专利名称：一种化学机械研磨设备的制作方法
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勻分布，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，导致形成不均勻抛光的晶圆表面。
3[0007]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带、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带运动，从而在极短的时间和极少的劳动力将研磨垫带使用过的部分更换为新的研磨垫带，继续对晶圆进行化学机械研磨。然而，固定研磨颗粒同样具有问题，固定研磨颗粒固着在研磨垫带的基带上时，从制作成型到与晶圆表面接触开始研磨之间会接触到空气，外界潮湿的空气及水分会使固定研磨颗粒从基带上脱落，研磨垫带的固定研磨颗粒分布不均勻，则在研磨过程中会降低研磨效率，影响晶圆的一致性。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是，提供一种保证研磨材料均勻的化学机械研磨设备，从而提高化学机械研磨效率，提高晶圆的一致性。为解决上述技术问题，本实用新型提供一种化学机械研磨设备，包括基座和设置于所述基座上的研磨平台，供应滚筒和回收滚筒，分别位于所述研磨平台两端；研磨垫带，被限定于所述供应滚筒和回收滚筒之间，所述研磨垫带包括基带、固定于所述基带上的固定研磨颗粒、以及覆盖于所述基带和固定研磨颗粒表面的保护层；第一喷管，设置于靠近所述供应滚筒的研磨垫带旁，所述第一喷管喷射朝向所述研磨垫带。第二喷管，位于所述第一喷管旁，所述第二喷管喷射朝向所述研磨垫带。进一步的，所述保护层材料为聚丙烯酸酯。进一步的，所述第一喷管喷出的液体为有机碱性溶液。进一步的，所述第二喷管喷出的液体为去离子水。进一步的，还包括第三喷管和第四喷管，第三喷管设置于所述供应滚筒和回收滚筒之间的研磨垫带中部上方，所述第四喷管位于所述第三喷管旁，所述第三喷管与所述第四喷管喷射朝向所述研磨垫带。进一步的，所述第三喷管喷出的液体为有机碱性溶液。进一步的，所述第四喷管喷出的液体为去离子水。[0023]综上所述，本实用新型所述化学机械研磨设备的研磨垫带在与晶圆接触进行研磨前，覆盖有保护层；当进入研磨阶段，喷射溶液将所述保护层溶解去除，进而与晶圆接触进行化学机械研磨步骤，从而所述保护层研磨过程前有效防止因水分而导致固定研磨颗粒的脱落，影响研磨垫带上固定研磨颗粒的均勻性，且不影响后续研磨工艺，从而保证研磨的效率和晶圆的一致性。
图1为本实用新型一实施例中所述化学机械研磨设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本实用新型的内容作进一步说明。当然本实用新型并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本实用新型的保护范围内。其次，本实用新型利用示意图进行了详细的表述，在详述本实用新型实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本实用新型的限定。以下描述的一种化学机械研磨设备，其研磨垫带在与晶圆接触前，覆盖一层保护层，以防止研磨垫带的固定研磨颗粒脱落，在即将与晶圆接触时，去除保护层，对晶圆进行研磨，从而有效防止因水分而导致固定研磨颗粒的脱落，影响研磨垫带上固定研磨颗粒的均勻性，且不影响后续研磨工艺，从而保证研磨的效率和晶圆的一致性。图1为本实用新型一实施例中所述化学机械研磨设备的结构示意图。如图1所示，所述化学机械研磨设备，包括基座101和设置于所述基座101上的研磨平台103，供应滚筒201和回收滚筒203，研磨垫带205，第一喷管207以及第二喷管209。此外还包括研磨头 105及固定于研磨头下方的晶圆100。所述供应滚筒201和回收滚筒203分别位于所述研磨平台103两端；所述供应滚筒201供应新的研磨垫带，所述回收滚筒203回收废旧的研磨垫带，所述供应滚筒201和回收滚筒203根据实际研磨工艺设定运动的速度转动，带动研磨垫带205移动，保证与晶圆 100接触的研磨垫205带具有良好的研磨效果，且节省了更换研磨垫的时间，节约劳动率、 提高了效率。所述研磨垫带205被限定于所述供应滚筒201和回收滚筒之间203，所述研磨垫带205包括基带205a、固定于所述基带20 上的固定研磨颗粒20 、以及覆盖于所述基带 205a和固定研磨颗粒20 表面的保护层205c ；其中，所述保护层材料205c为但不限定于聚丙烯酸酯(PolyaCrylate，PA)，所述聚丙烯酸酯具有很好的隔绝水分的能力，具有很强的附着特性，且成本低廉，易溶于有机碱性溶液，故可利用有机碱性溶液去除。在研磨前，所述保护层205c覆盖于所述固定研磨颗粒20 可以有效阻止外界水分侵入，防止固定研磨颗粒20 脱落的情况发生。所述第一喷管207设置于靠近所述供应滚筒201的研磨垫带207旁，所述第一喷管207喷射朝向所述研磨垫带205 ；所述第一喷管207喷出的液体为有机碱性溶液， 其中所述有机碱性溶液为但不限定于聚乙二醇(Polyethylene Glycol)，聚丙烯酰胺聚 (Polyacrylic Amide)及乙烯亚胺(Polyethylene Imine)其中一种或几种的组合。[0032]所述第二喷管209，位于所述第一喷管207旁，所述第二喷管209喷射朝向所述研磨垫带205。