CN103213062A - 化学机械研磨设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种化学机械研磨设备，包括：研磨台，具有研磨表面和与研磨表面相对的研磨底面，所述研磨表面方向与水平方向一致，研磨垫，贴合于研磨表面的上方，所述研磨台和研磨垫能够绕转轴在水平方向进行转动，自所述研磨表面向外至研磨表面的边缘，所述研磨表面与所述研磨底面的距离增大。本发明解决的问题提供了一种化学机械研磨设备，提高了研磨液利用率。

Description

化学机械研磨设备
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种化学机械研磨设备。
背景技术
化学机械研磨（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。请参考图1所示的现有的化学机械研磨设备的结构示意图。在化学机械研磨工艺过程中，研磨液以一定的速率流到研磨垫3的表面，研磨头5在半导体衬底4的背面施加一定的压力，使得半导体衬底4的正面紧贴研磨垫3，研磨头3带动半导体衬底4和研磨垫3同方向旋转，使半导体衬底4的正面与研磨垫3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半导体衬底4的表面的一层薄膜，从而达到半导体衬底4平坦化的目的。
在化学机械研磨过程中，位于研磨台2上方的研磨垫4会绕转轴1进行自转，位于研磨垫3表面的研磨液受到离心力的作用会向研磨垫3的外部边缘迁移，并且越靠近研磨垫3外侧的研磨液受到的离心力越大，研磨液向研磨垫3的外部边缘的迁移速率越快。姚蔚峰等在《化学机械研磨垫沟槽形状的研究及展望》中指出如果研磨液向研磨垫3的外部边缘的迁移速率过快，会降低研磨液的利用率，导致研磨垫3和半导体衬底4表面之间不能充分散热而引起接局部触点过热，同时研磨液的分布均匀性也变差，引起研磨垫的研磨性能变差，从而对化学机械研磨工艺造成负面影响。
为了增加半导体衬底与研磨垫的摩擦力以及提高研磨液的分布均匀性以及利用率，目前主流的研磨垫表面都带有沟槽。沟槽形状有放射状，同心圆状，栅格状和螺旋状等。其中同心圆状沟槽具有局部闭合结构，它的垂直槽壁能够抵抗研磨垫旋转引起的离心力，将研磨液保持在沟槽中，因此为大多数厂商所采用。但是同心圆状沟槽研磨垫并不能完全克服研磨液分布不均以及利用率低的问题。
因此，需要一种新的化学机械研磨设备，能够提高研磨液的利用率。
发明内容
本发明解决的问题提供了一种化学机械研磨设备，提高了研磨液利用率。
为解决上述问题，本发明提供一种化学机械研磨设备，包括：研磨台，具有研磨表面和与研磨表面相对的研磨底面，所述研磨表面方向与水平方向一致，研磨垫，贴合于研磨表面的上方，所述研磨台和研磨垫能够绕转轴在水平方向进行转动，自所述研磨表面向外至研磨表面的边缘，所述研磨表面与所述研磨底面的距离增大。
可选地，所述研磨表面为漏斗状的倾斜表面。
可选地，所述研磨表面的外侧高于内侧，所述研磨表面与所述研磨底面的夹角范围为5-30度。
可选地，还包括：研磨头，用于在进行化学机械研磨工艺时将衬底的待研磨的表面与研磨垫贴合，所述研磨头为倾斜表面，所述研磨头倾斜角度与所述研磨表面的倾斜角度一致。
可选地，所述研磨台的中心为中空，研磨液自研磨台的中心流出。
可选地，所述研磨台的中心为中空，所述研磨垫的尺寸与所述研磨台的尺寸匹配，所述研磨台的内侧与研磨垫的内侧吻合，所述研磨台的外侧与研磨垫的外侧吻合。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的化学机械研磨设备，自研磨台研磨表面向外至研磨表面的边缘，所述研磨表面与所述研磨底面的距离增大，这样使得能够使得研磨台上的研磨液在化学机械研磨过程中由研磨垫的中心向研磨垫的边缘流动的速度降低，延长了研磨液在研磨垫上的停留时间，从而提高了研磨液的利用率。
附图说明
图1是现有的化学机械研磨设备的结构示意图；
图2是本发明一个实施例的化学机械研磨设备结构示意图；
图3是研磨液在图2的化学机械研磨设备的受力分析示意图。
具体实施方式
本发明提供一种化学机械研磨设备，包括：研磨台，具有研磨表面和与研磨表面相对的研磨底面，所述研磨表面方向与水平方向一致，研磨垫，贴合于研磨表面的上方，所述研磨台和研磨垫能够绕转轴在水平方向进行转动，自所述研磨表面向外至研磨表面的边缘，所述研磨表面与所述研磨底面的距离增大。
下面结合具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。为了更好的说明本发明的技术方案，请参考图2所示的本发明一个实施例的化学机械研磨设备结构示意图。
