本发明涉及化学机械研磨装置，尤其涉及一种化学机械研磨率稳定性高的装置。
背景技术：
化学机械研磨(chemicalmechanicnalplanarization，简称cmp)是半导体集成电路制造过程中的常用工艺。化学机械研磨法(cmp)是一个复杂的工艺过程，它是通过晶片和研磨垫之间的相对运动平坦化晶片表面的，其所用设备常称为研磨机或抛光机。研磨时，将要研磨的晶片的待研磨面向下附着在研磨垫上，晶片的待研磨面接触相对旋转的研磨垫，研磨头提供的下压力将晶片紧压到研磨垫上，当表面贴有研磨垫在电机的带动下旋转时，研磨头也进行相对转动。同时，研磨液通过研磨液供应管(tube)输送到研磨垫上，并通过离心力均匀地分布在研磨垫上，该研磨液中的化学成分与被研磨晶片发生化学反应，将不溶物质转化为易溶物质(化学反应过程)，然后通过机械摩擦将这些易溶物从被抛光片表面去掉，实现结合机械作用和化学反应将晶片的表面材料去除，达到全局平坦化效果。
晶圆研磨过程会产生研磨颗粒等副产物残留在研磨垫的表面及沟槽内，如果不及时的清理，会造成晶圆的刮伤，严重时会造成产品的报废。
技术实现要素：
本发明在于提供一种化学机械研磨装置，包括：研磨垫，粘贴在研磨盘上；研磨头，保持将要研磨的晶片，并向将要研磨的晶片提供下压力将晶片的待研磨面向下附着在研磨垫上；以及清洗装置，置于研磨垫上，用于在研磨作业过程中刮平研磨垫的表面并去除研磨垫上的副产物，其中清洗装置包括钻石研磨盘，钻石研磨盘的表面包括多个钻石，其中从研磨垫生命周期的开始到结束，钻石研磨盘向研磨垫施加的压力逐渐增大。
更进一步的，若研磨垫整个生命周期可研磨m个晶圆，以研磨垫生命周期开始至结束将m个晶圆分成n段，其中从第一段至第n段钻石研磨盘向研磨垫施加的压力逐渐增大。
更进一步的，对于每段内的晶圆，钻石研磨盘向研磨垫施加的压力相同。
更进一步的，以研磨垫生命周期的中期，钻石研磨盘向研磨垫施加的压力为基准，标记为0；在研磨垫生命周期的开始，钻石研磨盘向研磨垫施加的压力相对于研磨垫生命周期的中期时施加的压力减小6％，随着研磨垫生命周期的增加，钻石研磨盘向研磨垫施加的压力逐段相对于研磨垫生命周期的中期时施加的压力减小5％、4％、3％、2％、1％，然后至研磨垫生命周期的中期，随后随着研磨垫生命周期的增加，钻石研磨盘向研磨垫施加的压力逐段相对于研磨垫生命周期的中期时施加的压力增大1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％，而得到钻石研磨盘压力修正比例随研磨垫生命时间的增加而变化的数据库。
更进一步的，清洗装置包括研磨杆，钻石研磨盘设置于研磨杆上，钻石研磨盘通过研磨杆向研磨垫施加不同的压力。
更进一步的，还包括一控制装置，控制装置控制研磨杆，而使得从研磨垫生命周期的开始到结束，钻石研磨盘向研磨垫施加的压力逐渐增大。
更进一步的，钻石研磨盘与研磨垫旋转方向相反。
更进一步的，钻石研磨盘和第二清理盘的旋转方向相反。
更进一步的，钻石研磨盘的运动范围大于晶片的直径且不超过研磨垫的半径。
更进一步的，还包括一控制装置，控制装置控制研磨杆，将钻石研磨盘压力修正比例随研磨垫生命时间的增加而变化的数据库导入控制装置中，而由控制装置控制研磨杆使得从研磨垫生命周期的开始到结束，钻石研磨盘向研磨垫施加的压力逐渐增大。
附图说明
图1为本发明一实施例的化学机械研磨装置示意图。
图2为现有技术的研磨率随研磨垫生命时间的增加而变化的示意图。
图3为钻石研磨盘使用一段时间后的示意图。
图4为本发明一实施例的研磨率随研磨垫生命时间的增加而变化的示意图。
图5为本发明一实施例的钻石研磨盘压力修正比例随研磨垫生命时间的增加而变化的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大，自始至终相同附图标记表示相同的元件。应当明白，当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在…下面”和“在…下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
