CN205668203U - 一种化学机械抛光装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种化学机械抛光装置，包括抛光台，抛光台底部设有转轴，抛光台顶面设有研磨垫，研磨垫上方设有抛光头，抛光头底部夹持晶圆，所述研磨垫上对应抛光头设有喷淋口，抛光台内对应喷淋口安装雾化发生器，雾化发生器通过喷淋管路与液罐连接。该化学机械抛光装置对被抛光层的损伤大大降低，还可以减小抛光图形中的凹坑深度，同时还可调节抛光速率，并提高研磨垫的利用率。
Description
技术领域
本实用新型属于晶圆抛光技术领域，特别是涉及一种化学机械抛光装置。
背景技术
化学机械抛光(CMP，Chemical Mechanical Polishing)工艺是一种平坦化工艺，自1990年被引入集成电路制造工艺以来，经过不断实践和发展，已成为推动集成电路技术节点不断缩小的关键工艺。目前，化学机械抛光工艺已经被广泛应用于浅沟槽隔离结构平坦化、多晶硅平坦化、栅电极平坦化、钨塞平坦化和铜互连平坦化等工艺中，还被应用于基底表面上的其他薄膜层的抛光。
图1是现有技术的化学机械抛光装置的剖面结构示意图，所述化学机械抛光装置包括：基座10；位于所述基座10下方与基座10相连的转动轴11；位于基座10表面的研磨垫12；位于研磨垫12边缘表面的修整器13，用于修整磨损的研磨垫12；位于研磨垫12上方的抛光头14；与所述抛光头14相连的轴杆15；设置于抛光头14上的用于固定晶圆17的夹持环16；位于研磨垫12上方的喷嘴18，以及研磨液19。
现有技术的化学机械抛光装置工作时，所述轴杆15对抛光头14提供向下的下压力，将晶圆17的正面按压在研磨垫12上，所述轴杆15带动所述抛光头14沿抛光头14的轴线旋转，同时所述轴杆15带动所述抛光头14在研磨垫12边缘到中心的范围内来回摆动；转动轴11带动基座10及研磨垫12沿研磨垫12的轴线旋转，且旋转方向与抛光头14的旋转方向相反；在化学机械抛光的过程中，研磨液19通过位于研磨垫12上方的喷嘴18被喷淋到研磨垫12表面，晶圆17的表面与研磨液发生化学反应，反应后的产物在研磨垫12的机械研磨作用下被去除，从而实现了晶圆17表面的平坦化。化学机械抛光过程中主要通过调节抛光头的压力以及研磨液的选择性来调节抛光研磨的速率。然而现有的化学机械抛光技术会对被抛光层造成一定的划痕或损伤，或者图形出现凹坑等问题。
因此，如何解决上述技术存在的问题成为了该领域技术人员努力的方向。
实用新型内容
本实用新型的目的就是提供一种化学机械抛光装置，使抛光层的损伤大大降低，减小抛光图形中的凹坑深度，从而完全解决上述现有技术的不足之处。
本实用新型的目的通过下述技术方案来实现：
一种化学机械抛光装置，包括抛光台，抛光台底部设有转轴，抛光台顶面设有研磨垫，研磨垫上方设有抛光头，抛光头底部夹持晶圆，其特征在于：所述研磨垫上对应抛光头设有喷淋口，抛光台内对应喷淋口安装雾化发生器，雾化发生器通过喷淋管路与液罐连接。
作为优选，所述喷淋管路上安装有温度控制器。
作为优选，所述雾化发生器通过喷淋管路与研磨液液罐和去离子水液罐连接，且在两路管路上分别安装有阀门。
作为优选，所述雾化发生器还通过管路连接压缩气源。
作为优选，所述研磨垫上沿圆周方向和径向分别布置多组喷淋口，每一组喷淋口均与抛光头底部夹持的晶圆大小相匹配。
作为优选，所述抛光头与抛光台上对应安装联动触发装置。
作为优选，所述联动触发装置包括激光传感器和激光接收器，所述激光传感器安装在抛光头上，激光接收器安装在研磨垫上的喷淋口旁边。
作为优选，所述整个抛光装置设于一个腔室内。
作为优选，所述腔室底部设有研磨液回收管路与研磨液液罐连接，在研磨液回收管路上安装有过滤装置。
