化學(xué)機(jī)械研磨裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種化學(xué)機(jī)械研磨裝置，包括研磨平臺及設(shè)置于所述研磨平臺上方的研磨頭，所述研磨平臺表面鋪設(shè)有研磨墊；所述研磨平臺的側(cè)邊設(shè)置有一研磨液收集器，所述研磨液收集器通過一研磨液流通管與一激光粒度分析儀連接，所述研磨液流通管穿通所述激光粒度分析儀；所述化學(xué)機(jī)械研磨裝置還包括一分別與所述研磨平臺、研磨頭及激光粒度分析儀連接的研磨控制系統(tǒng)。本實用新型能夠?qū)崟r測量正在使用的研磨液中大顆粒的水平，并立即反饋至化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺控制系統(tǒng)，從而及時報警并停止研磨，晶圓遭遇CMP劃痕的機(jī)會將大大減少，從而使得半導(dǎo)體晶圓良率提高。
【專利說明】化學(xué)機(jī)械研磨裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，涉及一種化學(xué)機(jī)械研磨裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體的生產(chǎn)工藝中，經(jīng)常需要進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨(Chemical MechanicalPolishing, CMP)工藝，化學(xué)機(jī)械研磨也稱為化學(xué)機(jī)械平坦化(Chemical MechanicalPlanarizat1n)?；瘜W(xué)機(jī)械研磨工藝是一個復(fù)雜的工藝過程,它是將晶圓表面與研磨墊的研磨表面接觸，然后，通過晶圓表面與研磨表面之間的相對運(yùn)動將晶圓表面平坦化，通常采用化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備，也稱為研磨機(jī)臺或拋光機(jī)臺來進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝。
[0003]請參閱圖1，其是現(xiàn)有的研磨裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，現(xiàn)有的研磨裝置，包括一上面鋪設(shè)研磨墊101 (pad)的研磨平臺102 (platen)、研磨頭103 (head)以及研磨液供應(yīng)結(jié)構(gòu)104,進(jìn)行研磨工藝時，將要研磨的晶圓105附著在研磨頭103上，該晶圓105的待研磨面向下并接觸相對旋轉(zhuǎn)的研磨墊101，研磨頭103提供的下壓力將該晶圓105緊壓到研磨墊101上，所述研磨墊101是粘貼于研磨平臺102上，當(dāng)該研磨平臺102在馬達(dá)的帶動下旋轉(zhuǎn)時,研磨頭103也進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)動；同時，研磨液106 (slurry)通過研磨液供應(yīng)結(jié)構(gòu)104輸送到研磨墊101上，并通過離心力均勻地分布在研磨墊101上。
[0004]隨著先進(jìn)工藝不斷提高的要求，減少化學(xué)機(jī)械研磨產(chǎn)生的劃痕顯得愈發(fā)重要。化學(xué)機(jī)械研磨過程中使用的研磨液中的大顆粒是CMP劃痕的一種主要來源。這些大顆粒是由各種原因引起的，如晶片剝離、金剛石修整盤上掉落的金剛石顆粒、研磨液輸送系統(tǒng)產(chǎn)生的干研磨液顆粒等。傳統(tǒng)的化學(xué)機(jī)械研磨裝置沒有針對研磨液大顆粒的檢測系統(tǒng)，因此，它不能實時檢測研磨液中的大顆粒并立即報警。目前，只在化學(xué)機(jī)械研磨之后才使用晶片檢測或掃描法來檢測劃痕，一旦檢測到劃痕，很多晶圓已經(jīng)通過了有問題的拋光系統(tǒng)而遭受劃痕，為時已晚，導(dǎo)致良率下降。
[0005]因此，提供一種新的化學(xué)機(jī)械研磨裝置以解決上述問題實屬必要。
實用新型內(nèi)容
[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本實用新型的目的在于提供一種化學(xué)機(jī)械研磨裝置，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中不能實時監(jiān)控研磨液狀態(tài)，導(dǎo)致晶圓劃傷、良率降低的問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本實用新型提供一種化學(xué)機(jī)械研磨裝置，包括研磨平臺及設(shè)置于所述研磨平臺上方的研磨頭，所述研磨平臺表面鋪設(shè)有研磨墊；所述研磨平臺的側(cè)邊設(shè)置有一研磨液收集器，所述研磨液收集器通過一研磨液流通管與一激光粒度分析儀連接，所述研磨液流通管穿通所述激光粒度分析儀；所述化學(xué)機(jī)械研磨裝置還包括一分別與所述研磨平臺、研磨頭及激光粒度分析儀連接的研磨控制系統(tǒng)。
