化学机械研磨装置及研磨方法
【专利摘要】本发明公开了一种化学机械研磨装置，包括转台、研磨垫、研磨头及研磨液供应臂，其中，研磨液供应臂内布设有研磨液供应管道，研磨液供应管道的一端连接有研磨液供应管头，研磨液供应管头设置在研磨液供应臂的一端并位于研磨垫的上方，用于向研磨垫输送研磨液，该装置还包括与研磨液供应臂的另一端相连接的驱动装置，用以带动研磨液供应臂转动，从而带动布设于研磨液供应臂内的研磨液供应管道及与研磨液供应管道相连接的研磨液供应管头转动。研磨时，通过驱动装置带动研磨液供应管道及研磨液供应管头转动，使得研磨液在研磨垫上分布更均匀，晶圆平坦度更好。本发明还公开了一种化学机械研磨方法。
【专利说明】化学机械研磨装置及研磨方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种化学机械研磨装置及研磨方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体技术的快速发展，半导体器件的集成度越来越高，而半导体器件的特征尺寸却越来越小，使得半导体器件的制造难度不断增加，为了提高半导体器件的良率，对晶圆表面进行平坦化处理变得极其重要。目前，化学机械研磨仍是晶圆表面平坦化处理最常采用的方法。
[0003]现有的化学机械研磨装置，如图5所示，包括转台(图中未示)、贴在转台表面的研磨垫201、研磨头202、研磨液供应臂203，其中，研磨液供应臂203中设有研磨液供应管204及清洗液供应管205,研磨液供应管204用于向研磨垫201供应研磨液206,清洗液供应管205用于向研磨垫201供应清洗液。研磨时，先将待研磨的晶圆的待研磨面向下附着在研磨头202上，然后向研磨头202施加向下的压力，使晶圆的待研磨面紧压于研磨垫201上，接着表面贴有研磨垫201的转台在电机的驱动下旋转，同时，研磨头202也进行同向转动，在研磨头202和转台转动的同时，研磨液206通过研磨液供应管204供应到研磨垫201上，并在转台旋转产生的离心力的作用下分布在研磨垫201上，实现对晶圆的研磨。研磨结束后，清洗液通过清洗液供应管205供应到研磨垫201上，对研磨垫201进行清洗。
[0004]然而，上述化学机械研磨装置的研磨液供应臂203通常固设在转台的一侧，且多采用单管供应，因而，研磨液206在研磨垫201上的落点是固定的，仅靠转台旋转产生的离心力不足以使研磨液206均匀分布在研磨垫201上，当晶圆在研磨头202的带动下与研磨垫201发生相对运动时，晶圆的不同部位接触到的研磨液的浓度不同，这样会导致晶圆表面的去除率不同，进而导致晶圆表面的平坦度下降，影响半导体器件的良率。此外，用于清洗研磨垫201的清洗液的供应也是固定的，采用此种方式清洗研磨垫201的清洗效果较差，而且清洗效率较低。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种能够使研磨液在研磨垫上分布更均匀，从而使晶圆表面平坦度更好的化学机械研磨装置。
[0006]为实现上述目的，本发明提供的一种化学机械研磨装置，包括转台、研磨垫、研磨头及研磨液供应臂，其中，研磨液供应臂内布设有研磨液供应管道，研磨液供应管道的一端连接有研磨液供应管头，研磨液供应管头设置在研磨液供应臂的一端并位于研磨垫的上方，用于向研磨垫输送研磨液，该装置还包括与研磨液供应臂的另一端相连接的驱动装置，用以带动研磨液供应臂转动，从而带动布设于研磨液供应臂内的研磨液供应管道及与研磨液供应管道相连接的研磨液供应管头转动。
[0007]本发明的又一目的在于提供一种化学机械研磨方法，以提高晶圆表面平坦度。
[0008]为实现上述目的，本发明提供的一种化学机械研磨方法，包括转动转台和研磨头进行研磨的同时，在一定角度范围内以一定转速转动研磨液供应臂，使布设于研磨液供应臂内的研磨液供应管道及与研磨液供应管道相连接的研磨液供应管头转动同时向研磨垫输送研磨液。
[0009]综上所述，采用本发明化学机械研磨装置及研磨方法进行研磨时，通过驱动装置带动研磨液供应管道及研磨液供应管头转动，使得研磨液在研磨垫上分布更均匀，晶圆平坦度更好。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明化学机械研磨装置的一实施例的结构示意图。
[0011]图2 (a)为本发明研磨液供应管头的一实施例的结构示意图。
[0012]图2 (b)为本发明研磨液供应管头的又一实施例的结构示意图。
[0013]图3 (a)为采用现有化学机械研磨装置及研磨方法研磨后的实验效果图。
[0014]图3 (b)为采用本发明化学机械研磨装置及研磨方法研磨后的实验效果图。
[0015]图4为采用现有化学机械研磨装置及研磨方法与采用本发明化学机械研磨装置及研磨方法研磨后的实验效果对比图。
