化学机械抛光装置及化学机械抛光的方法
【专利摘要】一种化学机械抛光装置及化学机械抛光的方法，其中，化学机械抛光装置包括：基座；固定于基座表面的研磨垫，研磨垫内具有检测窗，检测窗表面与研磨垫表面齐平，检测窗为透光材料；位于基座内的光头，光头位于检测窗下方，且光头与检测窗之间为空腔；固定于基座内的位置调节装置，位置调节装置与光头连接；位于研磨垫上方的检测装置，检测装置位于研磨垫上方，检测装置到研磨垫中心的水平距离、与第一检测装置到研磨垫中心的水平距离一致；分别与位置调节装置和第一检测装置连接的控制器，控制器根据检测装置检测的研磨垫减薄的厚度，控制光头下降相同距离。所述化学机械抛光装置光学终点检测精确。
【专利说明】化学机械抛光装置及化学机械抛光的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造【技术领域】，尤其涉及一种化学机械抛光装置及化学机械抛光的方法。
【背景技术】
[0002]化学机械抛光(CMP, Chemical Mechanical Polishing)工艺是一种平坦化工艺，自1990年被引入集成电路制造工艺以来，经过不断实践和发展，已成为推动集成电路技术节点不断缩小的关键工艺。目前，化学机械抛光工艺已经被广泛应用于浅沟槽隔离结构平坦化、多晶硅平坦化、栅电极平坦化、钨塞平坦化和铜互连平坦化等工艺中，还被应用于基底表面上的其他薄膜层的抛光。
[0003]请参考图1，图1是现有技术的化学机械抛光装置的剖面结构示意图，所述化学机械抛光设备包括:基座10 ;位于所述基座10下方与基座相连的转动轴11 ;位于基座10表面的研磨垫(polishing pad) 12 ;位于研磨垫12边缘表面的修整器(pad dress) 13,用于修整磨损的研磨垫12 ;位于研磨垫12上方的抛光头(polishing head) 14 ;与所述抛光头14相连的轴杆15 ;设置于抛光头14上的用于固定晶圆17的夹持环16。
[0004]所述化学机械抛光设备工作时，所述轴杆15对抛光头14提供向下的下压力，将晶圆17按压在抛光垫12上，所述轴杆15带动所述抛光头14沿抛光头14的轴线旋转，同时所述轴杆15带动所述抛光头14在研磨垫12边缘到中心的范围内来回摆动；转动轴11带动基座10及抛光垫12沿抛光垫12的轴线旋转，且旋转方向与抛光头14的旋转方向相反；在化学机械抛光的过程中，研磨液通过位于研磨垫12上方的喷淋口(未示出)被喷淋到研磨垫12表面，晶圆17的表面与研磨液发生化学反应,反应后的产物在抛光垫12的机械研磨作用下被去除，从而实现了晶圆17表面的平坦化。
[0005]然而，现有的化学机械抛光装置在采用光学终点检测时，检测结果不精确。
[0006]更多化学机械抛光装置及光学终点检测的方法请参考专利号为US7235154B2的美国专利文件。
【发明内容】
[0007]本发明解决的问题是提供一种化学机械抛光装置及化学机械抛光的方法，使化学机械抛光装置在采用光学终点检测时，检测结果更精确，同时提高研磨垫的利用率。
[0008]为解决上述问题，本发明提供一种化学机械抛光装置，包括:基座；固定于基座表面的研磨垫，所述研磨垫内具有检测窗，所述检测窗的表面与所述研磨垫表面齐平，且所述检测窗为透光材料；位于所述基座内的光头，所述光头位于所述检测窗下方，且所述光头与检测窗之间为空腔；固定于所述基座内的位置调节装置，所述位置调节装置与所述光头连接，用于带动所述光头上升或下降；位于研磨垫上方的检测装置，用于检测研磨垫减薄的厚度，所述检测装置到研磨垫中心的水平距离、与所述检测窗到所述研磨垫中心的水平距离一致；分别与所述位置调节装置和检测装置连接的控制器，所述控制器根据检测装置检测的研磨垫减薄的厚度，控制所述光头下降相同距离。
