CMP设备中几种下压力施加结构简介

CMP设备中几种下压力施加结构简介

周国安;詹阳;李伟;胡兴臣;陈威

【摘要】分析了旋转臂式结构的下压力特点，指出其采用最直接的杠杆原理，是第一代CMP 机型IPEC372M的典型结构，适用于0.8μm的技术节点，并指出其局限性；后分析了桥式下压力结构，加了垂直于抛光台的主轴套及铰链结构，这种改善性的杠杆原理保证气缸施加下压力的有效性；研究了中国电子科技集团公司第四十五研究所特有专利技术的转塔式结构采用的浮动悬挂模块，能够实现完全下压力的垂直性，同时具备维持压力的恒定性和微压力的灵敏性；然后分析应用材料的旋转木马形式结构，并研究了其结构的特色能够实现抛光头的垂直下降，而且薄膜的压力完全替代下压力和背压的作用，具备更好的晶圆平坦化性能。最后指出今后CMP压力结构应该具备高响应特性、少的移动部件。%First,the paper analyze the feature of down pressure in the overarm style structure,and figuring out it adoptsthe simple lever principle,which is used in the first generation CMP tool IPEC372M,and suit for 0.8μm technology node in the IC field.. Meanwhile the author indicates its disadvantage. Second,to introduce the bridge structure,adding the shaft sleeve and lever's chains which can make sure the spindle vertically to the platen. The kind of improved lever is very useful for the down pressure; Third,to study the tower structure,the patent belong to CETC 45,and it adopts the floated hanging flame,can achieve the real vertical down pressure to the platen. The tower structure has the pressure stably and very small force sensitively. Then,to analyze the carrousel structure of the AMAT's tool,and giving the structure's feature,it can apply the Membrane pressure instead of down pressure and back

pressure, which realize the very excellent uniformity of the wafer. At last, pointing out the down pressure structure should has high reactive sensitively and less movement's parts.

【期刊名称】《电子工业专用设备》

【年(卷),期】2016(000)006

【总页数】4页(P45-48)

【关键词】化学机械平坦化;下压力;旋转臂;桥;转塔;旋转木马;薄膜

【作者】周国安;詹阳;李伟;胡兴臣;陈威

【作者单位】中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京100176;中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京100176;中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京100176;中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京100176;中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京100176

【正文语种】中文

【中图分类】TN305.2

化学机械平坦化（CMP）是集成电路（IC）制程中的核心重大装备之一，而下压力的机械结构和施加方式是CMP工艺参数中重要一项，其不仅直接影响晶圆的平坦化效果，且关系着设备的可靠性和维护性。因此研究下压力的施加结构对于CMP（化学机械平坦化）设备的设计及工艺都具有重要意义。

CMP设备是采用把一个抛光垫粘在抛光台的表面上进行平坦化，平坦化之前承载器采用真空方式吸附晶圆；在平坦化的时候，承载器对晶圆施加下压力、区域背压和保持环压力，与此同时按照菜单设定好的转速与抛光台同向旋转且摆动，抛光液

持续流入抛光垫上，并被带入到抛光区域，实现对晶圆的化学和机械的综合去除作用。修整器可以采用在线和离线修整方式，以维持抛光垫稳定的形态形貌［1］。如图1所示。

其中机械作用的主要方式是由晶圆和抛光垫有效接触面之间的摩擦力来决定，主要体现于抛光头和抛光台之间的线性速度差及施加于晶圆表面下压力、背压及维持环的压力。下压力的施加结构有多种形式，但最重要也是最基本的要求是垂直于抛光台表面。

20世纪80年代后期，IBM开发采用了CMP技术，此时出现了第一代CMP典型设备为IPEC372M及IPEC472，该设备就是典型的旋转臂结构的下压力施加方式，如图2所示。

从图2中可以看出，该结构形成一种杠杠，利用气缸直接推动抛光头整体结构上

升或者下降。该结构的下压力施加原理简单直接，对于当时0.8 μm技术节点的氧化物抛光，已经满足其工艺要求。其施加下压力采用以支点为圆心，抛光头为半径形式画弧施加下压力，在这个过程中，承载器是否垂直于抛光台的表面需要经常精细校正其主轴；IPEC372M的承载器具备万向功能，可轻微的自适应调整以最大

程度的贴合抛光垫，但如果主轴垂直于抛光台的偏向过大，则承载器也无法有效弥补，抛光后的晶圆将会呈现楔形形状，直接导致芯片失效。IPEC372M的施加力

的结构简单，且力的作用是刚性，这对于控制表面形态形貌并不理想，但该设备是单抛光头双抛光台，具备粗和精抛光性能，在抛光过程中是单抛光头对应单抛光台，因此工艺过程便于控制，片与片之间的非均匀性（WTWNU）较好；这种下压力

结构较之其他种类的CMP设备大，因此目前一些厂商会选择做厚SOI（绝缘层上硅）的抛光，能够基本满足要求。在150 mm与200 mm的初始晶圆抛光（Prime Wafer）方面，美国Strasbaugh公司的6DZ也采用该种结构，这种结

构具备极大的下压力，在施加大的下压力的情况下边旋转变摆动，满足较大衬底材