化学机械抛光设备和化学机械抛光方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种化学机械抛光设备和化学机械抛光方法。

背景技术：

CMP(Chemical Mechanical Polishing，化学机械抛光)的研磨液用于抛光铜、钨或氧化物。该研磨液被提供到转盘上，其流速可以被设置以抛光在晶片表面上的金属。对于CMP，研磨液占了很大部分的成本，研磨液分布的均匀性比较低。而且在高速旋转下，总是会从抛光垫上带走许多研磨液，造成浪费。此外，现有技术中在抛光过程中有时会出现晶圆刮伤的问题。

在CMP中，还需要对CMP的金刚石盘进行清洗。图1是示意性地示出现有的CMP设备的部分结构的示意图。图1中示出了金刚石盘101、清洗盘102、去离子水(Deionized water，简称为DIW)103和抛光垫整修器臂(Pad conditioner arm)104。抛光垫整修器可以包括金刚石盘101和抛光垫整修器臂104。在金刚石盘101完成抛光操作后，抛光垫整修器臂104将该金刚石盘101从抛光垫(图1中未示出)转移到清洗盘102中利用去离子水103进行清洗。

技术实现要素：

本发明的发明人发现上述现有技术中存在问题，并因此针对所述问题中的至少一个问题提出了一种新的技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种化学机械抛光设备，包括：抛光垫整修器盘和清洗装置，所述清洗装置包括：清洗盘；预抛光垫，设置在所述清洗盘中，用于与所述抛光垫整修器盘接触时进行预抛光操作；预抛光研磨液供给单元，设置在所述清洗盘的侧边处，用于将预抛光研磨液提供到所述预抛光垫上；以及旋转驱动单元，用于带动所述预抛光垫旋转。

在一个实施例中，所述预抛光垫的直径的范围为20cm至22cm。

在一个实施例中，其中，所述预抛光垫固定地设置在所述清洗盘中，并且与所述清洗盘同轴连接；所述旋转驱动单元与所述清洗盘同轴连接。

在一个实施例中，其中，所述清洗盘的旋转速度为15r/min至20r/min。

在一个实施例中，所述预抛光研磨液供给单元包括：设置在所述清洗盘侧边处的预抛光研磨液喷嘴。

在一个实施例中，所述预抛光研磨液供给单元包括：两个所述预抛光研磨液喷嘴，其中，所述两个预抛光研磨液喷嘴分别设置在所述清洗盘的两侧处。

在一个实施例中，所述预抛光研磨液的流速的范围为30ml/min至35ml/min。

在一个实施例中，在进行预抛光操作的过程中，所述抛光垫整修器盘的旋转速度的范围为15r/min至20r/min。

在一个实施例中，所述抛光垫整修器盘为金刚石盘。

在一个实施例中，所述清洗装置还包括：清洗液供给单元，设置在所述清洗盘的侧边处，用于对所述抛光垫整修器盘进行清洗操作。

在一个实施例中，其中，所述清洗液供给单元对所述抛光垫整修器盘进行清洗操作时，所述抛光垫整修器盘处在所述清洗盘的上方。

在一个实施例中，所述清洗液供给单元包括：设置在所述清洗盘的侧边处的清洗液喷嘴。

在一个实施例中，所述清洗液供给单元包括：两个所述清洗液喷嘴，分别设置在所述清洗盘的两侧处。

在一个实施例中，所述清洗液的流速的范围为100ml/min至120ml/min。

在一个实施例中，所述清洗装置包括：排液盘，设置在所述清洗盘的下方，用于排去预抛光操作或者清洗操作后的废液。

在一个实施例中，所述化学机械抛光设备还包括：转盘、实际抛光垫、研磨头、实际抛光研磨液供给单元和抛光垫整修器臂；其中，所述转盘用于带动所述实际抛光垫旋转；所述实际抛光垫设置在所述转盘上，用于结合所述研磨头和所述抛光垫整修器盘执行实际抛光操作；所述研磨头设置在所述实际抛光垫上方，用于在进行实际抛光操作时与所述实际抛光垫的上表面接触；所述实际抛光研磨液供给单元设置在所述实际抛光垫上方，用于将实际抛光研磨液提供到所述实际抛光垫上；所述抛光垫整修器臂与所述抛光垫整修器盘连接，用于移动所述抛光垫整修器盘。

