專利名稱：研磨頭及化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)機(jī)械研磨領(lǐng)域，特別涉及一種研磨頭及化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺。
背景技術(shù)：
目前，隨著電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，半導(dǎo)體的制造工藝得到了飛速的發(fā)展，在半導(dǎo)體的制造流程中，涉及化學(xué)機(jī)械研磨工藝(CMP)。晶片(wafer)的平坦化制作工藝都是依賴化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺來完成，化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺可用于各種材料的研磨，例如實現(xiàn)對多晶硅、 銅、鎢、淺溝槽隔離(STI)、層間介質(zhì)層(ILD)或金屬間介質(zhì)層(IMD)等的研磨。現(xiàn)有化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。該機(jī)臺包括研磨臺101、研磨墊(pad) 102和研磨頭103。研磨臺101承載研磨墊102，當(dāng)進(jìn)行研磨時，首先將待研磨的晶片W架設(shè)在研磨頭103上，使晶片W的待研磨面與旋轉(zhuǎn)的研磨墊102對向配置，此時，在研磨墊102上可提供由研磨粒和化學(xué)助劑所構(gòu)成的研漿(slurry)；接著，研磨頭103提供給晶片W可控制的負(fù)載如壓力，而將晶片W的待研磨面緊壓于研磨墊102上，隨著晶片與研磨墊之間的相對運(yùn)動，以及研磨墊上研漿的噴灑，實現(xiàn)對晶片的研磨，形成晶片平坦的表面?，F(xiàn)有技術(shù)中研磨頭具有圓形表面，以圓形表面的中心為圓心畫同心圓，將圓形表面分為5個區(qū)域(區(qū)域1-5)，仰視結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。每個區(qū)域相對獨(dú)立，每個區(qū)域與相應(yīng)的氣動裝置(圖中未示)相連接，氣動裝置通過研磨頭給晶片提供壓力。由于研磨頭的設(shè)計結(jié)構(gòu)限制，晶片在研磨頭相同的壓力作用下，晶片外圍區(qū)域受壓較小，研磨速率慢， 為使晶片各區(qū)域研磨速率趨于一致，對各區(qū)域氣動裝置的壓力初設(shè)值是不相同的。開始進(jìn)行研磨時，各氣動裝置根據(jù)各自的壓力初設(shè)值通過研磨頭的各區(qū)域給晶片提供壓力，隨著時間的增加，晶片的厚度逐漸減少，厚度傳感器實時檢測晶片各區(qū)域的平均厚度，以中間區(qū)域(區(qū)域幻的平均厚度為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)其他區(qū)域的平均厚度與中間區(qū)域平均厚度有差異時，將該差異輸出給微處理器，微處理器指示與該區(qū)域連接的氣動裝置進(jìn)行壓力調(diào)整，當(dāng)該區(qū)域的平均厚度達(dá)到中間區(qū)域的平均厚度時，與該區(qū)域連接的氣動裝置壓力回到初設(shè)值。在中間區(qū)域的平均厚度達(dá)到終點(diǎn)目標(biāo)值時，停止CMP。每片wafer包括多個曝光單元(shot)，整片wafer上每個shot之間的圖案是相同的，即將wafer劃分為若干個具有周期性結(jié)構(gòu)的shot，一個shot內(nèi)又包括多個晶粒(die)， 現(xiàn)有技術(shù)中研磨頭一個區(qū)域可能覆蓋晶片的多個晶粒die，當(dāng)該區(qū)域中的某一個或者多個 die的厚度出現(xiàn)差異時，研磨頭是無法針對各個die進(jìn)行調(diào)壓，從而改變厚度差異的，也就是說現(xiàn)有技術(shù)中研磨頭的研磨均勻性還有待于提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種研磨頭及化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺，有效提高了研磨晶片的均勻性。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明公開了一種研磨頭，與晶片接觸的表面為圓形，所述圓形表面具有大于5 個相對獨(dú)立的區(qū)域，各個區(qū)域與相應(yīng)的氣動裝置連接，由所述氣動裝置為研磨頭各個區(qū)域
