CN102773789A - 化学机械抛光设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种化学机械抛光设备，包含一壳体；一平台设置在壳体中；以及一抛光头，用来固定并旋转一晶片。平台由一中央圆形部分和一周围环形部分所组成，且具有一间隙位在二者之间。一第一抛光垫设置在中央圆形部分上。一第二抛光垫设置在周围环形部分上。在抛光工艺中，抛光头在第一抛光垫以及第二抛光垫之间旋转，如此使晶片的一环形边缘区域直接接触第二抛光垫。

Description

化学机械抛光设备及方法
技术领域
本发明关于一种化学机械抛光(chemical mechanical polishing)技术或者一种化学机械平坦化(chemical mechanical planarization)技术，特别是指一种改进的化学机械抛光设备及其制造方法，可在化学机械抛光工艺中精确控制抛光均匀度。
背景技术
机械抛光或化学机械抛光(chemical mechanical planarization，CMP)为现今的半导体工艺中用来高度平坦化半导体晶片表面的不可或缺的技术。在化学机械抛光工艺中，晶片被按压在一旋转的抛光垫。此外，晶片可同时在覆盖有浆料的抛光垫表面上旋转和来回摆动，增加其抛光效率。
图1是一种公知化学机械抛光单元的示意图。化学机械抛光单元30包含一平台300，连接一机台轴301，在抛光时，平台300会朝着机台轴301的中央轴旋转。一抛光垫310设置在平台300上。一抛光头320固定并旋转晶片322。在抛光时，浆料由一浆料提供装置330喷洒到抛光垫310上。抛光头320将旋转的晶片322压至抛光垫310上使抛光垫310的抛光表面及晶片322产生相对运动，造成晶片的表面上产生机械结合化学的效应。抛光垫310的尺寸可以是晶片322直径的数倍，而且在抛光时，晶片322通常是远离抛光垫310的旋转中心。
公知的化学机械抛光技术的其中一個问题是：在一晶片表面的不同位置上很难控制抛光速率。因为晶片表面上的抛光速率一般正比抛光垫的相对旋转速度，因此在晶片上的特定点的抛光速率与旋转轴的距离有关。但是，为了在后续的高解析度光刻工艺中可靠的制造出下一层的电路，在化学机械抛光工艺中有效的控制抛光均匀度显得非常重要。也就是说，高解析度光刻工艺只有在平坦的晶片表面上才可达到高精确度。
发明内容
本发明提出一种改进的化学机械抛光设备，可以解决上述问题。
本发明提供一种化学机械抛光设备，包含一壳体；一平台设置在壳体中，其中平台由一中央圆形部分和一周围环形部分所组成，其中周围环形部分环绕中央圆形部分，且周围环形部分与中央圆形部分之间具有一间隙；一抛光头用来固定并旋转一晶片；一第一抛光垫设置在中央圆形部分上；以及第二抛光垫设置在周围环形部分上。一第一喷嘴用来提供一第一浆料在第一抛光垫上。一第二喷嘴用来提供一第二浆料在第二抛光垫上。第一浆料以及第二浆料以不同流速提供。
附图说明
图1是公知化学机械抛光单元的示意图。
图2是化学机械抛光设备的剖面示意图。
图3是晶片及抛光垫相对位置的俯视图。
其中，附图标记说明如下：
10      化学机械抛光设备    30      化学机械抛光单元
100     壳体                101、301机台轴
110、300平台                110a    中央圆形部分
110b    周围环形部分        112a    第一抛光垫
112b    第二抛光垫          113     间隙
150、250方向                220、320抛光头
260
222、322晶片            230a    第一喷嘴
230b    第二喷嘴        310     抛光垫
330     浆料提供装置    d       宽度
E       环形边缘区域    S1      第一浆料
S2      第二浆料
具体实施方式
虽然本发明以优选实施例揭露如下，然其并非用来限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求书所界定的为标准，为了不使本发明的精神晦涩难懂，部分公知结构与工艺步骤的细节将不在此揭露。
