一種化學機械研磨設備的製作方法
2023-12-12 07:05:57 1
專利名稱：一種化學機械研磨設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種半導體工藝製造設備，尤其涉及一種化學機械研磨設備。
背景技術：
隨著半導體元件特徵的尺寸逐漸縮小至深次微米的範圍，為了確保元件的可靠 度，在製作集成電路或其他電子裝置時，提供極度平坦的晶片表面或基底表面是十分重要 的。在半導體工藝中，化學機械研磨法(Chemical Mechanical Polishing, CMP，化學 機械拋光法)是現今較常使用的全面性平坦化的技術。一般而言，在化學機械拋光的過程 中，是在供應含有化學助劑(Reagent)與研磨顆粒的研磨液(Slurry)的情況下，將待研磨 的晶片固定表面朝向轉速受到控制的研磨墊上，通過晶片與研磨墊之間的相對運動來達成 平坦化的目的。換言之，當晶片以按壓的方式於研磨墊上轉動時，晶片表面與研磨液中的研 磨顆粒會彼此接觸而產生摩擦，如此會使得晶片表面產生耗損，而使其表面逐漸平坦。然而，在現有技術中，化學機械研磨設備中所述研磨頭抓取晶圓在研磨墊上進行 研磨，研磨墊上同時有修整器對研磨墊進行修整，在晶圓上方設有研磨液供應管，在研磨過 程中，滴落至研磨墊上，並隨著晶圓與研磨墊的相對轉動流動到晶圓與研磨墊之間，達到較 佳的研磨效果。然而隨著晶圓的尺寸增大，晶圓做到18英寸、M英寸甚至更大，相應地，研 磨墊的尺寸需配合做到45英寸、60英寸甚至更大，則不僅研磨墊製作難度加大，使研磨墊 損壞率提高，成本不斷增加；並且由於尺寸增大，研磨液滴落在研磨墊上後難以迅速均勻分 布所有晶圓表面，造成研磨液的浪費，且影響晶圓研磨的一致性和均勻性。比外，拋光墊屬於易損件(Consumable Parts)，在進行一段時間的化學機械拋光 工藝之後，研磨墊的表面會變得光滑化(Glazing)，且研磨墊上容易會有殘留顆粒堆積聚 集。這些顆粒有的是來自研磨液中的研磨顆粒，有的則可能是來自晶片表面上被研磨去除 的薄膜材料所生成的副產品(By-Product)。處於光滑化狀態的拋光墊不能保持拋光磨料， 從而會顯著降低拋光速率。因此，現有技術為了確保化學機械拋光工藝的質量，必須在研磨 的同時使用修整器(Conditioner)使研磨墊回復適當的粗糙度，以維持研磨墊對晶片的研 磨速率和穩定度，修整器包括金剛石研磨顆粒，修整過程中，金剛石研磨顆粒易發生脫落， 落至研磨墊上造成晶圓的劃傷。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是，提供一種能夠充分利用研磨液、且提高晶圓研 磨的一致性和均勻性的化學機械研磨設備。為解決上述技術問題，本實用新型提供一種化學機械研磨設備，用於研磨晶圓，包 括轉臺，其上方固定放置所述晶圓，所述晶圓的待研磨麵朝上；研磨墊，其研磨麵朝下；研 磨頭，其下方固定所述研磨墊，能夠帶動所述研磨墊旋轉；研磨液供應管，設置於研磨頭或 研磨墊上。[0008]進一步的，所述研磨液供應管包括多個管道，均勻設置於所述研磨墊上。進一步的，所述研磨液供應管包括多個管道，所述研磨液供應管設置於所述研磨 墊外側的研磨頭上。進一步的，所述研磨液供應管的直徑為Imm 3cm。進一步的，所述研磨液供應管的流量為50ml/min 800ml/min。進一步的，所述研磨墊為圓形，且尺寸小於、等於所述晶圓的尺寸。進一步的，還包括修整器，位於所述轉臺旁；機械臂，其臂手下方固定所述研磨頭， 能夠帶動所述研磨墊移動；研磨墊更換裝置，位於所述轉臺旁，包括廢舊研磨墊收集裝置和 新研磨墊供應裝置；清洗裝置，設置於所述轉臺上方，包括去離子水噴管和研磨液噴管。