专利名称：一种化学机械研磨设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造工艺，更特别地，本发明涉及一种化学机械研磨设备。
背景技术：
在集成电路的制造过程中，通常在硅晶片上依次沉积半导体层、导电层、氧化层等多种层结构。在沉积了每一层之后，会需要蚀刻工艺以形成所需的图案，从而形成电路元件。蚀刻工艺会导致沉积的层表面出现不平整或不均勻的问题，从而在后续的工艺步骤期间产生缺陷。因此需要对器件的表面进行平整化。化学机械研磨(CMP)是一种常见的用于使器件表面平面化的工艺手段。化学机械研磨技术需要使用具有研磨性和腐蚀性的研磨浆液，并配合使用研磨垫或支撑环，通过综合利用化学作用和机械作用，对半导体晶片进行研磨。通常，典型的化学机械研磨设备包括旋转台、研磨垫、磨料喷头和研磨头。其中， 研磨垫粘附在旋转台的表面，其上具有多个小孔以有助于保持和传输磨料并提高研磨均勻性；磨料喷头用于向研磨垫的表面喷涂研磨浆液，研磨浆液通常是精细研磨颗粒和化学研磨液的混合物；研磨头用于装载和固定待研磨晶片，并使待研磨晶片的待研磨表面面向研磨垫。在进行研磨时，磨料喷头向研磨垫的表面喷涂研磨浆液，研磨头向下施加压力将待研磨晶片贴压在研磨垫上，使待研磨晶片的研磨表面与化学研磨液发生化学反应生成一层相对容易去除的表面层，然后该表面层通过与研磨垫之间产生的相对运动和研磨颗粒的作用而以机械方式磨掉，从而实现平坦化待研磨晶片的目的。由于CMP能较为精确并均勻地把晶片研磨为需要的厚度和平坦度，因此已经成为一种广泛采用的技术。但是，CMP存在一些缺陷，其中，最显著的问题是表面微擦痕。这是由于CMP需要使用精细研磨颗粒与待研磨晶片之间的机械作用对晶片的表面进行研磨。在研磨过程中，多余的研磨颗粒可能积聚在一起，形成体积较大的研磨颗粒团，若不及时清除这些研磨颗粒团，可能导致待研磨晶片的表面产生沟槽或擦痕。进一步地，研磨过程中产生的诸如钻石颗粒和其他颗粒等的其他杂质也可能在研磨过程中使待研磨晶片的表面产生沟槽或擦痕。因此，研磨颗粒团和其它杂质形成影响晶片研磨质量的污染物，若不及时清除这些污染物，有可能在晶片的表面产生更为严重的擦痕。晶片表面这些小而难以发现的微擦痕使得淀积的技术中存在隐藏区，可能引起同一层金属之间的短路或者失效，影响晶片的最终成品率，进而导致半导体器件可靠性的降低和寿命的缩短。因此，有必要对现有的CMP设备进行改进，以避免这些污染物对晶片表面造成的损害，从而改善研磨质量和晶片质量，提高化学机械研磨设备的使用价值以及半导体器件的可靠性和寿命。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式
部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种化学机械研磨设备，包括旋转台、固定在所述旋转台表面的研磨垫和用于固定晶片的研磨头，所述化学机械研磨设备通过所述旋转台与所述研磨头之间的相对运动，对所述晶片进行研磨，其特征在于，所述化学机械研磨设备还包括研磨垫清理件，所述研磨垫清理件通过与所述研磨垫的表面相接触，利用所述旋转台与所述研磨垫清理件之间的相对运动对所述研磨垫的表面进行清理；和驱动部件，所述研磨垫清理件的固定端以可旋转的方式固定至所述驱动部件，所述驱动部件能够驱动所述研磨垫清理件以使所述研磨垫清理件与所述研磨垫接触或分离， 并能够控制所述研磨垫清理件在所述研磨垫表面的清理作业。进一步地，所述化学机械研磨设备还包括研磨垫修整臂，所述研磨垫修整臂用于修整所述研磨垫，以使所述研磨垫保持容纳研磨浆料的能力。进一步地，所述驱动部件设置于所述研磨垫修整臂。进一步地，所述化学机械研磨设备还包括清理槽，所述清理槽位于所述旋转台的下方，用于收集被所述研磨垫清理件清理掉的污染物。