CN202367587U - 一种化学机械研磨装置 - Google Patents

Abstract

一种化学机械研磨装置，包括冲洗装置，该冲洗装置包括：多个出水喷头，分别设置于所述多个研磨垫和所述研磨头清洗及晶圆装卸单元两两之间的间隔中；供水管路，连接一外部水源和所述多个出水喷头；多个气阀，设置于所述供水管路上，并分别对应连接于该多个出水喷头；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，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。在该化学机械研磨装置的内部还设有冲洗装置，通过设置在多个研磨垫11、12、13以及研磨头清洗及晶圆装卸单元14两两之间的间隔(interplaten)中的出水喷头31、32、33、34，实现对晶圆冲洗动作。当研磨进行一段时间后，需要对研磨头 上的各个晶片做冲洗动作，以防止研磨液对晶圆表面的钨连接柱(W-Plug)产生腐蚀损伤。具体做冲洗动作时，首先研磨头支架20会控制多个研磨头做旋转动作，旋转45°后，各个研磨头分别来到多个研磨垫11、12、13和研磨头清洗及晶圆装卸单元14之间的间隔处上方，然后设置于该各个间隔出的出水喷头会对研磨头上携带的晶圆做冲洗处理。 

然而现有的冲洗装置，依靠内部的气阀来对各个出水喷头上的水进行加压，缺乏有效的调节水压的手段。这样会导致在出水喷头对晶圆进行冲洗时，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，就能实现对各个出水喷头中的水压的有效控制，使冲洗时的水压不至于破坏晶圆表面的钨连接柱，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，该多个研磨垫和研磨头清洗及晶圆装卸单元循环排布在所属研磨台上,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之间设有间隔，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，所述冲洗装置包括：多个出水喷头，分别设置于所述间隔之中；供水管路，连接一外部水源和所述多个出水喷头；多个气阀，设置于所述供水管路上，并分别对应连接于该多个出水喷头；以及调压水阀，设置于所述供水管路上。 

可选的：所述供水管路包括第一供水支路和第二供水支路，该第一供水支路独立的向设置于研磨头清洗及晶圆装卸单元和一个研磨垫之间的出水喷头供水，该第二供水支路向其余出水喷头进行供水。 

可选的：所述调压水阀包括第一调压水阀和第二调压水阀，该第一调压水阀连接在设置于第一供水支路上的气阀和对应的出水喷头之间，该第二调压水阀连接在其余气阀和外部水源之间。 

可选的：所述多个研磨头于研磨状态下分别位于对应的研磨垫和研磨头清洗及晶圆装卸单元上方，于冲洗状态下旋转到所述间隔上方。 

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，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是本实用新型的化学机械研磨装置的冲洗装置示意图。 

具体实施方式

正如背景技术部分所述，现有的化学机械研磨装置，由于在进行晶圆冲洗时，缺少对水源的压力控制装置，导致冲洗水压过大，损坏晶圆表面的钨连接柱，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。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。 

具体的，当晶圆被装载到研磨头清洗及晶圆装卸单元14上后，每个研磨头在研磨头支架20的带动下依次来到研磨头清洗及晶圆装卸单元14上进行取片，取完之后开始对研磨头上携带的晶圆进行研磨，整个机台进入研磨状态。此时，至少有一个研磨头是依旧停留在研磨头清洗及晶圆装卸单元14的上方。而其余几个研磨头在分别来到与之对应的研磨垫上方，并向下移动研磨头，以使晶圆按压到研磨垫上为止。当研磨结束后，则将研磨头上携带的晶圆依次移到研磨头清洗及晶圆装卸单元14上进行清洗，之后由外在的机械运输装置将晶圆卸载并进入下一个流程。如此完成一个化学机械研磨的循环。 

