專利名稱：一種研磨墊及利用該研磨墊進(jìn)行研磨時(shí)的損耗檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及ー種研磨墊及利用該研磨墊進(jìn)行研磨時(shí)的損耗檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
在晶圓制造中，隨著制程技術(shù)的升級(jí)、導(dǎo)線與柵極尺寸的縮小，光刻(Lithography)技術(shù)對(duì)晶圓表面的平坦程度(Non-uniformity)的要求越來(lái)越高,化學(xué)機(jī)械研磨(Chemical Mechanical Polishing,簡(jiǎn)稱CMP)エ藝得到廣泛的應(yīng)用；CMP是一個(gè)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程和機(jī)械研磨過(guò)程共同作用的エ藝，在研磨過(guò)程中，通過(guò)研磨頭在晶圓背面施加一定的壓カ，致使晶圓正面緊貼研磨墊，而同時(shí)研磨頭帶動(dòng)晶圓和研磨墊同方向旋轉(zhuǎn)，以使晶圓正面與研磨墊產(chǎn)生機(jī)械摩擦，同時(shí)通過(guò)研磨液對(duì)晶圓進(jìn)行研磨，即通過(guò)一系列復(fù)雜的機(jī)械和化學(xué)作用去除晶圓表面的薄膜，從而達(dá)到晶圓平坦化的目的。圖1是本發(fā)明背景技術(shù)中傳統(tǒng)研磨墊的俯視圖；如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中為了増加晶圓與研磨墊的摩擦力，并同時(shí)提高研磨液的分布均勻性，在研磨墊I上設(shè)置多個(gè)成同心圓分布的溝槽2 ;在進(jìn)行研磨エ藝時(shí)，由于晶圓與研磨墊I之間的機(jī)械摩擦，研磨墊I的表面上的物質(zhì)不可避免的有損耗，隨著研磨時(shí)間的増加，損耗也増加，研磨墊I上的溝槽2的深度會(huì)逐漸變淺。圖2是本發(fā)明背景技術(shù)中傳統(tǒng)研磨墊在接近其實(shí)用壽命時(shí)不同位置的研磨墊厚度示意圖，橫軸表示研磨墊離其中心的距離(単位為inch)，縱軸表示研磨墊的厚度(単位為mils);由于在進(jìn)行研磨エ藝時(shí)，晶圓的不同位置作用與研磨墊的壓カ是不均勻的，且相對(duì)研磨墊具有轉(zhuǎn)動(dòng)和滑動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，造成晶圓研磨エ藝時(shí)對(duì)研磨墊的不同位置產(chǎn)生不同的損耗，隨著工藝時(shí)間的増加，損耗多的區(qū)域會(huì)比損耗少的區(qū)域的厚度較??；如圖2所示，在研磨墊接近其使用壽命時(shí)，其距離研磨墊中心距離附近的研磨墊厚度都在70mils左右，而研磨墊邊緣區(qū)域(距離中心點(diǎn)大于等于15inch的區(qū)域)的厚度在75mils以上，甚至能達(dá)到SOmils，即研磨墊的中間區(qū)域明顯比起邊緣區(qū)域的厚度薄很多。圖3是本發(fā)明背景技術(shù)中研磨墊的摩擦系數(shù)和研磨時(shí)間之間的關(guān)系示意圖，橫軸表示研磨時(shí)間(単位為H)，縱軸表示摩擦系數(shù)；公知的，研磨墊磨損程度會(huì)嚴(yán)重影響研磨速率，即隨著研磨墊磨損程度的増加，研磨墊的摩擦系數(shù)呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)；如圖3所示，在研磨エ藝進(jìn)行到2個(gè)小時(shí)(H)之后，研磨系數(shù)從0. 95急劇降到0. 85以下，而研磨系數(shù)的減小又會(huì)導(dǎo)致研磨速率的下降，進(jìn)而増大研磨エ藝時(shí)間。圖4本發(fā)明背景技術(shù)中研磨墊的研磨速率和研磨時(shí)間之間的關(guān)系示意圖，橫軸表示研磨時(shí)間(pad age),單位為H,縱軸表示研磨速率(removal rate),單位為A/min ;如圖4所示，隨著研磨時(shí)間的増加研磨速率也呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，尤其是在研磨時(shí)間大于等于2小時(shí)后，研磨速率也是急劇的從接近5400A/min下降到5200A/min附近。由于研磨速率、研磨墊摩擦系數(shù)與研磨時(shí)間呈相同的變化趨勢(shì)，均是隨著研磨時(shí)間的增加而急劇的降低，因此對(duì)研磨墊的損耗進(jìn)行及時(shí)有效的監(jiān)測(cè)就非常必要了。