进一步地，所述研磨垫清理件的面向所述研磨垫的一侧具有清理单元，所述清理单元用于清理所述研磨垫的表面。进一步地，所述清理单元是一排或多排刷毛。进一步地，所述清理单元是一排或多排刷板。进一步地，所述清理单元的材料为塑料材料或橡胶材料。综上所述，由于本发明的化学机械研磨设备具有研磨垫清理件，因此研磨垫清理件可以对研磨垫表面的污染物进行清理，避免了由于污染物的存在而在晶片的表面产生沟槽或擦痕，从而避免了可能引起的同一层金属之间的短路或者失效，保证了晶片的最终成品率，进而保证了半导体器件的可靠性和寿命，而且该研磨垫清理件对研磨垫的清理可以与研磨同时进行，因此不会降低正常的研磨效率；第二，本发明的研磨垫清理件采用较软的塑料材料或橡胶材料，不会损伤研磨垫。
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。在附图中，图1所示为根据本发明一个实施例的化学机械研磨设备的示意图；图2A所示为根据本发明另一个实施例的化学机械研磨设备的示意图；图2B所示为图2A的化学机械研磨设备的顶部示意图。
具体实施例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来讲显而易见的是，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。
为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的产品结构，以便说明本发明的化学机械研磨设备。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。以下参考图1至2B，对本发明的化学机械研磨设备进行详细描述。图1所示为根据本发明一个实施例的化学机械研磨设备的示意图；图2A所示为根据本发明另一个实施例的化学机械研磨设备的示意图；图2B所示为图2A的化学机械研磨设备的顶部示意图。 其中，为了图示清晰，未在图2B中示出研磨垫修整臂。第一实施例如图1所示，化学机械研磨设备100包括旋转台101、固定在旋转台101表面的研磨垫102、固定晶片并将晶片按压在研磨垫102表面的研磨头103、向研磨垫102的表面喷涂研磨浆液的磨料喷头104、研磨垫清理件105和驱动部件(未示出)。化学机械研磨设备100在研磨浆液的作用下，通过旋转台101与研磨头103之间的相对运动，对晶片进行研磨。由于此处所述的化学机械研磨设备100与广泛使用的化学机械研磨设备具有相似的结构和部件组成，因此除了研磨垫清理件105和驱动部件(未示出)之外，为了叙述简便，不对旋转台101、研磨垫102、研磨头103、磨料喷头104等一般部件进行详细描述。研磨垫清理件105的固定端以可旋转的方式固定至驱动部件，研磨垫清理件105 的运动端位于研磨垫102的表面。在通常情况下，研磨垫清理件105在研磨垫102上的工作区域与研磨头103在研磨垫102上的工作区域不发生重叠，以避免由于二者的相互碰撞导致影响化学机械研磨设备100的整体运行。因此，在优选的情况下，研磨垫清理件105与研磨头103分别设置在旋转台101的相对的两侧，如图1所示。另外，为了保证磨料喷头104 喷涂的研磨浆液能够到达研磨垫102的表面而不会被研磨垫清理件105直接清理掉，通常不将研磨垫清理件105设置在磨料喷头104的出料口的下方。为了获得较佳的清理效果，通常需要研磨垫清理件105在研磨垫102上的有效清理区域的长度(即，研磨垫清理件105与研磨垫102接触部分的长度，如图1所示的L)至少为旋转台101半径的四分之一。在优选的情况下，研磨垫清理件105在研磨垫102上的有效清理区域的长度为旋转台101半径的一半。研磨垫清理件105至少在面向研磨垫102的一侧具有清理单元，该清理单元与研磨垫102的表面相接触以清理研磨垫102表面的由研磨产生的污染物。