CN113001391A - 一种研磨装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种研磨装置及方法，研磨装置可以包括研磨腔体，研磨腔体中设置有研磨机台，研磨机台用于放置待研磨结构，研磨腔体侧壁设置有液体入口和液体出口，液体入口用于向研磨腔体通入研磨液，液体出口用于流出研磨腔体内的研磨液，研磨腔体中的研磨液浸没研磨机台上的待研磨结构时，可以对待研磨结构进行研磨，由于在待研磨结构被研磨时，待研磨结构被研磨液浸没，其表面与研磨液充分接触并发生反应，可以实现三维方向的充分研磨，而不止现有技术中对待研磨结构的一维表面进行研磨，因此能够适用于更多场景。

Description

一种研磨装置及方法

技术领域

本申请涉及半导体领域，特别是涉及一种研磨装置及方法。

背景技术

随着技术工艺的不断发展，半导体芯片不断向高密度、高性能、小型化和轻薄化发展，其中器件的薄片化是近年来半导体器件的重点发展方向之一，一方面，薄片可以降低器件的导通电阻和压降，从而减少器件的导通损耗，提高器件的散热性能，另一方面，薄片有利于减少器件封装的空间，从而实现整个封装模块的小型化和轻薄化，因此，硅片的减薄工艺就显得愈加重要。

然而当前的芯片制造中，化学机械研磨(chemical mechanical polish，CMP)主要是晶圆级研磨，处理的是晶圆的一维表面，研磨时通过研磨垫和晶圆之间的相对移动使晶圆减薄。目前还没有能够实现晶圆内部多维表面减薄的方法，即没有芯片级研磨方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种研磨装置及方法，提供一种芯片级研磨装置，可以实现晶圆内部多维表面减薄。

本申请实施例提供了一种研磨装置，包括：

研磨腔体；

所述研磨腔体中设置有研磨机台，所述研磨机台用于放置待研磨结构；

所述研磨腔体侧壁设置有液体入口和液体出口；

所述液体入口用于向所述研磨腔体通入研磨液，所述液体出口用于流出所述研磨腔体内的研磨液；所述研磨腔体中的研磨液浸没所述研磨机台上的待研磨结构时，对所述待研磨结构进行研磨。

可选的，所述研磨腔体内填充有惰性气体。

可选的，所述惰性气体中掺入HF气体或HCl气体。

可选的，所述研磨装置还包括：

位于所述研磨腔体顶部的压力盘，所述压力盘用于在纵向移动时调节所述惰性气体的压力。

可选的，所述研磨装置还包括：

位于所述研磨腔体侧壁的压力调节阀门，用于释放所述研磨腔体内的惰性气体，以降低所述惰性气体的气压。

可选的，所述研磨机台还用于带动所述待研磨结构旋转。

可选的，所述研磨装置还包括：

研磨促进装置，用于对所述研磨液施加超声或兆声。

可选的，所述研磨装置还包括：

加热装置，用于对所述研磨液加热。

本申请实施例还提供了一种研磨方法，应用于前述的研磨装置，包括：

在所述研磨机台放置有待研磨结构时，利用所述液体入口向所述研磨腔体通入研磨液，以对所述待研磨结构进行研磨。

可选的，所述研磨腔体内填充有惰性气体，所述研磨腔体顶部设置有压力盘，所述压力盘用于在纵向移动时调节所述惰性气体的压力时，所述方法还包括：

调节所述压力盘在纵向上的位置，以调整所述惰性气体的压力。

本申请实施例提供了一种研磨装置及方法，研磨装置可以包括研磨腔体，研磨腔体中设置有研磨机台，研磨机台用于放置待研磨结构，研磨腔体侧壁设置有液体入口和液体出口，液体入口用于向研磨腔体通入研磨液，液体出口用于流出研磨腔体内的研磨液，研磨腔体中的研磨液浸没研磨机台上的待研磨结构时，可以对待研磨结构进行研磨，由于在待研磨结构被研磨时，待研磨结构被研磨液浸没，其表面与研磨液充分接触并发生反应，可以实现三维方向的充分研磨，而不止现有技术中对待研磨结构的一维表面进行研磨，因此能够适用于更多场景。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种研磨装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种研磨方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

