专利名称：一种化学机械抛光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造中的化学机械抛光(CMP)领域，特别涉及一种化学机械抛
光装置。
背景技术：
长期以来，铝一直是半导体芯片制造的主要连线材料。在一般的亚微米及深亚微 米技术中，淀积的铝膜经过光刻、刻蚀后形成的铝条组成了同一层的金属布线。相邻两层的 铝条，则由填充钨的通孔连接。随着半导体芯片的特征线宽不断缩小，为降低电阻-电容 延迟(RC delay)，铜取代铝而成为半导体元件中互连线的导电材料已得到了广泛应用。与 铝相比，铜的电阻系数小，熔点高，抗电致迁移(anti electromigration)能力强，且能承 载更高的电流密度。以铜为材料的互连线可以做得更细，采用铜制程还可降低电容和功耗 (power dissipation),并可提高元件的封装密度(packing density)。因铜难以被刻蚀，大马士革(damascene)工艺被普遍使用先在介电层上刻蚀形 成互连线开槽；通过电镀(electroplating)或化学镀在开槽内淀积铜；为防止铜向介电层 的扩散，在进行铜淀积之前还在介电层(如二氧化硅)上还淀积一层导电性能好的扩散阻 挡层(diffusion barrier)，以防止铜向介电层中的扩散造成元件短路和漏电，同时提高 铜与介电层的附着力；利用化学机械抛光(CMP)将过填的铜和未开槽区域的扩散阻挡层去 除，使器件表面平整。请参阅图1，图1为现有技术中的化学机械抛光装置的结构示意图。如图1所示， 该装置包括若干抛光垫100 ；抛光台101，用于固定所述抛光垫；研磨头102，用于固定晶片 且其自身可旋转，同时将晶片的需抛光面压向所述抛光垫；研磨头传送装置103，其与所述 研磨头连接，用于将所述研磨头传送至所述抛光垫；控制器(图中未示)，控制所述研磨头 的抛光速度和力度等参数条件。抛光垫的数量依据不同的工艺制程需要设置，在用于大马 士革工艺对沉积的互连金属进行化学机械抛光时，通常如图1所示在同一抛光台设置三个 抛光垫100。每个抛光垫的结构如图2所示，每个抛光垫100的表面具有规律分布的突起棱 104，所述突起棱104起到对晶片的研磨作用。每个抛光垫上使用不同的抛光液，对应进行 不同的化学机械抛光步骤。请同时参看图1和图3a-图3d，当研磨头从晶片承载台105上拾取到晶片106后， 首先通过研磨头传输装置103将研磨头102移动至第一抛光垫处对晶片进行第一次化学机 械抛光，第一次化学机械抛光采用较高的抛光速度和力度对位于介电层200之上的金属敷 层(coating) 202的大部分进行平面化和抛光；其次，将研磨头102移动至第二抛光垫处对 晶片进行第二次化学机械抛光，第二次化学机械抛光去除位于介电层200上剩余的金属敷 层202，该次化学机械抛光采用低于第一次化学机械抛光的抛光速度和力度进行抛光；最 后，将研磨头102移动至第三抛光垫处对晶片进行第三次化学机械抛光，第三次化学机械 抛光采用相较前两次化学机械抛光最低的抛光速度和力度去除位于介电层200上的阻挡 层201，从而在开槽内形成单独的金属线203。
