CN101987429B - 化学机械研磨方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种化学机械研磨方法，包括：确定硅片上待研磨的材料以及各材料的研磨顺序，根据确定结果选择滚卷，所述滚卷上按研磨顺序依次设置有用于研磨不同材料的研磨垫；当对硅片进行研磨时，根据当前待研磨的材料，将滚卷中用于研磨该待研磨材料的研磨垫滚动到正对研磨头的位置，同时，研磨浆供应管输出用于研磨该待研磨材料的研磨浆；研磨头进行研磨。本发明同时公开了一种化学机械研磨装置。本发明所述方案实现起来简单方便，且具有很强的通用性/灵活性，可应用于任意研磨工艺，只需根据待研磨的材料的种类以及研磨顺序相应选择滚卷即可。

Description

化学机械研磨方法和装置
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种化学机械研磨方法和装置。
背景技术
当前的半导体制造工艺中，很多情况下会用到化学机械研磨(CMP)工艺，比如浅沟槽隔离(STI)氧化硅抛光、局部互联(LI)氧化硅抛光、LI钨抛光、层间介质(ILD)氧化硅抛光以及双大马式革铜抛光等。
图1为现有化学机械研磨装置的结构示意图。如图1所示，假设该化学机械研磨装置共包括三套研磨子系统，即子系统1、子系统2和子系统3；其中，每个子系统中包括：研磨盘、固定于研磨盘上的研磨垫、研磨头以及研磨浆供应管。研磨浆供应管用于输出研磨浆。
当进行研磨时，首先将待研磨的硅片附着在研磨头上，使硅片的待研磨面与研磨垫接触；然后，研磨盘和研磨头均在电机的驱动下按逆时针方向进行旋转，但两者的旋转速度不同，同时，研磨头还沿着研磨垫的直径方向进行径向运动；同时，研磨液供应管向研磨垫输送研磨浆，通过研磨浆的化学作用和机械作用使硅片表面平坦化。需要说明的是，根据待研磨的材料的不同，研磨浆的具体成分也将不同，另外，研磨垫的材质以及图案等也将不同。
在实际应用中，假设某一硅片共需要进行三次研磨，那么该硅片将按照子系统1、子系统2和子系统3的顺序依次进行研磨，根据每个子系统所负责研磨的材料的相同或不同，各子系统可采用相同或不同的研磨浆及研磨垫。
在实际应用中，由于图1所示研磨装置会用到多个子系统，每个子系统都需要有自己的研磨盘、研磨垫、研磨头以及研磨浆供应管等，结构复杂，所以实现起来很不方便。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种化学机械研磨方法，实现起来简单方便，并具有很强的通用性。
本发明同时提供一种化学机械研磨装置，实现起来简单方便，并具有很强的通用性。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
一种化学机械研磨方法，该方法包括：
确定硅片上待研磨的材料以及各材料的研磨顺序；
根据确定结果选择滚卷，所述滚卷上按研磨顺序依次设置有用于研磨不同材料的研磨垫；
当对硅片进行研磨时，根据当前待研磨的材料，将滚卷中用于研磨该待研磨材料的研磨垫滚动到正对研磨头的位置，同时，研磨浆供应管输出用于研磨该待研磨材料的研磨浆；研磨头进行研磨。
一种化学机械研磨装置，包括：滚卷、电机、研磨浆供应管以及研磨头；根据硅片上待研磨的材料的研磨顺序，所述滚卷上依次设置有每种待研磨材料对应的研磨垫；
所述滚卷，用于在对硅片进行研磨时，根据当前待研磨的材料，将滚卷中用于研磨该待研磨材料的研磨垫滚动到正对所述研磨头的位置；
所述研磨浆供应管，用于输出用于研磨该待研磨材料的研磨浆；
所述研磨头，用于利用所述研磨浆，通过与所述研磨垫的相对运动，对硅片进行研磨；
所述电机，用于驱动所述滚卷进行滚动。
较佳地，该装置还包括：