在上述的化学机械研磨装置进行研磨的过程中，会有多种情况导致机台报警而中断研磨，比如出现机械故障，或者晶圆出现破损。在研磨中断后，需要对晶圆上面残存的研磨液进行冲洗，以防止研磨液对晶圆表面产生腐蚀，损坏晶圆表面。此时机台通知研磨头支架20进入冲洗状态，研磨头支架20旋转对所有研磨头进行旋转，使所有研磨头分别来到各个研磨垫之间以及研磨垫和研磨头清洗及晶圆装卸单元14之间的间隔上方，此时设置在这些间隔中的出水喷头31、32、33、34开始对各个研磨头上的晶圆进行冲洗的动作。 

请结合图1参见图2，图2是本实用新型的化学机械研磨装置的冲洗装置示意图。如图所示，该冲洗装置30包括多个出水喷头31、32、33、34，分别设置于所述多个研磨垫11、12、13以及研磨头清洗及晶圆装卸单元14两两之间的间隔中；供水管路35，连接一外部水源40和所述多个出水喷头31、32、33、34；多个气阀36、37、38、39，设置于所述供水管路35上，并分别对应连接于该多个出水喷头31、32、33、34；以及调压水阀，设置于所述供水管路35上。 

具体的，出水喷头31设置于研磨垫11和研磨头清洗及晶圆装卸单元14之间，气阀36连接在该出水喷头31对应的供水管路上；出水喷头32设置于研磨垫11和研磨垫12之间，气阀37连接在该出水喷头32对应的供水管路上；出水喷头33设置于研磨垫12和研磨垫13之间，气阀38连接在该出水喷头33对应的供水管路上；出水喷头34设置于研磨垫13和研磨头清洗及晶圆装卸单元14之间，气阀39连接在该出水喷头33对应的供水管路上。 

供水管路35包括第一供水支路351和第二供水支路352。该第一供水支路351独立的向设置于研磨头清洗及晶圆装卸单元14和研磨垫11之间的出水喷头31供水，该第二供水支路352向其余出水喷头进行供水。这里由于研磨头清洗及晶圆装卸单元14本身也具有清洗晶圆用的清洗装置（图中未示出），因此该第一供水支路351实际供应的水除了向出水喷头31提供外，还需要向研磨头清洗及晶圆装卸单元14提供，所以需要 将该供水管路与其他出水喷头的供水管路独立出来。需要指出的是，该第一供水支路也可以选择向出水喷头34供水，这两种设计需要视化学机械研磨装置的规格而定。 

调压水阀包括第一调压水阀51和第二调压水阀52。该第一调压水阀51连接在设置于第一供水支路351上的气阀36和对应的出水喷头31之间，该第二调压水阀52连接在其余气阀和外部水源40之间。第一调压水阀51用于对第一供水支路351中的水压进行调节，使得出水喷头31喷出去的水，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结构。 

第二调压水阀52用于对第二供水支路352中的水压进行调节，使得出水喷头32、33、34喷出去的水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结构。该两个调压水阀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。外部水源40中的水经各个气阀提供压力后，在各个供水管路中形成一定的水压，然后在两个调压水阀的控制下，从对应的出水喷头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，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 (4)

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，该多个研磨垫和研磨头清洗及晶圆装卸单元循环排布在所属研磨台上，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之间设有间隔，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：多个出水喷头，分别设置于所述间隔之中；供水管路，连接一外部水源和所述多个出水喷头；多个气阀，设置于所述供水管路上，并分别对应连接于该多个出水喷头；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：所述供水管路包括第一供水支路和第二供水支路，该第一供水支路独立的向设置于研磨头清洗及晶圆装卸单元和一个研磨垫之间的出水喷头供水，该第二供水支路向其余出水喷头进行供水。

3.如权利要求2所述的化学机械研磨装置，其特征在于：所述调压水阀包括第一调压水阀和第二调压水阀，该第一调压水阀连接在设置于第一供水支路上的气阀和对应的出水喷头之间，该第二调压水阀连接在其余气阀和外部水源之间。

4.如权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于：所述多个研磨头于研磨状态下分别位于对应的研磨垫和研磨头清洗及晶圆装卸单元上方，于冲洗状态下旋转到所述间隔上方。

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