CN114589617A - 金属膜厚测量方法、膜厚测量装置和化学机械抛光设备 - Google Patents

金属膜厚测量方法、膜厚测量装置和化学机械抛光设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属膜厚测量方法、膜厚测量装置和化学机械抛光设备，方法包括：基于幅值法或相位法测量晶圆表面金属薄膜的膜厚时，计算幅值法或相位法对应的极值点；根据所述极值点、测量量程和/或测量灵敏度来调节激励频率，其中，所述测量量程为测量膜厚范围，所述测量灵敏度为分辨率，所述激励频率为用于膜厚测量装置的激励信号的频率。本发明利用极值点，可以得到幅值法和相位法中最优的测量量程和测量灵敏度。

Description

金属膜厚测量方法、膜厚测量装置和化学机械抛光设备
技术领域
本发明涉及化学机械抛光技术领域，尤其涉及一种金属膜厚测量方法、膜厚测量装置和化学机械抛光设备。
背景技术
集成电路(Integrated Circuit，IC)是信息技术产业发展的核心和命脉。集成电路一般通过在硅晶圆上相继沉积导电层、半导体层或绝缘层而形成。从而使晶圆表面沉积有填料层形成的薄膜。制造工艺中，需要持续平坦化填料层直到露出图案化的顶表面，以在凸起图案之间形成导电路径。
化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)技术是IC制造过程中的首选平面化工艺。在化学机械抛光中，对半导体器件的制造工艺而言，过多或过少的材料去除都会导致器件电性的减退甚至失效。为了提高化学机械抛光工艺的可控度，提升产品的稳定性，降低产品的缺陷率，使每一片晶圆达到均一性的生产，化学机械抛光的终点检测技术(Endpoint Detection，EPD)应运而生。
在金属CMP终点检测中，电涡流检测是最常用的方法，其输出的信号为电压信号，该电压信号的大小与所测晶圆表面的金属膜厚有关。现有技术中，不同的电涡流传感器线圈结构会产生不同的电涡流检测的量程和分辨率，目前一般靠人工步进式一点一点改变参数进行测试，测试时间长，且依据经验数据，结果容易不准确，影响使用。
发明内容
本发明实施例提供了一种金属膜厚测量方法、膜厚测量装置和化学机械抛光设备，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
本发明实施例的第一方面提供了一种金属膜厚测量方法，包括：
基于幅值法或相位法测量晶圆表面金属薄膜的膜厚时，计算幅值法或相位法对应的极值点；
根据所述极值点、测量量程和/或测量灵敏度来调节激励频率，其中，所述测量量程为测量膜厚范围，所述测量灵敏度为分辨率，所述激励频率为用于膜厚测量装置的激励信号的频率。
本发明实施例的第二方面提供了一种膜厚测量装置，采用如上所述的金属膜厚测量方法进行膜厚测量；所述膜厚测量装置包括电涡流传感器和检测电路；所述电涡流传感器包括激励线圈和感应线圈；所述激励线圈和感应线圈均为扁平线圈，并且同轴设置，激励线圈与感应线圈的绕线方向相同。
本发明实施例的第三方面提供了一种化学机械抛光设备，包括：
抛光盘，其覆盖有用于对晶圆进行抛光的抛光垫；
承载头，用于保持晶圆并将晶圆按压在所述抛光垫上；
膜厚测量装置，用于在抛光期间测量晶圆的膜厚；
控制装置，用于实现如上所述的金属膜厚测量方法。
本发明实施例的第四方面提供了一种控制装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述金属膜厚测量方法的步骤。
本发明实施例的第五方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述金属膜厚测量方法的步骤。
本发明实施例的有益效果包括：利用极值点，可以得到幅值法和相位法中最优的测量量程和测量灵敏度。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，但这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：