[0008]可選地，所述激光粒度分析儀包括依次排布的激光器、顯微物鏡、針孔、準(zhǔn)直鏡、傅里葉透鏡、光電探測器陣列及信號放大器；所述研磨液流通管穿過所述準(zhǔn)直鏡與所述傅里葉透鏡之間的空隙；所述信號放大器與所述研磨控制系統(tǒng)連接。
[0009]可選地，所述研磨液流通管的材質(zhì)為透明玻璃。
[0010]可選地，所述化學(xué)機(jī)械研磨裝置還設(shè)置有一報警裝置，用于當(dāng)檢測到研磨液中大顆粒水平超過預(yù)設(shè)值時發(fā)出警報。
[0011]可選地，所述研磨液流通管連通于所述研磨液收集器底部。
[0012]可選地，所述研磨液流通管穿通所述激光粒度分析儀側(cè)壁，并穿通所述激光粒度分析儀底部露出出口。
[0013]可選地，所述激光粒度分析儀的粒度分析范圍是0.1?10000微米。
[0014]可選地，所述激光粒度分析儀能接收到的顆粒散射光的散射角范圍是O?150°。
[0015]可選地，所述研磨液收集器為一頂部開口的收容腔體。
[0016]可選地，所述研磨液收集器與所述研磨平臺的側(cè)邊通過卡固、粘附或焊接方式連接。
[0017]如上所述，本實用新型的化學(xué)機(jī)械研磨裝置，具有以下有益效果:本實用新型提出了一種研磨液大顆粒的原位檢測系統(tǒng)，能夠測量正在使用的研磨液中大顆粒的水平，并立即反饋至化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺控制系統(tǒng)。在這種方式中，一旦研磨液中大顆粒的水平超過其控制上限值，化學(xué)機(jī)械研磨裝置將及時報警并停止研磨。晶圓遭遇CMP劃痕的機(jī)會將大大減少，從而使得半導(dǎo)體晶圓良率提聞。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1顯示為現(xiàn)有技術(shù)中化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2顯示為本實用新型的化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3顯示為研磨液收集器設(shè)置于研磨平臺側(cè)邊時的俯視圖。
[0021]圖4顯示為激光粒度分析儀的光路圖。
[0022]圖5顯示為光在行進(jìn)中遇到大顆粒時的散射示意圖。
[0023]圖6顯示為光在行進(jìn)中遇到小顆粒時的散射示意圖。
[0024]元件標(biāo)號說明
[0025]101, 201 研磨墊
[0026]102, 202 研磨平臺
[0027]103, 203 研磨頭
[0028]104, 204研磨液供應(yīng)結(jié)構(gòu)
[0029]105, 205 晶圓
[0030]106, 206 研磨液
[0031]207 研磨液收集器
[0032]208研磨液流通管
[0033]209激光粒度分析儀
[0034]210研磨控制系統(tǒng)
[0035]211激光器
[0036]212顯微物鏡
[0037]213針孔
[0038]214 準(zhǔn)直鏡
[0039]215傅里葉透鏡
[0040]216光電探測器陣列
[0041]217信號放大器
[0042]218研磨液顆粒
[0043]219入射光
[0044]220散射光

【具體實施方式】
[0045]以下由特定的具體實施例說明本實用新型的實施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實用新型的其他優(yōu)點及功效。
[0046]請參閱圖2至圖6。須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本實用新型可實施的限定條件，故不具技術(shù)上的實質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本實用新型所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本實用新型所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本實用新型可實施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本實用新型可實施的范疇。
