CN103084969A - 一种化学机械研磨设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种化学机械研磨设备，其特征在于，包括：研磨平台；研磨垫，其位于所述研磨平台上；晶圆载片头，其吸附待研磨的晶圆并使所述待研磨的晶圆的正面接触所述研磨垫；研磨垫修整器；带有可视识别标记的装置，其连接于支撑所述研磨垫修整器的轴；光源，其经配置以照射所述可视识别标记；传感器，其经配置以接收从所述可视识别标记反射过来的光线。所述光源在研磨过程中以同一角度照射所述可视识别标记，所述传感器根据接收的从所述可视识别标记反射过来的光线的入射角度的变化发送控制信号给所述晶圆载片头，所述晶圆载片头根据所述控制信号调控所述待研磨的晶圆的背面的载体膜相对于所述研磨垫的表面的高度。根据本发明，在研磨过程中能够及时调整待研磨晶圆的位置，从而解决研磨垫表面磨损所带来的待研磨晶圆与研磨垫表面接触不良的问题，保持所述研磨过程的连续性和稳定性。

Description

一种化学机械研磨设备
技术领域
本发明涉及半导体制造工艺中的化学机械研磨，具体而言涉及一种化学机械研磨设备。
背景技术
随着半导体制造工艺的不断发展，其工艺边际随之不断减小，因此，减小工艺制程的误差和监控制造工具工作过程的传感器所产生的监控信号的偏差是非常重要的。
化学机械研磨（CMP）是半导体制造工艺中非常重要的工艺，其对于金属互连线的形成非常重要。常用的化学机械研磨设备如图1A所示，其包括研磨平台100、研磨垫101、晶圆载片头102、研磨垫修整器103、转轴105和转轴106。所述研磨垫101位于所述研磨平台100上，所述转轴105支撑所述研磨平台100和所述研磨垫101，并控制二者的转动。所述晶圆载片头102中吸附待研磨的晶圆，使晶圆的正面紧贴所述研磨垫101的表面。所述转轴106支撑所述晶圆载片头102，并控制其转动。当研磨过程开始时，所述转轴105和转轴106沿同一方向转动，所需的研磨液104注入到所述研磨垫101上。所述研磨垫修整器103用于对所述研磨垫101上的沟槽进行清理，以防止研磨颗粒填实所述沟槽。
所述晶圆载片头102的经放大的剖面图如图1B所示。所述晶圆载片头102通过其中的气压室109产生一定的真空度以吸附待研磨的晶圆108。所述晶圆载片头102通过定位环107将所述晶圆108的正面固定于所述研磨垫101的表面。
在研磨过程中，所述研磨垫101的表面磨损状况通过研磨率来衡量。所述研磨率取决于所述研磨垫101的可接触面积和接触动力学，其中，所述可接触面积通过预先确定的研磨垫表面高度的统计分布来确定，所述接触动力学通过研磨垫的机械行为来衡量。
在研磨开始时，所述研磨垫101的表面高度为最大，如图1B所示；随着研磨的进行，所述研磨垫101的表面高度不断降低，在达到研磨垫的使用寿命的终点时，所述研磨垫101的表面与所述晶圆108的正面已经出现一定距离，如图1C所示，其将影响所述研磨过程的效果，即所述研磨率的降低。
因此，需要提出一种方法，在研磨过程中能够及时调整待研磨晶圆的位置，以解决研磨垫表面磨损所带来的待研磨晶圆与研磨垫表面接触不良的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种化学机械研磨设备，其特征在于，包括：研磨平台；研磨垫，其位于所述研磨平台上；晶圆载片头，其吸附待研磨的晶圆并使所述待研磨的晶圆的正面接触所述研磨垫；研磨垫修整器；带有可视识别标记的装置，其连接于支撑所述研磨垫修整器的轴；光源，其经配置以照射所述可视识别标记；传感器，其经配置以接收从所述可视识别标记反射过来的光线。
进一步，所述光源在研磨过程中以同一角度照射所述可视识别标记。
进一步，所述传感器根据接收的从所述可视识别标记反射过来的光线的入射角度的变化发送控制信号给所述晶圆载片头。
进一步，所述晶圆载片头根据所述控制信号调控所述待研磨的晶圆的背面的载体膜相对于所述研磨垫的表面的高度。
进一步，所述化学机械研磨设备还包括：添加研磨液和清洗液的装置。
根据本发明，在研磨过程中能够及时调整待研磨晶圆的位置，从而解决研磨垫表面磨损所带来的待研磨晶圆与研磨垫表面接触不良的问题，保持所述研磨过程的连续性和稳定性。 