图1为本发明一实施例提供的化学机械抛光设备的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的化学机械抛光设备的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的膜厚测量装置的结构示意图；
图4为本发明一实施例提供的电涡流传感器的结构示意图；
图5为本发明一实施例提供的电涡流传感器的示意图；
图6为本发明另一实施例提供的电涡流传感器的示意图；
图7为本发明一实施例提供的电涡流传感器的等效电路图；
图8为本发明一实施例提供的LC谐振回路；
图9为本发明一实施例提供的金属膜厚测量方法的流程示意图；
图10示出了在不同激励频率下幅值与膜厚的关系曲线；
图11示出了在不同激励频率下相位与膜厚的关系曲线；
图12示出了在不同激励频率下幅值变化量在边缘衰减的情况。
具体实施方式
下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。应当理解的是，除非特别予以说明，为了便于理解，以下对本发明具体实施方式的描述都是建立在相关设备、装置、部件等处于原始静止的未给与外界控制信号和驱动力的自然状态下描述的。
此外，还需要说明的是，本申请中使用的例如前、后、上、下、左、右、顶、底、正、背、水平、垂直等表示方位的术语仅仅是为了便于说明，用以帮助对相对位置或方向的理解，并非旨在限制任何装置或结构的取向。
为了说明本发明所述的技术方案，下面将参考附图并结合实施例来进行说明。
在本申请中，化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing)也称为化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization)，晶圆(wafer)也称为晶片、硅片、基片或基板(substrate)，其含义和实际作用等同。
如图1所示，本发明实施例提供的化学机械抛光设备1的主要构成部件有用于保持晶圆w并带动晶圆w旋转的承载头10、覆盖有抛光垫21的抛光盘20、用于修整抛光垫21的修整器30、以及用于提供抛光液的供液部40。
在化学机械抛光过程中，承载头10通过负压吸取晶圆w，并将晶圆w含有金属薄膜的一面压在抛光垫21上，并且承载头10做旋转运动以及沿抛光盘20的径向往复移动使得与抛光垫21接触的晶圆w表面被逐渐抛除，同时抛光盘20旋转，供液部40向抛光垫21表面喷洒抛光液。在抛光液的化学作用下，通过承载头10与抛光盘20的相对运动使晶圆w与抛光垫21摩擦以进行抛光。在抛光期间，修整器30用于对抛光垫21表面形貌进行修整和活化。使用修整器30可以移除残留在抛光垫21表面的杂质颗粒，例如抛光液中的研磨颗粒以及从晶圆w表面脱落的废料等，还可以将由于研磨导致的抛光垫21表面形变进行平整化。
在化学机械抛光过程中，晶圆w被承载头20压在抛光垫21上，并随承载头20沿抛光盘10径向往复运动，同时，承载头20与抛光盘10同步旋转运动，使得与抛光垫21接触的晶圆w表面被逐渐抛除。
如图2所示，化学机械抛光设备1还包括用于在线测量晶圆w膜厚的膜厚测量装置50和控制装置。膜厚测量装置50安装在抛光盘20内，位于抛光垫21下方。膜厚测量装置50跟随抛光盘20旋转从而实现在抛光的同时进行膜厚在线测量。膜厚测量装置50挨着抛光垫21设置，晶圆w放在抛光垫21上，因此，膜厚测量装置50距晶圆w的距离即为抛光垫21的厚度。
在抛光过程中，需要实时监测晶圆w的膜厚变化以及膜厚值，以便采取相应的抛光工艺，避免出现过抛或者抛光不完全。在抛光过程中对晶圆表面金属膜厚进行在线测量，从而通过调节承载头10的压力来精确的控制金属薄膜的去除速率，实现更好的全局平坦化。膜厚测量装置50可以采用电涡流检测，电涡流检测的原理是膜厚测量装置50在扫过晶圆w时，晶圆w表面的金属膜层会感生涡流而使膜厚测量装置50产生的磁场发生变化，从而在通过抛光移除该金属膜层时，膜厚测量装置50测量涡流变化来对金属膜层的膜厚进行测量。
在本发明的一个实施例中，膜厚测量装置50包括电涡流传感器51和检测电路。
