CN103753379A - 研磨速率侦察装置、研磨设备及实时侦察研磨速率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出研磨速率侦察装置、研磨设备及实时侦察研磨速率的方法，通过侦察带动研磨垫整理盘的马达的电压值来实时监控研磨速率，这样可以保证在研磨的过程中研磨速率在设定的范围之内，提高化学机械研磨的稳定性，从而提高研磨的效率并降低晶圆的成本。

Description

研磨速率侦察装置、研磨设备及实时侦察研磨速率的方法

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，尤其涉及研磨速率侦察装置、研磨设备及实时侦察研磨速率的方法 

背景技术

通常，在半导体工艺车间内所进行的CMP工艺是指化学机械研磨（Chemical Mechanical Polishing）工艺或者称为化学机械平坦化（Chemical Mechanical Planarization）工艺。化学机械研磨工艺是一个复杂的工艺过程，它是将晶圆表面与研磨垫表面接触，然后，通过晶圆表面与研磨表面之间的相对运动将晶圆表面平坦化，通常采用化学机械研磨设备，也称为研磨机台或抛光机台来进行化学机械研磨工艺。所述研磨机台包括一化学机械研磨头，进行研磨工艺时，将要研磨的晶圆附在研磨头上，该晶圆的待研磨面向下并相对旋转的研磨垫，研磨头提供的下压力将晶圆紧压到研磨垫上，所述研磨垫是粘贴于平台上，当该平台在马达的带动下旋转时，研磨头也进行相应的运动；同时，研磨液用过研磨液供应管路输送到研磨垫上，并通过离心力均匀地分布在研磨垫上。研磨工艺所使用的研磨液一般包括有化学腐蚀剂和研磨颗粒，通过化学腐蚀剂和所述待研磨表面的化学反应生成较软的容易被去除的材料，然后通过机械摩擦将这些较软的物质从研磨晶圆的表面去除，达到全局平坦化的效果。 

然而，化学机械研磨最关键的是研磨速率，只有在设定的研磨速率的范围之内，才能保证化学机械研磨工艺的稳定，所以对于研磨速度必须要进行监控。 

中国专利（公开号：CN201960451U）公开了一种化学机械研磨测试设备，用以测试不同研磨液对晶圆上材料层的研磨速率，包括基座，其上固定所述晶圆；分隔板，呈放射状，位于所述晶圆上方，将 所述晶圆的表面分隔为若干相互独立的扇形区域；控制轴，固定于所述分隔板上方；若干研磨液供应管，含有不同的研磨液，分别位于所述若干扇形区域上方；研磨头，位于所述晶圆上方，所述研磨头下设置有研磨垫。综上所述，本发明所述化学机械研磨测试设备，能够在同一晶圆上、同时进行多种研磨液的研磨速率的测试，得到不同研磨液的研磨速率，代替现有技术中利用多个晶圆多次测试，测试结果准确，且大大降低了测试成本，提高了测试效率。 

中国专利（公开号：CN102152237A）公开了一种用于化学机械研磨机台的制造程序控制方法及其控制系统，该方法包括：利用测量装置获取控片的边缘研磨速率和中心研磨速率，并将所述控片的边缘研磨速率和中心研磨速率传输至机台自动化系统；机台自动化系统计算所述控片的边缘研磨速率与中心研磨速率的差值，并将所述差值传输至菜单查找系统；菜单查找系统根据差值查找出最佳制造程序，并将最佳制造程序传输至化学机械研磨机台。本发明根据控片的边缘研磨速率与中心研磨速率的差值选择出最佳制造程序，化学机械研磨机台可根据最佳制造程序进行产品片的化学机械研磨工艺，提高了工艺稳定性。 

从现有发明来看，化学机械研磨的研磨速率都是使用没有图形的控片在机台里进行研磨然后通过计算而得出的，这样只能监控某一个时间点的研磨速率，无法进行实时监控。 

发明内容

本发明克服了无法进行对研磨速率进行实时监控的问题，提出了研磨速率侦察装置、研磨设备及实时侦察研磨速率的方法，通过侦测带动研磨垫整理盘的马达的电压值来实时监控研磨速率，这样可以保证在研磨的过程中研磨速率在设定的范围之内，提高化学机械研磨的稳定性，从而提高研磨的效率并降低晶圆的成本。 