作为优选，所述腔室底部还设有废液排放管路。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：结构简单，设计合理，该化学机械抛光装置对被抛光层的损伤大大降低，还可以减小抛光图形中的凹坑深度，同时还可调节抛光速率，此外也能提高研磨垫的利用率。
附图说明
图1是现有技术的化学机械抛光装置的剖面结构示意图。
图2是本实用新型一种实施例的剖面结构示意图。
图3是本实用新型一种实施例的研磨垫的俯视图。
图4是本实用新型另一种实施例的剖面结构示意图。
图5是本实用新型另一种实施例的研磨垫的俯视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。
如图2和图3所示，一种化学机械抛光装置，包括抛光台20，抛光台20底部设有转轴21，抛光台20顶面设有研磨垫22，研磨垫22上方位于研磨垫22边缘的位置设有修整器23。研磨垫22上方还设有抛光头24，所述抛光头24顶部连接轴杆25，底部通过夹持环26夹持固定晶圆27。所述研磨垫22上对应抛光头24设有喷淋口28，进一步讲，所述研磨垫22上沿圆周方向和径向分别布置多组喷淋口28，每一组喷淋口28均与抛光头24底部夹持的晶圆27大小相匹配。在本实施例中，每一组喷淋口28优选为5个喷淋口28，一个喷淋口28置于中间，其余四个喷淋口28布置在以中间喷淋口28的中心为圆心的一个圆周上。抛光台20内对应喷淋口28安装雾化发生器29，雾化发生器29可以对喷淋液体进行雾化，其功率可调，所述雾化发生器29通过喷淋管路与研磨液液罐213和去离子水液罐214连接，且在两路管路上分别安装有电磁阀215。两路液体根据软件控制可以进行分时复用，液体喷射的压力可以调节。
所述喷淋管路上安装有温度控制器211，可以选择性的对喷淋的液体进行控温处理。
所述整个抛光装置设于一个腔室210内。所述腔室210底部设有研磨液回收管路(图中未画出)与研磨液液罐213连接，在研磨液回收管路上安装有过滤装置(图中未画出)。所述腔室210底部还设有废液排放管路(图中未画出)连接至腔室210外。
该抛光装置的化学抛光工艺过程如下：
轴杆25对抛光头24提供向下的压力，使晶圆27表面与研磨垫22表面非常接近；与所述抛光头24连接的轴杆25带动所述抛光头24沿抛光头24的轴线旋转，同时所述轴杆25带动所述抛光头24在研磨垫22边缘到中心的范围内来回摆动；转轴21带动抛光台20及研磨垫22沿研磨垫22的轴线旋转，且旋转方向与抛光头24的旋转方向相反；而且，所述晶圆27与一组喷淋口28对应，从而保证工艺过程中，喷射的研磨液能够通过喷淋口28喷射到所述晶圆27的被抛光表面；在喷淋口28喷射研磨液的过程中，研磨液将在研磨垫22和晶圆27表面之间形成一层很薄的液膜212，该液膜212不仅可以利用研磨液的化学腐蚀作用对晶圆27的工作面进行化学抛光，还可以避免抛光头24由于压力过大或故障时对晶圆27表面造成划痕或损伤，从而起到一个缓冲作用。
另外，还可以根据实际需要，调整雾化发生器29的功率，从而控制喷淋口28射出的研磨液的粒径大小。该喷射研磨液粒径大小的控制，不仅可以保证喷射到晶圆27表面的研磨液的均匀性，还可以控制研磨速率，因为当粒径较大时，晶圆27表面与研磨垫22表面之间的液膜212厚度相对较厚，这个时候化学作用中伴随的机械作用力相对较小，其研磨速率就降低了；当粒径较小时，晶圆27表面与研磨垫22表面之间的液膜212厚度相对较薄，这个时候化学作用中伴随的机械作用力相对较大，那么研磨速率就增加了。另外，可通过调节研磨液喷射的压力来控制研磨速率。较大的喷射压力，液体对晶圆27的研磨面的冲击力较大，其物理冲击作用增大，可使研磨速率增加，反之，则可使研磨速率降低。另外，还可以根据需要，利用温度控制器211对研磨液进行加热，提高研磨液的温度，也有助于提高研磨速率。在进行研磨液喷射时，研磨液会在离心力的作用下进入腔室210的研磨液回收管路中(图中未画出)，经过过滤装置(图中未画出)后流入研磨液液罐213中继续使用。