如图3所示，检测电路包括振荡器、移相单元、差分放大单元、余弦同步检波单元、正弦同步检波单元、第一低通滤波与放大单元以及第二低通滤波与放大单元。
其中，振荡器分别与激励线圈511和移相单元连接，移相单元分别与余弦同步检波单元和正弦同步检波单元连接，差分放大单元分别与感应线圈512、余弦同步检波单元和正弦同步检波单元连接，余弦同步检波单元与第一低通滤波与放大单元连接，正弦同步检波单元与第二低通滤波与放大单元连接。
如图3所示，检测电路的工作原理为：通过振荡器分别向激励线圈511和移相单元输入激励电压，通过差分放大单元来检测感应线圈512两端的输出电压并将该输出电压输入至余弦同步检波单元和正弦同步检波单元，通过移相单元将原始激励电压信号(图3中以0°表示)和移相后的正交电压信号(图3中以90°表示)分别输入至余弦同步检波单元和正弦同步检波单元，然后，余弦同步检波单元的输出信号经第一低通滤波与放大单元得到感应线圈512的输出电压的虚部分量Y，正弦同步检波单元的输出信号经第二低通滤波与放大单元得到感应线圈512的输出电压的实部分量X，实部分量X和虚部分量Y经过向量计算得到感应线圈512的输出电压的幅值
Figure BDA0003529324680000061
与相位
Figure BDA0003529324680000062
最后，检测电路的输出通过数据采集模块和通讯模块将该幅值和相位送至上位机。
如图4所示，电涡流传感器51包括激励线圈511、感应线圈512、线圈骨架513和屏蔽壳514。通过实验验证，双线圈的结构具有比单线圈更好的边缘测量性能。
如图4所示，线圈骨架513是用来支撑固定感应线圈512和激励线圈511并使两个线圈之间绝缘，将感应线圈512和激励线圈511同向绕制在其上面，并在线圈骨架513一侧引出两个线圈的四根引线，线圈骨架513的材料可以是有机玻璃或者是PPS工程塑料。
如图4所示，在线圈骨架513的周围有一圈屏蔽壳514，其材料可以是坡莫合金或者铝，厚度为0.2mm至0.5mm。屏蔽壳514可以减小外界磁场环境的变化对电涡流传感器51性能造成的影响。在一个实施例中，屏蔽壳514的芯层由金属材料制成，并且表面涂覆有非金属材料层以防止金属离子污染。
在一个实施例中，激励线圈511和感应线圈512均为扁平线圈，并且同轴设置，激励线圈511与感应线圈512的绕线方向相同。线圈可以采用漆包线绕线工艺绕制，也可以通过PCB或者MEMS工艺制作。
如图5所示，作为一种可实施方式，激励线圈511和感应线圈512均为环形的扁平线圈，激励线圈511和感应线圈512上下并列并且同轴设置。具体地，在化学机械抛光设备1中，激励线圈511位于感应线圈512下方，激励线圈511与感应线圈512之间的间距小于0.9mm。激励线圈511的内径大于1mm，外径小于5mm，匝数小于200匝。感应线圈512的内径大于1mm，外径小于8mm，匝数不大于600匝且不小于激励线圈511的匝数。在一个具体实施例中，选取激励线圈511的内径为2mm，外径为4.2mm，匝数为50匝，选取感应线圈512的内径为2mm，外径为8mm，匝数为350匝。
如图6所示，作为另一种可实施方式，激励线圈511和感应线圈512均为环形的扁平线圈，激励线圈511和感应线圈512同轴并且平行设置，激励线圈511位于环形的感应线圈512的环内，感应线圈512包裹着激励线圈511的外径。激励线圈511的内径大于1mm，外径小于5mm，匝数小于100匝。感应线圈512的内径不小于激励线圈511的外径，感应线圈512的外径小于8mm，匝数不大于600匝且不小于激励线圈511的匝数。在一个具体实施例中，选取激励线圈511的内径为1mm，外径为3mm，匝数为50匝，感应线圈512的内径为4mm，外径为7mm，匝数为300匝。
电涡流传感器51的安装位置如图2所示，将电涡流传感器51与金属薄膜的提离高度定义为感应线圈512到金属薄膜的距离，提离高度不大于4mm。使用中电涡流传感器51的上表面应当尽量靠近抛光垫21，一般抛光垫21的初始厚度小于等于3.5mm，最大提离高度一般是3.5mm。。
电涡流传感器51作为膜厚测量装置50的核心部分，主要是用来激发交变的电磁场和感应不同金属薄膜而引起的互感效应所产生的感生电动势的变化。在其他条件不变的情况下，感生电动势和金属膜厚存在一一对应的关系。