目前，CMP主要是晶圆级研磨，处理的是晶圆的一维表面，研磨时通过研磨垫和晶圆之间的相对移动使晶圆减薄。目前还没有能够实现晶圆内部多维表面减薄的方法，即没有芯片级研磨方法。

基于以上技术问题，本申请实施例提供了一种研磨装置及方法，研磨装置可以包括研磨腔体，研磨腔体中设置有研磨机台，研磨机台用于放置待研磨结构，研磨腔体侧壁设置有液体入口和液体出口，液体入口用于向研磨腔体通入研磨液，液体出口用于流出研磨腔体内的研磨液，研磨腔体中的研磨液浸没研磨机台上的待研磨结构时，可以对待研磨结构进行研磨，由于在待研磨结构被研磨时，待研磨结构被研磨液浸没，其表面与研磨液充分接触并发生反应，可以实现三维方向的充分研磨，而不止现有技术中对待研磨结构的一维表面进行研磨，因此能够适用于更多场景。

下面结合附图，通过实施例来详细说明本申请实施例中的一种研磨装置的具体实现方式。

参考图1所示，为本申请实施例提供的一种研磨装置的结构示意图，该研磨装置可以包括研磨腔体10，研磨腔体10为可密封的腔体。

研磨腔体10中可以设置有研磨机台110，研磨机台110用于放置待研磨结构。研磨机台110可以在水平面内旋转，带动待研磨结构旋转。待研磨结构可以为晶圆结构，也可以为芯片结构，待研磨结构中可以包括鳍式场效应晶体管(Fin Field-Effect Transistor，FinFet)或纳米线(Nanowire，NW)器件等器件，待研磨结构中往往具有待研磨的表面，待研磨的表面可以为一维表面，也可以为二维甚至三维表面。

研磨腔体10侧壁设置有液体入口141和液体出口142，液体入口141用于向研磨腔体10通入研磨液，液体出口142用于流出研磨腔体10内的研磨液，研磨腔体10中的研磨液浸没研磨机台110上的待研磨结构时，可以对待研磨结构进行研磨。这是因为研磨液中有对待研磨结构的待研磨表面进行腐蚀的成分，以及存在研磨粒，研磨液会和待研磨表面的物质发生反应，从而对待研磨表面进行研磨。在待研磨结构随着研磨机台110旋转时，待研磨结构和研磨液之间存在相对运动，研磨速率得到提高。研磨液的成分可以根据实际需要确定，在此不进行举例说明。

液体入口141可以连接有研磨液输出装置，液体出口142可以连接有研磨液处理装置，在研磨腔体10内的压力较大时，液体入口141可以具有一定的液体输入压力，以使研磨液通入研磨腔体10。液体入口141的位置可以高于液体出口142。在对待研磨结构的研磨过程中，研磨液可以实时流动以保证研磨速率的均匀性，也可以按照一定的周期进行研磨液的替换。

通常来说，研磨腔体10中的液体不会充满研磨腔体10，研磨腔体10内还可以填充有惰性气体，惰性气体在研磨腔体10的上方，而研磨液位于研磨腔体10的下方。其中，惰性气体例如氮气、氩气等。为了调节研磨液对待研磨结构的研磨速率，惰性气体中可以掺入HF气体或HCl气体，HF气体或HCl气体融入研磨液中，可以提高研磨液对待研磨结构的研磨速率。

