化学机械研磨装置的制作方法

1.本实用新型涉及半导体设备领域，特别涉及一种化学机械研磨装置。


背景技术：

2.化学机械研磨(chemical mechanical polishing，cmp)工艺目前被广泛用于半导体制造过程中的表面平坦化工艺处理，根据研磨对象不同可分为钨硏磨(wcmp)、铜研磨(cu cmp)等。
3.图1是现有技术的化学机械研磨装置，如图1所示，在化学机械研磨的过程中，晶圆11、11a、11b、11c分别被吸附于化学机械研磨装置的研磨头10、10a、10b、10c上，通过与位于研磨头10、10a、10b、10c下方的研磨平台摩擦而达到表面平坦的目的。但在化学机械研磨过程中，经常会发生晶圆脱离研磨头的情况，例如因机台异常而导致晶圆脱离研磨头，即发生滑片的问题。为了避免化学机械研磨过程中出现滑片的问题，通常会在化学机械研磨装置中设置传感器12、12a、12b、12c来检测晶圆的状态，当晶圆自研磨头上滑出时，传感器会发出讯号通知机台停止作业，从而避免损伤晶圆。然而，化学机械研磨装置中的传感器通常设置于研磨头的一侧，且一个研磨头上仅设置有一个传感器(参考图1所示)，因此导致传感器所感知的区域有限。例如，当晶圆发生滑片的程度较小(参考图1中的晶圆11，图1中所示的箭头表示晶圆的滑落方向)，或者在化学机械研磨过程中，晶圆从远离所述传感器的一侧发生滑片(如图1中的晶圆11a所示)时，将会超出传感器的感知区域，由此导致传感器无法感知，从而导致晶圆部分被过度研磨，或者导致晶圆发生破片，进而导致良率降低或者报废。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种化学机械研磨装置，以解决现有技术不能及时、准确的检测晶圆从研磨头上滑落的问题。
5.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种化学机械研磨装置，用于对晶圆进行化学机械研磨，包括：研磨头，用于固定所述晶圆；
6.研磨平台，所述研磨平台可相对所述研磨头旋转以研磨固定于所述研磨头上的晶圆；以及，
7.检测单元，安装于所述研磨平台朝向所述研磨头的表面上，用于在所述研磨平台研磨所述晶圆的过程中，检测所述晶圆是否从所述研磨头上滑落。
8.可选的，在所述的化学机械研磨装置中，所述研磨平台包括至少两个间隔设置的研磨盘以及至少两个研磨垫，每个所述研磨盘朝向所述研磨头的表面上设置有一个所述研磨垫，其中，所述研磨盘为可旋转研磨盘，在进行化学机械研磨的过程中，所述研磨盘带动所述研磨垫旋转以研磨固定于所述研磨头上的所述晶圆。
9.可选的，在所述的化学机械研磨装置中，所述检测单元包括至少两个检测器以及与所有的所述检测器连接的控制芯片，每个所述研磨盘上至少安装有一个所述检测器，在进行化学机械研磨的过程中，所述检测器向所述研磨头发射光信号并接收由所述研磨头反
射的光信号，所述控制芯片根据所述检测器所接收到的光信号的强度判断所述晶圆是否从所述研磨头上滑落。
10.可选的，在所述的化学机械研磨装置中，所述研磨垫中开设有一凹槽，所述检测器嵌设于所述凹槽中，所述控制芯片在所述凹槽外与所述检测器信号连接。
11.可选的，在所述的化学机械研磨装置中，每个所述检测器包括红外线发射器和红外线接收器，所述红外线发射器和所述红外线接收器分别连接所述控制芯片，其中，在进行化学机械研磨的过程中，所述红外线发射器向所述研磨头发射光信号，所述红外线接收器接收由所述研磨头反射的光信号。
