本实用新型涉及金属膜厚测量
技术领域：
：，特别涉及一种用于晶圆铜层厚度多点测量的标定系统。
背景技术：
：：化学机械平坦化(ChemicalMechanicalPlanarization，CMP)技术是当今最有效的全局平坦化方法，并已成为集成电路制造的核心技术之一。对于CMP工艺，需要严格控制材料的去除量，避免晶圆“过抛”或者“欠抛”等情况的发生。对于铜CMP工艺，在铜CMP工艺过程后，为了全面分析本次工艺结果，迫切需要对晶圆表面剩余铜层厚度进行准确有效的测量。而电涡流检测方法可以很好地实现晶圆表明铜层厚度的测量，但是测量过程中传感器探头的提离高度会不可避免地发生波动，进而造成较大的测量误差，从而降低测量准确度。技术实现要素：本实用新型旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本实用新型的目的在于提出一种用于晶圆铜层厚度多点测量的标定系统，该系统可以很好地消除测量过程中提离高度波动所造成的测量误差，从而保证测量准确度，同时具有简单可靠的优点。为了实现上述目的，本实用新型提出了一种用于晶圆铜层厚度多点测量的标定系统，包括：电涡流传感器；数据采集装置，所述数据采集装置与所述电涡流传感器相连，以采集电涡流传感器输出的采样信号，并传输所述采样信号；数据库模块，所述数据库模块用于建立标定数据库以存储计算铜层厚度所需的多点标定表，其中，在所述多点标定表中对每一个测量点进行多点标样，且各测量点的标样数相同；上层控制系统，所述上层控制系统与所述数据采集装置相连，并用于存储所述标定数据库。所述上层控制系统接收所述数据采集装置传输的所述采样信号，并对所述采样信号进行数据处理后，根据选定的多点标定表计算晶圆表面铜层多点的厚度测量值，并对在计算完成后，所述上层控制系统根据测量点序，进行测量值与测量点坐标的一一匹配，并将匹配结果按照预设格式进行保存。根据本实用新型的用于晶圆铜层厚度多点测量的标定系统，基于多点标定算法，可以很好地消除测量过程中提离高度波动所造成的测量误差，从而保证测量准确度，同时具有简单可靠的优点。另外，根据本实用新型上述的用于晶圆铜层厚度多点测量的标定系统还可以具有如下附加的技术特征：在一些示例中，所述上层控制系统具有XY模式和全局模式两种测量模式，其中，所述XY模式测量晶圆表面两条垂直直径上各点的厚度值，所述全局模式测量晶圆表面以同心圆组均匀分布的多点厚度值。在一些示例中，其中，根据所述电涡流传感器的采样率和探头运动速率，在所述XY模式下一条测量直径上的输出测量点数为100点；根据8系列点分布，在所述全局模式下的输出测量点数为121点、169点和225点。在一些示例中，其中，在所述XY模式下，定义晶圆圆心为坐标原点，固定电涡流传感器探头从起始位运动至坐标原点的距离，以晶圆边缘上缺口所在半径为X轴负半轴，依次测量X轴负半轴、Y轴负半轴、X轴正半轴和Y轴正半轴方向上的四段半径，在测量过程中，根据用户设定的预留边距值计算所述探头在每段半径上移动的距离；在所述全局模式下，所述电涡流传感器探头在测量时从晶圆圆心向外运动，所述晶圆转盘带动晶圆做匀速转动，晶圆边缘缺口处为每圈测量起点，每圈测量时，所述探头在晶圆表面各测量圆的半径处保持静止，随着晶圆的自转，完成各特定半径圆周上的厚度测量，并在完成本圈测量后，所述探头运动至下一个半径处开始下一圈测量，直至完成全部测量。在一些示例中，所述上层控制系统用于建立独立的读取线程，以在实时读取电涡流传感器输出的采样信号的同时，获取系统的各项状态信息，并建立独立的测量工艺线程，以运行全自动工艺过程。在一些示例中，所述数据库模块建立所述标定数据库，功能包括：新建标定表、打开标定表、删除标定表、读取选定标定表的标定信息及刷新标定表，在系统运行时，所述上层控制系统用于判断用户是否已选定标定表，并在用户选择并获取指定标定表时，所述上层控制系统解锁所述数据库模块的打开标定表和计算厚度值功能，否则，所述上层控制系统控制用户界面上打开标定表和计算厚度值功能对应的控件不响应任何操作。在一些示例中，所述上层控制系统在进行新建标定表时，设计专用的标定窗口以实现新建标定表，所述标定窗口包含导入数据和生成标定表两项功能，所述上层控制系统在读取已选定标定表的标定信息时，通过循环遍历整张表格，分别获取所述已选定标定表上的待标定值和真实厚度值，并依次赋给二维数组x[i][j]和y[i][j]，其中，i代表第i个测量点，j代表第j个标样。