CN102909651A

CN102909651A - 用于化学研磨装置的研磨头及其化学研磨装置

Info

Publication number: CN102909651A
Application number: CN2012103887380A
Authority: CN
Inventors: 邓镭
Original assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Current assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2013-02-06

Abstract

一种用于化学研磨装置的研磨头，包括：具有独立研磨子区域的同心环形研磨区域，所述同心环形研磨区域以所述研磨头的圆心为中心并对称分布，所述同心环形研磨区域内分别设置独立研磨子区域；施力装置，所述施力装置作用在所述研磨头上，并分别独立控制所述各研磨子区域的受力。一种具有所述的研磨头的化学研磨装置进一步包括转轴；研磨台；研磨垫。利用本发明所述的研磨头，并在薄膜较厚的区域施加较大的压力，而在薄膜较薄的区域施加较小的压力便可实现晶圆内非对称研磨，从而提高对薄膜厚度在所述晶圆内呈非对称性分布的研磨均一性。本发明所述的研磨头不仅操作简单，使用方便，便于推广，而且实用性强，能满足不同产品的研磨需要。

Description

用于化学研磨装置的研磨头及其化学研磨装置

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种用于化学研磨装置的研磨头及其化学研磨装置。

背景技术

化学机械研磨（Chemical Mechanical Polishing,CMP）是一个通过化学反应过程和机械研磨过程共同作用的工艺。通常地，在化学研磨过程中所述第一研磨头施加一定的压力在第一晶圆背面使所述第一晶圆正面紧贴第一研磨垫。同时所述第一研磨头带动所述第一晶圆和所述第一研磨垫同方向旋转，使所述第一晶圆的正面与所述第一研磨垫产生机械摩擦。在研磨过程中通过一系列复杂的机械和化学作用去除晶圆表面的一层薄膜，从而达到所述第一晶圆平坦化的目的。

请参阅图4，图4所述为传统的第一研磨头的俯视图。目前主流的化学机械研磨装置的第一研磨头4均采用同心环形区域设计，即以研磨头圆心作为对称中心，把所述第一研磨头分割成不同的同心环形区域，列举地，所述同心环形区域包括但不限于第一同心环形区域40、第二同心环形区域41、第三同心环形区域42、第四同心环形区域43，以及第五同心环形区域44。其中，每个同心圆环区域可以施加不同的压力，而在同一个同心环形区域内只能施加相同的压力。

请参阅图5、图6（a）、图6（b），图5所示为传统的第一研磨头各同心环形区域的研磨速率径向分布图。图6（a）所示为第一晶圆的膜层厚度分布示意图。图6（b）所示为所述第一晶圆经过所述第一研磨头研磨后的膜层厚度分布示意图。传统的第一研磨头4的设计决定了研磨速率必定是以圆心为中心的中心对称分布，即在距离圆心相同半径区域的研磨速率是大致相等的。

但是，对于CMP研磨前的薄膜生长制程，受限于其淀积生长方式，其膜厚在第一晶圆面内的分布却不是中心对称的。事实上典型的化学气相淀积的薄膜往往在晶圆的某一边缘区域会比其他边缘区域厚。如果用传统的第一研磨头4研磨，由于在相同半径位置的研磨速率是相近的，所以研磨量也就必然是相近的。这种由薄膜生长产生的晶圆内膜厚非对称性差异无法由CMP消除。

故针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了发明一种用于化学研磨装置的研磨头及其化学研磨装置。

发明内容

本发明是针对现有技术中，传统的用于化学研磨装置的研磨头在距离圆心相同半径区域的研磨速率是大致相等的，进而导致晶圆内膜厚非对称性差异无法由CMP消除等缺陷提供一种用于化学研磨装置的研磨头。

本发明的另一目的是针对现有技术中用于化学研磨装置的研磨头在距离圆心相同半径区域的研磨速率是大致相等的，进而导致晶圆内膜厚非对称性差异无法由CMP消除等缺陷提供一种具有所述研磨头的化学研磨装置。

为了解决上述问题，本发明提供一种用于化学研磨装置的研磨头，所述用于化学研磨装置的研磨头包括：具有独立研磨子区域的同心环形研磨区域，所述同心环形研磨区域以所述研磨头的圆心为中心并对称分布，所述同心环形研磨区域内分别设置独立研磨子区域；施力装置，所述施力装置作用在所述研磨头上，并分别独立控制所述各研磨子区域的受力。

