CN203542338U - 化学机械研磨设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种化学机械研磨设备，包括热能系统，所述热能系统一方面与研磨浆臂连接，另一方面还与旋转马达所在的空间连通，所述热能系统收集所述旋转马达散发的热气体后传输供应至所述研磨浆臂，再通过设在研磨浆臂上的气孔将气体供应到所述研磨垫上。本实用新型通过热能系统的引入，进而通过温度的变化影响使用研磨垫的研磨速率，这是因为本实施例发现了温度对研磨垫的影响可以改变研磨速率，具体来说，当温度升高时，研磨速率增加，当温度降低时，研磨速率减小。此外，本实用新型通过传输旋转马达所散发的热气体实现研磨垫的温度变化，同时也解决了旋转马达在封闭高温环境中运作所导致的旋转马达寿命降低的问题。

Description

化学机械研磨设备

技术领域

本实用新型涉及半导体制造领域，尤其涉及一种化学机械研磨设备。

背景技术

晶圆制造中，随着制程技术的升级、导线与栅极尺寸的缩小，光刻(Lithography)技术对晶圆表面的平坦程度(Non-uniformity)的要求越来越高，IBM公司于1985年发展CMOS产品引入，并在1990年成功应用于64MB的DRAM生产中。1995年以后，化学机械研磨（CMP）技术得到了快速发展，大量应用于半导体产业。化学机械研磨亦称为化学机械抛光，其原理是化学腐蚀作用和机械去除作用相结合的加工技术，是目前机械加工中唯一可以实现表面全局平坦化的技术。研磨耗材分为以下几大类：研磨液(Slurry)、研磨垫(Pad)、金刚石盘(Disk)、研磨头(Head)、清洗刷(Brush)和化学清洗剂与保护剂(Chemical)等。研磨制程根据研磨对象不同主要分为：硅研磨(Poly CMP)、硅氧化物研磨(Oxide CMP)、钨研磨(W CMP)和铜研磨(Cu CMP)。随着半导体技术的不断发展，集成电路的互连线尺寸不断减小，铜研磨(Cu CMP)已经成为深亚微米工艺中的重要技术。

在现有的铜研磨(Cu CMP)技术中，请参考图2，随着研磨垫的使用时间的增加，会导致研磨达到极限时间后，依然存在铜残留的问题，亦即存在研磨达到研磨时间的上限后，依然存在铜残留。而这一问题存在的根本原因是研磨垫使用时间的增加所导致的使用该研磨垫进行研磨的研磨速率变低，在现有的手段中并不能有效解决这一问题，只能被动地通过减少研磨垫的使用时间来逃避这一问题，而这么做就自然会导致了工艺成本的急剧增加。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是如何采取有效措施和设备避免研磨垫使用时间的增加对研磨速率的不利影响。

为了解决这一技术问题，本实用新型提供了一种化学机械研磨设备，至少包括研磨平台上的研磨垫、研磨浆臂、研磨头和用以检测研磨速率的检测系统，研磨浆液通过所述研磨浆臂供应到所述研磨垫上，所述研磨头由旋转马达驱动旋转，硅片在研磨头与研磨垫间实现研磨，还包括热能系统，所述热能系统一方面与所述研磨浆臂连接，另一方面还与所述旋转马达所在的空间连通，所述热能系统收集所述旋转马达散发的热气体后传输供应至所述研磨浆臂，再通过设在研磨浆臂上的气孔将气体供应到所述研磨垫上。

所述热能系统包括空调系统、气管和空气腔，所述空气腔设在所述研磨浆臂内，所述空气腔与所述气孔连通，所述气管的一端与所述空气腔连接，另一端与所述空调系统的空气出口连接，所述空调系统的空气进口正对所述旋转马达，所述旋转马达散发的热气体依次经过所述空气温度调节器、气管和空气腔后通过所述气孔供应到所述研磨垫上。

所述气管上设有过滤器。

所述气管上设有气流控制器。

所述气管上设有电磁阀。

所述检测系统与空调系统连接，实现信号传输。

所述气孔正对所述研磨垫表面设置。

本实用新型通过热能系统的引入，进而通过温度的变化影响使用研磨垫的研磨速率，这是因为本实施例发现了温度对研磨垫的影响可以改变研磨速率，具体来说，当温度升高时，研磨速率增加，当温度降低时，研磨速率减小。此外，本实用新型通过传输旋转马达所散发的热气体实现研磨垫的温度变化，同时也解决了旋转马达在封闭高温环境中运作所导致的旋转马达寿命降低的问题。故而，本实用新型采取有效措施和设备避免了研磨垫使用时间的增加对研磨速率的不利影响。

附图说明

图1是本实用新型一实施例提供的化学机械研磨设备的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例提供的化学机械研磨设备的效果示意图；

图3是使用本实用新型一实施例提供的化学机械研磨设备的流程示意图；

图中，1-研磨头；2-研磨垫；3-气孔；4-空气腔；5-研磨浆臂；6-电磁阀；7-气流控制器；8-过滤器；9-旋转马达；10-气管；11-空调系统。

具体实施方式

以下将结合图1对本实用新型提供的化学机械研磨设备进行详细的描述，其为本实用新型一可选的实施例，可以认为本领域的技术人员在不改变本实用新型精神和内容的范围内对其进行修改和润色。

