CN110744444A - 研磨垫及研磨装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种研磨垫及研磨装置，包括：一面为研磨面、另一面为支持面的板状的垫主体；以及多个开孔，每个所述开孔从所述研磨面朝向所述支持面凹陷，且每个所述开孔从靠近所述垫主体的中心区域延伸至靠近所述垫主体的周边区域。所述研磨垫上分布多个开孔，减少了被研磨的晶圆中心跟所述研磨垫开孔的区域的接触时间，从而减少了晶圆中心的研磨量，使晶圆中心和晶圆周圈的研磨量趋于一致，提高被研磨晶圆的平整度。

Description

研磨垫及研磨装置
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种研磨垫及研磨装置。
背景技术
在晶圆制造中，随着制程技术的升级、关键尺寸的缩小，对晶圆表面的平坦程度的要求越来越高，化学机械研磨工艺得到广泛的应用。在化学机械研磨中使用的研磨垫的研磨面呈平面状，晶圆的被研磨面和研磨垫的研磨面相互平行地配置，并通过相互旋转且同时接触而进行研磨。通过一系列复杂的机械和化学作用去除晶圆表面的薄膜，从而达到晶圆平坦化的目的。
实际化学机械研磨工艺中，存在因晶圆被研磨面上研磨量不一致导致研磨后的晶圆的平整度较差，如图1所示，被研磨晶圆中心的研磨量偏大，晶圆周圈的研磨量偏小，晶圆的平整度较差会影响晶圆上制作的多个芯片的一致性和性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种研磨垫及研磨装置，提高被研磨晶圆的研磨平整度。
本发明提供一种研磨垫，包括：
一面为研磨面、另一面为支持面的板状的垫主体；以及
多个开孔，每个所述开孔从所述研磨面朝向所述支持面凹陷，且每个所述开孔从靠近所述垫主体的中心区域延伸至靠近所述垫主体的周边区域。
进一步的，所述垫主体为圆盘状，每个所述开孔从所述垫主体的圆心延伸至所述垫主体的圆周，所述多个开孔以所述垫主体的圆心为中心配置成风车状。
进一步的，所述开孔的数量为3个～10个，且每个所述开孔自所述研磨面凹陷并贯穿所述支持面。
进一步的，在平行于所述研磨面的截面上，所述开孔的截面形状包括：弓形、条形和椭圆形中的任意一种或两种以上的组合。
进一步的，所述垫主体的直径为60～900mm，所述垫主体的厚度为1.3～5.0mm。
进一步的，相邻的所述开孔之间的所述垫主体上分布有多个从所述研磨面向所述支持面延伸的凹槽。
进一步的，所述凹槽为圆形盲孔。
进一步的，所述凹槽为环形凹槽。
进一步的，所述垫主体的材质包括：发泡聚氨酯树脂或无发泡聚氨酯树脂。
本发明还提供一种研磨装置，包括：
上述研磨垫；
与所述研磨垫相向配置并保持被研磨物的保持构件；以及
驱动机构，其通过使所述研磨垫和保持在所述保持构件上的被研
磨物作相对摩擦运动而对所述被研磨物的被研磨面进行研磨。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的研磨垫及研磨装置，包括：一面为研磨面、另一面为支持面的板状的垫主体；以及多个开孔，每个所述开孔从所述研磨面朝向所述支持面凹陷，所述研磨垫上分布多个开孔，且每个所述开孔从靠近所述垫主体的中心区域延伸至靠近所述垫主体的周边区域，减少了被研磨的晶圆中心跟所述研磨垫开孔区域的接触时间，从而减少了晶圆中心的研磨量，使晶圆中心和晶圆周圈的研磨量趋于一致，提高被研磨晶圆的平整度。
附图说明
图1为采用现有技术中的一种研磨垫研磨晶圆的研磨量示意图；
图2为本发明一实施例的研磨垫的俯视结构示意图；
图3为本发明另一实施例的研磨垫的俯视结构示意图；
图4为本发明又一实施例的研磨垫的俯视结构示意图；
图5为采用本发明实施例的研磨垫研磨晶圆的研磨量示意图。
其中，附图标记如下：
10-垫主体；20-开孔；31-凹槽；32-凹槽。
具体实施方式
基于上述研究，本发明实施例提供了一种研磨垫及研磨装置。以下结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明实施例提供一种研磨垫，包括：
