CN201998046U

CN201998046U - 一种化学机械研磨设备

Info

Publication number: CN201998046U
Application number: CN2010206741724U
Authority: CN
Inventors: 蒋莉; 黎铭琦
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2020-12-21

Abstract

本实用新型提供一种化学机械研磨设备，用于研磨晶圆，包括：至少一个转台，其上方固定放置所述晶圆；修整器；研磨垫，其研磨面朝下；研磨头；机械臂；以及研磨垫更换装置，包括废旧研磨垫收集装置和新研磨垫供应装置。本实用新型所述化学机械研磨设备，在研磨过程中，机械臂握持所述研磨垫移动至所述晶圆上方，进行研磨；机械臂带动所述研磨垫移动至修整器进行修整；当研磨垫使用寿命结束时，机械臂带动所述研磨垫移动至研磨垫更换装置，实现自动更换研磨垫，无需人为操作，提高工作效率。

Description

一种化学机械研磨设备

技术领域

本实用新型涉及一种半导体工艺制造设备，尤其涉及一种化学机械研磨设备。

背景技术

随着半导体元件特征的尺寸逐渐缩小至深次微米的范围，为了确保元件的可靠度，在制作集成电路或其他电子装置时，提供极度平坦的晶片表面或基底表面是十分重要的。

在半导体工艺中，化学机械研磨法(Chemical Mechanical Polishing，CMP，化学机械抛光法)是现今较常使用的全面性平坦化的技术。一般而言，在化学机械抛光的过程中，是在供应含有化学助剂(Reagent)与研磨颗粒的研浆(Slurry)的情况下，将待研磨的晶片固定表面朝向转速受到控制的研磨垫上，通过晶片与研磨垫之间的相对运动来达成平坦化的目的。换言之，当晶片以按压的方式于研磨垫上转动时，晶片表面与研磨浆中的研磨颗粒会彼此接触而产生摩擦，如此会使得晶片表面产生耗损，而使其表面逐渐平坦。

然而，抛光垫属于易损件(Consumable Parts)，在进行一段时间的化学机械抛光工艺之后，研磨垫的表面会变得光滑化(Glazing)，且研磨垫上容易会有残留颗粒堆积聚集。这些颗粒有的是来自研磨浆中的研磨颗粒，有的则可能是来自晶片表面上被研磨去除的薄膜材料所生成的副产品(By-Product)。处于光滑化状态的抛光垫不能保持抛光磨料，从而会显著降低抛光速率。因此，现有技术为了确保化学机械抛光工艺的质量，必须在研磨的同时使用修整器(Conditioner)使研磨垫回复适当的粗糙度，以维持研磨垫对晶片的研磨速率和稳定度，修整器包括金刚石研磨颗粒，修整过程中，金刚石研磨颗粒易发生脱落，落至研磨垫上造成晶圆的划伤。

在现有技术中，化学机械研磨设备中所述研磨头抓取晶圆在位于转台上方的研磨垫上进行研磨，研磨垫上同时有修整器对研磨垫进行修整，随着晶圆的尺寸越来越大，晶圆做到18英寸、24英寸甚至更大，则研磨垫的尺寸需要做到45英寸、60英寸甚至更大，则不仅研磨垫制作难度加大，且损坏率提高，成本不断提高。

当研磨垫到达使用寿命后，需要更换研磨垫，继续进行研磨工作，现有技术是通过人手动卸下旧研磨垫，安装新研磨垫，大大降低了工作效率。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种研磨垫尺寸适中、能够减少晶圆划伤、以及能够降低更换研磨垫操作时间的化学机械研磨设备。