本申请实施例中，研磨腔体10顶部还可以设置有压力盘120，压力盘120与研磨腔体10的侧壁紧密结合，将研磨腔体10分为压力盘120上方的部分和压力盘120下方的部分，这样在压力盘120纵向移动时，压力盘120下方的空腔内的气压会发生变化。例如压力盘120下方的空腔内填充有惰性气体时，惰性气体的压力会随着压力盘120的纵向移动而变化，惰性气体位于研磨液的上方，在惰性气体的气压升高时，惰性气体会对研磨液施加压力，使研磨液的压力提高，从而可以提升研磨速率。

为了实现压力盘120的纵向移动，可以在压力盘120上方设置活塞杆121，活塞杆121底部与压力盘120连接，上方连接有联动装置122，通过联动装置122可以使活塞杆121和压力盘120纵向移动。活塞杆121可以一个，也可以为多个，例如可以为两个，活塞杆121可以贯穿研磨腔体10顶部延伸至研磨腔体10外侧，联动装置122可以设置在研磨腔体10外侧。压力盘120上方可以设置有第一压力计123，用于检测压力盘120上方的气压，表征压力盘120的纵向位置。

本申请实施例中，研磨腔体10侧壁还可以设置有压力调节阀门131，用于释放研磨腔体10内的惰性气体，以降低惰性气体的气压，这样可以在惰性气体的气压较大时，微调惰性气体的气压。在研磨腔体10侧壁还可以设置有第二压力计124，用于检测压力盘120下方的气压，表征惰性气体的气压。

本申请实施例中，研磨装置还可以包括研磨促进装置，用于对研磨液施加超声或兆声，使研磨液在液压作用下与待研磨结构的表面充分接触并发生反应，提高研磨速率。通过液体超声或兆声的方式代替了原有的研磨垫直接接触的方式，降低了表面损伤，提高研磨的均匀性。通过调整超声或兆声的频率、功率，可以调整研磨速率。

本申请实施例中，研磨装置还可以包括加热装置，用于对研磨液进行加热，加热装置可以设置在研磨腔体10内部，也可以设置在研磨腔体10外部，例如加热装置可以为研磨腔体10外部的加热灯管。对研磨液进行加热，可以提高研磨液和待研磨表面的物质的反应速率，从而提高研磨速率。

本申请实施例提供了一种研磨装置，可以包括研磨腔体，研磨腔体中设置有研磨机台，研磨机台用于放置待研磨结构，研磨腔体侧壁设置有液体入口和液体出口，液体入口用于向研磨腔体通入研磨液，液体出口用于流出研磨腔体内的研磨液，研磨腔体中的研磨液浸没研磨机台上的待研磨结构时，可以对待研磨结构进行研磨，由于在待研磨结构被研磨时，待研磨结构被研磨液浸没，其表面与研磨液充分接触并发生反应，可以实现三维方向的充分研磨，而不止现有技术中对待研磨结构的一维表面进行研磨，因此能够适用于更多场景。

基于以上实施例提供的一种研磨装置，本申请实施例还提供了一种研磨方法，该研磨方法应用于前述的研磨装置，参考图2所示，为本申请实施例提供的一种研磨方法的流程图，该方法包括：

S101，在研磨机台110放置有待研磨结构时，利用液体入口141向研磨腔体10通入研磨液，以对待研磨结构进行研磨。

待研磨结构可以为晶圆结构，也可以为芯片结构，待研磨结构中可以包括鳍式场效应晶体管或纳米线器件等器件，待研磨结构中往往具有待研磨的表面，待研磨的表面可以为一维表面，也可以为二维甚至三维表面。

在研磨机台110放置有待研磨结构时，可以利用液体入口141向研磨腔体10通入研磨液，以对待研磨结构进行研磨，在对待研磨结构进行研磨时，研磨液浸没待研磨结构。在对待研磨结构进行研磨时，若研磨液浸没待研磨结构，可以同时开启研磨腔体10侧壁的液体出口142，以实现研磨液的流动，也可以在研磨液浸没待研磨结构后，停止向研磨腔体10通入研磨液，而在研磨预设时间后利用液体出口142流出研磨液，以在研磨腔体10内更新研磨液。