[0009]可选地，所述位置调节装置包括:固定于基座内的步进电机；与所述步进电机连接的丝杆，所述丝杆由所述步进电机带动旋转，所述丝杆表面具有螺纹；固定于光头下方的光头固定件；固定于所述光头固定件的内纹螺丝，所述内纹螺丝贯穿所述光头固定件，所述丝杆贯通所述内纹螺丝，所述内纹螺丝的内壁表面具有与所述丝杆螺纹相匹配的螺纹，且所述丝杆旋转带动所述固定有内纹螺丝的光头固定件上下移动，并带动所述光头上下移动。
[0010]可选地，所述步进电机通过电机固定件固定于基座内。
[0011]可选地，所述检测装置为激光传感器。
[0012]可选地，所述检测装置的分辨率为20微米~30微米。
[0013]可选地，还包括:位于研磨垫上方的喷淋臂；与所述喷淋臂连接的喷淋口。
[0014]可选地，所述检测装置固定于所述喷淋臂的一端。
[0015]可选地，所述光头分别与光源发射器和光谱仪连接，所述光源发射器和光谱仪位于基座内。
[0016]可选地，所述光头通过光纤分别与光源发射器和光谱仪连接。
[0017]可选地，还包括:位于研磨垫上方的抛光头，用于将晶圆按压于研磨垫表面；与所述抛光头连接的轴杆，用于带动所述抛光头旋转或移动。
[0018]可选地，还包括:基座转轴，用于带动基座旋转，所述基座的旋转方向与抛光头旋转的方向相反。
[0019]相应地，本发明还提供一种化学机械抛光的方法，包括:步骤S10，测量检测装置到基座表面的第一距离；步骤S11，将研磨垫固定于基座表面，并测量所述检测装置到所述研磨垫表面的第二距离；在步骤S11之后，执行步骤S12，研磨去除预设数量的晶圆；在步骤S12之后，执行步骤S13，测量所述检测装置到所述研磨垫表面的第三距离；当所述第一距离与第三距离的差值大于最小允许值时，执行步骤S14，由控制器控制光头下降所述第二距离与第三距离的差值的距离；在步骤S14之后，再次执行步骤S12 ;当所述第一距离与第三距离的差值小于最小允许值时，再次执行步骤S11。
[0020]可选地，所述预设数量为10-?00。
[0021]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0022]在所述基座内固定位置调节装置，所述位置调节装置能够带动所述光头上下移动；在所述研磨垫上方设置检测装置，用于检测研磨垫减薄的厚度；而所述位置调节装置和所述检测装置分别与控制器连接，所述控制器能够根据检测装置得到的研磨垫减薄的厚度，使光头下降相同的距离，从而避免了因研磨垫的减薄而使光谱仪获得的反射光正弦曲线发生偏差，使测量结果更为精确；而且，减少了更换研磨垫的次数，节约了成本，简化工艺。
[0023]采用上述化学机械抛光装置进行化学机械抛光的方法中，通过检测装置测得研磨垫的厚度、以及研磨垫减薄的厚度；当所述研磨垫的厚度大于最小允许值时，每抛光一定数量的晶圆后即测量研磨垫被减薄的厚度，并通过控制器将光头下移相同距离，继续进行抛光；从而保证光头到晶圆表面的距离不变，避免了因研磨垫减薄而导致的终点检测结果不准确的问题；而且，减少了研磨垫的更换次数，节约成本，简化工艺。【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是现有技术的化学机械抛光装置的剖面结构示意图；
[0025]图2是现有采用光学终点检测的化学机械抛光装置的剖面结构示意图；
[0026]图3是本发明第一实施例的化学机械抛光装置的剖面结构示意图；
[0027]图4是图3中研磨垫和检测装置的俯视结构图；
[0028]图5示出了图3中位置调节装置的详细结构图；
[0029]图6是图5中光头固定件和光头的俯视结构图；
[0030]图7是本发明第二实施例的化学机械抛光的方法的流程示意图；
[0031]图8至图11是本发明第二实施例的化学机械抛光过程中，化学机械抛光装置的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0032]如【背景技术】所述，现有的化学机械抛光装置在采用光学终点检测时，检测结果不精确。