[0016]图5为现有化学机械研磨装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合图式予以详细说明。
[0018]请参阅图1和图2，本发明提供的一种化学机械研磨装置包括转台(图中未示)、贴在转台顶表面的研磨垫101、研磨头102及研磨液供应臂103。研磨液供应臂103活动设于转台的上方。研磨液供应臂103内布设有研磨液供应管道104及清洗液供应管道105,其中，研磨液供应管道104的一端连接有研磨液供应管头107,研磨液供应管头107设置在研磨液供应臂103的一端的侧壁并位于研磨垫101的上方，用于向研磨垫101输送研磨液106，清洗液供应管道105上开设有数个喷射口 1051用于向研磨垫101喷射清洗液从而对研磨垫101进行清洗。研磨液供应臂103的底部开设有长条形的开口(图中未示)，从清洗液供应管道105的喷射口 1051喷出的清洗液经由该开口喷射到研磨垫101上。
[0019]研磨液供应臂103上与设置研磨液供应管头107的一端相对的另一端的底部连接有伺服电机108，伺服电机108用于带动研磨液供应臂103转动。具体地，伺服电机108分别与编码器109及伺服驱动器110相连接。伺服驱动器110内设有控制板1101和驱动板1102。编码器109与控制板1101电连接，控制板1101与驱动板1102电连接，驱动板1102与伺服电机108电连接，具体工作原理如下:先在控制板1101中预设伺服电机108的转速及转动的角度范围，控制板1101将预设的转速及转动的角度范围电信号传输至驱动板1102，驱动板1102根据预设的转速及转动的角度范围电信号驱动伺服电机108转动，伺服电机108的转动会带动研磨液供应臂103转动，编码器109检测伺服电机108的转速及转动的角度范围，并将测得的转速及转动的角度范围电信号传输至伺服驱动器110的控制板1101，控制板1101将收到的伺服电机108的转速及转动的角度范围电信号与预设的转速及转动的角度范围电信号比较，若二者一致，则伺服电机108继续以预设的转速在预设的角度范围内转动，若二者不一致，则控制板1101根据比较结果产生纠正信号，并将纠正信号传输至驱动板1102，驱动板1102根据纠正信号驱动伺服电机108正转或反转，使伺服电机108转动的速度和角度范围与预设值一致，从而达到精确控制研磨液供应臂103在研磨垫101上方转动的速度及转动的角度范围的目的。
[0020]如图2 (a)所示,研磨液供应管头107呈倒置的T型状,具有彼此垂直连接的第一连接管部1071和第二连接管部1072，第一连接管部1071的一端与研磨液供应管道104相连接，第一连接管部1071的另一端与第二连接管部1072垂直相连。第二连接管部1072上开设有数个研磨液输出口 1073，该数个研磨液输出口 1073在第二连接管部1072上均匀分布，研磨液输出口 1073的形状可以是圆形，研磨液106从研磨液输出口 1073输出的形状呈线状。第二连接管部1072可以呈扁平状，相应地，研磨液输出口 1073的形状可以是椭圆形，如图2 (b)所示，研磨液106从研磨液输出口 1073输出的形状呈帘状，可以使研磨液106在研磨垫101上分布更均匀。
[0021]使用本发明化学机械研磨装置对晶圆进行研磨时，晶圆被附着在研磨头102上，晶圆的待研磨面与研磨垫101接触，向研磨头102施加向下的压力，使晶圆的待研磨面紧压于研磨垫101上，同向转动转台和研磨头102,并通过研磨液供应管道104及研磨液供应管头107向研磨垫101上输送研磨液106,在向研磨垫101输送研磨液106的同时,伺服驱动器110驱动伺服电机108以预设的转速在预设的角度范围内转动，从而带动研磨液供应臂103以恒定的转速在一定的角度范围内转动，研磨液供应管道104及研磨液供应管头107随研磨液供应臂103 —起转动，增大了研磨液供应管头107喷洒研磨液106的区域，且研磨液供应管头107上的数个研磨液输出口 1073同时向研磨垫101输送研磨液106，使得研磨液106更加均匀的分布在研磨垫101上，晶圆的不同部位接触到的研磨液106的浓度基本相同，因而晶圆的不同部位的去除率相同，提高了晶圆表面平坦度。
[0022]研磨结束后，清洗液通过清洗液供应管道105的喷射口 1051喷射至研磨垫101上以对研磨垫101进行清洗，在此过程中，伺服驱动器110驱动伺服电机108以预设的转速在预设的角度范围内转动，从而带动研磨液供应臂103以恒定的转速在一定的角度范围内转动，清洗液供应管道105随研磨液供应臂103 —起转动，从而可以提高研磨垫101的清洗效果和清洗效率。
