[发明专利]化学机械研磨装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及化学机械研磨装置。

背景技术

化学机械研磨(CMP，Chemical Mechanical Polishing)工艺由IBM于1984年引入集成电路制造工业，并首先用于后道工艺的金属间绝缘介质(IMD，Inter Metal Dielectric)的平坦化，然后通过设备和工艺的改进用于钨的平坦化，随后用于浅沟槽隔离(STI)和铜的平坦化处理。化学机械研磨为近年来IC制程中很活跃的一项技术。

化学机械研磨的机理是被研磨晶片的表面材料与研浆发生化学反应生成一层相对容易去除的表面层，所述表面层通过研浆中的研磨剂以及施加在被研磨晶片上的研磨压力，在与研磨垫的相对运动中被机械地磨去。

由于CMP可精确并均匀地把晶片平坦化为需要的厚度和平坦度，已经成为半导体制造过程中应用最广泛的一种表面平坦化技术。

实际生产当中，通常采用终点检测来衡量CMP是否已经将材料研磨至所需厚度。有些CMP应用有研磨终止层存在，比如平坦化钨覆盖层时，由于钨和下面介质层材料间具有不同的平坦化速率，平坦化过程会在介质层材料处停下来，此时，介质层作为金属钨层平坦化的研磨终止层存在。但对于无研磨终止层平坦化过程而言，通常利用原位终点检测弥补平坦化速率的变化并提供平坦化均匀性的检测。现行的两种最常用的原位终点检测方法为电机电流终点检测法和光学终点检测法。

电机电流终点检测法通过检测研磨头或者研磨盘电机中的电流量监控平坦化速率。平坦化量的变化(及电机负载)会导致电机电流量的变化，由于研磨头是匀速旋转的，为了补偿电机负载的变化，电机电流会有相应变化，即电机电流对晶圆表面粗糙程度的变化是敏感的。由此，通过检测电机电流量的变化可实现平坦化程度的检测。更多详细信息请参考公开号为CN1670923A的中国专利申请。

光学终点检测法是一种基于光反射原理的终点检测方法，光从膜层上反射，不同的反射率与膜层材料和膜层厚度相关，若膜层材料或厚度发生变化，光学终点检测可测量从平坦化膜层反射的紫外光或可见光之间的干涉，利用干涉信号处理算法连续地测量平坦化中膜层厚度的变化，可测定平坦化速率。

具体请参考图1，现有的化学机械研磨装置的研磨单元是一个可以旋转的研磨垫106以及一个晶圆握把104，提供的晶圆110会被晶圆握把104抓住，而晶圆握把104的位置是可以调节的，晶圆握把104可以施力在晶圆110上，在研磨期间，晶圆握把104会确定晶圆110有接触到研磨垫106。在研磨盘102上方放置有一个研浆供应路线108，可以提供研磨用的研浆112，所述研浆112包含反应物和研磨剂，反应物用于与被研磨晶圆110的表面材料发生反应生成相对容易磨去的材料，研磨剂用于研磨垫106与晶圆110之间的机械研磨。在研磨垫上形成透光区域103，激光器102发出的探测光经由透光区域103照射在晶圆110的表面，然后采用干涉式膜厚测量装置采集干涉信号。更多信息可以参考公开号为CN1717785A的中国专利。

但是现有的光学终点检测法激光器位置固定，只能在晶圆转动的过程中，对晶圆表面进行逐步扫描，在时间上会有延迟性，并且扫描整个晶圆所需要的时间随着晶圆尺寸的增加而增加，所以随着晶圆尺寸的增加，这种时间上的延迟性所造成的影响越来越大。此外，所述透光区域的透光率对测量结果的影响也很大，受透光区域透光率的限制，检测的误差比较大。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种化学机械研磨装置，可以同时对整个晶圆的研磨状态进行检测，提高了检测的及时性，并且有利于本发明所提供的化学机械研磨装置的小型化。

为解决上述问题，本发明一种化学机械研磨装置，所述化学机械研磨装置包括：

研磨盘，所述研磨盘用于承载所提供的晶圆；

研磨垫手臂，所述研磨垫手臂一端固定；

研磨垫，所述研磨垫固定于所述研磨垫手臂的非固定端，并且可以在研磨垫手臂的带动下，相对于所提供的晶圆运动，研磨垫手臂确定运动期间该研磨垫与所提供的晶圆接触；

研浆供应路线，所述研浆供应路线在研磨期间在研磨垫与被研磨晶圆之间供应研浆；

研磨检测装置，研磨期间，所述研磨检测装置同步检测整个晶圆的研磨状态。

优选地，所述研磨检测装置包括与所提供的晶圆相对设置的探测光源，所述探测光源对晶圆提供入射光，以及探测所述入射光在晶圆表面的反射光的光传感器。

优选地，所述探测光源的数目至少为1。