在現(xiàn)有技術(shù)條件下，研磨墊的使用壽命主要按照以下方式定義①定義研磨墊的研磨時(shí)間定義實(shí)用研磨墊研磨的晶圓個(gè)數(shù)同時(shí)定義①和②，且以先到者定義為使用壽命。但是，上述監(jiān)測(cè)方式有一定的局限性，當(dāng)對(duì)不同的晶圓進(jìn)行研磨エ藝吋，由于不同產(chǎn)品的晶圓其膜質(zhì)和研磨壓カ的不同會(huì)造成對(duì)研磨墊不同的損耗，因此在相同的研磨時(shí)間下?lián)p耗會(huì)有很大的不同，同樣，在相同的研磨晶圓個(gè)數(shù)的前提下，如果研磨的是不同產(chǎn)品的晶圓，其對(duì)研磨墊的損耗會(huì)不同；即目前的研磨墊監(jiān)測(cè)方法針對(duì)不同晶圓在同一個(gè)研磨墊上進(jìn)行研磨エ藝時(shí)，不能實(shí)時(shí)檢測(cè)研磨墊的磨損情況，進(jìn)而造成研磨墊不能得到充分的利用,增大生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明掲示了ー種研磨墊，主要是通過(guò)在研磨墊上設(shè)置多個(gè)檢測(cè)斜孔以用于實(shí)時(shí)檢測(cè)研磨墊在研磨エ藝中各部位的損耗情況的エ藝。
本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
ー種研磨墊，所述研磨墊上設(shè)置有研磨溝槽，其中，所述研磨墊還設(shè)置有多個(gè)檢測(cè)斜孔。上述的研磨墊，其中，所述檢測(cè)斜孔為從所述研磨墊的上表面延伸至其內(nèi)部的盲孔。上述的研磨墊，其中，所述檢測(cè)斜孔的開(kāi)ロ端與其相鄰的所述溝槽之間的距離為l-20mmo上述的研磨墊，其中，所述檢測(cè)斜孔與所述研磨墊表面的夾角為20° -80°。上述的研磨墊，其中，所述檢測(cè)斜孔的個(gè)數(shù)為3-50。上述的研磨墊，其中，所述檢測(cè)斜孔與所述研磨溝槽之間不接觸。上述的研磨墊，其中，所述檢測(cè)斜孔垂直于所述研磨墊表面的深度小于所述研磨溝槽的深度，且大于所述研磨墊到達(dá)使用壽命時(shí)研磨溝槽預(yù)設(shè)的深度。上述的研磨墊，其中，所述檢測(cè)斜孔的開(kāi)ロ端的直徑小于所述研磨溝槽的直徑。上述的研磨墊，其中，多個(gè)所述檢測(cè)斜孔均勻的設(shè)置在所述研磨跌上。ー種對(duì)研磨墊進(jìn)行損耗檢測(cè)的方法，應(yīng)用于研磨エ藝中，包括上述任意一項(xiàng)所述的研磨墊，包括以下步驟
在進(jìn)行研磨エ藝中需要對(duì)研磨墊進(jìn)行損耗檢測(cè)時(shí)，測(cè)量所述檢測(cè)斜孔的上端面距離ー研磨溝槽之間的距離xl ；
根據(jù)磨損計(jì)算公式Ah = (X-xI) tan0，A h為該檢測(cè)斜孔處研磨墊磨損厚度，X為研磨
墊預(yù)設(shè)的該檢測(cè)斜孔的開(kāi)ロ端距離該研磨溝槽之間的距離，9為該檢測(cè)斜孔與研磨墊的表面之間夾角，xl為研磨墊研磨エ藝后的該檢測(cè)斜孔的開(kāi)ロ端距離該研磨溝槽之間的距離。綜上所述，本發(fā)明ー種研磨墊及利用該研磨墊進(jìn)行研磨時(shí)的損耗檢測(cè)方法，通過(guò)在設(shè)置有研磨溝槽的研磨墊上預(yù)設(shè)多個(gè)檢測(cè)斜孔，在進(jìn)行研磨エ藝中需要對(duì)研磨墊損耗進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，通過(guò)測(cè)量進(jìn)行研磨エ藝后的研磨墊上檢測(cè)斜孔與溝槽之間的距離，并針對(duì)該溝槽利用預(yù)先設(shè)定數(shù)值及公式，計(jì)算出該研磨墊在該檢測(cè)斜孔處的磨損情況，并繼續(xù)對(duì)其他各個(gè)檢測(cè)斜孔進(jìn)行相同的エ藝步驟，以能實(shí)時(shí)的檢測(cè)該研磨墊在研磨エ藝中表面全部位的磨損情況，進(jìn)而達(dá)到充分利用該研磨墊的目的，以降低研磨エ藝成本。


圖1是本發(fā)明背景技術(shù)中傳統(tǒng)研磨墊的俯視 圖2是本發(fā)明背景技術(shù)中傳統(tǒng)研磨墊在接近其實(shí)用壽命時(shí)不同位置的研磨墊厚度示意圖，橫軸表示研磨墊離其中心的距離(単位為inch)，縱軸表示研磨墊的厚度(単位為mils)；
