[发明专利]化学机械研磨设备及使用该化学机械研磨设备的研磨方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术的领域，特别涉及一种化学机械研磨设备及使用该化学机械研磨设备的研磨方法。

背景技术

随着半导体器件日益减小，由于多层互连或填充深度比较大的沉积过程带来晶片表面过大的起伏，引起光刻工艺聚焦困难，对线宽控制能力减弱，从而降低整个晶片上的线宽的一致性。由此，业界引入用于平坦化晶片的化学机械研磨技术，该化学机械研磨(CMP，Chemical Mechanical Planarization)技术以其全局平坦化优势快速发展，广泛应用于深槽填充的平面化、接触孔和过孔中的金属接头的平面化以及中间步骤包含的氧化层和金属间电介质层的平面化等众多领域。

CMP工作原理为：将晶片固定于一研磨头上，并使晶片表面朝下与一研磨垫接触，通过晶片表面和研磨垫之间的相对运动使得晶片表面平坦化。在CMP过程中，上述的晶片表面和研磨垫之间供给有磨料，磨料通过晶片表面和研磨垫之间的相对转动，均匀分布在晶片表面和研磨垫之间的缝隙中，并和晶片表面欲除去的材料层发生化学反应而生成容易去除的材料，接着通过晶片表面和研磨垫相对运动产生的机械作用将晶片表面发生化学反应而生成的相对容易去除的材料除去。由于晶片表面高处的图形更容易和研磨垫接触而被除去，使得晶片表面高处的图形比低处的图形能够更快地被去除，达到整个晶片表面平坦化的效果。因此，该CMP技术能够精确并均匀地把晶片抛光为实际需要的厚度和平坦度，进而成为一种广泛应用的研磨技术。

然而业界对于半导体器件结构高性能、低成本与高成品率的追求是不会间断的，对其有直接影响的CMP技术也在不断地改进中。许多提高CMP效率与平坦度的设备与方法不断涌现。如下图1所示出的具有多个研磨垫结构的CMP设备。

该CMP设备包括底座100与传送盘200。其中底座100上设置有晶片装卸载装置110以及多个研磨站120a、120b和120c，而每个研磨站上均设置有对应的旋转台121，以及对应的研磨垫122位于旋转台121之上，以在旋转台121带动下旋转，而多个磨料供给装置123分别设置于所述底座100上并能够向各自的研磨垫122供给磨料。多个研磨垫整理器130一端固定于底座100上，另一端为活动端用于调节研磨垫122上的磨料。传送盘200上形成有研磨头旋转装置230，研磨头210设置在研磨头旋转装置230上，且研磨头旋转装置230控制研磨头210转动，通过研磨垫122和研磨头210之间的相对转动将晶片表面需要去除的材料层研磨掉。

研磨过程为：晶片首先被送入晶片装卸载装置110，并装载于所述研磨头210上，晶片表面即含有材料层的表面朝下，然后通过研磨头旋转装置230将所述研磨头210置于所述研磨垫122上，同时磨料供给装置123向研磨垫122供给磨料，依靠研磨垫122和研磨头210(所述晶片固定于研磨头210上)之间的相对转动，从而使所述晶片表面的材料被移除，实现对晶片表面的平坦化处理。通常，晶片的CMP研磨包含多次研磨步骤，故上述CMP设备设置有多个研磨垫。

随着半导体器件的集成度越来越高，晶片的结构越来越小，使得需要研磨的晶片表面接近于微米级别。故在实际的CMP研磨过程中，研磨垫整理器130在调节研磨垫122表面磨料的时候，容易与相对研磨垫转动的研磨头210发生碰撞，从而导致整个CMP设备停止运作，并且容易造成晶片表面的刮伤。如此使得上述研磨垫整理器130和研磨头210容易被损坏，同时降低了CMP设备的研磨效率和机台的使用寿命，同时也因为刮伤现象降低了半导体器件结构的性能，从而影响了半导体器件结构的出厂效率。因此在晶片的研磨过程中，降低研磨垫整理器和研磨头发生碰撞的几率成为当前需要解决的技术问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了有效解决上述问题，本发明提出了一种化学机械研磨设备，包括：研磨头，用于固定待研磨的晶片；

旋转台和固定在所述旋转台表面的研磨垫，其中所述旋转台旋转所述研磨垫，使得所述研磨垫与所述研磨头之间相对运动，以对所述晶片进行研磨；

磨料供给装置，用于供给磨料至所述研磨垫上；

研磨垫整理器，用于调节供给至所述研磨垫上的所述磨料的分布；以及

检测器，用于检测所述研磨垫整理器与所述研磨头之间的距离，以防止所述研磨垫整理器与所述研磨头接触。