在一些示例中，所述根据选定的多点标定表计算晶圆表面铜层多点的厚度测量值，包括：标定信息提取与排序：在每次测量前，根据本次测量点分布与测量点数要求，选定标定表，并读取所选定标定表的标定信息，并在标定信息读取完成后，对于每一个测量点，将标样数据按照由小到大的顺序进行排列，以得到该测量点正确的分段标定曲线，以便后续进行实际厚度值的计算；输出值预处理：所述上层控制系统将每个测量点所在局部测量区间内的所有采样点的平均值作为该测量点的输出值，且全部所述测量点的输出值的个数与测量点数相同，同时测量点数应与标定表中的行数一致；测量值计算与坐标匹配：在对所述采样信号进行数据预处理后，各测量点根据标定表中对应的标定信息和输出值，计算各测量点的测量值，并在计算完成后，按照实际测量次序，将计算得到的测量值与测量点坐标一一匹配，并将测量结果输出到预定文本中。在一些示例中，上层控制系统在计算所述测量值时，自动搜索当前输出值所属标定曲线的标定区间，并根据所在标定区间拟合计算参数，计算出对应的测量值，其中，计算的循环次数受所选标定表的行数与列数限制。在一些示例中，上层控制系统计算所述测量值，包括：判断当前输出值所属标定区间，如果输出值小于所在标定曲线中最小标样的待标定值，则计算测量值为该标定曲线最小标样的标定值；如果输出值大于所在标定曲线中最大标样的待标定值，则计算测量值为该标定曲线最大标样的标定值；如果输出值属于所在标定曲线的某段标定区间，则根据所在标定区间拟合本区间内的线性标定关系，以得到对应的斜率与截距；根据拟合得到的斜率与截距，计算出当前输出值所对应的厚度值。本实用新型的附加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的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本实用新型实施例的用于晶圆铜层厚度多点测量的标定系统的结构框图；图2是根据本实用新型一个实施例标定表编辑格式示意图；以及图3是根据本实用新型一个实施例标定表在数据库中的保存方式示意图。。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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。以下结合附图描述根据本实用新型实施例的用于晶圆铜层厚度多点测量的标定系统。图1是根据本实用新型一个实施例的用于晶圆铜层厚度多点测量的标定系统的结构框图。如图1所示，该标定系统100包括：电涡流传感器110、数据采集装置120、数据库模块130和上层控制系统140。具体地说，对于晶圆表面铜层，本实用新型采用电涡流检测方法，用于CMP前/后测量晶圆表面铜层厚度。电涡流传感器110具有探头，探头安装在机械臂的前端，并随机械臂直线运动，晶圆转盘用于吸附晶圆并带动晶圆旋转，支架用于配合晶圆传输机构的放片与取片过程，在测量时，晶圆的旋转运动与探头的直线运动相互配合，以进行晶圆表面铜层的多点测量。采集装置120与电涡流传感器110相连，以采集电涡流传感器110输出的采样信号，并传输采样信号。数据库模块130用于建立标定数据库以存储计算铜层厚度所需的多点标定表，其中，在多点标定表中对每一个测量点进行多点标样，且各测量点的标样数相同。上层控制系统140与数据采集装置120相连，接收数据采集装置120传输的采样信号，并用于存储标定数据库。上层控制系统140对采样信号进行数据处理后，根据选定的多点标定表计算晶圆表面铜层多点的厚度测量值，并在计算完成后，上层控制系统140根据测量点序，进行测量值与测量点坐标的一一匹配，并将匹配结果按照预设格式进行保存。其中，预设格式例如为.txt，即匹配结果的保存格式为.txt。其中，在一些示例中，上层控制系统140例如采用“工控机+多轴运动控制卡”的控制模式。其中，多轴运动控制卡可同时满足运动控制和信号输入/输出的需要。上层控制系统140通过多轴运动控制卡实时监控测量系统的动作与状态。测量时，上层控制系统140通过运动控制卡(即数据采集装置120)实时读取电涡流传感器110连续采样信号。采样结束后，上层控制系统140根据反馈信号，进行后续的数据处理及各测量点厚度值的计算。计算完成后，上层控制系统140根据测量点序，完成测量值与测量点坐标的一一匹配，然后将测量结果按照规定的格式(如.txt)保存。在本实用新型的一个实施例中，根据工艺需求，上层控制系统140具有XY模式和全局模式两种测量模式，其中，XY模式测量晶圆表面两条垂直直径上各点的厚度值，全局模式测量晶圆表面以同心圆组均匀分布的多点厚度值。进一步地，系统在XY模式下一条测量直径上的输出测量点数为100点；根据8系列点分布，系统在全局模式下的输出测量点数为121点、169点和225点。