化学机械研磨设备及研磨方法与流程

1.本发明涉及化学机械研磨技术领域，具体涉及一种化学机械研磨设备及研磨方法。


背景技术：

2.化学机械抛光技术是化学作用和机械作用相结合的技术，首先工件表面材料与抛光液中的氧化剂、催化剂等发生化学反应，生成一层相对容易去除的软质层,然后在抛光液中的磨料和抛光垫的机械作用下去除该软质层,使工件表面重新裸露出来，随后再进行化学反应,藉此在化学作用过程和机械作用过程的交替进行中完成工件表面抛光。
3.目前，在加工过程中晶圆承载台表面时不时有待磨及研磨后晶圆接触，承载台表面上的各种研磨及化学残留物会粘附于晶圆表面，进入研磨平台的晶圆会导致残留物陷进晶圆表面金属的现象而导致产生各种缺陷，进入清洗区域的晶圆会存在增加清洗难度，清洗不掉的现象，同样产生各种缺陷，降低了产品良率。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的晶圆承载台上研磨及化学残留物降低晶圆良率的缺陷，从而提供一种化学机械研磨设备及研磨方法。
5.为了解决上述问题，本发明提供了一种装卸承载台，包括：承载部，具有承载平面；研磨部，设置在承载部上，研磨部用于与晶圆接触；液体输出部，设置在承载部的外侧，液体输出部适于将液体喷洒至研磨部上，以对晶圆进行预研磨和/或后研磨及对研磨部进行清洗。
6.可选的，承载部包括动力部和承载平台，承载平台的上表面形成承载平面，动力部与承载平台连接，以驱动承载平台绕其轴线转动。
7.可选的，研磨部的上表面上设有若干间隔设置的沟槽。
8.可选的，液体输出部包括研磨液输出部和清洗液输出部，研磨液输出部适于将研磨液喷洒至研磨部上，清洗液输出部适于将清洗液喷洒至研磨部上，以对晶圆进行清洗和后研磨。
9.可选的，承载部的周围还设有防护罩，防护罩用于防止液体或颗粒物的飞溅。
10.可选的，防护罩包围承载平台的周围和底部，防护罩上设有排水口。
11.本发明还提供了一种化学机械研磨设备，包括：研磨头和上述的装卸承载台。
12.本发明还提供了一种化学机械研磨方法，包括：在对晶圆进行主研磨之前和/或之后将晶圆放置在装卸承载台的研磨部上；装卸承载台的液体输出部将液体喷洒至研磨部上，通过研磨头对晶圆进行预研磨和/或后研磨；对研磨部进行清洗。
13.可选的，装卸承载台的液体输出部将液体喷洒至研磨部上，通过研磨头对晶圆进行预研磨和/或后研磨的步骤中，液体输出部所输出的研磨液的流量为50～80ml/min，和/或，预研磨的时间为5～8秒，和/或，研磨头的转速为45～50rpm/min，和/或，后研磨的时间
为4～6秒。
14.可选的，研磨部进行清洗的步骤中，液体输出部所输出的清洗液的流量200～250ml/min，和/或，清洗的时间为3～5秒，和/或，装卸承载台的承载部的转速为50～60rpm/min。
15.本发明具有以下优点：
16.1、在承载部的外部设置液体输出部，液体输出部将液体喷洒至研磨部上，可以在装卸承载台上对晶圆进行预研磨和/或后研磨及对研磨部进行清洗，装卸承载台将吸取卸载晶圆的功能与预研磨和/或后研磨功能的统一，可以将新载入的晶圆进行预研磨，预研磨之后可以直接进入主研磨，省去相关预研磨时间，缩短主研磨时间，同时在主研磨后晶圆进入装卸承载台后进行后研磨，后研磨可以清洗晶圆表面研磨或化学残留物，预研磨和主研磨之后的后研磨可以减少了晶圆的表面缺陷，提高了产品良率。
17.2、液体输出部包括研磨液输出部和清洗液输出部，研磨液输出部适于将研磨液喷洒至研磨部上，清洗液输出部适于将清洗液喷洒至研磨部上，以对晶圆进行清洗和后研磨，在预研磨前、预研磨后及水磨后均对研磨垫进行清洗，可以清洗掉研磨垫上的残留物，提高了晶圆的良率，有效的解决了现有技术中的残留物清洗不干净、粘有残留物的晶圆在主研磨时嵌入晶圆表面导致晶圆产生缺陷、刮伤、坑洞、表面腐蚀的问题。
