CN206567981U - 化学机械研磨设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种化学机械研磨设备，用于对晶片进行化学机械研磨工艺，包括：一用于固定晶片的研磨台；多个用于对晶片的待研磨面进行研磨的研磨头，多个所述研磨头中，至少两个研磨头的尺寸不同。本实用新型中，将晶片固定于研磨台上，并通过研磨头对晶片施加压力，以实现对晶片进行研磨的目的。并且，采用多个研磨头，多个研磨头中还可相应的设置多种尺寸，从而可针对晶片上的特定区域进行研磨，避免晶片的部分区域出现研磨过度或研磨不足的问题。

Description

化学机械研磨设备

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种化学机械研磨设备。

背景技术

随着电子设备的广泛应用，半导体的制造工艺得到了飞速的发展，在半导体的制造流程中，一般需涉及化学机械研磨工艺(CMP)。化学机械研磨设备通常采用一研磨头固定晶片，并通过所述研磨头将所述晶片的待研磨面紧压于研磨垫上，从而随着晶片和研磨垫之间的先对运动，实现对晶片的研磨过程。

然而，在研磨的过程中，一般无法确保晶片上的每个区域的研磨速率均保持一致，使晶片的研磨均匀性较差，进而导致晶片上的部分区域产生研磨过度或研磨不足的问题。目前，针对晶片上部分区域研磨过度或研磨不足的问题，通常是通过对异常晶片进行重工(rework)处理，或者更换化学机械研磨设备中的部分零部件等方法，以改善对晶片的研磨均匀性，缓解晶片在研磨工艺后存在厚度不均的风险，然而，这种方式必然会导致制造成本的增加。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种化学机械研磨设备，以解决现有的化学机械研磨设备在对晶片进行研磨时发生研磨不均的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种化学机械研磨设备，用于对晶片进行化学机械研磨工艺，包括：一用于固定晶片的研磨台；多个用于对晶片的待研磨面进行研磨的研磨头，多个所述研磨头中，至少两个研磨头的尺寸不同。

可选的，所述研磨头为可旋转研磨头，在进行化学机械研磨的过程中，所述研磨头与晶片接触并发生旋转。

可选的，所述研磨头为均可移动研磨头，在进行化学机械研磨的过程中，所述研磨头移动至晶片的待研磨区域。

可选的，所述化学机械研磨设备还包括一研磨垫，在进行化学机械研磨的过程中，所述研磨垫贴附于所述研磨头面对所述研磨台的表面上，以用于对晶片的待研磨面进行研磨；

可选的，所述研磨头在朝向所述研磨台一侧的表面为圆形。

可选的，多个所述研磨头的直径等倍增长。

可选的，所述化学机械研磨设备包括三个所述研磨头，一个研磨头的直径等于晶片的直径，一个研磨头的直径等于晶片直径的1/2，一个研磨头的直径等于晶片直径的1/4。

可选的，所述研磨台的台面为圆形。

可选的，所述研磨台的中心位置与位于所述研磨台上的晶片的中心位置重合。

可选的，所述研磨台为可旋转研磨台，其带动晶片旋转以执行化学机械研磨工艺。

可选的，所述化学机械研磨设备还包括一研磨液供给手臂，所述研磨液供给手臂在朝向所述研磨台的一侧上设置有喷嘴。

可选的，所述研磨液供给手臂为可移动手臂，所述研磨液供给手臂移动至所述研磨台的上方以在化学机械研磨过程中提供研磨液。

在本实用新型提供的化学机械研磨设备中，晶片固定于研磨台上，并设置多个研磨头，所述研磨头可对晶片施加一负载，进而实现对晶片进行研磨的目的。与现有的化学机械研磨设备相比，本实用新型采用了不同的研磨方式，使研磨头的尺寸不会受到晶片尺寸的影响，进而可根据实际需求设置成相应尺寸的研磨头。即，多个研磨头中可设置成多种尺寸，从而可针对晶片上的特定区域进行研磨，确保晶片上膜层的厚度均匀性，避免在化学机械研磨工艺中，晶片的部分区域出现研磨过度或研磨不足的问题。

附图说明

图1为一种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的化学机械研磨设备的结构示意图；

图3为本实用新型一实施例中的化学机械研磨设备中三种尺寸的研磨头的结构示意图。

具体实施方式

如背景技术所述，在执行化学机械过程中，研磨头固定晶片并在朝向研磨台的方向上对晶片施加一定的压力，从而随着研磨台的旋转，可通过位于研磨台上的研磨垫对晶片进行研磨。具体可参考图1所示，所述化学机械研磨设备通常包括一用于承载研磨垫的研磨台11和一研磨头12。当对晶片W进行研磨时，首先将待研磨的晶片W固定在研磨头12上，使晶片W的待研磨面与旋转的研磨垫对向配置，此时，在研磨垫上可提供由研磨粒和化学助剂所构成的研浆(slurry)；接着，研磨头12提供给晶片W可控制的负载如压力，而将晶片W的待研磨面紧压于研磨垫上，随着晶片W与研磨垫之间的相对运动，以及研磨垫上研浆的喷洒，实现对晶片W的研磨，形成晶片平坦的表面。