[0047]請參閱圖2，本實用新型提供一種化學(xué)機(jī)械研磨裝置，包括研磨平臺202及設(shè)置于所述研磨平臺202上方的研磨頭203，所述研磨平臺202表面鋪設(shè)有研磨墊201 ;所述研磨平臺202的側(cè)邊設(shè)置有一研磨液收集器207，所述研磨液收集器207通過一研磨液流通管208與一激光粒度分析儀209連接，所述研磨液流通管209穿通所述激光粒度分析儀208 ；所述化學(xué)機(jī)械研磨裝置還包括一分別與所述研磨平臺202、研磨頭203及激光粒度分析儀209連接的研磨控制系統(tǒng)210。
[0048]具體的,所述化學(xué)機(jī)械研磨裝置還進(jìn)一步包括研磨液供應(yīng)結(jié)構(gòu)204,用于向研磨墊201表面提供研磨液206。當(dāng)要對晶圓進(jìn)行研磨時，將要研磨的晶圓205附著在研磨頭203上，該晶圓205的待研磨面向下并接觸相對旋轉(zhuǎn)的研磨墊201，研磨頭203提供的下壓力將該晶圓205緊壓到研磨墊201上，所述研磨墊201是粘貼于研磨平臺202上，當(dāng)該研磨平臺202在馬達(dá)的帶動下旋轉(zhuǎn)時,研磨頭203也進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)動；同時,研磨液206 (slurry)通過研磨液供應(yīng)結(jié)構(gòu)204輸送到研磨墊201上，并通過離心力均勻地分布在研磨墊201上，用過的研磨液從研磨墊201邊緣流出。
[0049]具體的，所述研磨液收集器207設(shè)置于所述研磨平臺202的側(cè)邊，用于收集研磨過程中從研磨墊201邊緣流下的研磨液206。所述研磨液收集器207為一頂部開口的收容腔體，可通過卡固、粘附或焊接等方式連接于所述研磨平臺的側(cè)邊。
[0050]請參閱圖3,顯示為所述研磨液收集器207設(shè)置于研磨平臺202側(cè)邊時的俯視圖。本實施例中，所述研磨液收容裝置207由弧形側(cè)邊及底部圍成收容腔體，在其它實施例中，所述研磨液收容裝置207也可以為其它形態(tài)，如具有方形側(cè)邊，或整體為圓弧形槽狀等，所述研磨液收容裝置207繞所述研磨平臺側(cè)邊的長度也可以根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)整，可長可短，只要滿足能夠收集研磨時留下的研磨液即可，此處不應(yīng)過分限制本實用新型的保護(hù)范圍。
[0051]具體的，所述研磨液流通管208為透明材質(zhì)，如玻璃、樹脂等，本實施例中，所述研磨液流通管優(yōu)選采用透明玻璃，以利于激光透過，對其中的研磨液進(jìn)行粒度分析。所述研磨液流通管208連通于所述研磨液收集器207底部，用于將所述研磨液收集器207收集的研磨液輸送至所述激光粒度分析儀209。所述研磨液流通管208穿通所述激光粒度分析儀209側(cè)壁，并穿通所述激光粒度分析儀209底部露出出口，將分析完畢的研磨液排出。該研磨液流通管出口可進(jìn)一步連接于一研磨液排出裝置的管道，此處未予圖示。
[0052]請參閱圖4，顯示為激光粒度分析儀的光路圖。具體的，所述激光粒度分析儀包括依次排布的激光器211、顯微物鏡212、針孔213、準(zhǔn)直鏡214、傅里葉透鏡215、光電探測器陣列216及信號放大器217 ;所述研磨液流通管208穿過所述準(zhǔn)直鏡214與所述傅里葉透鏡215之間的空隙，研磨液顆粒218從所述研磨液流通管208中流過，從而被所述激光粒度分析儀分析；所述信號放大器217與所述研磨控制系統(tǒng)連接，將測得的研磨液粒度信息傳送給所述研磨控制系統(tǒng)。
[0053]具體的，激光粒度分析儀是根據(jù)光的散射原理測量粉顆粒大小的，具有測量的動態(tài)范圍大、測量速度快、操作方便等優(yōu)點，是一種適用面較廣的粒度儀，原則上可以用于測量各種固體粉末、乳液顆粒、霧滴的粒度分布?，F(xiàn)實的儀器一般根據(jù)具體的用途作具體的設(shè)計。
[0054]光在行進(jìn)中遇到微小顆粒時，會發(fā)生散射。大顆粒的散射角較小，小顆粒的散射角較大。請參閱圖5及圖6，顯示為入射光219入射到研磨液顆粒218時形成散射光220，其中，圖5顯示為光在行進(jìn)中遇到大顆粒時散射角較小的示意圖。圖6顯示為光在行進(jìn)中遇到小顆粒時散射較大的示意圖。儀器能接收的散射角越大，則儀器的測量下線就越低。本實施例中，所述激光粒度分析儀208的粒度分析范圍是0.1?10000微米，其能接收到的顆粒散射光的散射角范圍是O?150°。
[0055]具體的，所述化學(xué)機(jī)械研磨裝置還設(shè)置有一報警裝置，用于當(dāng)檢測到研磨液中大顆粒水平超過預(yù)設(shè)值時發(fā)出警報。所述報警裝置連接于所述研磨控制系統(tǒng)210 (此處未予圖示)，可以為聲光報警裝置或其它報警裝置。