18.3、防护罩包围承载平台的周围和底部，防护罩上设有排水口，排水口连接排水管。防护罩包围承载平台的周围和底部，可以有效的防止作业过程中液体的飞溅，同时使研磨液副产物及其他残留物收集到防护罩底部区域，通过排水口和排水管排放，不会污染工作环境。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1示出了本发明实施例的装卸承载台的立体示意图；
21.图2示出了图1的装卸承载台的正视示意图；
22.图3示出了图1的装卸承载台的研磨垫的俯视示意图；
23.图4示出了本发明中化学机械研磨方法的示意图；
24.图5示出了本发明中化学机械研磨方法的流程图。
25.附图标记说明：
26.10、承载部；11、动力部；12、承载平台；20、研磨液输出部；21、清洗液输出部；30、防护罩；31、排水口；40、研磨头；50、研磨垫；51、沟槽。
具体实施方式
27.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
31.如图1至图2所示，本实施例的装卸承载台包括：承载部10，具有承载平面；研磨部，设置在承载部10上，研磨部用于与晶圆接触；液体输出部，设置在承载部10的外侧，液体输出部适于将液体喷洒至研磨部上，以对晶圆进行预研磨和/或后研磨及对研磨部进行清洗。
32.应用本实施例的装卸承载台,在承载部10的外部设置液体输出部，液体输出部将液体喷洒至研磨部上，可以在装卸承载台上对晶圆进行预研磨和/或后研磨及对研磨部进行清洗，装卸承载台将吸取卸载晶圆的功能与预研磨和/或后研磨功能的统一，可以将新载入的晶圆进行预研磨，预研磨之后可以直接进入主研磨，省去相关预研磨时间，缩短主研磨时间，同时在主研磨后晶圆进入装卸承载台后进行后研磨，后研磨可以清洗晶圆表面研磨或化学残留物，预研磨和主研磨之后的后研磨可以减少了晶圆的表面缺陷，提高了产品良率。
33.具体地，后研磨为水磨等，在主研磨之后对晶圆进行水磨。
34.在本实施例中，承载部10包括动力部11和承载平台12，承载平台12的上表面形成承载平面，动力部11与承载平台12连接，以驱动承载平台12绕其轴线转动，承载平台12的上表面形成承载平面可以使研磨部良好的贴合，动力部11作为动力源，动力源可以驱动承载平台12转动。具体地，动力部11为电机等。
35.在本实施例中,如图3所示，研磨部的上表面上设有若干间隔设置的沟槽51，研磨部为与晶圆的尺寸相适配的研磨垫50，用于对晶圆进行研磨，研磨垫50的表面的研磨材料为聚亚安酯材料，与现有技术中的研磨垫的表面的研磨材料一致，方便加工使用。研磨垫50的尺寸为大于所研磨的晶圆的尺寸，具体地，研磨垫50的尺寸为大于所研磨的晶圆的尺寸5～20mm，研磨垫50和晶圆均呈圆形，此时研磨垫50的尺寸为研磨垫50的直径，晶圆的尺寸为晶圆的直径。
36.在本实施例中,若干沟槽51为同心圆，沟槽51数为10～20条，使研磨过程质量得到保证，研磨垫50的背部为粘性特质，可以贴在承载台上，使研磨垫50固定足够牢固，且更换时也更为方便，可以理解，研磨垫50的尺寸可以匹配直径150mm、200mm、300mm、450mm等所有晶圆尺寸，根据加工的晶圆尺寸不同，更换不同尺寸的研磨垫50，表面的沟槽51数量也按实际晶圆尺寸不同而变化。例如，研磨垫50的尺寸为210～220mm时，该尺寸的研磨垫50适用于直径为200mm的晶圆，当然该研磨垫50同样适用于直径为150mm及300mm的晶圆；研磨垫50的
尺寸为155～160mm时，该尺寸的研磨垫50适用于直径为150mm的晶圆；研磨垫50的尺寸为310～315mm时，该尺寸的研磨垫50适用于直径为300mm的晶圆。
