[发明专利]化学机械研磨装置及系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种化学机械研磨装置及系统。

背景技术

化学机械抛光(Chemical Mechanical Planarization，CMP)工艺是一种平坦化工艺，在1990年被引入集成电路制造工艺以来，经过不断实践和发展，已成为推动集成电路技术节点不断缩小的关键工艺。目前CMP已经广泛应用在浅沟槽隔离结构平坦化，栅电极平坦化，钨栓塞平坦化，铜互连平坦化等工艺中。CMP工艺也被应用于去除基底表面上的薄膜层。

CMP的相关技术可以参考专利号为5722875的美国专利，其公开了一种抛光方法和装置(method and appartus for polishing)。

图1示出了现有技术的一种CMP设备的立体结构示意图，图2示出了该CMP设备的截面结构示意图，图3是图1中结构的俯视图，结合图1、图2和图3，该CMP设备包括：抛光头10；与抛光头10相连的轴杆11；设置于抛光头10上的用于固定晶圆(wafer)13的夹持环(retaining ring)12；位于抛光头10下方的抛光台(platen)14；与所述抛光台14相连的传动件15；固定于抛光台14上的抛光垫16；用于向抛光垫16上喷淋研磨液(slurry)18的管道17。在进行CMP时，轴杆11对抛光头10提供向下的下压力(down force)，将晶圆13按压在抛光垫16上，轴杆11带动所述抛光头10沿抛光头10的轴线旋转，传动件15带动抛光台14及抛光垫16沿抛光台14的轴线旋转，同时管道17向抛光垫16喷淋研磨液18。在CMP过程中，晶圆13的表面部分与研磨液18发生化学反应，反应后的产物在抛光垫16的机械研磨作用下被去除，从而降低了晶圆13的表面部分的台阶高度(step height)，实现了平坦化。

在化学机械抛光工艺中，容易出现抛光后晶圆的去除厚度不均匀、片内均匀性和片间均匀性较差的现象，从而导致晶圆的报废率上升。

有鉴于此，实有必要提出一种新的化学机械研磨装置及系统，以满足现有CMP装置在抛光工艺中无法实现抛光晶圆时减少或避免去除厚度不均匀的现象。

发明内容

发明人研究发现，在化学机械抛光工艺中，长时间的工艺操作会使设备摩擦生热，即随着化学机械抛光时间的增加，抛光温度会升高，研磨液的PH值会降低，使晶圆材料的抛光去除率(每分钟去除晶圆的厚度，removal rate)增加，造成CMP研磨晶圆的去除厚度不均匀，影响片内均匀性和片间均匀性，因此，上述现象会导致晶圆的报废率上升。

本发明解决的问题是在化学机械抛光工艺中保持抛光温度的恒定，从而减少甚至避免抛光晶圆时去除厚度不均匀的现象，减小晶圆的报废率。

为解决上述问题，本发明提供一种化学机械研磨装置，包括：

抛光台；

固定在所述抛光台上的抛光垫；

抛光头，所述抛光头的端面与所述抛光垫配合使用，用于研磨晶圆；

夹持环，设置于所述抛光头端面的边缘处用于夹持晶圆；

其中，所述化学机械研磨装置还包括围绕所述抛光头外侧设置的第一散热装置或者还包括设置在所述抛光垫与所述抛光台之间的第二散热装置。

可选的，所述第一或第二散热装置至少包括一层散热片。

可选的，所述散热片的材料为高热导性材料。

可选的，所述第一或第二散热装置的内部散热片互相连接处或第一散热装置的散热片与所述研磨头连接处填充有导热介质。

可选的，所述导热介质为导热硅脂、导热硅胶、导热胶带、石墨垫片、导热云母片、导热陶瓷片、导热相变材料或软性导热硅胶绝缘垫的一种或多种。

可选的，所述化学机械研磨装置同时包括所述第一散热装置与所述第二散热装置。

可选的，所述第一散热装置包括至少两层散热片，外层的散热片包括多个环状散热片，所述环状散热片套接在里层的散热片上。

可选的，相邻的所述环状散热片的间距为0.5cm～2cm。

可选的，所述第一散热装置靠近抛光垫的一侧粘有无尘纸。

可选的，所述无尘纸为环形。

可选的，所述无尘纸至所述抛光台的距离为1cm～5cm。

可选的，所述无尘纸的吸附粒径小于0.5微米。

可选的，所述第二散热装置为一散热腔室，所述散热腔室的上表面面积与所述抛光垫面积相同，所述散热腔室的侧面设有多个通风口。

可选的，所述第二散热装置包括多层散热片，第一层散热片与所述抛光垫接触。