專利名稱：預(yù)熱研磨墊的研磨機(jī)臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及化學(xué)機(jī)械研磨領(lǐng)域，特別涉及一種預(yù)熱研磨墊的研磨機(jī)臺(tái)。
背景技術(shù)：
目前，隨著電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，半導(dǎo)體的制造工藝得到了飛速的發(fā)展，在半導(dǎo)體 的制造流程中，涉及化學(xué)機(jī)械研磨工藝(CMP)。晶片(wafer)的平坦化制作工藝都是依賴 化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺(tái)來(lái)完成，化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺(tái)可用于各種材料的研磨，例如實(shí)現(xiàn)對(duì)多晶硅、 銅、鎢、淺溝槽隔離(STI)、層間介質(zhì)層(ILD)或金屬間介質(zhì)層(IMD)等的研磨?，F(xiàn)有化學(xué)機(jī) 械研磨機(jī)臺(tái)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。該機(jī)臺(tái)包括研磨臺(tái)101、研磨墊(pad) 102和研 磨頭103。研磨臺(tái)101承載研磨墊102，當(dāng)進(jìn)行研磨時(shí)，首先將待研磨的晶片W架設(shè)在研磨 頭103上，使晶片W的待研磨面與旋轉(zhuǎn)的研磨墊102對(duì)向配置，此時(shí)，在研磨墊102上可提 供由研磨粒和化學(xué)助劑所構(gòu)成的研漿(slurry)；接著，研磨頭103提供給晶片W可控制的 負(fù)載如壓力，而將晶片W的待研磨面緊壓于研磨墊102上，隨著晶片與研磨墊之間的相對(duì)運(yùn) 動(dòng)，以及研磨墊上研漿的噴灑，實(shí)現(xiàn)對(duì)晶片的研磨，形成晶片平坦的表面。同時(shí)，在研磨過(guò)程中，研磨墊表面溫度隨著研磨的進(jìn)行，逐漸升高，在達(dá)到一定溫 度時(shí)才趨于穩(wěn)定。研磨墊表面溫度隨研磨時(shí)間變化的關(guān)系曲線如圖2所示。圖2中橫坐標(biāo) 為時(shí)間，縱坐標(biāo)為溫度，淺色曲線為測(cè)量多個(gè)時(shí)間點(diǎn)得到的實(shí)際溫度曲線，即測(cè)量曲線；深 色曲線為根據(jù)測(cè)量曲線得到的模擬曲線。由于模擬曲線更能反映曲線的特征本質(zhì)，所以對(duì) 模擬曲線進(jìn)行分析。該模擬曲線表明，在豎線的左側(cè)研磨墊溫度處于上升階段，在豎線的右 側(cè)研磨墊溫度處于穩(wěn)定階段。研究表明，研磨速率與研磨墊溫度有密切關(guān)系，當(dāng)研磨墊溫度 處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，研磨速率也就處于穩(wěn)定狀態(tài)，并且處于穩(wěn)定溫度階段的研磨墊所對(duì)應(yīng)的 研磨速率剛好具有最佳研磨效果。為了在最佳研磨狀態(tài)下進(jìn)行研磨，即在穩(wěn)定的研磨速率 下進(jìn)行研磨，現(xiàn)有技術(shù)中一般在對(duì)產(chǎn)品晶片進(jìn)行CMP加工之前，采用擋片(dummy wafer)進(jìn) 行研磨，使研磨墊達(dá)到穩(wěn)定溫度，研磨速率達(dá)到穩(wěn)定之后，再對(duì)產(chǎn)品晶片進(jìn)行研磨。其中，產(chǎn) 品晶片為其上已經(jīng)分布了器件的晶片，最終可以經(jīng)過(guò)多道工序成為成品；dummy wafer是沒(méi) 有經(jīng)過(guò)工藝加工的平整硅片。這種方式雖然也能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品晶片在最佳研磨效果時(shí)開(kāi)始研 磨，但生產(chǎn)效率較低，而且在對(duì)dummy wafer的研磨過(guò)程中也會(huì)消耗slurry、清洗液等，同 時(shí)也會(huì)產(chǎn)生研磨墊的磨損，所以如何更有效地將CMP工藝保持在穩(wěn)定狀態(tài)成為一個(gè)需要解 決的問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種預(yù)熱研磨墊的研磨機(jī)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品晶片在穩(wěn)定溫度狀態(tài)下 進(jìn)行CMP研磨。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型公開(kāi)了一種預(yù)熱研磨墊的研磨機(jī)臺(tái)，該研磨機(jī)臺(tái)包括研磨墊、溫度傳 感器、主控制器和溫控系統(tǒng)；[0007]溫度傳感器，用于測(cè)量研磨墊的溫度，將測(cè)量溫度數(shù)字信號(hào)輸出給主控制器；主控制器，用于根據(jù)所述測(cè)量溫度數(shù)字信號(hào)指示溫控系統(tǒng)調(diào)節(jié)溫度至研磨墊預(yù)定 溫度；溫控系統(tǒng)，設(shè)于研磨墊下方，提供溫度給研磨墊，根據(jù)主控制器的指示調(diào)節(jié)溫度。