专利名称：化学机械研磨头限位环的使用寿命自动测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种检测装置，尤其涉及一种化学机械研磨头限位环的测量装置。
背景技术：
CMP是指化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing)，或称为化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization)。化学机械研磨工艺是一个复杂的工艺过程，它是将晶圆表面与研磨垫的研磨表面接触，然后，通过晶圆表面与研磨表面之间的相对运动将晶圆表面平坦化，通常采用化学机械研磨设备，也称为研磨机台或抛光机台来进行化学机械研磨工艺。所述研磨机台包括一化学机械研磨头，进行研磨工艺时，将要研磨的晶圆附着在研磨头上，该晶圆的待研磨面向下并接触相对旋转的研磨垫，研磨头提供的下压力将该晶圆紧压到研磨垫上，所述研磨垫是粘贴于平台上，当该平台在马达的带动下旋转时，研磨头也进行相对运动；同时，研磨液通过研磨液供应管路输送到研磨垫上，并通过离心力均勻地分布在研磨垫上。研磨工艺所使用的研磨液一般包含有化学腐蚀剂和研磨颗粒，通过化学腐蚀剂和所述待研磨表面的化学反应生成较软的容易被去除的材料，然后通过机械摩擦将这些较软的物质从被研磨晶圆的表面去掉，达到全局平坦化的效果。具体请参阅图1，其为化学机械研磨头的使用状态示意图。研磨机台的研磨垫6上注入研磨液后，通过研磨头4中的薄膜(membrane) 8将晶圆7压在研磨垫上6进行研磨。研磨的目的是将晶圆7上的介电层(oxide layer)与金属层(metal layer)磨平，使其全面平坦化进而进行立体布线或者多层布线，提升配线密度(pattern density)，同时降低缺陷密度(defect density)，提升制程良率。目前，利用纳米技术的CMP是最有效实现晶圆表面平坦化的方法。请继续参阅图1，所述化学机械研磨头4还包括一个用于限制晶圆7在化学机械研磨头4所控制的区域活动的环形部件，即限位环5，也称为保持环，所述限位环5为圆形无端环，所述限位环5的内径配合晶圆的外径，用以套合晶圆的外周边进行定位，以防止晶圆滑出限位环5之外；在进行研磨时，所述限位环5的下表面会与研磨垫6接触。请参阅图2， 其为所述限位环的仰视示意图。由图2可见，所述限位环5的下表面四周均布设有若干个沟槽51，所述沟槽51贯穿限位环5的宽度，所述沟槽51用以在晶圆研磨旋转时，利用旋转产生的离心力甩出研磨所产生的废弃物，并有利于研磨液经所述沟槽51流入和流出。然而，由于限位环在研磨过程中会与研磨垫接触并相互摩擦，因而限位环会产生磨损，有一定的使用寿命。对于限位环的使用寿命，通常我们会针对不同的制程，把限位环的使用寿命设定在4000片到7000片晶圆范围内。目前，主要采用人工记录的方式，来记录限位环的使用片数(即使用该限位环研磨的晶圆的数量)。但是经常会发生人工记录失误的现象，若当前剩余使用寿命远小于实际可用寿命，提前更换并报废了该限位环，造成了浪费，这种失误并不容易被及时发现，即使被发现也无法准确还原其当前真实的使用寿命；若当前剩余使用寿命远大于实际可用寿命，会导致限位环过度磨损，造成产品出现严重的缺陷，甚至造成滑片和破片，而这种失误也不容易被及时发现；另外，同种限位环在使用至相同的片数以后其磨损程度并不一致，因为其磨损程度还需要取决使用过程中的各种条件， 如压力，温度，研磨液流量大小等因素。综上所述，仅仅以限位环研磨的晶圆的片数来限制限位环的使用寿命是很片面的、而且操作繁琐，容易出错。一旦，该限位环的历史晶圆使用片数的记录丢失，该限位环的剩余使用寿命就无从获得。因此，如何提供一种化学机械研磨头限位环的使用寿命自动测量装置是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种化学机械研磨头限位环的使用寿命自动测量装置，通过测得的沟槽深度并利用沟槽深度和限位环的使用寿命的正比例关系可以测算出限位环的剩余使用寿命。为了达到上述的目的，本实用新型采用如下技术方案一种化学机械研磨头限位环的使用寿命自动测量装置，所述限位环上布设有若干沟槽，所述自动测量装置包括控制装置和用于检测所述沟槽深度的检测装置，所述检测装置和所述控制装置连接。优选地，所述检测装置是深度检测仪器。优选地，所述深度检测仪器是直线位移传感器，所述直线位移传感器包括可变电阻滑轨和带有顶针的滑块，所述滑块相对所述可变电阻滑轨移动。优选地，所述深度检测仪器包括一个可变电阻导杆、顶杆、水平杆、第一弹簧和第二弹簧，所述可变电阻导杆和顶杆分别绕设有第一弹簧和第二弹簧，所述第一弹簧和第二弹簧的同侧端分别与所述水平杆固定连接，所述水平杆上设有一始终与可变电阻导杆接触的触点。