研磨頭及化學機械研磨機臺制造技術

本發明專利技術提供了一種研磨頭，與晶片接觸的表面為圓形，所述圓形表面具有大于5個相對獨立的區域，各個區域與相應的氣動裝置連接，由所述氣動裝置為研磨頭各個區域提供壓力。本發明專利技術還提供了一種包含上述研磨頭的化學機械研磨機臺。采用本發明專利技術的裝置有效提高了研磨晶片的均勻性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及化學機械研磨領域，特別涉及一種研磨頭及化學機械研磨機臺。
技術介紹
目前，隨著電子設備的廣泛應用，半導體的制造工藝得到了飛速的發展，在半導體的制造流程中，涉及化學機械研磨工藝(CMP)。晶片(wafer)的平坦化制作工藝都是依賴化學機械研磨機臺來完成，化學機械研磨機臺可用于各種材料的研磨，例如實現對多晶硅、 銅、鎢、淺溝槽隔離(STI)、層間介質層(ILD)或金屬間介質層(IMD)等的研磨。現有化學機械研磨機臺的剖面結構示意圖，如圖1所示。該機臺包括研磨臺101、研磨墊(pad) 102和研磨頭103。研磨臺101承載研磨墊102，當進行研磨時，首先將待研磨的晶片W架設在研磨頭103上，使晶片W的待研磨面與旋轉的研磨墊102對向配置，此時，在研磨墊102上可提供由研磨粒和化學助劑所構成的研漿(slurry)；接著，研磨頭103提供給晶片W可控制的負載如壓力，而將晶片W的待研磨面緊壓于研磨墊102上，隨著晶片與研磨墊之間的相對運動，以及研磨墊上研漿的噴灑，實現對晶片的研磨，形成晶片平坦的表面。現有技術中研磨頭具有圓形表面，以圓形表面的中心為圓心畫同心圓，將圓形表面分為5個區域(區域1-5)，仰視結構示意圖如圖2所示。每個區域相對獨立，每個區域與相應的氣動裝置(圖中未示)相連接，氣動裝置通過研磨頭給晶片提供壓力。由于研磨頭的設計結構限制，晶片在研磨頭相同的壓力作用下，晶片外圍區域受壓較小，研磨速率慢， 為使晶片各區域研磨速率趨于一致，對各區域氣動裝置的壓力初設值是不相同的。開始進行研磨時，各氣動裝置根據各自的壓力初設值通過研磨頭的各區域給晶片提供壓力，隨著時間的增加，晶片的厚度逐漸減少，厚度傳感器實時檢測晶片各區域的平均厚度，以中間區域(區域幻的平均厚度為標準，當其他區域的平均厚度與中間區域平均厚度有差異時，將該差異輸出給微處理器，微處理器指示與該區域連接的氣動裝置進行壓力調整，當該區域的平均厚度達到中間區域的平均厚度時，與該區域連接的氣動裝置壓力回到初設值。在中間區域的平均厚度達到終點目標值時，停止CMP。每片wafer包括多個曝光單元(shot)，整片wafer上每個shot之間的圖案是相同的，即將wafer劃分為若干個具有周期性結構的shot，一個shot內又包括多個晶粒(die)， 現有技術中研磨頭一個區域可能覆蓋晶片的多個晶粒die，當該區域中的某一個或者多個 die的厚度出現差異時，研磨頭是無法針對各個die進行調壓，從而改變厚度差異的，也就是說現有技術中研磨頭的研磨均勻性還有待于提高。
技術實現思路
本專利技術提供了一種研磨頭及化學機械研磨機臺，有效提高了研磨晶片的均勻性。為達到上述目的，本專利技術的技術方案具體是這樣實現的本專利技術公開了一種研磨頭，與晶片接觸的表面為圓形，所述圓形表面具有大于5 個相對獨立的區域，各個區域與相應的氣動裝置連接，由所述氣動裝置為研磨頭各個區域3提供壓力。以所述圓形表面的中心為圓心畫大于4個的同心圓，將研磨頭表面劃分為具有大于5個相對獨立的區域，每個獨立區域由相應的氣動裝置提供壓力；所述區域包括位于研磨頭表面中央的圓形區域和其他環形區域；其中，每個環形區域的寬度沿研磨頭圓形表面的圓心到圓周的徑向方向按預定寬度逐漸變窄。所述圓形表面具有按象限劃分的4個獨立區域；以所述圓形表面的中心為圓心畫不小于4個的同心圓，將所述具有4個獨立區域的圓形表面再次劃分為多個相對獨立的區域，每個獨立區域由相應的氣動裝置提供壓力；以圓形表面的中心為圓心畫同心圓時，圓形表面包括位于研磨頭表面中央的圓形區域和其他環形區域；其中，每個環形區域的寬度沿研磨頭圓形表面的圓心到圓周的徑向方向按預定寬度逐漸變窄。本專利技術還公開了一種包括上述研磨頭的化學機械研磨機臺。