CN201960464U

CN201960464U - 一种化学机械研磨垫及化学机械研磨设备

Info

Publication number: CN201960464U
Application number: CN2010206943533U
Authority: CN
Inventors: 蒋莉
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2020-12-30

Abstract

本实用新型提供一种化学机械研磨垫，包括：基带和固着研磨颗粒，所述基带的中部设置所述固着研磨颗粒，所述基带的两侧为空白区域。还提供一种化学机械研磨设备，包括上述化学机械研磨设备。本实用新型所述化学机械研磨垫及化学机械研磨设备的两侧有未设置固定研磨颗粒的空白区域，在化学机械研磨初期和末期时晶圆停留在所述空白区域进行压力施加、压力减小或高压清洗，能够保护化学机械研磨垫带上的固定研磨颗粒不因压力改变、高压清洗而脱落，减少了续晶圆的划伤，从而提高晶圆的产率和可靠性。

Description

一种化学机械研磨垫及化学机械研磨设备

技术领域

本实用新型涉及一种半导体工艺设备，尤其涉及一种化学机械研磨垫及化学机械研磨设备。

背景技术

电子系统和电路对现代社会的进步有显著的贡献，并用于多种应用以取得最佳的结果。诸如数字计算机、计算器、音频设备、视频设备和电话系统之类的多种电子技术均包括有助于在大多数商业、科学、教育和娱乐领域内分析和传递数据、思想及趋势方面提高生产率并减少成本的处理器。设计成能提供这种结果的电子系统通常包括芯片晶圆上的集成电路(IC)。通常，由包括抛光步骤以形成平滑的晶圆表面在内的处理过程来制造晶圆。对于IC晶圆的制造来说，以有效和充分的方式执行抛光步骤是个关键。

用于通常IC的原始材料是有很高纯度的硅。使纯硅材料变成呈实心柱体的单晶体。然后将这种晶体锯开以形成晶圆，通过用平板印刷术(例如照相平板印刷术、X-射线平板印刷术等)处理在晶圆上增加多个层而将电子组件形成在晶圆上。通常，平板印刷术用于形成电子组件，所述电子组件包括形成在晶圆层的有不同电学特征的区域。复杂的IC通常具有多个不同的叠加层，每一层均重叠在前一层的上面并按多种互联方式包括有多个组件。将IC组件叠加所说的层内时，这些复杂的IC最终表面外形是凸凹不平的(例如，他们通常类似于有多个上升部或“丘陵”或者下降部或“山谷”的凸凹陆地“山脉”)。

现有技术中，抛光是获得晶圆表面平面化的最佳方法。最常用的抛光技术之一包括化学机械研磨(CMP，Chemical Mechanical Planarization，化学机械抛光)，所述CMP使用喷布在抛光垫上的研磨液，以便有助于使晶圆平滑化和以可预知的方式平面化。研磨液的平面化属性一般由研磨摩擦组分和化学反应组分构成。研磨摩擦组分源于悬浮在研磨液中的研磨颗粒。所述研磨颗粒在与晶圆表面作摩擦接触时会增加抛光垫的研磨特性。化学反应组分与所述晶圆表面的材料发生化学反应。通过与要加以抛光的晶圆表面发生化学反应而软化或分解。研磨摩擦组分和化学反应组分有助于研磨垫平坦化晶圆表面。

将研磨液分布给抛光垫的方式会显著地影响研磨液在帮助抛光时的研磨和化学特性的效果，这又会影响去除率。传统的研磨液传送到晶圆表面。抛光材料通常具有凹凸的表面，包括多个形成在抛光垫表面上的非常小的凹坑和凿沟。所述凸凹表面上的凹坑和凹槽用作贮存器，可收集研磨液，以便传送至正被抛光的晶圆表面。尽管通常化学机械研磨过程中使用的研磨液能提供某些好处，但是也会导致不利的副作用。

传统的研磨液分布系统一般不提供研磨液在晶片表面上的均匀分布，例如大多数研磨液分布系统将新的研磨液提供给晶圆的边缘，然后经过研磨垫和晶圆的旋转运至晶圆的中心，部分研磨液中的固体研磨颗粒会在研磨液溶液中沉淀或聚集。则研磨液运输到晶圆中心时，研磨液的研磨特性会减弱。如果晶圆的一部分暴露与过量的研磨液相接处，则该部分会被以更快的速度去除掉。因而，研磨液会使更多的研磨摩擦力作用于晶圆的边缘，从而能较快地去除掉材料，而位于晶圆中心部分失效的研磨浆则会较慢地去除材料，导致形成不均匀抛光的晶圆表面。

此外，在抛光过程中，随着研磨液的消耗会产生废颗粒，这些废颗粒包括失效的研磨用颗粒以及晶圆上去除的材料。失效的研磨用颗粒不容易因化学反应而分解，则会以废颗粒的形成沉积在晶圆表面、进入抛光垫中的凹槽和凹坑中，影响研磨效果和效率。

