CN202367583U - 一种化学机械研磨装置 - Google Patents

Abstract

一种化学机械研磨装置，包括研磨台、研磨头支架和冲洗装置，所述研磨台上设有多个研磨垫和一个研磨头清洗及晶圆装卸单元，所述研磨头清洗及晶圆装卸单元包括用于放置晶圆的托盘，所述冲洗装置包括：冲洗水孔，设置于所述托盘的底部；供水管路，连接一外部水源和所述冲洗水孔；气阀，设置于所述供水管路上；以及调压水阀，设置于所述供水管路上。通过在冲洗装置的供水管路上设置调压水阀，使得冲洗水孔在对晶圆进行冲洗的时候，可以依据晶圆的型号进行适当的水压调节，从而保证在能够将晶圆表面的研磨液冲洗去除的同时，不损伤晶圆表面的钨连接柱（W-Plug），提高了晶圆生产中的良率。

Description

一种化学机械研磨装置

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其是涉及一种化学机械研磨装置。 

背景技术

随着超大规模集成电路(Ultra Large Scale Intergration,ULSI)的飞速发展，集成电路制造工艺变得越来越复杂和精细。为了提高集成度，降低制造成本，器件的特征尺寸(Feature Size)不断变小，芯片单位面积的元件数量不断增加，平面布线已难满足元件高密度分布的要求，采用多层布线技术，利用芯片的垂直空间，可进一步提高器件的集成密度。 

但多层布线技术的应用会造成硅片表面起伏不平，对图形制作极其不利。为此，需要对不平坦的晶片表面进行平坦化(Planarization)处理。目前，化学机械研磨法(Chemical Mechanical Polishing,CMP)是达成全局平坦化的最佳方法，尤其在半导体制作工艺进入亚微米(sub micron)领域后，化学机械研磨已成为一项不可或缺的制作工艺技术。 

化学机械研磨法(CMP)是通过化学反应和机械研磨相结合的方式将半导体结构表面的材料层去除的一种平坦化方法。请参见图1，图1是一种现有的化学机械研磨装置。该装置包括作为化学机械研磨主体的研磨台10，在该研磨台10上设置多个研磨垫11、12、13和研磨头清洗及晶圆装卸单元(head clean load/unload，HCLU)14。多个研磨头21、22、23、24设置在一个研磨头支架20上，该多个研磨头分别对应上述多个研磨垫11、12、13以及研磨头清洗及晶圆装卸单元14。该多个研磨垫用以提供一个粗糙表面，以对晶圆进行研磨。该研磨头清洗及晶圆装卸单元14是用来提供一个晶圆装载和卸载的中转站，以及对放置在该研磨头清洗及晶圆装卸单元14上的晶圆实施清洗动作。 

具体的,请参见图2，图2是该研磨头清洗及晶圆装卸单元(head clean load/unload，HCLU)14的结构示意图。如图所示，该研磨头清洗及晶圆装卸单元14包括托盘141，该托盘141用以放置待装卸的晶圆，在该托盘141的底部，设有多个吸附气孔142和冲洗水孔143，其中该多个吸附气孔142和一外部抽真空装置相连，当晶圆被置于该托盘141上时，吸附孔142在抽真空系统的作用下形成负压，将晶圆吸附在托盘141上。该冲洗水孔143通过一供水管路144和一外部水源145相连，在该供水管路144上还设有一个气阀146，该冲洗水孔143、供水管路144、外部水源145以及气阀146一起形成该研磨头清洗及晶圆装卸单元14的冲洗装置。当外部取片的机械手来对托盘141上的晶圆进行取片动作时，由于吸附孔142上具有较强的吸力，因此需要先通过冲洗装置在冲洗水孔143处利用水柱将晶圆冲松动，然后该机械手就能轻易的将晶圆取走，完成晶圆的装卸工作。 

然而现有的冲洗装置，依靠内部的气阀146来对冲洗水孔143中冲出的水进行加压，缺乏有效的调节水压的手段。这样会导致在冲洗水孔143对晶圆进行冲洗时，由于水压过大而对晶圆表面的钨连接柱（W-Plug）形成损坏，致使晶圆报废。 

因此有必要对现有的化学机械研磨装置做改进。 

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种化学机械研磨装置，在不需要增加太多成本的情况下，就能实现对冲洗水孔中的水压进行有效控制，使冲洗时的水压不至于破坏晶圆表面的钨连接柱（W-Plug），提高了晶圆生产中的良率。 