所述溫控系統(tǒng)包括冷卻系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)；冷卻系統(tǒng)位于加熱系統(tǒng)和研磨墊之間，所述冷卻系統(tǒng)為循環(huán)的去離子水或者氮 氣，用于將加熱系統(tǒng)的溫度傳遞給研磨墊；加熱系統(tǒng)，用于根據(jù)主控制器的指示，調(diào)節(jié)加熱系統(tǒng)溫度至研磨墊預(yù)定溫度。所述主控制器包括微處理器和存儲(chǔ)器；存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)研磨墊的預(yù)定溫度；微處理器，用于從存儲(chǔ)器讀取研磨墊的預(yù)定溫度，根據(jù)溫度傳感器發(fā)送的測(cè)量溫 度數(shù)字信號(hào)計(jì)算加熱系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)量輸出至加熱系統(tǒng)。所述預(yù)定溫度為30 40攝氏度。由上述的技術(shù)方案可見(jiàn)，本實(shí)用新型在研磨墊下方設(shè)置一溫控系統(tǒng)，該溫控系統(tǒng) 包括沿研磨墊自上而下依次設(shè)置的冷卻系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)。其中加熱系統(tǒng)對(duì)研磨墊進(jìn)行預(yù) 熱，加熱系統(tǒng)的溫度會(huì)通過(guò)冷卻系統(tǒng)傳導(dǎo)給研磨墊，當(dāng)研磨墊的溫度達(dá)到具有最佳研磨效 果的理想溫度時(shí)，保持該溫度，產(chǎn)品晶片在該穩(wěn)定溫度狀態(tài)下進(jìn)行CMP研磨。采用該研磨機(jī) 臺(tái)對(duì)研磨墊進(jìn)行預(yù)熱，既不需要耗費(fèi)dummy wafer，也可以方便地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品晶片在穩(wěn)定溫度 狀態(tài)下進(jìn)行CMP研磨。

圖1為現(xiàn)有化學(xué)機(jī)械研磨機(jī)臺(tái)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為研磨墊表面溫度隨研磨時(shí)間變化的關(guān)系曲線圖；圖3為本實(shí)用新型研磨機(jī)臺(tái)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案、及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施 例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)用新型的核心思想是在研磨墊下方設(shè)置一溫控系統(tǒng)，該溫控系統(tǒng)包括沿研 磨墊自上而下依次設(shè)置的冷卻系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)。其中加熱系統(tǒng)對(duì)研磨墊進(jìn)行預(yù)熱，加熱系 統(tǒng)的溫度會(huì)通過(guò)冷卻系統(tǒng)傳導(dǎo)給研磨墊，當(dāng)研磨墊的溫度達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，即具有最佳研 磨效果的理想溫度時(shí)，保持該溫度，產(chǎn)品晶片在該穩(wěn)定溫度狀態(tài)下進(jìn)行CMP研磨。其中， 冷卻系統(tǒng)包括循環(huán)的冷卻水。采用該研磨機(jī)臺(tái)對(duì)研磨墊進(jìn)行預(yù)熱，既不需要耗費(fèi)dummy wafer,也可以方便地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品晶片在穩(wěn)定溫度狀態(tài)下進(jìn)行CMP研磨。本實(shí)用新型研磨機(jī)臺(tái)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。該研磨機(jī)臺(tái)包括研磨墊102、 溫控系統(tǒng)200、溫度傳感器201、主控制器202。其中，溫控系統(tǒng)200又包括冷卻系統(tǒng)2001、 加熱系統(tǒng)2002 ；主控制器202又包括存儲(chǔ)器2021和微處理器2022。溫度傳感器201實(shí)時(shí)檢測(cè)研磨墊的實(shí)際溫度，將研磨墊的實(shí)際溫度轉(zhuǎn)換為溫度數(shù) 字信號(hào)輸出至主控制器202的微處理器2022 ；當(dāng)溫度傳感器201輸出的信號(hào)為模擬信號(hào)時(shí)，可在溫度傳感器與主控制器之間增加用于模數(shù)轉(zhuǎn)換的A/D轉(zhuǎn)換器。主控制器202根據(jù)表示研磨墊實(shí)際溫度的溫度數(shù)字信號(hào)，計(jì)算研磨墊的溫度數(shù)字 信號(hào)表示的實(shí)際溫度相對(duì)于研磨墊具有最佳研磨效果時(shí)的理想溫度的偏移量，根據(jù)計(jì)算的 溫度偏移量輸出表示加熱系統(tǒng)溫度調(diào)節(jié)量的電控制信號(hào)至加熱系統(tǒng)2002。存儲(chǔ)器2021存儲(chǔ)研磨墊具有最佳研磨效果時(shí)的理想溫度，經(jīng)驗(yàn)表明，該理想溫度 一般在30 40攝氏度。