[0056]因為化學(xué)機(jī)械研磨是借助超微粒子(例如二氧化硅粒子，氧化鋁粒子)的研磨作用以及研磨液的腐蝕作用對待研磨器件進(jìn)行研磨。隨著研磨過程的進(jìn)行，所述研磨液的成分會發(fā)生變化，如晶片剝離、金剛石修整盤上掉落的金剛石顆粒、研磨液輸送系統(tǒng)產(chǎn)生的干研磨液顆粒等均可使研磨液中的大顆粒數(shù)量超標(biāo)，造成晶片劃痕。本實用新型的化學(xué)機(jī)械研磨裝置可以收集研磨過程中流下的研磨液，并通過激光粒度分析儀進(jìn)行實時分析并將結(jié)果傳送至所述研磨控制系統(tǒng)，一旦發(fā)現(xiàn)研磨液中的大顆粒水平超過預(yù)設(shè)值，則可通過所述報警裝置報警，同時所述研磨控制系統(tǒng)可以停止所述研磨平臺及所述研磨頭的旋轉(zhuǎn)，使得研磨過程停止，以便于采取措施來解決研磨液的大顆粒問題。在此過程中，可采用試驗晶圓進(jìn)行研磨，并繼續(xù)采用所述激光粒度分析儀進(jìn)行研磨液的粒度測量，當(dāng)監(jiān)測到研磨液中的大顆粒水平正常，即可采用正常晶圓進(jìn)行研磨，恢復(fù)正常工藝流程。
[0057]綜上所述，本實用新型提出了一種研磨液大顆粒的原位檢測系統(tǒng)，能夠測量正在使用的研磨液中大顆粒的水平，并立即反饋至化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺控制系統(tǒng)。在這種方式中，一旦研磨液中大顆粒的水平超過其控制上限值，化學(xué)機(jī)械研磨裝置將及時報警并停止研磨。晶圓遭遇CMP劃痕的機(jī)會將大大減少，從而使得半導(dǎo)體晶圓良率提高。所以，本實用新型有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0058]上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新型。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本實用新型的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種化學(xué)機(jī)械研磨裝置，包括研磨平臺及設(shè)置于所述研磨平臺上方的研磨頭，所述研磨平臺表面鋪設(shè)有研磨墊，其特征在于:所述研磨平臺的側(cè)邊設(shè)置有一研磨液收集器，所述研磨液收集器通過一研磨液流通管與一激光粒度分析儀連接，所述研磨液流通管穿通所述激光粒度分析儀；所述化學(xué)機(jī)械研磨裝置還包括一分別與所述研磨平臺、研磨頭及激光粒度分析儀連接的研磨控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨裝置，其特征在于:所述激光粒度分析儀包括依次排布的激光器、顯微物鏡、針孔、準(zhǔn)直鏡、傅里葉透鏡、光電探測器陣列及信號放大器；所述研磨液流通管穿過所述準(zhǔn)直鏡與所述傅里葉透鏡之間的空隙；所述信號放大器與所述研磨控制系統(tǒng)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨裝置，其特征在于:所述研磨液流通管的材質(zhì)為透明玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨裝置，其特征在于:所述化學(xué)機(jī)械研磨裝置還設(shè)置有一報警裝置，用于當(dāng)檢測到研磨液中大顆粒水平超過預(yù)設(shè)值時發(fā)出警報。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨裝置，其特征在于:所述研磨液流通管連通于所述研磨液收集器底部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨裝置，其特征在于:所述研磨液流通管穿通所述激光粒度分析儀側(cè)壁，并穿通所述激光粒度分析儀底部露出出口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨裝置，其特征在于:所述激光粒度分析儀的粒度分析范圍是0.1?10000微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨裝置，其特征在于:所述激光粒度分析儀能接收到的顆粒散射光的散射角范圍是O?150°。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨裝置，其特征在于:所述研磨液收集器為一頂部開口的收容腔體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)機(jī)械研磨裝置，其特征在于:所述研磨液收集器與所述研磨平臺的側(cè)邊通過卡固、粘附或焊接方式連接。
【文檔編號】B24B37/005GK204149005SQ201420600039
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】陳楓 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司