CN102756340B - 化学机械抛光机及其抛光垫部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化学机械抛光机及其抛光垫部件。化学机械抛光机包括具有平坦表面的抛光台，并且抛光台包括：电磁铁，电磁铁被设置在平坦表面下，并被配置用于将抛光垫基体固定在平坦表面上；以及开关，被配置用于对所述电磁铁的通电和断电进行控制。抛光垫部件包括抛光垫基体，并且抛光垫基体由铁磁性材料形成。本发明的化学机械抛光机及其抛光垫部件使得能够容易地进行抛光垫更换，并且，还使得能够节省抛光垫，从而降低化学机械抛光的耗材成本。

Description

化学机械抛光机及其抛光垫部件

技术领域

本发明涉及半导体制造设备的领域。本发明尤其涉及化学机械抛光机(Chemical Mechanical Polisher，CMP)及其抛光垫部件。

背景技术

化学机械抛光技术能够提供超大规模集成电路的全局平坦化，并具有高抛光速度、高平整度等优点。因此，化学机械抛光机已成为半导体制造领域中最关键的工具之一。

图1A～1B是示出现有的化学机械抛光机的抛光台的结构的俯视图和截面图。如图1A所示，抛光台110例如可以为圆形。如图1B所示，抛光台110具有平坦表面115。在工作状态下，在抛光台110的平坦表面115上粘附有抛光垫130。抛光垫130可以是单层垫，也可以包括抛光顶垫132和在抛光顶垫132之下的抛光底垫134。

图2示出现有的化学机械抛光机的结构。如图2所示，化学机械抛光机包括抛光装置210。图2中示出的抛光装置210具有3个抛光台，可以用于对3个晶片同时进行化学机械抛光处理。另外，化学机械抛光机可以进一步包括后清洗装置220。后清洗装置220用于对经过化学机械抛光处理之后的晶片进行清洗处理，诸如兆频超声波(megasonic)清洗、擦刷、干燥等。

对于一个抛光台而言，有时出于不同的抛光要求，需要用不同的浆料来进行化学机械抛光处理。当更换浆料时，需要相应地更换抛光垫，以避免不同浆料之间的意想不到的化学反应。对于现有的化学机械抛光机，由于抛光垫是被粘附在抛光台上的，因此更换抛光垫时必须从抛光台上撕扯掉被粘附的用过的抛光垫并在抛光台上重新粘附新的抛光垫。本发明的发明人发现这导致如下问题。第一，从抛光台上撕扯掉被粘附的用过的抛光垫并不容易，这造成化学机械抛光处理中的抛光垫更换较难进行；第二，被撕扯掉的抛光垫通常被损坏，因而不得不被丢弃，这造成抛光垫的极大浪费，即化学机械抛光处理的耗材成本提高。

发明内容

鉴于以上问题提出本发明。

本发明的一个方面的目的是，提供一种易于进行抛光垫更换的化学机械抛光机及其抛光垫部件。

本发明的另一个方面的目的是，提供一种节省抛光垫从而降低耗材成本的化学机械抛光机及其抛光垫部件。

根据本发明的一个方面，提供一种化学机械抛光机，包括具有平坦表面的抛光台，其特征在于，所述抛光台包括：电磁铁，所述电磁铁被设置在所述平坦表面下，并被配置用于将抛光垫基体(base)固定在所述平坦表面上；以及开关，被配置用于对所述电磁铁的通电和断电进行控制。

优选地，所述电磁铁选自蹄形电磁铁、条形电磁铁和环形电磁铁。

优选地，所述电磁铁的数量大于一个。

优选地，所述电磁铁被均匀地设置在所述平坦表面下。

优选地，在所述抛光台的所述平坦表面上具有凸部，所述凸部被配置为与所述抛光垫基体的要与所述抛光台的所述平坦表面相接触的表面上的凹部啮合；或者在所述抛光台的所述平坦表面上具有凹部，所述凹部被配置为与所述抛光垫基体的要与所述抛光台的所述平坦表面相接触的表面上的凸部啮合。

