CN103737479A - 研磨装置及利用该装置改善化学机械研磨均匀度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大规模集成电路制造领域，尤其涉及一种研磨装置及利用该装置改善化学机械研磨均匀度的方法，通过利用具有卡槽的研磨头进行化学机械研磨工艺，并在卡槽内部通入气流，进而产生气压，使得圆环钢圈在研磨头的卡槽内移动，即利用扣环相对于膜片进行移动，来调节扣环与膜片的相对高度，使其相对高度保持不变，以有效的改善化学机械研磨的研磨均匀度，并且延长了扣环的使用寿命，降低了制程成本。

Description

研磨装置及利用该装置改善化学机械研磨均匀度的方法

技术领域

本发明涉及大规模集成电路制造领域，尤其涉及一种研磨装置及利用该装置改善化学机械研磨均匀度的方法。 

背景技术

现有装备中，扣环是利用粘合剂与研磨头的圆环钢圈粘结起来，而圆环钢圈则利用螺丝固定在研磨头上，以进行的化学继续研磨工艺（Chemical MechanicalPolishing，CMP），这种设计方式虽然会增加研磨的稳定性，但不足之处是扣环固定死，无法移动，而由于研磨机台的扣环属于耗材，在化学机械研磨过程中，会被逐步摩擦消耗，相应的其厚度会随着使用时间的增加逐渐减薄，进而导致扣环与膜片的相对高度减少。 

其中，上述扣环与膜片的相对高度减小，会在相同研磨压力下，致使研磨垫变形效果改变，使得晶圆边缘处所受压力增大，最终增加晶圆边缘研磨速率，影响整片晶圆的研磨均匀度。 

目前，为解决上述因为扣环与膜片的相对高度减小，而导致的整片晶圆的研磨均匀度的降低的问题，一般是通过限制扣环的使用时间，即在扣环使用到一定时间后，便更换新的扣环来保证化学机械研磨的研磨均匀度。 

但是，经常的更换扣环会导致生产的成本过高，且不能从根本上解决问题，而由于扣环在使用过程中，扣环厚度的损耗难以监控，致使扣环的使用时间难以精确量化，给化学机械研磨制程中，调节研磨均匀度带来了非常大的负面影响。 

中国专利（公开号：CN103317419A）记载了一种研磨装置，用于面板的研磨，该研磨装置包括：研磨带，夹持所述面板的上表面和下表面，以同时研磨所述面板的两面；带传动机构，将所述研磨带进行传动；带按压机构，用于将所述研磨带按压于所述面板的上表面和下表面。本发明的研磨装置，只使用一根研磨带对面板的上表面和下表面同时进行研磨，减少一次研磨周期耗用的研磨带数量，节约了生产成本，而且一根研磨带同时转动，使得研磨带对面板的上表面和 下表面施加均匀的力，提高面板的两表面的平整度。 

中国专利（公开号：CN102380820A）记载了一种研磨设备，其能够使同心加压区之间的边界区域中的压力分布连续地变化并且均匀地研磨工件。研磨设备包括:研磨头，其用于保持工件；研磨板，其具有研磨面，研磨面附着有研磨布；以及驱动机构，其用于使研磨头相对于研磨板移动。研磨头包括：保持板，其具有环状侧壁；弹性片构件，其被固定到保持板的边缘，弹性片构件具有能够将工件压到研磨板的研磨布上的底面；压力室，规定压力的流体被供给到压力室以对弹性片构件加压，压力室形成于保持板的底面和弹性片构件的顶面之间；密封环，其将压力室同心地分隔为多个分室，密封环具有倾斜地接触弹性片构件的密封唇；及流体供给部，其用于将流体分别供给到多个分室。 

发明内容

针对上述存在的问题，本发明揭示了一种研磨装置，其中，所述研磨装置包括： 

具有研磨头的研磨机台，所述研磨头的下表面上设置有卡槽，一包括有扣环的粘结体卡接于所述卡槽中，且该卡槽内侧侧壁的外表面上固定设置有膜片； 

其中，所述卡槽的底部开设有一贯穿所述研磨头的通孔，通过所述通孔向所述卡槽中充入气体，以调整所述扣环与所述膜片的相对高度。 

上述的研磨装置，其中，所述粘结体还包括一圆环钢圈，所述扣环固定在所述圆环钢圈上形成所述粘结体。 

上述的研磨装置，其中，所述研磨装置还包括一充气设备，该充气设备通过所述通孔向所述卡槽中充入气体，以使所述粘结体向下滑动。 

本发明还提供了一种改善化学机械研磨均匀度的方法（A method for improving uniformity of CMP），其中，用上述的研磨装置进行化学继续研磨工艺，所述方法包括： 

S1：利用所述研磨装置进行一段时间的研磨工艺后，所述粘结体中的扣环被消耗掉一部分，使得所述扣环与所述膜片之间的相对高度无法满足研磨工艺需求； 

S2：于所述通孔中通入气体，使得所述粘结体向下滑动，并于所述卡槽中形 成空腔； 

S3：调整所述空腔中的气压，使得所述粘结体中的扣环与所述膜片之间的相对高度在所述研磨工艺需求的范围内，并继续进行研磨工艺。 

上述的改善化学机械研磨均匀度的方法，其中，所述方法还包括： 

S4：当所述扣环与所述膜片的相对高度无法满足研磨工艺需求时，循环重复上述步骤S1～S3，直至所述膜片不能使用为止。 

综上所述，本发明一种研磨装置及利用该研磨装置改善化学机械研磨均匀度的方法，通过利用具有卡槽的研磨头进行化学机械研磨工艺，并在卡槽内部通入气流，进而产生气压，使得圆环钢圈在研磨头的卡槽内移动，即利用扣环相对于膜片进行移动，来调节扣环与膜片的相对高度，使其相对高度保持不变，以有效的改善化学机械研磨的研磨均匀度，并且延长了扣环的使用寿命，降低了制程成本。 