[0033]请参考图2，是现有采用光学终点检测的化学机械抛光装置的剖面结构示意图，包括:基座20 ;位于基座20表面的研磨垫22，所述研磨垫22内具有检测窗28，所述检测窗28的表面与所述研磨垫22与晶圆27相接触的表面齐平；固定于所述基座20内的光头29，所述光头29位于所述检测窗28下方，所述检测窗28为透光材料，且所述光头29与检测窗28之间为空腔；所述光头29分别与光源发射器30和光谱仪连接31，所述光源发射器30和光谱仪31位于基座20内；位于所述基座20下方与基座20相连的转动轴21 ;位于研磨垫22边缘表面的修整器23 ;位于研磨垫22上方的抛光头24 ;与所述抛光头24相连的轴杆25 ；设置于抛光头24上的用于固定晶圆27的夹持环26 ;所述抛光头24将晶圆27压于研磨垫22表面。
[0034]当采用图2所述化学机械抛光装置进行终点检测时，所述光源发射器30通过光纤将已知波长的入射光传输给光头29，且所述入射光强度随时间的变化而呈正弦曲线；所述光头29将所述入射光传输到与研磨垫22相接触的晶圆27表面；所述入射光在所述晶圆27表面发生反射，且所述反射光被所述光头29获取并通过光纤传输给光谱仪31 ；随着化学机械抛光工艺的进行，所述光谱仪31能够得到所述晶圆27表面的反射光的强度随时间推移的正弦变化曲线；所述正弦曲线相邻波峰之间的距离表示所去除材料的固定量，通过在抛光过程中所得到的波峰数量乘以一个波峰之间所去除材料的量，能够得到所需去除的材料总量；当去除材料的总量达到预设指标时，即抛光工艺达到终点，从而达到终点检测的目的。
[0035]本发明的发明人经过研究发现，在现有的光学终点检测过程中，由于研磨垫22随着抛光工艺的进行而逐渐减薄，导致所述光头29到晶圆27表面的距离逐渐减小，导致所述光谱仪31获得的反射光强度随时间变化的正弦曲线发生偏移，使测量结果不准确；因此，现有技术中，为了使光学终点检测的结果更为精确，当所述研磨垫22减薄了一定厚度之后，即更换新的研磨垫22，从而减少所述正弦曲线的偏差；然而，过多的更换研磨垫22会增加工艺成本，且过程繁琐，使光学终点检测难以推广。[0036]经过本发明的发明人进一步研究发现，在所述研磨垫上方设置检测装置，在所述基座内设置位置调节装置，而所述位置调节装置能够带动光头上升或下降；所述检测装置和位置调节装置分别与控制器连接，所述控制器能够根据检测装置检测的研磨垫减薄的厚度，控制所述光头下降相同距离，从而避免了由于研磨垫的减薄而导致光头到晶圆表面的距离逐步减小的问题，使终点检测的结果更精确；而且，避免了过多地更换研磨垫，使研磨垫的利用率更高，从而节约了成本，并简化了工艺。
[0037]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0038]第一实施例
[0039]图3是本发明的化学机械抛光装置的实施例的剖面结构示意图，包括:基座200 ；固定于基座200表面的研磨垫201，所述研磨垫201内具有检测窗202，所述检测窗202的表面与所述研磨垫201表面齐平，且所述检测窗202为透光材料；位于所述基座200内的光头203，所述光头203位于所述检测窗202下方，且所述光头203与检测窗202之间为空腔；固定于所述基座200内的位置调节装置204，所述位置调节装置204与所述光头203连接，用于带动所述光头203上升或下降；位于研磨垫201上方的检测装置205，用于检测研磨垫201减薄的厚度，所述检测装置205位于所述研磨垫201上方，且所述检测装置205到研磨垫201中心的距离、与所述检测窗202到所述研磨垫201中心的距离一致；分别与所述位置调节装置204和检测装置205连接的控制器215，所述控制器215根据检测装置205检测的研磨垫201减薄的厚度，控制所述光头203下降相同距离。
[0040]在本实施例中，所述基座200包括台板(未示出)和位于台板下方的装置腔(未示出)，所述台板用于固定研磨垫201。
