研磨设备的制作方法

1.本实用新型涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种研磨设备。


背景技术：

2.化学机械抛光(chemical mechanical polish，简称cmp)技术广泛应用于半导体集成电路生产过程中，是业内最有效的表面平坦化技术之一。cmp过程一般为，单个晶圆被研磨头吸附并作用于研磨垫上，通过化学与机械双重作用实现晶圆表面的全面平坦化。
3.在确保研磨效果的前提下，如何进一步提高研磨效率和降低研磨成本，是本领域技术人员一直努力研究的方向。但业内已公开的研磨设备均存在不同类型的问题，比如申请号为cn202011494774.6的专利申请中公开的一种化学机械抛光系统采用单点研磨，为节省研磨液(slurry)，研磨液供给臂(slurry arm)一般为点状流出，通过研磨垫旋转将研磨液分散，这种系统不仅研磨平台(platen)利用率不高，且落点控制效果差；申请号为201611066947.8的专利申请中公开的化学机械抛光设备通过增加研磨液喷洒点保证研磨液分布均匀，但其同样为单点研磨，研磨液利用率低，导致资源的浪费，且因设计上的问题，喷洒过程中可能把研磨液喷洒在研磨头上，造成污染；申请号为cn202011419911.x的专利申请中公开的抛光装置虽然可实现2点抛光，但其研磨部件繁多，研磨过程复杂，导致碰撞风险增大，且该研磨装置仍采用单点研磨液供给，导致研磨均匀性差。此外，现有的cmp设备普遍占地面积较大，研磨垫的利用率低，导致研磨成本上升，难以满足半导体行业日益提升的产能和效率需求。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种研磨设备，用于解决现有技术中的研磨设备或为单点研磨，采用点状供液，存在研磨效率低，研磨液消耗大，且容易造成研磨头污染，而已有公开的两点抛光设备存在研磨部件繁多、研磨过程复杂，研磨过程中容易发生碰撞，且研磨均匀性较差等问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种研磨设备，所述研磨设备包括研磨平台和复数个研磨组件，所述研磨平台上设置有复数个研磨区域，复数个研磨组件一一对应设置于复数个研磨区域上，各研磨组件均包括移动滑轨、研磨头、修整盘和研磨液供给臂；所述移动滑轨和研磨液供给臂间隔设置，且均沿所述研磨区域的径向延伸，所述修整盘位于移动滑轨上，且可在所述移动滑轨上移动，所述研磨液供给臂上沿所述研磨平台的径向间隔设置有多个供液孔。
6.可选地，所述研磨设备还包括旋转装置，与所述研磨平台、研磨头、修整盘和研磨液供给臂中的一个或多个相连接。
7.可选地，所述研磨设备还包括升降装置，与所述研磨平台、研磨头、修整盘和研磨液供给臂中的一个或多个相连接。
8.可选地，所述研磨液供给臂和移动滑轨位于研磨头的相对两侧。
9.在一可选方案中，所述研磨区域为3个，3个研磨区域在所述研磨平台上均匀间隔分布。
10.更可选地，所述研磨平台为圆形面，直径为925mm
±
5mm。
11.在另一可选方案中，所述研磨区域为4个，4个研磨区域在所述研磨平台上均匀间隔分布。
12.更可选地，所述研磨平台为圆形面，直径为1130mm
±
5mm。
13.可选地，各所述研磨区域内还设置有挡板，所述挡板遮挡所述研磨液供给臂除所述供液孔所在的面。
14.可选地，所述研磨设备包括复数个间隔设置的研磨平台。
15.可选地，不同研磨平台的研磨液供给臂连接至不同的液体源。
16.如上所述，本实用新型的研磨设备，具有以下有益效果：本实用新型提供的研磨设备，通过对研磨头、研磨液供给臂和修整盘进行巧妙设计集成，可以同时实现多个基板的抛光研磨，可以有效提高研磨平台的利用率，极大提高研磨效率，提高设备产出率；且通过沿研磨平台径向设置的多个供液孔同时进行供液，可以有效避免研磨液落点不均一和落点偏差等问题，可以显著提高供液均匀性，使得抛光过程中的散热更加均匀，确保基板在研磨过程中保持温度均一性，减少了抛光过程的温度变量，有助于提高研磨抛光的均匀性和一致性；各模块的运动调控简单，操作方便，可有效避免研磨过程中发生碰撞，避免设备故障和基板损伤。
附图说明
17.图1显示为本实用新型实施例一中提供的研磨设备的例示性结构示意图。
18.图2显示为本实用新型实施例二中提供的研磨设备的例示性结构示意图。
19.元件标号说明
20.a
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研磨区域
21.11
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研磨平台
22.12
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移动滑轨
23.13
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研磨头
24.14
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修整盘