附图说明

图1是本发明一实施例中研磨装置的结构示意图； 

图2是膜片被消耗一部分后经过调整后的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明： 

图1是本发明一实施例中研磨装置的结构示意图，如图1所示，一种研磨装置，应用于化学机械研磨工艺中，该研磨装置包括具有研磨头1的研磨机台，且该研磨头上的下表面上设置有卡槽4，优选的可沿该研磨的边缘设置卡槽4，且该卡槽4的开口端朝下，位于该卡槽4的底部还设置有贯穿研磨头的通孔2，利用一充气设备，通过该通孔2可向卡槽4中充入气体。 

进一步的，一由扣环和圆环钢圈构成的粘结体3卡接于卡槽4中，在卡槽4的内侧侧壁的外表面上固定设置有膜片5，且该膜片5相对于扣环的高度为h（h大于0，该h的值可根据进行研磨工艺的条件及该研磨设备的参数进行设定）。 

另外，为了实现对粘结体3（即扣环）向下滑动，也可采用其他的途径向卡槽4充入气体，如采用充气设备利用外设的管路向卡槽4中充入气体，即只要能 够使该粘结体3按照工艺需求下滑至设定的位置即可。 

本发明还提供了一种改善化学机械研磨均匀度的方法，利用图1所示的结构进行化学机械研磨时，由于粘结体3中的扣环属于耗材，经过一段研磨工艺后，该扣环就会消耗掉一部分，进而使得扣环（即粘结体3）与膜片5之间的相对高度小于原先设定的高度h，即不能满足研磨工艺的需求，大大降低了研磨工艺的均匀性。 

此时，可利用充气设备下通过通孔2向卡槽4充入气体，在高强度气压的作用下，被消耗一部分的粘结体31（即扣环被消耗掉一部分）带动扣环向下运动，进而拉伸了扣环相对于膜片5之间的相对高度，并于卡槽4中形成腔体6，通过调整该腔体6中的气压，以调整被消耗一步的粘结体31向下移动的距离，直至该被消耗一部分的粘结体31相对膜片5的高度H与原先设定的h值相同为止，并保持被消耗一部分的粘结体31相对卡槽4静止，进而形成如图2所示的结构。 

优选的，粘结体3与卡槽4之间无缝隙卡接，以使得粘结体3能够准确的停止在工艺需求的位置处。 

进一步的，采用如图2所示的结构继续进行化学机械研磨工艺，并当扣环被消耗掉一部分后，继续重复上述工艺步骤，以使得扣环相对膜片的高度满足工艺需求，直至扣环不能被再次使用时，才更换粘结体中的扣环，这样就能提高研磨工艺均匀性的同时，还大大提高了扣环的使用寿命，进而降低了工艺成本。 

优选的，可于进行研磨工艺的同时对扣环的位置进行调整，这样就能大大节省由于扣环和膜片相对高度不能满足工艺需求而造成停机的时间。 

另外，上述实施例一种研磨装置及利用该研磨装置改善化学机械研磨均匀度的方法，于Logic、Memory、RF、HV、Analog/Power、MEMS、CIS、Flash、eFlash等多个技术平台上，均可应用于90nm、65/55nm、45/40nm、32/28nm或≤22nm等多个的技术节点的工艺中。 

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明实施例提出通过利用具有卡槽的研磨头进行化学机械研磨工艺，并在卡槽内部通入气流，进而产生气压，使得圆环钢圈在研磨头的卡槽内移动，即利用扣环相对于膜片进行移动，来调节扣环与膜片的相对高度，使其相对高度保持不变，以有效的改善化学机械研磨的研磨均匀度，并且延长了扣环的使用寿命，降低了制程成本。 

通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。 

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。 

Claims (5)

1.一种研磨装置，包括具有研磨头的研磨机台，其特征在于，所述研磨头的下表面上设置有卡槽，一包括有扣环的粘结体卡接于所述卡槽中，且该卡槽内侧侧壁的外表面上固定设置有膜片；

其中，所述卡槽的底部开设有一贯穿所述研磨头的通孔，通过所述通孔向所述卡槽中充入气体，以调整所述扣环与所述膜片的相对高度。

2.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述粘结体还包括一圆环钢圈，所述扣环固定在所述圆环钢圈上形成所述粘结体。

3.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述研磨装置还包括一充气设备，该充气设备通过所述通孔向所述卡槽中充入气体，以使所述粘结体向下滑动。

4.一种改善化学机械研磨均匀度的方法，其特征在于，应用上述权利要求1～3中任意一项所述的研磨装置进行化学继续研磨工艺，所述方法包括：

S1：利用所述研磨装置进行一段时间的研磨工艺后，所述粘结体中的扣环被消耗掉一部分，使得所述扣环与所述膜片之间的相对高度无法满足研磨工艺需求；

S2：于所述通孔中通入气体，使得所述粘结体向下滑动，并于所述卡槽中形成空腔；

S3：调整所述空腔中的气压，使得所述粘结体中的扣环与所述膜片之间的相对高度在所述研磨工艺需求的范围内，并继续进行研磨工艺。

5.根据权利要求4所述的改善化学机械研磨均匀度的方法，其特征在于，；

所述方法还包括：

S4：当所述扣环与所述膜片的相对高度无法满足研磨工艺需求时，循环重复上述步骤S1～S3，直至所述膜片不能使用为止。

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