在一个实施例中，所述实际抛光研磨液的流速的范围为140ml/min至150ml/min。

本发明的化学机械抛光设备有利于减少晶圆刮伤以及提高实际抛光时研磨液分布的均匀性。

进一步地，上述化学机械抛光设备还有利于节省实际抛光研磨液的输出。

根据本发明的第二方面，提供了一种化学机械抛光方法，包括：抛光垫整修器臂将抛光垫整修器盘转移到预抛光垫上执行预抛光操作；在完成所述预抛光操作之后，所述抛光垫整修器臂将所述抛光垫整修器盘转移到实际抛光垫上执行实际抛光操作；以及在完成所述实际抛光操作之后，所述抛光垫整修器臂将所述抛光垫整修器盘转移到清洗盘的上方执行清洗操作。

在一个实施例中，所述预抛光操作包括：旋转驱动单元带动所述预抛光垫旋转，预抛光研磨液供给单元将预抛光研磨液提供到所述预抛光垫上，所述抛光垫整修器盘与旋转的所述预抛光垫的上表面接触从而进行预抛光操作。

在一个实施例中，所述实际抛光操作包括：转盘带动所述实际抛光垫旋转，实际抛光研磨液供给单元将实际抛光研磨液提供到所述实际抛光垫上，所述抛光垫整修器臂将所述抛光垫整修器盘转移到所述实际抛光垫上，所述实际抛光垫结合研磨头和所述抛光垫整修器盘执行实际抛光操作。

在一个实施例中，在所述实际抛光操作过程中，所述抛光垫整修器臂带动所述抛光垫整修器盘扫过所述实际抛光垫的上表面，所述研磨头也扫过所述实际抛光垫的上表面。

在一个实施例中，所述清洗操作包括：清洗液供给单元将清洗液喷洒在所述抛光垫整修器盘的上表面和侧面上，以对所述抛光垫整修器盘进行清洗。

在一个实施例中，所述方法还包括：循环执行所述预抛光操作、所述实际抛光操作和所述清洗操作。

本发明的化学机械抛光方法有利于减少晶圆刮伤以及提高实际抛光时研磨液分布的均匀性。

进一步地，上述化学机械抛光方法还有利于节省实际抛光研磨液的输出。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：

图1是示意性地示出现有的CMP设备的部分结构的示意图。

图2是示意性地示出根据本发明一个实施例的CMP设备的部分结构的示意图。

图3是示意性地示出根据本发明另一个实施例的CMP设备的部分结构的示意图。

图4是示意性地示出根据本发明一个实施例的CMP设备的部分结构的示意图。

图5是示意性地示出根据本发明一个实施例的CMP设备工作过程的示意图。

图6是示意性地示出根据本发明一个实施例的化学机械抛光方法的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图2是示意性地示出根据本发明一个实施例的CMP设备的部分结构的示意图。该CMP设备可以包括：抛光垫整修器盘201和清洗装置200。例如该抛光垫整修器盘201可以为金刚石盘。如图2所示，清洗装置200可以包括：清洗盘202、预抛光研磨液供给单元203、预抛光垫204和旋转驱动单元205。

预抛光垫204设置在清洗盘202中，用于与抛光垫整修器盘201接触时进行预抛光操作。在一个实施例中，该预抛光垫204的直径的范围可以为20cm至22cm，例如其直径可以为21cm。

预抛光研磨液供给单元203设置在清洗盘202的侧边处，用于将预抛光研磨液206提供到预抛光垫204上。在一个实施例中，如图2所示，该预抛光研磨液供给单元203可以包括：设置在清洗盘204侧边处的预抛光研磨液喷嘴。例如，如图2所示，该预抛光研磨液供给单元203可以包括两个预抛光研磨液喷嘴。其中，该两个预抛光研磨液喷嘴分别设置在清洗盘的两侧处。在一个实施例中，预抛光研磨液的流速的范围可以为30ml/min至35ml/min，例如其流速可以为33ml/min。

在另一个实施例中，该预抛光研磨液供给单元203还可以包括与预抛光研磨液喷嘴连接的导管(图中未示出)等。

旋转驱动单元205用于带动预抛光垫204旋转。例如该旋转驱动单元205可以为旋转马达。在一个实施例中，如图2所示，该预抛光垫204固定地设置在清洗盘202中，并且与该清洗盘202同轴连接，该旋转驱动单元205与清洗盘同轴连接。该旋转驱动单元205带动清洗盘202旋转，从而连同带动预抛光垫204旋转。例如，清洗盘202的旋转速度可以为15r/min至20r/min(例如17r/min)，也即预抛光垫204的旋转速度可以为15r/min至20r/min(例如17r/min)。