控制中心，用于监控研磨进度，以控制所述电机驱动所述滚卷进行滚动，并控制所述研磨浆供应管改变所输出的研磨浆。
较佳地，所述研磨浆供应管内包括多个管道，所述管道的数目与硅片上待研磨的材料的种类数相同；
当需要控制所述研磨浆供应管改变所输出的研磨浆时，所述控制中心关闭之前所输出的研磨浆对应的管道，并打开要输出的研磨浆对应的管道。
可见，本发明所述方案中的化学机械研磨装置只包括一个研磨头、一个研磨浆供应管、一个滚卷以及一个控制中心等组成部分，结构简单；另外，本发明所述方案具有很强的通用性，可应用于任意研磨工艺，如STI氧化硅抛光、LI氧化硅抛光、LI钨抛光、ILD氧化硅抛光以及双大马式革铜抛光等，只需根据待研磨的材料的种类以及研磨顺序相应选择滚卷即可。
附图说明
图1为现有化学机械研磨装置的结构示意图。
图2为本发明化学机械研磨装置实施例的结构示意图。
图3为本发明化学机械研磨方法实施例的流程图。
图4为本发明实施例中铜的研磨过程示意图。
图5为本发明实施例中阻碍层以及氧化物的研磨过程示意图。
具体实施方式
针对现有技术存在的问题，本发明中提出一种改进的化学机械研磨方法及装置，只需设置一个研磨头和一个研磨浆供应管，并将图1所示化学机械研磨装置中的多个研磨垫集成到一个滚卷(Web)上，该滚卷可在电机的带动下进行滚动，比如，如果要研磨某种金属，那么则可将滚卷中用于研磨该金属的研磨垫滚动到正对研磨头的位置，同时，研磨浆供应管输出用于研磨该金属的研磨浆；假设该金属研磨完毕后需要研磨氧化物，那么可将滚卷中用于研磨氧化物的研磨垫滚动到正对研磨头的位置，同时，研磨浆供应管输出用于研磨氧化物的研磨浆，依次类推。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明所述方案进一步地详细说明。
图2为本发明化学机械研磨装置实施例的结构示意图。如图2所示，包括：滚卷21、电机22、研磨浆供应管23以及研磨头24；根据硅片上待研磨的材料的研磨顺序，所述滚卷21上依次设置有每种待研磨材料对应的研磨垫25；
滚卷21，用于在对硅片进行研磨时，根据当前待研磨的材料，将滚卷中用于研磨该待研磨材料的研磨垫25滚动到正对研磨头24的位置；
研磨浆供应管23，用于输出用于研磨该待研磨材料的研磨浆；
研磨头24，用于利用所述研磨浆，通过与研磨垫25的相对运动，对硅片进行研磨；
电机22，用于驱动滚卷21进行滚动。
另外，图2所示装置中还可进一步包括一个控制中心(未图示)，用于监控研磨进度，以控制电机22带动滚卷21进行滚动，并控制研磨浆供应管23改变所输出的研磨浆。具体地，研磨浆供应管23内可包括多个管道，管道数目与硅片上待研磨的材料的种类数相同，每个管道用于输出用于研磨其对应的材料的研磨浆；当需要控制研磨浆供应管23改变所输出的研磨浆时，控制中心关闭之前所输出的研磨浆对应的管道，并打开要输出的研磨浆对应的管道。
基于图2所示装置，图3为本发明化学机械研磨方法实施例的流程图。如图3所示，包括以下步骤：
步骤31：确定硅片上待研磨的材料以及各材料的研磨顺序；根据确定结果选择滚卷，所述滚卷上按研磨顺序依次设置有用于研磨不同材料的研磨垫。
假设需要依次研磨硅片上的某种金属和氧化物，那么可在滚卷上依次设置用于研磨该金属的研磨垫1和用于研磨氧化物的研磨垫2。另外，由于在实际应用中，需要连续研磨多个硅片，因此图2所示滚卷将呈现研磨垫1、研磨垫2、研磨垫1、研磨垫2、......研磨垫1、研磨垫2的结构。
步骤32：当对硅片进行研磨时，根据当前待研磨的材料，将滚卷中用于研磨该待研磨材料的研磨垫滚动到正对研磨头的位置，同时，研磨浆供应管输出用于研磨该待研磨材料的研磨浆；研磨头进行研磨。