[0041]所述检测窗202的为透明材料，且所述检测窗202到光头203之间为空腔，则所述光头能够把光线传输至晶圆208被抛光表面，并获得所述晶圆208被抛光表面的反射光，以此来确定晶圆208的被抛光量；而所述检测窗202能够在晶圆208的抛光过程中，防止抛光副产物与光头203接触，避免因光头203污染或损坏而影响终点检测的结果。
[0042]所述光头203分别通过光纤214与光源发射器212和光谱仪213连接，所述光头203、光源发射器212和光谱仪213均位于基座201的装置腔内；在化学机械抛光的过程中，所述光源发射器212将入射光通过光纤214传递给光头203，并通过光头203将所述入射光射向研磨垫201与晶圆208相接触的表面，且所述入射光强度随时间的推移而呈正弦曲线；所述入射光在晶圆208表面的反射光会到所述光头203，且所述光头203将所述反射光通过光纤214传递给光谱仪213 ;所述光谱仪213对接收到的反射光进行分析，并获得反射光的强度随时间变化的正弦曲线；由所述正弦曲线的波峰数量，结合每个波峰之间的时间去除的材料量，得到抛光去除材料的总量；当去除材料的总量达到需要停止抛光的量时，即停止抛光；其中，每个波峰之间的时间内所去除的材料数量可以通过测量获得，而各个波峰之间的时间内所去除的材料量相同，因此能够的得到去除的材料总量。
[0043]然而，由于随着抛光工艺的进行，研磨垫201也持续减薄，当所述研磨垫201的厚度过薄时，会导致所述光谱仪213获得的反射光强度随时间变化的正弦曲线发生偏移，从而使终点检测的误差变大，精度降低；现有技术为了提高光学终点检测的精度，当所使用的研磨垫201的厚度减薄至最小的允许厚度时，即更换新的研磨垫，从而保证终点检测的误差在允许范围内；然而，频繁地更换研磨垫201会提高成本，且使工艺繁琐。
[0044]为了提高光学终点检测的精度，本发明的发明人在所述研磨垫201的上方设置检测装置205，所述检测装置205相对于研磨垫201的位置固定；在本实施例中，所述检测装置205固定于喷淋臂210的一端，而所述喷淋臂相对于所述研磨垫201的位置固定，使所述检测装置205相对于研磨垫201的位置固定；而且所述检测装置205到研磨垫201中心的距离、与所述检测窗202到所述研磨垫201中心的距离一致，从而所述检测装置205能够测量所述检测窗202所在位置的研磨垫201被减薄的厚度；所述检测装置205与控制器215连接，把测得的研磨垫201减薄的厚度传输给控制器215 ;而所述控制器215还与位置调节装置204连接，把获得的研磨垫201减薄的厚度传输给所述位置调节装置204，而所述位置调节装置204根据所述厚度，带动光头203向下移动相同距离，从而使光头203到晶圆208被抛光表面的距离保持稳定，则所述光谱仪213获取的反射光强度随时间推移的正弦曲线不会发生偏移，使光学终点检测的结果更为精确；而且，避免了在抛光过程中频繁更换研磨垫201，能够节约成本，节省时间，延长研磨垫201的使用寿命。
[0045]此外，所述化学机械抛光装置还包括:位于研磨垫201上方的抛光头206 ;与所述抛光头206相连的轴杆207 ;设置于抛光头206上的用于固定晶圆208的夹持环(未示出)；位于研磨垫201上方的喷淋臂210 ;与所述喷淋臂210连接的喷淋口 211 ;位于所述研磨垫201边缘表面的修整器(未示出)，用于修整磨损的研磨垫201。
[0046]所述轴杆207对抛光头206提供向下的压力，将晶圆208按压于研磨垫201表面；与所述抛光头206连接的轴杆207带动所述抛光头206沿抛光头206的轴线旋转，同时所述轴杆207带动所述抛光头206在研磨垫201边缘到中心的范围内来回摆动；基座转轴209带动基座200及研磨垫201沿研磨垫201的轴线旋转，且旋转方向与抛光头206的旋转方向相反；而且，所述晶圆208位于所述检测窗202所在的圆周上，从而保证抛光过程中，入射光能够通过检测窗而射到所述晶圆208的被抛光表面；在化学机械抛光的过程中，研磨液通过位于研磨垫201上方的喷淋口 211被喷淋到研磨垫201表面。
[0047]请参考图3和图4，图4是研磨垫201和检测装置205的俯视结构图。