采用上述装置对金属大马士革结构进行化学机械抛光时，由于对各个化学机械抛 光步骤的抛光速度和力度不好精确掌握，且所使用的棱状抛光垫对晶片的抛光研磨力度较 大，抛光时不可避免会使图案出现过抛、凹陷或使金属互连线及其之间的介电层出现扭曲 变形等缺陷。为了能确保去掉介电层表面上的所有金属敷层以使金属互连线彼此隔离，在 开槽内的图案被部分地过抛，在第三次化学机械抛光时抛光的速度和力度把握不好的情况 下，往往会造成过多的过抛。同时，较软的互连金属(如Cu，W)通常比扩散阻挡层(如Ta， Ti)以及周围的介电层(如SiO2)磨损得快，因此，在难以把握各个步骤的抛光速度和力度 的情况下，会使开槽内的软的金属产生凹陷、过抛或使金属互连线及其之间的介电层出现 扭曲变形。以上缺陷都会影响晶片表面的平整度，降低产品的良率。
发明内容
本发明的目的是提供一种化学机械抛光装置，以解决现有的化学机械抛光装置在 对金属大马士革结构进行抛光时会使图案出现过度过抛、凹陷或扭曲变形等缺陷的问题。本发明的另一目的是提供一种完全与现有技术不相同的化学机械抛光装置，其可 简化化学机械抛光装置的结构，其研磨头的位置不需移动，通过抛光垫的移动实现不同的 抛光步骤。为解决上述技术问题，本发明提供一种化学机械抛光装置，包括抛光垫；抛光垫传送装置，包括至少两个传送轮，所述传送轮的顶端位于同一水平线，所述 抛光垫的两端缠绕于位于最外侧的两个所述传送轮上；研磨头，用于固定晶片且其自身可旋转，同时将晶片的需抛光面压向所述抛光 垫；控制器，连接所述研磨头和所述抛光垫传送装置，控制所述研磨头和所述抛光垫 传送装置进行化学机械抛光。可选的，所述抛光垫为连续的带状抛光垫，其表面具有阵列式分布的突起点，所述 突起点起到对晶片的研磨作用。可选的，所述抛光垫上具有区域划分，不同区域对应进行不同的化学机械抛光步骤。本发明还提供一种化学机械抛光装置，包括抛光垫；抛光垫传送装置，包括至少两个上传送轮和至少两个下传送轮，所述上传送轮和 所述下传送轮的顶端分别位于同一水平线，所述抛光垫绕经所述上传送轮，两端缠绕于位 于最外侧的两个所述下传送轮上；研磨头，用于固定晶片且其自身可旋转，同时将晶片的需抛光面压向所述抛光 垫；控制器，连接所述研磨头和所述抛光垫传送装置，控制所述研磨头和所述抛光垫 传送装置进行化学机械抛光。。可选的，所述抛光垫为连续的带状抛光垫，其表面具有阵列式分布的突起点，所述 突起点起到对晶片的研磨作用。
可选的，所述抛光垫上具有区域划分，不同区域对应进行不同的化学机械抛光步
马聚ο本发明提供的化学机械抛光装置的研磨头位置固定，无需研磨头传送装置将研磨 头移动至不同的抛光垫处进行不同的化学机械抛光步骤，本发明的装置通过抛光垫传送装 置使抛光垫进行传输移动，使得在进行不同步骤的化学机械抛光时，研磨头与抛光垫上的 不同区域进行接触而进行化学机械抛光，因此，相较于背景技术中所述的现有技术的化学 机械抛光装置，简化了化学机械抛光装置的结构。同时，采用本发明的化学机械抛光装置装置结合使用表面具有阵列式分布的突起 点的抛光垫，进行化学机械抛光时，由于采用该种具有突起点的抛光垫对晶片产生相对较 小的抛光力度，因此可有效防止在抛光过程中使图案产生凹陷、过抛或使金属互连线及其 之间的介电层出现扭曲变形等缺陷，使晶片表面具有更好的平整度，同时提高晶片的可靠 性和良率。
图1为现有技术中的化学机械抛光装置的结构示意图；图2为现有技术的化学机械抛光装置采用的抛光垫结构示意图；图3a_3d为现有技术对金属大马士革结构进行化学机械抛光的方法示意图；图4为本发明的化学机械抛光装置的结构示意图；图5为本发明的化学机械抛光装置的另一实施例结构示意图；图6为本发明的化学机械抛光装置所采用的一种抛光垫的结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的具体实施方式