激励线圈511主要是通入固定频率的交流信号，产生交变的磁场，进而在金属薄膜和感应线圈512中产生感应电动势，激励线圈511、感应线圈512和金属薄膜三者之间存在耦合的电磁感应关系。如图7所示，利用变压器模型，可以解算其耦合关系。
这里定义，激励线圈511的电感量为L1，激励线圈511的内阻为R1，输入激励线圈511的激励信号的激励电压为U1，激励信号的激励电流为I1，激励信号的角频率为ω；感应线圈512两端的输出电压为U2，感应线圈512的内阻为R2，感应线圈512的电感量为L2；金属薄膜的等效电感为Lt，金属薄膜的等效电阻为Rt，金属薄膜的感应电流为It；激励线圈511与金属薄膜之间的互感系数为M1t，激励线圈511与金属薄膜之间的互感因子为k1t(x)，激励线圈511与感应线圈512之间的互感系数为M12，激励线圈511与感应线圈512之间的互感因子为k12，感应线圈512与金属薄膜之间的互感系数为M2t，感应线圈512与金属薄膜之间的互感因子为k2t(x)。
假设感应线圈512开路，且忽略激励线圈511受到金属薄膜互感的影响，根据基尔霍夫电压定律，可以得到：
I1(R1+jωL1)＝U1 1)
RtLt+jωLtIt＝jωM1tI1 2)
R2I2+jωL2I2+jωM12I1-jωM2tIt＝U2 3)
互感系数可表达为：
Figure BDA0003529324680000081
Figure BDA0003529324680000082
Figure BDA0003529324680000083
其中，x为提离高度。在线圈其他参数确定的情况下互感因子仅与距离有关，换言之，k1t(x)与激励线圈511与金属薄膜之间的垂直距离有关，k2t(x)与感应线圈512与金属薄膜之间的垂直距离有关。基于本申请实施例中电涡流传感器51的双线圈结构，如图5或图6所示，激励线圈511与感应线圈512之间的距离是固定的，所以，k12为常数，k1t(x)和x2t(x)均可表示为与提离高度x相关的函数。并且，k12、k1t(x)和k2t(x)的数值均在0和1之间。
根据等效涡流环理论，在导体膜厚极其薄时，可以得到：
Figure BDA0003529324680000091
Lt＝μ0·S(r2，r1) (8)
其中，t为膜厚，μ0为相对磁导率，σ为电导率，r1为等效涡流环的内径，r2为等效涡流环的外径，S(r2，r1)是等效涡流环内外径的函数。当线圈结构固定时，等效涡流环的外径r2、内径r1、以及S(r2，r1)的值可认为固定不变。
定义常数G，可表达为：
Figure BDA0003529324680000092
通过联立以上各式，可得到输出电压为：
Figure BDA0003529324680000093
当电涡流传感器51放置于没有被测样品的空间里，测得的空气电压值为：
Figure BDA0003529324680000094
实际上，电压的变化量，即有效信号为：
ΔU＝U2-Uair (12)
可进一步表示为：
Figure BDA0003529324680000101
电压的变化量有两个特征量，分别是幅值和相位，可以表示为：
Figure BDA0003529324680000102
Figure BDA0003529324680000103
可以看出，幅值|ΔU|和相位
Figure BDA0003529324680000104
仅仅与提离高度x和金属膜厚t有关，当提离高度x固定不变的时候，幅值|ΔU|和相位
Figure BDA0003529324680000105
仅仅与膜厚t有关，在线圈的结构、金属薄膜种类、激励电压等确定的情况下，幅值|ΔU|和相位
Figure BDA0003529324680000106
可以用来测量金属膜厚t的变化。通过解算幅值|ΔU|来获取膜厚的方法可以称为幅值法，通过解算相位
Figure BDA0003529324680000107
来获取膜厚的方法可以称为相位法。
随着金属膜厚t的变化，幅值|ΔU|存在一个极值点，这个极值点对应的膜厚的大小决定了幅值法测量厚度的范围。随着膜厚的增大，幅值先增大后减小，幅值|ΔU|的极值点可以表达为：