25.15
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研磨液供给臂
26.16
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供液孔
具体实施方式
27.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
28.为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
29.在本技术的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
30.需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。为使图示尽量简洁，各附图中并未对所有的结构全部标示。
31.实施例一
32.如图1所示，本实用新型提供一种研磨设备，所述研磨设备包括研磨平台11和复数个研磨组件，所述研磨平台11上设置有复数个研磨区域a(研磨区域a之间可以没有实体上的分界线而通过对各模块的工艺参数定义各自作业的区域)，复数个研磨组件一一对应设置于复数个研磨区域a上(即每个研磨区均设置有一个所述研磨组件)，各研磨组件均包括移动滑轨12、研磨头13、修整盘14和研磨液供给臂15；所述移动滑轨12和研磨液供给臂15间隔设置，且均沿所述研磨区域a的径向延伸，所述修整盘14(disk)位于移动滑轨12上，且可在所述移动滑轨12上移动，以在需要时对各自对应的研磨区域a进行修整(conditioning)，所述研磨液供给臂15上沿所述研磨平台11的径向间隔设置有多个供液孔16，以在需要时，尤其是在研磨过程中向对应的研磨区域a供给研磨液。所述研磨平台11通常包括载台及位于载台上的研磨垫，研磨垫上通常设置有研磨颗粒，研磨颗粒的粒径根据不同的研磨需要而定。使用本实用新型提供的研磨设备进行研磨作业的一示例性过程为，将复数个待研磨的基板，例如晶圆一一吸附于各研磨头13上，然后一一对应放置于各研磨区域a的研磨平台11上进行研磨，此过程中，研磨液供给臂15经供液孔16往对应的研磨区域a供应研磨液。研磨的间隙和/或研磨结束后，修整盘在移动滑轨12上单向或来回移动并按压研磨平台11，以对研磨平台11(研磨垫)进行修整的同时，将研磨过程中产生的研磨副产物去除。本实用新型提供的研磨设备，通过对研磨头、研磨液供给臂和修整盘进行巧妙设计集成，可以同时实现多个基板的抛光研磨，可以有效提高研磨平台的利用率(发明人经大量实验证实，采用本技术提供的研磨设备，可以使得研磨平台的单位时间利用率达到45％以上，较之现有技术至少提升近三倍)，极大提高研磨效率，提高设备产出率；且通过沿研磨平台径向设置的多个供液孔同时进行供液，可以有效避免研磨液落点不均一和落点偏差等问题，可以显著提高供液均匀性，使得抛光过程中的散热更加均匀，确保基板在研磨过程中保持温度均一性，减少了抛光过程的温度变量，有助于提高研磨抛光的均匀性和一致性；各模块的运动调控简单，操作方便，可有效避免研磨过程中发生碰撞，避免设备故障和基板损伤。
33.为进一步提高研磨效果，作为示例，所述研磨设备还包括旋转装置(未示出)，与所述研磨平台11、研磨头13、修整盘14和研磨液供给臂15中的一个或多个相连接。在较佳的示例中，研磨平台11、研磨头13和修整盘14各自连接至不同的旋转装置，研磨过程中各自可进
行旋转，且旋转方向可以相同或不同，比如，研磨头13和研磨平台11的旋转方向相反。当然，在其他示例中，前述各结构也可以连接至相同的旋转装置，根据不同的研磨需要，在研磨过程中使相应的结构旋转，且各自旋转的速度可以相同或不同，但较佳地为连接至不同的旋转装置，以对各自的旋转速度和/或方向进行独立控制。例如，研磨头13的自转转速为70～120rpm，修整盘的自转转速为70～120rpm，旋转的先后顺序可以依次为研磨液供给臂15-研磨头13-修整盘。
34.为方便进行基板的转移，所述研磨设备还包括升降装置(未示出)，与所述研磨平台11、研磨头13、修整盘14和研磨液供给臂15中的一个或多个相连接。且在较佳的示例中，至少确保所述研磨头13与一升降装置相连接，因而根据不同的研磨需要，可以对研磨头13进行整体平移。
35.所述研磨液供给臂15包括一供液管路，研磨过程中，供液管路和移动滑轨12较佳地位于研磨头13的相对两侧，以避免两者工作过程中的相互干扰。供液孔16的数量根据待研磨的基板尺寸而定，通常为3个以上，各供液孔16较佳地为在供液管路上均匀间隔设置，间距例如为5-20mm,供液孔16的孔径可以根据需要设置，例如为0.5mm-10mm，供液孔16的开口朝向研磨区域a。同一研磨液供给臂15可以通过多通阀(例如三通阀)与不同的液体源相连接，以根据不同的需要切换供应不同的研磨液。当然，在其他示例中，供液管路也可以为两条或以上，各供液管路连接至不同的液体源，以在需要时切换供应不同的研磨液。
36.在一示例中，各所述研磨区域a内还设置有挡板，所述挡板遮挡所述研磨液供给臂15除所述供液孔16所在的面，以避免研磨液在供应过程中四处飞溅造成研磨头13等模块的污染。