然而，在这种研磨方式中，无法确保晶片上的每个区域的研磨速率均保持一致，例如晶片上的各个区域所承受到的压力存在差异，进而会导致同一晶片上的部分区域过度研磨或研磨不足的问题。

为此，本实用新型提供了一种化学机械研磨设备，包括：一用于固定晶片的研磨台；多个用于对晶片的待研磨面进行研磨的研磨头，多个所述研磨头中，至少两个研磨头的尺寸不同。

本实用新型提供的化学机械研磨设备中，采用研磨台固定晶片，再通过研磨头对晶片施加一定的负载(压力)以对晶片进行研磨，从而可使研磨头的尺寸不必受到晶片尺寸的限制，因此，可通过设置多种尺寸的研磨头，进而可仅对晶片的部分区域进行研磨。如此一来，当在化学机械研磨的过程中，晶片的研磨速率存在差异时，则可通过采用相应尺寸的研磨头对晶片的特定区域进行研磨，以确保完成研磨工艺之后的晶片的厚度均匀 性。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的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例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

图2为本实用新型一实施例中的化学机械研磨设备的结构示意图，如图2所示，所述化学机械研磨设备包括：一用于固定晶片的研磨台110；多个用于对晶片W的待研磨面进行研磨的研磨头120，多个所述研磨头120中，至少两个研磨头120的尺寸不同。

在进行化学机械研磨的过程中，所述晶片W固定于研磨台110上，研磨头120对晶片W施加一压力，以对晶片W进行研磨。其中，可通过改变研磨头120对晶片W所施加的压力大小，以调节晶片的研磨速率。进一步的，所述研磨头120为可旋转研磨头，即，在研磨过程中，所述研磨头120与晶片接触并发生旋转，从而在与晶片的接触面上发生相对运动，实现对晶片进行研磨的目的。相应的，可通过改变所述研磨头120的旋转速度，进而可对研磨速率进行调整。

本实施例中，所述研磨头120在朝向所述研磨台一侧的表面为圆形，从而可设置多个不同直径的研磨头120，以根据实际的研磨需求，选择相应直径的研磨头120对晶片W进行研磨。例如，将多个所述研磨头120的直径以等倍增长的形式设置。图3为本实用新型一实施例中的化学机械研磨设备中三种尺寸的研磨头的结构示意图，如图3所示，本实施例中，所述化学机械研磨设备包括三个所述研磨头120，第一研磨头120a的直径等于晶片W的直径，第二研磨头120b的直径等于晶片直径的1/2，第三研磨头120c的直径等于晶片直径的1/4。在实际的研磨过程中，可优选采用第一研磨头120a对这个晶片的表面进行研磨；接着，根据不同区域的研磨均匀性，采用更小尺寸的研磨头120继续对研磨不足的区域进行研磨。举例说明，当执行一次化学机械研磨工艺后，由于晶片不同区域的研磨速率存在差异，使晶片的中心位置的膜层厚度达到预定厚度，而晶片边缘的膜层厚度仍然过厚，此时，可采用第三研磨头120c继续对晶片的边缘区域进行 研磨，避免晶片边缘出现研磨不足的问题。本实施例中是以所述机械研磨设备具有3个研磨头，3个研磨头120的直径等倍增长为例进行解释说明的。然而，应当认识到，多个所述研磨头120的直径不限于以等倍增长的方式设置，还可根据实际需求相应的设置；类似的，所述研磨头的数量也不仅限于三个，其可以为两个或者三个以上等，此处不做限定。此外，多个所述研磨头120除了可以单独使用外，还可以多个研磨头120同时使用以对晶片进行研磨。

进一步的，所述研磨头120均为可移动研磨头，从而在进行化学机械研磨的过程中，所述研磨头能够移动至晶片的待研磨区域以对晶片进行研磨。需说明的是，此处所述的可移动研磨头代表的是，所述研磨头不仅可沿着相对于所述研磨台110的方向上下移动，也可沿平行于研磨台110台面的方向上水平移动。也就是说，当选用其中一个研磨头120对晶片进行研磨时，可将其他的研磨头120移出研磨台110的上方区域，避免多个研磨头120之间相互干扰；接着，被选用的研磨头120向下移动至晶片W的表面并对晶片W施加一向下的作用力。

