CN204149005U - 化学机械研磨装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种化学机械研磨装置，包括研磨平台及设置于所述研磨平台上方的研磨头，所述研磨平台表面铺设有研磨垫；所述研磨平台的侧边设置有一研磨液收集器，所述研磨液收集器通过一研磨液流通管与一激光粒度分析仪连接，所述研磨液流通管穿通所述激光粒度分析仪；所述化学机械研磨装置还包括一分别与所述研磨平台、研磨头及激光粒度分析仪连接的研磨控制系统。本实用新型能够实时测量正在使用的研磨液中大颗粒的水平，并立即反馈至化学机械研磨机台控制系统，从而及时报警并停止研磨，晶圆遭遇CMP划痕的机会将大大减少，从而使得半导体晶圆良率提高。

Description

化学机械研磨装置

技术领域

本实用新型属于半导体制造领域，涉及一种化学机械研磨装置。

背景技术

在半导体的生产工艺中，经常需要进行化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)工艺，化学机械研磨也称为化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization)。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的研磨表面接触，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。

请参阅图1，其是现有的研磨装置的结构示意图，现有的研磨装置，包括一上面铺设研磨垫101(pad)的研磨平台102(platen)、研磨头103(head)以及研磨液供应结构104，进行研磨工艺时，将要研磨的晶圆105附着在研磨头103上，该晶圆105的待研磨面向下并接触相对旋转的研磨垫101，研磨头103提供的下压力将该晶圆105紧压到研磨垫101上，所述研磨垫101是粘贴于研磨平台102上，当该研磨平台102在马达的带动下旋转时，研磨头103也进行相应运动；同时，研磨液106(slurry)通过研磨液供应结构104输送到研磨垫101上，并通过离心力均匀地分布在研磨垫101上。

随着先进工艺不断提高的要求，减少化学机械研磨产生的划痕显得愈发重要。化学机械研磨过程中使用的研磨液中的大颗粒是CMP划痕的一种主要来源。这些大颗粒是由各种原因引起的，如晶片剥离、金刚石修整盘上掉落的金刚石颗粒、研磨液输送系统产生的干研磨液颗粒等。传统的化学机械研磨装置没有针对研磨液大颗粒的检测系统，因此，它不能实时检测研磨液中的大颗粒并立即报警。目前，只在化学机械研磨之后才使用晶片检测或扫描法来检测划痕，一旦检测到划痕，很多晶圆已经通过了有问题的抛光系统而遭受划痕，为时已晚，导致良率下降。

因此，提供一种新的化学机械研磨装置以解决上述问题实属必要。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种化学机械研磨装置，用于解决现有技术中不能实时监控研磨液状态，导致晶圆划伤、良率降低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种化学机械研磨装置，包括研磨平台及设置于所述研磨平台上方的研磨头，所述研磨平台表面铺设有研磨垫；所述研磨平台的侧边设置有一研磨液收集器，所述研磨液收集器通过一研磨液流通管与一激光粒度分析仪连接，所述研磨液流通管穿通所述激光粒度分析仪；所述化学机械研磨装置还包括一分别与所述研磨平台、研磨头及激光粒度分析仪连接的研磨控制系统。

可选地，所述激光粒度分析仪包括依次排布的激光器、显微物镜、针孔、准直镜、傅里叶透镜、光电探测器阵列及信号放大器；所述研磨液流通管穿过所述准直镜与所述傅里叶透镜之间的空隙；所述信号放大器与所述研磨控制系统连接。

可选地，所述研磨液流通管的材质为透明玻璃。

可选地，所述化学机械研磨装置还设置有一报警装置，用于当检测到研磨液中大颗粒水平超过预设值时发出警报。

可选地，所述研磨液流通管连通于所述研磨液收集器底部。

可选地，所述研磨液流通管穿通所述激光粒度分析仪侧壁，并穿通所述激光粒度分析仪底部露出出口。

可选地，所述激光粒度分析仪的粒度分析范围是0.1～10000微米。

可选地，所述激光粒度分析仪能接收到的颗粒散射光的散射角范围是0～150°。

可选地，所述研磨液收集器为一顶部开口的收容腔体。

可选地，所述研磨液收集器与所述研磨平台的侧边通过卡固、粘附或焊接方式连接。

如上所述，本实用新型的化学机械研磨装置，具有以下有益效果：本实用新型提出了一种研磨液大颗粒的原位检测系统，能够测量正在使用的研磨液中大颗粒的水平，并立即反馈至化学机械研磨机台控制系统。在这种方式中，一旦研磨液中大颗粒的水平超过其控制上限值，化学机械研磨装置将及时报警并停止研磨。晶圆遭遇CMP划痕的机会将大大减少，从而使得半导体晶圆良率提高。