進一步的，所述機械臂與所述研磨頭之間還設置有壓力調節裝置，所述壓力調節 裝置包括壓縮空氣噴頭、及設置於所述壓縮空氣噴頭上的壓力調節閥。進一步的，所述新研磨供應裝置內放置新研磨墊，在所述新研磨墊供應裝置中設 置有去離子水噴頭，噴水方向對向所述新研磨墊。綜上所述，本實用新型中所述研磨液供應管設置於所述研磨頭或研磨墊上，在研 磨過程中，研磨液能夠直接充分地流至晶圓上，從而在研磨過程中保持晶圓的一致性和均 勻性，並提高晶圓的研磨效率。進一步研磨液供應管包括多個管道，均勻地設置於研磨墊或 研磨頭上，能夠使研磨液均勻地分布於晶圓上，且可根據需要研磨的區域調整研磨液的量， 從而提高晶圓的研磨質量。進一步的，研磨過程中，所述研磨墊位於晶圓上方，使研磨漿的顆粒不會殘留聚集 在研磨墊上，從而有利於保持研磨墊粗糙度，提高研磨速率，延長研磨墊的使用時間，減少 研磨墊更換次數，提高工作效率。進一步的，在研磨墊進行修整過程中，所述修整器位於所述研磨墊下方，避免修整 殘留雜質及化學殘留液殘留在研磨墊上，繼而在後續使用過程中修整殘留雜質對晶圓造成 刮傷。進一步的，當研磨墊使用壽命結束時，機械臂帶動所述研磨墊移動至研磨墊更換 裝置，實現自動更換研磨墊，無需人為操作，提高工作效率。進一步的，化學機械研磨設備包括多個轉臺，可以同時研磨多個晶圓，從而提高研 磨效率，或實現同一晶圓在不同轉臺上完成使用不同研磨液的支撐，提高研磨製程的效果； 所述研磨墊的尺寸小於、等於晶圓，可配合晶圓尺寸不斷增大的趨勢，便於製作研磨墊，節 約製作成本。
圖1為本實用新型一實施例中化學機械研磨設備的結構示意圖。圖加 圖2c為本實用新型化學機械研磨設備的實施例的局部示意圖。圖3為本實用新型一實施例中所述化學機械研磨設備在研磨過程中的局部結構 示意圖。圖4為本實用新型一實施例中所述化學機械研磨設備在修整過程中的局部結構 示意圖。圖5 圖6為本實用新型一實施例中所述化學機械研磨設備在更換研磨墊過程中的局部結構側視圖。
具體實施方式
為使本實用新型的內容更加清楚易懂，以下結合說明書附圖，對本實用新型的內 容作進一步說明。當然本實用新型並不局限於該具體實施例，本領域內的技術人員所熟知 的一般替換也涵蓋在本實用新型的保護範圍內。其次，本實用新型利用示意圖進行了詳細的表述，在詳述本實用新型實例時，為了 便於說明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應以此作為對本實用新型的限定。圖1為本實用新型一實施例中化學機械研磨設備的結構示意圖。如圖1所示，本 實用新型提供一種化學機械研磨設備，包括轉臺101，其上方固定放置所述晶圓200，所述 晶圓200的待研磨麵朝上；研磨墊105，其研磨麵朝下；研磨頭105，其下方固定所述研磨 墊103，能夠帶動所述研磨墊103旋轉；研磨液供應管120，設置於研磨頭105或研磨墊103 上；圖加 圖2c為本實用新型化學機械研磨設備100的實施例的局部示意圖。所述 研磨液供應管120的管道數量、在研磨頭105或研磨墊103上的安裝位置均可根據實際需 要安裝，例如，圖加所示，研磨液供應管120包括兩個管道，設置於所述研磨墊103外側的 研磨頭105上；圖2b所示，研磨墊供應管120包括多個管道，均勻設置於所述研磨墊103， 研磨墊103材質疏鬆，易於打通可設置多個管道，而研磨墊103與晶圓200直接接觸研磨， 故研磨液充分落在所述晶圓表面，保證晶圓200研磨的一致性和均勻性，提高晶圓200的研 磨效率，且可根據需要研磨的區域調整研磨液的流出管路和流量，從而提高晶圓200的研 磨質量；或如圖2c所示，研磨墊供應管120包括多個管道，同時設置在研磨墊103和研磨頭 105上，根據研磨需要控制研磨墊供應管120的流出量。