CN201960447U - 一种化学机械研磨设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种化学机械研磨设备，通过设置研磨厚度实时反馈装置及同研磨厚度实时反馈装置相连接的有多个分流端口的研磨液供应装置，可将待研磨晶圆的各个研磨区域的研磨厚度均匀性的实时检测结果反馈给研磨液供应装置，使研磨液供应装置能够根据厚度均匀性实时调整对应于待研磨晶圆不同研磨区域的各个分流端口的研磨液流速，从而使研磨液的流速随研磨厚度均匀性进行实时调整，极大的提高了晶圆研磨面的均匀性和平坦度。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体机械研磨领域，特别涉及一种化学机械研磨设备。
背景技术
随着超大规模集成电路ULSI(Ultra Large Scale Integration)的飞速发展，集成电路制造工艺变得越来越复杂和精细。为了提高集成度，降低制造成本，元件的特征尺寸(Feature Size)不断变小，芯片单位面积内的元件数量不断增加，平面布线已难以满足元件高密度分布的要求，只能采用多层布线技术利用芯片的垂直空间，进一步提高器件的集成密度。但多层布线技术的应用会造成衬底表面起伏不平，对图形制作极其不利，为此，常需要对衬底进行表面平坦化(Planarization)处理。目前，化学机械研磨法(CMP，Chemical Mechanical Polishing)是达成全局平坦化的最佳方法，尤其在半导体制作工艺进入亚微米(sub-micron)领域后，其已成为一项不可或缺的制作工艺技术。
化学机械抛光(CMP)是利用混有极小磨粒的化学溶液与加工表面发生化学反应来改变其表面的化学健，生成容易以机械方式去除的产物，再经机械摩擦去除化学反应物获得超光滑无损伤的平坦化表面的。
图1为现有的化学机械研磨设备的结构示意图，如图1所示，该装置包括：外壳(图中未示)，表面贴有研磨垫(polish pad)的转台(platen)101，研磨头102和用于输送研磨液(slurry)的研磨液供应管(tube)103。研磨时，先将待研磨的衬底的待研磨面向下附着在研磨头102上，通过在研磨头102上施加下压力，使衬底紧压到研磨垫上；然后，表面贴有研磨垫的转台101在电机的带动下旋转，研磨头102也进行同向转动，实现机械研磨；同时，研磨液通过研磨液供应管(tube)103输送到研磨垫上，并利用转台旋转的离心力分布在研磨垫上，在待研磨衬底和研磨垫之间形成一层液体薄膜，该薄膜与待研磨衬底的表面发生化学反应，生成易去除的产物。这一过程结合机械作用和化学反应将衬底表面的材料去除。
但现有技术的化学机械研磨设备上研磨液供应管的研磨液供应位置比较单一，单靠转台旋转的离心力不能够确保研磨头下方的研磨垫上的研磨液能够均匀分布，而研磨液的分布不均匀将直接影响到研磨头的研磨效果，导致衬底研磨结果的不均匀。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种化学机械研磨设备，以解决现有技术的化学机械研磨设备研磨液供应位置单一，研磨垫上的研磨液不能够均匀分布，导致研磨结果的不均匀的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种化学机械研磨设备，包括：表面贴有研磨垫的转台，研磨头、用于输送研磨液的研磨液供应装置，还包括用于检测被研磨样品厚度的传感器以及对所述传感器的测量数据进行处理的数据处理器；所述研磨液供应装置包括供应管道、流速控制器和多个分流端口；所述传感器安装于所述研磨垫下，所述数据处理器连接所述传感器，所述流速控制器的一端连接所述数据处理器，另一端连接所述供应管道，所述分流端口连接于所述流速控制器上；所述分流端口分布于所述流速控制器的两侧。
可选的，所述研磨头从中心至最外端的被划分为多个不同的区域，所述各个区域上所施加的压力不同，所述流速控制器的两侧分别设置的分流端口的位置分别对应于所述研磨头上不同压力区域的位置。
可选的，所述研磨液供应装置沿所述转盘的半径进行移动，其移动方向同所述研磨头的移动方向相对，移动距离同所述研磨头的移动距离相等。
本实用新型的化学机械研磨设备通过设置研磨厚度实时反馈装置及同研磨厚度实时反馈装置相连接的有多个分流端口的研磨液供应装置，可将待研磨晶圆的各个研磨区域的研磨厚度均匀性的实时检测结果反馈给研磨液供应装置，使研磨液供应装置能够根据厚度均匀性实时调整对应于待研磨晶圆不同研磨区域的各个分流端口的研磨液流速，从而使研磨液的流速随研磨厚度均匀性进行实时调整，极大的提高了晶圆研磨面的均匀性和平坦度。
附图说明
图1为现有的化学机械研磨设备的结构示意图；
图2为本实用新型的化学机械研磨设备的结构示意图；
图3为研磨头压力分布区域示意图；
图4为本实用新型的化学机械研磨设备的工作流程示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
本实用新型的化学机械研磨的装置可广泛应用于多种领域，并且可以利用多种替换方式实现，下面是通过较佳的实施例来加以说明，当然本实用新型并不局限于该具体实施例，本领域内的普通技术人员所熟知的一般的替换无疑地涵盖在本实用新型的保护范围内。
