CN102756328A - 化学机械研磨设备以及化学机械研磨方法 - Google Patents

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夏金伟
张中连
龚小春
陈滨
姜北
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Abstract

本发明提供了一种化学机械研磨设备以及化学机械研磨方法。根据本发明的化学机械研磨设备包括：晶圆研磨台，用于晶圆金属钨平坦化处理的工作平台；喷射器，通过一定压力的水和高压的氮气混合产生雾化的水气，从喷嘴喷射出来，所述雾化水气体用于通过与晶圆研磨台的研磨垫表面的相互作用力来清除所述晶圆研磨台的研磨垫表面上残留的残留物；以及喷射器固定调节装置，用于支撑所述喷射器，并且所述喷射器固定调节装置用于通过调节所述喷射器的雾化水气体喷出口的相对于所述晶圆研磨台的研磨垫表面的角度来使所述原子化气体以不垂直于所述晶圆研磨台的研磨垫表面的方向喷出。

Description

化学机械研磨设备以及化学机械研磨方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种化学机械研磨设备以及化学机械研磨方法。
背景技术
化学机械研磨(CMP，chemical mechanical polishing，也称为化学机械抛光)目前被广泛用于半导体制造过程中的表面平坦化工艺处理。化学机械研磨的过程是把晶圆放在旋转的研磨垫上，再加一定的压力，用化学研磨液来研磨晶圆以使晶圆平坦化。在化学机械研磨设备对硅片进行研磨的过程中，研磨液通过管路流在研磨垫上，在研磨过程中起到润滑作用，并且研磨液也可与所研磨的硅片起适当的化学反应，提高研磨去除速度。
但是，研磨垫在研磨一段时间后，就有可能大的结晶的研磨液残留物或金刚石修整器(dresser)上脱落下来坚硬的金刚石颗粒残留物留在研磨垫上和研磨垫沟道内，结晶的研磨液颗粒在研磨过程中会形成轻微刮伤，脱落的金刚石颗粒会造成比较严重的刮伤以致晶圆报废。
在根据现有技术的化学机械研磨设备中，利用喷射器通过去离子水和氮气混合高速喷出雾化的水气，并利用经雾化的去离子水和氮气来清除残留在研磨垫上和研磨垫沟道内的残留物。
图1示意性地示出了根据现有技术的喷射器所产生的雾化水气体与晶圆承载台之间关系的示意图。如图1所示，在根据现有技术的化学机械研磨设备中，喷射器所产生的雾化水气体2(去离子水和氮气的混合物)垂直地射向晶圆研磨台1的研磨垫表面。即喷射器的雾化水气体喷射出口垂直于晶圆研磨台1的研磨垫表面。
图2示意性地示出了根据现有技术的喷射器所产生的雾化水气体与晶圆研磨台作用所产生的合力的示意图。如图2所示，在根据现有技术的化学机械研磨设备中，喷射器所产生的雾化水气体2对晶圆研磨台1的研磨垫表面之间的垂直冲击力为F20，喷射器所产生的雾化水气体2与晶圆研磨台1的研磨垫表面之间的离心为F10，则垂直冲击力F10与摩擦力F10的合力FO之间的关系为：(FO)2=(F10)2+(F20)2。
但是，根据现有技术的化学机械研磨设备有时候无法彻底清除晶圆研磨垫表面上的残留物。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种更彻底地清除诸如研磨垫的研磨表面的残留物的化学机械研磨设备以及化学机械研磨方法。
根据本发明的第一方面，提供了一种化学机械研磨设备，其包括：晶圆研磨台，用于晶圆金属钨平坦化处理的工作平台；喷射器，通过一定压力的水和高压的氮气混合产生雾化的水气，从喷出口高速喷射出来，所述雾化水气体用于通过与晶圆研磨台的研磨垫表面的相互作用力来清除所述晶圆研磨台的研磨垫表面上残留的残留物；以及喷射器器固定调节装置，用于固定调节喷射器，并且所述喷射器器固定调节装置用于通过调节所述喷射器的雾化水气体喷出口的相对于所述晶圆研磨台的研磨垫表面的角度来使所述雾化水气体以不垂直于所述晶圆研磨台的研磨垫表面的方向喷出。
