CN201744919U - 预热研磨垫的研磨机台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种预热研磨垫的研磨机台，该研磨机台包括研磨垫、温度传感器、主控制器和温控系统；温度传感器，用于测量研磨垫的温度，将测量温度数字信号输出给主控制器；主控制器，用于根据所述测量温度数字信号指示温控系统调节温度至研磨垫预定温度；温控系统，设于研磨垫下方，提供温度给研磨垫，根据主控制器的指示调节温度。采用本实用新型的研磨机台对研磨垫进行预热，简单方便地实现产品晶片在预定的稳定温度状态下进行CMP研磨。

Description

预热研磨垫的研磨机台

技术领域

本实用新型涉及化学机械研磨领域，特别涉及一种预热研磨垫的研磨机台。

背景技术

目前，随着电子设备的广泛应用，半导体的制造工艺得到了飞速的发展，在半导体的制造流程中，涉及化学机械研磨工艺(CMP)。晶片(wafer)的平坦化制作工艺都是依赖化学机械研磨机台来完成，化学机械研磨机台可用于各种材料的研磨，例如实现对多晶硅、铜、钨、浅沟槽隔离(STI)、层间介质层(ILD)或金属间介质层(IMD)等的研磨。现有化学机械研磨机台的剖面结构示意图，如图1所示。该机台包括研磨台101、研磨垫(pad)102和研磨头103。研磨台101承载研磨垫102，当进行研磨时，首先将待研磨的晶片W架设在研磨头103上，使晶片W的待研磨面与旋转的研磨垫102对向配置，此时，在研磨垫102上可提供由研磨粒和化学助剂所构成的研浆(slurry)；接着，研磨头103提供给晶片W可控制的负载如压力，而将晶片W的待研磨面紧压于研磨垫102上，随着晶片与研磨垫之间的相对运动，以及研磨垫上研浆的喷洒，实现对晶片的研磨，形成晶片平坦的表面。

同时，在研磨过程中，研磨垫表面温度随着研磨的进行，逐渐升高，在达到一定温度时才趋于稳定。研磨垫表面温度随研磨时间变化的关系曲线如图2所示。图2中横坐标为时间，纵坐标为温度，浅色曲线为测量多个时间点得到的实际温度曲线，即测量曲线；深色曲线为根据测量曲线得到的模拟曲线。由于模拟曲线更能反映曲线的特征本质，所以对模拟曲线进行分析。该模拟曲线表明，在竖线的左侧研磨垫温度处于上升阶段，在竖线的右侧研磨垫温度处于稳定阶段。研究表明，研磨速率与研磨垫温度有密切关系，当研磨垫温度处于稳定状态时，研磨速率也就处于稳定状态，并且处于稳定温度阶段的研磨垫所对应的研磨速率刚好具有最佳研磨效果。为了在最佳研磨状态下进行研磨，即在稳定的研磨速率下进行研磨，现有技术中一般在对产品晶片进行CMP加工之前，采用挡片(dummy wafer)进行研磨，使研磨垫达到稳定温度，研磨速率达到稳定之后，再对产品晶片进行研磨。其中，产品晶片为其上已经分布了器件的晶片，最终可以经过多道工序成为成品；dummy wafer是没有经过工艺加工的平整硅片。这种方式虽然也能够实现产品晶片在最佳研磨效果时开始研磨，但生产效率较低，而且在对dummy wafer的研磨过程中也会消耗slurry、清洗液等，同时也会产生研磨垫的磨损，所以如何更有效地将CMP工艺保持在稳定状态成为一个需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种预热研磨垫的研磨机台，实现产品晶片在稳定温度状态下进行CMP研磨。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案具体是这样实现的：

本实用新型公开了一种预热研磨垫的研磨机台，该研磨机台包括研磨垫、温度传感器、主控制器和温控系统；

温度传感器，用于测量研磨垫的温度，将测量温度数字信号输出给主控制器；

主控制器，用于根据所述测量温度数字信号指示温控系统调节温度至研磨垫预定温度；

温控系统，设于研磨垫下方，提供温度给研磨垫，根据主控制器的指示调节温度。

所述温控系统包括冷却系统和加热系统；

冷却系统位于加热系统和研磨垫之间，所述冷却系统为循环的去离子水或者氮气，用于将加热系统的温度传递给研磨垫；

加热系统，用于根据主控制器的指示，调节加热系统温度至研磨垫预定温度。

所述主控制器包括微处理器和存储器；

存储器，用于存储研磨垫的预定温度；

微处理器，用于从存储器读取研磨垫的预定温度，根据温度传感器发送的测量温度数字信号计算加热系统的温度调节量输出至加热系统。

所述预定温度为30～40摄氏度。

由上述的技术方案可见，本实用新型在研磨垫下方设置一温控系统，该温控系统包括沿研磨垫自上而下依次设置的冷却系统和加热系统。其中加热系统对研磨垫进行预热，加热系统的温度会通过冷却系统传导给研磨垫，当研磨垫的温度达到具有最佳研磨效果的理想温度时，保持该温度，产品晶片在该稳定温度状态下进行CMP研磨。采用该研磨机台对研磨垫进行预热，既不需要耗费dummy wafer，也可以方便地实现产品晶片在稳定温度状态下进行CMP研磨。

