CN103223637B - 化学机械研磨设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种化学机械研磨设备，包括研磨头清洗装置、多个研磨垫、多个研磨头，还包括：环形框架，所述研磨头能沿所述环形框架在各个研磨垫之间进行独立运动。本发明减少了研磨垫转换的等待时间，减少半导体衬底由于等待引起的缺陷。

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，尤其涉及化学机械研磨设备。

背景技术

随着半导体器件的特征尺寸不断缩小，要求半导体器件之间连线的连线电阻也不断减小，传统的铝布线已经不能满足性能要求。目前在先进工艺制程中后段金属工艺布线材料已经从原来的铝改为铜。由于铜本身的特性不适合用干法刻蚀的方法形成布线层，因此只能采用所谓的“双大马士革”工艺实现金属布线，即先在介质层中刻蚀出下层金属接触孔和布线槽，然后用电镀的方法在接触孔和布线槽中电镀上金属铜，最后使用化学机械研磨（CMP）把电镀在介质层表面的多余的铜去除干净。

由于铜是一种非常活泼的金属，如果在潮湿的环境里长时间暴露在空气中，就极易与空气发生一系列复杂的化学反应，生成CuO,Cu2O等副产物。同时产生各种缺陷如凹坑缺陷(craterdefect)等。所述凹坑缺陷的原因是由于在进行化学机械研磨工艺过程中在不同研磨垫之间转换时的等待时间有关。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。

半导体设备包括喷淋头清洗装置(HCLU)4、多个研磨垫和多个研磨头，所述多个研磨垫分别是：第一研磨垫1，第二研磨垫2、第三研磨垫3，各个研磨垫以及研磨头清洗装置4的位置固定。所述多个研磨头分别是：第一研磨头11，位于第一研磨垫1上；第二研磨头12，位于第二研磨垫2上；第三研磨头13，位于第三研磨垫3上；第四研磨头14，位于研磨头清洗装置4上。框架15呈现十字状，所述框架15具有在两个垂直方向的两个延伸段，两个延伸段交叉于框架中心16，该框架中心16能够带动框架15进行转动。每个延伸段的两端各固定一个研磨头。各个研磨头之间的相对位置关系不变，各个研磨头在框架15的带动下在各个研磨垫之间移动，所述框架15能以框架的中心。

在进行化学机械研磨工艺时，第一研磨头11、第二研磨头12和第三研磨头13分别位于第一研磨垫1、第二研磨垫2、第三研磨垫3上，而所述研磨头清洗装置4对第四研磨头14进行清洗。

当位于第一研磨垫1的半导体衬底研磨完毕，在框架15沿逆时针方向旋转，至将第一研磨头11以及该第一研磨头11上的半导体衬底放置于第二研磨垫2，第二研磨头12和第三研磨头13分别移动至第三研磨垫3和研磨头清洗装置4上方，此时原本位于，喷淋头清洗装置4上方的第四研磨头14携带新待研磨的半导体衬底至第一研磨垫1进行化学机械研磨。

通常情况下，每个半导体衬底都需依次经过3个研磨垫进行研磨。其中第一研磨垫1一般为粗磨，即以较高的研磨速率去除介质层表面的大部分铜；第二研磨垫2为精磨阶段，用较低的研磨速率研磨剩余的铜直至阻挡层金属；第三研磨垫3则是研磨阻挡层金属，确保介质层表面不会有金属残留。一般情况下第一研磨垫1和第二研磨垫2的研磨量较大，研磨时间会比较长。而第三研磨垫3的研磨时间则相对较短。如果使用现有铜化学机械研磨设备，就会产生一个问题：当第三研磨垫3的半导体衬底已经研磨完毕时，第一研磨垫1和第二研磨垫2上的半导体衬底还没研磨完毕。而受限于设备的限制，第三研磨垫3上得半导体衬底不能立刻转到研磨头清洗装置4，然后传输到清洗槽清洗，而只能等第一研磨垫1和第二研磨垫2上的半导体衬底都研磨完毕后才能进行转移。如前所述，在研磨垫转换时的等待时间如果过长，会造成半导体衬底上缺陷增多。