Figure BDA0003529324680000108
对于相位法，当k12-k1t(x)k2t(x)<0时，相位
Figure BDA0003529324680000109
的值随着膜厚的增大而单调增大。当k12-k1t(x)k2t(x)>0时，相位
Figure BDA00035293246800001010
的值存在极值点，随着膜厚的增加，相位值先减小后增大。相位
Figure BDA00035293246800001011
的极值点为：
Figure BDA00035293246800001012
当电涡流传感器51同时存在幅值和相位的极值点的时候，有下式：
Figure BDA0003529324680000111
如果
Figure BDA0003529324680000112
幅值法的膜厚测量范围大于相位法，否则小于。当线圈结构参数、被测金属膜材料、提离高度确定的情况下，可以通过调节激励频率的大小来调节幅值法和相位法的测量灵敏度和测量量程大小。
为了进一步提高感应线圈的测量灵敏度，在感应线圈两端采用图8所示的LC谐振回路，其中R2为感应线圈的内阻，C为并联的谐振电容。在激励信号的频率为f时，谐振电容可取：
Figure BDA0003529324680000113
由于存在趋肤效应，导体中的电涡流强度随着深入导体中的深度的增加而呈现指数级的下降，对于非磁性材料来说，趋肤深度的计算公式为
Figure BDA0003529324680000114
其中，f是激励频率，也是LC谐振回路的谐振频率。为了能够准确的测量金属薄膜的厚度，所选取的工作频率f下的趋肤深度要大于金属薄膜的最大厚度，即使得电磁场完全穿透被测金属薄膜。此外，由于线圈自身寄生参数的存在，一般还要使得激励频率f小于0.7倍的感应线圈自谐振频率fse，这样可提升电涡流传感器51的稳定性。具体地，激励频率f可以取300kHZ至10MHz。
基于以上分析，本发明另一实施例还提供了一种金属膜厚测量方法，本方法适用于使用电涡流式的膜厚测量装置50测量晶圆w膜厚，且晶圆w表面膜层为金属材料，例如铜、钨、铝、钽、钛等。晶圆w的膜厚可以为0至3um。
如图9所示，本发明实施例提供的金属膜厚测量方法包括：
步骤S1，基于幅值法或相位法测量晶圆表面金属薄膜的膜厚时，计算幅值法或相位法对应的极值点。
其中，幅值法是通过膜厚测量装置50输出的信号的幅值来获取膜厚，相位法是通过膜厚测量装置50输出的信号的相位来获取膜厚。具体，可以根据上述公式(16)、(17)计算幅值法或相位法对应的极值点。
步骤S2，根据所述极值点、测量量程和/或测量灵敏度来调节激励频率，其中，所述测量量程为测量膜厚范围，所述测量灵敏度为分辨率，所述激励频率为用于膜厚测量装置的激励信号的频率。
可以理解的是，测量量程越大、测量灵敏度越小，测量量程越小、测量灵敏度越大，测量量程和测量灵敏度之间的是矛盾的，如何得到最优的组合是一个棘手的问题。
在一个实施例中，步骤S2包括：根据计算的极值点来调节激励频率的大小，从而调节幅值法和相位法的测量灵敏度和测量量程的大小，以得到最优的测量灵敏度和测量量程的组合。
进一步，已知所需的测量膜厚范围，这里的测量膜厚范围是金属膜需要抛除的厚度，例如，晶圆表面的金属膜有2μm厚，需要全部抛除，那么，所需的测量膜厚范围就是0～2μm。为了使测量量程覆盖所需的测量膜厚范围，应当使极值点落在所需的测量膜厚范围之外，那么可以计算得到一激励频率的范围，取得该范围中的最大值，以使测量灵敏度最大。
具体地，步骤S2包括：
1)调整极值点使其落在所需的测量膜厚范围之外，以实现测量量程覆盖所需的测量膜厚范围；
2)计算相应的激励频率的范围，取得激励频率的范围的最大值，以使测量灵敏度最大。
本发明实施例可以根据计算的极值点来调节激励频率的大小，从而调节幅值法和相位法的测量灵敏度和测量量程的大小，能够得到最优的测量灵敏度和测量量程的组合。