附图说明

图1为现有化学机械研磨机台的剖面结构示意图；

图2为研磨垫表面温度随研磨时间变化的关系曲线图；

图3为本实用新型研磨机台的剖面结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。

本实用新型的核心思想是：在研磨垫下方设置一温控系统，该温控系统包括沿研磨垫自上而下依次设置的冷却系统和加热系统。其中加热系统对研磨垫进行预热，加热系统的温度会通过冷却系统传导给研磨垫，当研磨垫的温度达到预定温度时，即具有最佳研磨效果的理想温度时，保持该温度，产品晶片在该稳定温度状态下进行CMP研磨。其中，冷却系统包括循环的冷却水。采用该研磨机台对研磨垫进行预热，既不需要耗费dummy wafer，也可以方便地实现产品晶片在稳定温度状态下进行CMP研磨。

本实用新型研磨机台的剖面结构示意图如图3所示。该研磨机台包括研磨垫102、温控系统200、温度传感器201、主控制器202。其中，温控系统200又包括冷却系统2001、加热系统2002；主控制器202又包括存储器2021和微处理器2022。

温度传感器201实时检测研磨垫的实际温度，将研磨垫的实际温度转换为温度数字信号输出至主控制器202的微处理器2022；当温度传感器201输出的信号为模拟信号时，可在温度传感器与主控制器之间增加用于模数转换的A/D转换器。

主控制器202根据表示研磨垫实际温度的温度数字信号，计算研磨垫的温度数字信号表示的实际温度相对于研磨垫具有最佳研磨效果时的理想温度的偏移量，根据计算的温度偏移量输出表示加热系统温度调节量的电控制信号至加热系统2002。

存储器2021存储研磨垫具有最佳研磨效果时的理想温度，经验表明，该理想温度一般在30～40摄氏度。

微处理器2022从存储器读取研磨垫具有最佳研磨效果时的理想温度，根据温度传感器发送的温度数字信号表示的研磨垫的实际温度，计算加热系统温度调节量输出至加热系统。

温控系统200，设于研磨垫下方的研磨台内，提供温度给研磨垫，根据主控制器的指示调节温度。

加热系统2002根据主控制器的微处理器输出的电控制信号，调节加热系统温度，使研磨垫的温度达到具有最佳研磨效果时的理想温度。

冷却系统2001内冷却水一般为常温下的去离子水(DIW)，一直处于循环状态，用于实现将加热系统的温度传递给研磨垫。当然，冷却系统内还可以是常温的氮气等。

综上，采用本实用新型的装置，将温控系统的温度达到具有最佳研磨效果时的理想温度时，研磨垫同时达到该温度，这样保持在该稳定的温度状态下，将架设在研磨头上的产品晶片，与研磨垫接触，在该稳定温度状态下进行CMP研磨。与现有技术中采用dummy wafer进行预热研磨垫的方法相比，既提高生产效率，又节省生产成本，实现起来简单方便。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种预热研磨垫的研磨机台，该研磨机台包括研磨垫、温度传感器、主控制器和温控系统；

温度传感器，用于测量研磨垫的温度，将测量温度数字信号输出给主控制器；

主控制器，用于根据所述测量温度数字信号指示温控系统调节温度至研磨垫预定温度；

温控系统，设于研磨垫下方，提供温度给研磨垫，根据主控制器的指示调节温度。

2.根据权利要求1所述的研磨机台，其特征在于，所述温控系统包括冷却系统和加热系统；

冷却系统位于加热系统和研磨垫之间，所述冷却系统为循环的去离子水或者氮气，用于将加热系统的温度传递给研磨垫；

加热系统，用于根据主控制器的指示，调节加热系统温度至研磨垫预定温度。

3.根据权利要求2所述的研磨机台，其特征在于，所述主控制器包括微处理器和存储器；

存储器，用于存储研磨垫的预定温度；

微处理器，用于从存储器读取研磨垫的预定温度，根据温度传感器发送的测量温度数字信号计算加热系统的温度调节量输出至加热系统。

4.根据权利要求3所述的研磨机台，其特征在于，所述预定温度为30～40摄氏度。

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