优选地，所述检测装置包括两个深度检测仪器，所述两个深度检测仪器分别位于所述限位环上两个相对的沟槽。优选地，所述自动检测装置还包括报警装置，所述报警装置与所述控制装置相连。本实用新型的有益效果如下本实用新型化学机械研磨头限位环的使用寿命自动测量装置，通过检测装置测量沟槽的深度并将该深度信息传输到控制装置，所述控制装置可以将该深度信息和预先存储在控制装置内部的限位环的沟槽深度和限位环的剩余使用寿命的对应关系进行对比，从而自动获得该限位环的剩余使用寿命。本实用新型化学机械研磨头限位环的使用寿命自动测量装置相对于原先通过人为记录限位环的晶圆使用片数的获得限位环的剩余使用寿命的方法，不但自动化程度高，避免了人为操作失误，而且无需利用限位环的晶圆使用片数历史记录，就可以对所有的限位环的剩余使用寿命进行测算。
本实用新型的化学机械研磨头限位环的使用寿命自动测量装置由以下的实施例及附图给出。图1为化学机械研磨头的使用状态示意图；[0019]图2为限位环的仰视示意图；图3为本实用新型的实施例1的原理示意图；图4为本实用新型的实施例1的深度检测仪器结构示意图；图5为本实用新型的实施例1的使用状态示意图；图6为本实用新型的实施例2的深度检测仪器结构示意图；图7为本实用新型的实施例2的使用状态示意图。图中，1-检测装置、11-可变电阻滑轨、111-始端、112-末端、12-滑块、13-顶针、 2-控制装置、3-报警装置、4-研磨头、5-限位环、51-沟槽、6-研磨垫、7-晶圆、8-薄膜、 91-可变电阻导杆、92-顶杆、93-水平杆、94-第一弹簧、95-第二弹簧、96-触点。
具体实施方式
以下将对本实用新型的化学机械研磨头限位环的使用寿命自动测量装置作进一步的详细描述。下面将参照附图对本实用新型进行更详细的描述，其中表示了本实用新型的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本实用新型的限制。为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本实用新型由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须作出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。为使本实用新型的目的、特征更明显易懂，
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步的说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率， 仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。实施例1请参阅图3-图5，其中，图3为本实用新型的实施例1的原理示意图；图4为本实用新型的实施例1的深度检测仪器结构示意图；图5为本实用新型的实施例1的使用状态示意图。这种化学机械研磨头限位环的使用寿命自动测量装置，用于测算限位环5的剩余使用寿命。所述限位环5上布设若干沟槽51。所述沟槽深度自动测量装置包括控制装置2 和用于检测所述沟槽深度的检测装置1，所述检测装置1和所述控制装置2连接，所述控制装置2接收并分析来自所述检测装置1的沟槽深度信息。由于经过科研人员的反复试验得知，限位环的使用寿命和限位环上的沟槽深度成一定正比例关系，即，沟槽深度越浅，限位环的使用寿命越短。因此，使用时，首先利用所述检测装置1测量沟槽51的深度，然后将该深度信息传输到控制装置2，所述控制装置2将该深度信息和预先存储在控制装置2内部的限位环5的沟槽深度和限位环5的剩余使用寿命的对应关系进行对比，从而就自动获得该限位环5的剩余使用寿命。本实施例中，所述检测装置1是一种深度检测仪器，即只要该深度检测仪器可以将深度信息转换成电信号后传输到控制装置2中即可。所述深度检测仪器的种类较多，在此以直线位移传感器为例进行说明。所述直线位移传感器的具体结构包括可变电阻滑轨11和带有顶针13的滑块，所述滑块相对所述可变电阻滑轨11移动。所述直线位移传感器的功能在于把直线机械位移量转换成电信号。所述可变电阻滑轨11包括始端111和末端112，测量时，所述末端112顶在所述限位环5的下表面，可变电阻滑轨11的始端111和末端112之间连接稳态直流电压， 允许流过微安培的小电流，所述滑块和始端111之间的电压与滑块12移动的长度成正比。 直线位移传感器将所述滑块12和始端111之间的电压信号发送到控制装置2。所述控制装置2将该电压信号转换成深度信息，并将该深度信息与预先存储在控制装置2内部的限位环5的沟槽深度和限位环5的剩余使用寿命的对应关系进行对比，从而自动获得该限位环 5的剩余使用寿命。