[实用新型]一种用于提高晶圆内膜厚度均匀性的设备

说明书

本实用新型揭露了一种用于提高晶圆内膜厚度均匀性的设备。这个设备是用于集成电路芯片生产。这个设备通过将晶圆朝上方放置，将化学磨料流到晶圆表面，用一个或多个直径介于10～40毫米之间的贴有研磨垫的研磨头在晶圆表面进行有选择性的差异化研磨，差异化研磨是通过将研磨头经过的路线分成若干个区间，并在不同区间内采用不同压力和扫描速度来实现的，区间的数目和每个区间的大小是根据处理前测量的晶圆内厚度的实际分布来决定。这样可以大幅度改进晶圆内膜厚度均匀性，从而满足日益严苛的工艺要求。

技术领域

本实用新型是用于提高集成电路芯片生产的晶圆内膜厚度均匀性的一种设备。

背景技术

集成电路芯片生产是通过微图形技术形成晶体管器件配以多层不同材料的薄膜叠加，其中绝缘材料作为电性隔离层，金属材料作为导通连线。多层连线能够极大地提高芯片集成度从而缩小芯片的尺寸，化学机械研磨就是实现多层连线的关键工艺。化学机械研磨工艺的目的是在叠加下一层连线前将表面平坦化，这样就避免了由于起伏不平而导致的连线折断。运用了化学机械研磨工艺，在先进技术节点如28纳米以下，布线叠加的层数可以做到十层以上。

化学机械研磨是通过化学机械研磨设备实现的，图1展示了典型的化学机械研磨设备的构成。研磨开始时，将作为芯片载体的晶圆1装载在研磨头2内，正面朝下压在研磨垫3上，研磨头2和研磨垫3同向自转，同时有化学磨料4滴在研磨垫3上借助旋转流到晶圆1表面从而完成化学机械研磨。顾名思义，化学机械研磨既有化学研磨(通过化学磨料4)，也有机械研磨(通过研磨头2和研磨垫3的旋转)。

研磨垫3是由化学合成材料制成的，安装在坚硬的不锈钢材料的研磨桌5上。研磨垫3上有着规则图形的沟槽和细微的毛孔，可以让化学磨料4进行传输和吸收保持化学磨料4。研磨垫3通常远大于研磨头2的大小。研磨结束后，会用大量的去离子水6来清洗研磨垫3。

化学磨料4通常由几十至几百纳米的颗粒溶解在有一定酸碱度的化学试剂中。颗粒可以是二氧化硅，氧化铁等，用于金属膜研磨的化学磨料4还会加入一定比例双氧水来帮助氧化金属。此外多种的微量的特殊药剂会加入，比如表面活性剂，抗凝合剂等，来增强化学磨料4的反应活性和稳定性。

修正盘7是用来在研磨结束后对研磨垫3进行刮新，去除表面已经老化的纤维组织，露出下面新鲜的部分，从而保持研磨速率。修正盘7通常是由微小的人造钻石颗粒粘合在金属盘上的。

研磨头2是传输和研磨晶圆1的载体，它的大小比晶圆1要略大些。开始研磨前，研磨头2将晶圆1真空吸附起再移动到研磨垫3上方。然后研磨头2下降到研磨垫3上。图2展示了一个分区研磨头2的构造和其控制晶圆1表面膜厚度的原理。研磨头2在晶圆1背面通过内置的气囊8充气9施加压力，并同时开始自转。研磨结束后，研磨头2真空吸附起晶圆1传输其去清洗。为了防止晶圆1在高速旋转的研磨头2中滑出，在研磨头2的外周装有保持环10。保持环10通常是由一个合成塑料材质的环粘合在不锈钢圈上，不锈钢圈通过螺丝安装在研磨头2上。保持环10表面有沟槽，是为了让化学磨料4通过保持环10进入到研磨头2下的晶圆1的表面。