圖3是本發(fā)明背景技術(shù)中研磨墊的摩擦系數(shù)和研磨時(shí)間之間的關(guān)系示意圖，橫軸表示研磨時(shí)間(単位為H)，縱軸表示摩擦系數(shù)；
圖4本發(fā)明背景技術(shù)中研磨墊的研磨速率和研磨時(shí)間之間的關(guān)系示意圖，橫軸表示研磨時(shí)間(pad age),單位為H,縱軸表示研磨速率(removal rate),單位為A/min ;
圖5為本發(fā)明研磨墊預(yù)設(shè)的結(jié)構(gòu)示意 圖6為本發(fā)明研磨墊中進(jìn)行過(guò)研磨エ藝后的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)ー步的說(shuō)明
圖5為本發(fā)明研磨墊預(yù)設(shè)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖6為本發(fā)明研磨墊中進(jìn)行過(guò)研磨エ藝后的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖5所示，本發(fā)明ー種研磨墊1，主要應(yīng)用于晶圓平坦化工藝如化學(xué)機(jī)械研磨エ藝(Chemical Mechanical Polishing,簡(jiǎn)稱CMP)等,該研磨墊I上設(shè)置有多個(gè)研磨溝槽2，比較常用的是將該多個(gè)研磨溝槽2設(shè)置為多個(gè)同心圓狀；在該研磨墊I的上的多個(gè)研磨溝槽2之間還開(kāi)設(shè)有多個(gè)檢測(cè)斜孔3，以用于在該研磨墊I進(jìn)行研磨エ藝吋，實(shí)時(shí)量測(cè)研磨墊表面各部分的損耗情況。進(jìn)ー步的，3-50個(gè)檢測(cè)斜孔3均勻的設(shè)置在研磨墊I上，以便于在研磨エ藝時(shí)對(duì)研磨墊I的表面上各部分進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，優(yōu)選的檢測(cè)斜孔3的個(gè)數(shù)可設(shè)置為3、15、25、35、40或50個(gè)，且該多個(gè)檢測(cè)斜孔3均為從研磨墊I的上表面延伸至其內(nèi)部的盲孔，與研磨墊I的表面平面呈20° -80°之間的夾角e，這樣才能較為準(zhǔn)確的量測(cè)在進(jìn)行研磨エ藝前后，檢測(cè)斜孔3相對(duì)于同一個(gè)研磨溝槽2之間的距離變化，夾角0優(yōu)選的為20°、40°、60°或80° ;其中，每個(gè)檢測(cè)斜孔3的開(kāi)ロ端與其相鄰的研磨溝槽2之間的距離X的范圍在l-20mm之間，以防止設(shè)置的檢測(cè)斜孔3與研磨溝槽2穿通，X的值優(yōu)選的為lmm、10mm或20mm。優(yōu)選的，每個(gè)檢測(cè)斜孔3垂直于研磨墊I的表面的深度d小于研磨溝槽2的深度D，且d大于研磨墊I到達(dá)使用壽命時(shí)研磨溝槽2預(yù)設(shè)的深度L，即D > d > L，以防止設(shè)置的檢測(cè)斜孔3穿透研磨墊1，同時(shí)又能預(yù)防檢測(cè)斜孔3在研磨墊I到達(dá)實(shí)用壽命前失效。進(jìn)ー步的，每個(gè)檢測(cè)斜孔3的開(kāi)ロ端的直徑r均小于研磨溝槽2的直徑R，且為了防止設(shè)置的檢測(cè)斜孔3影響研磨墊2的研磨效果，任ー檢測(cè)斜孔3與任一研磨溝槽3之間均不能穿通。如圖5-6所示，本發(fā)明還提供了ー種利用上述的研磨墊在研磨エ藝中對(duì)該研磨墊進(jìn)行實(shí)時(shí)損耗檢測(cè)的方法
首先，如圖5所示，在利用研磨墊I進(jìn)行研磨エ藝如CMP等前，將該研磨墊I上的每個(gè)檢測(cè)斜孔3相對(duì)于距離其最近距離的研磨溝槽2的距離X記錄下來(lái)，并同時(shí)將該檢測(cè)斜孔3與研磨墊I上表面平面之間的夾角0的值也記錄下來(lái)；其中，上述的檢測(cè)斜孔3及與其對(duì)應(yīng)的研磨溝槽2向研磨墊I內(nèi)部延伸時(shí)形成的夾角Y在10° -70°之間，且0與Y相加的和為90°。其次，如圖6所示，研磨墊I進(jìn)行研磨エ藝后，需要對(duì)磨損后的研磨墊I進(jìn)行損耗檢測(cè)時(shí)，測(cè)量每個(gè)檢測(cè)斜孔3和與其對(duì)應(yīng)的研磨溝槽2之間的距離xl。最后，利用公式三角函數(shù)公式Ah =(X-xl)taii5計(jì)算每個(gè)檢測(cè)斜孔3處研磨墊I的
