[发明专利]一种改善化学机械研磨研磨均匀度的方法

说明书

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匀度的方法。

背景技术

在半导体制造中，化学机械研磨（CMP，Chemical Mechanical 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匀性非常重要，硅片表面氧化膜厚度将会影响到电子器件的电性能参数，厚度不均匀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工艺的整体均匀度。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工艺整体均匀度。

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研磨均匀度；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）公开了一种通过在控制膜垫片（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匀度的方法，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研磨均匀度，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匀度的方法，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匀度的方法，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匀度的方法，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匀度的方法，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匀度的方法，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匀度的问题，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。

附图说明

图1是本发明改善化学机械研磨研磨均匀度的方法中的监控回路及研磨头的结构示意图。

具体实施方式

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。