37.在本实施例中,液体输出部包括研磨液输出部20和清洗液输出部21，研磨液输出部20适于将研磨液喷洒至研磨部上，清洗液输出部21适于将清洗液喷洒至研磨部上，以对晶圆进行清洗和后研磨，在预研磨前、预研磨后及水磨后均对研磨垫50进行清洗，可以清洗掉研磨垫50上的残留物，提高了晶圆的良率，有效的解决了现有技术中的残留物清洗不干净、粘有残留物的晶圆在主研磨时嵌入晶圆表面导致晶圆产生缺陷、刮伤、坑洞、表面腐蚀的问题。可以理解，研磨液输出部20输出的研磨液和清洗液输出部21输出的清洗液均可以根据实际需求改变液体种类与所含物质。具体地，清洗液为去离子水。
38.优选地，研磨液输出部20包括研磨液喷嘴和研磨液输送管，研磨液输送管的一端与研磨液喷嘴连接且另一端与研磨液箱连接，研磨液箱盛放有研磨液，研磨液箱或研磨液输送管上设有研磨液输送泵，通过研磨液输送泵将研磨液箱中的研磨液输送至研磨液喷嘴处，然后通过研磨液喷嘴将研磨液喷洒至研磨垫50上。
39.优选地，清洗液输出部21包括清洗液喷嘴和清洗液输送管，清洗液输送管的一端与清洗液喷嘴连接且另一端与清洗液箱连接，清洗液箱盛放有清洗液，清洗液箱或清洗液输送管上设有清洗液输送泵，通过清洗液输送泵将清洗液箱中的清洗液输送至清洗液喷嘴，然后通过清洗液喷嘴将清洗液喷洒至研磨垫50上。
40.在本实施例中,承载部10的周围还设有防护罩30，防护罩30用于防止液体或颗粒物的飞溅。
41.在本实施例中,研磨液输出部20和清洗液输出部21固定在防护罩30上，固定方式简便。具体地，研磨液输出部20和清洗液输出部21相对设置在防护罩30的两侧上。可以理解，研磨液输出部20和清洗液输出部21也可以固定在化学机械研磨设备的固定工作台上。
42.具体地，防护罩30和动力部11均固定在固定工作台上。可以理解，动力部11也可以固定在防护罩30的底部。
43.在本实施例中,防护罩30包围承载平台12的周围和底部，防护罩30上设有排水口31，排水口31连接排水管。防护罩30包围承载平台12的周围和底部，可以有效的防止作业过程中液体的飞溅，同时使研磨液副产物及其他残留物收集到防护罩30底部区域，通过排水口31和排水管排放，不会污染工作环境。
44.需要说明的是，本实施例中的装卸承载台尺寸可以匹配直径为150mm、200mm、300mm、450mm、等所有晶圆尺寸，承载台的尺寸根据实际晶圆尺寸要求变化而变化。
45.在本实施例中,装卸承载台还包括多个对中夹爪，对中夹爪设置在防护罩内，对中夹爪对晶圆进行对中，实现晶圆的定位，提高定位精度。
46.本发明还提供了一种化学机械研磨设备，其包括：上述的装卸承载台和研磨头40，研磨头40设置在装卸承载台的上方。
47.在本实施例中，化学机械研磨设备还包括固定工作台和若干研磨平台等，研磨平台和装卸承载台设置在固定工作台上。具体地，研磨平台的数量为三个且分别为第一研磨平台、第二研磨平台及第三研磨平台，研磨头40的数量为四个，四个研磨头与三个研磨平台、一个装卸承载台一一对应设置。晶圆在第一研磨平台、第二研磨平台及第三研磨平台上的研磨均为主研磨。
48.在本实施例中,化学机械研磨设备为6寸、8寸、12寸等尺寸，满足各种工艺要求的化学机械研磨机台。
49.如图4所示，本发明还提供了一种化学机械研磨方法，其包括以下步骤：在对晶圆进行主研磨之前和之后将晶圆放置在装卸承载台的研磨部上；装卸承载台的液体输出部将液体喷洒至研磨部上，通过研磨头对晶圆进行预研磨和/或后研磨；对研磨部进行清洗。可以在装卸承载台上对晶圆进行预研磨和/或后研磨及对研磨部进行清洗，装卸承载台将吸取卸载晶圆的功能与预研磨和/或后研磨功能的统一，可以将新载入的晶圆进行预研磨，预研磨之后可以直接进入主研磨，省去相关预研磨时间，缩短主研磨时间，同时在主研磨后晶圆进入装卸承载台后进行后研磨，后研磨可以清洗晶圆表面研磨或化学残留物，预研磨和主研磨之后的后研磨可以减少了晶圆的表面缺陷，提高了产品良率。
50.可以理解，作为可替换的实施方式，也可以仅在主研磨之前或之后将晶圆放置在装卸承载台的研磨部上，此时仅对晶圆进行预研磨或后研磨。
51.在本实施例中，在将晶圆放置在装卸承载台的研磨部上之前，化学机械研磨方法还包括：液体输出部将液体喷洒至研磨部上，对研磨部进行清洗。
