[發(fā)明專利]化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310156158.3
• 申請日: 2013-04-28
• 公開（公告）號: CN103223637A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧鐳
• 申請（專利權(quán)）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: B24B37/10
• 分類號: B24B37/10;B24B37/34
• 代理公司: 上海思微知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 陸花

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備。

背景技術(shù)

隨著半導(dǎo)體器件的特征尺寸不斷縮小，要求半導(dǎo)體器件之間連線的連線電阻也不斷減小，傳統(tǒng)的鋁布線已經(jīng)不能滿足性能要求。目前在先進(jìn)工藝制程中后段金屬工藝布線材料已經(jīng)從原來的鋁改為銅。由于銅本身的特性不適合用干法刻蝕的方法形成布線層，因此只能采用所謂的“雙大馬士革”工藝實(shí)現(xiàn)金屬布線，即先在介質(zhì)層中刻蝕出下層金屬接觸孔和布線槽，然后用電鍍的方法在接觸孔和布線槽中電鍍上金屬銅，最后使用化學(xué)機(jī)械研磨（CMP）把電鍍在介質(zhì)層表面的多余的銅去除干凈。

由于銅是一種非常活潑的金屬，如果在潮濕的環(huán)境里長時(shí)間暴露在空氣中，就極易與空氣發(fā)生一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，生成CuO,Cu2O等副產(chǎn)物。同時(shí)產(chǎn)生各種缺陷如凹坑缺陷(crater?defect)等。所述凹坑缺陷的原因是由于在進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝過程中在不同研磨墊之間轉(zhuǎn)換時(shí)的等待時(shí)間有關(guān)。請參考圖1所示的現(xiàn)有的化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

半導(dǎo)體設(shè)備包括噴淋頭清洗裝置(HCLU)4、多個(gè)研磨墊和多個(gè)研磨頭，所述多個(gè)研磨墊分別是：第一研磨墊1，第二研磨墊2、第三研磨墊3，各個(gè)研磨墊以及研磨頭清洗裝置4的位置固定。所述多個(gè)研磨頭分別是：第一研磨頭11，位于第一研磨墊1上；第二研磨頭12，位于第二研磨墊2上；第三研磨頭13，位于第三研磨墊3上；第四研磨頭14，位于研磨頭清洗裝置4上。框架15呈現(xiàn)十字狀，所述框架15具有在兩個(gè)垂直方向的兩個(gè)延伸段，連個(gè)延伸段交叉于框架中心16，該框架中心16能夠帶動框架15進(jìn)行轉(zhuǎn)動。每個(gè)延伸段的兩端各固定一個(gè)研磨頭。各個(gè)研磨頭之間的相對位置關(guān)系不變，各個(gè)研磨頭在框架15的帶動下在各個(gè)研磨墊之間移動，所述框架15能以框架的中心。

在進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝時(shí)，第一研磨頭11、第二研磨頭12和第三研磨頭13分別位于第一研磨墊1、第二研磨墊2、第三研磨墊3上，而所述研磨頭清洗裝置4對第四研磨頭14進(jìn)行清洗。

當(dāng)位于第一研磨墊1的半導(dǎo)體襯底研磨完畢，在框架15沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，至將第一研磨頭11以及該第一研磨頭11上的半導(dǎo)體襯底放置于第二研磨墊2，第二研磨頭12和第三研磨頭13分別移動至第三研磨墊3和研磨頭清洗裝置4上方，此時(shí)原本位于，噴淋頭清洗裝置4上方的第四研磨頭14攜帶新待研磨的半導(dǎo)體襯底至第一研磨墊1進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨。

通常情況下，每個(gè)半導(dǎo)體襯底都需依次經(jīng)過3個(gè)研磨墊進(jìn)行研磨。其中第一研磨墊1一般為粗磨，即以較高的研磨速率去除介質(zhì)層表面的大部分銅；第二研磨墊2為精磨階段，用較低的研磨速率研磨剩余的銅直至阻擋層金屬；第三研磨墊3則是研磨阻擋層金屬，確保介質(zhì)層表面不會有金屬殘留。一般情況下第一研磨墊1和第二研磨墊2的研磨量較大，研磨時(shí)間會比較長。而第三研磨墊3的研磨時(shí)間則相對較短。如果使用現(xiàn)有銅化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備，就會產(chǎn)生一個(gè)問題：當(dāng)?shù)谌心|3的半導(dǎo)體襯底已經(jīng)研磨完畢時(shí)，第一研磨墊1和第二研磨墊2上的半導(dǎo)體襯底還沒研磨完畢。而受限于設(shè)備的限制，第三研磨墊3上得半導(dǎo)體襯底不能立刻轉(zhuǎn)到研磨頭清洗裝置4，然后傳輸?shù)角逑床矍逑矗荒艿鹊谝谎心|1和第二研磨墊2上的半導(dǎo)體襯底都研磨完畢后才能進(jìn)行轉(zhuǎn)移。如前所述，在研磨墊轉(zhuǎn)換時(shí)的等待時(shí)間如果過長，會造成半導(dǎo)體襯底上缺陷增多。

因此，需要對現(xiàn)有的化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，減少研磨墊轉(zhuǎn)換的等待時(shí)間，減少半導(dǎo)體襯底由于等待引起的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題是提供新的化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備，減少了研磨墊轉(zhuǎn)換的等待時(shí)間，減少半導(dǎo)體襯底由于等待引起的缺陷。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備，包括研磨頭清洗裝置、多個(gè)研磨墊、多個(gè)研磨頭，還包括：環(huán)形框架，所述研磨頭能沿所述環(huán)形框架在各個(gè)研磨墊之間進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)動。

可選地，所述框架跨越每個(gè)研磨墊以及研磨頭清洗裝置。

可選地，所述研磨頭沿環(huán)形框架進(jìn)行順時(shí)針方向運(yùn)動或逆時(shí)針方向運(yùn)動。

可選地，所述研磨墊的數(shù)目為3個(gè)，研磨頭的數(shù)目為4個(gè)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供的化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備，采用環(huán)形框架，研磨頭能沿所述環(huán)形框架在各個(gè)研磨墊之間進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)動，本發(fā)明能減少研磨墊轉(zhuǎn)換的等待時(shí)間，減少半導(dǎo)體襯底由于等待引起的缺陷。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的化學(xué)機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式