可选的，所述用于作用在所述待研磨晶圆背部的所述研磨头之同心环形研磨区域的总面积大于或者等于所述待研磨晶圆的面积。

可选的，所述研磨头之同心环形研磨区域的数量为3～10。

可选的，所述各同心环形研磨区域内的独立研磨子区域的数量为2～10。

可选的，所述施力装置分别独立控制各研磨子区域的受力是通过控制通入到各独立研磨子区域处的不同气体压力而实现。

为实现本发明的又一目的，本发明提供一种具有所述研磨头的化学研磨装置，所述化学研磨装置包括：转轴，所述转轴在外部动力作用下沿轴线运动；研磨台，设置在所述转轴的端部；研磨垫、，设置在所述研磨台之异于所述转轴的一侧，并用于承载所述待掩模晶圆；研磨头，进一步包括具有独立研磨子区域的同心环形研磨区域，所述同心环形研磨区域以所述研磨头的圆心为中心并对称分布，所述同心环形研磨区域内分别设置独立研磨子区域，所述研磨头与所述研磨垫呈面向设置，并在所述研磨头与所述研磨垫之间形成收容所述待掩模晶圆的容置空间；施力装置，所述施力装置作用在所述研磨头上，并分别控制所述各独立研磨子区域的受力。

可选的，所述研磨头之同心环形研磨区域的数量为3～10。

综上所述，利用本发明所述的研磨头，并在薄膜较厚的区域施加较大的压力，而在薄膜较薄的区域施加较小的压力便可实现晶圆内非对称研磨，从而提高对薄膜厚度在所述晶圆内呈非对称性分布的研磨均一性。本发明所述的研磨头不仅操作简单，使用方便，便于推广，而且实用性强，能满足不同产品的研磨需要。

附图说明

图1所示为本发明用于化学研磨装置的研磨头之侧视图；

图2所示为本发明用于化学研磨装置的研磨头之俯视图；

图3所示为具有本发明所述研磨头的化学研磨装置的结构示意图；

图4所述为传统的第一研磨头的俯视图；

图5所示为传统的第一研磨头各同心环形区域的研磨速率径向分布图；

图6（a）所示为第一晶圆的膜层厚度分布示意图；

图6（b）所示为所述第一晶圆经过所述第一研磨头研磨后的膜层厚度分布示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明创造的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。

请参阅图1、图2，图1所示为本发明用于化学研磨装置的研磨头之侧视图。图2所示为本发明用于化学研磨装置的研磨头之俯视图。所述研磨头1包括具有独立研磨子区域101的同心环形研磨区域10，所述同心环形研磨区域10以所述研磨头1的圆心为中心并对称分布，所述同心环形研磨区域10内分别设置独立研磨子区域101；施力装置11，所述施力装置11作用在所述研磨头1上，并分别独立控制所述各研磨子区域101的受力。其中，所述施力装置11分别独立控制各研磨子区域101的受力是通过控制通入到各独立研磨子区域101处的不同气体压力而实现。在本发明中，用于作用在所述待研磨晶圆2背部的所述研磨头1之同心环形研磨区域10的总面积大于或者等于所述待研磨晶圆2的面积。优选地，所述研磨头1之同心环形研磨区域10的数量为3～10。所述各同心环形研磨区域10内的独立研磨子区域101的数量为2～10。

为详细的阐述本发明的技术方案，作为本发明的具体实施方式，不凡列举所述研磨头1具有由所述第一环形研磨区域10a、第二环形研磨区域10b、第三环形研磨区域10c、第四环形研磨区域10d，以及第五环形研磨区域10e构成的同心环形研磨区域10。同时，所述第一环形研磨区域10a具有第一研磨子区域101a、第二研磨子区域102a、第三研磨子区域103a，以及第四研磨子区域104a；所述第二环形研磨区域10b具有第一研磨子区域101b、第二研磨子区域102b、第三研磨子区域103b，以及第四研磨子区域104b；所述第三环形研磨区域10c具有第一研磨子区域101c、第二研磨子区域102c、第三研磨子区域103c，以及第四研磨子区域104c。所述第一环形研磨区域10a的第一研磨子区域101a、第二研磨子区域102a、第三研磨子区域103a、第四研磨子区域104a，所述第二环形研磨区域10b的第一研磨子区域1 01b、第二研磨子区域102b、第三研磨子区域103b、第四研磨子区域104b，所述第三环形研磨区域10c的第一研磨子区域101c、第二研磨子区域102c、第三研磨子区域103c、第四研磨子区域104c，以及所述第四环形研磨区域10d和第五环形研磨区域10e由所述施力装置11分别独立控制其作用在所述待研磨晶圆2上的受力，进而实现待研磨晶圆2内的非对称研磨，从而提高对薄膜厚度在晶圆2内呈非对称性分布的研磨均一性。显然地，在应用本发明所述研磨头1时，本领域的技术人员应当知晓，在薄膜较厚的区域施加较大的压力，而在薄膜较薄的区域施加较小的压力便可以实现晶圆2内非对称研磨，从而提高对薄膜厚度在所述晶圆2内呈非对称性分布的研磨均一性。