在上面的实施例中，预抛光研磨液供给单元203将预抛光研磨液206提供到预抛光垫204上，抛光垫整修器臂210将抛光垫整修器盘201转移到预抛光垫204上，与该预抛光垫204的上表面接触，由于抛光垫整修器盘201和预抛光垫204均处在旋转的状态，因此可以进行预抛光操作。例如该预抛光操作的时间可以为10秒至15秒(例如13秒)。该预抛光操作有利于在进行实际抛光操作时减少晶圆刮伤以及提高实际抛光时研磨液分布的均匀性。此外，该预抛光操作还有利于节省实际抛光研磨液的输出。

在一个实施例中，在进行预抛光操作的过程中，抛光垫整修器盘201的旋转速度的范围可以为15r/min至20r/min，例如其旋转速度可以为17r/min。

图3是示意性地示出根据本发明另一个实施例的CMP设备的部分结构的示意图。如图3所示，该CMP设备可以包括抛光垫整修器盘201和清洗装置300。

该清洗装置300可以包括：清洗盘202、预抛光研磨液供给单元203、预抛光垫204和旋转驱动单元205。这与图2所示的清洗装置200相同或相似，这里不再赘述。

在一个实施例中，该清洗装置300还可以包括清洗液供给单元307。该清洗液供给单元307设置在清洗盘202的侧边处，用于对抛光垫整修器盘201进行清洗操作。该清洗液供给单元307对抛光垫整修器盘201进行清洗操作时，该抛光垫整修器盘201处在清洗盘202的上方，例如图3所示的虚线位置310处。

在一个实施例中，该清洗液供给单元307可以包括：设置在清洗盘202的侧边处的清洗液喷嘴。例如，如图3所示，该清洗液供给单元307可以包括两个清洗液喷嘴，分别设置在清洗盘202的两侧处。在进行清洗操作时，清洗液供给单元307将清洗液(例如去离子水)喷洒在抛光垫整修器盘201的侧面和上表面上。清洗液的流速的范围例如可以为100ml/min至120ml/min，例如其流速可以为110ml/min。在一个实施例中，清洗操作的时间可以为5秒至8秒。在一个实施例中，该清洗液供给单元307还可以包括与清洗液喷嘴连接的导管(图中未示出)等。

在一个实施例中，该清洗装置300还可以包括排液盘308。该排液盘308设置在清洗盘202的下方，用于排去预抛光操作或者清洗操作后的废液。如图3所示，该排液盘308可以将清洗盘202包围，并且通过排液口318将废液排去。这里的废液可以是经过预抛光操作后的研磨液，也可以是经过清洗操作后的清洗液。

图4是示意性地示出根据本发明一个实施例的CMP设备的部分结构的示意图。该CMP设备可以包括抛光垫整修器盘201和清洗装置300。

在一个实施例中，该CMP设备还可以包括：转盘401、实际抛光垫402、研磨头403、实际抛光研磨液供给单元404和抛光垫整修器臂210。该转盘401用于带动实际抛光垫402旋转。该实际抛光垫402设置在转盘401上，用于结合研磨头403和抛光垫整修器盘201执行实际抛光操作。例如，当进行实际抛光操作时，抛光垫整修器盘201的一个位置可以是图4所示的虚线位置410处。研磨头403设置在实际抛光垫402上方，用于在进行实际抛光操作时与实际抛光垫402的上表面接触。例如，当进行实际抛光操作时，研磨头403的晶片413与实际抛光垫402的上表面接触。实际抛光研磨液供给单元404设置在实际抛光垫402上方，用于将实际抛光研磨液406提供到实际抛光垫402上。例如，该实际抛光研磨液供给单元404可以包括实际抛光研磨液喷嘴。又例如，该实际抛光研磨液供给单元404还可以包括与该实际抛光研磨液喷嘴连接的导管等(图中未示出)。抛光垫整修器臂210与抛光垫整修器盘201连接，用于移动该抛光垫整修器盘201。

在一个实施例中，在实际抛光操作中，实际抛光研磨液406的流速的范围可以为140ml/min至150ml/min，例如其流速可以为145ml/min。

图5是示意性地示出根据本发明一个实施例的CMP设备工作过程的示意图。图5中示出了抛光垫整修器盘201、抛光垫整修器臂210、抛光垫整修器壳体220、清洗盘202、实际抛光垫402、研磨头403、抛光垫整修器盘的扫动方向501、研磨头的旋转方向502和研磨头的扫动方向503。