一面为研磨面、另一面为支持面的板状的垫主体；以及多个开孔，每个所述开孔从所述研磨面朝向所述支持面凹陷，所述开孔在所述垫主体的厚度方向可为盲孔或贯通孔，且每个所述开孔从靠近所述垫主体的中心区域延伸至靠近所述垫主体的周边区域。
所述研磨垫上分布多个开孔，且每个所述开孔从靠近所述垫主体的中心区域延伸至靠近所述垫主体的周边区域，减少了被研磨的晶圆中心跟所述研磨垫开孔区域的接触时间，从而减少了晶圆中心的研磨量，使晶圆中心和晶圆周圈的研磨量趋于一致，提高被研磨晶圆的平整度。
本实施例中晶圆例如为半导体器件晶圆，但也可以为半导体基板、无机材料基板、封装基板等各种晶圆。作为半导体基板，可以使用硅、砷化镓、氮化镓、碳化硅等各种基板。作为无机材料基板，可以使用蓝宝石、陶瓷、玻璃等各种基板。半导体基板和无机材料基板可以形成器件，也可以不形成器件。作为封装基板，可以使用CSP(Chip Size Package：芯片尺寸封装)、WLCSP(Wafer Level Chip Size Package：晶片级芯片尺寸封装)。
下面结合图2至图5详细介绍本发明实施例的研磨垫。
如2所示，所述垫主体10例如为圆盘状，每个所述开孔从所述垫主体的圆心延伸至所述垫主体的圆周，所述多个开孔20以所述垫主体10的圆心为中心且配置成风车状。每个所述开孔20从所述研磨面朝向所述支持面凹陷，且每个所述开孔20从靠近所述垫主体10的中心区域延伸至靠近所述垫主体10的周边区域。所述开孔20的数量例如为3个～10个，所述开孔20在所述垫主体的厚度方向可为盲孔或贯通孔。在平行于所述研磨面的截面上，所述开孔20的截面形状包括：弓形、条形、椭圆形中的任意一种或两种以上的组合。所述垫主体10的直径例如为60～900mm，所述垫主体10的厚度为1.3～5.0mm。开孔20例如采用冲孔加工方法形成，与具有采用切削加工形成的沟槽的研磨垫相比，制造成本得以降低。
垫主体10可以采用多孔的、有弹性的聚合材料制成，例如可采用发泡聚氨酯树脂或无发泡聚氨酯树脂的单层垫主体，但也可以使用在发泡聚氨酯树脂或无发泡聚氨酯树脂的下面贴合软质无纺布的层叠结构。垫主体10主要的特点有硬度、多孔性。越硬的垫主体10能容许一个较高的移除速率，而越软的垫主体10能获得较佳的晶圆均匀性。根据实际需要配置垫主体10的硬度。垫主体10的多孔结构会吸收研磨液并协助把研磨液送至晶圆的表面。
较佳的，相邻的所述开孔之间的所述垫主体上分布有多个从所述研磨面向所述支持面延伸的凹槽。所述凹槽用于存储研磨液，随着研磨工艺的进行，所述凹槽中的研磨液参与研磨，增加了研磨液与晶圆的接触面积占比率，稳定了化学机械研磨(CMP)工艺的研磨速率和效率。具体的，如图3所示，所述凹槽31例如为圆形盲孔。如图4所示，所述凹槽32例如为环形沟槽，多个所述环形沟槽分布在同心圆上，研磨液储存在环形沟槽中。所述凹槽还可为格状或螺旋形。
化学机械研磨制程使用带有研磨粒子和化学添加物的研磨液。研磨液输送到研磨垫的表面，晶圆的被研磨面接触研磨垫，并通过相互旋转且同时接触而进行研磨。通过一系列复杂的机械和化学作用去除晶圆表面的薄膜，从而达到晶圆平坦化的目的。
采用本发明实施例的研磨垫，所述研磨垫上分布多个开孔，且每个所述开孔从靠近所述垫主体的中心区域延伸至靠近所述垫主体的周边区域，减少了被研磨的晶圆中心跟所述研磨垫开孔区域的接触时间，从而减少了晶圆中心的研磨量，如图5所示，以晶圆圆心为坐标原点，纵坐标代表研磨量，横坐标为晶圆径向分布，采用本发明实施例的研磨垫研磨后，晶圆中心和晶圆周圈的研磨量趋于一致，提高了被研磨晶圆的平整度。
本发明实施例还提供一种研磨装置，包括：
研磨垫；
与所述研磨垫相向配置并保持被研磨物的保持构件；以及
驱动机构，其通过使所述研磨垫和保持在所述保持构件上的被研磨物作相对摩擦运动而对所述被研磨物的被研磨面进行研磨；
所述研磨垫包括：
一面为研磨面、另一面为支持面的板状的垫主体；以及
