CN107538342A - 一种晶圆支持板组件、抛光装置及晶圆精抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶圆支持板组件、抛光装置及晶圆精抛光方法，所述组件包括：本体部，用于吸附晶圆并在抛光时对晶圆施加压力；固定环，设于所述本体部的下部边缘，用于固定晶圆边缘或者限制晶圆与所述本体部之间的相对运动距离；其中：所述固定环采用陶瓷材质。本发明中，晶圆固定环的材质选用Al₂O₃或SiC陶瓷材质，这种材质机械强度高、耐磨性好，在摩擦过程中可以减少磨损，从而增加使用时间，减少更换次数，更重要的是减少了磨损产生的废料，从而降低废料对晶圆表面的划伤；此外，晶圆固定环下表面设计为槽型结构，可以让抛光液通过槽型结构流入到晶圆表面，从而解决了因固定环弯曲而导致抛光液很难进入晶圆边缘、使得晶圆边缘移除率降低的问题。

Description

一种晶圆支持板组件、抛光装置及晶圆精抛光方法

技术领域

本发明属于半导体制造领域，涉及一种晶圆支持板组件、抛光装置及晶圆精抛光方法。

背景技术

通常，为了实现硅晶片的抛光加工精度，达到集成电路硅晶片要求的技术指标，需进行两步化学机械抛光(CMP)(粗抛光和精抛光)。在对硅晶片表面进行分步化学机械抛光时，每步抛光所使用的抛光液及相应的抛光工艺条件均有所不同，所对应的硅晶片各步所要达到的加工精度也不同。在粗抛光步骤中，除去硅晶片切割和成形残留下的表面损伤层，加工成镜面，最后通过对硅晶片进行“去雾”精抛光，从而最大程度上降低表面粗糙及其他微小缺陷。在实际生产中，硅晶片的最终精抛光是表面质量的决定性步骤。

在晶圆精抛光过程中，现有的晶圆支持板组件上的晶圆固定环材质为环氧玻璃(Epoxy Glass)，存在以下问题：

(1)固定环在抛光过程中会与抛光垫、晶圆发生摩擦从而产生磨损；

(2)固定环磨损产生的废渣会流入到晶圆表面从而划伤晶圆，使晶圆表面产生缺陷；

(3)固定环使用寿命较短(一个星期以内)，而每次更换固定环后为使其达到稳定需要四个小时，比较浪费时间，导致生产效率下降；

(4)最终抛光的晶圆的厚度比固定环的容置深度要大，但在抛光过程中由于研磨头本体(backing pad)会加压，导致固定环弯曲，从而使晶圆的厚度比固定环的容置深度要小，使抛光液很难进入晶圆边缘，从而会影响边缘的移除率。

因此，如何提供一种晶圆支持板组件、抛光装置及晶圆精抛光方法，以提高晶圆精抛光的平整度，降低晶圆表面缺陷，并提高生产效率，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种晶圆支持板组件、抛光装置及晶圆精抛光方法，用于解决现有技术中固定环容易磨损，导致晶圆抛光质量及生产效率均降低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种晶圆支持板组件，包括：

本体部，用于吸附晶圆并在抛光时对晶圆施加压力；

固定环，设于所述本体部的下部边缘，用于固定晶圆边缘或者限制晶圆与所述本体部之间的相对运动距离；

其中：

所述固定环采用陶瓷材质。

可选地，所述陶瓷选自Al₂O₃或SiC。

可选地，所述固定环下表面与所述本体部的晶圆吸附面之间的垂直距离小于最终抛光的晶圆厚度。

可选地，所述固定环下表面设有槽型结构，所述槽型结构连通所述固定环的内侧面与外侧面。

可选地，所述槽型结构包括至少两条相互交叉的凹槽。

可选地，所述槽型结构包括至少两条分立设置的凹槽。

可选地，所述凹槽包括曲线槽或直线槽。

可选地，所述凹槽的长度范围是0.5-50mm，宽度范围是0.5-50mm，深度范围是0.1-1.0mm。

本发明还提供一种抛光装置，包括：

表面设有抛光垫的抛光平台；

抛光液供应管路，用于向所述抛光垫供应抛光液；

设于所述抛光垫上方的抛光头；

其中：

所述抛光头下部连接有上述任意一项所述的晶圆支持板组件。

本发明还提供一种晶圆精抛光方法，所述晶圆精抛光方法在精抛光过程中选用上述任意一项所述的晶圆支持板组件来固定晶圆。

如上所述，本发明的晶圆支持板组件、抛光装置及晶圆精抛光方法，具有以下有益效果：

第一，晶圆固定环的材质选用Al₂O₃或SiC陶瓷材质，这种材质机械强度高、耐磨性好，在摩擦过程中可以减少磨损，从而增加使用时间，减少更换次数，更重要的是减少了磨损产生的废料，从而降低废料对晶圆表面的划伤；