做详细的说明。本发明所述的化学机械抛光装置可广泛应用于半导体制造进程中的多种化学机 械抛光工艺中，并且可以利用多种替换方式实现，下面是通过较佳的实施例来加以说明，当 然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的普通技术人员所熟知的一般的替换无疑地 涵盖在本发明的保护范围内。其次，本发明利用示意图进行了详细描述，在详述本发明实施例时，为了便于说 明，示意图不依一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。请首先参阅图4，图4为本发明的化学机械抛光装置的结构示意图。如图4所示， 本发明的化学机械抛光装置包括抛光垫300 ；抛光垫传送装置301，包括至少两个传送轮302，所述传送轮302的顶端位于同一 水平线，所述抛光垫300的两端缠绕于位于最外侧的两个所述传送轮302上；研磨头303，用于固定晶片且其自身可旋转，同时将晶片的需抛光面压向所述抛光 垫 300 ；控制器304，连接所述研磨头303和所述抛光垫传送装置301，控制所述研磨头303 和所述抛光垫传送装置301进行化学机械抛光，如设置研磨头抛光速度、力度及所述抛光垫传送装置的传送速度等。请参阅图5，图5为本发明的化学机械抛光装置的另一实施例结构示意图。如图5 所示，本发明的化学机械抛光装置包括抛光垫300 ；抛光垫传送装置310，包括至少两个上传送轮311和至少两个下传送轮312，所述 上传送轮311和所述下传送轮312的顶端分别位于同一水平线，所述抛光垫300绕经所述 上传送轮311，两端缠绕于位于最外侧的两个所述下传送轮312上；研磨头303，用于固定晶片且其自身可旋转，同时将晶片的需抛光面压向所述抛光 垫；控制器304，连接所述研磨头303和所述抛光垫传送装置310，控制所述研磨头303 和所述抛光垫传送装置310进行化学机械抛光，如设置研磨头抛光速度、力度及所述抛光 垫传送装置的传送速度等。请参阅图6，图6为本发明的化学机械抛光装置所采用的一种抛光垫的结构示意 图。如图6所示，抛光垫300为连续的带状抛光垫，其表面具有阵列式分布的突起点400， 当晶片旋转着与所述抛光垫300表面接触时，所述突起点400起到对晶片的研磨作用。进 一步的，还可对所述抛光垫300进行区域划分，如图6所述，可将其划分为Pl区、P2区和P3 区，在每个区域的抛光垫上使用不同的抛光液，对应进行不同的机械抛光步骤。请同时参看图3a_图3d，本发明的化学机械抛光装置在使用时，当所述研磨头从 晶片承载台上拾取到晶片后，首先，转动所述抛光垫传送装置的传送轮302(或上传送轮 311和下传送轮312)，使抛光垫300上的Pl区置于所述研磨头的下方，将所述研磨头303 压向所述抛光垫300处的Pl区对晶片进行第一次化学机械抛光，第一次化学机械抛光采用 较高的抛光速度和力度对位于介电层200之上的金属敷层(coating) 202的大部分进行平 面化和抛光；其次，转动所述抛光垫300传送装置的传送轮302 (或上传送轮311和下传送 轮312)，使抛光垫300上的P2区置于所述研磨头303的下方，将所述研磨头303压向所述 抛光垫300处的P2区对晶片进行第二次化学机械抛光，第二次化学机械抛光去除位于介电 层200上剩余的金属敷层202，该次化学机械抛光采用低于第一次化学机械抛光的抛光速 度和力度进行抛光；最后，转动所述抛光垫传送装置的传送轮302(或上传送轮311和下传 送轮312)，使抛光垫300上的P3区置于所述研磨头303的下方，将所述研磨头303压向所 述抛光垫300处的P3区对晶片进行第三次化学机械抛光，第三次化学机械抛光采用相较前 两次化学机械抛光最低的抛光速度和力度去除位于介电层200上的阻挡层201，从而在开 槽内形成单独的金属线203。