作为一个实施例，化学机械研磨设备的转轴10为中空，研磨液自转轴的中空部分向外排出。所述研磨台20设置于转轴10的上方，研磨台20能够围绕转轴10沿水平方向进行转动。
所述研磨台20具有研磨表面和位于研磨表面下方的研磨底面，所述研磨底面沿水平方向放置。所述研磨台20上贴合有研磨垫30。作为一个实施例，所述研磨表面为漏斗状的倾斜平面，研磨垫30与所述研磨表面贴合，其研磨表面的外侧（即研磨表面的边缘）高于内侧（即研磨表面的中心），这样能够使得研磨液在研磨台20、研磨垫30进行转动过程中，由研磨垫30的中心向研磨垫30的边缘流动的速度降低，延长研磨液在研磨垫上的停留时间，提高研磨液的利用率。在其他的实施例中，所述研磨表面的形状还可以有其他的形状，比如所述研磨表面还可以为漏斗状的倾斜的台阶状，此时，研磨垫30的形状应与研磨表面的形状匹配，以保证研磨垫与研磨台在化学机械研磨过程中贴合。
下面结合图3对本发明的技术原理进行说明。为了便于说明，图中仅示出了转轴10一侧的研磨台20和研磨垫30。图中示意性的在研磨垫30的上表面绘出了研磨液，在化学机械研磨工艺过程中，研磨液的受力包括：沿竖直方向的重力G，沿水平方向的离心力F，将重力G进行受力分解，获得沿平行于研磨垫30上表面的分量Gx和垂直于研磨垫30上表面的分量Gy；将离心力F进行受力分解，获得沿平行于研磨垫30上表面的分量Fx和垂直于研磨垫30上表面的分量Fy。在沿着平行于研磨垫30的上表面的方向，重力G的分量Gx与离心力F的分量Fx的方向相反，在沿着平行于研磨垫30的上表面的方向，研磨液受到的力减小，因此研磨液从研磨垫30中心向外的力减小，研磨液从研磨垫30的中心向外的移动速度降低，从而在研磨垫的停留时间变长，提高了研磨液的利用率。
经过发明人研究发现，所述研磨表面的外侧高于内侧，通过对研磨表面与研磨底面之间的角度的合理，能够使得对研磨液的利用率的效果最好，作为可选地实施例，所述研磨表面与所述研磨底面的夹角范围为5-30度。
作为一个实施例，所述研磨垫30与研磨台20的尺寸匹配，所述研磨台的中心为中空，所述研磨台20的内侧与研磨垫30的内侧吻合，所述研磨台20的外侧与研磨垫30的外侧吻合。
下面请继续参考图2，研磨头30，用于在进行化学机械研磨工艺时将衬底40的待研磨的表面与研磨垫30的上表面贴合，所述研磨头50为倾斜表面，所述研磨头50倾斜角度与所述研磨表面的倾斜角度一致。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
综上，本发明提供的化学机械研磨设备，自研磨台研磨表面向外至研磨表面的边缘，所述研磨表面与所述研磨底面的距离增大，这样使得能够使得研磨台上的研磨液在化学机械研磨过程中由研磨垫的中心向研磨垫的边缘流动的速度降低，延长了研磨液在研磨垫上的停留时间，从而提高了研磨液的利用率。
因此，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种化学机械研磨设备，包括：研磨台，具有研磨表面和与研磨表面相对的研磨底面，所述研磨表面方向与水平方向一致，研磨垫，贴合于研磨表面上方，所述研磨台和研磨垫能够绕转轴在水平方向进行转动，其特征在于，自所述研磨表面向外至研磨表面的边缘，所述研磨表面与所述研磨底面的距离增大。
2.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述研磨表面为漏斗状的倾斜表面。
3.如权利要求2所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述研磨表面的外侧高于内侧，所述研磨表面与所述研磨底面的夹角范围为5-30度。
4.如权利要求2所述的化学机械研磨设备，其特征在于，还包括：研磨头，用于在进行化学机械研磨工艺时将衬底的待研磨的表面与研磨垫贴合，所述研磨头为倾斜表面，所述研磨头倾斜角度与所述研磨表面的倾斜角度一致。
5.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述研磨台的中心为中空，研磨液自研磨台的中心流出。
6.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述研磨台的中心为中空，所述研磨垫的尺寸与所述研磨台的尺寸匹配，所述研磨台的内侧与研磨垫的内侧吻合，所述研磨台的外侧与研磨垫的外侧吻合。
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