微處理器2022從存儲(chǔ)器讀取研磨墊具有最佳研磨效果時(shí)的理想溫度，根據(jù)溫度 傳感器發(fā)送的溫度數(shù)字信號(hào)表示的研磨墊的實(shí)際溫度，計(jì)算加熱系統(tǒng)溫度調(diào)節(jié)量輸出至加 熱系統(tǒng)。溫控系統(tǒng)200，設(shè)于研磨墊下方的研磨臺(tái)內(nèi)，提供溫度給研磨墊，根據(jù)主控制器的 指示調(diào)節(jié)溫度。加熱系統(tǒng)2002根據(jù)主控制器的微處理器輸出的電控制信號(hào)，調(diào)節(jié)加熱系統(tǒng)溫度， 使研磨墊的溫度達(dá)到具有最佳研磨效果時(shí)的理想溫度。冷卻系統(tǒng)2001內(nèi)冷卻水一般為常溫下的去離子水(DIW)，一直處于循環(huán)狀態(tài)，用 于實(shí)現(xiàn)將加熱系統(tǒng)的溫度傳遞給研磨墊。當(dāng)然，冷卻系統(tǒng)內(nèi)還可以是常溫的氮?dú)獾?。綜上，采用本實(shí)用新型的裝置，將溫控系統(tǒng)的溫度達(dá)到具有最佳研磨效果時(shí)的理 想溫度時(shí)，研磨墊同時(shí)達(dá)到該溫度，這樣保持在該穩(wěn)定的溫度狀態(tài)下，將架設(shè)在研磨頭上的 產(chǎn)品晶片，與研磨墊接觸，在該穩(wěn)定溫度狀態(tài)下進(jìn)行CMP研磨。與現(xiàn)有技術(shù)中采用dummy wafer進(jìn)行預(yù)熱研磨墊的方法相比，既提高生產(chǎn)效率，又節(jié)省生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單方便。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本 實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型 保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種預(yù)熱研磨墊的研磨機(jī)臺(tái)，該研磨機(jī)臺(tái)包括研磨墊、溫度傳感器、主控制器和溫控系統(tǒng)；溫度傳感器，用于測(cè)量研磨墊的溫度，將測(cè)量溫度數(shù)字信號(hào)輸出給主控制器；主控制器，用于根據(jù)所述測(cè)量溫度數(shù)字信號(hào)指示溫控系統(tǒng)調(diào)節(jié)溫度至研磨墊預(yù)定溫度；溫控系統(tǒng)，設(shè)于研磨墊下方，提供溫度給研磨墊，根據(jù)主控制器的指示調(diào)節(jié)溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨機(jī)臺(tái)，其特征在于，所述溫控系統(tǒng)包括冷卻系統(tǒng)和加熱 系統(tǒng)；冷卻系統(tǒng)位于加熱系統(tǒng)和研磨墊之間，所述冷卻系統(tǒng)為循環(huán)的去離子水或者氮?dú)?，?于將加熱系統(tǒng)的溫度傳遞給研磨墊；加熱系統(tǒng)，用于根據(jù)主控制器的指示，調(diào)節(jié)加熱系統(tǒng)溫度至研磨墊預(yù)定溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的研磨機(jī)臺(tái)，其特征在于，所述主控制器包括微處理器和存儲(chǔ)器；存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)研磨墊的預(yù)定溫度；微處理器，用于從存儲(chǔ)器讀取研磨墊的預(yù)定溫度，根據(jù)溫度傳感器發(fā)送的測(cè)量溫度數(shù) 字信號(hào)計(jì)算加熱系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)量輸出至加熱系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的研磨機(jī)臺(tái)，其特征在于，所述預(yù)定溫度為30 40攝氏度。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種預(yù)熱研磨墊的研磨機(jī)臺(tái)，該研磨機(jī)臺(tái)包括研磨墊、溫度傳感器、主控制器和溫控系統(tǒng)；溫度傳感器，用于測(cè)量研磨墊的溫度，將測(cè)量溫度數(shù)字信號(hào)輸出給主控制器；主控制器，用于根據(jù)所述測(cè)量溫度數(shù)字信號(hào)指示溫控系統(tǒng)調(diào)節(jié)溫度至研磨墊預(yù)定溫度；溫控系統(tǒng)，設(shè)于研磨墊下方，提供溫度給研磨墊，根據(jù)主控制器的指示調(diào)節(jié)溫度。采用本實(shí)用新型的研磨機(jī)臺(tái)對(duì)研磨墊進(jìn)行預(yù)熱，簡(jiǎn)單方便地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品晶片在預(yù)定的穩(wěn)定溫度狀態(tài)下進(jìn)行CMP研磨。
文檔編號(hào)B24B37/34GK201744919SQ20102024836
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者劉俊良, 鄧武鋒 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司