CN201559124U

CN201559124U - 研磨头组件的清洗装置以及化学机械研磨设备

Info

Publication number: CN201559124U
Application number: CN2009202106880U
Authority: CN
Inventors: 曹开玮; 詹明松; 王怀锋; 余文军
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2019-10-13

Abstract

本实用新型揭露了一种研磨头组件的清洗装置以及化学机械研磨设备，所述清洗装置包括清洗管以及由所述清洗管上引出的多个清洗喷头，所述清洗喷头与所述研磨头以及研磨头支架相匹配，使得所述清洗喷头喷出的清洗液不仅能够清洗所述研磨头，并且可以去除所述研磨头支架上残留的研磨液，提高了清洗效率，从而提高了产品的良率。

Description

研磨头组件的清洗装置以及化学机械研磨设备

技术领域

本实用新型涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种研磨头组件的清洗装置以及化学机械研磨设备。

背景技术

随着超大规模集成电路的飞速发展，集成电路制造工艺变得越来越复杂和惊喜，为了提高集成度，降低制造成本，半导体器件的尺寸日益减小，平面布线已难以满足半导体器件高密度分布的要求，只能采用多层布线技术，进一步提高半导体器件的集成密度。由于多层互连或填充深度比较大的沉积过程导致了晶片表面过大的起伏，引起光刻工艺聚焦的困难，使得对线宽的控制能力减弱，降低了整个晶片上线宽的一致性。为此，需要对不规则的晶片表面进行平坦化处理。目前，化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是达成全局平坦化的最佳方法，尤其是在半导体制作工艺进入亚微米(sub-micron)领域后，化学机械研磨已成为一项不可或缺的制作工艺技术。

化学机械研磨是一个复杂的工艺过程，它是将晶片表面与研磨垫的研磨表面接触，然后，通过晶片表面与研磨表面之间的相对运动将晶片表面平坦化，通常采用化学机械研磨设备，也称为研磨机台或抛光机台来进行化学机械研磨工艺。进行化学机械研磨时，利用研磨头组件吸附晶片，该研磨头组件包括研磨头支架以及与研磨头支架连接且位于研磨头支架下方的研磨头，该研磨头的底面直径小于研磨头支架的底面长度，可将要研磨的晶片附着在研磨头上，该晶片的待研磨面向下并接触相对旋转的研磨垫，研磨头提供的下压力将该晶片紧压到研磨垫上，所述研磨垫是粘贴于平台(platen)上，当该平台在马达的带动下旋转时，研磨头也进行相对运动。同时，研磨液通过研磨液供应管路输送到研磨垫上，并通过离心力均匀地分布在研磨垫上，化学机械研磨所使用的研磨液一般包含有化学腐蚀剂和研磨颗粒，通过化学腐蚀剂和所述待研磨表面的化学反应生成较软的容易被去除的材料，然后通过机械摩擦将这些较软的物质从被研磨晶片的表面去掉，达到全局平坦化的效果。

在化学机械研磨过程中，这些研磨液会喷溅到研磨头以及位于研磨头上方的研磨头支架的部分区域，如果研磨头以及研磨头支架上的研磨液未被及时清理掉，将会在研磨头以及研磨头支架上形成研磨液的结晶体，而这些结晶体在后续研磨过程中，极有可能掉落到研磨头以及研磨垫上，从而在晶片表面产生划痕(scratch)等缺陷。为此，化学机械研磨设备内一般均设置有在线清洗装置，以在化学机械研磨设备闲置期间清洗研磨头，同时，在机台报警时，将研磨头移动到清洗装置上方，向晶片喷洒去离子水以去除晶片上残留的研磨液。

请参考图1，其为现有的清洗装置的清洗示意图，如图1所示，研磨头组件10的研磨头支架11与研磨头12连接，研磨头12通过真空吸附晶片30，可利用清洗装置20清洗研磨头12，当研磨头12与清洗管21上的清洗喷头22对齐时，清洗喷头22喷出去离子水对所述研磨头12进行清洗，以去除晶片30和研磨头12上所附着的研磨液及其它颗粒。