[0048]在本实施例中，所述检测装置205为激光传感器，所述激光传感器能够通过向所述晶圆208表面发射激光，并接收所述晶圆208表面反射的激光而获取检测装置205到所述晶圆208表面的距离；而且，所述检测装置205的分辨率为20微米?30微米，从而能够精确的获得抛光过程中研磨垫201所减薄的厚度。
[0049]此外，所述检测装置205到研磨垫201中心的距离、与所述检测窗202到所述研磨垫201中心的距离一致；由于在研磨垫201上，所述检测窗202所在的圆周被减薄的厚度相同，因此所述检测装置205测得的研磨垫201减薄的厚度即为所述检测窗202位置的研磨垫201减薄的厚度，并控制位置调节装置204向下移动相同距离而保证终点检测的精度。
[0050]请参考图3和图5，图5示出了位置调节装置204的详细结构。
[0051 ] 所述位置调节装置205位于基座200的装置腔内，所述位置调节装置205包括:由步进电机固定件225固定于基座200内的步进电机220 ;与所述步进电机220连接的丝杆221，所述丝杆221由所述步进电机220带动旋转，所述丝杆221表面具有螺纹；固定于光头203下方的光头固定件222 ;通过螺丝224固定于所述光头固定件222的内纹螺丝223，所述内纹螺丝223贯穿所述光头固定件222，所述丝杆221穿过所述内纹螺丝223，所述内纹螺丝223的内壁表面具有与所述丝杆221螺纹相匹配的螺纹。
[0052]所述位置调节装置205中的步进电机220与控制器215连接，获取由所述控制器215发出的研磨垫201的减薄厚度；由于所述丝杆贯穿光头固定件222内的内纹螺丝223，且所述内纹螺丝223的内表面具有与所述丝杆221外表面相匹配的螺纹，因此当所述丝杆221旋转，能够带动所述光头固定件222上下移动；根据所述研磨垫201减薄的厚度，所述步进电机220带动所述丝杆221旋转，使光头固定件222下降相同距离，从而所述光头203下降相同距离，保证了光头203到晶圆208被抛光表面的距离保持不变。
[0053]请参考图6，是光头固定件222和光头203的俯视结构图。
[0054]在本实施例中，所述光头固定件222为圆盘状；在所述光头固定件222的边缘均匀设置1至4组丝杆221和步进电机220，可根据具体工艺需求设置不同数量的丝杆221和步进电机220 ;当采用2至4组步进电机220和丝杆221时，所述步进电机220分别与控制器215连接，从而能够使所述光头固定件的上下移动更为稳定；在本实施例中，采用一组丝杆221和步进电机220。
[0055]在其他实施例中，可根据具体工艺需求改变所述光头固定件的形状，或更改步进电机220和丝杆221的数量，不应过于限定。
[0056]本实施例所述化学机械抛光装置，在所述基座200内设置位置调节装置204，所述位置调节装置204能够带动光头203上下移动；所述研磨垫上方固定设置有检测装置205，用于检测研磨垫201减薄的厚度；而所述位置调节装置204和所述检测装置205分别与控制器215连接，所述控制器215能够根据检测装置205测得的研磨垫201减薄的厚度，带动光头203下降相同的距离；从而保证了光头203到晶圆208被抛光表面的距离不变，使光学终点检测的结果更为精确；此外，减少了更换研磨垫201的次数，延长了研磨垫201的使用寿命，从而节约了成本，并简化工艺。
[0057]第二实施例
[0058]图7是本发明化学机械抛光的方法实施例的流程示意图，包括步骤:
[0059]步骤S100，测量检测装置到基座表面的第一距离；
[0060]步骤S101，将研磨垫固定于基座表面，并测量所述检测装置到所述研磨垫表面的
第二距离；
[0061]在步骤S101之后，执行步骤S102，研磨预设数量的晶圆；
[0062]在步骤S102之后，执行步骤S103，测量所述检测装置到所述研磨垫表面的第三距离；
[0063]当所述第一距离与第三距离的差值大于最小允许值时，执行步骤S104，由控制器控制光头下降所述第二距离与第三距离的差值的距离；