优选地，所述雾化水气体是去离子水和氮气的混合物。
优选地，所述晶圆研磨台的研磨垫表面是所述晶圆研磨中的研磨表面。
优选地，所述喷射器固定调节装置调节所述雾化水气体喷出口以使得所述雾化水气体喷出口相对于所述晶圆研磨台的研磨垫表面的角度介于70度至80度之间。
优选地，所述喷射器固定调节装置调节所述雾化水气体喷出口以使得所述雾化水气体喷出口相对于所述晶圆研磨台的研磨垫表面的角度为100度到110度之间。
根据本发明的第二方面，提供了一种化学机械研磨方法，其特征在于包括：
利用研磨台对晶圆钨的平坦化处理；
利用一定压力的水和高压的氮气混合产生雾化水气体。
利用所述雾化水气体通过所述雾化水气体与晶圆研磨台的研磨垫表面的相互作用力来清除所述晶圆研磨台的研磨垫表面上残留的残留物；以及
利用喷射器固定调节装置支撑所述喷射器，并且调节所述喷射器固定调节装置具有雾化水气体喷出口相对于所述晶圆研磨台的研磨垫表面的角度来使所述雾化水气体以不垂直于所述晶圆研磨台的研磨垫表面的方向喷出。
优选地，雾化水气体是去离子水和氮气的混合物。
优选地，所述晶圆研磨台的研磨垫表面是晶圆研磨中的研磨表面。
优选地，利用所述喷射器固定调节装置调节所述雾化水气体喷出口以使得所述雾化水气体喷出口相对于所述晶圆研磨台的研磨垫表面的角度介于70度至80度之间。
优选地，利用所述喷射器固定调节装置调节所述雾化水气体喷出口以使得所述雾化水气体喷出口相对于所述晶圆研磨台的研磨垫表面的角度为100度到110度之间。
优选地，根据所述调节喷射器固定调节装置的角度来调节所述雾化水气体喷出口以使得所述雾化水气体喷出口相对于所述晶圆研磨台的研磨垫表面的角度。
由此，本发明提供一种能够更彻底地清除研磨垫的研磨表面的残留物的化学机械研磨设备以及化学机械研磨方法。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1示意性地示出了根据现有技术的喷射器所产生的雾化水气体与晶圆研磨台之间关系的示意图。
图2示意性地示出了根据现有技术的喷射器所产生的雾化水气体与晶圆研磨台作用所产生的合力的示意图。
图3示意性地示出了根据本发明实施例的喷射器所产生的雾化水气体与晶圆研磨台之间关系的示意图。
图4示意性地示出了根据本发明实施例的喷射器所产生的雾化水气体与晶圆研磨台作用所产生的合力的示意图。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
根据本发明优选实施例的化学机械研磨设备包括：
晶圆研磨台1，用于对晶圆钨的平坦化处理的工作平台；
喷射器(未示出)，通过一定压力的水和高压的氮气混合产生雾化的水气，从喷出口高速喷射出来，所述雾化水气体用于通过与晶圆研磨台的研磨垫表面的相互作用力来清除所述晶圆研磨台的研磨垫表面上残留的残留物；
喷射器固定调节装置，用于支撑所述喷射器，并且所述喷射器固定调节装置用于通过调节所述喷射器的雾化水气体喷出口的相对于所述晶圆研磨台的研磨垫表面的角度来使所述雾化水气体以不垂直于所述晶圆研磨台的研磨垫表面的方向喷出。
在一个具体的优选实施例中，所述喷射器固定调节装置调节所述雾化水气体喷出口以使得所述雾化水气体喷出口相对于所述晶圆研磨台的研磨垫表面的角度介于70度至80度之间。
在另一个具体的优选实施例中，所述喷射器固定调节装置调节所述雾化水气体喷出口以使得所述雾化水气体喷出口相对于所述晶圆研磨台的研磨垫表面的角度为100度到110度之间。
优选地，可根据所述调节喷射器固定调节装置的角度来调节气体喷出口以使得所述雾化水气体喷出口相对于所述晶圆研磨台的研磨垫表面的角度。