因此，产生一种充分有效去除晶圆表面的设备，化学机械研磨设备采用固定颗粒研磨垫(Fixed Abrasive Pad)，不需要自由浮动的研磨颗粒，也不会导致晶片表面上过度的颗粒污染物，使化学机械抛光更加清洁。采用固定颗粒研磨垫(Fixed Abrasive Pad)是一个新颖的技术思想，所述固定颗粒研磨垫集合了研磨颗粒和研磨垫，能够达到较佳的研磨效果，对45nm级甚至以下的工艺技术越来越重要。研磨垫上的研磨颗粒极大地影响了研磨进程，研磨颗粒的磨损或脱落会降低研磨速率甚至对晶圆造成划伤。

专利号为US2002/0049027A1的美国专利公开了一种是用于化学机械研磨设备上的固定颗粒研磨垫，该专利所述固定颗粒研磨垫解决的上述技术问题，公开号为1438931A的中国专利公开了一种摆动的固定研磨料化学机械研磨设备及其实现方法，该专利中所述化学机械研磨设备包括具有固定研磨颗粒的研磨垫、供料滚筒和收回滚筒，并利用卷筒操作的配置控制所述研磨垫运动，从而在极短的时间和极少的劳动力将研磨垫使用过的部分更换为新的研磨垫，继续对晶圆进行化学机械研磨。

然而，固定研磨颗粒同样具有问题，固定研磨颗粒固着在研磨垫的基带上时，从制作成型到与晶圆表面接触开始研磨之间会接触到空气，外界潮湿的空气及水分会使固定研磨颗粒从基带上脱落，研磨垫的固定研磨颗粒分布不均匀，则在研磨过程中会降低研磨效率，影响晶圆的一致性。

相比常规的研磨液，现有技术中固定研磨颗粒对晶圆易造成划伤(Scratch)，影响晶圆的产率和可靠性。主要的划伤产生于化学机械研磨阶段的初期和末期，在化学机械研磨过程中，晶圆离开化学机械研磨设备之前，要对晶圆采用高压清洗过程，即利用高压水冲洗晶圆，以去除晶圆上的残留物质，之后研磨头拉起晶圆离开研磨平台。然而，高压水冲击研磨垫、以及晶圆与研磨垫之间的压力的变化会损坏研磨垫，造成研磨垫表面固定研磨颗粒脱落、移位，导致下一晶圆进入化学机械研磨设备时对晶圆表面的划伤。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种降低研磨过程中对晶圆造成划伤、提高晶圆产率和可靠性的化学机械研磨设备。

为解决上述问题，本实用新型提供一种化学机械研磨垫，包括：基带和固着研磨颗粒，所述基带的中部均匀设置所述固着研磨颗粒，所述基带的两侧为空白区域。

进一步的，所述固着研磨颗粒的材料为二氧化铈。

进一步的，所述化学机械研磨垫呈带状。

进一步的，所述空白区域的宽度为5mm～15mm。

进一步的，一种所述化学机械研磨设备，用以研磨晶圆，包括：基座；研磨头，位于所述基座上方，所述研磨头其下固定所述晶圆；研磨平台，设置于所述基座上；供应滚筒和回收滚筒，分别位于所述研磨平台两端；所述的化学机械研磨垫，位于所述供应滚筒和回收滚筒之间。

进一步的，所述化学机械研磨垫还包括清洗喷管，设置于基座上，喷口朝向所述研磨头。

进一步的，所述化学机械研磨垫呈带状。

进一步的，所述空白区域的宽度为5mm～15mm。

本实用新型中所述化学机械研磨设备在进行化学机械研磨阶段初期，所述研磨头带动晶圆移至所述化学机械研磨垫(简称研磨垫)上的空白区域，研磨头带动晶圆旋转并与所述研磨垫之间形成预设压力后，平移至所述研磨垫上固定研磨区域，进行研磨操作；在即将完成研磨工艺时，研磨头带动晶圆平移至空白区域，清洗喷管喷射高压水对晶圆进行冲洗的同时，研磨头带动晶圆旋转减速并减小晶圆与研磨垫之间的压力，冲洗结束后移开晶圆。

综上所述，本实用新型所述化学机械研磨垫的两侧有未设置固定研磨颗粒的空白区域，在化学机械研磨初期和末期时晶圆停留在所述空白区域进行压力施加、压力减小或高压清洗，能够保护化学机械研磨垫带上的固定研磨颗粒不因压力改变、高压清洗而脱落，减少了续晶圆的划伤，从而提高晶圆的产率和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型一实施例中化学机械研磨设备的结构示意图。