附图说明

图1显示为现有技术中化学机械研磨机台的结构示意图。

图2显示为本实用新型的化学机械研磨机台的结构示意图。

图3显示为研磨液收集器设置于研磨平台侧边时的俯视图。

图4显示为激光粒度分析仪的光路图。

图5显示为光在行进中遇到大颗粒时的散射示意图。

图6显示为光在行进中遇到小颗粒时的散射示意图。

元件标号说明

101,201  研磨垫

102,202  研磨平台

103,203  研磨头

104,204  研磨液供应结构

105,205  晶圆

106,206  研磨液

207      研磨液收集器

208      研磨液流通管

209      激光粒度分析仪

210      研磨控制系统

211      激光器

212      显微物镜

213      针孔

214      准直镜

215      傅里叶透镜

216      光电探测器阵列

217      信号放大器

218      研磨液颗粒

219      入射光

220      散射光

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图2至图6。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

请参阅图2，本实用新型提供一种化学机械研磨装置，包括研磨平台202及设置于所述研磨平台202上方的研磨头203，所述研磨平台202表面铺设有研磨垫201；所述研磨平台202的侧边设置有一研磨液收集器207，所述研磨液收集器207通过一研磨液流通管208与一激光粒度分析仪209连接，所述研磨液流通管209穿通所述激光粒度分析仪208；所述化学机械研磨装置还包括一分别与所述研磨平台202、研磨头203及激光粒度分析仪209连接的研磨控制系统210。

具体的，所述化学机械研磨装置还进一步包括研磨液供应结构204，用于向研磨垫201表面提供研磨液206。当要对晶圆进行研磨时，将要研磨的晶圆205附着在研磨头203上，该晶圆205的待研磨面向下并接触相对旋转的研磨垫201，研磨头203提供的下压力将该晶圆205紧压到研磨垫201上，所述研磨垫201是粘贴于研磨平台202上，当该研磨平台202在马达的带动下旋转时，研磨头203也进行相应运动；同时，研磨液206(slurry)通过研磨液供应结构204输送到研磨垫201上，并通过离心力均匀地分布在研磨垫201上，用过的研磨液从研磨垫201边缘流出。

具体的，所述研磨液收集器207设置于所述研磨平台202的侧边，用于收集研磨过程中从研磨垫201边缘流下的研磨液206。所述研磨液收集器207为一顶部开口的收容腔体，可通过卡固、粘附或焊接等方式连接于所述研磨平台的侧边。

请参阅图3，显示为所述研磨液收集器207设置于研磨平台202侧边时的俯视图。本实施例中，所述研磨液收容装置207由弧形侧边及底部围成收容腔体，在其它实施例中，所述研磨液收容装置207也可以为其它形态，如具有方形侧边，或整体为圆弧形槽状等，所述研磨液收容装置207绕所述研磨平台侧边的长度也可以根据需要适当调整，可长可短，只要满足能够收集研磨时留下的研磨液即可，此处不应过分限制本实用新型的保护范围。

具体的，所述研磨液流通管208为透明材质，如玻璃、树脂等，本实施例中，所述研磨液流通管优选采用透明玻璃，以利于激光透过，对其中的研磨液进行粒度分析。所述研磨液流通管208连通于所述研磨液收集器207底部，用于将所述研磨液收集器207收集的研磨液输送至所述激光粒度分析仪209。所述研磨液流通管208穿通所述激光粒度分析仪209侧壁，并穿通所述激光粒度分析仪209底部露出出口，将分析完毕的研磨液排出。该研磨液流通管出口可进一步连接于一研磨液排出装置的管道，此处未予图示。

请参阅图4，显示为激光粒度分析仪的光路图。具体的，所述激光粒度分析仪包括依次排布的激光器211、显微物镜212、针孔213、准直镜214、傅里叶透镜215、光电探测器阵列216及信号放大器217；所述研磨液流通管208穿过所述准直镜214与所述傅里叶透镜215之间的空隙，研磨液颗粒218从所述研磨液流通管208中流过，从而被所述激光粒度分析仪分析；所述信号放大器217与所述研磨控制系统连接，将测得的研磨液粒度信息传送给所述研磨控制系统。

