CN100467221C - 化学机械研磨设备和用于化学机械研磨设备的防溅装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种化学机械研磨设备和用于化学机械研磨设备的防溅装置，该研磨设备内安装有一防溅装置，该防溅装置包括安装在化学机械研磨设备内的环状防溅罩和与所述防溅罩相连的升降装置，所述防溅罩侧壁上开有沟槽，所述升降装置具有提升部件，且所述提升部件插入所述沟槽内，将所述防溅罩提升到上位档或下降到下位档。本发明通过在化学机械研磨设备内安装一防溅罩，阻挡飞溅出的研磨液并使其流回，降低了设备的清洗难度，减少了颗粒污染，改善了晶片表面的划痕问题，且操作简便，不会影响正常的装卸片操作。

Description

化学机械研磨设备和用于化学机械研磨设备的防溅装置

技术领域

本发明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和用于化学机械研磨设备的防溅装置。

背景技术

随着超大规模集成电路ULSI(Ultra Large Scale Integration)的飞速发展，集成电路制造工艺变得越来越复杂和精细。为了提高集成度，降低制造成本，元件的特征尺寸(Feature Size)不断变小，芯片单位面积内的元件数量不断增加，平面布线已难以满足元件高密度分布的要求，只能采用多层布线技术利用芯片的垂直空间，进一步提高器件的集成密度。但多层布线技术的应用会造成晶片表面起伏不平，对图形制作极其不利，为此，常需要对晶片进行表面平坦化(Planarization)处理。目前，化学机械研磨法(CMP，ChemicalMechanical Polishing)是达成全局平坦化的最佳方法，该技术具有工艺简单、操作温度接近室温，可兼顾局部平坦化与全面平坦化要求的优点，尤其在半导体制作工艺进入亚微米(sub-micron)领域后，其已成为一项不可或缺的制作工艺技术。

化学机械抛光(CMP)是利用混有极小磨粒的化学溶液与加工表面发生化学反应来改变其表面的化学键，生成容易以机械方式去除的产物，再经机械摩擦去除化学反应物获得超光滑无损伤的平坦化表面的。图1为现有的化学机械研磨设备的结构示意图，如图1所示，该装置包括:外壳101，表面贴有研磨垫(polish pad)的转台(platen)102，研磨头103a和103b和用于输送研磨液(slurry)105的研磨液供应管(tube)104。研磨时，先将待研磨的晶片的待研磨面向下附着在研磨头103上，通过在研磨头103上施加下压力，使晶片紧压到研磨垫上；然后，表面贴有研磨垫的转台102在电机的带动下旋转，研磨头103也进行同向转动，实现机械研磨；同时，研磨液105通过研磨液供应管(tube)104输送到研磨垫上，并利用转台旋转的离心力均匀地分布在研磨垫上，在被研磨晶片和研磨垫之间形成一层液体薄膜，该薄膜与待研磨晶片的表面发生化学反应，可生成易去除的产物。这一过程结合机械作用和化学反应将晶片表面的材料去除。

化学机械研磨中需要加入大量的研磨液，并旋转转台和研磨头，使研磨液能均匀分布在研磨垫上，通过化学和机械的方法将晶片表面材料去除。在这一过程中，必然会有部分研磨液被甩出，而现有的化学机械研磨设备中，虽然将设备整体进行了封闭保护，但对于设备内部并没有很好的隔离措施，这就使得研磨旋转时，研磨液会飞溅到设备内的各个部位，难以清理。且这些研磨液会在设备内部结晶，脱落，形成颗粒污染源，易造成研磨后晶片的表面划痕。化学机械研磨(CMP)中的一个显著质量问题就是表面擦痕(Scratch)，经CMP处理后的薄层往往会在表面存有擦痕，这些小而难发现的擦痕易在金属间引起短路或开路现象，大大降低产品的成品率。图2为说明表面擦痕引起金属间短路的示意图，如图2所示，因为晶片表面存在的擦痕201，造成连接孔202和203之间电短路。