然而，由于该研磨头支架11的底面长度大于研磨头12的底面直径，而现有的清洗管21的长度仅与研磨头12匹配，清洗管21上的清洗喷头22喷洒的去离子水只能覆盖整个研磨头12的底面区域，也就是说，现有的清洗装置20仅能清洗研磨头12，而研磨头支架11上残留的研磨液则无法清洗，这些研磨液长时间后将形成结晶体，而这些结晶体以及研磨液则极有可能掉落到研磨垫上，从而在晶片30表面产生划痕，这些划痕极易在金属间引起短路或开路现象，大大降低产品的良率，给工艺生产带来巨大的损失。

实用新型内容

本实用新型提供一种研磨头组件的清洗装置，以解决现有的清洗装置无法去除研磨头支架上残留的研磨液，从而导致这些研磨液形成结晶体并在晶片表面产生划痕，降低产品的良率的问题。

为解决上述问题，本实用新型提出一种研磨头组件的清洗装置，该研磨头组件包括研磨头支架以及与所述研磨头支架连接且位于所述研磨头支架下方的多个研磨头，所述清洗装置包括清洗管以及由所述清洗管上引出的多个清洗喷头，所述清洗喷头与所述研磨头以及研磨头支架相匹配，使得所述清洗喷头喷出的清洗液能够清洗所述研磨头以及研磨头支架。

可选的，所述研磨头支架包括四个支臂，所述研磨头位于每个支臂下方。

可选的，所述清洗管的长度与所述支臂的长度相同，所述清洗管的长度是45～60cm。

可选的，所述清洗管的长度大于所述支臂的长度。

可选的，所述清洗喷头的数量是6～10个。

可选的，所述清洗管与一总管路连通，所述总管路是去离子水管路。

本实用新型还提供了一种化学机械研磨设备，所述化学机械研磨设备包括多个研磨垫、研磨头组件，以及多个固定于相邻的研磨垫之间的清洗装置，所述清洗装置用于清洗所述研磨头组件，所述研磨头组件包括研磨头支架以及与所述研磨头支架连接且位于所述研磨头支架下方的多个研磨头，所述清洗装置包括清洗管以及由所述清洗管上引出的多个清洗喷头，所述清洗喷头与所述研磨头以及研磨头支架相匹配，使得所述清洗喷头喷出的清洗液能够清洗所述研磨头以及研磨头支架。

可选的，所述研磨头支架包括四个支臂，所述研磨头位于所述支臂下方。

可选的，所述清洗管的长度大于所述支臂的长度。

可选的，所述清洗管固定于所述相邻的研磨垫之间。

可选的，所述清洗喷头的数量是6～10个。

与现有技术相比，本实用新型所提供的研磨头组件的清洗装置的清洗喷头与研磨头以及研磨头支架相匹配，即所述清洗喷头对应于整个研磨头以及研磨头支架底面的边缘区域，使得所述清洗喷头喷出的清洗液不仅能够清洗所述研磨头，并且可以去除所述研磨头支架上残留的研磨液，提高了清洗效率，进而提高了产品的良率。

附图说明

图1为现有的清洗装置的清洗示意图；

图2为本实用新型实施例提供的化学机械研磨设备的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的清洗装置的清洗示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的研磨头组件的清洗装置以及化学机械研磨设备作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

在背景技术中已经提及，由于现有的研磨头支架的底面长度大于研磨头的底面直径，而现有的清洗装置的清洗管的长度恰好与研磨头相同，清洗管上的清洗喷头喷洒的去离子水仅仅覆盖整个研磨头的底面区域，也就是说，现有的清洗装置仅能清洗研磨头，而无法清洗掉研磨头支架上残留的研磨液，这些残留的研磨液长时间后将会形成结晶体，这些结晶体极有可能掉落到研磨垫上，从而在晶片表面产生划痕，这些划痕将导致在金属间引起短路或开路现象，大大降低产品的良率，给工艺生产带来巨大的损失。

本实用新型的核心思想在于，提供一种研磨头组件的清洗装置，该清洗装置的清洗喷头与研磨头以及研磨头支架相匹配，即所述清洗喷头对应于整个研磨头以及研磨头支架底面的边缘区域，使得所述清洗喷头喷出的清洗液不仅能够清洗所述研磨头，并且可以去除所述研磨头支架上残留的研磨液，提高了清洗效率，进而提高了产品的良率。