多个开孔，每个所述开孔从所述研磨面朝向所述支持面凹陷，且每个所述开孔从靠近所述垫主体的中心区域延伸至靠近所述垫主体的周边区域。
具体的，被研磨物例如是由硅、SiC(碳化硅)或其他半导体等材料、或者蓝宝石、玻璃、石英等材料构成的圆板状的基板(晶圆)。被研磨物的正面被呈格子状排列的多条分割预定线(间隔道)划分成多个区域，在该多个区域内分别形成有IC等器件。最后，沿着该分割预定线对被研磨物进行分割，从而形成各个器件芯片。
具体的，所述研磨装置还包括研磨圆盘和分配研磨液的输送管路，所述研磨垫贴在所述研磨圆盘上。其工作过程为：以水为基础且带有研磨颗粒和化学添加物的研磨液被输送管路的喷嘴输送到研磨垫的表面，研磨液浸渍研磨垫表面，晶圆的被研磨面紧压且接触研磨垫，贴有研磨垫的研磨圆盘与承载着晶圆的保持构件以相同的方向旋转，利用研磨剂与被研磨面的相对机械摩擦进行研磨。研磨盘的旋转数例如为：80-100转/分钟，具有被研磨面的晶圆压在研磨垫上的压力，例如为：10～100kPa，为了满足被研磨面均一性要求和图形的平坦性要求，优选为5～50kPa。研磨期间内，用泵等通过输送管路连续向研磨垫供给研磨液。对该供给量没有限制，优选研磨垫的表面经常被研磨液覆盖。研磨结束后的晶圆，优选在流水中充分洗净后，通过使用旋转式干燥法等将附着在表面水滴抖落来使其干燥。
为了以使研磨垫的表面状态经常保持一致的方式进行化学机械研磨，优选在研磨前加入研磨垫的修整工序。例如，通过将至少含有水的液体喷射于研磨垫，进行研磨垫的修整。
使用本发明实施例的研磨装置，可以提高研磨垫的寿命，同时提高被研磨晶圆的平整度，并可以防止晶圆贴附在研磨垫上。
综上所述，本发明提供的研磨垫及研磨装置，包括：一面为研磨面、另一面为支持面的板状的垫主体；以及多个开孔，每个所述开孔从所述研磨面朝向所述支持面凹陷，所述研磨垫上分布多个开孔，且每个所述开孔从靠近所述垫主体的中心区域延伸至靠近所述垫主体的周边区域，减少了被研磨的晶圆中心跟所述研磨垫开孔区域的接触时间，从而减少了晶圆中心的研磨量，使晶圆中心和晶圆周圈的研磨量趋于一致，提高被研磨晶圆的平整度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于与实施例公开的器件相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种研磨垫，其特征在于，包括：
一面为研磨面、另一面为支持面的板状的垫主体；以及
多个开孔，每个所述开孔从所述研磨面朝向所述支持面凹陷，且每个所述开孔从靠近所述垫主体的中心区域延伸至靠近所述垫主体的周边区域。
2.如权利要求1所述的研磨垫，其特征在于，所述垫主体为圆盘状，每个所述开孔从所述垫主体的圆心延伸至所述垫主体的圆周，所述多个开孔以所述垫主体的圆心为中心配置成风车状。
3.如权利要求2所述的研磨垫，其特征在于，所述开孔的数量为3个～10个，且每个所述开孔自所述研磨面凹陷并贯穿所述支持面。
4.如权利要求2所述的研磨垫，其特征在于，在平行于所述研磨面的截面上，所述开孔的截面形状包括：弓形、条形和椭圆形中的任意一种或两种以上的组合。
5.如权利要求2所述的研磨垫，其特征在于，所述垫主体的直径为60～900mm，所述垫主体的厚度为1.3～5.0mm。
6.如权利要求2所述的研磨垫，其特征在于，相邻的所述开孔之间的所述垫主体上分布有多个从所述研磨面向所述支持面延伸的凹槽。
7.如权利要求6所述的研磨垫，其特征在于，所述凹槽为圆形盲孔。
8.如权利要求6所述的研磨垫，其特征在于，所述凹槽为环形凹槽。
9.如权利要求1所述的研磨垫，其特征在于，所述垫主体的材质包括：发泡聚氨酯树脂或无发泡聚氨酯树脂。
10.一种研磨装置，其特征在于，包括：
如权利要求1至9任意一项所述的研磨垫；
与所述研磨垫相向配置并保持被研磨物的保持构件；以及
驱动机构，其通过使所述研磨垫和保持在所述保持构件上的被研磨物作相对摩擦运动而对所述被研磨物的被研磨面进行研磨。
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