申请号为02120608.2的中国专利中公开了一种可减少刮痕的钨金属的化学机械研磨方法，该方法通过在研磨的前段和后段分别采用了标准的酸性钨研磨液和氧化物研磨液进行研磨，实现了钨金属研磨表面刮痕的减少。但是但是该发明未解决研磨过程中的研磨液飞溅的问题，使用该方法后晶片表面仍会存在研磨后的表面刮痕。

发明内容

本发明提供了一种化学机械研磨设备和用于化学机械研磨设备的防溅装置，通过在化学机械研磨设备上安装一具有升降功能的防溅装置，改善了现有的研磨液在设备内飞溅，造成颗粒污染，导致晶片表面易有划痕的问题。

本发明提供了一种化学机械研磨的防溅装置，所述防溅装置包括安装在化学机械研磨设备内的环状防溅罩和与所述防溅罩相连的升降装置，所述防溅罩侧壁底部开有沟槽，所述升降装置具有提升部件，且所述提升部件插入所述沟槽内，将所述防溅罩提升到上位档或下降到下位档。

其中，所述防溅罩包括上部与下部，所述上部与所述下部间以圆弧状或折线状形成一角度，且所述角度在90到180°之间。

其中，所述升降装置包括两个以上的气缸，以及连接所述气缸和所述沟槽的提升部件，所述气缸在接收到提升信号后，控制所述的提升部件和所述防溅罩提升至上位档；在接收到下降信号后，控制所述提升部件和所述防溅罩下降至下位档。

其中，所述防溅罩上的沟槽包括下沟槽和通路，所述通路与下沟槽相连接；所述升降装置的提升部件为固定在设备上的固定件，通过将所述固定件卡置于所述下沟槽内实现将所述防溅罩升至上位档，且所述固定件为螺钉、铆钉或丝杆。

本发明具有相同或相应技术特征的一种化学机械研磨设备，包括外壳、转台、研磨垫、研磨头、研磨液供应管和主控机，其中，所述研磨设备还包括防溅罩和升降装置，所述防溅罩是安装在化学机械研磨设备内的环状物，侧壁底部开有沟槽，所述升降装置具有提升部件，且所述提升部件插入所述沟槽内，将所述防溅罩提升到上位档或下降到下位档。

其中，所述防溅罩包括上部与下部，所述上部与所述下部间以圆弧状或折线状形成一角度，且所述角度在90到180°之间。

其中，所述升降装置包括2到8个与化学机械研磨设备的主控机相连的气缸，以及与所述气缸和所述沟槽相连的提升部件，所述主控机在研磨开始时向所述气缸发出提升信号，控制所述气缸提升所述的提升部件和所述防溅罩至上位档；在研磨结束时向所述气缸发出下降信号，控制所述气缸下降所述提升部件和所述防溅罩至下位档。

其中，所述防溅罩上的沟槽包括下沟槽和通路，所述通路与下沟槽相连接；所述升降装置的提升部件为固定于所述化学机械研磨设备的外壳内壁上的固定件，所述固定件卡置于所述下沟槽内时，所述防溅罩升至上位档、其中，所述固定件可以为螺钉、铆钉或丝杆。并且，所述防溅罩在所述转台和所述研磨头开始旋转前，升至上位档；在所述转台和所述研磨头停止旋转后，降至下位档。

其中，所述提升装置还可以是2至8组由电机和提升部件组成的自动升降机。

与现有技术相比，本发明具有以下优点:

本发明的化学机械研磨设备和用于化学机械研磨设备的防溅装置，通过在化学机械研磨设备内的转台外部位置，安装一防溅罩，使飞溅出的研磨液均被其阻挡并回流至设备底部，降低了设备的清洗难度，减少了颗粒污染，改善了晶片表面的划痕问题。另外，该防溅罩还具有升降装置，只在研磨时才会将该防溅罩升起，不会影响正常的装卸片操作，并具有安装方便、升降操作简单易行的特点。