此外，所述化学机械研磨设备还包括至少一研磨垫(图中未示出)，在进行化学机械研磨的过程中，所述研磨垫贴附于所述研磨头120面对所述研磨台110的表面上，以用于对晶片W的待研磨面进行研磨。即，在进行化学机械研磨的过程中，贴附有研磨垫的研磨头120对晶片施加一压力，从而可通过研磨垫与晶片W之间的相对运动，以对晶片W进行研磨。相应的，所述研磨垫与其贴附的研磨头120的尺寸相匹配。

可选的，所述研磨台110为可旋转研磨台，从而可带动晶片W旋转以执行化学机械研磨工艺。即，本实施例中，采用研磨头120对晶片W施加一压力，并通过研磨台110带动晶片W旋转，使晶片W与研磨台110之间相对运动，进而到达对晶片进行研磨的目的。此外，如上所述，本实施例中，所述研磨头120也为可旋转研磨头，也就是说，在研磨的过程中，研磨台110带动晶片W旋转，同时研磨头120也发生旋转，从而可提高研磨头120对晶片表面的相互作用，有效提高了研磨速率。继续参考图2所示，所述研磨台110的台面也可以为圆形。在进行化学机械研磨过程中， 待研磨的晶片W优选放置于圆形台面的中心位置，即使所述研磨台120的中心位置与位于所述研磨台120上的晶片W的中心位置重合，从而当研磨台120进行旋转运动以晶片进行研磨时，可使晶片上的各个区域所受到的作用力更加均匀，提高其研磨均匀性。

继续参考图2所示，所述化学机械研磨设备还包括一研磨液供给手臂130，所述研磨液供给手臂130在朝向所述研磨台110的一侧上设置有喷嘴(图中未示出)，所述喷嘴可与研磨液的供应装置连接，以为化学机械研磨工艺提供研磨液。其中，所述研磨液供给手臂130也可以为可移动手臂，在执行研磨的过程中，可将其移动至研磨台110的上方，以便于提供研磨液；在完成研磨工艺或者研磨过程中不需用到研磨液时，可将所述研磨液供给手臂130移出研磨台110的上方区域。可以理解的是，所述研磨液供给手臂130可沿着单轴方向移动，或者，也可以是绕着一固定支点旋转移动，此处不做限制。

优选的方案中，所述化学机械研磨设备中还包括一用于对晶片上膜层的厚度进行检测的厚度检测装置(图中未示出)，通过所述厚度检测装置以对晶片上的膜层厚度进行实时监控，从而在化学机械研磨过程中，可根据所述厚度检测装置检测出的膜层厚度，判定出化学机械研磨工艺的研磨终点。

综上所述，本实用新型的化学机械研磨设备中，具有多个研磨头，并且其中至少有两个研磨头的尺寸不同，从而当同一晶片上的不同区域的厚度存在差异时，则可采用相应尺寸的研磨头对特定区域(厚度较厚的区域)进行研磨，提高研磨后的晶片的厚度均匀性，避免出现研磨不足或过度研磨的问题。此外，本实用新型中的采用研磨台固定晶片，与现有的化学机械研磨设备相比，形成了两种不用的研磨方式。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (12)

1.一种化学机械研磨设备，用于对晶片进行化学机械研磨工艺，其特征在于，包括：一用于固定所述晶片的研磨台；多个用于对所述晶片的待研磨面进行研磨的研磨头，多个所述研磨头中，至少两个研磨头的尺寸不同。

2.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述研磨头为可旋转研磨头，在进行化学机械研磨的过程中，所述研磨头与晶片接触并发生旋转。

3.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述研磨头均为可移动研磨头，在进行化学机械研磨的过程中，所述研磨头移动至晶片的待研磨区域。

4.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述化学机械研磨设备还包括至少一研磨垫，在进行化学机械研磨的过程中，所述研磨垫贴附于所述研磨头面对所述研磨台的表面上，以用于对晶片的待研磨面进行研磨。

5.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述研磨头在朝向所述研磨台一侧的表面为圆形。

6.如权利要求5所述的化学机械研磨设备，其特征在于，多个所述研磨头的直径等倍增长。

7.如权利要求6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三个所述研磨头，一个研磨头的直径等于晶片的直径，一个研磨头的直径等于晶片直径的1/2，一个研磨头的直径等于晶片直径的1/4。

8.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述研磨台为可旋转研磨台，所述研磨台带动所述晶片旋转以执行化学机械研磨工艺。

9.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述研磨台的台面为圆形。

10.如权利要求9所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述研磨台的中心位置与位于所述研磨台上的晶片的中心位置重合。

11.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还包括一研磨液供给手臂，所述研磨液供给手臂在朝向所述研磨台的一侧上设置有喷嘴。

12.如权利要求11所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述研磨液供给手臂为可移动手臂，所述研磨液供给手臂移动至所述研磨台的上方以在化学机械研磨过程中提供研磨液。