首先，预抛光研磨液供给单元将预抛光研磨液提供到预抛光垫上，抛光垫整修器盘和预抛光垫相接触，进行预抛光操作。

然后，在完成预抛光操作后，抛光垫整修器臂210将抛光垫整修器盘201转移到实际抛光垫402上执行实际抛光操作。在该实际抛光操作过程中，抛光垫整修器臂210带动抛光垫整修器盘201扫过实际抛光垫402的上表面，如图5中方向501所示(这可以提高表面粗糙度，也可以除去用过的研磨液)，研磨头403也扫过实际抛光垫402的上表面，如图5中方向503所示。

接下来，在完成实际抛光操作之后，抛光垫整修器臂210将抛光垫整修器盘201转移到清洗盘202的上方执行清洗操作。至此，完成一个工作过程。

进一步地，在完成该清洗操作后，再将抛光垫整修器盘201和预抛光垫相接触，进行下一个工作过程的预抛光操作，然后接着进行实际抛光操作和清洗操作，循环进行这三个操作。

图6是示意性地示出根据本发明一个实施例的化学机械抛光方法的流程图。

在步骤S601，抛光垫整修器臂将抛光垫整修器盘转移到预抛光垫上执行预抛光操作。

在一个实施例中，该预抛光操作可以包括：旋转驱动单元205带动预抛光垫204旋转，预抛光研磨液供给单元203将预抛光研磨液206提供到预抛光垫204上，抛光垫整修器盘201与旋转的预抛光垫204的上表面接触从而进行预抛光操作。

在步骤S602，在完成预抛光操作之后，抛光垫整修器臂将抛光垫整修器盘转移到实际抛光垫上执行实际抛光操作。

在一个实施例中，该实际抛光操作可以包括：转盘401带动实际抛光垫402旋转，实际抛光研磨液供给单元404将实际抛光研磨液406提供到该实际抛光垫402上，抛光垫整修器臂210将抛光垫整修器盘201转移到该实际抛光垫402上，该实际抛光垫402结合研磨头403和抛光垫整修器盘201执行实际抛光操作。

在一个实施例中，在该实际抛光操作过程中，抛光垫整修器臂210带动抛光垫整修器盘201扫过实际抛光垫402的上表面，研磨头403也扫过该实际抛光垫402的上表面。

在步骤S603，在完成实际抛光操作之后，抛光垫整修器臂将抛光垫整修器盘转移到清洗盘的上方执行清洗操作。

在一个实施例中，该清洗操作可以包括：清洗液供给单元307将清洗液(例如去离子水)喷洒在抛光垫整修器盘201的上表面和侧面上，以对该抛光垫整修器盘201进行清洗。

至此，上述化学机械抛光的方法完成CMP的一个工作过程。

在一个实施例中，上述化学机械抛光方法还可以包括：循环执行预抛光操作、实际抛光操作和清洗操作。

在本发明的实施例中，上述预抛光操作的目的和优点可以包括如下：

(1)在进行实际抛光操作时，实际抛光操作出现的刮伤有一部分是由于抛光垫整修器盘表面金刚石颗粒脱落造成，上述预抛光操作可以使得一部分颗粒掉落在清洗盘中，从而有效地使得掉落在实际抛光垫上的颗粒减少，因此可以减少晶圆刮伤的发生。

(2)可以提高研磨液在实际抛光垫上分布的均匀性。在实际抛光垫上的研磨液可以由两部分构成：一部分研磨液可以由实际抛光研磨液供给单元输出；另一部分研磨液可以是上述预抛光操作中抛光垫整修器盘(例如金刚石盘)表面黏附着的研磨液，该部分研磨液被带到抛光垫上(这利用了抛光垫整修器盘表面的不平整性和研磨液本身的黏性)。也就是说，在进行实际抛光的过程中，在抛光垫整修器盘上已经提前比较均匀地黏着了一些研磨液，因此可以提高实际抛光过程中研磨液的均匀性。

(3)可以节省研磨液的输出。抛光垫整修器盘黏附着的研磨液直接带到实际抛光垫上来用于实际抛光操作，这样可以减少实际抛光研磨液供给单元输出的研磨液，优化了研磨液的利用效果。例如，现有技术中该研磨液的流速为200ml/min至220ml/min，而本发明可以将该研磨液的流速降低到140ml/min至150ml/min。

至此，已经详细描述了本发明。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。