[0064]在步骤S104之后，再次执行步骤S102 ；
[0065]当所述第一距离与第三距离的差值小于最小允许值时，再次执行步骤S101。
[0066]以下将结合附图对本实施例的化学机械抛光的方法进行说明。
[0067]图8至图11为本实施例的化学机械抛光过程中，化学机械抛光装置的剖面结构示意图。
[0068]请参考图8，测量检测装置305到基座300表面的第一距离d0。
[0069]本实施例的化学机械抛光的方法采用如第一实施例所述化学机械抛光装置，包括:基座300，所述基座300包括台板(未示出)和位于台板下方的装置腔(未示出)；位于基座300装置腔内的光头303，所述光头303分别通过光纤314与光源发射器312和光谱仪313连接，所述光源发射器312和光谱仪313均位于基座300的装置腔内；固定于所述基座300装置腔内的位置调节装置304，所述位置调节装置304与所述光头303连接，用于带动所述光头303上升或下降；固定于喷淋臂310的一端的检测装置305，所述喷淋臂310固定于基座300上方，所述检测装置305到基座300中心的距离、与所述检测窗302到所述基座300中心的距离一致；分别与所述位置调节装置304和检测装置305连接的控制器315。
[0070]其中，所述位置调节装置304包括:由步进电机固定件固定于基座301内的步进电机；与所述步进电机连接的丝杆，所述丝杆由所述步进电机带动旋转，所述丝杆表面具有螺纹；固定于光头303下方的光头固定件；通过螺丝固定于所述光头固定件的内纹螺丝，所述内纹螺丝贯穿所述光头固定件，所述丝杆穿过所述内纹螺丝，所述内纹螺丝的内壁表面具螺纹，且与所述丝杆表面螺纹相匹配。
[0071]本实施例中，所述检测装置305为激光传感器，所述激光传感器的分辨率为20-30微米；所述激光传感器向与其相对的表面发射激光，并接收所述表面反射的激光，从而获取所述激光传感器到与其相对表面的距离。
[0072]采用所述化学机械抛光装置进行抛光工艺之前，首先采用所述检测装置305测量所述检测装置305到基座300表面的第一距离屯。
[0073]请参考图9，将研磨垫301固定于基座300表面，并测量所述检测装置305到所述研磨垫301表面的第二距离屯。
[0074]当测得所述检测装置305到基座300表面的第一距离屯后，将研磨垫301固定于基座300表面；所述研磨垫301内具有检测窗302，所述检测窗302的表面与所述研磨垫301表面齐平，且所述检测窗302为透光材料，从而使所述光头303在后续抛光过程中发射的入射光能够到达所述晶圆308被抛光的表面，达到终点检测的目的。
[0075]在固定所述研磨垫301后，采用所述检测装置305测量所述检测装置305到所述研磨垫301表面的第二距离屯，从而得到初始状态下所述研磨垫301的厚度即为第一距离d0减去第二距离屯的值。
[0076]请参考图10，在测量第二距离屯后，采用所述研磨垫301研磨预设数量的晶圆308。
[0077]当得到初始状态下所述研磨垫301的厚度之后，即可进行化学机械抛光工艺；需要说明的是，所述化学机械抛光装置还包括:位于研磨垫301上方的抛光头306 ;与所述抛光头306相连的轴杆307 ;设置于抛光头306上的用于固定晶圆308的夹持环；与所述喷淋臂310连接的喷淋口 311 ;位于所述研磨垫301边缘表面的修整器(未示出)，用于修整磨损的研磨垫301。
[0078]所述轴杆307对抛光头306提供向下的压力，将晶圆308按压于抛光垫301表面；与所述抛光头306连接的轴杆307带动所述抛光头306沿抛光头306的轴线旋转，同时所述轴杆307带动所述抛光头306在研磨垫301边缘到中心的范围内来回摆动；基座转轴309带动基座300及研磨垫301沿抛光垫301的轴线旋转，且旋转方向与抛光头306的旋转方向相反；同时，所述喷淋口 311将研磨液喷淋到研磨垫301表面，晶圆308的与研磨垫301相接触的表面与研磨液发生化学反应，并在研磨垫301的机械研磨作用下被去除。[0079]在化学机械抛光过程中，所述光头303将来自光源发射器312的入射光射向晶圆308被抛光表面，并获取来自所述被抛光表面的反射光；所述光头303将所述反射光通过光纤314传输给光谱仪313，所述光谱仪313对所述反射光进行分析后得到所述反射光的强度随时间的推移而变化的正弦曲线，并由所述正弦曲线得到所述晶圆308表面的材料被抛光去除的量。