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1A为常用的化学机械研磨设备的示意性剖面图；
图1B为图1A所示的化学机械研磨设备中的晶圆载片头的经放大的示意性剖面图；
图1C为图1A所示的化学机械研磨设备中的研磨垫在达到其使用寿命的终点时晶圆载片头的经放大的示意性剖面图；
图1D为根据本发明提出的方法对化学机械研磨设备进行改进的示意性剖面图；
图1E为根据本发明提出的方法对化学机械研磨设备进行改进后的所述研磨设备中的研磨垫在达到其使用寿命的终点时晶圆载片头的经放大的示意性剖面图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出的改进化学机械研磨的方法。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
下面，参照图1D来描述本发明提出的改进化学机械研磨的方法。
在化学机械研磨过程中，研磨垫101的表面高度为最大，如图1D中的(a)部分所示；当所述研磨垫101达到其使用寿命的终点时，所述研磨垫101的表面高度为最小，如图1D中的(b)部分所示。
由于研磨设备中的研磨垫修整器103的高度随着所述研磨垫101的表面高度的降低而降低，因此本发明在支撑所述研磨垫修整器103的轴110上安装一装置111，并在所述装置111的上部布置一可视识别标记112，同时布置一光源照射所述可视识别标记112，通过一传感器113接收从所述可视识别标记112反射过来的光线。在所述研磨过程中，所述光源始终以同一角度照射所述可视识别标记112。由于所述装置111也是随着所述研磨垫101的表面高度的降低而降低，因此所述光源照射所述可视识别标记112的位置是不同的，出现高度落差114，所述高度落差114即是所述研磨垫101的表面高度的降低值。也就是说，所述传感器113可以根据接收到的从所述可视识别标记112反射过来的光线的入射角度的变化感知被照亮的所述可视识别标记112的位置的不同，从而得出所述研磨垫101的表面高度的降低值。与此同时，所述传感器113发出一控制信号给所述研磨设备中的晶圆载片头，所述晶圆载片头通过调整其中的气压室的真空度来控制待研磨晶圆背面的载体膜相对于所述研磨垫101的高度，从而确保在所述研磨过程中待研磨晶圆的正面始终与所述研磨垫101保持接触。
所述研磨设备还包括用于添加研磨液和清洗液的装置，在图1D中未予示出。
如图1E所示，当所述研磨设备中的研磨垫101在达到其使用寿命的终点时，所述晶圆108的正面仍然与所述研磨垫101保持接触。
根据本发明，在研磨过程中能够及时调整待研磨晶圆的位置，从而解决研磨垫表面磨损所带来的待研磨晶圆与研磨垫表面接触不良的问题，保持所述研磨过程的连续性和稳定性。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。 

Claims (5)

1.一种化学机械研磨设备，其特征在于，包括：
研磨平台；
研磨垫，其位于所述研磨平台上；
晶圆载片头，其吸附待研磨的晶圆并使所述待研磨的晶圆的正面接触所述研磨垫；
研磨垫修整器；
带有可视识别标记的装置，其连接于支撑所述研磨垫修整器的轴；
光源，其经配置以照射所述可视识别标记；
传感器，其经配置以接收从所述可视识别标记反射过来的光线。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光源在研磨过程中以同一角度照射所述可视识别标记。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述传感器根据接收的从所述可视识别标记反射过来的光线的入射角度的变化发送控制信号给所述晶圆载片头。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述晶圆载片头根据所述控制信号调控所述待研磨的晶圆的背面的载体膜相对于所述研磨垫的表面的高度。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括：添加研磨液和清洗液的装置。
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