CN101121239A - 一种化学机械研磨机台化学液供给装置 - Google Patents

一种化学机械研磨机台化学液供给装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种化学机械研磨机台化学液供给装置，除具有供给手臂和喷嘴外，还具有：至少一汽缸，以控制供给手臂的横向运动；至少一个步进马达，以控制供给手臂的纵向运动；控制软件单元一，控制汽缸的横向运动；控制单元二，控制所述步进马达从而控制化学研磨液喷嘴的径向运动。本发明可以改变研磨液供给装置的供液方式，使得化学研磨液的喷嘴在研磨过程中沿径向移动，改善了研磨液在研磨过程中在晶圆表面的分布。从而改善了化学主导作用的研磨工艺(比如：钨研磨)的平整度。

Description

一种化学机械研磨机台化学液供给装置
技术领域
本发明涉及一种半导体制造技术，尤其涉及一种化学机械研磨机台化学液供给装置。
背景技术
在当前半导体生产过程中，化学机械研磨工艺非常重要，因为化学机械研磨工艺能提供很好的平整度。在现有的研磨工艺中，可以通过调节研磨头的工艺参数，如研磨头的各个腔的压力和转速等。但在化学作用占主导的一些化学研磨(CMP)工艺中，调节机械工艺参数，往往没有很大的效果。
虽然当前工艺中可以通过改变喷嘴在研磨过程中的位置，改善(钨研磨)W-CMP的平整度，但不能改变整体的面内平整度。如图1示改变研磨头的一个腔(retain ring)的压力分别为7.2PSI(一种压力单位)、8PSI、9PSI，虽然压力对整体速率有一定的影响，但是三条曲线还是边缘的速率比中间低，不能改变整体的面内平整度。当前工艺中还可以改变研磨头和研磨盘的转速，调节研磨垫整理器的程序来改变研磨后的面内平整度，但效果都不明显。结果表明，在W的研磨过程中，仅仅调节研磨头和研磨垫的转速和压力，只是调节机械作用，对W的研磨影响不如化学作用大。因此在现有的研磨机台中，传送研磨液的组件在研磨过程中，喷嘴的位置是固定不变的，这样的硬件配置很难改变研磨液在产品表面上的分布，不能提高化学作用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种化学机械研磨机台化学液供给装置，通过改变研磨液供给装置的供液方式，改变研磨液在研磨过程中的分布，可以调节W-CMP研磨后平整度。
为解决上述技术问题，本发明一种化学机械研磨机台化学液供给装置，除具有供给手臂和喷嘴外，还具有：至少一汽缸，以控制供给手臂的横向运动；至少一个步进马达，以控制供给手臂的纵向运动；控制软件单元一，控制汽缸的横向运动；控制单元二，控制所述步进马达从而控制化学研磨液喷嘴的径向运动。
本发明由于通过增加汽缸、步进马达和控制软件单元，来控制供给手臂的横向运动和纵向运动，可以改变研磨液供给装置的供液方式，提高了W-CMP研磨后的平整度。
附图说明
图1是现有工艺中钨研磨平整度和研磨头压力的关系图，图中每条曲线代表不同的研磨头压力和转速；
图2是本发明一种化学机械研磨机台化学液供给装置的结构示意图，其中虚线表示的是移动研磨液喷嘴的新位置；
图3是本发明具体实施例中研磨液供给位置和研磨速率的关系。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
如前所述，现有的研磨工艺，在研磨过程中，喷嘴的位置是固定不变的，本发明中通过增加一些控制软件单元和一系列汽缸，步进马达来改变喷嘴在研磨过程中的位置。
如图2，本发明中为了实现更好的控制产品的表面均匀性，针对研磨机台的研磨液供给装置，硬件上增加了一个汽缸来控制供给手臂的横向运动，增加了一个步进马达来控制供给手臂的纵向运动；新增加的汽缸通过传动轴和供给手臂相连，当汽缸延伸时推动供给手臂往里横向运动，当汽缸收缩时拉动手臂往外横向运动；新增加的步进马达通过传动轴或齿轮和供给手臂相连，精确控制手臂的纵向运动。针对这两个运动方向在软件上增加了两个控制软件单元，分别控制供给手臂和喷嘴的运动。这样可以在研磨过程中根据需要控制研磨液在不同时间段和产品的不同区域的分布，实现调节产品的表面平整度的方法。软件部分是成熟控制模块，现有的机台在另一个部件(研磨垫整理器)有类似的控制功能。如西门子公司的S7系列的可编程控制器或现有研磨机台本身集成控制软件都有类似的功能.比方说设定正向延伸方向为“A”控制向量，设定延伸速度为“B”变量。当需要移动的某一个位置S对应初始位置为“C”变量时，则给出A方向运动C除以B的时间。
在生产过程中，有的产品由于本身翘曲度的因素不同或前道制程的影响。有的产品研磨后在边缘总会出现钨的残留，但现有的程序往往边缘速率低，很难去除边缘的残留。本发明的具体实施例中改变了研磨液供给位置，即在研磨的过程中，把研磨液的喷嘴往产品的边缘挪了2公分的距离，研磨液供给位置的改变很明显改善了研磨速率的表现，使得边缘的速度快于中间的速率，这样就比较容易去处边缘的残留。其原理是：当研磨时，研磨液喷嘴在接近产品中心滴定研磨液时，产品中心总是先接触到研磨液然后在渗或甩到边缘去，因此总会存在着中间比边缘的浓度高，而如果把研磨喷嘴改变位置，位于产品边缘时，则边缘总是先接触到研磨液然后在分布到中心去，这样就改变了研磨液在研磨时，其浓度在产品上分布的不同。如图三所示，是两个具体实施例中改变研磨液供给位置和研磨速率的关系。
综上所述，本发明针对研磨机台的研磨液供给装置，在硬件上增加了一个汽缸来控制供给手臂的横向运动，增加了一个步进马达来控制供给手臂的纵向运动。针对这两个运动方向，在软件上增加了两个控制软件单元。分别控制供给手臂和喷嘴的运动。这样可以在研磨过程中如图二所示，根据需要控制研磨液在不同时间段对产品的不同区域的分布，实现调节产品的表面平整度。

Claims (2)

1.一种化学机械研磨机台化学液供给装置，具有供给手臂和喷嘴，其特征在于，还具有：至少一汽缸，以控制所述供给手臂的横向运动；至少一个步进马达，以控制所述供给手臂的纵向运动；控制软件单元一，控制所述汽缸的横向运动；控制单元二，控制所述步进马达从而控制化学研磨液喷嘴的径向运动。
2.根据权利要求1所述的化学机械研磨机台化学液供给装置，其特征在于，所述汽缸与所述供给手臂通过传动轴相连，当汽缸延伸时推动供给手臂往里横向运动，当汽缸收缩时拉动手臂往外横向运动；所述步进马达与所述供给手臂通过传动轴或齿轮相连。
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