流感測器測量的膜厚曲線；第2圖為現有技術中晶片的測量過程示意圖；第3圖為本發明實施例晶片邊緣膜厚測量方法的流程圖；第4圖為本發明實施例晶片邊緣測量膜厚曲線與修正後晶片邊緣膜厚曲線放大圖；第5圖為本發明實施例晶片邊緣測量膜厚曲線與標定的邊緣膜厚曲線。

下面結合附圖對本發明的具體實施方式進行說明。

上述方案的原理是：在不改變膜厚測量硬體的情況下，使用數學演算法獲得準確的晶片邊緣膜厚。

如第3圖所示，為本發明實施例的晶片邊緣膜厚測量方法流程圖，包括以下步驟：步驟S301，通過四點探針法離線檢測晶片上被檢測點的實際厚度，並使用長度測量儀器獲得所述被檢測點到所述晶片中心的距離，其中，所述被檢測點均位於所述晶片的中心與所述晶片的膜厚邊緣點之間。在本發明的一個實施例中，晶片可為矽片、SOI、鍺片、藍寶石襯底等。其中，被檢測點x位於x₀-2D~x₀之間，其中，x₀為所述晶片水準方向直徑上的膜厚邊緣點至所述晶片中心的距離，所述x為所述被檢測點至所述晶片中心的距離，D為所述電渦流感測器的直徑。在本發明的一個實施例中，該被檢測點可為一個或者多個，優選地，該被檢測點位於晶片的邊緣。需要說明的是，在本發明中，所述晶片的邊緣通常為15mm以內環形區域，但是隨著晶片的尺寸的增大或減小，其邊緣的尺寸也會發生變化。

步驟S302，採用電渦流感測器對被檢測點進行檢測獲取被檢測點的檢測厚度，其中，T _m(x)'為被檢測點x的測量膜厚值，T _r(x)'為被檢測點x的實際膜厚值。

步驟S303，根據被檢測點的所述實際厚度、檢測厚度和被檢測點到晶片中心的距離確定膜厚測量修正係數。

在本發明的一個實施例中，所述膜厚測量修正係數d通過以下公式獲得：。

在本發明的另一個實施例中，所述膜厚測量修正係數d通過以下公式獲得：。

當然本領域技術人員可對上述兩個公式進行等同的修改或替換，這些均應包含在本發明的保護範圍之內。

步驟S304，採用電渦流感測器對晶片的邊緣膜厚進行測量並根據膜厚測量修正係數對邊緣膜厚測量結果進行修正。

在本發明的一個實施例中，採用以下公式對邊緣膜厚測量結果進行修正：，其中，T _m(x)為邊緣膜厚測量結果，T _r(x)為邊緣膜厚實際值，d為步驟S303所確定的膜厚測量修正係數。

在本發明的另一個實施例中，採用以下公式對邊緣膜厚測量結果進行修正：，其中，T _m(x)為邊緣膜厚測量結果，T _r(x)為邊緣膜厚實際值，d為步驟S303所確定的膜厚測量修正係數。

本發明的數學模型為或，x為被檢測點，其範圍在x₀-2D~x₀之間，D為電渦流感測器的直徑，T_m為x點膜厚測量值，T_r為x點膜厚實際厚度值，x₀膜厚邊緣點，d為與感測器尺寸、形狀、工作距離等相關的修正係數，t為積分變數在之間的值，膜厚測量值T_m可以通過電渦流感測器測出，將標定後得到的d、測量得到的T_m以及x點的座標代入模型便可得到x點的真實厚度，如第4圖所示，曲線9為修正後的邊緣膜厚曲線，曲線10為電渦流感測器測得的邊緣膜厚曲線。

採用四點探針法對晶片進行離線標定，可以得出晶片具體點處的膜厚實際厚度值T_r，通過電渦流感測器可以測出膜厚測量值T_m，x值可以通過精密測量儀器測出，可以是千分尺，如第5圖所示，曲線11是四點探針法測得的邊緣膜厚實際厚度，曲線12是電渦流感測器測得的邊緣膜厚，將具體點的x值、膜厚測量值T_m和膜厚實際厚度值T_r代入演算法的數學模型或推導求出修正係數d。

S301、S302、S303、S304‧‧‧步驟

Claims

一種晶片邊緣膜厚測量方法，其特徵在於，包括以下步驟：藉由四點探針法離線檢測一晶片上一被檢測點的一實際厚度，並使用一長度測量儀器獲得該被檢測點到該晶片中心的距離，其中，該被檢測點均位於該晶片的中心與該晶片的一膜厚邊緣點之間；採用一電渦流感測器對該被檢測點進行檢測獲取該被檢測點的一檢測厚度；根據該被檢測點的該實際厚度、該檢測厚度和該被檢測點到該晶片中心的距離確定一膜厚測量修正係數；以及採用該電渦流感測器對該晶片的一邊緣膜厚進行測量並根據該膜厚測量修正係數對一邊緣膜厚測量結果進行修正。
如申請專利範圍第1項所述的晶片邊緣膜厚測量方法，其中該被檢測點x位於x₀-2D~x₀之間，其中，x₀為該晶片水平方向直徑上的該膜厚邊緣點至該晶片中心的距離，x為該被檢測點至該晶片中心的距離，D為該電渦流感測器的直徑。
如申請專利範圍第2項所述的晶片邊緣膜厚測量方法，其中該膜厚測量修正係數藉由以下公式獲得：，其中，T _m(x)'為該被檢測點x的一測量膜厚值，T _r(x)'為該被檢測點x的一實際膜厚值，d為該膜厚測量修正係數。
如申請專利範圍第3項所述的晶片邊緣膜厚測量方法，其中採用以下公式對該邊緣膜厚測量結果進行修正：其中，T _m(x)為該邊緣膜厚測量結果，T _r(x)為一邊緣膜厚實際值，d為該膜厚測量修正係數。
如申請專利範圍第2項所述的晶片邊緣膜厚測量方法，其中該膜厚測量修正係數藉由以下公式獲得：，其中，T _m(x)'為該被檢測點x的一測量膜厚值，T _r(x)'為該被檢測點x的一實際膜厚值，d為該膜厚測量修正係數，t為一積分變數，且t為在之間的值。
如申請專利範圍第3項所述的晶片邊緣膜厚測量方法，其中採用以下公式對該邊緣膜厚測量結果進行修正：其中，T _m(x)為該邊緣膜厚測量結果，T _r(x)為一邊緣膜厚實際值，d為該膜厚測量修正係數。