磨損厚度，由于X、xl及0均已知，所以通過(guò)計(jì)算即可得到該檢測(cè)斜孔處研磨墊磨損厚度A h的值，進(jìn)而確定該檢測(cè)斜孔處的研磨墊磨損厚度；其中，A h為該檢測(cè)斜孔處研磨墊磨損厚度，X為研磨墊預(yù)設(shè)的該檢測(cè)斜孔的開(kāi)ロ端距離該研磨溝槽之間的距離，0為該檢測(cè)斜孔與研磨墊的表面之間夾角，xl為研磨墊研磨エ藝后的該檢測(cè)斜孔的開(kāi)ロ端距離該研磨溝槽之間的距離。其中，上述的公式厶h =(X-Fd)tan^的推導(dǎo)過(guò)程為
權(quán)利要求
1.一種研磨墊，所述研磨墊上設(shè)置有研磨溝槽，其特征在于，所述研磨墊還設(shè)置有多個(gè)檢測(cè)斜孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨墊，其特征在于，所述檢測(cè)斜孔為從所述研磨墊的上表面延伸至其內(nèi)部的盲孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨墊，其特征在于，所述檢測(cè)斜孔的開(kāi)口端與其相鄰的所述溝槽之間的距離為l_20mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨墊，其特征在于，所述檢測(cè)斜孔與所述研磨墊表面的夾角為 20。-80。。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨墊，其特征在于，所述檢測(cè)斜孔的個(gè)數(shù)為3-50。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨墊，其特征在于，所述檢測(cè)斜孔與所述研磨溝槽之間不接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨墊，其特征在于，所述檢測(cè)斜孔垂直于所述研磨墊表面的深度小于所述研磨溝槽的深度，且大于所述研磨墊到達(dá)使用壽命時(shí)研磨溝槽預(yù)設(shè)的深度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨墊，其特征在于，所述檢測(cè)斜孔的開(kāi)口端的直徑小于所述研磨溝槽的直徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨墊，其特征在于，多個(gè)所述檢測(cè)斜孔均勻的設(shè)置在所述研磨跌上。
10.一種對(duì)研磨墊進(jìn)行損耗檢測(cè)的方法，應(yīng)用于研磨工藝中，包括權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)所述的研磨墊，其特征在于，包括以下步驟在進(jìn)行研磨工藝中需要對(duì)研磨墊進(jìn)行損耗檢測(cè)時(shí)，測(cè)量所述檢測(cè)斜孔的上端面距離一研磨溝槽之間的距離xl ；根據(jù)磨損計(jì)算公式Ah = (Χ-χI) tan5，Δ h為該檢測(cè)斜孔處研磨墊磨損厚度，X為研磨墊預(yù)設(shè)的該檢測(cè)斜孔的開(kāi)口端距離該研磨溝槽之間的距離，xl為研磨墊研磨工藝后的該檢測(cè)斜孔的開(kāi)口端距離該研磨溝槽之間的距離，Θ為該檢測(cè)斜孔與研磨墊的表面之間夾角。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種研磨墊及利用該研磨墊進(jìn)行研磨時(shí)的損耗檢測(cè)方法。本發(fā)明通過(guò)在設(shè)置有研磨溝槽的研磨墊上預(yù)設(shè)多個(gè)檢測(cè)斜孔，在進(jìn)行研磨工藝中需要對(duì)研磨墊損耗進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，通過(guò)測(cè)量進(jìn)行研磨工藝后的研磨墊上檢測(cè)斜孔與溝槽之間的距離，并針對(duì)該溝槽利用預(yù)先設(shè)定數(shù)值及公式，計(jì)算出該研磨墊在該檢測(cè)斜孔處的磨損情況，并繼續(xù)對(duì)其他各個(gè)檢測(cè)斜孔進(jìn)行相同的工藝步驟，以能實(shí)時(shí)的檢測(cè)該研磨墊在研磨工藝中表面全部位的磨損情況，進(jìn)而達(dá)到充分利用該研磨墊的目的，以降低研磨工藝成本。
文檔編號(hào)G01B21/08GK103029035SQ201210493978
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者鄧鐳 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司