优选地，所述抛光台的所述平坦表面和所述抛光垫基体由相同的材料形成，并具有相同的平整度。

优选地，所述化学机械抛光机还包括存储槽，被配置用于存储上面粘附有抛光垫的所述抛光垫基体。

优选地，所述存储槽包括：去离子水入口，所述去离子水入口设置在所述存储槽的上部；以及去离子水出口，所述去离子水出口设置在所述存储槽的下部。

优选地，所述化学机械抛光机还包括所述抛光垫基体。

优选地，所述抛光垫基体由铁磁性材料形成。

优选地，所述铁磁性材料选自铁、钴、镍及其合金。

根据本发明的另一方面，提供一种用于化学机械抛光机的抛光垫部件，包括抛光垫基体，所述抛光垫基体由铁磁性材料形成。

优选地，所述抛光垫部件还包括抛光垫，所述抛光垫粘附在所述抛光垫基体上。

优选地，所述抛光垫包括抛光顶垫和在所述抛光顶垫之下的抛光底垫。

优选地，所述铁磁性材料选自铁、钴、镍及其合金。

优选地，在所述抛光垫基体的要与抛光台的平坦表面相接触的表面上具有凹部，所述凹部被配置为与所述抛光台的所述平坦表面上的凸部啮合；或者在所述抛光垫基体的要与抛光台的平坦表面相接触的表面上具有凸部，所述凸部被配置为与所述抛光台的所述平坦表面上的凹部啮合。

优选地，抛光台的平坦表面和所述抛光垫基体由相同的材料形成，并具有相同的平整度。

根据本发明的上述各个方面，本发明的化学机械抛光机及其抛光垫部件易于进行抛光垫更换，并且，本发明的化学机械抛光机及其抛光垫部件还能够节省抛光垫，从而降低耗材成本。

附图说明

被包含于说明书中并构成其一部分的附图示出本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。

要注意的是，在附图中，为了便于描述，各个部分的尺寸可能并不是按照实际的比例关系绘制的。

图1A～1B示出现有的化学机械抛光机的抛光台的结构，其中，图1A是俯视图，图1B是示出在抛光台上粘附有抛光垫的情况下的截面图(沿图1A中的虚线截取)。

图2是示出现有的化学机械抛光机的结构的示意图。

图3A～3C示出本发明的化学机械抛光机的抛光台的结构，其中，图3A是俯视图(其还示出了抛光台内部的电磁铁)，图3B是示出在抛光台上固定有抛光垫基体(在抛光垫基体上粘附有抛光垫)的情况下的截面图(沿图3A中的虚线截取)，图3C是示出从抛光台去除抛光垫基体(在抛光垫基体上粘附有抛光垫)的情况下的截面图(沿图3A中的虚线截取)。

图4是示出本发明的化学机械抛光机的结构的示意图。

图5是示出本发明的化学机械抛光机的存储槽的结构的示意图。

从参照附图对示例性实施例的以下详细描述，本发明的目的、特征和优点将变得明显。

具体实施方式

下面参照附图详细描述本发明的示例性实施例。应注意，以下的描述在本质上仅是解释性的。除非另外特别说明，否则，在实施例中阐述的部件和步骤并不限制本发明的范围。另外，本领域技术人员已知的技术、方法和装置可能不被详细讨论，但在适当的情况下意在成为说明书的一部分。

图3A～3C示出本发明的化学机械抛光机的抛光台的结构。参见图3B，本发明的化学机械抛光机的抛光台310具有平坦表面315。对于平坦表面315的平整度要求例如可以与现有的化学机械抛光机的一致。但是，与图1A～1B所示的现有的化学机械抛光机不同的是，本发明的抛光台310包括被设置在抛光台310的平坦表面315下的电磁铁320和被配置用于对电磁铁320的通电和断电进行控制的开关(未示出)。电磁铁320是本领域技术人员已知的，其例如可以由铁芯和线圈构成(为了方便，图3B～3C中未示出电磁铁的线圈)。当开关被接通从而电磁铁320处于通电状态时，电磁铁320的线圈中流动有电流，从而产生磁场；当开关被关断从而电磁铁320处于断电状态时，电磁铁320的线圈中的电流停止流动，从而不再产生磁场。如后面将描述的那样，电磁铁320产生的磁场被用于将抛光垫基体固定在抛光台310的平坦表面315上，从而将抛光垫基体上的抛光垫固定在抛光台310的平坦表面315上。