因此，需要对现有的化学机械研磨设备进行改进，减少研磨垫转换的等待时间，减少半导体衬底由于等待引起的缺陷。

发明内容

本发明解决的问题是提供新的化学机械研磨设备，减少了研磨垫转换的等待时间，减少半导体衬底由于等待引起的缺陷。

为解决上述问题，本发明提供一种化学机械研磨设备，包括研磨头清洗装置、多个研磨垫、多个研磨头，还包括：环形框架，所述研磨头能沿所述环形框架在各个研磨垫之间进行独立运动。

可选地，所述框架跨越每个研磨垫以及研磨头清洗装置。

可选地，所述研磨头沿环形框架进行顺时针方向运动或逆时针方向运动。

可选地，所述研磨垫的数目为3个，研磨头的数目为4个。

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，采用环形框架，研磨头能沿所述环形框架在各个研磨垫之间进行独立运动，本发明能减少研磨垫转换的等待时间，减少半导体衬底由于等待引起的缺陷。

附图说明

图1是现有技术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设备结构示意图。

具体实施方式

发明人发现，由于研磨头在不同的研磨垫之间转换需要等待，该等待会引起半导体衬底上缺陷。为了减小研磨垫转换的等待时间，减少半导体衬底由于等待引起的缺陷，本发明提供一种化学机械研磨设备，包括研磨头清洗装置、多个研磨垫、多个研磨头，还包括：环形框架，所述研磨头能沿所述环形框架在各个研磨垫之间进行独立运动。

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。为了更好地说明本发明的技术方案，请结合图2所示的本发明一个技术方案的化学机械研磨设备的结构示意图。作为一个实施例，化学机械研磨设备包括3个研磨垫、4个研磨头和1个研磨头清洗装置400，所述研磨垫分别是：第一研磨垫100，第二研磨垫200、第三研磨垫300，各个研磨垫以及研磨头清洗装置400的位置固定。

所述多个研磨头分别是：第一研磨头110，位于第一研磨垫100上；第二研磨头120，位于第二研磨垫200上；第三研磨头130，位于第三研磨垫300上；第四研磨头140，位于研磨头清洗装置400上。

环形框架150用于放置研磨头，并且使得研磨头在各个研磨垫之间进行独立运动。

在进行化学机械研磨工艺时，第一研磨头110、第二研磨头120和第三研磨头130分别位于第一研磨垫100、第二研磨垫200、第三研磨垫300上，各个研磨头和研磨垫之间进行相对运动，对半导体衬底进行研磨。所述研磨头清洗装置400对第四研磨头140进行清洗。所述环形框架150跨越各个研磨垫以及研磨头清洗装置400，以保证研磨头沿着该环形框架150能够移动至各个研磨垫和研磨头清洗装置400上。

各个研磨头能够沿环形框架进行顺时针方向运动或逆时针方向运动。当某一研磨头上的半导体衬底在研磨垫上的研磨工艺结束后，无需等待，该研磨头可直接沿环形框架150进行顺时针或逆时针运动，携带半导体衬底至下一研磨步骤对应的研磨垫前方的环形框架处。

综上，本发明提供的化学机械研磨设备，采用环形框架，研磨头能沿所述环形框架在各个研磨垫之间进行独立运动，本发明能减少研磨垫转换的等待时间，减少半导体衬底由于等待引起的缺陷。

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 (1)

1.一种化学机械研磨设备，包括研磨头清洗装置、多个研磨垫、多个研磨头，其特征在于，还包括：环形框架，所述研磨头能沿所述环形框架在各个研磨垫之间进行独立运动，所述框架跨越每个研磨垫以及研磨头清洗装置，所述研磨头沿环形框架进行顺时针方向运动或逆时针方向运动，所述研磨垫的数目为3个，研磨头的数目为4个。