一种化学机械抛光的在线监测装置的制作方法

10mm。
9.进一步的，所述探测器为光谱仪。
10.进一步的，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。
11.进一步的，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。
12.进一步的，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。
13.进一步的，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。
14.进一步的，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。
15.进一步的，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。
16.进一步的，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。
17.本发明的有益效果是，1）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；2）采用准直平行的空间光与光路转折系统进行光束传输，分离了入射光路与出射光路，解决了传统y型光纤复用入射出射光路导致的反光噪声问题；3）采用准直平行的空间光照射晶圆进行较远距离的信号采集，避免了光纤探头近距离测量所需的防水防潮防化学液等的复杂结构需求；4）实现了化学机械抛光的在线监测，监测装置属于化学机械抛光系统的一部分，其依托于cmp的抛光模组，随着抛光盘一起转动，在抛光研磨的工艺过程中进行检测，为结束抛光的时间点提出依据，一旦到达抛光终点即刻可以停止进行抛光；5）适用范围广；6）整体尺寸紧凑。7）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。
附图说明
18.图1为本发明中化学机械抛光系统的结构示意图。
19.图2为本发明中化学机械抛光系统的俯视图。
20.图3为本发明实施例一中在线监测装置和化学机械抛光系统的配合结构透视图。
21.图4为不同膜厚的光谱反射率曲线。
22.图5为背景光谱（虚线）和信号光谱（实线）的对比信息。
23.图6为本发明实施例二中在线监测装置和化学机械抛光系统的配合结构透视图。
24.其中，1-抛光盘，2-抛光垫，3-抛光液喷洒臂，4-通光窗口，5-抛光头， 6-修整器，7-通光窗口路径，8-晶圆，9-光源，10-光学镜组，11-探测器，12-光路转折单元，121-第一反射镜，122-第二反射镜，13-控制器，14-参考光采样单元，141-第一分光镜，142-第二分光镜。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
26.实施例一如图1所示，在化学机械抛光（cmp）过程中，抛光盘1上固定有抛光垫2，抛光头5承载晶圆8，使晶圆8紧贴抛光垫2，抛光盘1自身旋转，抛光头5自身旋转且相对抛光盘1往返位移，使得晶圆8与抛光垫2产生摩擦，起到机械抛光作用。抛光液喷洒臂3通过喷嘴喷洒抛光液，抛光液经过抛光盘1的旋转，到达抛光头5处，通过抛光垫2上的沟槽结构与晶圆8接触，起到化学抛光作用。修整器6修整抛光垫2，保持其平整与粗糙度。
27.如图2-图3所示，一种化学机械抛光的在线监测装置，设置在抛光盘1的内部空间，可以随着抛光盘1转动，其包括光源9，光学镜组10，光路转折单元12，及探测器11。
28.光源9为宽谱白光光源，其波长为200-2000nm。光源9发出的光束进入光学镜组10。
29.光学镜组10用于接收光源9发出的光束，并产生准直光束，该准直光束的直径为1-10mm。具体的，光学镜组10起到收集光束，缩小光束直径，准直光束的作用，进入光学镜组10的光束，经过光学镜组10的作用，形成准直的小光斑平行光出射，以空间光形式到达光路转折单元12。
30.光路转折单元12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1的通光窗口4，可以照射至抛光盘1上的晶圆8表面，晶圆表面8将入射光路反射后经过光路转折单元12形成出射光路。
31.具体的，光路转折单元12至少包括第一反射镜121和第二反射镜122，该第一反射镜121和第二反射镜122上下错位设置，且位于通光窗口4的中心轴线的两侧。以图3所示方向为例进行说明，在空间上，第一反射镜121和第二反射镜122分别位于上下两个水平面，且分别位于左右两个竖直方向，以经过通光窗口4的中心垂直向下做中心轴线，则第一反射镜121和第二反射镜122在竖直方向上位于该中心轴线的两侧。第一反射镜121和第二反射镜122的角度不受限制，只要可以实现光线传播即可。