在现有的化学机械抛光机中，在工作状态下，抛光垫130被直接粘附在抛光台110的平坦表面115上(参见图1B)。相比之下，在本发明中，在工作状态下，抛光垫330被粘附在抛光垫基体340上，而抛光垫基体340被固定在抛光台310的平坦表面315上(参见图3B)。抛光垫330可以是单层垫，也可以如图3B～3C所示包括抛光顶垫332和在抛光顶垫332之下的抛光底垫334，以改善抛光效果。抛光垫330还可以是三层垫或更多层垫。本发明的抛光垫基体340由铁磁性材料形成，例如，铁磁性材料可以选自铁、钴、镍及其合金。因此，当电磁铁320的开关被接通时，电磁铁320产生磁场，从而能够通过磁力将上面粘附有抛光垫330的抛光垫基体340固定在抛光台310的平坦表面315上(参见图3B)，以便进行化学机械抛光处理。另一方面，当电磁铁320的开关被关断时，电磁铁320不再产生磁场，从而上面粘附有抛光垫330的抛光垫基体340不再通过磁力被固定在抛光台310的平坦表面315上，因此可以容易地从抛光台310去除上面粘附有抛光垫330的抛光垫基体340(参见图3C)。

由上可见，在本发明的化学机械抛光机中，通过对电磁铁的开关进行切换来进行上面粘附有抛光垫的抛光垫基体的更换，从而进行抛光垫的更换。相比之下，在现有的化学机械抛光机中，通过从抛光台撕扯掉被粘附的用过的抛光垫来进行抛光垫的更换。很显然，本发明的化学机械抛光机能够更容易地进行抛光垫更换，这使得能够显著地提高化学机械抛光处理的效率。

为了使得在抛光处理期间抛光台310的电磁铁320施加在抛光垫基体340上的磁力足够强且足够均匀，可以对电磁铁320的配置进行适当的设计。在图3A～3C中，示出的电磁铁320是环形电磁铁(这在图3A中较清楚地示出)。但是，电磁铁320的类型并不受特别限制，其例如还可以是蹄形电磁铁、条形电磁铁等。另外，在图3A～3C中，示出的电磁铁320是一个(这在图3A中较清楚地示出；在图3B～3C中，示出的电磁铁的两个部分实际上属于同一个环形电磁铁)。但是，电磁铁320的数量并不受特别限制，其例如还可以是大于一个。当电磁铁的数量大于一个时，优选电磁铁被均匀地设置在平坦表面315下。只要能够使得在抛光处理期间抛光台的电磁铁施加在抛光垫基体上的磁力足够强且足够均匀，那么电磁铁的配置(包括类型、数量等)就可以为任何希望的配置。例如，可以采用四个均匀地设置的蹄形电磁铁，其中，在中心处设置一个蹄形电磁铁，并在外围处均匀地设置三个蹄形电磁铁。

进一步地，为了在抛光台310的平坦表面315上固定抛光垫基体340的位置，可以设置抛光垫基体固定件。抛光垫基体固定件可以包括在抛光台310的平坦表面315上设置的凸部350和在抛光垫基体340的要与抛光台310的平坦表面315相接触的表面上的凹部360(参见图3C)。凸部350和凹部360被配置为相互啮合。作为替代方案，抛光垫基体固定件也可以包括在抛光台310的平坦表面315上设置的凹部和在抛光垫基体340的要与抛光台310的平坦表面315相接触的表面上的凸部。凸部和凹部的形状和数量不受特别限制。当凸部和凹部的数量大于一个时，优选凸部和凹部被均匀地设置在抛光台的平坦表面上和抛光垫基体的要与抛光台的平坦表面相接触的表面上。作为示例，图3A中示出四个凸部350，其中，在圆形平坦表面315的中心处设置有一个凸部350，并在圆形平坦表面315的外围处均匀地设置有三个凸部350。

另外，为了使得在抛光处理期间抛光垫基体340能够更好地固定在抛光台310的平坦表面315上，抛光台310的平坦表面315和抛光垫基体340优选由相同的材料形成，并且具有相同的平整度，但并不限于此。

另外，为了使得在抛光处理期间抛光垫基体340不受到浆料的侵蚀等，抛光垫基体340例如可以在部分或全部的表面上具有防锈涂层，或者，抛光垫基体340例如可以由防锈的铁磁性材料(诸如不锈钢)形成。