一种研磨速率侦察装置，应用于研磨机台中，所述研磨侦察装置能够实时侦察所述研磨机台的研磨速率，其特征在于，包括： 

一研磨垫整理盘； 

与所述研磨垫整理盘连接的用于驱动所述研磨垫整理盘的马达； 

与所述马达连接的用于实时显示所述马达的工作电压的电压侦测器； 

其中，所述研磨速率侦察装置和所述研磨机台启动时，所述马达驱动所述研磨垫整理盘转动，所述研磨垫整理盘通过所述研磨机台的研磨速率的改变使所述马达的输出功率改变，所述电压侦测器根据所述马达的输出功率实时显示所述马达的工作电压。 

上述一种研磨速率侦察装置，其特征在于，所述马达驱动所述研磨垫整理环绕所述研磨垫整理盘的轴线旋转。 

一种研磨设备，其特征在于，包括研磨机台，设置于所述研磨机台内的如权利要求1或2所述的研磨速率侦察装置，所述研磨速率侦察装置包括研磨垫整理盘、马达以及电压侦测器； 

所述研磨机台还包括一研磨盘，所述研磨盘的上表面设置有一研磨垫，所述研磨垫完全覆盖在所述研磨台的上表面；在所述研磨垫上方设置有一机械手臂，所述机械手臂通过连接轴把所述研磨垫整理盘固定在所述机械臂的一端，所述研磨垫整理盘位于所述研磨垫上方； 

其中，所述研磨速率侦察装置和所述研磨机台启动时，所述研磨盘带动所述研磨垫转动，同时所述马达驱动所述研磨垫整理盘转动，所述研磨垫整理盘和所述研磨垫的上表面接触产生摩擦力；所述研磨垫整理盘通过所述研磨机台的研磨速率的改变使得所述摩擦力改变，从而使所述马达的输出功率改变，所述电压侦测器根据所述马达的输出功率实时显示所述马达的工作电压。 

上述的一种研磨设备，其特征在于，所述化学机械研磨的机台设有1-3个所述研磨盘。 

上述的一种研磨设备，其特征在于，所述研磨垫上表面上方还设有研磨液管道，所述研磨液管道向研磨垫喷洒研磨液。 

上述的一种研磨设备，其特征在于，所述研磨垫上方还设有研磨头，所述研磨头面向研磨垫的那表面上设有夹持环，所述夹持环可夹持晶圆。 

上述的一种研磨设备，其特征在于，所述研磨垫调整盘与所述研 磨垫相接触的表面上均匀设有若干钻石。 

上述的一种研磨设备，其特征在于，所述研磨盘下表面的中心连接有一旋转轴，所述旋转轴带动所述研磨盘及所述研磨垫围绕所述旋转轴轴线旋转，产生研磨速率。 

一种实时侦察研磨速率的方法，应用于研磨机台中，其特征在于，所述方法包括： 

步骤1：在研磨机台内预设一研磨速率侦察装置，所述研磨速率侦察装置包括研磨垫整理盘、马达以及电压侦测器； 

步骤2：启动所述研磨速率侦察装置和所述研磨机台，所述马达驱动所述研磨垫整理盘转动，所述研磨垫整理盘通过所述研磨机台的研磨速率的改变使所述马达的输出功率改变，所述电压侦测器根据所述马达的输出功率实时显示所述马达的工作电压； 

步骤3：判断所述电压侦测器实时显示的所述马达的工作电压是否超过标准工作电压范围，若是，则判定所述研磨机台的研磨速率过快或过慢，需要进一步调整所述研磨机台的研磨速率，若否，则判定所述研磨机台的研磨速率正常，无需调整。 