本实用新型提供一种化学机械研磨设备，包括基座，还包括设置于所述基座上方的转台、修整器、研磨垫、研磨头、机械臂以及研磨垫更换装置，其中：

所述转台上方固定放置所述晶圆，所述晶圆的待研磨面朝上；

所述修整器位于所述转台旁；

所述研磨垫的研磨面朝下；

所述研磨头的下方固定所述研磨垫，能够带动所述研磨垫旋转；

所述机械臂的臂手下方固定所述研磨头，能够带动所述研磨垫移动；以及

所述研磨垫更换装置位于所述转台旁，包括废旧研磨垫收集装置和新研磨垫供应装置。

进一步的，所述化学机械研磨设备包括多个转台。

进一步的，所述研磨垫为圆形，且尺寸小于、等于所述晶圆的尺寸。

进一步的，所述机械臂与所述研磨头之间还设置有压力调节装置。

进一步的，所述压力调节装置包括压缩空气喷头、及设置于所述压缩空气喷头上的压力调节阀。

进一步的，所述新研磨供应装置内放置新研磨垫，在所述新研磨垫供应装置中设置有去离子水喷头，喷水方向对向所述新研磨垫。

进一步的，所述转台上方还设置有清洗装置，包括去离子水喷管和研磨液喷管。

综上所述，本实用新型所述化学机械研磨设备，在化学机械研磨过程中，所述机械臂握持所述研磨垫移动至所述晶圆上方，对所述晶圆进行研磨，从而研磨时研磨浆的颗粒不会残留聚集在研磨垫上，有利于保持研磨垫粗糙度，提高研磨速率，且延长研磨垫的使用时间，减少研磨垫更换次数，提高工作效率；研磨一段时间后，机械臂带动所述研磨垫移动至修整器进行修整，在修整过程中，所述修整器位于所述研磨垫下方，避免修整残留杂质及化学残留液残留在研磨垫上，继而防止在后续使用过程中修整残留杂质对晶圆造成刮伤；当研磨垫使用寿命结束时，机械臂带动所述研磨垫移动至研磨垫更换装置，先将旧研磨垫放置于废旧研磨垫中，再从新研磨垫供应装置中抓取新的研磨垫，实现自动更换研磨垫，无需人为操作，提高工作效率。

进而，化学机械研磨设备包括多个转台，可以同时研磨多个晶圆，从而提高研磨效率，或实现同一晶圆在不同转台上完成使用不同研磨液的支撑，提高研磨制程的效果；所述研磨垫的尺寸小于、等于晶圆，可配合晶圆尺寸不断增大的趋势，便于制作研磨垫，节约制作成本。

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所述化学机械研磨设备在研磨过程中的局部结构俯视图。

图3为本实用新型一实施例中所述化学机械研磨设备在研磨过程中的局部结构侧视图。

图4为本实用新型一实施例中所述化学机械研磨设备在修整过程中的局部结构俯视图。

图5为本实用新型一实施例中所述化学机械研磨设备在修整过程中的局部结构侧视图。

图6为本实用新型一实施例中所述化学机械研磨设备在更换研磨垫过程中的局部结构俯视图。

图7～图8为本实用新型一实施例中所述化学机械研磨设备在更换研磨垫过程中的局部结构侧视图。

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，本实用新型提供一种化学机械研磨设备，包括基座100和设置于所述基座上方的转台101，修整器109，研磨垫103，研磨头105以及研磨垫更换装置。

其中，所述转台101包括至少一个，其上方固定放置所述晶圆200，所述晶圆200的待研磨面朝上；进一步的，所述化学机械研磨设备包括多个转台，例如在本实施例中为如图1所示三个转台。设置多个转台101，可以同时研磨多个晶圆200，从而提高研磨效率，或实现同一晶圆200在不同转台上，使用不同研磨液进行研磨，提高研磨过程的效果。进一步的，所述转台上方还设置有清洗装置，包括去离子水喷管和研磨液喷管。

所述修整器109位于所述转台101旁；进一步的，所述修整器包括金刚石研磨颗粒和喷水装置。

所述研磨垫103的研磨面朝下；进一步的，所述研磨垫103为圆形，且尺寸小于、等于所述晶圆200的尺寸。所述研磨垫的尺寸小于、等于晶圆，可配合晶圆尺寸不断增大的趋势，便于制作研磨垫，节约制作成本。此外其他形状的研磨垫103也在本实用新型的思想范围内。