由上述的技術方案可見，本專利技術將研磨頭表面分為至少大于5個相對獨立的區域，每個區域由相應的氣動裝置控制，研磨頭表面與晶片表面相對應，從而可以控制施加在晶片上更小區域內的壓力，提高了晶片上單位面積內的壓力控制精度，實現了晶片研磨均勻性的進一步提高。附圖說明圖1為現有化學機械研磨機臺的剖面結構示意圖；圖2為現有研磨頭表面的仰視結構示意圖；圖3為本專利技術第一實施例的研磨頭表面仰視示意圖；圖4為本專利技術優選實施例的研磨頭表面仰視示意圖。具體實施例方式為使本專利技術的目的、技術方案、及優點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例， 對本專利技術進一步詳細說明。本專利技術的核心思想是將研磨頭表面分為至少大于5個相對獨立的區域，每個區域由相應的氣動裝置控制，研磨頭表面與晶片表面相對應，從而可以控制施加在晶片上更小區域內的壓力，提高了晶片上單位面積內的壓力控制精度，實現了晶片研磨均勻性的進一步提尚。本專利技術第一實施例為以研磨頭圓形表面的中心為圓心畫同心圓，將圓形表面分為大于5個的區域，整個區域包括位于研磨頭表面中央的圓形區域和其他環形區域，每個區域由相應的氣動裝置提供壓力。本專利技術第一實施例的研磨頭表面仰視示意圖如圖3所示， 圖3中將研磨頭表面劃分為7個區域。而且，為了平衡壓力，越遠離圓心的環形區域寬度越窄，也就是說每個環形區域的寬度沿研磨頭圓形表面的圓心到圓周的徑向方向逐漸變窄， 這一點與現有技術的設計構思相同。舉例來說，對于半徑為150毫米(mm)的研磨頭，現有技術中區域5為圓形，半徑寬度為40mm，區域4的環形寬度為60mm，區域3的環形寬度為 30mm,區域2的環形寬度為15mm，區域1的環形寬度為5mm，區域4至1的環形寬度逐漸變窄。各個區域的寬度可以在符合逐漸變窄的原則上靈活調整。所以，本專利技術具體實施例中將圓形表面劃分為7個區域，也可以根據預先的設計靈活定義各區域的寬度，確保環形區域的寬度沿研磨頭圓形表面的圓心到圓周的徑向方向逐漸變窄即可。進一步地，本專利技術的優選實施例為，在第一實施例的基礎上對研磨頭表面按象限劃分，圖4為本專利技術優選實施例的研磨頭表面仰視示意圖。圖4中以研磨頭圓形表面的中心為圓心畫同心圓，將圓形表面分為5個區域，然后將整個研磨頭表面劃分為4個象限，因此研磨頭表面具有20個研磨區域。顯然，對于研磨頭表面的劃分，還不限于此，將研磨頭表面劃分為更加細致的區域，甚至可以精確到一個die的大小時，就可以對晶片每個die的研磨厚度差異進行實時控制，從而實現更高的研磨均勻性。根據本專利技術的研磨頭，對晶片進行研磨的方法，包括以下步驟步驟11、預先通過各氣動裝置為與所述氣動裝置連接的研磨頭每個區域設置壓力初設值；步驟12、對晶片進行研磨，根據厚度傳感器實時檢測的晶片各區域的平均厚度，計算與中間區域平均厚度的偏移量，根據所述偏移量，調節所對應的氣動裝置的壓力，在該區域平均厚度與中間區域厚度相同時，氣動裝置壓力恢復初設值；其中，可以定義中間區域為靠近研磨頭表面圓心的任一區域；步驟13、檢測到所述中間區域平均厚度達到終點目標值時，停止研磨。以上所述僅為本專利技術的較佳實施例而已，并不用以限制本專利技術，凡在本專利技術的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本專利技術保護的范圍之內。權利要求1.一種研磨頭，與晶片接觸的表面為圓形，其特征在于，所述圓形表面具有大于5個相對獨立的區域，各個區域與相應的氣動裝置連接，由所述氣動裝置為研磨頭各個區域提供壓力。2.根據權利要求本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種研磨頭，與晶片接觸的表面為圓形，其特征在于，所述圓形表面具有大于５個相對獨立的區域，各個區域與相應的氣動裝置連接，由所述氣動裝置為研磨頭各個區域提供壓力。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄧武鋒，
申請(專利權)人：中芯國際集成電路制造上海有限公司，
類型：發明
國別省市：31