(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211239231.9 (22)申请日 2022.10.11 (71)申请人 杭州众硅电子科技有限公司 地址 311300 浙江省杭州市临安区青山湖 街道创业 街88号1幢一层 (72)发明人 杨哲　周远鹏　 (74)专利代理 机构 杭州凯知专利代理事务所 (普通合伙) 33267 专利代理师 邵志 (51)Int.Cl. G01N 21/25(2006.01) G01N 21/01(2006.01) B24B 37/013(2012.01) (54)发明名称 一种化学机 械抛光的在线监测装置 (57)摘要 本发明公开了一种化学机械抛光的在线监 测装置， 设于 抛光盘内， 可随抛光盘转动； 其包括 光源； 光学镜组， 用于接收光源发出的光束， 产生 准直光束； 光路转折单元， 用于接收准直光束， 将 其形成入射光路， 入射光路透过抛光盘的通光窗 口， 照射至抛光盘上的晶圆表面， 晶圆表面将入 射光路反射后经过光路转折单元形成出射光路； 探测器， 用于接收出射光路， 以获取对应的光谱 信息， 确定晶圆抛光的终点。 本发明采用光学镜 组缩束准直的方式耦合光源， 解决了传统光纤耦 合导致的光源光强利用率低的问题； 采用信号控 制方式调节 光源并实时监测光强， 保证测量信号 的稳定性， 提升 探测精度， 延长光源的使用寿 命。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 115308140 A 2022.11.08 CN 115308140 A 1.一种化学机械抛光的在线监测装置， 其特征在于： 设于抛光盘内， 可随抛光盘转动； 其包括， 光源； 光学镜组， 用于 接收光源发出的光束， 并产生 准直光束； 光路转折单元， 用于接收准直光束， 并将其形成入射光路， 该入射光路透过抛光盘的通 光窗口， 以照射至抛光盘上 的晶圆表面， 晶圆表面将入射光路反射后经过光路转折单元形 成出射光路； 探测器， 用于 接收出射 光路， 以获取对应的光谱信息， 确定晶圆抛光的终点。 2.根据权利要求1所述的化学机械抛光的在线监测装置， 其特征在于： 所述光路转折单 元至少包括第一反射镜和第二反射镜， 所述入射光路由准直光束经过第一反射镜反射形 成， 所述入射 光路经第二反射镜反射后形成出射 光路。 3.根据权利要求2所述的化学机械抛光的在线监测装置， 其特征在于： 所述第 一反射镜 和第二反射镜上 下错位设置， 且位于通 光窗口的中心轴线的两侧。 4.根据权利要求1所述的化学机械抛光的在线监测装置， 其特征在于： 所述光源为宽谱 光源， 其波长为20 0‑2000nm； 所述 准直光束的直径为1 ‑10mm。 5.根据权利要求1所述的化学机械抛光的在线监测装置， 其特征在于： 所述探测器为光 谱仪。 6.根据权利要求1所述的化学机械抛光的在线监测装置， 其特征在于： 所述探测器获取 对应的光谱信息， 转换成晶圆表面介质膜的厚度信息， 确定晶圆抛光的终点。 7.根据权利要求1所述的化学机械抛光的在线监测装置， 其特征在于： 还包括参考光采 样单元， 其设于光学镜组和光路转 折单元之间， 用于监测光源的光强。 8.根据权利要求7所述的化学机械抛光的在线监测装置， 其特征在于： 所述参考光采样 单元包括第一分光镜和第二分光镜， 所述准直光束经过第一分光镜形成信号光和参考光， 所述信号 光透过第一分光镜进入光路转 折单元。 9.根据权利要求8所述的化学机械抛光的在线监测装置， 其特征在于： 所述参考光采样 单元还包括光强探测器， 所述 参考光经过第二分光镜反射到 达探测器， 或到 达光强探测器。 10.