上述的一种实时侦察研磨速率的方法，其特征在于，所述研磨机台包括研磨盘和设置于所述研磨盘上表面的研磨垫，所述研磨垫整理盘位于所述研磨垫上方；在所述步骤2中，启动所述研磨速率侦察装置和所述研磨机台，所述研磨盘带动所述研磨垫转动，同时所述马达驱动所述研磨垫整理盘转动，所述研磨垫整理盘和所述研磨垫的上表面接触产生摩擦力；所述研磨垫整理盘通过所述研磨机台的研磨速率的改变使得所述摩擦力改变，从而使所述马达的输出功率改变，所述电压侦测器根据所述马达的输出功率实时显示所述马达的工作电压，并判断所述马达的工作电压是否超过标准工作电压范围。 

本发明具有如下技术优势： 

1、通过电压侦测器显示驱动研磨垫整理盘马达的工作电压，可以实时监控研磨速率，保证研磨过程中研磨速率在设定的范围内。 

2、通过保证研磨速率在设定范围内，避免晶圆在研磨中损坏，提高研磨效率并降低晶圆成本。 

3、本装置只需在驱动研磨垫整理盘马达上连接电压侦测器，便可实现实时侦测，结构简单，易于实现，可适用于半导体制造技术中研磨工艺的各种机台。 

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中： 

图1为本发明研磨速率侦察装置的结构示意图； 

图2为本发明研磨机台及研磨速率侦察装置的侧视图； 

图3为本发明研磨机台及研磨速率侦察装置的俯视图； 

图4为本发明实时侦察研磨速率方法的流程图。 

具体实施方式

结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。 

实施例一： 

本实施例涉及一种研磨速率侦察装置，图1为本实施例中研磨速率侦察装置的结构示意图；如图1所示，一研磨垫整理盘4，与研磨垫整理盘4连接的用于驱动所述研磨垫整理盘的马达7，在马达7上设有一个电压侦测器6，可通过适当的连线和马达7相连，马达7驱动和研磨垫2接触的研磨垫整理盘4，马达的工作电压受研磨垫整理盘4所受研磨垫2给予的摩擦力的影响，而研磨垫整理盘4所受研磨垫2给予的摩擦力受研磨速率的影响；当研磨速率侦察装置启动时，所述马达7驱动研磨垫整理盘4环绕研磨垫整理盘4的轴线旋转，研磨垫整理盘4通过研磨机台的研磨速率的改变使所述马达7的输出功率改变，电压侦测器6根据马达7的输出功率实时显示马达7的工作电压。 

本实施例应用于研磨机台，通过电压侦测器6显示驱动研磨垫整 理盘马达7的工作电压，可以实时监控研磨速率，保证研磨过程中研磨速率在设定的范围内。避免晶圆在研磨中损坏，并且本实施例结构简单，易于实现，可适用于半导体制造技术中研磨工艺的各种机台。 

实施例二： 

本实施例涉及一种研磨设备，研磨设备包括研磨机台21和研磨速率侦察装置20，图2为本发明研磨机台及研磨速率侦察装置的侧视图；图3为本发明研磨机台及研磨速率侦察装置的俯视图；如图2所示，研磨机台21内设有实施例一中的研磨速率侦察装置20，研磨速率侦察装置包括研磨垫整理盘4、马达7以及电压侦测器6；研磨机台21上设有一研磨盘1（可拥有1-3个，取其中一例），研磨盘1的上表面设置一层研磨垫2，研磨垫2完全覆盖研磨盘1，研磨盘1的下表面的中心连接一旋转轴3，旋转轴3和研磨盘1下表面垂直，旋转轴3带动研磨盘1及研磨垫2围绕旋转轴3的轴线旋转，产生化学机械研磨的研磨速率。 

在研磨垫2的上表面放置着一晶圆9，研磨头10和所述晶圆9接触的表面设有一夹持环8，研磨头10通过夹持环8夹紧晶圆9，对所述晶圆9施加下压力，研磨头上表面中心连接有一驱动轴11，驱动轴可以驱动研磨头围绕轴线旋转，从而通过夹持环8带动晶圆9在研磨垫上旋转，研磨；在研磨垫的上方还设置一研磨垫调整盘4和研磨液管道5，所述研磨液管道5设在研磨垫上方并留有一段距离，所述研磨液管道5向研磨垫的上表面喷洒研磨液16.所述研磨液16中含有化学腐蚀剂和研磨颗粒（图中未显示），通过化学腐蚀剂和所述待研磨表面的化学反应生成较软的容易被去除的材料，并且可以有效清除研磨垫2和研磨垫整理盘4上的杂物。 