请参阅图1所示的化学机械研磨装置示意图，如图1所示，化学机械研磨装置，包括：研磨垫11，粘贴在研磨盘10上；研磨头20，保持将要研磨的晶片30，并向将要研磨的晶片30提供下压力将晶片30的待研磨面向下附着在研磨垫11上；清洗装置40，置于研磨垫11上，用于在研磨作业过程中刮平研磨垫11的表面并去除研磨垫11上的副产物，其中清洗装置40包括钻石研磨盘41，钻石研磨盘41的表面包括多个钻石，通过施加到钻石研磨盘41上的下压力将钻石压向研磨垫11，以去除研磨垫11上的副产物。
其中，研磨垫11和钻石研磨盘41为耗材，有一定的生命周期(lifetime)。在半导体器件生产过程中，对材质的研磨率随着耗材lifetime的增加而降低，研磨率呈现与pm相关的周期性,由于研磨率的稳定性不佳，量大的产品可以通过apc调整时间弥补lifetime对rr的影响；而量少的产品需在不同lifetime进行pilotrun,调整研磨时间，保证产品厚度稳定性，但pilotrunlot经常suffer厚度异常，需要返工，造成较多工作压力。具体的，可参阅图2，图2为研磨率随研磨垫生命时间的增加而变化的示意图，如图2所示，随着研磨垫研磨的晶圆的个数增加其研磨速率降低。经过发明人长期的研究发现这主要是因为：首先，研磨垫材质为聚合物，随着lifetime增加，grove深度变浅,沟槽研磨液积蓄变少，且钻石研磨盘附着物去除能力变差，导致研磨垫表面变平滑，发泡孔slurry积蓄变少，研磨率下降；再则，钻石研磨盘随着使用寿命增加，表面钻石钝化，钻石凸出高度变低，对研磨垫修复能力下降，易造成末期研磨垫表面变的平滑，导致研磨率下降，具体的，可参阅图3的钻石研磨盘使用一段时间后的示意图，如图3所示，钻石凸出高度变低。
针对此，本发明一实施例中，提出一种化学机械研磨装置，其可提升化学机械研磨装置研磨率的稳定性，相对于图1所示的化学机械研磨装置，其特征在于，从研磨垫11生命周期的开始到结束，钻石研磨盘41向研磨垫11施加的压力逐渐增大。
如此，在研磨垫生命周期的初期，钻石研磨盘钻石凸出，修复能力强，但也易造成研磨垫消耗过多，造成后期研磨率不足，通过向研磨盘施加较小的压力而可减少研磨垫消耗，略降低研磨率；随着研磨垫生命周期的增加到研磨垫生命周期的末期，钻石研磨盘钻石修整研磨垫能力下降，研磨垫表面微环境平滑，通过加大压力，修整研磨垫，保证研磨垫表面粗糙，从而增加研磨率，也即通过优化钻石研磨盘在研磨垫各生命周期区间段的压力，避免初期研磨率过高和末期研磨率偏低，保证研磨率在耗材的整个生命周期处在一个稳定的水准，提高同一批次及不同批次内晶圆的稳定性，并可避免初期消耗过多，而适当延展使用寿命，而既可以保证研磨率稳定性，同时可以适当延展使用寿命。具体的，可参阅图4，图4为本发明一实施例的研磨率随研磨垫生命时间的增加而变化的示意图，如图4所示，随着研磨垫研磨的晶圆的个数增加其研磨速率基本保持不变。
具体的，请参阅图5，图5为本发明一实施例的钻石研磨盘压力修正比例随研磨垫生命时间的增加而变化的示意图。从研磨垫11生命周期的开始到结束，钻石研磨盘41向研磨垫11施加的压力逐渐增大，更具体的为：若研磨垫整个生命周期可研磨m个晶圆，以研磨垫生命周期开始至结束将m个晶圆分成n段，其中从第一段至第n段钻石研磨盘41向研磨垫11施加的压力逐渐增大。更进一步的，在一实施例中，对于每段内的晶圆，钻石研磨盘41向研磨垫11施加的压力相同。如图5所示，以研磨垫11生命周期的中期，钻石研磨盘41向研磨垫11施加的压力为基准，标记为0；在研磨垫11生命周期的开始，钻石研磨盘41向研磨垫11施加的压力相对于研磨垫11生命周期的中期时施加的压力减小6％，随着研磨垫11生命周期的增加，钻石研磨盘41向研磨垫11施加的压力逐段相对于研磨垫11生命周期的中期时施加的压力减小5％、4％、3％、2％、1％，然后至研磨垫11生命周期的中期，随后随着研磨垫11生命周期的增加，钻石研磨盘41向研磨垫11施加的压力逐段相对于研磨垫11生命周期的中期时施加的压力增大1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％，而得到钻石研磨盘压力修正比例随研磨垫生命时间的增加而变化的数据库。