其中，在本实用新型的一个实施例中，在XY模式下，定义晶圆圆心为坐标原点，固定探头从起始位(home位)运动至坐标原点的距离，以晶圆边缘上缺口(Notch)所在半径为X轴负半轴，依次测量X轴负半轴、Y轴负半轴、X轴正半轴和Y轴正半轴方向上的四段半径。在测量过程中，根据用户设定的预留边距值(最外测量点距离晶圆边缘的径向距离)计算探头在每段半径上移动的距离，即为晶圆半径与预留边距值的差值。另一方面，在全局模式下，探头在测量时从晶圆圆心向外运动，晶圆转盘带动晶圆做匀速转动，晶圆边缘缺口(Notch)处为每圈测量起点。每圈测量时，探头在晶圆表面各测量圆的半径处保持静止，随着晶圆的自转，完成各特定半径圆周上的厚度测量，并在完成本圈测量后，探头运动至下一个半径处开始下一圈测量，直至完成全部测量。在本实用新型的实施例中，相邻两个测量圆周之间的径向间距相同，由上层控制系统140根据测量点总数和设定的预留边距值自行计算。根据8系列点分布，各测量圆周上测量的数据点数由内至外逐渐增多，各圈测量点在所在圆周上均匀分布。在本实用新型的一个实施例中，针对上述工艺过程，上层控制系统140用于建立独立的读取线程，以在实时读取电涡流传感器110输出的采样信号的同时，获取系统的各项状态信息，例如晶圆转盘和机械臂的运动参数(例如，位置/角度，速度和加速度)，各种开关变量的通断，以及气源压力等；并建立独立的测量工艺线程，以运行全自动工艺过程，即根据用户选择的测量模式(XY模式或者全局模式)，为本次测量过程单独开一个线程。在本实用新型的一个实施例中，例如采用多点标定算法，可以很好地消除测量过程中提离高度波动所造成的测量误差，从而保证测量准确度，而且该算法本身简便可靠。基于此，本实用新型利用QtSql模块建立数据库模块130以存储计算铜层厚度所需的多点标定表，其中，在多点标定表中对每一个测量点进行多点标样，且各测量点的标样数相同。其中，标定数据库保存在上层控制系统140的工控机中。在数据库中，标定表编辑格式例如图2所示。进一步地，上层控制系统140在完成对电涡流传感器110输出的采样信号的数据处理后，根据选定的多点标定表即可进行厚度值的计算。其中，数据库模块130具体功能包括：新建标定表、打开标定表、删除标定表、读取选定标定表的标定信息及刷新标定表。在系统运行时，上层控制系统140用于判断用户是否已选定标定表，并在用户选择并获取指定标定表时，上层控制系统140才会解锁数据库模块130的打开标定表和计算厚度值两项功能，否则，上层控制系统140控制用户界面上打开标定表和计算厚度值功能对应的控件不响应任何操作。通俗地说，即标定数据库的主要功能包括：新建标定表；打开标定表；删除标定表；读取已选定标定表的标定信息；刷新标定列表。运行时，上层控制系统140需判断用户是否已选择标定表，只有用户选择并读取了某一标定表，才可解锁打开标定表和计算厚度值等功能，否则用户界面上打开标定表和计算厚度值等功能的控件不会响应任何操作。在本实用新型的一个实施例中，上层控制系统140在进行新建标定表时，设计专用的标定窗口以实现新建标定表，标定窗口包含导入数据和生成标定表两项功能，上层控制系统140在读取已选定标定表的标定信息时，通过循环遍历整张表格，分别获取已选定标定表上的待标定值和真实厚度值，并依次赋给二维数组x[i][j]和y[i][j]，其中，i代表第i个测量点，j代表第j个标样。具体地，本实用新型的以下实施例将按照各功能依次说明实现方法及作用，即在进行新建标定表、打开标定表、删除标定表、读取选定标定表的标定信息及刷新标定表时，具体包括：(1)新建标定表为了方便工艺人员新建标定表格，设计专用的标定窗口。标定窗口根据用户设置，调整窗口参数配置。例如，根据用户选择的标样组个数和测量模式(测量点总数)调整标定表格的行数与列数。其中，行数对应标样组个数，列数对应测量点数，具体原理示意图如图2所示。标定窗口主要包含导入数据和生成标定表两项功能。导入功能：用户首先选中窗口内要导入的数据行，然后选择要导入的数据；系统自动读入全部数据后，按空格符依次拆分出各个数据，并判断要导入的数据是否符合当前表格规格(数据个数应符合标定表格的列数)，如果满足要求，则依次将各个数据显示在表格规定的数据项中。生成标定表：待用户确认已编辑完成的各项数据后，系统首先遍历窗口内整张标定表格的全部单元格，判断是否有非法字符(例如，空白字符)，如果内容正常，则获取表名(用户自行命名)；然后按列读取窗口表格数据，并依次插入到数据库中新创建的表格中。(2)打开标定表首先，定义数据库路径，并调用QSqlDatabase::addDatabase()来创建QSqlDatabase对象。在本实用新型的实施例中，使用SQLITE数据库驱动程序来访问标定数据库。