本步骤中，首先将用于研磨金属的研磨垫滚动到研磨头的正下方，同时研磨浆供应管中输出用于研磨该金属的研磨浆；同时，启动控制中心对研磨进度进行监控，一旦发现该金属研磨完毕，则控制滚卷中用于研磨氧化物的研磨垫滚动到研磨头的正下方，同时控制研磨浆供应管中输出用于研磨氧化物的研磨浆。当前的硅片研磨完毕后，按照同样方式继续研磨下一硅片。
下面以半导体制造中，对铜连线的化学机械研磨工艺为例，对本发明所述方案作进一步说明：
假设共需要进行两次研磨，第一次研磨用于研磨铜，第二次研磨用于研磨阻碍层(Barrier Layer)以及氧化物。
图4为本发明实施例中铜的研磨过程示意图；图5为本发明实施例中阻碍层以及氧化物的研磨过程示意图。如图4和5所示，根据待研磨材料的不同，通过滚卷的滚动，对应更换位于研磨头下方的研磨垫。
总之，本发明所述方案中的化学机械研磨装置只包括一个研磨头、一个研磨浆供应管、一个滚卷以及一个控制中心等组成部分，结构简单，易于实现。另外，本发明所述方案具有很强的通用性，即可应用于任意研磨工艺，如STI氧化硅抛光、LI氧化硅抛光、LI钨抛光、ILD氧化硅抛光以及双大马式革铜抛光等，只需根据待研磨的材料的种类以及研磨顺序相应选择滚卷即可。
再有，现有技术中，如图1所示，假设子系统1已经完成了对硅片A的研磨，那么在子系统2对硅片A进行研磨的同时，子系统1可同时研磨硅片B，即各硅片的研磨并行执行。但这样会存在一个问题：对于不同的子系统来说，其研磨速度可能并不相同，比如子系统1负责研磨某种金属，子系统2负责研磨氧化物，子系统1的研磨速度大于子系统2的研磨速度，那么在子系统1完成对硅片B的研磨时，子系统2可能还未完成对硅片A的研磨，所以硅片B需要等待一段时间，才能开始下一次研磨，这无疑影响了硅片的研磨速度。而采用本发明的技术方案后，可连续对对硅片进行多次研磨，每次研磨间无需进行等待，而且，在实际应用中，可同时设置多个图2所示化学机械研磨装置，以便对多个硅片同时进行研磨，从而加快了硅片的研磨速度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种化学机械研磨方法，该方法包括：
确定硅片上待研磨的材料以及各材料的研磨顺序；
根据确定结果选择滚卷，所述滚卷上按所述各材料的研磨顺序依次设置有用于研磨不同材料的研磨垫；
当对硅片进行研磨时，根据当前待研磨的材料，将滚卷中用于研磨该待研磨材料的研磨垫滚动到正对研磨头的位置，同时，研磨浆供应管输出用于研磨该待研磨材料的研磨浆；研磨头进行研磨。
2.一种化学机械研磨装置，其特征在于，包括：滚卷、电机、研磨浆供应管以及研磨头；所述滚卷上，根据硅片上待研磨的材料的研磨顺序，依次设置有每种待研磨材料对应的研磨垫；
所述滚卷，用于在对硅片进行研磨时，根据当前待研磨的材料，将滚卷中用于研磨该待研磨材料的研磨垫滚动到正对所述研磨头的位置；
所述研磨浆供应管，用于输出用于研磨该待研磨材料的研磨浆；
所述研磨头，用于利用所述研磨浆，通过与所述研磨垫的相对运动，对硅片进行研磨；
所述电机，用于驱动所述滚卷进行滚动。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，该装置还包括：
控制中心，用于监控研磨进度，以控制所述电机驱动所述滚卷进行滚动，并控制所述研磨浆供应管改变所输出的研磨浆。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述研磨浆供应管内包括多个管道，所述管道的数目与硅片上待研磨的材料的种类数相同；
当需要控制所述研磨浆供应管改变所输出的研磨浆时，所述控制中心关闭之前所输出的研磨浆对应的管道，并打开要输出的研磨浆对应的管道。
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