CN102294646A - 研磨头及化学机械研磨机台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种研磨头，与晶片接触的表面为圆形，所述圆形表面具有大于5个相对独立的区域，各个区域与相应的气动装置连接，由所述气动装置为研磨头各个区域提供压力。本发明还提供了一种包含上述研磨头的化学机械研磨机台。采用本发明的装置有效提高了研磨晶片的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及化学机械研磨领域，特别涉及一种研磨头及化学机械研磨机台。
背景技术
目前，随着电子设备的广泛应用，半导体的制造工艺得到了飞速的发展，在半导体的制造流程中，涉及化学机械研磨工艺(CMP)。晶片(wafer)的平坦化制作工艺都是依赖化学机械研磨机台来完成，化学机械研磨机台可用于各种材料的研磨，例如实现对多晶硅、铜、钨、浅沟槽隔离(STI)、层间介质层(ILD)或金属间介质层(IMD)等的研磨。现有化学机械研磨机台的剖面结构示意图，如图1所示。该机台包括研磨台101、研磨垫(pad)102和研磨头103。研磨台101承载研磨垫102，当进行研磨时，首先将待研磨的晶片W架设在研磨头103上，使晶片W的待研磨面与旋转的研磨垫102对向配置，此时，在研磨垫102上可提供由研磨粒和化学助剂所构成的研浆(slurry)；接着，研磨头103提供给晶片W可控制的负载如压力，而将晶片W的待研磨面紧压于研磨垫102上，随着晶片与研磨垫之间的相对运动，以及研磨垫上研浆的喷洒，实现对晶片的研磨，形成晶片平坦的表面。
现有技术中研磨头具有圆形表面，以圆形表面的中心为圆心画同心圆，将圆形表面分为5个区域(区域1-5)，仰视结构示意图如图2所示。每个区域相对独立，每个区域与相应的气动装置(图中未示)相连接，气动装置通过研磨头给晶片提供压力。由于研磨头的设计结构限制，晶片在研磨头相同的压力作用下，晶片外围区域受压较小，研磨速率慢，为使晶片各区域研磨速率趋于一致，对各区域气动装置的压力初设值是不相同的。开始进行研磨时，各气动装置根据各自的压力初设值通过研磨头的各区域给晶片提供压力，随着时间的增加，晶片的厚度逐渐减少，厚度传感器实时检测晶片各区域的平均厚度，以中间区域(区域5)的平均厚度为标准，当其他区域的平均厚度与中间区域平均厚度有差异时，将该差异输出给微处理器，微处理器指示与该区域连接的气动装置进行压力调整，当该区域的平均厚度达到中间区域的平均厚度时，与该区域连接的气动装置压力回到初设值。在中间区域的平均厚度达到终点目标值时，停止CMP。
每片wafer包括多个曝光单元(shot)，整片wafer上每个shot之间的图案是相同的，即将wafer划分为若干个具有周期性结构的shot，一个shot内又包括多个晶粒(die)，现有技术中研磨头一个区域可能覆盖晶片的多个晶粒die，当该区域中的某一个或者多个die的厚度出现差异时，研磨头是无法针对各个die进行调压，从而改变厚度差异的，也就是说现有技术中研磨头的研磨均匀性还有待于提高。
发明内容
本发明提供了一种研磨头及化学机械研磨机台，有效提高了研磨晶片的均匀性。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
本发明公开了一种研磨头，与晶片接触的表面为圆形，所述圆形表面具有大于5个相对独立的区域，各个区域与相应的气动装置连接，由所述气动装置为研磨头各个区域提供压力。
以所述圆形表面的中心为圆心画大于4个的同心圆，将研磨头表面划分为具有大于5个相对独立的区域，每个独立区域由相应的气动装置提供压力；所述区域包括位于研磨头表面中央的圆形区域和其他环形区域；其中，每个环形区域的宽度沿研磨头圆形表面的圆心到圆周的径向方向按预定宽度逐渐变窄。
所述圆形表面具有按象限划分的4个独立区域；以所述圆形表面的中心为圆心画不小于4个的同心圆，将所述具有4个独立区域的圆形表面再次划分为多个相对独立的区域，每个独立区域由相应的气动装置提供压力；
以圆形表面的中心为圆心画同心圆时，圆形表面包括位于研磨头表面中央的圆形区域和其他环形区域；其中，每个环形区域的宽度沿研磨头圆形表面的圆心到圆周的径向方向按预定宽度逐渐变窄。
本发明还公开了一种包括上述研磨头的化学机械研磨机台。