请参阅图3，并结合参阅图1、图2，图3所示为具有本发明所述研磨头的化学研磨装置的结构示意图。所述化学研磨装置3包括转轴30，所述转轴30在外部动力作用下沿轴线运动；研磨台31，设置在所述转轴30的端部；研磨垫32，设置在所述研磨台31之异于所述转轴30的一侧，并用于承载所述待掩模晶圆2；研磨头1，进一步包括具有独立研磨子区域101的同心环形研磨区域10，所述同心环形研磨区域10以所述研磨头1的圆心为中心并对称分布，所述同心环形研磨区域10内分别设置独立研磨子区域101，所述研磨头1与所述研磨垫32呈面向设置，并在所述研磨头1与所述研磨垫32之间形成收容所述待掩模晶圆2的容置空间；施力装置11，所述施力装置11作用在所述研磨头1上，并分别控制所述各独立研磨子区域101的受力。

在应用具有本发明所述研磨头1的化学研磨装置3时，将所述待掩模晶圆2放置在所述研磨垫32与所述研磨头1所形成的容置空间内，所述待研磨晶圆2的背部与所述研磨头1相邻，所述带研磨晶圆2的待研磨面与所述研磨垫32相邻，并通过施力装置11分别独立控制其作用在所述研磨头1上的受力，进而所述研磨头1上的不同受力进一步作用在所述待研磨晶圆2上，以实现待研磨晶圆2内的非对称研磨，从而提高对薄膜厚度在晶圆2内呈非对称性分布的研磨均一性。显然地，在应用本发明所述研磨头1时，本领域的技术人员应当知晓，在薄膜较厚的区域施加较大的压力，而在薄膜较薄的区域施加较小的压力便可以实现晶圆内非对称研磨，从而提高对薄膜厚度在所述晶圆2内呈非对称性分布的研磨均一性。

本领域技术人员均应了解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因而，如果任何修改或变型落入所附权利要求书及等同物的保护范围内时，认为本发明涵盖这些修改和变型。

Claims

1.一种用于化学研磨装置的研磨头，其特征在于，所述用于化学研磨装置的研磨头包括：

具有独立研磨子区域的同心环形研磨区域，所述同心环形研磨区域以所述研磨头的圆心为中心并对称分布，所述同心环形研磨区域内分别设置独立研磨子区域；

施力装置，所述施力装置作用在所述研磨头上，并分别独立控制所述各研磨子区域的受力。

2.如权利要求1所述的用于化学研磨装置的研磨头，其特征在于，所述用于作用在所述待研磨晶圆背部的所述研磨头之同心环形研磨区域的总面积大于或者等于所述待研磨晶圆的面积。

3.如权利要求1所述的用于化学研磨装置的研磨头，其特征在于，所述研磨头之同心环形研磨区域的数量为3～10。

4.如权利要求1所述的用于化学研磨装置的研磨头，其特征在于，所述各同心环形研磨区域内的独立研磨子区域的数量为2～10。

5.如权利要求1所述的用于化学研磨装置的研磨头，其特征在于，所述施力装置分别独立控制各研磨子区域的受力是通过控制通入到各独立研磨子区域处的不同气体压力而实现。

6.一种具有如权利要求1所述的研磨头的化学研磨装置，其特征在于，所述化学研磨装置包括：

转轴，所述转轴在外部动力作用下沿轴线运动；

研磨台，设置在所述转轴的端部；

研磨垫、，设置在所述研磨台之异于所述转轴的一侧，并用于承载所述待掩模晶圆；

研磨头，进一步包括具有独立研磨子区域的同心环形研磨区域，所述同心环形研磨区域以所述研磨头的圆心为中心并对称分布，所述同心环形研磨区域内分别设置独立研磨子区域，所述研磨头与所述研磨垫呈面向设置，并在所述研磨头与所述研磨垫之间形成收容所述待掩模晶圆的容置空间；

施力装置，所述施力装置作用在所述研磨头上，并分别控制所述各独立研磨子区域的受力。

7.如权利要求6所述的化学研磨装置，其特征在于，所述研磨头之同心环形研磨区域的数量为3～10。

8.如权利要求6所述的化学研磨装置，其特征在于，所述各同心环形研磨区域内的独立研磨子区域的数量为2～10。