一种研磨垫及其使用周期检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体集成电路设备技术领域，更具体地，涉及一种可以检测使用周期的研磨垫及其使用周期的检测方法。
【背景技术】
[0002 ]在晶圆制造中，随着制程技术的升级、导线与栅极尺寸的缩小，光刻(Lithography)技术对晶圆表面平坦程度(Non-uniformity)的要求越来越高，因而化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，简称CMP)工艺得到了广泛的应用。
[0003]在半导体领域，化学机械研磨已成为半导体工艺流程中不可或缺的一环。在化学机械研磨工艺中，通过研磨台面带动研磨垫旋转，并通过研磨液分配臂向研磨垫喷射研磨液；同时，以研磨头保持待研磨的晶圆，将晶圆的待研磨面按压在研磨垫上并作相对转动，对晶圆进行研磨处理并使其平坦化。
[0004]由于研磨速率、研磨垫摩擦系数与研磨时间呈相同的变化趋势，均是随着研磨时间的增加而急剧的降低，因此对研磨垫的损耗进行及时有效的监测就非常必要了。
[0005]在现有技术条件下，研磨垫的使用寿命主要按照以下方式定义:
[0006]I)定义研磨垫的研磨时间；
[0007]2)定义使用研磨垫研磨的晶圆个数；
[0008]3)同时定义研磨垫的研磨时间和使用研磨垫研磨的晶圆个数，且将先到者定义为使用寿命。
[0009]但是，上述监测方式有一定的局限性。当对不同的晶圆进行研磨工艺时，由于不同产品的晶圆其膜质和研磨压力的不同会造成对研磨垫不同的损耗，因此在相同的研磨时间下损耗会有很大的不同。同样，在相同的研磨晶圆个数的前提下，如果研磨的是不同产品的晶圆，其对研磨垫的损耗也会不同。
[0010]因此，目前的研磨垫监测方法针对不同晶圆在同一个研磨垫上进行研磨工艺时，不能实时检测研磨垫的磨损情况，进而造成研磨垫不能得到充分的利用，增大了生产成本。
【发明内容】
[0011]本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种研磨垫及其使用周期检测方法，可实时检测研磨垫的磨损情况，并可准确判断研磨垫的使用周期是否达到。
[0012]为实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0013]—种研磨垫，所述研磨垫包括上下密合设置的研磨层和基板复合层，所述研磨层具有小于基板的强度及粗糙度，所述基板具有向上伸入研磨层内并均匀分布的多数个栓体。
[0014]优选地，所述栓体为锥形体。
[0015]优选地，所述栓体锥形体的顶角不小于60度。
[0016]优选地，所述栓体顶部具有弧形倒角。
[0017]优选地，所述研磨层或基板采用超高分子量聚乙烯纤维、芳香族聚酯纤维或聚乙烯醇聚酯纤维材料制作。
[0018]优选地，所述基板的杨氏模量和硬度大于研磨层。
[0019]优选地，所述基板的杨氏模量不小于1000cN/dtex，所述研磨层的杨氏模量不小于450cN/dtex ；所述基板的肖氏硬度不小于50。
[0020]优选地，所述基板的杨氏模量为1000-2500cN/dteX，所述研磨层的杨氏模量为450-1800cN/dtex ；所述基板的肖氏硬度为50-70。
[0021]一种针对上述的研磨垫的使用周期检测方法，包括:提供一新研磨垫，在每次使用研磨垫修整器对研磨垫进行修整时，分别采集研磨垫的扭矩回馈信息进行监控，并设定一个报警阈值;当研磨垫的扭矩回馈信息超过阈值时，发出报警信息，并根据设定的判定标准判断该研磨垫是否达到使用周期。
[0022]优选地，对所述研磨垫进行修整时，通过每次采集若干个扭矩回馈信息作为分组数据，生成一控制图，通过该控制图计算得到上、下控制限，并将上控制限定义为报警阈值；定义当研磨垫的扭矩回馈信息连续3组超过阈值时，作为研磨垫使用周期到达的判定标准，并对照控制图中的分组数据图形进行判断。