[0080]当采用所述研磨垫301研磨完预设数量的晶圆308，停止化学机械抛光工艺；所述预设数量为10~100块晶圆308。
[0081 ] 请参考图11，在研磨预设数量的晶圆308后，测量所述检测装置305到所述研磨垫301表面的第三距离d2。 [0082]所述第一距离dQ与第三距离d2的差值即为在去除预设量的晶圆308表面的材料后，所述研磨垫301当前的厚度；而所述第二距离dl与第三距离d2的差值为所述研磨垫301减薄的厚度；由于所述检测装置305的分辨率为20-30微米，在所述研磨垫301被减薄的厚度范围内，因此能够精确测量所述研磨垫301被减薄的厚度。
[0083]请参考图7和图11，当所述第一距离屯与第三距离d2的差值大于最小允许值时，执行步骤S104，由控制器314控制光头303下降所述第二距离屯与第三距离d2的差值的距离。
[0084]所述最小允许值为在化学机械抛光工艺中，所述研磨垫301能够允许的最小厚度值，当所述研磨垫301的厚度小于所述最小允许值时，会影响化学机械抛光的结果。
[0085]当所述第一距离屯与第三距离d2的差值大于最小允许值时，所述研磨垫301能够继续在化学机械抛光工艺中使用，然而研磨垫301被减薄的厚度会影响光学终点检测的精确度；由于所述检测装置305已测得的研磨垫301被减薄的厚度4-di，所述控制器314根据所述厚度控制步进电机320和丝杆321旋转，从而带动所述光头固定件322向下移动4-d!的距离，则光头303也向下移动dfdi的距离，从而使所述光头303到所述研磨垫301被抛光的表面距离不变，使光学终点检测的结果更精确。
[0086]在执行步骤S104，将光头303下降所述第二距离屯与第三距离d2的差值的距离之后，再次执行步骤S102，继续对晶圆308的化学机械抛光工艺，直至所述晶圆308被去除的材料达到停止量时，停止所述化学机械抛光工艺；所述停止量为按照具体工艺需求所确定的晶圆308表面需要被抛光去除的量。
[0087]当所述第一距离屯与第三距离d2的差值小于最小允许值时，即说明所述研磨垫301已无法继续在化学机械抛光工艺中使用，因此再次执行步骤S101，更换新的研磨垫308，并继续所述步骤S101之后的步骤，直至停止抛光。
[0088]在本实施例所述化学机械抛光的过程中，所述检测装置测305能够测量所述研磨垫301的厚度，以及研磨垫301被减薄的厚度；当所述研磨垫301的厚度能够允许继续抛光时，每抛光预设数量的晶圆308后，即测量研磨垫301被减薄的厚度，并控制光头下移相同距离，然后才继续进行抛光；从而使光头到晶圆被抛光表面的距离在化学机械抛光过程中保持恒定，避免了因研磨垫的减薄而导致的终点检测结果不准确的问题；此外，本实施例所述化学机械抛光方法减少了研磨垫301的更换次数，从而延长了研磨垫301的寿命，节约成本，并简化工艺。
[0089]综上所述，在所述基座内固定位置调节装置，所述位置调节装置能够带动所述光头上下移动；在所述研磨垫上方设置检测装置，用于检测研磨垫减薄的厚度；而所述位置调节装置和所述检测装置分别与控制器连接，所述控制器能够根据检测装置得到的研磨垫减薄的厚度，使光头下降相同的距离，从而避免了因研磨垫的减薄而使光谱仪获得的反射光正弦曲线发生偏差，使测量结果更为精确；而且，减少了更换研磨垫的次数，节约了成本，简化工艺。