進一步的，所述研磨液供應管的直徑為Imm 3cm。所述研磨液供應管的流量為 50ml/min 800ml/mino從而，所述研磨液供應管120設置於所述研磨頭105或研磨墊103上，在研磨過程 中，研磨液能夠直接流至晶圓200上，使研磨液均勻地分布於晶圓200上，且可根據需要研 磨的區域調整研磨液的量，從而在研磨過程中保持晶圓200的一致性和均勻性，並提高晶 圓200的研磨效率。
1[0032]如圖1所示，在本實施例中，化學機械研磨設備100還包括修整器109，位於所述 轉臺101旁；機械臂107，其臂手下方固定所述研磨頭105，能夠帶動所述研磨墊103移動； 研磨墊更換裝置，位於所述轉臺101旁，包括廢舊研磨墊收集裝置111和新研磨墊供應裝置 113 ；清洗裝置，設置於所述轉臺101上方，包括去離子水噴管和研磨液噴管。
1[0033]進一步的，化學機械研磨設備100的轉臺101可以設置多個，同時研磨多個晶圓 200，提高研磨效率；或實現同一晶圓200在不同轉臺上完成不同研磨液的研磨製程，提高 研磨效果。進一步的，所述研磨墊103為圓形，且尺寸小於、等於所述晶圓200的尺寸。所述 研磨墊的尺寸小於、等於晶圓，可配合晶圓尺寸不斷增大的趨勢，便於製作研磨墊，節約制 作成本。此外其他形狀的研磨墊103也在本實用新型的思想範圍內。圖3為本實用新型一實施例中所述化學機械研磨設備在研磨過程的局部結構示意圖。請結合圖1和圖3所示，在對晶圓200研磨過程中，機械手臂107抓取所述研磨頭 105及研磨頭105下方固定的研磨墊103，並將研磨墊103移動至晶圓200上方進行研磨， 研磨墊103與晶圓200的轉動方向相反，轉動研磨同時，研磨液供應管120開啟，根據研磨 需要流出研磨液至晶圓200表面。所述研磨墊103位於晶圓200上方，使研磨液的顆粒不 會殘留聚集在研磨墊103上，從而有利於保持研磨墊103粗糙度，提高研磨速率，延長研磨 墊103的使用時間，減少研磨墊103更換次數，提高工作效率。其中機械臂107的臂手108 抓取研磨頭105，機械臂107與研磨頭105之間還設置壓力調節裝置110。所述壓力調節裝 置110包括壓縮空氣噴頭、及設置於所述壓縮空氣噴頭上的壓力調節閥(圖中未標示)，在 研磨過程中，通過調節壓力調節裝置110，可以提高研磨墊103與晶圓200之間的壓力，已得 到預設的研磨效果和速率。圖4為本實用新型一實施例中所述化學機械研磨設備在修整過程的局部結構示 意圖。請結合圖1和圖4所示，在對研磨墊103進行修整過程中，機械手臂107抓取所述研 磨頭105及研磨頭105下方固定的研磨墊103，並將研磨墊103移動至修整器109上方進 行研磨，所述修整器109可以包括用於修整的金剛石研磨顆粒115，此外，研磨材質還可以 為有機合成材質，修整器還包括109噴水裝置112。在修整過程中，所述修整器109位於所 述研磨墊103下方，避免修整殘留雜質包括研磨墊103研磨掉的顆粒以及修整器109上脫 落的金剛石研磨顆粒等，以及噴水裝置112噴出的液體不會殘留在研磨墊103上，繼而減少 修整殘留雜質在後續研磨過程中對晶圓200造成刮傷。圖5 圖6為本實用新型一實施例 中所述化學機械研磨設備在更換研磨墊過程中的局部結構側視圖。