根据上述目的提出的一种化学机械研磨装置，包括研磨台、研磨头支架和冲洗装置，所述研磨台上设有多个研磨垫和一个研磨头清洗及晶圆装卸单元，所述研磨头清洗及晶圆装卸单元包括用于放置晶圆的托盘，所述研磨头支架上设有多个研磨头，该多个研磨头以相对方向分别对应该多 个研磨垫和研磨头清洗及晶圆装卸单元，其特征在于：所述冲洗装置包括：冲洗水孔，设置于所述托盘的底部；供水管路，连接一外部水源和所述冲洗水孔；气阀，设置于所述供水管路上；以及调压水阀，设置于所述供水管路上。 

可选的，所述托盘分为晶圆放置区和研磨头冲洗区。 

可选的，所述研磨头冲洗区位于晶圆放置区的外围，且该研磨头冲洗区具有一坡度，其坡底连接晶圆放置区并逐渐向外延伸。 

可选的，所述冲洗水孔包括晶圆冲洗水孔和研磨头冲洗水孔，其中所述晶圆冲洗水孔设置于所述晶圆放置区内，所述研磨头冲洗水孔设置于所述研磨头冲洗区内。 

可选的，所述托盘上还设有多个吸附气孔。 

可选的，所述多个吸附气孔与一外部抽真空装置相连。 

本实用新型的化学机械研磨装置，通过在冲洗装置的供水管路上设置调压水阀，使得冲洗水孔在对晶圆进行冲洗的时候，可以依据晶圆的型号进行适当的水压调节，从而保证在能够将晶圆表面的研磨液冲洗去除的同时，不损伤晶圆表面的钨连接柱（W-Plug），提高了晶圆生产中的良率。 

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本实用新型的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1是一种现有的化学机械研磨装置。 

图2是现有的化学机械研磨装置中研磨头清洗及晶圆装卸单元的结构示意图。 

图3是本实用新型的化学机械研磨装置的研磨头清洗及晶圆装卸单元的剖面示意图。 

图4是图3中研磨头清洗及晶圆装卸单元的俯视图。 

具体实施方式

正如背景技术部分所述，晶圆研磨完毕后，会被放置到研磨头清洗及晶圆装卸单元上，随后一机械手臂会移动到研磨头清洗及晶圆装卸单元上方进行取片，此时由于晶圆被设置在托盘底部上的吸附气孔吸附，需要依靠冲洗水孔上喷出的冲洗水先将吸附气孔上的负压环境破坏，才能使机械手方便的将晶圆提取，完成晶圆的卸载动作。然而现有的化学机械研磨装置中，由于在冲洗水孔在喷出冲洗水时，缺少对水源的压力控制装置，导致冲洗水压过大，容易损坏晶圆表面的钨连接柱（W-Plug），使得晶圆报废，大大增加了生产成本。 

因此，本实用新型在现有的化学机械研磨装置的基础上，对冲洗装置做出了改进，提出了一种能够对上述的冲洗水压进行调节的化学机械研磨装置，以克服水压过大导致的晶圆报废问题。 

下面将对本实用新型的化学机械研磨装置做详细说明。 

请先参见图1，对于本实用新型的化学机械研磨装置的上半部分，与现有的装置一样，包括：研磨台10和研磨头支架20，所述研磨台10上设有多个研磨垫11、12、13和一个研磨头清洗及晶圆装卸单元(head clean load/unload，HCLU)14。该多个研磨垫和研磨头清洗及晶圆装卸单元14循环排布在所述研磨台10上,且相邻的两个研磨垫或相邻的研磨垫与研磨头清洗及晶圆装卸单元14之间设有间隔。所述研磨头支架20上设有多个研磨头21、22、23、24，该多个研磨头21、22、23、24以相对方向分别对应该多个研磨垫11、12、13和研磨头清洗及晶圆装卸单元14。 

需要指出的是，在本实用新型列举的化学机械研磨装置中，给出的研磨垫的数量为3个，但是在实际应用中，研磨垫的数量视整个研磨机 台的规格和工厂对整个研磨制程的能力需求而定。通常情况下大于2个，这样可以同时对多组晶圆进行研磨，以提高研磨的效率。 

该多个研磨垫11、12、13是用来提供一个粗糙表面，以对晶圆进行研磨。该研磨头清洗及晶圆装卸单元14是用来提供一个晶圆装载和卸载的中转站，以及在研磨头携带晶圆完成研磨工作后对研磨头实施清洗动作。该研磨头支架20是用来带动多个研磨头进行移动或转动。该多个研磨头21、22、23、24则是用来携带晶圆，并且在晶圆进行研磨时提供一个压力。 