图4是示出本发明的化学机械抛光机的结构的示意图。如图4所示，与现有的化学机械抛光机类似，本发明的化学机械抛光机包括抛光装置410。作为示例，图4中的抛光装置410具有3个抛光台，可以用于对3个晶片同时进行化学机械抛光处理；但是，抛光台的数量不限于此。可选地，本发明的化学机械抛光机还可以进一步包括后清洗装置420。后清洗装置420用于对经过化学机械抛光处理之后的晶片进行清洗处理，诸如兆频超声波清洗、擦刷、干燥等。比较图2和图4可见，与现有的化学机械抛光机不同的是，本发明的化学机械抛光机还包括存储槽430，用于存储上面粘附有抛光垫的抛光垫基体。作为示例，图4中示出四个存储槽430，其中三个存储槽中存储有上面粘附有抛光垫的抛光垫基体；但是，存储槽430的数量不受特别限制，其例如可以为一个或一个以上。

图5是示出本发明的化学机械抛光机的存储槽的结构的示意图。如图5所示，存储槽包括外壳510、设置在存储槽上部的去离子水入口520、设置在存储槽下部的去离子水出口530以及设置在存储槽内部的保持器540。外壳510的形状不受特别限制，其例如可以是长方体等。去离子水入口520和去离子水出口530可以控制存储槽内部的去离子水的有无和去离子水的量。当存储槽内部存储有上面粘附有抛光垫的抛光垫基体时，存储槽内部容纳有去离子水，以使抛光垫保持湿润。保持器540用于保持上面粘附有抛光垫的抛光垫基体550。保持器540的数量和布置不限于图5所示的情况，只要保持器540能够较好地保持上面粘附有抛光垫的抛光垫基体550即可。

在化学机械抛光处理期间，当要将第一浆料更换为第二浆料时，需要从抛光台去除上面粘附有使用第一浆料进行过抛光的抛光垫的抛光垫基体，并重新在抛光台上固定上面粘附有将使用第二浆料进行抛光的抛光垫的另外的抛光垫基体。此时，所去除的上面粘附有使用第一浆料进行过抛光的抛光垫的抛光垫基体可以被存储在存储槽中，并且，可以控制去离子水入口520和去离子水出口530，以使得使用第一浆料进行过抛光的抛光垫保持湿润，从而为使用第一浆料的下一次抛光作准备。

在本发明的化学机械抛光处理中，通过对电磁铁的开关进行切换来进行上面粘附有抛光垫的抛光垫基体的更换，从而进行抛光垫的更换，这不仅如前所述使得能够更容易地进行抛光垫更换，而且还使得抛光垫在更换时不被损坏。并且，被更换的上面粘附有抛光垫的抛光垫基体可以被存储在存储槽中，并使用去离子水使抛光垫保持湿润，以准备用于使用相同浆料的下一次抛光。由此可见，本发明使得抛光垫可以被再利用。相比之下，在现有的化学机械抛光处理中，通过撕扯从抛光台去除的抛光垫通常被损坏，因而不得不被丢弃掉。很显然，本发明的化学机械抛光机能够节省抛光垫，从而能够显著地降低化学机械抛光处理的耗材成本。

顺便提及的是，作为本发明的化学机械抛光机的一种实施方式，化学机械抛光机可以不包括抛光垫基体。在这种情况下，作为化学机械抛光机的耗材的抛光垫部件可以包括抛光垫基体，并且用户可以将另外获得的抛光垫粘附在抛光垫基体上用于抛光。作为替代方案，在这种情况下，作为化学机械抛光机的耗材的抛光垫部件可以包括抛光垫基体和粘附在抛光垫基体上的抛光垫。

作为本发明的化学机械抛光机的另一种实施方式，化学机械抛光机可以包括抛光垫基体。在这种情况下，用户可以将作为化学机械抛光机的耗材的抛光垫粘附在抛光垫基体上用于抛光。