3提供壓力。以所述圓形表面的中心為圓心畫大于4個的同心圓，將研磨頭表面劃分為具有大于5個相對獨(dú)立的區(qū)域，每個獨(dú)立區(qū)域由相應(yīng)的氣動裝置提供壓力；所述區(qū)域包括位于研磨頭表面中央的圓形區(qū)域和其他環(huán)形區(qū)域；其中，每個環(huán)形區(qū)域的寬度沿研磨頭圓形表面的圓心到圓周的徑向方向按預(yù)定寬度逐漸變窄。所述圓形表面具有按象限劃分的4個獨(dú)立區(qū)域；以所述圓形表面的中心為圓心畫不小于4個的同心圓，將所述具有4個獨(dú)立區(qū)域的圓形表面再次劃分為多個相對獨(dú)立的區(qū)域，每個獨(dú)立區(qū)域由相應(yīng)的氣動裝置提供壓力；以圓形表面的中心為圓心畫同心圓時，圓形表面包括位于研磨頭表面中央的圓形區(qū)域和其他環(huán)形區(qū)域；其中，每個環(huán)形區(qū)域的寬度沿研磨頭圓形表面的圓心到圓周的徑向方向按預(yù)定寬度逐漸變窄。本發(fā)明還公開了一種包括上述研磨頭的化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺。由上述的技術(shù)方案可見，本發(fā)明將研磨頭表面分為至少大于5個相對獨(dú)立的區(qū)域，每個區(qū)域由相應(yīng)的氣動裝置控制，研磨頭表面與晶片表面相對應(yīng)，從而可以控制施加在晶片上更小區(qū)域內(nèi)的壓力，提高了晶片上單位面積內(nèi)的壓力控制精度，實現(xiàn)了晶片研磨均勻性的進(jìn)一步提高。


圖1為現(xiàn)有化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有研磨頭表面的仰視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明第一實施例的研磨頭表面仰視示意圖；圖4為本發(fā)明優(yōu)選實施例的研磨頭表面仰視示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案、及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例， 對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的核心思想是將研磨頭表面分為至少大于5個相對獨(dú)立的區(qū)域，每個區(qū)域由相應(yīng)的氣動裝置控制，研磨頭表面與晶片表面相對應(yīng)，從而可以控制施加在晶片上更小區(qū)域內(nèi)的壓力，提高了晶片上單位面積內(nèi)的壓力控制精度，實現(xiàn)了晶片研磨均勻性的進(jìn)
一步提尚。本發(fā)明第一實施例為以研磨頭圓形表面的中心為圓心畫同心圓，將圓形表面分為大于5個的區(qū)域，整個區(qū)域包括位于研磨頭表面中央的圓形區(qū)域和其他環(huán)形區(qū)域，每個區(qū)域由相應(yīng)的氣動裝置提供壓力。本發(fā)明第一實施例的研磨頭表面仰視示意圖如圖3所示， 圖3中將研磨頭表面劃分為7個區(qū)域。而且，為了平衡壓力，越遠(yuǎn)離圓心的環(huán)形區(qū)域?qū)挾仍秸簿褪钦f每個環(huán)形區(qū)域的寬度沿研磨頭圓形表面的圓心到圓周的徑向方向逐漸變窄， 這一點(diǎn)與現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計構(gòu)思相同。舉例來說，對于半徑為150毫米(mm)的研磨頭，現(xiàn)有技術(shù)中區(qū)域5為圓形，半徑寬度為40mm，區(qū)域4的環(huán)形寬度為60mm，區(qū)域3的環(huán)形寬度為 30mm,區(qū)域2的環(huán)形寬度為15mm，區(qū)域1的環(huán)形寬度為5mm，區(qū)域4至1的環(huán)形寬度逐漸變窄。各個區(qū)域的寬度可以在符合逐漸變窄的原則上靈活調(diào)整。