当研磨完成后，将抛光头24抬升一定的距离，然后打开去离子水液罐214对应的电磁阀215，关闭研磨液液罐213对应的电磁阀215，去离子水则通过喷淋口28喷射到晶圆27表面，对晶圆27表面进行清洗，这个过程中，晶圆27表面的水会在离心力的作用下进入腔室210的废液排放管路中。
另外，还可以在雾化发生器29上增加一路压缩气体管路(图中未画出)连接压缩气源(图中未画出)，当晶圆27清洗完毕后，利用压缩气体将晶圆27表面的水分吹净，从而实现干进干出的抛光工艺。
此外，根据实际情况，在工艺过程中，可以综合调节雾化发生器29、喷淋口28的喷射压力和温度控制器，分步进行调节。比如，抛光前期，由于研磨层较厚，可以使用较大的喷射压力、稍低的雾化功率来加快研磨速率；当研磨层很薄时，可使用较小的喷射压力、稍大的雾化功率来减缓研磨速率，从而得到平坦无损伤的表面。
参见图4和图5，在另一实施例中，所述抛光头24与抛光台20上对应安装联动触发装置(可以是压电触发，也可以是光电触发等方式)。在本实施例中，所述联动触发装置包括激光传感器40和激光接收器41，所述激光传感器40安装在抛光头24上，激光接收器41安装在研磨垫22上的喷淋口28旁边。
当抛光头24携带的晶圆27转动到研磨垫22上相应位置的时候，该位置附近的喷淋口28就会在联动触发装置的控制下打开喷淋口28，并向晶圆27表面喷射相应的液体(研磨液、去离子水和压缩气体)。在本实施例中，抛光头24上的激光传感器40能够向研磨垫22表面发射激光，研磨垫22上的激光接收器41接收到激光后，控制其附近的喷淋口28打开，向晶圆27表面喷射液体。
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作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种化学机械抛光装置，包括抛光台，抛光台底部设有转轴，抛光台顶面设有研磨垫，研磨垫上方设有抛光头，抛光头底部夹持晶圆，其特征在于：所述研磨垫上对应抛光头设有喷淋口，抛光台内对应喷淋口安装雾化发生器，雾化发生器通过喷淋管路与液罐连接。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光装置，其特征在于：所述喷淋管路上安装有温度控制器。
3.根据权利要求2所述的化学机械抛光装置，其特征在于：所述雾化发生器通过喷淋管路与研磨液液罐和去离子水液罐连接，且在两路管路上分别安装有阀门。
4.根据权利要求3所述的化学机械抛光装置，其特征在于：所述雾化发生器还通过管路连接压缩气源。
5.根据权利要求1-4任一项所述的化学机械抛光装置，其特征在于：所述研磨垫上沿圆周方向和径向分别布置多组喷淋口，每一组喷淋口均与抛光头底部夹持的晶圆大小相匹配。
6.根据权利要求5所述的化学机械抛光装置，其特征在于：所述抛光头与抛光台上对应安装联动触发装置。
7.根据权利要求6所述的化学机械抛光装置，其特征在于：所述联动触发装置包括激光传感器和激光接收器，所述激光传感器安装在抛光头上，激光接收器安装在研磨垫上的喷淋口旁边。
8.根据权利要求6所述的化学机械抛光装置，其特征在于：所述整个抛光装置设于一个腔室内。
9.根据权利要求8所述的化学机械抛光装置，其特征在于：所述腔室底部设有研磨液回收管路与研磨液液罐连接，在研磨液回收管路上安装有过滤装置。
10.根据权利要求9所述的化学机械抛光装置，其特征在于：所述腔室底部还设有废液排放管路。
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