所述第二喷管209出的液体为去离子水，所述保护层205c去除之后，利用去离子水清洗去除保护层205c残留物和有机碱性溶液。在本实用新型实施例中，所述化学机械研磨设备还包括第三喷管211和第四喷管 213，所述第三喷管211设置于所述供应滚筒201和回收滚筒203之间的研磨垫带205中部上方，所述第四喷管213位于所述第三喷管211旁，所述第三喷管211与所述第四喷管213 喷射朝向所述研磨垫带205。所述第三喷管211喷出的液体为有机碱性溶液，所述第四喷管213喷出的液体为去离子水。若第一喷管207未完全溶解所述保护层205c，则所述第三喷管211与所述第四喷管213根据需要开启，对保护层205c进行进一步溶解，保证保护层 205c在研磨过程前充分溶解去除。但不限制于此，其他种类用于溶解保护层205c的喷管的设置方式都在本实用新型的思想范围之内。在化学机械研磨过程中，所述晶圆100与位于研磨平台103上的研磨垫带205接触，基座101带动研磨平台103及上方研磨垫带转动，供应滚筒201和回收滚筒203也相应围绕研磨平台203转动，研磨头105带动晶圆100转动，晶圆100与研磨垫带205相互摩擦， 进行化学机械研磨工艺。其中，所述供应滚筒201和回收滚筒203根据实际研磨工艺设定运动的速度自身转动，带动研磨垫带205移动，所述供应滚筒201供应的新的研磨垫带上覆盖有保护层 205c，所述研磨垫带205的某一区域即将进入研磨平台103对晶圆100进行研磨时，所述第一喷管207向研磨垫带205该区域喷出有机碱性溶液，溶解保护层205c，其中溶解时间大于60s ；溶解完成后第二喷管209喷出去离子水，以清洗去除保护层205c残留物和有机碱性溶液；高速旋转研磨平台103及研磨垫带205，以去除研磨垫带205上的去离子水，完成后所述供应滚筒201和所述回收滚筒203转动带动所述研磨垫带205该区域进入研磨平台 103对晶圆100进行研磨，如果上述过程为完全去除保护层205c，则利用第三喷管211喷出有机碱性溶液进一步去除保护层205c，再利用第四喷管喷出去离子水去除上一步骤中的保护层205c残留物和有机碱性溶剂，进一步去除保护层205c。当然，保护层去除方法并不限定于此实施例，其他去除方法亦在本实用新型的思想范围内。综上所述，本实用新型所述化学机械研磨设备的研磨垫带在与晶圆接触进行研磨前，覆盖有保护层；当进入研磨阶段，喷射溶液将所述保护层溶解去除，进而与晶圆接触进行化学机械研磨步骤，从而所述保护层研磨过程前有效防止因水分而导致固定研磨颗粒的脱落，影响研磨垫带上固定研磨颗粒的均勻性，且不影响后续研磨工艺，从而保证研磨的效率和晶圆的一致性。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求1.一种化学机械研磨设备，包括基座和设置于所述基座上的研磨平台，其特征在于，还包括供应滚筒和回收滚筒，分别位于所述研磨平台两端；研磨垫带，被限定于所述供应滚筒和回收滚筒之间，所述研磨垫带包括基带、固定于所述基带上的固定研磨颗粒、以及覆盖于所述基带及固定研磨颗粒表面的保护层；第一喷管，设置于靠近所述供应滚筒的研磨垫带旁，所述第一喷管喷射朝向所述研磨垫带；第二喷管，位于所述第一喷管旁，所述第二喷管喷射朝向所述研磨垫带。
2.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述保护层材料为聚丙烯酸
3.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述第一喷管喷出的液体为有机碱性溶液。
4.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述第二喷管喷出的液体为去离子水。
5.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，还包括第三喷管和第四喷管， 第三喷管设置于所述供应滚筒和回收滚筒之间的研磨垫带中部上方，所述第四喷管位于所述第三喷管旁，所述第三喷管与所述第四喷管喷射朝向所述研磨垫带。
6.如权利要求5所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述第三喷管喷出的液体为有机碱性溶液。
7.如权利要求5所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述第四喷管喷出的液体为去离子水。
专利摘要本实用新型提供一种化学机械研磨设备，包括基座和设置于所述基座上的研磨平台，其特征在于，还包括供应滚筒和回收滚筒，分别位于所述研磨平台两端；研磨垫带，被限定于所述供应滚筒和回收滚筒之间，所述研磨垫带包括固定研磨颗粒表面的保护层；第一喷管及第二喷管。本实用新型所述化学机械研磨设备的研磨垫带在与晶圆接触进行研磨前，覆盖有保护层；当进入研磨阶段，喷射溶液将所述保护层溶解去除，进而与晶圆接触进行化学机械研磨步骤，从而所述保护层研磨过程前有效防止因水分而导致固定研磨颗粒的脱落，影响研磨垫带上固定研磨颗粒的均匀性，且不影响后续研磨工艺，从而保证研磨的效率和晶圆的一致性。
文档编号B24B37/00GK201960449SQ20102068995
公开日2011年9月7日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者蒋莉, 赵敬民, 黎铭琦 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司