专利名称：一种改善化学机械研磨研磨均匀度的方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种改善化学机械研磨研磨均勻度的方法。
背景技术：
在半导体制造中，化学机械研磨(CMP，ChemicalMechanical Planarization)技术可以实现整个晶圆的平坦化，成为芯片制造工艺中重要的步骤之一。在CMP的制作工艺过程中，硅片表面的氧化膜厚度的均勻性非常重要，硅片表面氧化膜厚度将会影响到电子器件的电性能参数，厚度不均勻会使同一硅片上制作出的器件性能产生差异，影响成品率。CMP护圈主要作用就是用于防止晶圆在CMP研磨过程中滑出研磨头，以及给研磨垫施加一定的压力，以提高CMP工艺的整体均勻度。护圈在使用过程中会被磨损，其厚度逐渐变薄，当护圈的厚度薄到一定程度时，就需要换新的护圈，以保证护圈在CMP研磨过程中可以很好地圈住晶圆，防止晶圆在运动过程中脱离研磨头的控制，造成滑片。而在CMP工艺中，护圈在研磨过程中向研磨垫(pad)表面施加的压力也是一个重要的参数。在护圈的使用过程中，护圈的消耗使得护圈厚度的减少，也就是护圈相对膜垫片的突出高度d会减少， 从而使得护圈对研磨垫的实际压力有一定的波动，会影响CMP工艺整体均勻度。中国专利CN201283537Y公开了一种CMP边缘压敷环，在该CMP边缘压敷环的外周设以可观察的标记，作为该CMP边缘压敷环使用寿命的参考基准。当CMP边缘压敷环在使用中被磨损，厚度逐渐变薄，触碰到预先设的标记时，即可认为该CMP边缘压敷环已达到使用寿命。但该发明存在以下缺陷仅仅实现监控使用寿命，无法实现寿命的延长，也无法改善CMP研磨均勻度；美国专利US 7311586 (具有直接气动晶圆研磨压的化学机械研磨头装置及其制造方法，Apparatus and method for chemical-mechanical polishing (CMP) head having direct pneumatic wafer polishing pressure)公开了一禾中通过在控制膜垫片(membrane)上下移动来延长护圈使用时间的方法，但该发明存在以下缺陷1.膜垫片面积较大，质地较软，不容易精确控制膜垫片各处移动距离一致；2.方法复杂。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种改善化学机械研磨研磨均勻度的方法，在保证护圈的作用的前提下，通过维持护圈对研磨垫的压力不随护圈消耗而波动，改善CMP研磨均勻度，方法简单，实施容易。本发明的目的是通过下述技术方案实现的
一种改善化学机械研磨研磨均勻度的方法，其中，通过一监控回路实现，所述监控回路包括依次连接的控制器、气垫和厚度传感器，所述气垫设于护圈的上方与其他部件连接处； 所述厚度传感器实时监测所述护圈的损耗程度，所述控制器得到所述厚度传感器信号后控制所述气垫进行运动，所述气垫将所述护圈向外推出，以保证在所述护圈的使用期间所述护圈与膜垫片的相对高度维持不变；当所述厚度传感器检测到所述护圈厚度被消耗到一定程度时，所述控制器发出报警信号。上述改善化学机械研磨研磨均勻度的方法，其中，还包括在所述护圈侧面作出一定长度范围的刻度标记。上述改善化学机械研磨研磨均勻度的方法，其中，在所述护圈侧面从其表面开始， 每0. 5毫米做一个刻度，直至所做标记长度满足1厘米，用于简单目测护圈厚度的消耗程度。上述改善化学机械研磨研磨均勻度的方法，其中，所述气垫充气膨胀来补充所述护圈被消耗的厚度，以延长所述护圈的使用时间。上述改善化学机械研磨研磨均勻度的方法，其中，所述厚度传感器位于研磨头承载装置上。与已有技术相比，本发明的有益效果在于通过检测护圈的损耗程度，实时的将护圈往外推出的方式，保证了在护圈的使用期间护圈与膜垫片(membrane)的相对高度维持不变。这样就可以很好地避免CMP工艺过程中护圈压力波动而影响研磨均勻度的问题，提高了护圈在使用期间的工作效率；同时，本方法也对单个护圈的使用时间有一定的延长。
图1是本发明改善化学机械研磨研磨均勻度的方法中的监控回路及研磨头的结构示意图。