在一实施例中，清洗装置40包括研磨杆43，钻石研磨盘41设置于研磨杆43上，钻石研磨盘41通过研磨杆43向研磨垫施加不同的压力。更具体的，在本发明一实施例中，化学机械研磨装置还包括一控制装置，控制装置控制研磨杆43，而使得从研磨垫11生命周期的开始到结束，钻石研磨盘41向研磨垫11施加的压力逐渐增大。更进一步的，将图5所示的钻石研磨盘压力修正比例随研磨垫生命时间的增加而变化的数据库导入控制装置中，而由控制装置控制研磨杆43使得从研磨垫11生命周期的开始到结束，钻石研磨盘41向研磨垫11施加的压力逐渐增大，
在一实施例中，钻石研磨盘41与研磨垫11旋转方向相反。在一实施例中，钻石研磨盘41和第二清理盘42的旋转方向相反。
在一实施例中，钻石研磨盘41的运动范围大于晶片的直径且不超过研磨垫11的半径，保证晶片在钻石研磨盘41清理研磨垫11的范围之内。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
1.一种化学机械研磨装置，其特征在于，包括：
研磨垫，粘贴在研磨盘上；
研磨头，保持将要研磨的晶片，并向将要研磨的晶片提供下压力将晶片的待研磨面向下附着在研磨垫上；以及
清洗装置，置于研磨垫上，用于在研磨作业过程中刮平研磨垫的表面并去除研磨垫上的副产物，其中清洗装置包括钻石研磨盘，钻石研磨盘的表面包括多个钻石，其中从研磨垫生命周期的开始到结束，钻石研磨盘向研磨垫施加的压力逐渐增大。
2.根据权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于，若研磨垫整个生命周期可研磨m个晶圆，以研磨垫生命周期开始至结束将m个晶圆分成n段，其中从第一段至第n段钻石研磨盘向研磨垫施加的压力逐渐增大。
3.根据权利要求2所述的化学机械研磨装置，其特征在于，对于每段内的晶圆，钻石研磨盘向研磨垫施加的压力相同。
4.根据权利要求3所述的化学机械研磨装置，其特征在于，以研磨垫生命周期的中期，钻石研磨盘向研磨垫施加的压力为基准，标记为0；在研磨垫生命周期的开始，钻石研磨盘向研磨垫施加的压力相对于研磨垫生命周期的中期时施加的压力减小6％，随着研磨垫生命周期的增加，钻石研磨盘向研磨垫施加的压力逐段相对于研磨垫生命周期的中期时施加的压力减小5％、4％、3％、2％、1％，然后至研磨垫生命周期的中期，随后随着研磨垫生命周期的增加，钻石研磨盘向研磨垫施加的压力逐段相对于研磨垫生命周期的中期时施加的压力增大1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％，而得到钻石研磨盘压力修正比例随研磨垫生命时间的增加而变化的数据库。
5.根据权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于，清洗装置包括研磨杆，钻石研磨盘设置于研磨杆上，钻石研磨盘通过研磨杆向研磨垫施加不同的压力。
6.根据权利要求5所述的化学机械研磨装置，其特征在于，还包括一控制装置，控制装置控制研磨杆，而使得从研磨垫生命周期的开始到结束，钻石研磨盘向研磨垫施加的压力逐渐增大。
7.根据权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于，钻石研磨盘与研磨垫旋转方向相反。
8.根据权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于，钻石研磨盘和第二清理盘的旋转方向相反。
9.根据权利要求1所述的化学机械研磨装置，其特征在于，钻石研磨盘的运动范围大于晶片的直径且不超过研磨垫的半径。
10.根据权利要求4所述的化学机械研磨装置，其特征在于，还包括一控制装置，控制装置控制研磨杆，将钻石研磨盘压力修正比例随研磨垫生命时间的增加而变化的数据库导入控制装置中，而由控制装置控制研磨杆使得从研磨垫生命周期的开始到结束，钻石研磨盘向研磨垫施加的压力逐渐增大。
技术总结