所以，本發(fā)明具體實施例中將圓形表面劃分為7個區(qū)域，也可以根據(jù)預(yù)先的設(shè)計靈活定義各區(qū)域的寬度，確保環(huán)形區(qū)域的寬度沿研磨頭圓形表面的圓心到圓周的徑向方向逐漸變窄即可。進(jìn)一步地，本發(fā)明的優(yōu)選實施例為，在第一實施例的基礎(chǔ)上對研磨頭表面按象限劃分，圖4為本發(fā)明優(yōu)選實施例的研磨頭表面仰視示意圖。圖4中以研磨頭圓形表面的中心為圓心畫同心圓，將圓形表面分為5個區(qū)域，然后將整個研磨頭表面劃分為4個象限，因此研磨頭表面具有20個研磨區(qū)域。顯然，對于研磨頭表面的劃分，還不限于此，將研磨頭表面劃分為更加細(xì)致的區(qū)域，甚至可以精確到一個die的大小時，就可以對晶片每個die的研磨厚度差異進(jìn)行實時控制，從而實現(xiàn)更高的研磨均勻性。根據(jù)本發(fā)明的研磨頭，對晶片進(jìn)行研磨的方法，包括以下步驟步驟11、預(yù)先通過各氣動裝置為與所述氣動裝置連接的研磨頭每個區(qū)域設(shè)置壓力初設(shè)值；步驟12、對晶片進(jìn)行研磨，根據(jù)厚度傳感器實時檢測的晶片各區(qū)域的平均厚度，計算與中間區(qū)域平均厚度的偏移量，根據(jù)所述偏移量，調(diào)節(jié)所對應(yīng)的氣動裝置的壓力，在該區(qū)域平均厚度與中間區(qū)域厚度相同時，氣動裝置壓力恢復(fù)初設(shè)值；其中，可以定義中間區(qū)域為靠近研磨頭表面圓心的任一區(qū)域；步驟13、檢測到所述中間區(qū)域平均厚度達(dá)到終點(diǎn)目標(biāo)值時，停止研磨。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種研磨頭，與晶片接觸的表面為圓形，其特征在于，所述圓形表面具有大于5個相對獨(dú)立的區(qū)域，各個區(qū)域與相應(yīng)的氣動裝置連接，由所述氣動裝置為研磨頭各個區(qū)域提供壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨頭，其特征在于，以所述圓形表面的中心為圓心畫大于 4個的同心圓，將研磨頭表面劃分為具有大于5個相對獨(dú)立的區(qū)域，每個獨(dú)立區(qū)域由相應(yīng)的氣動裝置提供壓力；所述區(qū)域包括位于研磨頭表面中央的圓形區(qū)域和其他環(huán)形區(qū)域；其中，每個環(huán)形區(qū)域的寬度沿研磨頭圓形表面的圓心到圓周的徑向方向按預(yù)定寬度逐漸變窄。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨頭，其特征在于，所述圓形表面具有按象限劃分的4個獨(dú)立區(qū)域；以所述圓形表面的中心為圓心畫不小于4個的同心圓，將所述具有4個獨(dú)立區(qū)域的圓形表面再次劃分為多個相對獨(dú)立的區(qū)域，每個獨(dú)立區(qū)域由相應(yīng)的氣動裝置提供壓力；以圓形表面的中心為圓心畫同心圓時，圓形表面包括位于研磨頭表面中央的圓形區(qū)域和其他環(huán)形區(qū)域；其中，每個環(huán)形區(qū)域的寬度沿研磨頭圓形表面的圓心到圓周的徑向方向按預(yù)定寬度逐漸變窄。
4.一種包括如權(quán)利要求1至3任一項所述的研磨頭的化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種研磨頭，與晶片接觸的表面為圓形，所述圓形表面具有大于5個相對獨(dú)立的區(qū)域，各個區(qū)域與相應(yīng)的氣動裝置連接，由所述氣動裝置為研磨頭各個區(qū)域提供壓力。本發(fā)明還提供了一種包含上述研磨頭的化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺。采用本發(fā)明的裝置有效提高了研磨晶片的均勻性。
文檔編號B24B37/00GK102294646SQ201010217849
公開日2011年12月28日 申請日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者鄧武鋒 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司