一种抛光设备及其工作方法与流程

1.本发明涉及半导体加工设备领域，具体涉及一种抛光设备及其工作方法。


背景技术：

2.化学机械抛光(chemical mechanical polishing，cmp)是一种用于晶圆平坦化工艺的重要技术手段。cmp工艺过程中，抛光垫和晶圆在化学液环境下做相互运动，依靠化学腐蚀和机械摩擦实现晶圆的平坦化。在抛光过程中，化学液对晶圆表面材料进行腐蚀，在晶圆表面形成络合物，络合物在抛光垫和晶圆的机械摩擦中被清除掉，晶圆表面露出的新材料接着与化学液反应，这样周而复始地利用化学腐蚀和机械摩擦的共同作用，对晶圆表面进行平坦化加工，直到晶圆厚度或者晶圆表面达到理想效果。
3.抛光过程中，抛光垫和晶圆的机械摩擦产生大量热量，使抛光垫表面的温度大幅升高，影响化学腐蚀反应的速度。所以在抛光过程中，需要对化学反应环境进行降温处理。在抛光垫径向方向，由于抛光垫与晶圆相对速度不同，摩擦做功产生的热量不同，导致在抛光垫径向方向温度变化不同，导致对晶圆在径向方向的研磨均匀性较差。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题在于解决现有技术中抛光设备对晶圆在径向方向的研磨均匀性较差的缺陷，从而提供一种抛光设备及其工作方法。
5.本发明提供了一种抛光设备，包括：抛光台；抛光垫，所述抛光垫设置于所述抛光台上；第一驱动件，所述第一驱动件适于驱动所述抛光台围绕抛光台的中心轴旋转；抛光头，所述抛光头具有晶圆接触面，所述抛光头适于通过晶圆接触面将晶圆压在所述抛光垫上；位于所述抛光垫的上方且位于所述抛光头侧部的冷气供给装置，所述冷气供给装置具有朝向所述抛光垫的若干冷气喷射端口组，不同的冷气喷射端口组中的冷气喷射端口至所述抛光垫的中心的横向距离不同，所述冷气喷射端口组中至少包括一个冷气喷射端口；所述冷气喷射端口的中心至所述抛光垫的中心的横向距离小于或等于所述抛光垫的中心至所述晶圆接触面的中心的横向距离与所述晶圆接触面的半径之和，且所述冷气喷射端口的中心至所述抛光垫的中心的横向距离大于或等于所述抛光垫的中心至所述晶圆接触面的中心的横向距离与所述晶圆接触面的半径之差。
6.可选的，位于同一所述冷气喷射端口组中的冷气喷射端口为若干个，位于同一冷气喷射端口组中的不同的冷气喷射端口的中心至抛光垫的中心的横向距离相同。
7.可选的，一种抛光设备还包括：第二驱动件，所述第二驱动件适于驱动所述抛光头在所述抛光垫上围绕抛光头的中心轴旋转。
8.可选的，所述第二驱动件还驱动所述抛光头在所述抛光垫上围绕抛光台的中心轴在周向上自第一位置至第二位置周向来回移动。
9.可选的，部分冷气喷射端口组中的冷气喷射端口的中心至所述抛光垫的中心的横向距离小于所述抛光垫的中心至所述晶圆接触面的中心的横向距离，部分冷气喷射端口组
中的冷气喷射端口的中心至所述抛光垫的中心的横向距离大于所述抛光垫的中心至所述晶圆接触面的中心的横向距离。
10.可选的，所述冷气喷射端口至抛光垫的表面的高度为8cm-12cm。
11.可选的，抛光设备还包括：支撑件，所述支撑件位于所述抛光台的侧部且与所述冷气供给装置连接。
12.可选的，一种抛光设备还包括：控制系统，所述控制系统适于控制所述冷气喷射端口的冷气喷射量。
13.本发明提供一种抛光设备的工作方法，包括：本发明的抛光设备；所述抛光头将晶圆压在所述抛光垫上；所述第一驱动件驱动所述抛光台围绕抛光台的中心轴旋转的过程中，不同的所述冷气喷射端口组中的冷气喷射端口朝向所述抛光垫喷射冷气。
14.可选的，一种抛光设备的工作方法还包括：在所述第一驱动件驱动所述抛光台围绕抛光台的中心轴旋转的过程中，采用第二驱动件驱动所述抛光头在所述抛光垫上围绕抛光头的中心轴旋转；
15.yn＝an*(μ*p)+bn*(ω1/ω2)+cn*(rn)+dn，rn＝|vn|，
[0016][0017]