具体实施例方式下面结合原理图和具体操作实施例对本发明作进一步说明。如图1所示，本发明改善化学机械研磨研磨均勻度的方法通过一监控回路实现， 监控回路包括依次连接的控制器1、气垫2和厚度传感器3，控制器1用于数据、命令的接收与传输，气垫2设于护圈4的上方与其他部件连接处，厚度传感器3设在研磨头0载装置上， 用于实时监测护圈4的损耗程度，控制器1得到厚度传感器3信号后控制气垫2进行运动， 气垫2将护圈4向外推出，以保证在护圈4的使用期间护圈4与膜垫片5的相对高度d维持不变。当厚度传感器3检测到护圈4厚度被消耗到一定程度时，控制器1发出报警信号。另外，还需提前在护圈4侧面做出一定长度范围的标记41，比如从护圈4表面开始，每0. 5毫米做一个刻度，一直标注一厘米，可用于简单的目测护圈厚度的消耗程度，并在通常认为护圈4已达到使用寿命处预先区别于其他刻度标记出来。厚度传感器3检测护圈4被消耗掉的厚度，同时在护圈4上方与其他部件连接处的气垫2通过充气膨胀来补充护圈4被消耗的厚度，即通过将护圈4往外推出一定厚度的方式，延长护圈4的使用时间。厚度传感器3与气垫2通过控制器1控制，控制器1可以采用单片机或者其他小型控制装置，以保证护圈4相对膜垫片5的突出高度d保持不变。当厚度传感器3检测到护圈4厚度被消耗到一定程度时，即表示护圈4使用寿命快要到了，此时需要换新的护圈。综上所述，本发明改善化学机械研磨研磨均勻度的方法在保证护圈的作用的前提下，可以通过护圈侧面刻度目测护圈的使用情况，同时也可以自动预告以及延长的护圈的使用寿命，保证护圈使用期间对研磨垫施加的压力不因为护圈被消耗而波动，与传统化学机械研磨方式相容。 以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何对该改善化学机械研磨研磨均勻度的方法进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
权利要求
1.一种改善化学机械研磨研磨均勻度的方法，其特征在于，通过一监控回路实现，所述监控回路包括依次连接的控制器、气垫和厚度传感器，所述气垫设于护圈的上方与其他部件连接处；所述厚度传感器实时监测所述护圈的损耗程度，所述控制器得到所述厚度传感器信号后控制所述气垫进行运动，所述气垫将所述护圈向外推出，以保证在所述护圈的使用期间所述护圈与膜垫片的相对高度维持不变；当所述厚度传感器检测到所述护圈厚度被消耗到一定程度时，所述控制器发出报警信号。
2.根据权利要求1所述的改善化学机械研磨研磨均勻度的方法，其特征在于，还包括在所述护圈侧面作出一定长度范围的刻度标记。
3.根据权利要求2所述的改善化学机械研磨研磨均勻度的方法，其特征在于，在所述护圈侧面从其表面开始，每0. 5毫米做一个刻度，直至所做标记长度满足1厘米，用于简单目测护圈厚度的消耗程度。
4.根据权利要求1所述的改善化学机械研磨研磨均勻度的方法，其特征在于，所述气垫充气膨胀来补充所述护圈被消耗的厚度，以延长所述护圈的使用时间。
5.根据权利要求1所述的改善化学机械研磨研磨均勻度的方法，其特征在于，所述厚度传感器位于研磨头承载装置上。
全文摘要
本发明公开了一种改善化学机械研磨研磨均匀度的方法，其中，通过一监控回路实现，监控回路包括依次连接的控制器、气垫和厚度传感器，气垫设于护圈的上方与其他部件连接处；厚度传感器实时监测护圈的损耗程度，控制器得到厚度传感器信号后控制气垫进行运动，气垫将所述护圈向外推出，以保证在护圈的使用期间护圈与膜垫片的相对高度维持不变；当厚度传感器检测到护圈厚度被消耗到一定程度时，控制器发出报警信号。本发明通过检测护圈的损耗程度，实时的将护圈往外推出的方式，保证了在护圈的使用期间护圈与膜垫片的相对高度维持不变，很好地避免CMP工艺过程中护圈压力波动而影响研磨均匀度的问题。
文档编号B24B37/34GK102441841SQ201110250220
公开日2012年5月9日 申请日期2011年8月29日 优先权日2011年8月29日
发明者张守龙, 白英英, 陈玉文 申请人:上海华力微电子有限公司