清理单元可以是紧密排列的一排或多排刷毛，也可以是一排或多排刷板。清理单元可以以诸如粘贴等的任意方式接附在研磨垫清理件105上。为了保证清理单元不损伤研磨垫102，通常用较柔软的材料制作清理单元，例如塑料材料或橡胶材料等。由于研磨垫清理件105的固定端以可旋转的方式固定至驱动部件，因此驱动部件能够驱动研磨垫清理件105以使研磨垫清理件105与研磨垫102接触或分离。驱动部件可以驱动研磨垫清理件105在化学机械研磨设备100工作的整个过程中都与研磨垫102相接触，从而自始至终地清理污染物。但在优选的情况下，驱动部件驱动研磨垫清理件105间歇性的工作，即根据需要使研磨垫清理件105与研磨垫102相接触或相分离。例如，在对待研磨晶片进行研磨的初始阶段，为了保证研磨浆液充分发挥作用，驱动部件驱动研磨垫清理件105与研磨垫102相分离；而当待研磨晶片已经研磨了一段时间后，例如10分钟，驱动部件驱动研磨垫清理件105与研磨垫102接触从而清理研磨垫102上的研磨颗粒。在一次研磨过程中，驱动部件可以多次驱动研磨垫清理件105与研磨垫102进行接触或分离，以达到较佳的清理效果。本领域技术人员知晓，可以根据化学机械研磨设备和生产线的实际情况， 确定驱动部件对研磨垫清理件105进行驱动以与研磨垫102进行接触或分离的合适时段。进一步地，驱动部件还能够控制研磨垫清理件105在研磨垫102表面的清理作业。 驱动部件驱动研磨垫清理件105以其固定端为中心在旋转台101的表面做顺时针(如图1 所示的χ方向)或逆时针(如图1所示的y方向)的单向旋转。在这种情况下，当研磨垫清理件105以顺时针方向旋转时，研磨垫清理件105会在如图1所示的A位置处(S卩，研磨垫清理件105与旋转台101的边缘相切时)将研磨颗粒扫出旋转台101 ；同理，当研磨垫清理件105以逆时针方向旋转时，研磨垫清理件105会在如图1所示的B位置处(S卩，研磨垫清理件105与旋转台101的另一边缘相切时)将研磨颗粒扫出旋转台101。或者，研磨垫清理件105至少可以在A和B所包围的区域内往复摆动，即当研磨垫清理件105以顺时针方向摆动到A处将研磨颗粒扫出旋转台101后再以逆时针方向摆动到B处将研磨颗粒扫出旋转台101，再以顺时针方向摆动到A处，以此类推。在优选的情况下，化学机械研磨设备100还包括清理槽(未示出)，清理槽位于旋转台101的下方，用于收集被研磨垫清理件105清理掉的污染物。在化学机械研磨设备100运行的过程中，当旋转台101旋转时，通过研磨垫清理件 105与研磨垫102的表面相接触，利用旋转台101与研磨垫清理件105之间的相对运动对研磨垫102的表面进行清理。第二实施例如图2A所示，化学机械研磨设备200包括旋转台201、固定在旋转台201表面的研磨垫202、固定晶片并将晶片按压在研磨垫202表面的研磨头203、向研磨垫202的表面喷涂研磨浆液的磨料喷头204、研磨垫修整臂205、研磨垫清理件206和驱动部件(未示出)。 化学机械研磨设备200在研磨浆液的作用下，通过旋转台201与研磨头203之间的相对运动，对晶片进行研磨。由于此处所述的化学机械研磨设备200与广泛使用的化学机械研磨设备具有相似的结构和部件组成，因此除了研磨垫修整臂205、研磨垫清理件206和驱动部件之外，为了叙述简便，不对旋转台201、研磨垫202、研磨头203、磨料喷头204等一般部件进行详细描述。在通常情况下，研磨垫修整臂205的一端以可旋转的方式固定至旋转台201的外部，另一端位于研磨垫202的表面并与研磨垫202相接触，该另一端可以在以固定端为中心的一定范围内运动，用于修整研磨垫202，以使研磨垫202保持容纳研磨浆料的能力。此外， 驱动研磨垫清理件206的驱动部件设置于研磨垫修整臂205。