CN109500716A - 一种抛光盘基座、抛光盘、抛光机以及最终抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抛光盘基座、抛光盘、抛光机以及最终抛光方法，该抛光盘基座包括：基体、在所述基体的第一表面上同心设置的内环部和外环部，以及在所述基体的第二表面上设置的内环部气流通道和外环部气流通道。该抛光盘基座可以克服晶圆最终抛光后边缘平坦度比中间平坦度差的问题。该抛光盘、抛光机和最终抛光方法具有类似的优点。

Description

一种抛光盘基座、抛光盘、抛光机以及最终抛光方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种抛光盘基座、抛光盘、抛光机以及最终抛光方法。

背景技术

随着IC(集成电路)技术的不断发展，半导体行业对硅片衬底的要求也越来越高。其中为了防止曝光时失焦，对硅片的平坦度要求也达到了近乎严苛的地步。其中关于平坦度最重要的参数为局部平坦度(SFQR)，局部平坦度是将硅片划分成为若干区域(如25x25mm)，独立计算每块区域的平坦度。对于衬底而言，晶圆(即硅片衬底)边缘的局部平坦度往往比中心处的局部平坦度差，同时随着对良率的不断追求，对晶圆边缘的芯片的良率也有一定的要求，这就要求对衬底硅片边缘的局部平坦度做严格的控制。

造成晶圆边缘局部平坦度恶化主要有如下原因：硅片表面抛光往往需要经过双面抛光(dsp，double side polish)和正面最终抛光(FP，final polish)两个抛光步骤来完成。双面抛光可研磨晶圆的正反两面，且可以通过抛光盘的控制实现期望的晶圆形状。而最终抛光由于仅仅对晶圆正面抛光，且最终抛光通过CDA(condensed dry air，压缩干燥空气)压力将晶圆压在抛光垫上，往往造成晶圆发生弹性形变，由此造成对晶圆中心的抛光效率高于晶圆边缘的抛光效率，从而导致晶圆边缘区域的平坦度差于中间区域的平坦度。

因此有必要提出一种抛光盘基座、抛光盘、抛光机以及最终抛光方法，以至少部分解决上述问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

针对现有技术的不足，本发明提出一种抛光盘基座、抛光盘、抛光机以及最终抛光方法，可以克服晶圆最终抛光后边缘平坦度比中间平坦度差的问题。

为了克服目前存在的问题，本发明一方面提供一种抛光盘基座，包括：基体、在所述基体的第一表面上同心设置的内环部和外环部，以及在所述基体的第二表面上设置的内环部气流通道和外环部气流通道。

可选地，所述内环部气流通道设置在所述基体的中心位置。

可选地，所述外环部气流通道设置在所述内环部和外环部之间。

可选地，所述外环部气流通道在周向上对称设置。

可选地，所述外环部气流通道的数量为4个。

根据本发明的抛光盘基座，在基体上设置内环部和外环部，这样使用具有这种抛光盘基座的抛光盘进行抛光时，便可以向晶圆的中心区域和边缘区域施加不同的压力，实现对阱晶圆翘曲形状的改变，从而克服晶圆最终抛光后边缘平坦度比中间平坦度差的问题。

本发明另一方面提供一种抛光盘，包括：上述的抛光盘基座，以及依次设置在所述抛光盘基座之上的用于支撑晶圆的背衬垫和用于夹持晶圆的载具环，

其中，所述抛光盘基座和所述背衬垫围成腔室，且所述内环部将所述腔体分隔为内腔室和外腔室。

根据本发明的抛光盘，由于具有上述抛光盘基座，因此在进行抛光时，可以向晶圆的中心区域和边缘区域施加不同的压力，实现对阱晶圆翘曲形状的改变，从而克服晶圆最终抛光后边缘平坦度比中间平坦度差的问题。

本发明又一方面提供一种抛光机，包括：抛光垫，以及设置在所述在抛光垫之上的如权利要求6所述的抛光盘。

可选地，所述抛光盘的数量为三个。

可选地，三个所述抛光盘对称分布。

根据本发明的抛光机，由于具有上述抛光盘，因此在进行抛光时，可以向晶圆的中心区域和边缘区域施加不同的压力，实现对阱晶圆翘曲形状的改变，从而克服晶圆最终抛光后边缘平坦度比中间平坦度差的问题。

本发明再一方面提供一种最终抛光方法，用于半导体晶圆的最终抛光，包括：

使用上述的抛光盘装载待抛光晶圆，其中所述内腔室和外腔室呈真空状态；

向所述内腔室通入压缩干燥空气以施加压力，且使所述外腔室继续保持真空状态，然后在抛光垫上执行第一抛光；

使所述内腔室呈真空状态，且向所述外腔室通入压缩干燥空气，然后在抛光垫上执行第二抛光。

根据本发明的根据本发明的最终抛光方法，由于采用上述抛光盘，因此在进行抛光时，可以向晶圆的中心区域和边缘区域施加不同的压力，实现对阱晶圆翘曲形状的改变，从而克服晶圆最终抛光后边缘平坦度比中间平坦度差的问题。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1A示出装载晶圆时抛光盘和晶圆的剖面示意图；