[0090]采用上述化学机械抛光装置进行化学机械抛光的方法中，通过检测装置测得研磨垫的厚度、以及研磨垫减薄的厚度；当所述研磨垫的厚度大于最小允许值是，每抛光一定数量的晶圆后即测量研磨垫被减薄的厚度，并通过控制器将光头下移相同距离，继续进行抛光；从而保证光头到晶圆表面的距离不变，避免了因研磨垫减薄而导致的终点检测结果不准确的问题；而且，减少了研磨垫的更换次数，节约成本，简化工艺。
[0091]本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
【权利要求】
1.一种化学机械抛光装置，其特征在于，包括:基座;固定于基座表面的研磨垫，所述研磨垫内具有检测窗，所述检测窗的表面与所述研磨垫表面齐平，且所述检测窗为透光材料；位于所述基座内的光头，所述光头位于所述检测窗下方，且所述光头与检测窗之间为空腔；固定于所述基座内的位置调节装置，所述位置调节装置与所述光头连接，用于带动所述光头上升或下降；位于研磨垫上方的检测装置，用于检测研磨垫减薄的厚度，所述检测装置到研磨垫中心的水平距离、与所述检测窗到所述研磨垫中心的水平距离一致；分别与所述位置调节装置和检测装置连接的控制器，所述控制器根据检测装置检测的研磨垫减薄的厚度，控制所述光头下降相同距离。
2.如权利要求1所述化学机械抛光装置，其特征在于，所述位置调节装置包括:固定于基座内的步进电机；与所述步进电机连接的丝杆，所述丝杆由所述步进电机带动旋转，所述丝杆表面具有螺纹；固定于光头下方的光头固定件；固定于所述光头固定件的内纹螺丝，所述内纹螺丝贯穿所述光头固定件，所述丝杆贯通所述内纹螺丝，所述内纹螺丝的内壁表面具有与所述丝杆螺纹相匹配的螺纹，且所述丝杆旋转带动所述固定有内纹螺丝的光头固定件上下移动，并带动所 述光头上下移动。
3.如权利要求2所述化学机械抛光装置，其特征在于，所述步进电机通过电机固定件固定于基座内。
4.如权利要求1所述化学机械抛光装置，其特征在于，所述检测装置为激光传感器。
5.如权利要求4所述化学机械抛光装置，其特征在于，所述检测装置的分辨率为20微米~30微米。
6.如权利要求1所述化学机械抛光装置，其特征在于，还包括:位于研磨垫上方的喷淋臂；与所述喷淋臂连接的喷淋口。
7.如权利要求6所述化学机械抛光装置，其特征在于，所述检测装置固定于所述喷淋臂的一端。
8.如权利要求1所述化学机械抛光装置，其特征在于，所述光头分别与光源发射器和光谱仪连接，所述光源发射器和光谱仪位于基座内。
9.如权利要求8所述化学机械抛光装置，其特征在于，所述光头通过光纤分别与光源发射器和光谱仪连接。
10.如权利要求1所述化学机械抛光装置，其特征在于，还包括:位于研磨垫上方的抛光头，用于将晶圆按压于研磨垫表面；与所述抛光头连接的轴杆，用于带动所述抛光头旋转或移动。
11.如权利要求1所述化学机械抛光装置，其特征在于，还包括:基座转轴，用于带动基座旋转，所述基座的旋转方向与抛光头旋转的方向相反。
12.—种采用如权利要求1至11任一项所述化学机械抛光装置进行化学机械抛光的方法，其特征在于，包括:步骤S10，测量检测装置到基座表面的第一距离；步骤S11，将研磨垫固定于基座表面，并测量所述检测装置到所述研磨垫表面的第二距离；在步骤S11之后，执行步骤S12，研磨预设数量的晶圆；在步骤S12之后，执行步骤S13，测量所述检测装置到所述研磨垫表面的第三距离；当所述第一距离与第三距离的差值大于最小允许值时，执行步骤S14，由控制器控制光头下降所述第二距离与第三距离的差值的距离；在步骤S14之后，再次执行步骤S12 ；当所述第一距离与第三距离的差值小于最小允许值时，再次执行步骤S11。
13.如权利要求12所述化学机械抛光的方法，其特征在于，所述预设数量为10-100。
【文档编号】B24B37/013GK103624673SQ201210299234
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年8月21日 优先权日:2012年8月21日
【发明者】陈枫 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司