研磨垫清理件206的固定端以可旋转的方式固定至研磨垫修整臂205上设置的驱动部件，研磨垫清理件206的运动端位于研磨垫202的表面。在通常情况下，研磨垫清理件 206在研磨垫202上的工作区域与研磨头203在研磨垫202上的工作区域不发生重叠，以避免由于二者的相互碰撞导致影响化学机械研磨设备200的整体运行。因此，在优选的情况下，研磨垫清理件206与研磨头203分别设置在旋转台201的相对的两侧，如图2A所示。 另外，为了保证磨料喷头204喷涂的研磨浆液能够到达研磨垫202的表面而不会被研磨垫清理件206直接清理掉，通常不将研磨垫清理件206设置在磨料喷头204的出料口的下方。
为了获得较佳的清理效果，通常需要研磨垫清理件206在研磨垫202上的有效清理区域的长度(即，研磨垫清理件206与研磨垫202接触部分的长度)至少为旋转台201 半径的四分之一。在优选的情况下，研磨垫清理件206在研磨垫202上的有效清理区域的长度为旋转台201半径的一半。研磨垫清理件206至少在面向研磨垫202的一侧具有清理单元，该清理单元与研磨垫202的表面相接触以清理研磨垫202表面的由研磨产生的污染物。清理单元可以是紧密排列的一排或多排刷毛，也可以是一排或多排刷板。清理单元可以以诸如粘贴等的任意方式接附在研磨垫清理件206上。为了保证清理单元不损伤研磨垫202，通常用较柔软的材料制作清理单元，例如塑料或橡胶材料等。由于研磨垫清理件206的固定端以可旋转的方式固定至驱动部件，因此，驱动部件能够驱动研磨垫清理件206以使研磨垫清理件206与研磨垫202接触或分离。驱动部件可以驱动研磨垫清理件206在化学机械研磨设备200工作的整个过程中都与研磨垫202相接触，从而自始至终地清理污染物。但在优选的情况下，驱动部件驱动研磨垫清理件206间歇性的工作，即根据需要使研磨垫清理件206与研磨垫202相接触或相分离。例如，在对待研磨晶片进行研磨的初始阶段，由于保证研磨浆液充分发挥作用，驱动部件驱动研磨垫清理件206与研磨垫202相分离；而当待研磨晶片已经研磨了一段时间后，例如10分钟，驱动部件驱动研磨垫清理件206与研磨垫202接触从而清理研磨垫202上的研磨颗粒。在一次研磨过程中，驱动部件可以驱动研磨垫清理件206与研磨垫202进行多次接触和分离，以达到较佳的清理效果。本领域技术人员知晓，可以根据化学机械研磨设备和生产线的实际情况，确定驱动部件对研磨垫清理件206进行驱动以与研磨垫202进行接触或分离的合适时间。进一步地，驱动部件还能够控制研磨垫清理件206在研磨垫202表面的清理作业。 驱动部件驱动研磨垫清理件206以其固定端为中心在旋转台201的表面做顺时针(如图2A 所示的χ方向)或逆时针(如图2A所示的y方向)的单向旋转。在这种情况下，当研磨垫清理件206以顺时针方向旋转时，研磨垫清理件206会在如图2B所示的A’位置处(S卩，研磨垫清理件206与旋转台201的边缘相切时)将研磨颗粒扫出旋转台201 ；同理，当研磨垫清理件206以逆时针方向旋转时，研磨垫清理件206会在如图2B所示的B’位置处(即，研磨垫清理件206与旋转台201的另一边缘相切时)将研磨颗粒扫出旋转台201。或者，研磨垫清理件206至少可以在A’和B’所包围的区域内往复摆动，即当研磨垫清理件206以顺时针方向摆动摆动到A’处将研磨颗粒扫出旋转台201后再以逆时针方向摆动到B’处将研磨颗粒扫出旋转台201，再以顺时针方向摆动到A’处，以此类推。化学机械研磨设备200还包括清理槽(未示出)，清理槽位于旋转台201的下方， 用于收集被研磨垫清理件206清理掉的污染物。在化学机械研磨设备200运行的过程中，由于研磨垫清理件206与研磨垫202的表面相接触，因此当旋转台201旋转时，可以通过旋转台201与研磨垫清理件206之间的相对运动对研磨垫202的表面进行清理。