52.在本实施例中，装卸承载台的液体输出部将液体喷洒至研磨部上，通过研磨头对晶圆进行预研磨和/或后研磨的步骤中，液体输出部所输出的研磨液的流量为50～80ml/min，预研磨的时间为5～8秒，研磨头的转速为45～50rpm/min，后研磨的时间为4～6秒。
53.在本实施例中，对研磨部进行清洗的步骤中，液体输出部所输出的清洗液的流量200～250ml/min，清洗的时间为3～5秒，承载部10的转速为50～60rpm/min。
54.可以理解，主研磨后进行后水磨、后清洗等步骤互换和各预研磨步骤、主研磨步骤、水磨步骤、清洗步骤时间互换均可以在上述的化学机械研磨方法中实施。
55.需要说明的是，上述的化学机械研磨方法中，主研磨、主研磨后进行后水磨、后清洗、各预研磨步骤即为对晶圆抛光的过程。
56.如图5所示，下面对晶圆的研磨的具体步骤进行说明：
57.步骤s1：待研磨的晶圆由机械手臂传入装卸承载台的研磨垫的表面上。
58.步骤s2：装卸承载台的对中夹爪对晶圆进行对中，研磨头开始(以设定压力)载入晶圆，承载平台转动，转速为50～60rpm/min,将去离子水喷洒去离子水至研磨垫上对研磨垫进行清洗，去离子水的流量为200～250ml/min.时间为3～5秒。
59.步骤s3：研磨液喷嘴喷洒研磨液至承载平台，研磨液的流量为50～80ml/min，同时研磨头下压至研磨垫之上开始做预研磨，研磨头的转速45～50rpm/min,研磨时间为5～8秒。
60.步骤s4：预研磨完成，研磨头吸起晶圆并转入第一研磨平台之上，此时装卸承载台采用去离子水清洗研磨垫3～5秒。
61.步骤s5：第一片晶圆于第一研磨平台进行研磨，主研磨时间为40～45秒(现有技术中的主研磨时间为50～55秒)，研磨完等待转至第二研磨平台；同时，第三研磨平台研磨完的晶圆转至装卸承载台进行水研磨，研磨头承载晶圆并下压到装卸承载台研磨4～6秒，研磨头卸载晶圆至装卸承载台。
62.步骤s6：之后研磨完成的晶圆有机械手臂传走，下一片待磨晶圆传至装卸承载台进行和上述一样的预研磨方法和步骤。
63.步骤s7：主研磨结束，装卸承载台上的晶圆进入第一研磨平台。同时第一研磨平台上的晶圆进入第二研磨平台。
64.需要说明的是,待研磨的晶圆由机械手臂传入装卸承载台的研磨垫的表面上，并完成步骤s1至步骤s3，然后在步骤s5中第一研磨平台进行主研磨，在主研磨之前进行预研磨可以有效节省在研磨平台上的主研磨时间。
65.从以上的描述中，可以看出，本发明的上述的实施例实现了如下技术效果：
66.1、在承载部的承载平台上贴一个研磨垫，承载平台的周围设置防护罩，防护罩防止液体飞溅至附近研磨平台，在防护罩的两侧设置研磨液输出部和清洗液输出部，研磨液输出部用以喷洒研磨液到研磨垫表面，清洗液输出部用以喷洒研磨液到研磨垫表面来清洗研磨垫，承载部的电机用于控制承载平台旋转，当晶圆进入装卸承载台后，研磨头载入晶圆并下压至研磨垫之上做预研磨，在研磨后晶圆进入装卸承载台后进行水磨，使得装卸承载台既有吸取卸载晶圆的功能，还可以实现预研磨、水磨、清洗功能，使得取卸载圆吸的功能与预研磨、水磨、清洗功能统一，使得装卸承载台的功能更加多样化；水磨用以清洗晶圆表面研磨或化学残留物，减少了晶圆的表面缺陷，提高了产品良率。
67.2、防护罩上设有排水口，排水口用于排放研磨液副产物及其他残留物。
68.3、在晶圆的研磨方法中，在第一研磨平台进行研磨的时间内，在装卸承载台上对要卸载的晶圆进行水磨后再卸载，并对下一个未研磨晶圆进行预研磨，这样在第一研磨平台上可以直接进入研磨，不仅提高了产品良率，且省去了原本包含在主研磨中的预研磨时间，缩短相关主研磨时间，缩短了整体研磨加工时间，提高了研磨加工的效率。
69.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。