其中，yn为冷气喷射端口组中冷气喷射端口的中心至所述抛光垫的中心的横向距离为rn处对应的冷气喷射端口组的总冷气喷射量，μ为所述抛光垫和所述晶圆之间的摩擦系数，p为抛光头的抛光压力，ω1为抛光台围绕抛光台的中心轴旋转的角速度，ω2为抛光头围绕抛光头的中心轴旋转的角速度，rn为所述冷气喷射端口的中心至所述抛光垫的中心的横向距离为rn处对应的所述冷气喷射端口的位置因子，an、bn、cn、dn是拟合系数，vn为所述冷气喷射端口的中心至所述抛光垫的中心的横向距离为rn处，所述抛光垫与所述晶圆之间的相对速度；rn为第n组的冷气喷射端口组中的冷气喷射端口至所述抛光垫的中心的横向距离；e为所述抛光垫的中心到所述晶圆接触面中心的距离；n为大于或等于1且小于或等于n的整数，n为所述若干冷气喷射端口组的总数。
[0018]
可选的，冷气喷射端口组中的冷气喷射端口的中心至所述抛光垫的中心的横向距离为rn处对应的冷气喷射端口组为第n组冷气喷射端口组，第n组冷气喷射端口组中冷气喷射端口的数量为hn个，第n组冷气喷射端口组中各冷气喷射端口的流量为yn/hn。
[0019]
可选的，获取an、bn、cn和dn的方法包括：进行第一测试步骤，在第一测试步骤中，设置第n组的冷气喷射端口组中的冷气喷射端口的流量为零，第一驱动件驱动所述抛光台围绕抛光台的中心轴进行第一旋转，测量抛光垫的表面距离抛光垫的中心为rn的位置处在第一旋转前后的温度差tn，tn＝|t
n1-t
n0
|，t
n0
为第一旋转的启始时刻的温度，t
n1
为进行第一旋转的结束时刻的温度；第二测试步骤，在第二测试步骤中，设置第n组的冷气喷射端口组中的冷气喷射端口的流量qn，第一驱动件驱动所述抛光台围绕抛光台的中心轴进行第二旋转，第二旋转的时间等于第一旋转的时间，测试第二旋转前后的温度差；获取第二旋转前后的温度差为零时对应第n组的冷气喷射端口组中的冷气喷射端口的流量为q
no
；q
no
＝mtn；m为大于零的常数；tn＝k1n*(μ*p)+k2n*(ω1/ω2)+k3n*(rn)+k4n；an＝m*k1n，bn＝m*k2n，cn＝m*k3n，dn＝m*k4n。
[0020]
本发明的有益效果在于：
[0021]
本发明技术方案提供的抛光设备，抛光设备包括冷气供给装置，冷气供给装置具
有朝向所述抛光垫的若干冷气喷射端口组，所述冷气喷射端口组中至少包括一个冷气喷射端口，所述冷气喷射端口的中心至所述抛光垫的中心的横向距离小于或等于所述抛光垫的中心至所述晶圆接触面的中心的横向距离与所述晶圆接触面的半径之和，且所述冷气喷射端口的中心至所述抛光垫的中心的横向距离大于或等于所述抛光垫的中心至所述晶圆接触面的中心的横向距离与所述晶圆接触面的半径之差，因此冷气喷射端口能给抛光垫对晶圆研磨后的表面喷射冷气，从而起到对抛光垫的表面降温的作用。由于不同的冷气喷射端口组中的冷气喷射端口的中心至所述抛光垫的中心的横向距离不同，因此能够设置不同的冷气喷射端口组中的冷气喷射端口的流量，使得在抛光垫表面的径向方向上对不同区域进行降温，使得抛光垫表面温度分布均匀，因此对晶圆在径向方向的研磨均匀性提高。
附图说明
[0022]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]
图1为本发明实施例1抛光设备的侧视图；
[0024]
图2为本发明实施例1抛光设备的俯视图。
[0025]
附图标记说明：
[0026]
1-第一驱动件；2-抛光台；3-抛光垫；4-晶圆；5-抛光头；6-第二驱动件；7-化学液供给装置；8-支撑件；9-冷气供给装置；9a-冷气喷射端口；o-抛光垫的中心；o
1-晶圆接触面的中心；ω
1-抛光台围绕抛光台的中心轴旋转的角速度；ω
2-抛光头围绕抛光头的中心轴旋转的角速度；e-是抛光垫的中心o到晶圆接触面的中心o1的横向距离；z-晶圆接触面的半径。
具体实施方式
[0027]
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0029]
实施例1
[0030]
参考图1-图2，本实施例提供一种抛光设备，包括：
[0031]
抛光台2；
