研磨头以及具有该研磨头的化学机械研磨装置的制作方法

本公开总体涉及一种用于化学机械研磨(cmp)中的研磨头以及具有该研磨头的化学机械研磨装置。更具体而言，本公开涉及一种用于化学机械研磨装置中且具有空气模块以在其表面周围生成气幕从而防止浆料损失的研磨头。

背景技术：

化学机械研磨(cmp)是在受控的温度、压力和化学成分条件下，通过将研磨头中的半导体晶圆紧紧贴附在旋转研磨表面上或者以其他方式将晶圆相对于研磨表面移动来完成的。研磨表面可以是由相对柔软的多孔材料(例如发泡聚氨酯)形成的平面状的垫，并用具有化学活性和研磨性的水性浆料润湿。水性浆料可以是酸性或碱性的，通常包括磨料颗粒，诸如过渡金属螯合盐或氧化剂之类的反应性化学试剂，以及诸如溶剂、缓冲剂和钝化剂之类的助剂。在浆料中，盐或其他试剂提供化学蚀刻作用；而磨料颗粒与研磨垫一起提供机械研磨作用。

在研磨过程中，通过一个或多个喷嘴将浆料连续地供应给研磨垫。随着晶圆旋转或移动，浪费了大量的浆料。通常，只有25％的浆料用于研磨过程，而75％的浆料被浪费掉。

因此，仍然需要提供一种cmp装置以克服上述问题。

技术实现要素：

鉴于上述内容，本公开的目的在于提供一种用于cmp中的研磨头以及具有该研磨头的cmp装置以提高浆料的使用效率。

为了实现上述目的，本公开的实施方式提供了一种用于研磨晶圆的研磨头，其利用浆料研磨所述晶圆。研磨头包括主体和至少两个空气模块。主体具有用于容纳晶圆的空腔、主通道以及至少两个连接至主通道的子通道。至少两个空气模块设置在主体的外表面处。每个空气模块分别连接至主体中的其中一个子通道，并且配置成生成气流。当研磨头旋转时，气流在主体的外表面周围形成气幕。

为了实现上述目的，本公开的另一种实施方式提供了一种研磨晶圆的化学机械研磨装置，其利用浆料研磨所述晶圆。化学机械研磨装置包括平台、浆料喷嘴和研磨头。平台具有用于研磨晶圆的研磨垫。浆料喷嘴配置成将浆料喷射到平台上。研磨头配置成固定住晶圆，并且包括主体和至少两个空气模块。主体具有用于容纳晶圆的空腔、主通道以及至少两个连接至主通道的子通道。至少两个空气模块相对于至少两个子通道设置在主体的外表面处。每个空气模块分别连接至主体中的其中一个子通道，并且配置成生成气流。当研磨头旋转时，气流在主体的外表面周围形成气幕。

为了实现上述目的，本公开的另一种实施方式提供了一种晶圆处理方法。方法包括步骤s501至s505。在步骤s501中，将晶圆装载在cmp装置上。cmp装置具有研磨头和平台。cmp装置的研磨头包括主体和设置在主体的外表面处的至少两个空气模块。在步骤s502中，由每个空气模块生成气流。在步骤s503中，旋转研磨头，以通过气流在研磨头的主体的外表面周围形成气幕。在步骤s504中，将浆料喷射到气幕与研磨头的主体的外表面之间的区域中。在步骤s505中，通过浆料在cmp装置的平台上对晶圆进行研磨。

如上所述，本公开的实施方式中的研磨头包括至少两个设置在研磨头的外表面处的空气模块。至少两个空气模块中的每个空气模块均配置成生成气流。当研磨晶圆时，旋转研磨头，气流在研磨头的侧面周围形成气幕。由气流形成的气幕可以将浆料保持在研磨头的侧面与气幕之间的区域中，以防止在研磨头旋转期间造成的浆料损失。