12.可选的，在所述的化学机械研磨装置中，所述红外线发射器发出的光信号为红外光，且所述红外线发射器发出的光信号的波长为650nm～690nm。
13.可选的，在所述的化学机械研磨装置中，所述晶圆包括基底以及自下而上依次层叠于所述基底上且材质不同的第一膜层、第二膜层和第三膜层，所述晶圆固定于所述研磨头上时，所述第三膜层朝向所述研磨盘。
14.可选的，在所述的化学机械研磨装置中，所述研磨头为可移动研磨头，在进行化学机械研磨的过程中，所述研磨头带动所述晶圆移动至一所述研磨盘上以研磨所述第三膜层，并在完成所述第三膜层的研磨后，带动所述晶圆从当前的所述研磨盘移动至另一所述研磨盘上以研磨所述第二膜层。
15.可选的，在所述的化学机械研磨装置中，所述化学机械研磨装置还包括一报警器，所述报警器与所述检测单元连接，当所述检测单元检测到所述晶圆从所述研磨头上滑落时，所述报警器发出警报。
16.可选的，在所述的化学机械研磨装置中，所述报警器包括发光二极管和/或蜂鸣器。
17.在本实用新型提供的化学机械研磨装置中，通过设置一检测单元，并使得所述检测单元安装于研磨平台朝向研磨头的表面上，从而可实现实时的检测化学机械研磨过程中的晶圆是否从所述研磨头上滑落，提高了检测结果的可靠性，避免了在晶圆滑落后因研磨平台的持续旋转对晶圆造成的损伤。
附图说明
18.图1是现有技术中的化学机械研磨装置的原理图；
19.图2是本实用新型实施例的化学机械研磨装置的原理示意图；
20.图3是本实用新型实施例的研磨平台的俯视图；
21.图4是本实用新型实施例的化学机械研磨装置中的检测器接收的光信号的模拟曲线图；
22.其中，附图标记说明如下：
23.10、10a、10b、10c
‑
研磨头；11、11a、11b、11c
‑
晶圆；12、12a、12b、12c
‑
传感器；
24.110
‑
研磨平台；111
‑
研磨盘；112
‑
研磨垫；112a
‑
凹槽；120
‑
研磨头；130
‑
晶圆；140
‑
检测单元；141
‑
检测器；142
‑
控制芯片；150
‑
报警器；l1、l2‑
光信号。
具体实施方式
25.以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的化学机械研磨装置作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
26.本实用新型的核心思想在于，提供一化学机械研磨装置，所述化学机械研磨装置包括一检测单元，所述检测单元安装于研磨平台朝向研磨头的表面上，通过所述检测单元，可实现实时的检测化学机械研磨过程中的晶圆是否从研磨头上滑落，提高了检测结果的可靠性，避免了在晶圆滑落后因研磨平台的持续旋转对晶圆造成的损伤。
27.图2是本实用新型实施例的化学机械研磨装置的原理示意图；图3是本实用新型实施例的研磨平台的俯视图。如图2和图3所示，所述化学机械研磨装置用于对晶圆130进行化学机械研磨，包括研磨平台110、研磨头120和检测单元140。所述研磨头120用于固定所述晶圆130。所述研磨平台110可相对所述研磨头120旋转以研磨固定于所述研磨头120上的晶圆130。所述检测单元140，安装于所述研磨平台110朝向所述研磨头120的表面上，用于在所述研磨平台110研磨所述晶圆130的过程中，检测所述晶圆130是否从所述研磨头120上滑落。
28.本实施例中，所述研磨平台110包括至少两个间隔设置的研磨盘111以及至少两个研磨垫112(图2和图3中示出了一个研磨盘和一个研磨垫)。每个所述研磨盘111朝向所述研磨头120的表面上设置有一个所述研磨垫112，即，所述研磨垫与所述研磨盘一一对应，每个所述研磨垫112贴附于对应的所述研磨盘111朝向所述研磨头120的表面上。