[0032]
抛光垫3，所述抛光垫3设置于所述抛光台2上；
[0033]
第一驱动件1，所述第一驱动件1适于驱动所述抛光台2围绕抛光台2的中心轴旋转；
[0034]
抛光头5，所述抛光头5具有晶圆接触面，所述抛光头5适于通过晶圆接触面将晶圆4压在所述抛光垫3上；
[0035]
位于所述抛光垫3的上方且位于所述抛光头5侧部的冷气供给装置9，所述冷气供给装置9具有朝向所述抛光垫3的若干冷气喷射端口组，不同的冷气喷射端口组中的冷气喷射端口至所述抛光垫3的中心的横向距离不同，所述冷气喷射端口组中至少包括一个冷气喷射端口9a；
[0036]
所述冷气喷射端口9a的中心至所述抛光垫3的中心的横向距离小于或等于所述抛光垫3的中心o至所述晶圆接触面的中心o1的横向距离e与所述晶圆接触面的半径z之和，且所述冷气喷射端口9a的中心至所述抛光垫3的中心的横向距离大于或等于所述抛光垫3的中心o至所述晶圆接触面的中心o1的横向距离e与所述晶圆接触面的半径z之差。
[0037]
晶圆接触面指的就是与晶圆4实际接触的区域。当晶圆4的直径较小时，晶圆接触面对应的也较小。当晶圆4的直径较大时，晶圆接触面对应的也较大。
[0038]
本实施例中，抛光设备包括冷气供给装置9，冷气供给装置9具有朝向所述抛光垫3的若干冷气喷射端口组，所述冷气喷射端口组中至少包括一个冷气喷射端口9a，所述冷气喷射端口9a的中心至所述抛光垫3的中心o的横向距离小于或等于所述抛光垫3的中心o至所述晶圆接触面的中心o1的横向距离与所述晶圆接触面的半径z之和，且所述冷气喷射端口9a的中心至所述抛光垫3的中心o的横向距离大于或等于所述抛光垫3的中心o至所述晶圆接触面的中心o1的横向距离与所述晶圆接触面的半径z之差，因此冷气喷射端口9a能给抛光垫3对晶圆4研磨后的表面喷射冷气，从而起到对抛光垫3的表面降温的作用。由于不同的冷气喷射端口组中的冷气喷射端口9a的中心至所述抛光垫3的中心的横向距离不同，因此能够设置不同的冷气喷射端口组中的冷气喷射端口9a的流量，使得在抛光垫3表面的径向方向上对不同区域进行降温，使得抛光垫3表面温度分布均匀，因此对晶圆4在径向方向的研磨均匀性提高。
[0039]
在一个实施例中，部分冷气喷射端口组中的冷气喷射端口9a的中心至所述抛光垫3的中心o的横向距离小于所述抛光垫3的中心o至所述晶圆接触面的中心o1的横向距离，部分冷气喷射端口组中的冷气喷射端口9a的中心至所述抛光垫3的中心o的横向距离大于所述抛光垫3的中心o至所述晶圆接触面的中心o1的横向距离。
[0040]
在一个实施例中，位于同一所述冷气喷射端口组中的冷气喷射端口9a为若干个，位于同一冷气喷射端口组中的不同的冷气喷射端口9a的中心至抛光垫3的中心的横向距离相同。
[0041]
在一个实施例中，抛光设备还包括：第二驱动件6，所述第二驱动件6适于驱动所述抛光头5在所述抛光垫3上围绕抛光头5的中心轴旋转。
[0042]
在一个实施例中，所述第二驱动件6还驱动所述抛光头5在所述抛光垫3上围绕抛光台2的中心轴在周向上自第一位置至第二位置周向来回移动。这样能够增加抛光设备的
驱动力，缩短抛光垫3和晶圆4的研磨时间，提高研磨效率。
[0043]
在一个实施例中，所述冷气喷射端口9a至抛光垫3的表面的高度为8cm-12cm，例如为8cm、9cm、10cm、11cm或12cm。如果冷气喷射端口9a至抛光垫3表面的高度太低，化学液供给装置7提供的化学液在与晶圆4表面反应过程中，冷气喷射端口9a可能会被溅起的化学液污染；如果冷气喷射端口9a至抛光垫3表面的高度太高，会影响抛光垫3表面的降温效果，造成资源浪费。
[0044]
在一个实施例中，抛光设备还包括：支撑件8，所述支撑件8位于所述抛光台2的侧部且与所述冷气供给装置9连接。
[0045]
在一个实施例中，抛光设备还包括：控制系统，所述控制系统适于控制所述冷气喷射端口9a的冷气喷射量。当抛光头5将一片晶圆4压在抛光垫3上开始抛光时，抛光设备通知控制系统开启冷气供给装置9使冷气喷射端口9a对抛光垫3表面喷射冷气，当抛光结束后，抛光设备通知控制系统关闭冷气供给装置9。