所述研磨头105的下方固定所述研磨垫103，能够带动所述研磨垫103旋转；

所述机械臂107的臂手下方固定所述研磨头105，能够带动所述研磨垫103移动；

所述研磨垫更换装置，位于所述转台旁，包括废旧研磨垫收集装置111和新研磨垫113供应装置。

图2为本实用新型一实施例中所述化学机械研磨设备在研磨过程中的局部结构俯视图，图3为本实用新型一实施例中所述化学机械研磨设备在研磨过程中的局部结构侧视图。请结合图2和图3所示，在研磨过程中，机械手臂107抓取所述研磨头105及研磨头105下方固定的研磨垫103，并将研磨垫103移动至晶圆200上方进行研磨，研磨垫103与晶圆200的转动方向相反，研磨过程中，所述研磨垫103位于晶圆200上方，使研磨液的颗粒不会残留聚集在研磨垫上，从而有利于保持研磨垫粗糙度，提高研磨速率，延长研磨垫的使用时间，减少研磨垫更换次数，提高工作效率。其中机械臂的臂手108抓取研磨头105，机械臂107与研磨头105之间还设置压力调节装置110。所述压力调节装置110包括压缩空气喷头、及设置于所述压缩空气喷头上的压力调节阀(图中未标示)，在研磨过程中，通过调节压力调节装置110，可以提高研磨垫103与晶圆200之间的压力，已得到预设的研磨效果和速率。

图4为本实用新型一实施例中所述化学机械研磨设备在修整过程中的局部结构俯视图。图5为本实用新型一实施例中所述化学机械研磨设备在修整过程中的局部结构侧视图。请结合图4和图5所示，在对研磨垫103进行修整过程中，机械手臂107抓取所述研磨头105及研磨头下方固定的研磨垫103，并将研磨垫103移动至修整器109上方进行研磨，所述修整器109可以包括用于修整的金刚石研磨颗粒或有机合成材质，以及喷水装置112。在修整过程中，所述修整器109位于所述研磨垫103下方，避免修整残留杂质包括研磨垫103研磨掉的颗粒以及修整器109上脱落的金刚石研磨颗粒等，以及喷水装置112喷出的液体不会残留在研磨垫103上，继而减少修整残留杂质在后续研磨过程中对晶圆200造成刮伤。

图6为本实用新型一实施例中所述化学机械研磨设备在更换研磨垫过程中的局部结构俯视图。图7～图8为本实用新型一实施例中所述化学机械研磨设备在更换研磨垫过程中的局部结构侧视图。请结合图6和图7～图8所示，当研磨垫103使用寿命结束时，机械臂107带动所述研磨垫103移动至研磨垫更换装置111，先将旧研磨垫103a放置于废旧研磨装置111中，再从新研磨垫供应装置113中抓取新的研磨垫103b，实现自动更换研磨垫，无需人为操作，提高工作效率。进一步的，所述新研磨供应装置113内放置新研磨垫103b，在所述新研磨垫供应装置中设置有去离子水喷头114，喷水方向对向所述新研磨垫103b。去离子水喷水保证新研磨垫103b时刻保持湿润，减小与晶圆200研磨时对晶圆200的划伤。

综上所述，本实用新型所述化学机械研磨设备，在化学机械研磨过程中，所述机械臂握持所述研磨垫移动至所述晶圆上方，对所述晶圆进行研磨，从而研磨时研磨浆的颗粒不会残留聚集在研磨垫上，有利于保持研磨垫粗糙度，提高研磨速率，且延长研磨垫的使用时间，减少研磨垫更换次数，提高工作效率；研磨一段时间后，机械臂带动所述研磨垫移动至修整器进行修整，在修整过程中，所述修整器位于所述研磨垫下方，故研磨颗粒及喷出的液体不会残留在研磨垫上，从而减少后续使用过程中研磨垫对晶圆研磨刮伤；当研磨垫使用寿命结束时，机械臂带动所述研磨垫移动至研磨垫更换装置，先将旧研磨垫放置于废旧研磨垫中，再从新研磨垫供应装置中抓取新的研磨垫，实现自动更换研磨垫，无需人为操作，提高工作效率。

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设备，用于研磨晶圆，包括基座，其特征在于，还包括设置于所述基座上方的转台、修整器、研磨垫、研磨头、机械臂以及研磨垫更换装置，其中：

所述修整器位于所述转台旁；

所述研磨垫的研磨面朝下；

2.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述化学机械研磨设备包括多个转台。

3.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述研磨垫为圆形，且尺寸小于、等于所述晶圆的尺寸。

4.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述机械臂与所述研磨头之间还设置有压力调节装置。

5.如权利要求4所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述压力调节装置包括压缩空气喷头、及设置于所述压缩空气喷头上的压力调节阀。

6.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述新研磨供应装置内放置新研磨垫，在所述新研磨垫供应装置中设置有去离子水喷头，喷水方向对向所述新研磨垫。

7.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述转台上方还设置有清洗装置，包括去离子水喷管和研磨液喷管。