附图说明

现在将参考附图，仅通过示例的方式描述本技术的实施。

图1是cmp装置的示意图。

图2a是根据本公开的实施方式的图1中的cmp装置的研磨头的侧视图；图2b是图2a中的研磨头的俯视图；图2c是图2a中的研磨头的仰视图。

图3是根据本公开的另一种实施方式的图1中的cmp装置的研磨头的侧视图。

图4是根据本公开的另一种实施方式的图1中的cmp装置的研磨头的俯视图。

图5是根据本公开的又一种实施方式的晶圆研磨方法的流程图。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更充分地描述本公开，在附图中示出了本公开的示例性实施方式。然而，本公开可以以许多不同的形式来实现，并且不应被理解为限于本文所述的示例性实施方式。相反，提供这些示例性实施方式使得本公开变得透彻且完整，并向本领域技术人员充分传达本公开的范围。在全文中，相同的附图标记指代相同的元件。

本文使用的术语仅用于描述特定示例性实施方式，而非旨在限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还将理解，在本文中使用时，术语“包括”、“包含”或“具有”指定存在所述特征、区域、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、区域、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

将理解的是，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项的任何和全部组合。还应理解，尽管术语第一、第二、第三等在本文中可以用于描述各种元件、组件、区域、部件和/或部分，但是这些元件、组件、区域、部件和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、部件或部分与另一个元件、组件、区域、层或部分进行区分。因此，在不脱离本公开的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、部件或部分可能被称为第二元件、组件、区域、层或部分。

除非另有说明，否则本文中使用的全部术语(包括科技术语)的含义与本公开所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同。还将理解的是，术语(诸如在常用词典中定义的术语)应被解释为其含义与其在相关领域和本公开的上下文中的含义一致，并且将不在理想化或过于正式的意义上来解释，除非本文这样明确指出。

将结合图1至图4对本公开的示例性实施方式进行描述。将详细参照附图对本公开进行详细描述，其中所描绘的元件不必按比例示出，并且其中相同或相似的元件通过几幅视图中相同或相似的附图标记或者相同或相似的术语表示。

下文将结合附图进一步描述本公开。

参考图1，其示出了化学机械研磨(chemicalmechanicalpolishing，cmp)装置的示意图。cmp装置100包括研磨头130，用于通过研磨浆153对半导体晶圆w进行研磨。软垫120设置在研磨头130与晶圆w之间，晶圆w可利用部分真空或者粘合剂紧紧贴附在软垫120上。研磨头130设置成通过驱动马达140沿第一方向141持续旋转，并且可选地沿第二方向142横向往复运动。相应地，晶圆w的旋转和横向的组合运动旨在降低晶圆w表面上的材料去除速率的差异。cmp装置100还包括可沿着第三方向112旋转的平台110。研磨垫111安装在平台110上。与晶圆w相比，平台110具有相对较大的表面积，以容纳研磨头130上的晶圆w在研磨垫111表面上的平移运动。供应管151安装在平台110上方，以输送研磨浆153，研磨浆153从管151的浆料喷嘴152滴到研磨垫111的表面上。研磨浆153可以从储存槽或容器(未示出)中重力供给，或以其他方式泵送通过供应管151。或者，可以从平台110的下方供应研磨浆153，使得研磨浆153向上流经研磨垫111的底面。如果研磨浆153中的颗粒形成不需要的大颗粒的聚集，当对晶圆w进行研磨时，晶圆表面会被划伤。因此，需要对研磨浆153进行过滤，以去除不需要的大颗粒。通常，过滤器组件154联接到供应管151，以分离聚结或过大的颗粒。

参考图2a至图2c，其示出了根据本公开的实施方式的图1中cmp装置100的研磨头130的侧视图、俯视图和仰视图。如图2a至2c所示，研磨头130包括主体131和至少两个空气模块132。主体131具有用于容纳晶圆w的空腔137、主通道135以及至少两个连接至主通道135的子通道136。至少两个空气模块132设置在主体131的外表面处。在本实施方式中，研磨头130具有两个空气模块132，对应于主体131的两个子通道136进行设置。每个空气模块132分别连接至主体131中的其中一个相应的子通道136，并且配置成生成气流138。如图2b和2c所示，当研磨头130旋转时，气流138在主体131的外表面周围形成气幕139。