附图说明

图1为现有的化学机械研磨设备的结构示意图；

图2为说明表面擦痕引起金属间短路的示意图；

图3为本发明第一具体实施例的化学机械研磨的防溅装置的结构示意图；

图4为采用本发明的化学机械研磨设备的结构示意图；

图5A和5B为本发明第二具体实施例的化学机械研磨的防溅罩的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明的化学机械研磨设备和用于化学机械研磨设备的防溅装置，在化学机械研磨设备内安装了环状防溅罩，以阻挡在研磨中飞溅的研磨液，防止这部分研磨液因结晶而形成颗粒污染，造成研磨后晶片表面的划痕。为了确保该防溅罩不影响装卸研磨晶片的进行，该防溅罩与升降装置相连；通过在防溅罩侧壁底部形成沟槽，并将升降装置的提升部件插入该沟槽内，实现防溅罩与可升降装置的相连。本发明的防溅罩具有上位档与下位档两种位置，在研磨期间其升起到上位档，阻挡研磨液飞溅，在非研磨期间，其降下到下位档，以不影响研磨前后其它操作，如装卸晶片，的正常进行。

图3为本发明第一具体实施例的化学机械研磨的防溅装置的结构示意图。如图3所示，该防溅装置包括防溅罩和升降装置两大部分，其中防溅罩的侧壁分为下部301和上部302，本实施例中为更好地阻挡研磨液的飞溅，其上部302被弯成了圆弧状，与下部301间形成了一定的角度，一般在90到180°之间，如为150°，这一设计可以使被阻挡的研磨液回流至设备底部，防溅效果更好。正因为该防溅罩可以将研磨时飞溅出的研磨液挡住并顺其内侧壁流回，减少了研磨设备内部的颗粒污染度，提高了产品的研磨成品率。此外，在该防溅罩的侧壁底部开有沟槽，通过该沟槽将防溅罩与一升降装置相连，可实现防溅罩的自动升降。

本实施例中的升降装置是利用气缸实现的，如图3所示，可以同时采用2到8个气缸，如3个气缸311a到311c，作为升降装置，其中，每个气缸的提升部件--与活塞相连的丝杆312a到312c都插入防溅罩的对应沟槽内并与其固定，实现在气缸的提升部件提升或下降的同时，该防溅罩也一起提升或下降。

另外，该升降装置的多个气缸还可以接收控制信号，并按控制信号进行升降操作，如本实施例中，将多个气缸与化学机械研磨设备的主控机(或控制研磨操作的计算机)电相连(图中未示出)，由该主控机同时控制其进行升降操作:当晶片装载后，研磨开始前，主控机同时向各个气缸发出提升信号，控制气缸提升，其提升部件将连同防溅罩一起提升至上位档，阻挡研磨液在设备内的飞溅；在研磨结束后，卸载晶片前，主控机再向气缸发出下降信号，控制气缸的提升部件连同防溅罩一起下降至下位档，以不影响研磨后的取片等其它操作。

图4为采用本发明的化学机械研磨设备的结构示意图。如图4所示，该设备包括外壳101、转台102、研磨垫(图中未示出)、研磨头103a和103b、研磨液供应管104和主控机(图中未示出)，此外，其还包括防止研磨液飞溅的防溅罩，其包括下部和上部，上部与下部间弯成了一定的圆弧状的角度。如图4所示，图中所示为研磨时防溅罩升起的状态，可以看到，采用本实施例的这一防溅装置后，在研磨时，虽然转台和研磨头在旋转研磨时，仍会四处飞溅研磨液，但因防溅罩已自动升起挡在转台的四周，起到屏蔽的作用，飞溅的研磨液会顺着防溅罩的内侧壁收集回设备底部，不会再飞溅到设备的各个部件，这一方面降低了设备的清洗难度，另一方面也可以防止飞溅的研磨液在结晶后脱落，形成颗粒污染源，划伤晶片。图中未示出带动防溅罩升降的升降装置。

在本实施例中，防溅罩的上部被弯成了一定的圆弧状的角度；在本发明的其它实施例中，该部分也可以仍保持直立，或直接弯成一定的折线状的角度。

本实施例中，是利用研磨设备的主控机控制防溅罩的自动升降，在本发明的其它实施例中，还可以利用由小型电机、提升部件和开关组成的升降机实现防溅罩的半自动升降。此外，还可以用手动方式实现防溅罩的升降。