图2为本实用新型一实施例中化学机械研磨垫的结构示意图。

图3～图4为本实用新型一实施例中化学机械研磨垫的使用过程示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本实用新型的内容作进一步说明。当然本实用新型并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也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的表述，在详述本实用新型实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本实用新型的限定。

图1为本实用新型一实施例中化学机械研磨设备的结构示意图。如图1所示，所述化学机械研磨设备，包括基座101和设置于所述基座101上的研磨平台103，研磨头105位于所述基座101上方，研磨头105下方固定晶圆100，供应滚筒201和回收滚筒203，研磨垫300。此外，还包括清洗喷管207，喷口朝向所述研磨头105，用以在进行化学机械研磨即将结束时喷射高压清洗液清洗晶圆100。

所述供应滚筒201和回收滚筒203分别位于所述研磨平台103两端；所述供应滚筒201供应新的研磨垫，所述回收滚筒203回收废旧的研磨垫，所述供应滚筒201和回收滚筒203根据实际研磨工艺设定运动的速度转动，带动研磨垫300移动，保证与晶圆100接触的研磨垫300具有良好的研磨效果，且节省了更换研磨垫的时间，节约劳动率、提高了效率。

所述研磨垫300位于所述供应滚筒201和回收滚筒203之间，所述研磨垫300的两端分别卷在所述供应滚筒201和回收滚筒203之间，在化学机械研磨过程中，研磨垫300在供应滚筒201和回收滚筒203的带动下，在所述研磨平台103上以既定的速度滑动。所述晶圆100与位于研磨平台103上的研磨垫300接触，并形成一定的压力，基座101带动研磨平台103及上方研磨垫300转动，供应滚筒201和回收滚筒203也相应围绕研磨平台103转动，研磨头105带动晶圆100转动，晶圆100与研磨垫300相互摩擦，进行化学机械研磨工艺。

图2为本实用新型一实施例中化学机械研磨垫的结构示意图。如图2所示，所述研磨垫300包括基带301和固着研磨颗粒302，所述基带301的中部设置所述固着研磨颗粒302，所述基带301的两侧为空白区域，空白区域即为未设置固着研磨颗粒302的区域，所述基带302两侧空白区域的宽度为5mm～15mm。本实用新型中所述化学机械研磨垫不被限定于上述化学机械研磨设备，也可应用于其他研磨设备。

其中，所述固着研磨颗粒302的材料为二氧化铈。

图3～图4为本实用新型一实施例中化学机械研磨垫的使用过程示意图。请结合图1和图3～图4所示，本实用新型中所述化学机械研磨设备在进行化学机械研磨阶段初期，所述研磨头105带动晶圆100移至研磨垫100上的空白区域，研磨头105带动晶圆100旋转并与研磨垫300之间形成预设压力后，平移至研磨垫300上固定研磨颗粒302，进行研磨操作；在即将完成研磨工艺时，研磨头105带动晶圆100平移至空白区域，清洗喷管207喷射高压水对晶圆进行冲洗的同时，研磨头105带动晶圆100旋转减速并减小晶圆100与研磨垫300之间的压力，冲洗结束后移开晶圆100，从而不会因为压力的改变和高压清洗导致固定研磨颗粒302脱落，避免后续对晶圆100造成划伤。其他化学机械研磨步骤为业内技术人员所熟知的工艺技术，在此不做赘述。

综上所述，本实用新型所述化学机械研磨垫300的两侧有未设置固定研磨颗粒302的空白区域，在化学机械研磨初期和末期时晶圆100停留在所述空白区域进行压力施加、压力减小或高压清洗，能够保护研磨垫300上的固定研磨颗粒302不因压力改变、高压清洗而脱落，减少了续晶圆100的划伤，从而提高晶圆100的产率和可靠性。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种化学机械研磨垫，其特征在于，包括：基带和固着研磨颗粒，所述基带的中部均匀设置所述固着研磨颗粒，所述基带的两侧为空白区域。

2.如权利要求1所述的化学机械研磨垫，其特征在于，所述固着研磨颗粒的材料为二氧化铈。

3.如权利要求1所述的化学机械研磨垫，其特征在于，所述化学机械研磨垫呈带状。

4.如权利要求1所述的化学机械研磨垫，其特征在于，所述空白区域的宽度为5mm～15mm。

5.一种化学机械研磨设备，用以研磨晶圆，包括：基座；

研磨头，位于所述基座上方，所述研磨头其下固定所述晶圆；

研磨平台，设置于所述基座上；

其特征在于，还包括：

供应滚筒和回收滚筒，分别位于所述研磨平台两端；

如权利要求1所述的化学机械研磨垫，位于所述供应滚筒和回收滚筒之间。

6.如权利要求5所述的化学机械研磨设备，其特征在于，还包括，清洗喷管，喷口朝向所述研磨头。

7.如权利要求5所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述化学机械研磨垫呈带状。

8.如权利要求5所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述空白区域的宽度为5mm～15mm。