图1B示出抛光晶圆时抛光盘和晶圆的剖面示意图；

图2A示出目前的双面抛光后晶圆正面的轮廓图；

图2B示出期望的最终抛光后晶圆正面的轮廓图；

图2C示出实际的最终抛光后晶圆正面的轮廓图；

图3A示出根据本发明一实施方式的抛光盘基座的示意性立体结构图；

图3B示出图3A所示抛光盘基座的俯视图；

图3C示出图3B所示抛光盘基座的剖视图；

图4示出根据本发明一实施方式的抛光盘剖面示意图；

图5示出根据本发明一实施方式的抛光机结构示意图；

图6出根据本发明一实施方式的最终抛光法的示意性流程图；

图7A～图7C示出根据本发明一实施方式的最终抛光法实施各步骤时抛光盘和抛光垫的剖视图以及晶圆的状态图；

图8A～图8C示出根据本发明一实施方式的最终抛光法各步骤中晶圆的正面轮廓示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，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。

为了更好地理解本发明，首先结合图1A～图2C对造成晶圆边缘的平坦度差于中间的平坦度的原因进行进一步的分析。如图1A和图1B所示，目前进行最终抛光时所采用的抛光盘一般包括抛光盘基座10、背衬垫11和载具环12，其中抛光盘基座10呈凹型状，且其上设置有气流通道11，背衬垫11设置在抛光盘基座10和载具环12之间，背衬垫11用于为晶圆提供支撑，载具环12用于为夹持晶圆。如图1A所示，当装载晶圆时，将抛光盘基座10和背衬垫11围成的腔室抽为真空，而图1B所示，当抛光时，则向抛光盘基座10和背衬垫11围成的腔室通入压缩干燥空气，以向晶圆施加压力，从而将晶圆压在抛光垫14上。然而，如前所述，通过压力将晶圆压在抛光垫上，往往造成晶圆发生弹性形变(晶圆中心部分向抛光垫凸起)，由此造成对晶圆中心的抛光效率高于晶圆边缘的抛光效率，从而导致造成晶圆边缘区域的平坦度差于中间区域的平坦度。

目前为了克服这种问题主要通过严格控制双面抛光后的晶圆形状来减小最终抛光带来的影响。例如，在双面抛光之后，将晶圆的形状控制成如图2A所示的圆顶型(dome)，以期望在最终正面抛光后，能尽可能实现边缘平坦度和中间平坦度相近的效果。但是，如果两个抛光工艺无法很好的配合，晶圆边缘区域的平坦度依旧无法达到要求，甚至更为恶化。因此，实际情况中虽然期望的最终抛光后的晶圆正面如图2B所示，中心和边缘区域平坦度都很好，但是实际上得到往往是如2C所示的，晶圆边缘区域的平坦度差于中间区域的平坦度。

本发明正是基于上述问题，提出一种抛光盘基座、抛光盘、抛光机以及最终抛光方法，以期望解决目前晶圆最终抛光存在的问题。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构及步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

实施例一

本发明提出一种抛光盘基座，如图2A～图2C所示，根据本发明的抛光盘基座包括基体30、在基体30的第一表面上同心设置的内环部31和外环部32，以及在所述基体30的第二表面上设置的内环部气流通道33和外环部气流通道34。

其中，示例性地，基体30呈圆形状，内环部31和外环部32均呈环状结构，并且内环部31以基体的中心为中心设置在基体30的第一表面上(例如图3A中的正面)，外环部32围绕基体的边缘设置，并且与内环部31同轴，即内环部31和外环部32的中心或轴线相同/重合。

内环部气流通道33设置在基体30的第二表面上，且位于基体30的中心位置处，用于向内环部31所围区域通入压缩干燥空气，以向晶圆的中心区域施加压力，或者将内环部31所围区域抽为真空。

外环部气流通道34设置在基体30的第二表面上，且位于内环部31和外环部32之间，用于向内环部31和外环部32所围区域通入压缩干燥空气，以向晶圆的边缘区域施加压力，或者将内环部31和外环部32所围区域抽为真空。示例性地，在本实施例中，外环部气流通道34的数量为4个，并且该4个外环部气流通道34在周向上对称设置，以便于可以向晶圆的边缘区域施加均匀的压力。

根据本发明的抛光盘基座，在基体上设置内环部和外环部，这样使用具有这种抛光盘基座的抛光盘进行抛光时，便可以向晶圆的中心区域和边缘区域施加不同的压力，从而克服晶圆最终抛光后边缘平坦度比中间平坦度差的问题。

实施例二

本发明提出一种抛光盘，如图4所示，该抛光盘包括：抛光盘基座40、背衬垫46和载具环47，背衬垫46设置在抛光盘基座40和载具环47之间，背衬垫46用于为晶圆提供支撑，载具环47用于为夹持晶圆。抛光盘基座40采用本发明实施例一所示结构，具体包括基体41、在基体41的第一表面上同心设置的内环部42和外环部43，以及在所述基体41的第二表面上设置的内环部气流通道44和外环部气流通道45。当将抛光盘基座40、背衬垫46和载具环47组装在一起时，抛光盘基座40和背衬垫46围成腔室，并且内环部42将腔室分隔为内腔室48和外腔室49。当该抛光盘装载晶圆后，内腔室48与晶圆的中心区域对应，外腔室49与晶圆的边缘区域对应，通过向内腔室48和外腔室49通入压缩干燥空气或保持真空，可以向晶圆中心区域和边缘区域施加不同的压力，实现对阱晶圆翘曲形状的改变，以实现最终抛光后晶圆中间区域的局部平坦度和边缘区域的局部平坦度相近的效果。