第二，晶圆固定环下表面设计为槽型结构，可以让抛光液通过槽型结构流入到晶圆表面，从而解决了因晶圆支持板组件本体加压使得固定环弯曲而导致抛光液很难进入晶圆边缘、使得晶圆边缘移除率降低的问题。

附图说明

图1显示为本发明的晶圆支持板组件吸附晶圆时的剖视结构图。

图2显示为本发明的晶圆支持板组件的仰视结构图。

图3显示为本发明的晶圆支持板组件中固定环下表面设有至少两条分立设置的直线槽的示意图。

图4显示为本发明的晶圆支持板组件中固定环下表面设有至少两条分立设置的曲线槽的示意图。

图5显示为本发明的晶圆支持板组件中固定环下表面设有至少两条相互交叉的直线槽的示意图。

图6显示为本发明的晶圆支持板组件中固定环下表面设有至少两条相互交叉的曲线槽的示意图。

图7显示为本发明的抛光装置的结构示意图。

元件标号说明

1 本体部

2 固定环

3 晶圆

4 槽型结构

5 抛光垫

6 抛光平台

7 抛光液供应管路

8 抛光头

9 晶圆支持板组件

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

本发明提供一种晶圆支持板组件，请参阅图1及图2，分别显示为所述晶圆支持板组件的剖面结构图及仰视结构图，包括：

本体部1，用于吸附晶圆并在抛光时对晶圆施加压力；

固定环2，设于所述本体部1的下部边缘，用于固定晶圆边缘或者限制晶圆与所述本体部之间的相对运动距离；

其中：

所述固定环2采用陶瓷材质。

具体的，所述固定环2的内径可以与待抛光晶圆的直径大致相同，当晶圆吸附于所述本体部1下表面时，晶圆边缘可以与所述固定环2接触，从而固定环2起到固定晶圆边缘的作用。图1显示的为晶圆3边缘与所述固定环2内侧面接触的情形。

在其它实施中，所述固定环2的内径也可以大于待抛光晶圆的直径，当晶圆吸附于所述本体部1下表面时，晶圆边缘与所述固定环2不接触。这种情况下，晶圆与所述本体部1的相对运动距离受限于所述固定环2与所述晶圆外径之差，在进行抛光时，即使因为摩擦力作用晶圆与所述本体部1之间发生相对运动，其也不会脱离出所述固定环2之外，从而固定环2起到限制晶圆与所述本体部之间的相对运动距离的作用。

具体的，所述本体部1对晶圆的吸附作用可通过设于所述本体部1内部的真空腔实现，此为本领域技术人员所熟知，此处不再赘述。

特别的，本发明中，所述固定环2采用陶瓷材质，相对于传统的环氧玻璃材质，陶瓷材质具有机械强度高、耐磨性好的特点，在抛光过程与抛光垫、晶圆的摩擦过程中可以减少磨损，从而增加使用时间，减少更换次数，提高生产效率。

更重要的是，陶瓷材质的固定环减少了磨损产生的废料，从而可以降低废料对晶圆表面的划伤，减少缺陷，提高抛光质量，更适用于晶圆的精抛光过程。

作为示例，所述陶瓷选自Al₂O₃或SiC。

具体的，所述固定环2下表面与所述本体部1的晶圆吸附面之间的垂直距离小于最终抛光的晶圆厚度。这样的厚度设置有利于减少固定环2在整个抛光过程中与抛光垫的接触，进一步降低磨损，同时不会影响对晶圆边缘的固定或限制运动的作用。

进一步的，如图3-6所示，本发明的晶圆支持板组件中，所述固定环2下表面还设有槽型结构4，所述槽型结构4连通所述固定环2的内侧面与外侧面。

由于所述槽型结构4连通所述固定环2的内侧面与外侧面，即使在抛光过程中由于晶圆支持板组件施加的压力作用使得固定环2弯曲并与抛光垫紧密接触，抛光液也可通过所述槽型结构进入晶圆边缘，从而改善晶圆边缘的移除率。

具体的，所述槽型结构4包括至少两条分立设置的凹槽或者至少两条相互交叉的凹槽，且所述凹槽可以是曲线槽，也可以是直线槽。其中，图3显示为本发明的晶圆支持板组件中固定环下表面设有至少两条分立设置的直线槽的示意图。图4显示为本发明的晶圆支持板组件中固定环下表面设有至少两条分立设置的曲线槽的示意图。图5显示为本发明的晶圆支持板组件中固定环下表面设有至少两条相互交叉的直线槽的示意图。图6显示为本发明的晶圆支持板组件中固定环下表面设有至少两条相互交叉的曲线槽的示意图。