[0023]从上述技术方案可以看出，本发明通过将两种强度及粗糙度不同的材料层叠在一起组合成为一张研磨垫，在对研磨垫进行修整时，通过动态收集扭矩回馈信息，当位于上层的研磨层逐渐消耗、位于下层的基板栓体露出时，动态收集的扭矩回馈信息将发生趋势变化，即可通过研磨设备内设的算法及判定标准得出相应研磨垫使用周期是否达到的判断，避免了传统依靠收集研磨垫的研磨时间或/和研磨的晶圆个数一种或两种信息来判断研磨垫使用周期的是否达到的不准确判断方法，从而可以使研磨垫的使用周期最大化，有效降低成本。
【附图说明】
[0024]图1是本发明一较佳实施例的一种研磨垫结构示意图；
[0025]图2是图1中基板栓体的放大结构示意图；
[0026]图3是图1中研磨垫的使用状态变化示意图；
[0027]图4是本发明一较佳实施例的针对图1的研磨垫的使用周期检测方法流程框图；
[0028]图5-图6是通过采集扭矩回馈信息生成的控制图示例。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0030]需要说明的是，在下述的【具体实施方式】中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
[0031]在以下本发明的【具体实施方式】中，请参阅图1，图1是本发明一较佳实施例的一种研磨垫结构示意图。如图1所示，本发明的一种研磨垫为复合层结构，包括上下密合设置的研磨层I和基板2。在所述基板2上加工有多数个向上突出的栓体3，这些栓体3在基板2的上表面形成均匀分布，并伸入研磨层I内形成紧密结合。
[0032]请参阅图1。对所述研磨层I与基板2采用具有不同强度及粗糙度的材料进行制作，是本发明的一个关键，即应使得所述研磨层I具有小于基板2的强度及粗糙度。当采用本发明的研磨垫进行研磨时，被研磨物体与新研磨垫的研磨层之间的相对扭矩数据处于一个较低的平稳水平;随着研磨次数的增加，研磨层将逐渐被磨损而消耗，其粗糙度逐渐变大、扭矩数据也将逐渐变大;如图3所示，当研磨层I因被大量消耗，以至于从图示的虚线位置A下降至位置B处、基板2上的栓体3开始逐渐裸露出来时，扭矩数据将会有一个台阶式的上升。
[0033]利用本发明具有不同强度及粗糙度复合层的研磨垫所产生的上述扭矩变化特性，即可通过在进行研磨垫修整时，动态收集研磨垫的扭矩回馈信息，来监控研磨垫的磨损情况，并根据设定的阈值和判定标准来判断研磨垫是否达到使用周期。
[0034]作为一可选的实施方式，所述研磨层I或基板2可采用超高分子量聚乙烯纤维、芳香族聚酯纤维或聚乙烯醇聚酯纤维等材料进行制作;并且，所述研磨层和基板可使用相同的一种材料进行制作，也可使用不同的两种材料进行制作。可在基板的背面黏贴背胶，以便研磨垫在研磨台面上进行安装固定。
[0035]为了使所述研磨层具有小于基板的强度，可使得所述基板2的杨氏模量和硬度大于研磨层I。作为一优选的实施方式，所述基板的杨氏模量应不小于1000cN/dtex，所述研磨层的杨氏模量应不小于450cN/dteX;并且，所述基板的肖氏硬度应不小于50。进一步优选地，所述基板的杨氏模量可为1000-2500cN/dtex，所述研磨层的杨氏模量可为450-1800cN/dtex;所述基板的肖氏硬度可为50-70。
[0036]请继续参阅图1。为了使本发明的研磨垫在研磨层磨损消耗时，其扭矩数据有一个逐渐变大的过程，以便在基板上的栓体开始逐渐裸露出来时，能够使扭矩数据产生一个易于区分的台阶式的上升，作为一优选的实施方式，可以将所述栓体3加工成锥形体的突出形状。例如，可以将所述栓体加工成具有正四边形底面的金字塔形，或者圆锥体形以及具有多边形底面的其他锥形