主体131具有旋转轴o。空气模块132围绕主体131的旋转轴o以基本相等的角度间隔隔开。如图2b和图2c所示，两个空气模块132可以围绕主体131的旋转轴o以180度角间隔隔开。主体131包括轴向部分133以及连接至轴向部分133的底座部分134。底座部分134具有上表面134a、侧面134b和下表面134c。主体131的空腔137设置在底座部分134的下表面134c处。主通道135设置在主体131的轴向部分133处，而子通道136设置在主体131的底座部分134处。每个空气模块132均包括空气管132a以及连接至空气管132a的空气喷嘴132b。气流138从每个空气模块132的空气喷嘴132b向下释放。在本实施方式中，每个子通道136均具有设置在主体131的底座部分134的侧面134a处的开口136a。每个空气模块132的空气管132a均连接至每个子通道136的开口136a。由空气模块132生成的气流138沿与主体131的底座部分134的侧面134b平行的方向流动。由气流138形成的气幕139包围底座部分134的侧面134b。气幕139将研磨浆153保持在主体131的底座部分134的侧面134b与气幕139之间的区域a中。

当研磨晶圆w时，通过浆料喷嘴152将研磨浆153喷射到位于主体131的底座部分134的侧面134b与气幕139之间的区域a中。从主通道135供应空气流，然后分配到每个子通道136中。空气流从每个空气喷嘴132b向下释放或喷射以形成气流138。当通过研磨浆153在研磨垫111上研磨晶圆w时，研磨头130通常以高于每分钟100转(rpm)的转速旋转。每个空气模块132生成的气流138围绕主体131的底座部分134的侧面134b形成气幕139。因此，在气幕139中喷射的浆料保留在气幕139和研磨头130的侧面134b之间的区域a中。因此，可以大大减少研磨头130旋转期间的浆料损失。

参考图3和图4，其示出了cmp装置100的研磨头130的各种实施方式。图3是根据本公开的另一种实施方式的研磨头130的侧视图。图4是根据本公开的又一种实施方式的研磨头130的仰视图。图3和图4中的研磨头130类似于图2a至图2c中的研磨头130。在图3中，每个子通道136具有位于主体131的底座部分134的上表面134a处的开口136a，而每个空气模块132的空气管132a均连接至每个子通道136的开口136a。在图4中，研磨头130包括四个空气模块132，设置在主体131的外表面处。四个空气模块132围绕主体131的旋转轴o以90度角度间隔隔开。在其他实施方式中，研磨头130可以具有比之前实施方式中更多的空气模块。图3和图4中的研磨头130的其他部件的细节可以参考之前的实施方式，在此不再赘述。

根据另一种实施方式，本公开提供了一种通过浆料研磨晶圆的cmp装置。本实施方式中的cmp装置可以被称为图1中的cmp装置100。如图1所示，cmp装置100包括平台110、浆料喷嘴152以及用于固定住晶圆w的研磨头130，其中，平台110具有用于研磨晶圆w的研磨垫111。浆料喷嘴152配置成将研磨浆153喷射到平台110上。研磨头130可以参考图2a至图4。研磨头130包括主体131和至少两个空气模块132。主体131具有用于容纳晶圆w的空腔137、主通道135以及至少两个连接至主通道135的子通道136。至少两个空气模块132设置在主体131的外表面处。每个空气模块132分别连接至主体131中的其中一个子通道136，并且配置成生成气流138。当研磨头130旋转时，气流138在主体131的外表面周围形成气幕139。cmp装置100还包括连接至研磨头130的驱动马达140，以使研磨头130沿第一方向141旋转，并且可选地沿第二方向142横向往复运动。cmp装置100还可以包括供应管151，配置成从浆料喷嘴152供应研磨浆153。cmp装置100和研磨头130的其他部件的细节可以参考之前的实施方式。如上所述，cmp装置100的研磨头130包括至少两个设置在研磨头130的外表面处的空气模块132。至少两个空气模块132中的每个空气模块均配置成生成气流138。当研磨晶圆w时，旋转研磨头130，气流138在研磨头130的侧面134b周围形成气幕139。气幕139可以将浆料保持在研磨头130的侧面134b与气幕139之间的区域中，以防止在研磨头130旋转期间造成的浆料损失。