32.入射光路由准直光束经过第一反射镜121反射形成，即到达光路转折单元12的空间光经过第一反射镜121反射，改变传播方向，透过抛光垫2上的通过窗口4，照射到压在抛光垫2上的晶圆8表面，晶圆8表面的反射光进入光路转折单元12，被第二反射镜122反射，形成出射光路，到达探测器11。
33.探测器11为光谱仪，用于接收上述的出射光路，即接收晶圆8反射的信号光，从而获取对应的光谱信息，确定晶圆8抛光的终点。具体的，如图5所示，信号光谱和背景光谱存在的差异，代表了包含膜厚的光谱信息。
34.上述探测器11获取对应的光谱信息后，转换成晶圆8表面介质膜的厚度信息，确定晶圆8抛光的终点。在其他实施例中，也可以根据特征谱线、特征点等信号是否达到目标值来判断，取决于采用的终点检测算法，并不局限于膜厚信息。如图4所示，不同膜厚的光谱反射率曲线不同，据此可以确定抛光终点。
35.光学镜组10实现了以缩束准直的方式耦合光源9发出的光，能够解决传统光纤耦
合导致的光源光强利用率低的问题，使得更大比例的光能量参与检测，提升测量的精度，降低光源9所需功率；光路转折单元12，以一定的角度将光束照射到晶圆8表面，使反射光束照射至第二反射镜122，分离了入射光路与出射光路，使得仅晶圆8表面反射的光束能够进入探测器11，光路中其他表面反射的光束将由于角度或路径不对无法进入探测器11，解决了传统y型光纤复用入射出射光路导致的反光噪声问题；光学镜组10产生的准直平行的空间光与光路转折单元12，实现采用准直平行的空间光进行光束传输以及照射晶8圆进行较远距离的信号采集，在光路转折单元12与通光窗口4之间无其他结构，由空间光完成探测，避免了光纤探头近距离测量所需的防水防潮防化学液等的复杂结构需求。
36.实施例二如图6所示，本实施例在实施例一的基础上，还包括参考光采样单元14，其设置在光学镜组10和光路转折单元12之间，用于监测光源9的光强，其包括光强探测器。
37.参考光采样单元14包括第一分光镜141和第二分光镜142，光源9发射后经光学镜组10发出的准直光束到达参考光采样单元14，被第一分光镜141分为两束，即经过第一分光镜141后形成信号光和参考光，其中透射的一束光为信号光，信号光透过第一分光镜141进入光路转折单元12，反射的一束光为参考光，经第二分光镜142反射到达探测器11或到达另一光强探测器，获取参考光的光强值。
38.另外，本实施例还包括控制器13，用于控制光源9的亮灭和光强，并根据探测器11获取的光谱信息计算确定晶圆8抛光的终点。控制器13与光源9、探测器11、光强探测器连接。控制器13可以在抛光盘1的内部，也可以在抛光盘1的外部通过导电滑环等方式与光源9、探测器11、光强探测器连接。
39.控制器13直接发出控制信号给光源9，或者间接的，控制器13发出控制信号给探测器11，探测器11发出控制信号给光源9，上述控制信号包括第一控制信号和第二控制信号。
40.第一控制信号为脉冲电压值信号，脉冲宽度一般为10-100us，脉冲频率为100-1000hz，用于控制光源9的亮灭，光源9接收到脉冲信号，在一定量的延时后点亮，点亮一定的时间后熄灭，光源9依照脉冲信号的频率进行点亮与熄灭，探测器11也会依照脉冲信号的频率进行采样检测，保持光源9与探测器11的同步。
41.第二控制信号为电平信号，为一可变电压值信号，电压值一般为0-5v，用于控制光源9的光强，光源9接收到电平信号，按照一定比例放大该电压，点亮光源9，越高的电压会使得光源9亮起的光强越大，因此电平信号的大小与光源9亮度正相关。
42.以监测膜厚信息为例进行说明，在研磨过程中，抛光盘1与固定在其上的抛光垫2以设定的速率旋转，抛光垫2上的通光窗口4也随之旋转，形成通光窗口路径7；当通光窗口4经过抛光头5承载的晶圆8下方时，晶圆8反射的光谱信息能够经过光路转折单元12被探测器11所获取，通过对照该光谱信息与晶圆8表面膜厚的关系，可以实现对晶圆8表面薄膜厚度信息的在线测量；随着抛光盘1旋转速度的不同，通光窗口4经过抛光头5承载的晶圆8下方的时间不同，通过第一控制信号调节信号采样频率，可以保证有足够采样点，有足够信号数据；随着研磨的进程，通光窗口4的磨损程度不同，各类工艺抛光液浓度成分不同，以及信号光路状态不同，将导致信号光强的变化，通过控制第二控制信号的电压值大小，能够使得信号光光强在探测器11的合适范围内，提升膜厚测量的准确性和精度。
43.在研磨过程中，探测器11可在通光窗口4未经过抛光头5承载的晶圆8下方，无信号
光时，获取经参考光采样单元14的参考光束，得到参考光光谱信息和光强值，也可以由一光强探测器持续监测参考光束，获取参考光光强值；参考光反映了光源9的状态，根据参考光光谱信息和光强值可以修正由光源9老化，电压不稳定等因素引起的光源9光强波动，通过控制第二控制信号的电压值大小，维持光源9的光强在稳定状态，提升膜厚测量的准确性和精度。
44.上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。