37.本实用新型提供的研磨设备适用于各种类型的基板研磨，研磨设备的各模块的形状相应根据待研磨基板的形状而调整。例如，待研磨基板为晶圆，则研磨平台11、修整盘和研磨头13均相应为圆形结构，且研磨头13的大小与晶圆大小相匹配。
38.本实施例中，所述研磨平台11上设置有3个研磨区域a，3个研磨区域a在所述研磨平台11上均匀间隔分布。且当用于研磨300mm的晶圆时，研磨平台11相应为圆形面，且直径为925mm
±
5mm，更具体地为928.71mm，因为发明人经大量实验发现，在用于研磨3片300mm的晶圆时，研磨平台11的直径设置为此参数时的效率和效果为最佳。本实施例使用这个参数的研磨平台11，相较于现有的12寸晶圆研磨设备采用的774mm的研磨平台11，直径增加了近20％，由于研磨平台11整体增大，使得研磨过程中晶圆运动的线速度变大，研磨速率显著增加，而晶圆中心和边缘的线速度差距减小，研磨均匀性大幅提高；研磨液沿径向分布更均匀，同时更有利于保证研磨垫表面温度分布及散热，进一步促进研磨均匀性和研磨良率的提高。此外，由于线速度增加，且晶圆内外的线速度差异减小，研磨头13可在更大的工艺窗口下调节研磨均匀性和研磨形貌，有助于进一步提高研磨良率(现有技术中，为保证研磨速率，在研磨平台11尺寸有限的时候，只能通过增加压力来调节速率，但是压力调节到一定程度会增加破片风险，降低片内均匀性，而本技术的研磨平台11可在较宽的区间内调节压力)。
39.本实施例的研磨设备可以仅包括一个研磨平台11，单个研磨平台11上的各研磨区域a执行相同的研磨工艺(粗磨或精磨，或用于研磨不同的材料层)。当需要进行不同的研磨工艺时，将研磨头13整体上提，整体平移至其他研磨设备即可。
40.当然，在其他示例中，所述研磨设备也可以包括复数个间隔设置的研磨平台11，相应地，不同研磨平台11的研磨液供给臂15可连接至不同的液体源，以使各研磨平台11各自执行不同的研磨工艺，因而根据不同的研磨需要，将晶圆在不同的研磨平台11之间进行转移以执行不同的研磨工艺。
41.实施例二
42.如图2所示，本实施例提供另一种结构的研磨设备。本实施例的研磨设备与实施例一的主要区别在于，实施例一中，研磨区域a为3个，而本实施例中，研磨区域a为4个，4个研磨区域a在所述研磨平台11上均匀间隔分布。当本实施例的研磨设备同样为用于研磨300mm晶圆的研磨设备时，所述研磨平台11同样较佳地为圆形面，直径较佳地为1130mm
±
5mm，具体地为1134mm。除上述区别外，本实施例的研磨设备的研磨组件以及其他结构的设置与实施例一相似，具体请参考实施例一的描述，出于简洁的目的不赘述。
43.发明人对本实用新型提供的研磨设备与现有技术的300mm晶圆的单点研磨设备进行了比较，比较结果如下表1和2所示，其中，三点抛光对应实施例一的具有三个研磨区域的研磨设备，四点抛光对应实施例二的具有四个研磨区域的研磨设备。(实施例一的研磨平台的单位时间利用率为31.3％，实施例二的利用率为28.0％而现有技术中仅为15％左右)
44.表1本技术的研磨设备的线速度与现有技术的研磨设备的线速度差异
[0045][0046]
表2本技术的研磨设备的线速度比值与现有技术的差异
[0047][0048]
从上述表格可以看到，采用本实用新型的研磨设备，研磨过程中晶圆整体的线速度大大增加而晶圆边缘与中心的线速度的差距变小(即线速度均匀性提高了)，因而采用本实用新型提供的研磨设备，研磨效率可极大提高，研磨均匀性可以极大改善，且更大的线速度可以允许研磨头在更大的工艺窗口下调节均匀性和研磨形貌。
[0049]
综上所述，本实用新型提供一种研磨设备。所述研磨设备包括研磨平台和复数个研磨组件，所述研磨平台上设置有复数个研磨区域，复数个研磨组件一一对应设置于复数个研磨区域上，各研磨组件均包括移动滑轨、研磨头、修整盘和研磨液供给臂；所述移动滑
轨和研磨液供给臂间隔设置，且均沿所述研磨区域的径向延伸，所述修整盘位于移动滑轨上，且可在所述移动滑轨上移动，所述研磨液供给臂上沿所述研磨平台的径向间隔设置有多个供液孔。本实用新型提供的研磨设备，通过对研磨头、研磨液供给臂和修整盘进行巧妙设计集成，可以同时实现多个基板的抛光研磨，可以有效提高研磨平台的利用率，极大提高研磨效率，提高设备产出率；且通过沿研磨平台径向设置的多个供液孔同时进行供液，可以有效避免研磨液落点不均一和落点偏差等问题，可以显著提高供液均匀性，使得抛光过程中的散热更加均匀，确保基板在研磨过程中保持温度均一性，减少了抛光过程的温度变量，有助于提高研磨抛光的均匀性和一致性；各模块的运动调控简单，操作方便，可有效避免研磨过程中发生碰撞，避免设备故障和基板损伤。本实用新型的研磨设备适用于精磨和粗磨等不同的研磨需要，且不仅可以适用于晶圆的研磨抛光，同时适用于太阳能电池板等其他基板的研磨抛光。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0050]
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。