综上所述，由于本发明的化学机械研磨设备具有研磨垫清理件，因此研磨垫清理件可以对研磨垫表面的污染物进行清理，避免了由于污染物的存在而在晶片的表面产生沟槽或擦痕，从而避免了可能引起的同一层金属之间的短路或者失效，保证了晶片的最终成品率，进而保证了半导体器件的可靠性和寿命，而且该研磨垫清理件对研磨垫的清理可以与研磨同时进行，因此不会降低正常的研磨效率；第二，本发明的研磨垫清理件采用较软的塑料材料或橡胶材料，不会损伤研磨垫。 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。
权利要求
1.一种化学机械研磨设备，包括旋转台、固定在所述旋转台表面的研磨垫和用于固定晶片的研磨头，所述化学机械研磨设备通过所述旋转台与所述研磨头之间的相对运动，对所述晶片进行研磨，其特征在于，所述化学机械研磨设备还包括研磨垫清理件，所述研磨垫清理件通过与所述研磨垫的表面相接触，利用所述旋转台与所述研磨垫清理件之间的相对运动对所述研磨垫的表面进行清理；和驱动部件，所述研磨垫清理件的固定端以可旋转的方式固定至所述驱动部件，所述驱动部件能够驱动所述研磨垫清理件以使所述研磨垫清理件与所述研磨垫接触或分离，并能够控制所述研磨垫清理件在所述研磨垫表面的清理作业。
2.根据权利要求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研磨垫修整臂，所述研磨垫修整臂用于修整所述研磨垫，以使所述研磨垫保持容纳研磨浆料的能力。
3.根据权利要求2所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述驱动部件设置于所述研磨垫修整臂。
4.根据权利要求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清理槽，所述清理槽位于所述旋转台的下方，用于收集被所述研磨垫清理件清理掉的污染物。
5.根据权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述研磨垫清理件的面向所述研磨垫的一侧具有清理单元，所述清理单元用于清理所述研磨垫的表面。
6.根据权利要求5所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述清理单元是一排或多排刷毛。
7.根据权利要求5所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述清理单元是一排或多排刷板。
8.根据权利要求5所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述清理单元的材料为塑料材料或橡胶材料。
全文摘要
本发明涉及一种化学机械研磨设备，包括旋转台、固定在旋转台表面的研磨垫和用于固定晶片的研磨头，该化学机械研磨设备通过旋转台与研磨头之间的相对运动，对晶片进行研磨，所述化学机械研磨设备还包括研磨垫清理件，其通过与研磨垫的表面相接触，利用旋转台与研磨垫清理件之间的相对运动对研磨垫的表面进行清理；和驱动部件，研磨垫清理件的固定端以可旋转的方式固定至驱动部件，驱动部件能够驱动研磨垫清理件以使研磨垫清理件与研磨垫接触或分离，并能够控制研磨垫清理件在研磨垫表面的清理作业。本发明的化学机械研磨设备可以对研磨垫表面的污染物进行清理，避免了由于污染物的存在而在晶片的表面产生沟槽或擦痕。
文档编号B24B53/12GK102398212SQ20101028814
公开日2012年4月4日 申请日期2010年9月17日 优先权日2010年9月17日
发明者邓武锋 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司