[实用新型]一种化学机械研磨垫及化学机械研磨设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种半导体工艺设备，尤其涉及一种化学机械研磨垫及化学机械研磨设备。

背景技术

电子系统和电路对现代社会的进步有显著的贡献，并用于多种应用以取得最佳的结果。诸如数字计算机、计算器、音频设备、视频设备和电话系统之类的多种电子技术均包括有助于在大多数商业、科学、教育和娱乐领域内分析和传递数据、思想及趋势方面提高生产率并减少成本的处理器。设计成能提供这种结果的电子系统通常包括芯片晶圆上的集成电路(IC)。通常，由包括抛光步骤以形成平滑的晶圆表面在内的处理过程来制造晶圆。对于IC晶圆的制造来说，以有效和充分的方式执行抛光步骤是个关键。

用于通常IC的原始材料是有很高纯度的硅。使纯硅材料变成呈实心柱体的单晶体。然后将这种晶体锯开以形成晶圆，通过用平板印刷术(例如照相平板印刷术、X-射线平板印刷术等)处理在晶圆上增加多个层而将电子组件形成在晶圆上。通常，平板印刷术用于形成电子组件，所述电子组件包括形成在晶圆层的有不同电学特征的区域。复杂的IC通常具有多个不同的叠加层，每一层均重叠在前一层的上面并按多种互联方式包括有多个组件。将IC组件叠加所说的层内时，这些复杂的IC最终表面外形是凸凹不平的(例如，他们通常类似于有多个上升部或“丘陵”或者下降部或“山谷”的凸凹陆地“山脉”)。

现有技术中，抛光是获得晶圆表面平面化的最佳方法。最常用的抛光技术之一包括化学机械研磨(CMP，Chemical Mechanical Planarization，化学机械抛光)，所述CMP使用喷布在抛光垫上的研磨液，以便有助于使晶圆平滑化和以可预知的方式平面化。研磨液的平面化属性一般由研磨摩擦组分和化学反应组分构成。研磨摩擦组分源于悬浮在研磨液中的研磨颗粒。所述研磨颗粒在与晶圆表面作摩擦接触时会增加抛光垫的研磨特性。化学反应组分与所述晶圆表面的材料发生化学反应。通过与要加以抛光的晶圆表面发生化学反应而软化或分解。研磨摩擦组分和化学反应组分有助于研磨垫平坦化晶圆表面。

将研磨液分布给抛光垫的方式会显著地影响研磨液在帮助抛光时的研磨和化学特性的效果，这又会影响去除率。传统的研磨液传送到晶圆表面。抛光材料通常具有凹凸的表面，包括多个形成在抛光垫表面上的非常小的凹坑和凿沟。所述凸凹表面上的凹坑和凹槽用作贮存器，可收集研磨液，以便传送至正被抛光的晶圆表面。尽管通常化学机械研磨过程中使用的研磨液能提供某些好处，但是也会导致不利的副作用。

传统的研磨液分布系统一般不提供研磨液在晶片表面上的均匀分布，例如大多数研磨液分布系统将新的研磨液提供给晶圆的边缘，然后经过研磨垫和晶圆的旋转运至晶圆的中心，部分研磨液中的固体研磨颗粒会在研磨液溶液中沉淀或聚集。则研磨液运输到晶圆中心时，研磨液的研磨特性会减弱。如果晶圆的一部分暴露与过量的研磨液相接处，则该部分会被以更快的速度去除掉。因而，研磨液会使更多的研磨摩擦力作用于晶圆的边缘，从而能较快地去除掉材料，而位于晶圆中心部分失效的研磨浆则会较慢地去除材料，导致形成不均匀抛光的晶圆表面。

此外，在抛光过程中，随着研磨液的消耗会产生废颗粒，这些废颗粒包括失效的研磨用颗粒以及晶圆上去除的材料。失效的研磨用颗粒不容易因化学反应而分解，则会以废颗粒的形成沉积在晶圆表面、进入抛光垫中的凹槽和凹坑中，影响研磨效果和效率。

因此，产生一种充分有效去除晶圆表面的设备，化学机械研磨设备采用固定颗粒研磨垫(Fixed Abrasive Pad)，不需要自由浮动的研磨颗粒，也不会导致晶片表面上过度的颗粒污染物，使化学机械抛光更加清洁。采用固定颗粒研磨垫(Fixed Abrasive Pad)是一个新颖的技术思想，所述固定颗粒研磨垫集合了研磨颗粒和研磨垫，能够达到较佳的研磨效果，对45nm级甚至以下的工艺技术越来越重要。研磨垫上的研磨颗粒极大地影响了研磨进程，研磨颗粒的磨损或脱落会降低研磨速率甚至对晶圆造成划伤。

专利号为US2002/0049027A1的美国专利公开了一种是用于化学机械研磨设备上的固定颗粒研磨垫，该专利所述固定颗粒研磨垫解决的上述技术问题，公开号为1438931A的中国专利公开了一种摆动的固定研磨料化学机械研磨设备及其实现方法，该专利中所述化学机械研磨设备包括具有固定研磨颗粒的研磨垫、供料滚筒和收回滚筒，并利用卷筒操作的配置控制所述研磨垫运动，从而在极短的时间和极少的劳动力将研磨垫使用过的部分更换为新的研磨垫，继续对晶圆进行化学机械研磨。