29.所述研磨盘111为可旋转研磨盘111，在进行化学机械研磨的过程中，所述研磨盘111带动所述研磨垫112旋转以研磨固定于所述研磨头120上的所述晶圆130，即通过所述研磨盘111带动所述研磨垫112旋转以对所述晶圆130进行化学机械研磨。也就是说，在研磨过程中，所述研磨垫112与晶圆130接触并发生旋转，从而在与晶圆130的接触面上发生相对运动，实现对晶圆130进行研磨的目的。相应的，可通过改变所述研磨盘111的旋转速度，进而可对研磨速率进行调整。
30.本实施例中，所述研磨盘111的表面可以为圆形。在进行化学机械研磨过程中，待研磨的晶圆130可放置于研磨盘111的中心位置，即使所述研磨盘111的中心位置与位于所述研磨盘111上的晶圆130的中心位置重合。从而当研磨盘111进行旋转运动以对晶圆130进行研磨时，可使晶圆130上的各个区域所受到的作用力更加均匀，提高其研磨均匀性。
31.继续参考图2和图3所示，每个所述研磨垫112中开设有一凹槽112a，所述凹槽112a朝向所述研磨头120，所述凹槽112a可放置检测单元140中的检测器。所述凹槽112a的形状可以为矩形或者圆形，本实施例中以矩形为例进行说明，但不限于此，所述凹槽112a的尺寸和形状可以根据检测单元140中的检测器的尺寸及形状设置。
32.继续参考图2所示，优选的方案中，所述检测单元140包括至少两个检测器141以及与所有的所述检测器141连接的控制芯片142(图2中仅示出了一个检测器)，即，所述检测单元140包括一个控制芯片142及至少两个检测器141，每个所述研磨盘111上至少安装有一个所述检测器141。在进行化学机械研磨的过程中，所述检测器141向所述研磨头120发射光信号l1，并接收由所述研磨头120反射的光信号l2，所述控制芯片142根据所述检测器141所接收到的光信号的强度判断所述晶圆130是否从所述研磨头120上滑落。
33.进一步的，所述检测器141嵌设于所述研磨垫112的凹槽112a中，所述控制芯片142在所述凹槽112a外与所述检测器141信号连接。所述检测器141的具体形状，本领域技术人员可以根据实际需要进行设定，例如矩形或者圆形，本实施对此不作限定，只需确保所述检测器141嵌设于所述研磨垫112中即可。
34.本实施例中，每个所述检测器141包括红外线发射器(未图示)和红外线接收器(未图示)，所述红外线发射器和所述红外线接收器分别连接所述控制芯片142。在进行化学机械研磨的过程中，所述红外线发射器向所述研磨头120发射光信号l1，所述红外线接收器接收由所述研磨头120反射的光信号l2。
35.较佳的，所述红外线发射器和所述红外线接收器均可垂直于所述研磨头120设置，如此一来，所述红外线发射器可向垂直于所述研磨头120的方向发射光信号l1，如果所述晶圆130未发生滑落，则所述红外线发射器发射的光信号l1可入射至被所述研磨头120固定的晶圆130的表面，所述晶圆130可反射所述光信号。其反射的光信号可被所述红外线接收器所接收，所述控制芯片142可根据所述红外线接收器所接收的光信号的强度，判断所述晶圆130是否发生滑落。