在化学机械研磨过程中，同一晶片通常的研磨过程包括粗磨、细磨以及精磨三个阶段，粗磨的阶段是用来研磨掉所述晶片表面大部分的金属，细磨的阶段是通过降低研磨速率的方法研磨与阻挡层接触的金属，并通过终点侦测技术使研磨停留在阻挡层上，最后进行精磨，即研磨掉阻挡层以及少量的介质氧化物。因此，在晶片研磨的过程中，夹持晶片的研磨头组件就需要在用于不同阶段的研磨垫之间移动，以进行不同阶段的研磨。

请参考图2和图3，其中，图2为本实用新型实施例提供的化学机械研磨设备的示意图，图3为本实用新型实施例提供的清洗装置的清洗示意图。该化学机械研磨设备包括研磨头组件100、四个清洗装置200、三个用于不同研磨阶段的研磨垫400、研磨液供应管路500以及用于装卸晶片的初始位600，其中，该研磨头组件100包括研磨头支架110以及研磨头120。

具体的说，该研磨头支架110是可旋转的，其大致呈十字形，该研磨头支架110具有四个支臂111，每个支臂111的下方连接有一个研磨头120，其中，该研磨头120是圆形的，研磨头支架110的每个支臂111大致为长方体形状，研磨头120的直径小于研磨头支架110的底面长度，该清洗装置200固定于相邻的研磨垫400之间。

化学机械研磨所使用的研磨液一般包含有化学腐蚀剂和研磨颗粒，通过化学腐蚀剂和晶片300的待研磨表面的化学反应生成较软的容易被去除的材料，然后通过机械摩擦将这些较软的物质从被研磨晶片的表面去掉。而一旦在研磨过程的某一个阶段，化学机械研磨设备由于故障报警而中断研磨过程，将无法进行下一阶段的研磨，就必须将夹持着晶片300的研磨头120转动至清洗装置200上方，喷洒去离子水以冲洗晶片300，以去除晶片300上残留的研磨液。否则，晶片300上粘附的研磨液对晶片300表面的金属层的腐蚀速度非常快，中断超过五分钟即将导致晶片300报废，同时，研磨头支架110上的研磨液也要被清洗干净，否则，将会在研磨头支架110上形成结晶体，而这些研磨液以及结晶体在后续研磨过程中，极有可能掉落到研磨头120以及研磨垫400上，影响化学机械研磨工艺的稳定性，降低产品的良率。

并且，在化学机械研磨设备闲置期间，也需要经常将研磨头120移动至清洗装置200上方，以清洗研磨头120以及研磨头支架110的边缘区域，避免这些区域上残留有研磨液，否则这些研磨液形成结晶体后，极易在晶片表面产生划痕等缺陷，给工艺生产带来巨大的损失。

本实用新型实施例提供的化学研磨设备的清洗装置200的清洗喷头220与研磨头120以及研磨头支架110相匹配，也就是说，该清洗装置200不仅能清洗研磨头120，并且可以清洗研磨头支架110上残留的研磨液，提高了清洗效率，避免这些研磨液以及研磨液结晶体在后续工艺中，掉落到研磨头120以及研磨垫400上，有利于提高工艺的稳定性，提高了产品的良率。

请继续参考图3，并结合图2，所述研磨头120的直径小于研磨头支架110的底面长度，研磨头支架110内部设置有真空管路，该研磨头120是利用真空吸附的方式夹持晶片300的，该研磨头120的支撑盘121的底面的边缘设计有一晶片保持环(retaining ring)122，所述晶片保持环122所定义的区域形成一凹槽，可以将晶片300容纳在其中，以使晶片300更好的固定在研磨头120上。另外，该研磨头120的中心区域内有一缓冲膜(membrane)123，进行化学机械研磨时，研磨头支架110对研磨头120的支撑盘121施压，通过支撑盘121对缓冲膜123施压，使其与待研磨的晶片300贴紧，晶片300上的压力分布均匀，可确保均匀的研磨晶片300。

所述清洗装置200包括清洗管210以及由所述清洗管210上引出的多个清洗喷头220，所述清洗喷头220与研磨头120以及研磨头支架110相匹配，使得所述清洗喷头220喷出的清洗液能够清洗所述研磨头120以及研磨头支架110。