图3示意性地示出了根据本发明实施例的喷射器所产生的雾化水气体与晶圆研磨台之间关系的示意图。如图3所示，在根据本发明实施例的化学机械研磨设备中，喷射器(未示出)所产生的雾化水气体2(去离子水和氮气的混合物)不垂直地射向晶圆研磨台1的研磨垫表面。即，喷射器的雾化水气体喷射出口不垂直于晶圆研磨台1的研磨垫表面。
图4示意性地示出了根据本发明实施例的喷射器所产生的雾化水气体与晶圆研磨台作用所产生的合力的示意图。如图4所示，在根据本发明实施例的化学机械研磨设备中，喷射器所产生的雾化水气体2对晶圆研磨台1的研磨垫表面之间的垂直冲击力为F2，喷射器所产生的雾化水气体2与晶圆研磨台1的研磨垫表面之间的离心力为F1。通过垂直冲击力F2把残留物吹起，再通过离心力F1助推残留物飞离晶圆研磨台的研磨垫表面。因此，在根据本发明实施例的化学机械研磨设备中，能够更彻底地清除研磨垫的研磨表面上和沟槽内的残留物。
根据本发明的另一具体优选实施例，本发明还提供了一种化学机械研磨方法，其包括：
利用研磨台对晶圆钨的平坦化处理；
利用化器来残留物清除剂原子化以产生原子化气体；
利用所述雾化水气体与晶圆研磨台的研磨垫表面的相互作用力来清除所述晶圆研磨台的研磨垫表面上残留的残留物；以及
利用喷射器固定调节装置支撑所述喷射器，并且调节所述喷射器固定调节装置具有雾化水气体喷出口相对于所述晶圆研磨台的研磨垫表面的角度来使所述雾化水气体以不垂直于所述晶圆研磨台的研磨垫表面的方向喷出。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种化学机械研磨设备，其特征在于包括：
晶圆研磨台，晶圆金属钨平坦化处理工作平台；
喷射器，通过一定压力的水和高压的氮气混合产生雾化的水气，从喷射器前端的喷出口喷射出来，所述雾化水气体用于通过与晶圆研磨台的研磨垫表面的相互作用力来清除所述晶圆研磨台的研磨垫表面上残留的残留物；以及
喷射器固定调节装置，用于支撑所述喷射器，并且所述喷射器保持装置用于通过调节所述喷射器的雾化水气体喷出口的相对于所述晶圆研磨台的研磨垫表面的角度来使所述雾化水气体以不垂直于所述晶圆研磨台的研磨垫表面的方向喷出。
2.根据权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，雾化水气是去离子水和氮气的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述晶圆研磨台的研磨垫表面是所述晶圆在研磨过程中的研磨垫表面。
4.根据权利要求1或2所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述喷射器固定调节装置调节所述雾化水气体喷出口以使得所述雾化水气体喷出口相对于所述晶圆研磨台的研磨垫表面的角度介于70度至80度之间。
5.根据权利要求4所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述喷射器固定调节装置调节所述雾化水气体喷出口以使得所述雾化水气体喷出口相对于所述晶圆研磨台的研磨垫表面的角度为70到80度之间。
6.一种化学机械研磨方法，其特征在于包括：
利用研磨台对晶圆进行研磨；
利用一定压力的水和高压的氮气混合以产生雾化水气体；
利用所述雾化水气体通过所述雾化水气体与晶圆研磨台的研磨垫表面的相互作用力来清除所述晶圆研磨台的研磨垫表面上残留的残留物；以及利用喷射器固定调节装置支撑所述喷射器，并且调节所述喷射器固定调节装置具有雾化水气体喷出口相对于所述晶圆研磨台的研磨垫表面的角度来使所述雾化水气体以不垂直于所述晶圆研磨台的研磨垫表面的方向喷出。
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