36.具体来说，由于所述研磨头120反射的光信号的强度与所述晶圆130反射的光信号的强度不同，因而，所述控制芯片142通过对所述红外线接收器接收的光信号的强度进行分析，即可判断所述红外线接收器接收的光信号是由所述研磨头120反射的光信号，还是由所述晶圆130反射的光信号，从而得到晶圆130是否从所述研磨头120滑落的结论。例如，当前时刻所述红外线接收器所接收到的光信号的强度相较于上一时刻所接收到的光信号的强度骤然增大，则确认所述晶圆130从所述研磨头120上滑落；或者，所述控制芯片142通过将当前时刻所述红外线接收器接收到的光信号的强度与所述控制芯片142内部存储的预设的晶圆的反射光信号的强度进行对比分析，当接收的所述光信号的强度大于预设的反射光信号的强度时，则确认所述晶圆130从所述研磨头120上滑落，从而可及时、准确的检测到晶圆从研磨头上滑落，避免损伤晶圆。
37.本实施例中，所述红外线发射器发出的光信号l1为红外光，且所述红外线发射器发出的光信号的波长为650nm～690nm，如果所述波长太短，所述红外线发射器发出的光信号可能会被晶圆中的膜层吸收，从而导致所述红外线接收器无法接收到晶圆反射的光信号。
38.本实施例中，所述晶圆130包括基底以及自下而上依次层叠于所述基底上且材质不同的第一膜层、第二膜层和第三膜层，所述晶圆130固定于所述研磨头120上时，所述第三膜层朝向所述研磨盘111。
39.进一步的，所述研磨头120为可移动研磨头120。需说明的是，此处所述的可移动研磨头是指，所述研磨头120不仅可沿着相对于所述研磨盘111的方向上下移动，也可沿平行于研磨盘111表面的方向上水平移动，从而可带动所述晶圆130相对于所述研磨盘111的方向上下移动，以调整所述晶圆130相对研磨盘111的位置。此外，在其他实施例中，所述研磨头120可为可旋转研磨头120，也就是说，在研磨的过程中，研磨平台110相对所述研磨头120旋转以研磨晶圆130，同时，研磨头120也发生旋转，从而可提高研磨头120对晶圆130表面的相互作用，有效提高了研磨速率。
40.在进行化学机械研磨的过程中，所述研磨头120可带动所述晶圆130移动至一所述
研磨盘111上以研磨所述第三膜层，并在完成所述第三膜层的研磨后，带动所述晶圆130从当前的所述研磨盘111移动至另一所述研磨盘111上以研磨所述第二膜层，即所述第三膜层和所述第二膜层分别通过两个不同的所述研磨盘111进行研磨，以避免因所述研磨盘111研磨时间过长而造成的缺陷增多。例如，所述研磨平台110包括第一个研磨盘和第二个研磨盘，则所述第三膜层可在所述第一个研磨盘上进行研磨，所述第二膜层可在所述第二个研磨盘上进行研磨。
41.本实施例中，所述第三膜层为钨层、铜层或者铝层，所述第二膜层包括钛层和覆盖所述钛层的氮化钛层，所述第一膜层为氧化硅层。由于所述第二膜层与所述第三膜层的材质不同，现有技术中，通常会通过第一个研磨盘研磨一部分厚度的所述第三膜层，然后通过第二个研磨盘研磨剩余的所述第三膜层和所述第二膜层，即，剩余的所述第三膜层和所述第二膜层采用同一个研磨盘进行研磨。如此一来，第一个研磨盘和第二个研磨盘的研磨时间差较大，且第二个研磨盘的研磨时间较长，会增加研磨过程中的缺陷(例如会增加研磨过程中的副产物等)。因此，本实施例中，所述第三膜层和所述第二膜层分别通过两个不同的所述研磨盘111进行研磨，如此一来，可减小两个研磨盘之间的研磨时间差，平衡两个研磨盘之间的研磨时间，减小因单一的研磨盘的研磨时间过长而导致的缺陷，并提升机台的产能，经实验，机台的产能至少可提升11.7％，单一的研磨盘(在此指第二个研磨盘)的研磨时间可缩短10s
‑
25s。
42.由于所述第三膜层和所述第二膜层的材质不同，且所述第二膜层反射的光信号的强度小于所述第三膜层反射的光信号的强度。而所述研磨头120所反射的光信号的强度大于所述第三膜层或所述第二膜层反射的光信号的强度，因此，在进行化学机械研磨过程中，若所述红外线接收器所接收到的光信号的强度相较于上一时刻所接收到的光信号的强度骤然增大，则可确认所述晶圆130从所述研磨头120上滑落。