然后，打开数据库(如果打开失败，弹出错误提示窗口)。当正确建立数据库连接后，创建QSqlTableModel对象，读取工艺人员选定的标定表格的行与列，并设置各行名与各列名；创建QTableView对象，并加载已创建的QSqlTableModel对象；利用QTableView对象显示QSqlTableModel对象的内容。最后，关闭数据库。(3)删除标定表首先连接并打开数据库(此步方法同打开标定表)。当正确打开数据库后，使用QSqlQuery执行底层数据库支持的SQL语言。本功能负责删除数据库中指定的标定表，需调用删除表格指令“droptable+tablename”。删除完成后，关闭数据库。(4)读取已选定标定表的标定信息首先连接并打开数据库(此步方法同打开标定表)。当正确打开数据库后，使用QSqlQuery加载已选定标定表格中的所有数据。在本实用新型中，标定表在数据库中的保存格式(如图3所示)和在标定表格窗口上显示的格式不一致，具体地，两种方式为互置关系，在算法设计时，更方便程序的开发。在数据提取时，通过循环遍历整张表格，分别获取标定表上的待标定值和真实厚度值，并依次赋给二维数组x[i][j]和y[i][j]。其中，i代表第i个测量点，j代表第j个标样。(5)刷新标定列表首先连接并打开数据库(此步方法同打开标定表)。当正确打开数据库后，利用QSqlDatabase的成员函数tables(QSql::Tables)，即可获取全部标定表的表名，然后返回列表，并关闭数据库。在完成每次测量的全过程采样后，上层控制系统140计算晶圆表面铜层多点的厚度测量值。具体地，在本实用新型的一个实施例中，上层控制系统140计算晶圆表面铜层多点的厚度测量值，包括：1)标定信息提取与排序：在每次测量前，应根据本次测量点分布与测量点数要求，选定标定表，并读取所选定标定表的标定信息，并在标定信息读取完成后，对于每一个测量点，将标样数据按照由小到大的顺序进行排列，以得到该测量点正确的分段标定曲线，方便后续进行实际厚度值的计算。其中，读取到的标定信息分别存储到的二维数组x[i][j]和y[i][j]中。其中，x负责存储标定表上的待标定值，y负责存储真实厚度值，i代表第i个测量点，j代表第j个标样。2)输出值预处理：由于测量时，对于同一半径(XY模式)或者同一圆上(全局模式)，测量系统采取连续采样的方式，而非定点测量。因此，上层控制系统140将每个测量点所在局部测量区间内的所有采样点的平均值作为该测量点的输出值，并保证全部测量点的输出值的个数与测量点数相同，同时测量点数应与标定表中的行数一致。3)测量值计算与坐标匹配：在完成电涡流传感器110输出信号采样及数据处理后，各测量点根据标定表中对应的标定信息和输出值，计算各测量点的测量值，并在计算完成后，按照实际测量次序，将计算得到的测量值与测量点坐标一一匹配，并将测量结果输出到预定文本中。更为具体地，例如将测量结果按照.txt格式输出并存储到预定文件中。其中，上层控制系统140用于在计算测量值时，自动搜索当前输出值所属标定曲线的标定区间，并根据所在标定区间拟合计算参数，计算出对应的测量值。其中，计算的循环次数受所选标定表的行数与列数限制，加强了程序运行的安全性。基于待标定值与真实厚度值之间较好的线性关系，各标定区间的拟合方式采用线性拟合。具体地，在本实用新型的一个实施例中，上层控制系统140计算测量值，包括：判断当前输出值所属标定区间，如果输出值小于所在标定曲线中最小标样的待标定值，则计算测量值为该标定曲线最小标样的标定值；如果输出值大于所在标定曲线中最大标样的待标定值，则计算测量值为该标定曲线最大标样的标定值；如果输出值属于所在标定曲线的某段标定区间，则根据所在标定区间拟合本区间内的线性标定关系，以得到对应的斜率a与截距b；最后根据拟合得到的斜率a与截距b，计算出当前输出值所对应的厚度值。综上，根据本实用新型实施例的模用于晶圆铜层厚度多点测量的标定系统，基于多点标定算法，可以很好地消除测量过程中提离高度波动所造成的测量误差，从而保证测量准确度，同时具有简单可靠的优点。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实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨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，本实用新型的范围由权利要求及其等同限定。当前第1页1 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