图10和图11分别为不同激励频率下的幅值和相位与被测铜膜厚度的关系。可以看到，无论是幅值灵敏度还是相位灵敏度都会随着激励频率的增大而提高。在幅值法测量中，谐振频率为1.18MHz时，极值点对应的膜厚在1250nm到1460nm之间。假设该极值点对应的膜厚为1350nm，那么根据公式(16)，可以得到，当激励频率为434kHz和778kHz时，其极值点对应的膜厚值分别为3670nm和2048nm。从图10中可得到，当频率降低时，可测量的膜厚范围也越来越大，极值点消失在我们所需要的50nm-2000nm之间。这有效的证明了公式(16)可用于指导，通过调节感应线圈谐振回路的谐振频率，来调整双线圈传感器幅值法测量的灵敏度和量程范围。此外，相位变化量在量程范围内随膜厚的增大而单调增大，没有出现极值点，有着较好的厚度测量特性。
参见图10和图11可以看出，随着激励频率的增加，极值点对应的膜厚减小，也就是测量量程减小，但是测量灵敏度会增大。测量量程和测量灵敏度是一对矛盾的参数，调大测量量程会使测量灵敏度降低，而调大测量灵敏度会使测量量程减小，因此，如何在二者竞合下得到最优解是个棘手的问题。如果采用人工一个值一个值去试，不仅麻烦、测试时间长，而且容易发生过量或不足的情况。本发明实施例基于双线圈的具体结构，推导出了计算极值点的具体公式，根据公式计算出极值点，再利用极值点，可以快速、准确地得到幅值法和相位法中最优的测量量程和测量灵敏度。
图12示出了在三种不同激励频率下，幅值变化量在边缘衰减的情况。其中，归一化衰减值是指在直径为300mm去边2.5mm的镀铜晶圆表面，从半径130mm到150mm之间位置处的测量信号幅值除以130mm处的信号幅值。可以看出，激励频率越高，边缘衰减越慢。综合考虑，膜厚测量装置50的量程、灵敏度和边缘测量特性，在本实施例中，可以选用激励频率为750kHz～800kHz较为适当。
本发明实施例还提供了一种控制装置，其包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现如图9所示的方法步骤。所述控制装置是指具有数据处理能力的终端，包括但不限于计算机、工作站、服务器，甚至是一些性能优异的智能手机、掌上电脑、平板电脑、个人数字助理(PDA)、智能电视(Smart TV)等。控制装置上一般都安装有操作***，包括但不限于：Windows操作***、LINUX操作***、安卓(Android)操作***、Symbian操作***、Windowsmobile操作***、以及iOS操作***等等。以上详细罗列了控制装置的具体实例，本领域技术人员可以意识到，控制装置并不限于上述罗列实例。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如图9所示的方法步骤。所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种金属膜厚测量方法，其特征在于，包括：
基于幅值法或相位法测量晶圆表面金属薄膜的膜厚时，计算幅值法或相位法对应的极值点；
根据所述极值点、测量量程和/或测量灵敏度来调节激励频率，其中，所述测量量程为测量膜厚范围，所述测量灵敏度为分辨率，所述激励频率为用于膜厚测量装置的激励信号的频率。
2.如权利要求1所述的金属膜厚测量方法，其特征在于，根据计算的极值点来调节激励频率的大小，从而调节幅值法和相位法的测量灵敏度和测量量程的大小，以得到最优的测量灵敏度和测量量程的组合。
3.如权利要求2所述的金属膜厚测量方法，其特征在于，调整极值点使其落在所需的测量膜厚范围之外，以实现测量量程覆盖所需的测量膜厚范围；
计算相应的激励频率的范围，取得激励频率的范围的最大值，以使测量灵敏度最大。
4.如权利要求1所述的金属膜厚测量方法，其特征在于，所述幅值法为通过所述膜厚测量装置探测金属薄膜时输出的信号的幅值来获取膜厚，所述相位法为通过所述膜厚测量装置探测金属薄膜时输出的信号的相位来获取膜厚。
5.如权利要求4所述的金属膜厚测量方法，其特征在于，所述膜厚测量装置探测金属薄膜时输出的有效信号为：
Figure FDA0003529324670000011