研磨垫调整盘4和研磨垫2接触的那平面上均匀分布着若干个钻石15，所述钻石硬度高，不易磨损，钻石15和研磨垫2相互接触可以使研磨垫上的研磨液均匀分布，如图3所示，在研磨垫2上方设置有一机械手臂12，所述机械手臂12通过连接轴12把研磨垫整理盘4固定在机械臂12的一端；连接轴12的轴线和研磨垫调整盘4的轴 线重合，研磨调整盘4的位置可通过调整机械臂13的位置来改变。 

马达7的输出端（图中未显示）可以通过合适的机械传动结构来带动研磨垫整理盘4绕着轴线旋转，马达7上连接着实施例一中的侦察研磨速率的装置。当研磨机台21启动后，研磨垫整理盘4和所述研磨垫2的上表面接触；研磨盘1带动研磨垫2转动，同时马达7驱动研磨垫整理盘4转动，研磨垫整理盘4和研磨垫2的上表面产生摩擦力；研磨垫整理盘4通过研磨机台的研磨速率的改变使得摩擦力改变，从而使马达7的输出功率改变，电压侦测器6根据马达7的输出功率实时显示所述马达7的工作电压。 

本实施例通过在现有的研磨机台21上连接研磨速率侦察装置20，得到了一种实时侦察研磨速率的研磨设备，由于研磨速率侦察装置20结构简单，易于实现，所以本实施例的结构也易于实现，并且可以大大提高研磨效率。 

实施例三： 

本实施例涉及一种实时侦察研磨速率的方法，应用于研磨机台21，图4为本发明研磨速率侦察方法的流程图，如图2和4所示,步骤如下: 

步骤1：在研磨机台内预设一研磨速率侦察装置20，研磨速率侦察装置20包括研磨垫整理盘4、马达7以及电压侦测器6； 

步骤2：启动研磨速率侦察装置20和研磨机台21，马达7驱动研磨垫整理盘4转动，研磨垫整理盘4通过研磨机台21的研磨速率的改变使马达7的输出功率改变，电压侦测器6根据马达7的输出功率实时显示马达7的工作电压； 

步骤3：判断电压侦测器6实时显示的马达7的工作电压是否超过标准工作电压范围，若是，则判定研磨机台21的研磨速率过快或过慢，需要进一步调整研磨机台21的研磨速率，若否，则判定研磨机台21的研磨速率正常，无需调整。 

本实施例通过以上三个步骤，实现了实时侦察研磨速率，具体来说，启动研磨机台21，研磨盘1带动所述研磨垫2转动，同时马达7 驱动研磨垫整理盘4转动，研磨垫整理盘4和研磨垫2的上表面产生摩擦力；研磨垫整理盘4通过研磨机台21的研磨速率的改变使得摩擦力改变，从而使马达7的输出功率改变，电压侦测器6根据马达7的输出功率实时显示马达7的工作电压，具体判断工作电压是否超过标准工作电压范围可由专门的工作人员进行评判；通过上述步骤的推导实时侦测研磨速率的变化，第一时间得知研磨速率是否稳定，是否维持在研磨速率设定范围之内，从而提高研磨效率和降低晶圆成本。 

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所做出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。 

Claims (10)

1.一种研磨速率侦察装置，应用于研磨机台中，所述研磨侦察装置能够实时侦察所述研磨机台的研磨速率，其特征在于，包括：

一研磨垫整理盘；

与所述研磨垫整理盘连接的用于驱动所述研磨垫整理盘的马达；

与所述马达连接的用于实时显示所述马达的工作电压的电压侦测器；

其中，所述研磨速率侦察装置和所述研磨机台启动时，所述马达驱动所述研磨垫整理盘转动，所述研磨垫整理盘通过所述研磨机台的研磨速率的改变使所述马达的输出功率改变，所述电压侦测器根据所述马达的输出功率实时显示所述马达的工作电压。