本发明的第二具体实施例是采用手动方式实现防溅罩的升降。图5A和5B为本发明第二具体实施例的化学机械研磨的防溅罩的结构示意图。图5A为本发明第二具体实施例的具有“工”字形沟槽的防溅罩的结构示意图，如图5A所示，本实施例中的防溅罩仍分为上部与下部，其上部仍被弯成了一定的圆弧状的角度。但是本实施例中的防溅罩的侧壁上的沟槽，却有着特殊的形状要求，如图中所示，其为一“工”字形，可分为三部分:下沟槽501a和501b，通路502，以及上沟槽503，本实施例中的这一“工”字形沟槽可以有2到8个，本图中所示为具有2个“工”字形沟槽的防溅罩。

与本实施例中的手动防溅罩相对应的升降装置很简单，只需在化学机械研磨设备的外壳内壁上安装与该防溅罩上的沟槽位置相对应的固定件即可实现防溅罩的手动升降，固定件可以是螺钉、铆钉或丝杆等。当研磨开始前需进行晶片的装载时，防溅罩处于下档位的状态，研磨设备外壳上的固定件卡在防溅罩沟槽的上沟槽503的横向部位。当研磨要开始时，即转台和研磨头开始旋转前，需要将防溅罩提升，此时，先将防溅罩转动，使得固定件与沟槽的通路部分502对齐；再将防溅罩顺该通路上提至沟槽的下沟槽部分501a和501b；然后，再次转动防溅罩，使该固定件卡在下沟槽的横向部位内，实现将防溅罩提升并固定至上档位；接着，就可以开始旋转研磨，在研磨过程中，因防溅罩已升到上档位，可以有效阻挡研磨液的飞溅。

在转台和研磨头停止旋转之后，卸下晶片之前，需要将该防溅罩降下，此时，还是先将防溅罩转动，使得外壳上的固定件与沟槽的通路部分502对齐；然后再将防溅罩顺该通路下放至沟槽的上沟槽部分503；接着，再次转动防溅罩，使该固定件卡在上沟槽内，即可实现将防溅罩下放至下档位，不会影响研磨后的取晶片等其它操作。

本实施例中的防溅罩同样可以将研磨时飞溅出的研磨液挡住并顺其内侧壁流回，减少了研磨机内的颗粒污染度，提高了产品的研磨成品率。此外，本实施例中的升降装置结构非常简单，并且在装片后和卸片前将防溅罩提起或放下的操作也方便易行。

本实施例中的防溅罩上的沟槽是制成了“工”字形，具有上、下沟槽和通路的沟槽，其与研磨设备的外壳内壁上安装的固定件相配合，实现防溅罩的位置在上档位和下档位间的切换。在本发明的其它实施例中，该沟槽还可以制成“]”字形、

字形，或字形等。

其中，对于“]”字形沟槽的工作原理与“工”字形的类似，不再赘述；而对于具有

字形，或

字形的沟槽，均只具有下沟槽和通路两部分，图5B为本发明第二具体实施例的具有

字形沟槽的防溅罩的结构示意图，如图5B所示，该防溅罩仍分为上部与下部，其上部仍被弯成了一定的圆弧状的角度。但是该防溅罩的下部侧壁上的沟槽形状为

字形，每个沟槽可分为两部分:下沟槽(图中所示的511a、511b和511c)，以及通路(图中所示的512a和512b)。本实施例中的

字形沟槽同样可以有2到8个，本图中所示为具有3个字形沟槽的防溅罩。其工作原理为:当研磨开始前装载晶片时，需令防溅装置放低，此时，研磨设备外壳上的对应的三个固定件处于防溅罩沟槽的通路512a和512b的上方，本结构中，既可以利用固定件卡住通路顶部将防溅罩放下到下档位；也可以将通路作得较长，直接将防溅罩放下，而无须利用通路的顶部卡住固定件。对于后一种情况，防溅罩到达设备底部即为下放到下档位。当研磨要开始时，为了防止研磨液飞溅，需将防溅罩提升:先提起防溅罩，使固定件到达沟槽的通路512a和512b的底部，然后再转动防溅罩，使得各固定件分别卡在下沟槽511a、511b和511c的横向部位，实现将防溅罩提升并固定在上档位处；接着，就可以开始研磨，在研磨过程中，因防溅罩已升到上档位，可以阻挡研磨液飞溅。