请参考图1，本实施例提供了一种化学机械研磨设备，至少包括研磨平台（图未示）上的研磨垫2、研磨浆臂5、研磨头1和用以检测研磨速率的检测系统（ISRM）（图未示），该检测系统（ISRM）设在研磨平台上，本实施例中可通过对硅片的厚度的检测实现研磨速率的检测，亦可通过计算获得研磨所需的时间，在其他可选的实施例中亦可采用其他类型检测系统（ISRM），最终实现研磨速率的检测计算以及研磨所需时间的计算，而不限于本实施例中手段，其亦为本领域技术人员公知的常识，研磨浆液通过所述研磨浆臂5供应到所述研磨垫2上，所述研磨头1由旋转马达9驱动旋转，硅片在研磨头1与研磨垫2间实现研磨，本实施例提供的化学机械研磨设备还包括热能系统，所述热能系统一方面与所述研磨浆臂5连接，另一方面还与所述旋转马达9所在的空间连通，所述热能系统收集所述旋转马达9散发的热气体后传输供应至所述研磨浆臂5，再通过设在研磨浆臂5上的气孔3将气体供应到所述研磨垫2上。

本实施例通过热能系统的引入，进而通过温度的变化影响使用研磨垫2的研磨速率，这是因为本实施例发现了温度对研磨垫2的影响可以改变研磨速率，具体来说，当温度升高时，研磨速率增加，当温度降低时，研磨速率减小，。此外，本实用新型通过传输旋转马达9所散发的热气体实现研磨垫2的温度变化，同时也解决了旋转马达9在封闭高温环境中运作所导致的旋转马达9寿命降低的问题。故而，本实用新型采取有效措施和设备避免了研磨垫2使用时间的增加对研磨速率的不利影响。

所述热能系统包括空调系统11、气管10和空气腔4，所述空气腔4设在所述研磨浆臂5内，亦即在研磨浆臂5内部既包括传输研磨浆所用的浆液空间，也包括传输气体所用的空气腔4，图1中仅图示了空气腔4和气孔3，而忽略了浆液空间，其是为了更好地表述空气腔4与气孔3，而不应视为无浆液空间的设计，所述空气腔4与所述气孔3连通，所述气管10的一端与所述空气腔4连接，另一端与所述空调系统11的空气出口连接，所述空调系统11的空气进口正对所述旋转马达9，所述旋转马达9散发的热气体依次经过所述空气温度调节器11、气管10和空气腔4后通过所述气孔3供应到所述研磨垫2上。所述气孔3正对所述研磨垫2表面设置。

请参考图2，采用了热能系统后，尤其是空调系统11后，可减少研磨所需的时间，避免了铜残留的问题。

在本实施例中，请参考图1，所述气管10上设有过滤器8。所述气管10上还可设有气流控制器7（Air flow controller）,所述气管上还可设有电磁阀（Electromagnetic valve）。

所述检测系统与空调系统11连接，实现信号传输。具体来说，请参考图3，检测系统检测和计算研磨所需的时间，如果该时间达到了机器所设置的研磨时间的上限，亦即所需时间超过了时间的上限，则通过所述空调系统11产生热空气，供应到研磨垫2表面后，加速了研磨速率，减少了所需研磨的时间；如果该时间达到了机器所设置的研磨时间的下限，亦即所需时间小于研磨间的下限，则通过所述空调系统11产生冷空气，供应到研磨垫2表面后，减小了研磨速率，增加了所需研磨的时间；该过程是动态变化的，根据研磨的实际情况对空调系统11的气体供应进行实时控制。

Claims (7)

1.一种化学机械研磨设备，至少包括研磨平台上的研磨垫、研磨浆臂、研磨头和用以检测研磨速率的检测系统，研磨浆液通过所述研磨浆臂供应到所述研磨垫上，所述研磨头由旋转马达驱动旋转，硅片在研磨头与研磨垫间实现研磨，其特征在于：还包括热能系统，所述热能系统一方面与所述研磨浆臂连接，另一方面还与所述旋转马达所在的空间连通，所述热能系统收集所述旋转马达散发的热气体后传输供应至所述研磨浆臂，再通过设在研磨浆臂上的气孔将气体供应到所述研磨垫上。

2.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于：所述热能系统包括空调系统、气管和空气腔，所述空气腔设在所述研磨浆臂内，所述空气腔与所述气孔连通，所述气管的一端与所述空气腔连接，另一端与所述空调系统的空气出口连接，所述空调系统的空气进口正对所述旋转马达，所述旋转马达散发的热气体依次经过所述空气温度调节器、气管和空气腔后通过所述气孔供应到所述研磨垫上。

3.如权利要求2所述的化学机械研磨设备，其特征在于：所述气管上设有过滤器。

4.如权利要求2所述的化学机械研磨设备，其特征在于：所述气管上设有气流控制器。

5.如权利要求2所述的化学机械研磨设备，其特征在于：所述气管上设有电磁阀。

6.如权利要求2所述的化学机械研磨设备，其特征在于：所述检测系统与空调系统连接，实现信号传输。

7.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于：所述气孔正对所述研磨垫表面设置。

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