实施例三

本发明提出一种抛光机，用于晶圆的最终抛光，如图5所示，该最终抛光机包括抛光垫50以及设置在抛光垫50之上的抛光盘51，其中抛光盘51采用本发明实施例二所公开的结构，在此不再赘述。

在本实施例中，抛光机包括三个抛光盘，该三个抛光盘对称分布在抛光垫50之上。示例性地，当抛光机工作时，抛光垫50保持不动，三个抛光盘自转，并且呈行星轮转动。

根据本发明的抛光机，由于具有上述抛光盘，因此在进行抛光时，可以向晶圆的中心区域和边缘区域施加不同的压力，实现对阱晶圆翘曲形状的改变，从而克服晶圆最终抛光后边缘平坦度比中间平坦度差的问题。

实施例四

本发明提出一种最终抛光方法，用于晶圆的最终抛光，该终抛光方法包括：

首先，执行步骤601，如图7A所示，使用本发明实施例二公开的抛光盘装载待抛光晶圆，其中所述内腔室和外腔室呈真空状态(Vacuum)，待抛光晶圆的形状为双面抛光后的形状，如图8A所示，待抛光晶圆正面呈圆顶状。

接着，执行步骤602，如图7B所示，向所述内腔室通入压缩干燥空气(CDA)以施加压力，且使所述外腔室继续保持真空状态，然后在抛光垫上执行第一抛光。由于向所述内腔室通入压缩干燥空气以施加压力，且使所述外腔室继续保持真空状态，因此晶圆发生如图7B所示弹性形变，中间区域向抛光垫凸起，因此在进行第一抛光时，晶圆中心区域的去除量较大，第一抛光完成之后，晶圆的形状如图8B所示，晶圆中心区域厚度较小，边缘区域厚度较大。

最后，执行步骤603，如图7C所示，使所述内腔室呈真空状态，且向所述外腔室通入压缩干燥空气，然后在抛光垫上执行第二抛光。由于使所述内腔室呈真空状态，且向所述外腔室通入压缩干燥空气，因此晶圆发生如图7C所示的弹性形变，晶圆边缘区域向抛光垫方向凸起，因此在进行第二抛光时，晶圆边缘区域的去除量较大，第二抛光完成之后，晶圆的形状如图8C所示，晶圆中心区域和边缘区域厚度相近，也即实现了最终抛光后晶圆中间区域的局部平坦度和边缘区域的局部平坦度相近的效果。

根据本发明的根据本发明的最终抛光方法，由于采用上述抛光盘，因此在进行抛光时，可以向晶圆的中心区域和边缘区域施加不同的压力，实现对阱晶圆翘曲形状的改变，从而克服晶圆最终抛光后边缘平坦度比中间平坦度差的问题。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种抛光盘基座，其特征在于，包括：基体、在所述基体的第一表面上同心设置的内环部和外环部，以及在所述基体的第二表面上设置的内环部气流通道和外环部气流通道。

2.根据权利要求1所述的抛光盘基座，其特征在于，所述内环部气流通道设置在所述基体的中心位置。

3.根据权利要求1所述的抛光盘基座，其特征在于，所述外环部气流通道设置在所述内环部和外环部之间。

4.根据权利要求3所述的抛光盘基座，其特征在于，所述外环部气流通道在周向上对称设置。

5.根据权利要求3所述的抛光盘基座，其特征在于，所述外环部气流通道的数量为4个。

6.一种抛光盘，其特征在于，包括：权利要求1-5中的任意一项所述的抛光盘基座，以及依次设置在所述抛光盘基座之上的用于支撑晶圆的背衬垫和用于夹持晶圆的载具环，

其中，所述抛光盘基座和所述背衬垫围成腔室，且所述内环部将所述腔体分隔为内腔室和外腔室。

7.一种抛光机，其特征在于，包括：抛光垫，以及设置在所述在抛光垫之上的如权利要求6所述的抛光盘。

8.根据权利要求7所述的抛光机，其特征在于，所述抛光盘的数量为三个。

9.根据权利要求8所述的抛光机，其特征在于，三个所述抛光盘对称分布。

10.一种最终抛光方法，用于半导体晶圆的最终抛光，其特征在于，包括：

使用权利要求6所述的抛光盘装载待抛光晶圆，其中所述内腔室和外腔室呈真空状态；

向所述内腔室通入压缩干燥空气以施加压力，且使所述外腔室继续保持真空状态，然后在抛光垫上执行第一抛光；

使所述内腔室呈真空状态，且向所述外腔室通入压缩干燥空气，然后在抛光垫上执行第二抛光。