[0023]本发明提供的一种化学机械研磨方法包括:转动转台和研磨头102进行晶圆研磨的同时，在一定角度范围内以一定转速转动研磨液供应臂103，使布设于研磨液供应臂103内的研磨液供应管道104及与研磨液供应管道104相连接的研磨液供应管头107转动同时向研磨垫101输送研磨液106。
[0024]本方法还进一步包括:研磨结束后，在一定角度范围内以一定转速转动研磨液供应臂103，使布设于研磨液供应臂103内的清洗液供应管道105转动同时向研磨垫101喷射清洗液清洗研磨垫101。
[0025]请参阅图3 (a)和图3 (b),图3 (a)为采用现有化学机械研磨装置及研磨方法研磨后的实验效果图，图3 (b)为采用本发明化学机械研磨装置及研磨方法研磨后的实验效果图。对比图3 (a)和图3 (b)可以看出，采用本发明化学机械研磨装置及研磨方法研磨晶圆的去除率更高，且X轴和Y轴的去除率更接近，因此，采用本发明化学机械研磨装置及研磨方法研磨晶圆的平坦度更好。[0026]请参阅图4，图4是图3 (a)和图3 (b)的具体量化，进一步可以看出采用本发明化学机械研磨装置及研磨方法研磨晶圆的去除率更高，且X轴和Y轴的去除率更接近。
[0027]由上述可知，本发明化学机械研磨装置及研磨方法通过采用伺服驱动器110驱动伺服电机108以预设的转速在预设的角度范围内转动，从而带动研磨液供应臂103以恒定的转速在一定的角度范围内转动，进而带动研磨液供应管道104及研磨液供应管头107以及清洗液供应管道105转动以提高晶圆表面平坦度及研磨垫101的清洗效果和清洗效率。
[0028]综上所述，本发明化学机械研磨装置及研磨方法通过上述实施方式及相关图式说明，己具体、详实的揭露了相关技术，使本领域的技术人员可以据以实施。而以上所述实施例只是用来说明本发明，而不是用来限制本发明的，本发明的权利范围，应由本发明的权利要求来界定。至于本文中所述元件数目的改变或等效元件的代替等仍都应属于本发明的权利范围。
【权利要求】
1.一种化学机械研磨装置，包括转台、研磨垫、研磨头及研磨液供应臂，其中，研磨液供应臂内布设有研磨液供应管道，研磨液供应管道的一端连接有研磨液供应管头，研磨液供应管头设置在研磨液供应臂的一端并位于研磨垫的上方，用于向研磨垫输送研磨液，其特征在于，还包括与研磨液供应臂的另一端相连接的驱动装置，用以带动研磨液供应臂转动，从而带动布设于研磨液供应臂内的研磨液供应管道及与研磨液供应管道相连接的研磨液供应管头转动。
2.根据权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于，所述驱动装置包括一伺服电机、编码器和伺服驱动器，所述伺服电机分别与所述编码器及所述伺服驱动器相连接，用以精确控制研磨液供应臂转动的速度及转动的角度范围，所述伺服驱动器内设有控制板和驱动板，编码器与控制板电连接，控制板与驱动板电连接，驱动板与伺服电机电连接。
3.根据权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于，所述研磨液供应管头具有彼此垂直连接的第一连接管部和第二连接管部，以构成T形，第一连接管部的一端与研磨液供应管道相连接，第二连接管部上开设有数个研磨液输出口，该数个研磨液输出口在第二连接管部上均匀分布。
4.根据权利要求3所述的化学机械研磨装置，其特征在于，所述研磨液输出口的形状是圆形。
5.根据权利要求3所述的化学机械研磨装置，其特征在于，所述第二连接管部呈扁平状，所述研磨液输出口为椭圆形。
6.根据权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于，所述研磨液供应臂内还布设有清洗液供应管道，清洗液供应管道上开设有数个喷射口用于向研磨垫喷射清洗液从而对研磨垫进行清洗，研磨液供应臂的底部开设有开口，从清洗液供应管道的喷射口喷出的清洗液经由该开口喷射到研磨垫上。
7.一种化学机械研磨方法，其特征在于，包括:转动转台和研磨头进行研磨的同时，在一定角度范围内以一定转速转动研磨液供应臂，使布设于研磨液供应臂内的研磨液供应管道及与研磨液供应管道相连接的研磨液供应管头转动同时向研磨垫输送研磨液。
8.根据权利要求7所述的化学机械研磨方法，其特征在于，还进一步包括:在所述研磨的步骤结束后，在一定角度范围内以一定转速转动研磨液供应臂，使布设于研磨液供应臂内的清洗液供应管道转动同时向研磨垫喷射清洗液清洗研磨垫。
【文档编号】B24B37/00GK103846777SQ201210500821
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年11月29日 优先权日:2012年11月29日
【发明者】王坚, 杨贵璞, 王晖 申请人:盛美半导体设备（上海）有限公司