研磨完成后，卸下晶片前，需要将该防溅罩降下，此时，还是要先将防溅罩转动，使得固定件与沟槽的通路部分对齐；然后再将防溅罩顺该通路放下至下档位，防止其影响取晶片等其它操作。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (14)

1、一种化学机械研磨的防溅装置，其特征在于:所述防溅装置包括安装在化学机械研磨设备内的环状防溅罩和与所述防溅罩相连的、带动所述防溅罩相对于所述化学机械研磨设备升或降的升降装置，所述防溅罩侧壁底部开有沟槽，所述升降装置具有提升部件，且所述提升部件插入所述沟槽内，将所述防溅罩提升到上位档或下降到下位档。

2、如权利要求1所述的防溅装置，其特征在于:所述防溅罩包括上部与下部，所述上部与所述下部间以圆弧状或折线状形成一角度。

3、如权利要求2所述的防溅装置，其特征在于:所述角度在90到180°之间。

4、如权利要求1所述的防溅装置，其特征在于:所述升降装置包括两个以上的气缸，以及连接所述气缸和所述沟槽的提升部件，所述气缸在接收到提升信号后，控制所述的提升部件和所述防溅罩提升至上位档；在接收到下降信号后，控制所述提升部件和所述防溅罩下降至下位档。

5、如权利要求1所述的防溅装置，其特征在于:所述防溅罩上的沟槽包括下沟槽和通路，所述通路与下沟槽相连接；所述升降装置的提升部件为固定在设备上的固定件，通过将所述固定件卡置于所述下沟槽内实现将所述防溅罩升至上位档。

6、如权利要求5所述的防溅装置，其特征在于:所述固定件为螺钉、铆钉或丝杆。

7、一种化学机械研磨设备，包括外壳、转台、研磨垫、研磨头、研磨液供应管和主控机，其特征在于:所述研磨设备还包括防溅罩和带动所述防溅罩相对于所述化学机械研磨设备升或降的升降装置，所述防溅罩是安装在化学机械研磨设备内的环状物，侧壁底部开有沟槽，所述升降装置具有提升部件，且所述提升部件插入所述沟槽内，将所述防溅罩提升到上位档或下降到下位档。

8、如权利要求7所述的研磨设备，其特征在于:所述防溅罩包括上部与下部，所述上部与所述下部间以圆弧状或折线状形成一角度。

9、如权利要求8所述的研磨设备，其特征在于:所述角度在90到180°之间。

10、如权利要求7所述的研磨设备，其特征在于:所述升降装置包括2到8个与化学机械研磨设备的主控机相连的气缸，以及与所述气缸和所述沟槽相连的提升部件，所述主控机在研磨开始时向所述气缸发出提升信号，控制所述气缸提升所述的提升部件和所述防溅罩至上位档；在研磨结束时向所述气缸发出下降信号，控制所述气缸下降所述提升部件和所述防溅罩至下位档。

11、如权利要求7所述的研磨设备，其特征在于:所述防溅罩上的沟槽包括下沟槽和通路，所述通路与下沟槽相连接；所述升降装置的提升部件为固定于所述化学机械研磨设备的外壳内壁上的固定件，所述固定件卡置于所述下沟槽内时，所述防溅罩升至上位档。

12、如权利要求11所述的研磨设备，其特征在于:所述固定件为螺钉、铆钉或丝杆。

13、如权利要求11所述的研磨设备，其特征在于:所述防溅罩在所述转台和所述研磨头开始旋转前，升至上位档；在所述转台和所述研磨头停止旋转后，降至下位档。

14、如权利要求7所述的研磨设备，其特征在于:所述升降装置是2至8组由电机、提升部件和开关组成的升降机。

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