作为示例，所述凹槽的长度范围是0.5-50mm，宽度范围是0.5-50mm，深度范围是0.1-1.0mm。

当然，在其它实施例中，所述槽型结构4也可包括直线槽与曲线槽的组合、分立设置的凹槽与交叉设置的凹槽的组合，且凹槽的形状也可以有更多变化，此处不应过分限制本发明的保护范围。

本发明的晶圆支持板组件中，晶圆固定环的材质选用Al₂O₃或SiC陶瓷材质，这种材质机械强度高、耐磨性好，在摩擦过程中可以减少磨损，从而增加使用时间，减少更换次数，更重要的是减少了磨损产生的废料，从而降低废料对晶圆表面的划伤；晶圆固定环下表面设计为槽型结构，可以让抛光液通过槽型结构流入到晶圆表面，从而解决了因晶圆支持板组件本体加压使得固定环弯曲而导致抛光液很难进入晶圆边缘、使得晶圆边缘移除率降低的问题。

实施例二

本发明还提供一种抛光装置，请参阅图7，显示为所述抛光装置的结构示意图，包括：

表面设有抛光垫5的抛光平台6；

抛光液供应管路7，用于向所述抛光垫5供应抛光液；

设于所述抛光垫5上方的抛光头8；

其中：

所述抛光头8下部连接有实施例一中所述的晶圆支持板组件。

在抛光过程中，晶圆3安装于晶圆支持板组件9中，并与所述抛光垫5接触，抛光平台6或抛光头8在电极作用下沿顺时针或逆时针方向旋转，开始抛光过程。

实施例三

本发明还提供一种晶圆精抛光方法，所述晶圆精抛光方法在精抛光过程中选用实施例一中所述的晶圆支持板组件来固定晶圆。由于晶圆支持板组件中固定环的材质选用Al₂O₃或SiC陶瓷材质，具有机械强度高、耐磨性好的特点，在摩擦过程中可以减少磨损，从而增加使用时间，减少更换次数，更重要的是减少了磨损产生的废料，从而降低废料对晶圆表面的划伤，达到良好的精抛光效果。此外，固定环下表面设计为槽型结构，可以让抛光液通过槽型结构流入到晶圆表面，提高精抛光后晶圆整体的平整度。

综上所述，本发明的晶圆支持板组件、抛光装置及晶圆精抛光方法，具有以下有益效果：

第一，晶圆固定环的材质选用Al₂O₃或SiC陶瓷材质，这种材质机械强度高、耐磨性好，在摩擦过程中可以减少磨损，从而增加使用时间，减少更换次数，更重要的是减少了磨损产生的废料，从而降低废料对晶圆表面的划伤；

第二，晶圆固定环下表面设计为槽型结构，可以让抛光液通过槽型结构流入到晶圆表面，从而解决了因晶圆支持板组件本体加压使得固定环弯曲而导致抛光液很难进入晶圆边缘、使得晶圆边缘移除率降低的问题。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种晶圆支持板组件，包括：

本体部，用于吸附晶圆并在抛光时对晶圆施加压力；

固定环，设于所述本体部的下部边缘，用于固定晶圆边缘或者限制晶圆与所述本体部之间的相对运动距离；

其特征在于：

所述固定环采用陶瓷材质。

2.根据权利要求1所述的晶圆支持板组件，其特征在于：所述陶瓷选自Al₂O₃或SiC。

3.根据权利要求1所述的晶圆支持板组件，其特征在于：所述固定环下表面与所述本体部的晶圆吸附面之间的垂直距离小于最终抛光的晶圆厚度。

4.根据权利要求1所述的晶圆支持板组件，其特征在于：所述固定环下表面设有槽型结构，所述槽型结构连通所述固定环的内侧面与外侧面。

5.根据权利要求4所述的晶圆支持板组件，其特征在于：所述槽型结构包括至少两条凹槽。

6.根据权利要求5所述的晶圆支持板组件，其特征在于：所述槽型结构包括至少两条相互交叉的凹槽。

7.根据权利要求5所述的晶圆支持板组件，其特征在于：所述槽型结构包括至少两条分立设置的凹槽。

8.根据权利要求5所述的晶圆支持板组件，其特征在于：所述凹槽包括曲线槽或直线槽。

9.根据权利要求5所述的晶圆支持板组件，其特征在于：所述凹槽的长度范围是0.5-50mm，宽度范围是0.5-50mm，深度范围是0.1-1.0mm。

10.一种抛光装置，包括：

表面设有抛光垫的抛光平台；

抛光液供应管路，用于向所述抛光垫供应抛光液；

设于所述抛光垫上方的抛光头；

其特征在于：

所述抛光头下部连接有如权利要求1-9任意一项所述的晶圆支持板组件。

11.一种晶圆精抛光方法，其特征在于：所述晶圆精抛光方法在精抛光过程中选用如权利要求1-9任意一项所述的晶圆支持板组件来固定晶圆。