研磨腔体10内填充有惰性气体，研磨腔体10顶部设置有压力盘120时，可以调节压力盘120在纵向上的位置，以调整惰性气体的压力，从而提高研磨液的内部压力，提高研磨速率。

在对待研磨结构进行研磨时，还可以控制研磨机台110旋转，以带动待研磨结构旋转，从而提高研磨速率；还可以对研磨液施加超声或兆声，使研磨液在液压作用下与待研磨结构的表面充分接触并发生反应，提高研磨速率；还可以对研磨液进行加热，提高研磨液和待研磨表面的物质的反应速率，从而提高研磨速率。这样，通过控制研磨机台110转速、超声频率、兆声频率、超声功率、兆声功率、研磨液温度、惰性气体压力的至少一项，可以控制对待研磨结构的研磨速率。

本申请实施例提供了一种研磨方法，应用于研磨装置，研磨装置可以包括研磨腔体，研磨腔体中设置有研磨机台，研磨机台用于放置待研磨结构，研磨腔体侧壁设置有液体入口和液体出口，液体入口用于向研磨腔体通入研磨液，液体出口用于流出研磨腔体内的研磨液，研磨腔体中的研磨液浸没研磨机台上的待研磨结构时，可以对待研磨结构进行研磨，也就是说，在研磨机台放置有待研磨结构时，可以利用液体入口向研磨腔体通入研磨液，以对待研磨结构进行研磨，由于在待研磨结构被研磨时，待研磨结构被研磨液浸没，其表面与研磨液充分接触并发生反应，可以实现三维方向的充分研磨，而不止现有技术中对待研磨结构的一维表面进行研磨，因此能够适用于更多场景。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于装置实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见装置实施例的部分说明即可。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，并非用于限定本申请的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种研磨装置，其特征在于，包括：

研磨腔体；

所述研磨腔体中设置有研磨机台，所述研磨机台用于放置待研磨结构；

所述研磨腔体侧壁设置有液体入口和液体出口；

所述液体入口用于向所述研磨腔体通入研磨液，所述液体出口用于流出所述研磨腔体内的研磨液；所述研磨腔体中的研磨液浸没所述研磨机台上的待研磨结构时，对所述待研磨结构进行研磨。

2.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述研磨腔体内填充有惰性气体。

3.根据权利要求2所述的研磨装置，其特征在于，所述惰性气体中掺入HF气体或HCl气体。

4.根据权利要求2所述的研磨装置，其特征在于，所述研磨装置还包括：

位于所述研磨腔体顶部的压力盘，所述压力盘用于在纵向移动时调节所述惰性气体的压力。

5.根据权利要求4所述的研磨装置，其特征在于，还包括：

位于所述研磨腔体侧壁的压力调节阀门，用于释放所述研磨腔体内的惰性气体，以降低所述惰性气体的气压。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的研磨装置，其特征在于，所述研磨机台还用于带动所述待研磨结构旋转。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的研磨装置，其特征在于，还包括：

研磨促进装置，用于对所述研磨液施加超声或兆声。

8.根据权利要求1-5任意一项所述的研磨装置，其特征在于，还包括：

加热装置，用于对所述研磨液加热。

9.一种研磨方法，其特征在于，应用于如权利要求1-8任意一项的研磨装置，包括：

在所述研磨机台放置有待研磨结构时，利用所述液体入口向所述研磨腔体通入研磨液，以对所述待研磨结构进行研磨。

10.根据权利要求9所述的研磨方法，其特征在于，所述研磨腔体内填充有惰性气体，所述研磨腔体顶部设置有压力盘，所述压力盘用于在纵向移动时调节所述惰性气体的压力时，所述方法还包括：

调节所述压力盘在纵向上的位置，以调整所述惰性气体的压力。

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