请结合图1参见图3，图3是本实用新型的化学机械研磨装置的研磨头清洗及晶圆装卸单元的剖面示意图。如图所示，该研磨头清洗及晶圆装卸单元包括一托盘341，所述托盘341的底部具有多个吸附气孔342和冲洗水孔343，所述多个吸附气孔342连接一外部的抽真空装置(图中未示出)，当晶圆被置于该托盘341上时，吸附孔342在抽真空装置的作用下形成负压，将晶圆吸附在托盘341上。该冲洗水孔343通过一供水管路344和一外部水源345相连，在该供水管路344上还设有一个气阀346和调压水阀347，所述气阀346用以将外部水源345中的水抽到供水管路344中并从冲洗水孔343中喷出，所述调压水阀347用以控制冲洗水孔343中喷出的水的压力，使晶圆在被冲洗时，不至于因水压过大而造成表面钨连接柱（W-Plug）被损坏。该冲洗水孔343、供水管路344、外部水源345、气阀346以及调压水阀347一起形成本实用新型的化学机械研磨装置中的冲洗装置。 

具体的，当晶圆完成研磨后，由研磨头支架20带动其中一个研磨头到研磨头清洗及晶圆装卸单元上，研磨头上携带的晶圆通过吸附气孔吸附到研磨头清洗及晶圆装卸单元的托盘上。一个机械手移动到研磨头清洗及晶圆装卸单元上方进行取片，此时托盘上的冲洗水孔喷出冲洗水，使吸附气孔的负压环境被破坏，机械手取出晶圆完成卸载动作。 

进一步的，所述托盘341包括晶圆放置区351和研磨头冲洗区352，所述研磨头冲洗区352位于晶圆放置区351的外围，该研磨头冲洗区352具有一坡度，其坡底连接晶圆放置区351并逐渐向外延伸。 

请参见图4，图4是图3中研磨头清洗及晶圆装卸单元的俯视图。如图所示，所述冲洗水孔343包括晶圆冲洗水孔3431和研磨头冲洗水孔3432，其中所述晶圆冲洗水孔3431设置于所述晶圆放置区351内，所述研磨头冲洗水孔设置于所述研磨头冲洗区352内。 

这样一来，当研磨头将携带的晶圆放置于托盘341的晶圆放置区351之后，设置于研磨头冲洗区352内的研磨头冲洗水孔3432开始喷出冲洗水，对研磨头实施冲洗动作，将研磨头上的研磨液冲洗掉，使研磨头在下次装载晶圆时，不至于让残余的研磨液对晶圆形成腐蚀污染。 

进一步的，所述调压水阀347可以是由人员依据晶圆的型号进行手动调节的机械水阀，也可以是由控制系统自动调节的电子水阀。该调压水阀347可以对晶圆冲洗水孔3431或研磨头冲洗水孔3432中的任意一组冲洗水孔进行单独的调压控制，也可以同时对两组冲洗水孔进行调压处理。外部水源345中的水经气阀346提供压力后，在供水管路344中形成一定的水压，然后在调压水阀347的控制下，从对应的冲洗水孔中以适当的水压喷出，从而实现既能够达到冲洗晶圆的目的，又不至于损坏晶圆表面的钨连接柱（W-Plug）结构的效果。 

综上所述，本实用新型提出了一种化学机械研磨装置，该化学机械研磨装置通过在冲洗装置的供水管路上设置调压水阀，使得出水喷头在对晶圆进行冲洗的时候，可以依据晶圆的型号进行适当的水压调节，从而保证在能够将晶圆表面的研磨液冲洗去除的同时，不损伤晶圆表面的钨连接柱（W-Plug），提高了晶圆生产中的良率。 

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种，修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新 型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 

Claims (6)

1.一种化学机械研磨装置，包括研磨台、研磨头支架和冲洗装置，所述研磨台上设有多个研磨垫和一个研磨头清洗及晶圆装卸单元，所述研磨头清洗及晶圆装卸单元包括用于放置晶圆的托盘，所述研磨头支架上设有多个研磨头，该多个研磨头以相对方向分别对应该多个研磨垫和研磨头清洗及晶圆装卸单元，其特征在于：所述冲洗装置包括：冲洗水孔，设置于所述托盘的底部；供水管路，连接一外部水源和所述冲洗水孔；气阀，设置于所述供水管路上；以及调压水阀，设置于所述供水管路上。

2.如权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于：所述托盘分为晶圆放置区和研磨头冲洗区。

3.如权利要求2所述的化学机械研磨装置，其特征在于：所述研磨头冲洗区位于晶圆放置区的外围，且该研磨头冲洗区具有一坡度，其坡底连接晶圆放置区并逐渐向外延伸。

4.如权利要求2所述的化学机械研磨装置，其特征在于：所述冲洗水孔包括晶圆冲洗水孔和研磨头冲洗水孔，其中所述晶圆冲洗水孔设置于所述晶圆放置区内，所述研磨头冲洗水孔设置于所述研磨头冲洗区内。

5.如权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于：所述托盘上还设有多个吸附气孔。

6.如权利要求5所述的化学机械研磨装置，其特征在于：所述多个吸附气孔与一外部抽真空装置相连。

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