参考图5，其示出了根据本公开的又一种实施方式的晶圆研磨方法的流程图。如图5所示，方法s500包括步骤s501到s506。在步骤s501中，将晶圆装载在具有研磨头和平台的cmp装置上。研磨头包括主体和设置在主体的外表面处的至少两个空气模块。cmp装置和cmp装置的研磨头可以参考图1至图4中的cmp装置100和研磨头130。cmp装置100包括平台110、浆料喷嘴152以及用于固定住晶圆w的研磨头130，其中，平台110具有用于研磨晶圆w的研磨垫111。研磨头130包括主体131和至少两个空气模块132。主体131具有用于容纳晶圆w的空腔137、主通道135以及至少两个连接至主通道135的子通道136。至少两个空气模块132设置在主体131的外表面处。

在步骤s502中，由研磨头的每个空气模块132生成气流138。主体131具有旋转轴o。空气模块132围绕主体131的旋转轴o以基本相等的角度间隔隔开。主体131包括轴向部分133以及连接至轴向部分133的底座部分134。底座部分134具有上表面134a、侧面134b和下表面134c。主体131的空腔137设置在底座部分134的下表面134c处。主通道135设置在主体131的轴向部分133处，而子通道136设置在主体131的底座部分134处。每个空气模块132均包括空气管132a以及连接至空气管132a的空气喷嘴132b。从主通道135供应空气流，然后分配到每个子通道136中。空气流从每个空气喷嘴132b向下释放或喷射以形成气流138。气流138从每个空气模块132的空气喷嘴132b向下释放或喷射。

在步骤s503中，旋转研磨头130，以通过气流138在研磨头130的主体131的外表面周围形成气幕139。在步骤s504中，将研磨浆153喷射到气幕139与研磨头130的主体131的外表面之间的区域a中。研磨浆153通过浆料喷嘴152从供应管151喷射。在步骤s505中，通过研磨浆153在cmp装置100的平台110上对晶圆w进行研磨。当通过研磨浆153在平台110的研磨垫111上研磨晶圆w时，研磨头130通常以高于每分钟100转(rpm)的转速旋转。每个空气模块132生成的气流138围绕主体131的底座部分134的侧面134b形成气幕139。通过浆料喷嘴152将研磨浆153喷射到在主体131的底座部分134的侧面134b与气幕139之间的区域a中。因此，在气幕139内喷射的浆料保留在气幕139和研磨头130的侧面134b之间的区域a中。因此，可以大大减少研磨头130旋转期间的浆料损失。

如上所述，本公开的实施方式中的研磨头包括至少两个设置在研磨头的外表面处的空气模块。至少两个空气模块中的每个空气模块均配置成生成气流。当研磨晶圆时，旋转研磨头，气流在研磨头的侧面周围形成气幕。由气流形成的气幕可以将浆料保持在研磨头的侧面与气幕之间的区域中，以防止在研磨头旋转期间造成的浆料损失。

以上示出和描述的实施方式仅是示例而已。在本领域中经常发现许多细节，例如用于化学机械研磨中的研磨头以及具有该研磨头的cmp装置的其他特征。因此，没有示出或描述很多这样的细节。虽然在前面的描述中已经陈述了本技术的许多特征和优点，以及本公开的结构和功能的细节，但是本公开仅是说明性的，并且可以在本公开的原则范围内对细节进行变化，尤其是部件的形状、尺寸和布置等事项，达到并包括由权利要求中所使用的术语的广泛普遍含义所确定的完整范围。因此，应当理解，可以在权利要求的范围内修改上述实施方式。