43.图4是本实用新型实施例的化学机械研磨装置中的检测器接收的光信号的模拟曲线图。如图4所示，p0～p1之间的曲线为在研磨所述第三膜层时，所述晶圆所反射的光信号的曲线，p1～p2之间的曲线为在研磨所述第二膜层时，所述晶圆所反射的光信号的曲线。p1～p2的曲线中，在d时刻和e时刻，所述红外线接收器所接收到的光信号的强度相较于c时刻所接收到的光信号的强度骤然增大，则可确认所述晶圆130从所述研磨头120上滑落。
44.此外，本实施例中，可通过控制所述第三膜层的研磨时间，使研磨停止在第二膜层的表面，在其他实施例中，可通过所述检测器141检测所述第二膜层或所述第三膜层的研磨终点，以在所述第二膜层或者所述第三膜层研磨至预定厚度时，停止研磨。例如，如图4所示，在a时刻、b时刻和c时刻，所述红外线接收器所接收到的光信号的强度相较于上一时刻所接收到的光信号的强度骤然减小，则说明已研磨至所述第三膜层的研磨终点，从而可停止研磨。
45.继续参考图2所示，所述化学机械研磨装置还包括一报警器150，设置所述报警器150的目的是当发生晶圆130从研磨头120上滑落时，及时知晓并采取措施，从而避免因晶圆130滑落而造成的晶圆损伤。具体的，所述报警器150与所述检测单元140连接，其中，所述报警器150可具体与所述检测单元140中的控制芯片142信号连接，当所述检测单元140确认所述晶圆130从所述研磨头120上滑落时，所述检测单元140中的控制芯片142向所述报警器150提供报警信号，所述报警器150发出警报。
46.其中，所述报警器150包括发光二极管和/或蜂鸣器。当所述检测单元140检测到所述晶圆130从所述研磨头120上滑落时，所述发光二极管闪烁预定次数和/或所述蜂鸣器发出一预定时长的蜂鸣声。
47.由于所述研磨盘111上设置有所述检测器141，在研磨所述第三膜层或者所述第二膜层的过程中，如果发生晶圆130从所述研磨头120上滑落的问题，可实时被所述检测器141检测到，并且所述报警器150会及时发出警报，从而可及时停止所述研磨盘111的旋转，进而避免损坏所述晶圆130。
48.此外，所述化学机械研磨装置还包括研磨液供给手臂(未图示)，所述研磨液供给手臂设置于研磨盘上，所述研磨液供给手臂在朝向所述研磨盘的一侧上设置有喷嘴(图中未示出)，所述喷嘴可与研磨液的供应装置连接，以为化学机械研磨提供研磨液。其中，所述研磨液供给手臂也可以为可移动手臂，在执行化学机械研磨的过程中，可将其移动至研磨盘的上方，以便于提供研磨液；在完成研磨或者研磨过程中不需用到研磨液时，可将所述研磨液供给手臂移出研磨盘的上方区域。可以理解的是，所述研磨液供给手臂可沿着单轴方向移动，或者，也可以是绕着一固定支点旋转移动，此处不做限制。所述研磨液供给手臂和所述喷嘴均为现有技术，在此不再赘述，同时也为了更好的阐述本实施例的发明点，省略了附图2～4中对所述研磨液供给手臂和喷嘴的图示。
49.综上可见，在本实用新型提供的化学机械研磨装置中，通过设置一检测单元，并使得所述检测单元安装于研磨平台朝向研磨头的表面上，从而可实现实时的检测化学机械研磨过程中的晶圆是否从研磨头上滑落，提高了检测结果的可靠性，避免了在晶圆滑落后因研磨平台的持续旋转对晶圆造成的损伤。
50.上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。