根据权利要求9所述的化学机械抛光的在线监测装置， 其特征在于： 还包括控制器， 其与光源和探测器、 光 强探测器相连， 用于控制光源的亮灭和光 强， 并根据探测器获取的光 谱信息计算确定晶圆抛光的终点。 11.根据权利要求10所述的化学机械抛光的在线监测装置， 其特征在于： 所述控制器发 出第一控制 信号和第二控制信号， 该第一控制信号为脉冲信号， 用于控制光源的亮灭， 该第 二控制信号 为电平信号， 用于控制光源的光强。 12.根据权利要求11所述的化学机械抛光的在线监测装置， 其特征在于： 所述第 一控制 信号为脉冲电压值信号， 其脉冲宽度为10 ‑100us， 脉冲频率为100 ‑1000Hz； 所述第二控制信 号为可变电压值信号， 其电压值 为0‑5V。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115308140 A 2一种化学 机械抛光的在线 监测装置 技术领域 [0001]本发明属于化学机械抛光技术领域， 尤其是涉及 一种化学机械抛光的在线监测装 置。 背景技术 [0002]在目前的半导体集成电路芯片制造流程中， 化学机械抛光 （CMP） 是其中一项重要 的工艺步骤。 化学机械平坦工艺采用抛光垫和抛光液对晶圆研磨， 通过机械与化学相结合 的方式， 实现晶圆表面形貌的平坦化。 在工艺过程中， 抛光终点的判断十分重要， 即判断达 到预期的移除量或预期的厚度， 完成工艺过程。 [0003]早期的化学机械抛光工艺采用研磨时间控制工艺终点， 精度低， 可靠性差。 为适应 工艺， 发展了一系列终点检测方法， 基于力学的终点检测， 主要监测由研磨 工艺中材料摩擦 力变化导致的电机力矩变化， 需要有明显不同摩擦系数的两种介质层， 应用范围较小； 基于 电磁的终点检测， 主要监测由晶圆表 面金属层产生的涡流， 应用于金属膜厚度的检测， 无法 应用于绝缘材料； 基于光学的终点检测， 主要测量晶圆反射的光 强， 采用单色激光监测研磨 工艺中材料反射率的变化， 需要有明显不同反射率的两种介质层， 并且对于透明介质层， 反 射的光强为各介质表面反射光的干涉光强， 通过干涉光强的变化可以获得移除量信息， 但 无法获得薄膜厚度信息； 基于光谱的终点检测由光学方法发展而来， 采用多色光、 宽谱光、 白光等光源， 接 收晶圆反射的光谱信息， 通过光谱信息与薄膜厚度的对应关系监测厚度变 化， 应用于 透明介质膜的厚度检测。 发明内容 [0004]为了克服现有技术的不足， 本发明提供一种应用广泛， 终点检测准确的化学机械 抛光的在线监测装置 。 [0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 一种化学机械抛光的在线监测装 置， 设于抛光盘内， 可随抛光盘转动； 其包括， 光源； 光学镜组， 用于 接收光源发出的光束， 并产生 准直光束； 光路转折单元， 用于接收准直光束， 并将其形成入射光路， 该入射光路透过抛光盘 的通光窗口， 以照射至抛光盘上 的晶圆表面， 晶圆表面将入射光路反射后经过光路转折单 元形成出射 光路； 探测器， 用于 接收出射 光路， 以获取对应的光谱信息， 确定晶圆抛光的终点。 [0006]进一步的， 所述光路转折单元至少包括第一反射镜和第二反射镜， 所述入射光路 由准直光束经过第一反射镜反射形成， 所述入射 光路经第二反射镜反射后形成出射 光路。 [0007]进一步的， 所述第一反射镜和第二反射镜上下错位设置， 且位于通光窗口的中心 轴线的两侧。 [0008]进一步的， 所述光源为宽谱光源， 其波长为200 ‑2000nm； 所述准直光束的直径为1 ‑说　明　书 1/5 页 3 CN 115308140 A 3