[发明专利]化学机械抛光装置及化学机械抛光的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种化学机械抛光装置及化学机械抛光的方法。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

可选地，所述步进电机通过电机固定件固定于基座内。

可选地，所述检测装置为激光传感器。

可选地，所述检测装置的分辨率为20微米~30微米。

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。

可选地，所述检测装置固定于所述喷淋臂的一端。

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。

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。

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。

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。