优选，所述检测装置1包括两个深度检测仪器，所述两个深度检测仪器分别位移所述化学机械研磨头限位环5上两个相对的沟槽51。这两个深度检测仪器分别将测得的电压信号，发送给控制装置2，控制装置2根据两个电压信号的平均值来计算限位环5的剩余使用寿命。优选，所述使用寿命自动检测装置1还包括报警装置3，所述报警装置3与控制装置2相连。当限位环5的剩余使用寿命小于预先设定的警戒值时，通过报警装置3报警，以便操作人员及时更换限位环5，保证研磨制程顺利稳定进行。实施例2请参阅图6和图7，其中，图6为本实用新型的实施例2的深度检测仪器结构示意图；图7为本实用新型的实施例2的使用状态示意图。本实施例与实施例1的区别在于所述深度检测仪器包括一个可变电阻导杆91、顶杆92、水平杆93和两弹簧(即第一弹簧94和第二弹簧％)，所述可变电阻导杆91和顶杆82分别绕设有第一弹簧94和第二弹簧95，所述第一弹簧94和第二弹簧95的同侧端分别与所述水平杆93固定连接，所述水平杆93上设有一始终与可变电阻导杆91接触的触点96。使用时，预先在可变电阻导杆91 的两端之间连接稳态直流电压，允许流过微安培的小电流。接着，将水平杆93紧贴在所述限位环的5的下表面。然后，将可变电阻导杆91的下端向下移动直到顶到所述沟槽51的底面上，此时触点96始终和所述可变电阻导杆91滑动接触。所述触点96和可变电阻导杆 91下端之间的电压与所述触点96和可变电阻导杆91下端之间的距离成正比。最后，所述深度检测仪器将可变电阻导杆91将所述触点96和可变电阻导杆91下端之间的电压信号发送到控制装置。综上所述，本实用新型化学机械研磨头限位环的使用寿命自动测量装置，通过检测装置测量沟槽的深度并将该深度信息传输到控制装置，所述控制装置可以将该深度信息和预先存储在控制装置内部的限位环的沟槽深度和限位环的剩余使用寿命的对应关系进行对比，从而自动获得该限位环的剩余使用寿命。本实用新型化学机械研磨头限位环的使用寿命自动测量装置，相对于原先通过人为记录限位环的晶圆使用片数的获得限位环的剩余使用寿命的方法，不但自动化程度高，避免了人为操作失误，而且无需利用限位环的晶圆使用片数历史记录，就可以对所有的限位环的剩余使用寿命进行测算。[0042] 显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求1.一种化学机械研磨头限位环的使用寿命自动测量装置，所述限位环上布设有若干沟槽，其特征在于，所述自动测量装置包括控制装置和用于检测所述沟槽深度的检测装置，所述检测装置和所述控制装置连接。
2.根据权利要求1所述化学机械研磨头限位环的使用寿命自动测量装置，其特征在于所述检测装置是深度检测仪器。
3.根据权利要求2所述化学机械研磨头限位环的使用寿命自动测量装置，其特征在于所述深度检测仪器是直线位移传感器，所述直线位移传感器包括可变电阻滑轨和带有顶针的滑块，所述滑块相对所述可变电阻滑轨移动。
4.根据权利要求2所述化学机械研磨头限位环的使用寿命自动测量装置，其特征在于所述深度检测仪器包括一个可变电阻导杆、顶杆、水平杆、第一弹簧和第二弹簧，所述可变电阻导杆和顶杆分别绕设有第一弹簧和第二弹簧，所述第一弹簧和第二弹簧的同侧端分别与所述水平杆固定连接，所述水平杆上设有一始终与可变电阻导杆接触的触点。
5.根据权利要求2至4中任意一项所述化学机械研磨头限位环的使用寿命自动测量装置，其特征在于所述检测装置包括两个深度检测仪器，所述两个深度检测仪器分别位于所述限位环上两个相对的沟槽。
6.根据权利要求1所述化学机械研磨头限位环的使用寿命自动测量装置，其特征在于所述自动检测装置还包括报警装置，所述报警装置与所述控制装置相连。
专利摘要本实用新型涉及一种检测装置，尤其涉及一种化学机械研磨头限位环的测量装置。本实用新型公开了一种化学机械研磨头限位环的使用寿命自动测量装置，所述限位环上布设有若干沟槽，所述自动测量装置包括控制装置和用于检测所述沟槽深度的检测装置，所述检测装置和所述控制装置连接，所述控制装置接收并分析来自所述检测装置的沟槽深度信息。本使用新型通过测得的沟槽深度并利用沟槽深度和限位环的使用寿命的正比例关系可以测算出限位环的剩余使用寿命，不但自动化程度高，避免了人为操作失误，而且无需利用限位环的晶圆使用片数历史记录，就可以对所有的限位环的剩余使用寿命进行测算。
文档编号G01B7/26GK202057293SQ20112007082
公开日2011年11月30日 申请日期2011年3月17日 优先权日2011年3月17日
发明者沙酉鹤 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司