同样地，图示所表示为优选实施例中的装置示意图但并非用来限定装置的尺寸，特别是，为使本发明可更清晰地呈现，部分组件的尺寸可能放大呈现在图中。再者，多个优选实施例中所揭示相同的组件者，将标示相同或相似的符号以使说明更容易且清晰。
图2是本发明的优选实施例的化学机械抛光设备的剖面示意图。如图2所示，化学机械抛光设备10可包含一壳体100，一平台110设置在壳体100中，且一抛光头220固定并旋转一晶片222。平台110连接一机台轴101使平台110在抛光时延着机台轴101的中央轴旋转。在本发明一优选实施例中，平台110由一中央圆形部分110a和一周围环形部分110b所组成，其中，周围环形部分110b环绕中央圆形部分110a而且周围环形部分110b与中央圆形部分110a间具有一间隙113。中央圆形部分110a及周围环形部分110b具有共同圆心。在另一较佳优选实施例中，间隙113的宽度d约0.5到5毫米。
根据本发明的优选实施例，在中央圆形部分110a上设置一第一抛光垫112a，在周围环形部分110b上设置一第二抛光垫112b。第一抛光垫112a的材质与第二抛光垫112b的材质可相同或不同。根据本发明的优选实施例，一第一浆料S1经由一第一喷嘴230a喷洒在第一抛光垫112a上，一第二浆料S2经由一第二喷嘴230b喷洒在第二抛光垫112b上。第一浆料S1的流速及浓度设定可与第二浆料S2的流速及浓度设定相同或不同。
图3是晶片及抛光垫相对位置的俯视图。中央圆形部分110a与周围环形部分110b都朝同一方向150旋转。举例来说，中央圆形部分110a与周围环形部分110b可同样朝一反时针方向旋转但具有不同转速。在一优选实施例中，周围环形部分110b的转速较中央圆形部分110a的转速慢，例如，可设置一差速齿轮(未绘示)用来产生不同转速。
在抛光工艺中，旋转的晶片222可以朝与方向150相反的方向250旋转，且其借由抛光头220按压到第一及第二抛光垫112a及112b，使第一及第二抛光垫112a及112b的抛光表面同时与晶片222产生相对运动。在优选实施例中，抛光头220的位置可朝方向260(见图2)调整。在另一优选实施例中，抛光头220在第一及第二抛光垫112a及112b间旋转，所以，晶片222的一环形边缘区域E可直接接触第二抛光垫112b。在另一优选实施例中，环形边缘区域E的表面积约占晶片222的全部面积的三分之一。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种化学机械抛光设备，特征在于包含：
壳体；
平台，设置在壳体中，所述平台由一个中央圆形部分及一个周围环形部分组成，所述周围环形部分环绕所述中央圆形部分，且周围环形部分与中央圆形部分之间具有间隙；
研磨头，用来固定及旋转一晶片；
第一研磨垫，设置在中央圆形部分上；和
第二研磨垫，设置在周围环形部分上。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光设备，特征在于，更包含：
第一喷嘴，用来提供第一浆料在所述第一研磨垫之上；和
第二喷嘴，用来提供第二浆料在所述第二研磨垫之上。
3.根据权利要求2所述的化学机械抛光设备，特征在于第一浆料和第二浆料用不同的流速提供。
4.根据权利要求2所述的化学机械抛光设备，特征在于第一浆料和第二浆料具有不同的浓度设定。
5.根据权利要求1所述的化学机械抛光设备，特征在于间隙宽度大约在0.5和5毫米之间。
6.根据权利要求1所述的化学机械抛光设备，特征在于中央圆形部分和周围环形部分都朝同一个方向旋转。
7.根据权利要求1所述的化学机械抛光设备，特征在于中央圆形部分和周围环形部分以不同的转速旋转。
8.根据权利要求7所述的化学机械抛光设备，特征在于周围环形部分的转速比中央圆形部分的转速慢。
9.根据权利要求1所述的化学机械抛光设备，特征在于在研磨时，研磨头在第一以和第二研磨垫之间旋转，且晶片的一环形边缘区域直接接触第二研磨垫。
10.根据权利要求9所述的化学机械抛光设备，特征在于所述的环形边缘区域的表面积实质上占晶片全部面积三分之一。
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