所述清洗管210是与总管路连通，其中，该总管路是去离子水管路，所述清洗喷头220喷出的清洗液是去离子水，也就是说，该清洗装置200是利用去离子水冲洗掉研磨头组件100表面残留的研磨液，所述去离子水可有效并快速的清洗所述研磨头组件。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述研磨头120的直径约为30～35cm，该支臂111的长度约为40～70cm，所述清洗管210的长度与支臂111的长度相同并大于研磨头120的直径，例如，清洗管210的长度可以是40～70cm，因此在清洗管210上的清洗喷头220喷洒的去离子水可以喷洒到整个研磨头120以及支臂111底面的边缘区域，确保可以清洗研磨头支架111上残留的研磨液，提高了清洗效率，避免这些研磨液以及研磨液结晶体掉落到研磨头以及研磨垫上，有利于提高工艺的稳定性，提高了产品的良率。

然而应当认识到，在本实用新型的其它具体实施例中，根据实际需要，清洗管210的长度也可以略大于支臂111的长度。

进一步的，清洗管210是固定于相邻的研磨垫400之间，清洗管210是形状固定不变的硬管，在每个清洗管210上安装了7个清洗喷头220，以提高清洗装置200的清洗效率，然而应该认识到，还可以按照实际需要在所述清洗管210上设置更少或更多的清洗喷头220，例如6～10个，并且，各清洗喷头220的之间的距离也可根据实际情况设置。

综上所述，本实用新型提供一种研磨头组件的清洗装置，所述清洗装置包括清洗管以及由所述清洗管上引出的多个清洗喷头，所述清洗喷头与所述研磨头以及研磨头支架相匹配，使得所述清洗喷头喷出的清洗液不仅能够清洗所述研磨头，并且可以去除所述研磨头支架上残留的研磨液，提高了清洗效率，进而提高了产品的良率。

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

1.一种研磨头组件的清洗装置，该研磨头组件包括研磨头支架以及与所述研磨头支架连接且位于所述研磨头支架下方的多个研磨头，其特征在于，所述清洗装置包括清洗管以及由所述清洗管上引出的多个清洗喷头，所述清洗喷头与所述研磨头以及研磨头支架相匹配，使得所述清洗喷头喷出的清洗液能够清洗所述研磨头以及研磨头支架。

2.如权利要求1所述的研磨头组件的清洗装置，其特征在于，所述研磨头支架包括四个支臂，所述研磨头位于每个支臂下方。

3.如权利要求2所述的研磨头组件的清洗装置，其特征在于，所述清洗管的长度与所述支臂的长度相同。

4.如权利要求3所述的研磨头组件的清洗装置，其特征在于，所述清洗管的长度是45～60cm。

5.如权利要求2所述的研磨头组件的清洗装置，其特征在于，所述清洗管的长度大于所述支臂的长度。

6.如权利要求1所述的研磨头组件的清洗装置，其特征在于，所述清洗喷头的数量是6～10个。

7.如权利要求1所述的研磨头组件的清洗装置，其特征在于，所述清洗管与一总管路连通。

8.如权利要求7所述的研磨头组件的清洗装置，其特征在于，所述总管路是去离子水管路。

9.一种化学机械研磨设备，包括多个研磨垫、研磨头组件，以及多个固定于相邻的研磨垫之间的清洗装置，所述清洗装置用于清洗所述研磨头组件，所述研磨头组件包括研磨头支架以及与所述研磨头支架连接且位于所述研磨头支架下方的多个研磨头，其特征在于，所述清洗装置包括清洗管以及由所述清洗管上引出的多个清洗喷头，所述清洗喷头与所述研磨头以及研磨头支架相匹配，使得所述清洗喷头喷出的清洗液能够清洗所述研磨头以及研磨头支架。

10.如权利要求9所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述研磨头支架包括四个支臂，所述研磨头位于所述支臂下方。

11.如权利要求10所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述清洗管的长度与所述支臂的长度相同。

12.如权利要求11所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述清洗管的长度是45～60cm。

13.如权利要求10所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述清洗管的长度大于所述支臂的长度。

14.如权利要求9所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述清洗管固定于所述相邻的研磨垫之间。

15.如权利要求9所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述清洗喷头的数量是6～10个。

16.如权利要求9所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述清洗管与一总管路连通。

17.如权利要求16所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述总管路是去离子水管路。