[0046]
实施例2
[0047]
本实施例提供一种抛光设备的工作方法，包括：
[0048]
如实施例1的抛光设备；
[0049]
所述抛光头5将晶圆4压在所述抛光垫3上；
[0050]
所述第一驱动件1驱动所述抛光台2围绕抛光台2的中心轴旋转的过程中，不同的所述冷气喷射端口组中的冷气喷射端口9a朝向所述抛光垫3喷射冷气。
[0051]
在一个实施例中，抛光设备的工作方法还包括：在所述第一驱动件1驱动所述抛光台2围绕抛光台2的中心轴旋转的过程中，采用第二驱动件6驱动所述抛光头5在所述抛光垫3上围绕抛光头的中心轴旋转；
[0052]yn
＝an*(μ*p)+bn*(ω1/ω2)+cn*(rn)+dn，rn＝|vn|，
[0053][0054]
其中，yn为冷气喷射端口组中冷气喷射端口的中心至所述抛光垫3的中心的横向距离为rn处对应的冷气喷射端口组的总冷气喷射量，μ为所述抛光垫3和所述晶圆4之间的摩擦系数，p为抛光头5的抛光压力，ω1为抛光台2围绕抛光台2的中心轴旋转的角速度，ω2为抛光头5围绕抛光头5的中心轴旋转的角速度，rn为所述冷气喷射端口的中心至所述抛光垫3的中心的横向距离为rn处对应的所述冷气喷射端口的位置因子，an、bn、cn、dn是拟合系数，vn为所述冷气喷射端口的中心至所述抛光垫3的中心的横向距离为rn处，所述抛光垫3与所述晶圆4之间的相对速度；rn为第n组的冷气喷射端口组中的冷气喷射端口的中心至所述抛光垫3的中心的横向距离；e为所述抛光垫3的中心到所述晶圆接触面的中心的距离；n为大于或等于1且小于或等于n的整数，n为所述若干冷气喷射端口组的总数。
[0055]
在一个实施例中，所述冷气喷射端口组的总数n大于或等于2且小于或等于7的整数，例如n为2、3、4、5、6或7。
[0056]
在计算vn时，由于抛光台2围绕抛光台2的中心轴旋转使抛光垫3转动的角速度和抛光头5围绕抛光头5的中心轴旋转使晶圆4转动的角速度均远远大于第二驱动件6驱动抛光头5在抛光垫3上围绕抛光台2的中心轴的移动速度，所以第二驱动件6驱动抛光头5在抛光垫3上围绕抛光台2的中心轴的移动速度可以忽略不计。
[0057]
在一个实施例中，获取an、bn、cn和dn的方法包括：进行第一测试步骤，在第一测试步骤中，设置第n组的冷气喷射端口组中的冷气喷射端口的流量为零，第一驱动件1驱动所述抛光台2围绕抛光台2的中心轴进行第一旋转，测量抛光垫3的表面距离抛光垫3的中心为rn的位置处在第一旋转前后的温度差tn，tn＝|t
n1-t
n0
|，t
n0
为第一旋转的启始时刻的温度，t
n1
为进行第一旋转的结束时刻的温度；第二测试步骤，在第二测试步骤中，设置第n组的冷气喷射端口组中的冷气喷射端口的流量qn，第一驱动件1驱动所述抛光台2围绕抛光台2的中心轴进行第二旋转，第二旋转的时间等于第一旋转的时间，测试第二旋转前后的温度差；获取第二旋转前后的温度差为零时对应第n组的冷气喷射端口组中的冷气喷射端口的流量为q
no
；q
no
＝mtn；m为大于零的常数；tn＝k1n*(μ*p)+k2n*(ω1/ω2)+k3n*(rn)+k4n；an＝m*k1n，bn＝m*k2n，cn＝m*k3n，dn＝m*k4n。
[0058]
冷气喷射端口组中的冷气喷射端口9a的中心至所述抛光垫3的中心的横向距离为rn处对应的冷气喷射端口组为第n组冷气喷射端口组，第n组冷气喷射端口组中冷气喷射端口的数量为hn个，第n组冷气喷射端口组中各冷气喷射端口的流量为yn/hn。
[0059]
在本实施例中，对an、bn、cn和dn以及冷气喷射端口组中冷气喷射端口9a的中心至所述抛光垫3的中心的横向距离为rn处对应的冷气喷射端口组的总冷气喷射量保存在实施例1中的抛光设备中，方便抛光垫3和晶圆4的下一次研磨。
[0060]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。