具体的，激光粒度分析仪是根据光的散射原理测量粉颗粒大小的，具有测量的动态范围大、测量速度快、操作方便等优点，是一种适用面较广的粒度仪，原则上可以用于测量各种固体粉末、乳液颗粒、雾滴的粒度分布。现实的仪器一般根据具体的用途作具体的设计。

光在行进中遇到微小颗粒时，会发生散射。大颗粒的散射角较小，小颗粒的散射角较大。请参阅图5及图6，显示为入射光219入射到研磨液颗粒218时形成散射光220，其中，图5显示为光在行进中遇到大颗粒时散射角较小的示意图。图6显示为光在行进中遇到小颗粒时散射较大的示意图。仪器能接收的散射角越大，则仪器的测量下线就越低。本实施例中，所述激光粒度分析仪208的粒度分析范围是0.1～10000微米，其能接收到的颗粒散射光的散射角范围是0～150°。

具体的，所述化学机械研磨装置还设置有一报警装置，用于当检测到研磨液中大颗粒水平超过预设值时发出警报。所述报警装置连接于所述研磨控制系统210(此处未予图示)，可以为声光报警装置或其它报警装置。

因为化学机械研磨是借助超微粒子(例如二氧化硅粒子，氧化铝粒子)的研磨作用以及研磨液的腐蚀作用对待研磨器件进行研磨。随着研磨过程的进行，所述研磨液的成分会发生变化，如晶片剥离、金刚石修整盘上掉落的金刚石颗粒、研磨液输送系统产生的干研磨液颗粒等均可使研磨液中的大颗粒数量超标，造成晶片划痕。本实用新型的化学机械研磨装置可以收集研磨过程中流下的研磨液，并通过激光粒度分析仪进行实时分析并将结果传送至所述研磨控制系统，一旦发现研磨液中的大颗粒水平超过预设值，则可通过所述报警装置报警，同时所述研磨控制系统可以停止所述研磨平台及所述研磨头的旋转，使得研磨过程停止，以便于采取措施来解决研磨液的大颗粒问题。在此过程中，可采用试验晶圆进行研磨，并继续采用所述激光粒度分析仪进行研磨液的粒度测量，当监测到研磨液中的大颗粒水平正常，即可采用正常晶圆进行研磨，恢复正常工艺流程。

综上所述，本实用新型提出了一种研磨液大颗粒的原位检测系统，能够测量正在使用的研磨液中大颗粒的水平，并立即反馈至化学机械研磨机台控制系统。在这种方式中，一旦研磨液中大颗粒的水平超过其控制上限值，化学机械研磨装置将及时报警并停止研磨。晶圆遭遇CMP划痕的机会将大大减少，从而使得半导体晶圆良率提高。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种化学机械研磨装置，包括研磨平台及设置于所述研磨平台上方的研磨头，所述研磨平台表面铺设有研磨垫，其特征在于：所述研磨平台的侧边设置有一研磨液收集器，所述研磨液收集器通过一研磨液流通管与一激光粒度分析仪连接，所述研磨液流通管穿通所述激光粒度分析仪；所述化学机械研磨装置还包括一分别与所述研磨平台、研磨头及激光粒度分析仪连接的研磨控制系统。

2.根据权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于：所述激光粒度分析仪包括依次排布的激光器、显微物镜、针孔、准直镜、傅里叶透镜、光电探测器阵列及信号放大器；所述研磨液流通管穿过所述准直镜与所述傅里叶透镜之间的空隙；所述信号放大器与所述研磨控制系统连接。

3.根据权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于：所述研磨液流通管的材质为透明玻璃。

4.根据权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于：所述化学机械研磨装置还设置有一报警装置，用于当检测到研磨液中大颗粒水平超过预设值时发出警报。

5.根据权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于：所述研磨液流通管连通于所述研磨液收集器底部。

6.根据权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于：所述研磨液流通管穿通所述激光粒度分析仪侧壁，并穿通所述激光粒度分析仪底部露出出口。

7.根据权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于：所述激光粒度分析仪的粒度分析范围是0.1～10000微米。

8.根据权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于：所述激光粒度分析仪能接收到的颗粒散射光的散射角范围是0～150°。

9.根据权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于：所述研磨液收集器为一顶部开口的收容腔体。

10.根据权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于：所述研磨液收集器与所述研磨平台的侧边通过卡固、粘附或焊接方式连接。