本发明提供的化学机械抛光装置的研磨头位置固定，无需研磨头传送装置将研磨 头移动至不同的抛光垫处进行不同的化学机械抛光步骤，本发明的装置通过抛光垫传送装 置使抛光垫进行传输移动，使得在进行不同步骤的化学机械抛光时，研磨头与抛光垫上的 不同区域进行接触抛光，因此，相较于背景技术中所述的现有技术的化学机械抛光装置，简 化了化学机械抛光装置的结构。同时，采用本发明的装置结合使用表面具有阵列式分布的 突起点的抛光垫进行化学机械抛光时，由于采用该种具有突起点的抛光垫对晶片产生相对 较小的抛光力度，因此可有效防止在抛光过程中使图案产生凹陷、过抛或使金属互连线及 其之间的介电层出现扭曲变形等缺陷，使晶片表面具有更好的平整度，同时提高晶片的可靠性和良率。 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种化学机械抛光装置，包括抛光垫；抛光垫传送装置，包括至少两个传送轮，所述传送轮的顶端位于同一水平线，所述抛光 垫的两端缠绕于位于最外侧的两个所述传送轮上；研磨头，用于固定晶片且其自身可旋转，同时将晶片的需抛光面压向所述抛光垫；控制器，连接所述研磨头和所述抛光垫传送装置，控制所述研磨头和所述抛光垫传送 装置进行化学机械抛光。
2.如权利要求1所述的化学机械抛光装置，其特征在于，所述抛光垫为连续的带状抛 光垫，其表面具有阵列式分布的突起点，所述突起点起到对晶片的研磨作用。
3.如权利要求2所述的化学机械抛光装置，其特征在于，所述抛光垫上具有区域划分， 不同区域对应进行不同的化学机械抛光步骤。
4.一种化学机械抛光装置，包括抛光垫；抛光垫传送装置，包括至少两个上传送轮和至少两个下传送轮，所述上传送轮和所述 下传送轮的顶端分别位于同一水平线，所述抛光垫绕经所述上传送轮，两端缠绕于位于最 外侧的两个所述下传送轮上；研磨头，用于固定晶片且其自身可旋转，同时将晶片的需抛光面压向所述抛光垫；控制器，连接所述研磨头和所述抛光垫传送装置，控制所述研磨头和所述抛光垫传送 装置进行化学机械抛光。
5.如权利要求4所述的化学机械抛光装置，其特征在于，所述抛光垫为连续的带状抛 光垫，其表面具有阵列式分布的突起点，所述突起点起到对晶片的研磨作用。
6.如权利要求5所述的化学机械抛光装置，其特征在于，所述抛光垫上具有区域划分， 不同区域对应进行不同的化学机械抛光步骤。
全文摘要
本发明提供一种化学机械抛光装置包括抛光垫；抛光垫传送装置，包括至少两个传送轮，所述传送轮的轴心位于同一水平线，所述抛光垫的两端缠绕于位于最外侧的两个所述传送轮上；研磨头，用于固定晶片且其自身可旋转，同时将晶片的需抛光面压向所述抛光垫；控制器，连接所述研磨头和所述抛光垫传送装置，控制所述研磨头和所述抛光垫传送装置的各种操作参数。本发明提供的化学机械抛光装置简化了化学机械抛光装置的结构。同时可有效防止在抛光过程中使图案产生凹陷、过抛或使金属互连线及其之间的介电层出现扭曲变形等缺陷，使晶片表面具有更好的平整度，同时提高晶片的可靠性和良率。
文档编号H01L21/304GK102107390SQ20091024742
公开日2011年6月29日 申请日期2009年12月29日 优先权日2009年12月29日
发明者杨涛, 邓武锋 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司