請結合圖1和圖5 圖 6所示，當研磨墊103使用壽命結束時，機械臂107帶動所述研磨墊103移動至研磨墊更換 裝置111，先將舊研磨墊103a放置於廢舊研磨裝置111中，再從新研磨墊供應裝置113中 抓取新的研磨墊103b，實現自動更換研磨墊，無需人為操作，提高工作效率。進一步的，所 述新研磨供應裝置113內放置新研磨墊10北，在所述新研磨墊供應裝置中設置有去離子水 噴頭114，噴水方向對向所述新研磨墊10北。去離子水噴水保證新研磨墊10 時刻保持溼 潤，減小與晶圓200研磨時對晶圓200的劃傷。雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本實用新型，任何 所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本實用新型的精神和範圍內，當可作些許的更 動與潤飾，因此本實用新型的保護範圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求1.一種化學機械研磨設備，用於研磨晶圓，其特徵在於，包括轉臺，其上方固定放置所述晶圓，所述晶圓的待研磨麵朝上；研磨墊，其研磨麵朝下；研磨頭，其下方固定所述研磨墊，能夠帶動所述研磨墊旋轉；研磨液供應管，設置於研磨頭或研磨墊上。
2.如權利要求1所述的化學機械研磨設備，其特徵在於，所述研磨液供應管包括多個 管道，均勻設置於所述研磨墊上。
3.如權利要求1所述的化學機械研磨設備，其特徵在於，所述研磨液供應管設置於所 述研磨墊外側的研磨頭上。
4.如權利要求1所述的化學機械研磨設備，其特徵在於，所述研磨液供應管的直徑為 Imm 3cm0
5.如權利要求1所述的化學機械研磨設備，其特徵在於，所述研磨液供應管的流量為 50ml/min 800ml/mino
6.如權利要求1所述的化學機械研磨設備，其特徵在於，所述研磨墊為圓形，且尺寸小 於、等於所述晶圓的尺寸。
7.如權利要求1所述的化學機械研磨設備，其特徵在於，還包括修整器，位於所述轉臺旁；機械臂，其臂手下方固定所述研磨頭，能夠帶動所述研磨墊移動；研磨墊更換裝置，位於所述轉臺旁，包括廢舊研磨墊收集裝置和新研磨墊供應裝置；清洗裝置，設置於所述轉臺上方，包括去離子水噴管和研磨液噴管。
8.如權利要求7所述的化學機械研磨設備，其特徵在於，所述機械臂與所述研磨頭之 間還設置有壓力調節裝置，所述壓力調節裝置包括壓縮空氣噴頭、及設置於所述壓縮空氣 噴頭上的壓力調節閥。
9.如權利要求7所述的化學機械研磨設備，其特徵在於，所述新研磨供應裝置內放置 新研磨墊，在所述新研磨墊供應裝置中設置有去離子水噴頭，噴水方向對向所述新研磨墊。
專利摘要本實用新型提供一種化學機械研磨設備，用於研磨晶圓，包括轉臺，其上方固定放置所述晶圓，所述晶圓的待研磨麵朝上；研磨墊，其研磨麵朝下；研磨頭，其下方固定所述研磨墊，能夠帶動所述研磨墊旋轉；研磨液供應管，設置於研磨頭或研磨墊上。本實用新型所述化學機械研磨設備在研磨過程中，研磨墊位於晶圓上方，且研磨液供應管設置於所述研磨頭或研磨墊上，從而保證研磨液直接充分地落在晶圓上方，提高研磨液的利用率，提高晶圓的均勻性和一致性。
文檔編號B24B37/04GK201913543SQ201020673640
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月21日 優先權日2010年12月21日
發明者蔣莉, 黎銘琦 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司