2.如权利要求1所述的一种研磨速率侦察装置，其特征在于，所述马达驱动所述研磨垫整理环绕所述研磨垫整理盘的轴线旋转。

3.一种研磨设备，其特征在于，包括研磨机台，设置于所述研磨机台内的如权利要求1或2所述的研磨速率侦察装置，所述研磨速率侦察装置包括研磨垫整理盘、马达以及电压侦测器；

所述研磨机台还包括一研磨盘，所述研磨盘的上表面设置有一研磨垫，所述研磨垫完全覆盖在所述研磨台的上表面；在所述研磨垫上方设置有一机械手臂，所述机械手臂通过连接轴把所述研磨垫整理盘固定在所述机械臂的一端，所述研磨垫整理盘位于所述研磨垫上方；

其中，所述研磨速率侦察装置和所述研磨机台启动时，所述研磨盘带动所述研磨垫转动，同时所述马达驱动所述研磨垫整理盘转动，所述研磨垫整理盘和所述研磨垫的上表面接触产生摩擦力；所述研磨垫整理盘通过所述研磨机台的研磨速率的改变使得所述摩擦力改变，从而使所述马达的输出功率改变，所述电压侦测器根据所述马达的输出功率实时显示所述马达的工作电压。

4.如权利要求3所述的一种研磨设备，其特征在于，所述化学机械研磨的机台设有1-3个所述研磨盘。

5.如权利要求3所述的一种研磨设备，其特征在于，所述研磨垫上表面上方还设有研磨液管道，所述研磨液管道向研磨垫喷洒研磨液。

6.如权利要求3所述的一种研磨设备，其特征在于，所述研磨垫上方还设有研磨头，所述研磨头面向研磨垫的那表面上设有夹持环，所述夹持环可夹持晶圆。

7.如权利要求3所述的一种研磨设备，其特征在于，所述研磨垫调整盘与所述研磨垫相接触的表面上均匀设有若干钻石。

8.如权利要求3所述的一种研磨设备，其特征在于，所述研磨盘下表面的中心连接有一旋转轴，所述旋转轴带动所述研磨盘及所述研磨垫围绕所述旋转轴轴线旋转，产生研磨速率。

9.一种实时侦察研磨速率的方法，应用于研磨机台中，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：在研磨机台内预设一研磨速率侦察装置，所述研磨速率侦察装置包括研磨垫整理盘、马达以及电压侦测器；

步骤2：启动所述研磨速率侦察装置和所述研磨机台，所述马达驱动所述研磨垫整理盘转动，所述研磨垫整理盘通过所述研磨机台的研磨速率的改变使所述马达的输出功率改变，所述电压侦测器根据所述马达的输出功率实时显示所述马达的工作电压；

步骤3：判断所述电压侦测器实时显示的所述马达的工作电压是否超过标准工作电压范围，若是，则判定所述研磨机台的研磨速率过快或过慢，需要进一步调整所述研磨机台的研磨速率，若否，则判定所述研磨机台的研磨速率正常，无需调整。

10.如权利要求9所述的一种实时侦察研磨速率的方法，其特征在于，所述研磨机台包括研磨盘和设置于所述研磨盘上表面的研磨垫，所述研磨垫整理盘位于所述研磨垫上方；在所述步骤2中，启动所述研磨速率侦察装置和所述研磨机台，所述研磨盘带动所述研磨垫转动，同时所述马达驱动所述研磨垫整理盘转动，所述研磨垫整理盘和所述研磨垫的上表面接触产生摩擦力；所述研磨垫整理盘通过所述研磨机台的研磨速率的改变使得所述摩擦力改变，从而使所述马达的输出功率改变，所述电压侦测器根据所述马达的输出功率实时显示所述马达的工作电压，并判断所述马达的工作电压是否超过标准工作电压范围。

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