下面，简要描述化学机械抛光机的操作方法。

对于如图1A～1B和图2所示的现有的化学机械抛光机而言，其操作方法如下所述。

首先，在抛光台上粘附抛光垫，并使用第一浆料进行化学机械抛光。

当需要更换浆料时，通过撕扯从抛光台去除用过的抛光垫，并将被损坏的所述用过的抛光垫丢弃掉。

然后，在抛光台上粘附新的抛光垫，并使用第二浆料进行化学机械抛光。

相比之下，对于如图3A～3C和图4～5所示的本发明的化学机械抛光机而言，其操作方法如下所述。

首先，使电磁铁的开关接通，以将上面粘附有抛光垫的抛光垫基体通过磁力固定在抛光台上，并使用第一浆料进行化学机械抛光。如果化学机械抛光机被提供有包括凸部和凹部的抛光垫基体固定件，那么可以在使凸部和凹部相互啮合以在抛光台上固定抛光垫基体的位置之后再使电磁铁的开关接通。

当需要更换浆料时，使电磁铁的开关关断，从而能够容易地从抛光台去除上面粘附有用过的抛光垫的抛光垫基体。用过的抛光垫不会被损坏。可选地，可以在使用去离子水冲洗之后，将被去除的上面粘附有用过的抛光垫的抛光垫基体存储在存储槽中，并使用去离子水使得用过的抛光垫保持湿润，以准备用于使用第一浆料的下一次抛光(即再利用)。

然后，使电磁铁的开关接通，以将上面粘附有将使用第二浆料进行抛光的抛光垫的另外的抛光垫基体通过磁力固定在抛光台上，并使用第二浆料进行化学机械抛光。同样地，如果化学机械抛光机被提供有包括凸部和凹部的抛光垫基体固定件，那么可以在使凸部和凹部相互啮合以在抛光台上固定抛光垫基体的位置之后再使电磁铁的开关接通。

通过以上的教导，本领域技术人员很容易明白，相比于现有的化学机械抛光机，本发明的化学机械抛光机及其抛光垫部件使得能够容易地进行抛光垫更换，并且，本发明的化学机械抛光机及其抛光垫部件还使得能够节省抛光垫，从而降低化学机械抛光的耗材成本。

虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。对于本领域技术人员显然的是，可以在不背离本发明的范围和精神的条件下修改以上的示例性实施例。所附的权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (10)

1.一种化学机械抛光机，包括具有平坦表面的抛光台，其特征在于，所述抛光台包括：

电磁铁，所述电磁铁被设置在所述平坦表面下，并被配置用于将抛光垫基体固定在所述平坦表面上；以及

开关，被配置用于对所述电磁铁的通电和断电进行控制，

其中，所述化学机械抛光机还包括存储槽，所述存储槽被配置用于存储上面粘附有抛光垫的所述抛光垫基体，所述抛光垫的尺寸大于要抛光的晶片的尺寸，并且上面粘附有抛光垫的所述抛光垫基体通过保持器被保持在所述存储槽中。

2.如权利要求1所述的化学机械抛光机，其特征在于，所述电磁铁选自蹄形电磁铁、条形电磁铁和环形电磁铁。

3.如权利要求1所述的化学机械抛光机，其特征在于，所述电磁铁的数量大于一个。

4.如权利要求3所述的化学机械抛光机，其特征在于，所述电磁铁被均匀地设置在所述平坦表面下。

5.如权利要求1所述的化学机械抛光机，其特征在于，

在所述抛光台的所述平坦表面上具有凸部，所述凸部被配置为与所述抛光垫基体的要与所述抛光台的所述平坦表面相接触的表面上的凹部啮合；或者

在所述抛光台的所述平坦表面上具有凹部，所述凹部被配置为与所述抛光垫基体的要与所述抛光台的所述平坦表面相接触的表面上的凸部啮合。

6.如权利要求1所述的化学机械抛光机，其特征在于，所述抛光台的所述平坦表面和所述抛光垫基体由相同的材料形成，并具有相同的平整度。

7.如权利要求1所述的化学机械抛光机，其特征在于，所述存储槽包括：

去离子水入口，所述去离子水入口设置在所述存储槽的上部；以及

去离子水出口，所述去离子水出口设置在所述存储槽的下部。

8.如权利要求1至7中任一项所述的化学机械抛光机，其特征在于，所述化学机械抛光机还包括所述抛光垫基体。

9.如权利要求8所述的化学机械抛光机，其特征在于，所述抛光垫基体由铁磁性材料形成。

10.如权利要求9所述的化学机械抛光机，其特征在于，所述铁磁性材料选自铁、钴、镍及其合金。