由上述的技术方案可见，本发明将研磨头表面分为至少大于5个相对独立的区域，每个区域由相应的气动装置控制，研磨头表面与晶片表面相对应，从而可以控制施加在晶片上更小区域内的压力，提高了晶片上单位面积内的压力控制精度，实现了晶片研磨均匀性的进一步提高。
附图说明
图1为现有化学机械研磨机台的剖面结构示意图；
图2为现有研磨头表面的仰视结构示意图；
图3为本发明第一实施例的研磨头表面仰视示意图；
图4为本发明优选实施例的研磨头表面仰视示意图。
具体实施方式
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，对本发明进一步详细说明。
本发明的核心思想是：将研磨头表面分为至少大于5个相对独立的区域，每个区域由相应的气动装置控制，研磨头表面与晶片表面相对应，从而可以控制施加在晶片上更小区域内的压力，提高了晶片上单位面积内的压力控制精度，实现了晶片研磨均匀性的进一步提高。
本发明第一实施例为以研磨头圆形表面的中心为圆心画同心圆，将圆形表面分为大于5个的区域，整个区域包括位于研磨头表面中央的圆形区域和其他环形区域，每个区域由相应的气动装置提供压力。本发明第一实施例的研磨头表面仰视示意图如图3所示，图3中将研磨头表面划分为7个区域。而且，为了平衡压力，越远离圆心的环形区域宽度越窄，也就是说每个环形区域的宽度沿研磨头圆形表面的圆心到圆周的径向方向逐渐变窄，这一点与现有技术的设计构思相同。举例来说，对于半径为150毫米(mm)的研磨头，现有技术中区域5为圆形，半径宽度为40mm，区域4的环形宽度为60mm，区域3的环形宽度为30mm，区域2的环形宽度为15mm，区域1的环形宽度为5mm，区域4至1的环形宽度逐渐变窄。各个区域的宽度可以在符合逐渐变窄的原则上灵活调整。所以，本发明具体实施例中将圆形表面划分为7个区域，也可以根据预先的设计灵活定义各区域的宽度，确保环形区域的宽度沿研磨头圆形表面的圆心到圆周的径向方向逐渐变窄即可。
进一步地，本发明的优选实施例为，在第一实施例的基础上对研磨头表面按象限划分，图4为本发明优选实施例的研磨头表面仰视示意图。图4中以研磨头圆形表面的中心为圆心画同心圆，将圆形表面分为5个区域，然后将整个研磨头表面划分为4个象限，因此研磨头表面具有20个研磨区域。显然，对于研磨头表面的划分，还不限于此，将研磨头表面划分为更加细致的区域，甚至可以精确到一个die的大小时，就可以对晶片每个die的研磨厚度差异进行实时控制，从而实现更高的研磨均匀性。
根据本发明的研磨头，对晶片进行研磨的方法，包括以下步骤：
步骤11、预先通过各气动装置为与所述气动装置连接的研磨头每个区域设置压力初设值；
步骤12、对晶片进行研磨，根据厚度传感器实时检测的晶片各区域的平均厚度，计算与中间区域平均厚度的偏移量，根据所述偏移量，调节所对应的气动装置的压力，在该区域平均厚度与中间区域厚度相同时，气动装置压力恢复初设值；其中，可以定义中间区域为靠近研磨头表面圆心的任一区域；
步骤13、检测到所述中间区域平均厚度达到终点目标值时，停止研磨。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (4)
1.一种研磨头，与晶片接触的表面为圆形，其特征在于，所述圆形表面具有大于5个相对独立的区域，各个区域与相应的气动装置连接，由所述气动装置为研磨头各个区域提供压力。
2.根据权利要求1所述的研磨头，其特征在于，以所述圆形表面的中心为圆心画大于4个的同心圆，将研磨头表面划分为具有大于5个相对独立的区域，每个独立区域由相应的气动装置提供压力；所述区域包括位于研磨头表面中央的圆形区域和其他环形区域；其中，每个环形区域的宽度沿研磨头圆形表面的圆心到圆周的径向方向按预定宽度逐渐变窄。
3.根据权利要求1所述的研磨头，其特征在于，所述圆形表面具有按象限划分的4个独立区域；以所述圆形表面的中心为圆心画不小于4个的同心圆，将所述具有4个独立区域的圆形表面再次划分为多个相对独立的区域，每个独立区域由相应的气动装置提供压力；
以圆形表面的中心为圆心画同心圆时，圆形表面包括位于研磨头表面中央的圆形区域和其他环形区域；其中，每个环形区域的宽度沿研磨头圆形表面的圆心到圆周的径向方向按预定宽度逐渐变窄。
4.一种包括如权利要求1至3任一项所述的研磨头的化学机械研磨机台。
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