其中，ΔU为感应线圈两端的输出电压的有效信号，ω为输入激励线圈的激励信号的角频率，k1t(x)为激励线圈与金属薄膜之间的互感因子，k2t(x)为感应线圈与金属薄膜之间的互感因子，x为提离高度，Rt为金属薄膜的等效电阻，Lt为金属薄膜的等效电感，k12为激励线圈与感应线圈之间的互感因子，L1为激励线圈的电感量，L2为感应线圈的电感量，I1为激励信号的激励电流。
6.如权利要求5所述的金属膜厚测量方法，其特征在于，
Figure FDA0003529324670000021
Lt＝μ0·S(r2,r1)
其中，t为所述膜厚，σ为电导率，r2为等效涡流环的外径，r1为等效涡流环的内径，μ0为相对磁导率，S(r2，r1)为一自定义函数。
7.如权利要求6所述的金属膜厚测量方法，其特征在于，所述有效信号的幅值为：
Figure FDA0003529324670000022
其中，
Figure FDA0003529324670000023
其中，|ΔU|为所述有效信号的幅值，G为一自定义常数。
8.如权利要求7所述的金属膜厚测量方法，其特征在于，所述有效信号的幅值的极值点为：
Figure FDA0003529324670000024
其中，tU为所述有效信号的幅值的极值点。
9.如权利要求6所述的金属膜厚测量方法，其特征在于，所述有效信号的相位为：
Figure FDA0003529324670000031
其中，
Figure FDA0003529324670000032
其中，
Figure FDA0003529324670000033
为所述有效信号的相位，G为一自定义常数。
10.如权利要求9所述的金属膜厚测量方法，其特征在于，所述有效信号的相位的极值点为：
Figure FDA0003529324670000034
其中，
Figure FDA0003529324670000035
为所述有效信号的相位的极值点。
11.一种膜厚测量装置，其特征在于，采用如权利要求1至10任一项所述的金属膜厚测量方法进行膜厚测量；所述膜厚测量装置包括电涡流传感器和检测电路；所述电涡流传感器包括激励线圈和感应线圈；所述激励线圈和感应线圈均为扁平线圈，并且同轴设置，激励线圈与感应线圈的绕线方向相同。
12.如权利要求11所述的膜厚测量装置，其特征在于，所述检测电路包括振荡器、移相单元、差分放大单元、余弦同步检波单元、正弦同步检波单元、第一低通滤波与放大单元以及第二低通滤波与放大单元；
所述振荡器分别与激励线圈和移相单元连接，移相单元分别与余弦同步检波单元和正弦同步检波单元连接，差分放大单元分别与感应线圈、余弦同步检波单元和正弦同步检波单元连接，余弦同步检波单元与第一低通滤波与放大单元连接，正弦同步检波单元与第二低通滤波与放大单元连接。
13.如权利要求12所述的膜厚测量装置，其特征在于，所述振荡器分别向激励线圈和移相单元输入激励电压，差分放大单元检测感应线圈两端的输出电压并将该输出电压输入至余弦同步检波单元和正弦同步检波单元，移相单元将原始激励电压信号和移相后的正交电压信号分别输入至余弦同步检波单元和正弦同步检波单元，余弦同步检波单元的输出信号经第一低通滤波与放大单元得到感应线圈的输出电压的虚部分量Y，正弦同步检波单元的输出信号经第二低通滤波与放大单元得到感应线圈的输出电压的实部分量X，实部分量X和虚部分量Y经过向量计算得到感应线圈的输出电压的幅值
Figure FDA0003529324670000041
与相位
Figure FDA0003529324670000042
14.一种化学机械抛光设备，其特征在于，包括：
抛光盘，用于覆盖有对晶圆进行抛光的抛光垫；
承载头，用于保持晶圆并将晶圆按压在所述抛光垫上；
膜厚测量装置，用于在抛光期间测量晶圆的膜厚；
控制装置，用于实现如权利要求1至10任一项所述的金属膜厚测量方法。
15.一种控制装置，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至10任一项所述的金属膜厚测量方法的步骤。
16.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至10任一项所述的金属膜厚测量方法的步骤。
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