其次，本实用新型利用示意图进行了详细描述，在详述本实用新型实施例时，为了便于说明，示意图不依一般比例局部放大，不应以此作为对本实用新型的限定。
请参看图2，图2为本实用新型的化学机械研磨设备的结构示意图。如图2所示，本实用新型的化学机械研磨设备包括：表面贴有研磨垫的转台210，研磨头220、用于输送研磨液的研磨液供应装置230、用于检测被研磨样品厚度的传感器(图中未示)以及对所述传感器的测量数据进行处理的数据处理器(图中未示)；所述研磨液供应装置230包括供应管道231、流速控制器232和多个分流端口233；所述传感器安装于所述研磨垫下，所述数据处理器连接所述传感器，所述流速控制器232的一端连接所述数据处理器，另一端连接所述供应管道231，所述分流端口233连接于所述流速控制器232上；所述分流端口233分布于所述流速控制器232的两侧。
请参看图3，图3为研磨头压力分布区域示意图。由于在使用化学机械研磨设备进行研磨时，研磨头在转动的同时向待研磨的晶圆施加压力，使其衬底紧压到研磨垫上。由于研磨头从中心到最外端的不同区域转速不同，为了使待研磨晶圆得到均匀的研磨，研磨头在从中心到外端的不同区域上对待研磨的晶圆所施加的压力不同。如图3所示，作为一种实施例，研磨头从中心至最外端的可被划分为Z5到Z1个区域，各个区域上所施加的压力不等，其中Z5区域施加的压力最小，Z1区域最大。被研磨晶圆同样可确定出同研磨头上Z5到Z1五个区域相对应的Z5到Z1五个区域。为了通过对研磨头不同区域所供应的研磨液流量的控制使研磨的均匀性得到更进一步的提升，在本实用新型的化学机械研磨设备中对应于研磨头Z5至Z1五个不同区域，在流速控制器232的两侧分别设置有S5至S1五个不同的分流端口分别对应于研磨头上Z5至Z1区域的两端。同理，研磨头从中心至最外端的也可被划分为Z3到Z1三个区域或者Z7到Z1七个区域等不同数目的区域，流速控制器232的两侧也分别设置有相应数量的不同的分流端口分别对应于研磨头上的各个区域的两端。
请结合参看图2和图4，图4为本实用新型的化学机械研磨设备的工作流程示意图。如图2和图4所示，本实用新型的化学机械研磨设备在研磨时，先将待研磨晶圆的待研磨面向下附着在研磨头220上，通过在研磨头220上施加下压力，使待研磨面紧压到转盘210上的研磨垫上；研磨液通过研磨液供应装置230输送到研磨垫上并利用转台旋转的离心力分布在研磨垫上，在待研磨衬底和研磨垫之间形成一层液体薄膜，该薄膜与待研磨衬底的表面发生化学反应，生成易去除的产物；表面贴有研磨垫的转台210在电机的带动下旋转，研磨头220也进行同向转动，实现机械研磨；通过传感器感测被研磨晶圆的待研磨面在Z5到Z1各个区域的厚度值，通过数据处理器对测得的各个区域的厚度值进行比较处理，得到各个区域的厚度一致性结果，并将结果反馈给流速控制器；通过流速控制器控制其两侧S5到S1各个分流端口的流速；若被研磨晶圆的待研磨面上Z5至Z1五个区域中某一区域的厚度大于各个区域厚度的平均值，则将增加对应的分流端口的研磨液流速；若被研磨晶圆的待研磨面上Z5至Z1五个区域中某一区域的厚度小于各个区域厚度的平均值，则将减小对应的分流端口的研磨液流速。因此当转盘旋转起来后，被研磨晶圆的待研磨面上Z5到Z1不同区域所接触到的研磨液流量将随着S5到S1各个分流端口研磨液流速的调整而进行实时调整，从而进一步提高了晶圆研磨面的平坦度。
更加优选的方案为：在研磨头自身旋转时还沿转盘半径进行移动时，研磨液供应装置同样沿转盘的半径进行移动，其移动方向同研磨头沿转盘的半径的移动方向相对，移动距离同研磨头沿转盘的半径的移动距离相等，这样可确保研磨液供应装置所供应的研磨液随着研磨头的移动而正好位于研磨头在转盘所经过的轨迹上，从而使研磨头下的研磨液真正实现动态分流量供应。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (3)
1.一种化学机械研磨设备，包括：表面贴有研磨垫的转台，研磨头、用于输送研磨液的研磨液供应装置，其特征在于，还包括用于检测被研磨样品厚度的传感器以及对所述传感器的测量数据进行处理的数据处理器；所述研磨液供应装置包括供应管道、流速控制器和多个分流端口；所述传感器安装于所述研磨垫下，所述数据处理器连接所述传感器，所述流速控制器的一端连接所述数据处理器，另一端连接所述供应管道，所述分流端口连接于所述流速控制器上；所述分流端口分布于所述流速控制器的两侧。
2.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述研磨头从中心至最外端的被划分为多个不同的区域，所述各个区域上所施加的压力不同，所述流速控制器的两侧分别设置的分流端口的位置分别对应于所述研磨头上不同压力区域的位置。
3.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述研磨液供应装置沿所述转盘的半径进行移动，其移动方向同所述研磨头的移动方向相对，移动距离同所述研磨头的移动距离相等。
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
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