CN114310627A - 一种用于对硅片进行抛光的抛光垫和抛光设备 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种用于对硅片进行抛光的抛光垫和一种抛光设备,其中,所述抛光垫的上表面包括:位于所述抛光垫的中央的圆形第一区域;与所述第一区域同圆心的呈圆环形的第二区域和第三区域,所述第二区域在径向方向上位于所述第一区域与所述第三区域之间;其中,所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域中均形成有多个直线形的沟槽,所述多个沟槽通过多个直线形的沟槽间隙彼此间隔开,其中,所述多个沟槽和所述多个沟槽间隙设置成使得在抛光过程中暂存在所述第一区域和所述第三区域中的沟槽表面上的抛光液的量大于暂存在所述第二区域的沟槽表面上的量。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域,尤其涉及一种用于对硅片进行抛光的抛光垫和抛光设备。
背景技术
在生产硅片的流程中,最终抛光(FP,Final Polishing)工艺是控制硅片平坦度和粗糙度参数的最后一道工序。最终抛光工艺是通过对硅片表面去除一定的量来去除前端工序缺陷和对硅片表面进行镜面化抛光。
在FP作业期间,最常用的实施方案为化学机械抛光(CMP,Chemical MechanicalPolishing)方法,而在CMP方法中,需要通过抛光头将硅片压在振动的带有抛光垫的抛光台上,同时将磨料颗粒的浆液提供到抛光垫。然而,由于来自抛光头的工作压力往往集中在抛光头的中央区域,因此传递至待抛光的硅片表面的压力的分布也不均匀,其中,硅片的中央区域受到的力大于其他区域受到的力,这导致硅片在抛光过程中,硅片表面的中央区域的抛光去除量大于硅片表面的边缘区域的抛光去除量,从而造成硅片表面平坦度恶化。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例期望提供一种用于对硅片进行抛光的抛光垫和抛光设备,能够针对硅片的不同区域提供不同的抛光去除量,从而提升硅片平坦化的品质。
本发明的技术方案是这样实现的:
第一方面,本发明实施例提供了一种用于对硅片进行抛光的抛光垫,所述抛光垫的上表面包括:位于所述抛光垫的中央的圆形第一区域;与所述第一区域同圆心的呈圆环形的第二区域和第三区域,所述第二区域在径向方向上位于所述第一区域与所述第三区域之间;其中,所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域中均形成有多个直线形的沟槽,所述多个沟槽通过多个直线形的沟槽间隙彼此间隔开,其中,所述多个沟槽和所述多个沟槽间隙设置成使得在抛光过程中暂存在所述第一区域和所述第三区域中的沟槽表面上的抛光液的量大于暂存在所述第二区域的沟槽表面上的量。
第二方面,本发明实施例提供了一种抛光设备,所述抛光设备包括:抛光台;根据第一方面的抛光垫,所述抛光垫固定在所述抛光台上;用于驱动所述抛光台旋转的驱动轴;设置在所述抛光台的上方空间的抛光头和喷嘴;所述喷嘴设置成向所述抛光垫的中央喷洒抛光液,所述抛光液通过所述抛光台的旋转分布在所述抛光垫上。
本发明实施例提供了一种用于对硅片进行抛光的抛光垫和抛光设备;通过将抛光垫的上表面划分成同圆心的三个区域,即圆形的第一区域以及环形的第二区域和第三区域,其中第二区域位于第一区域与第三区域之间,在每个区域中都形成有通过多个直线形的沟槽间隙彼此间隔开的多个直线形的沟槽,其中,沟槽和沟槽间隙设置成使得:在抛光过程中,暂存在第一区域和第三区域中的沟槽表面上的抛光液量大于暂存在第二区域中的沟槽表面上的抛光液量,使得在同一抛光垫上不同区域,抛光去除量不同,由此只要根据实际需要将硅片在抛光垫上放置成同一硅片的不同区域位于抛光垫上的不同区域,就可以对硅片的不同区域去除不同的抛光量,因而可以解决在现有抛光过程中因硅片受力不均而导致对硅片表面的各个区域的抛光去处量不一致并最终造成硅片表面平坦度恶化的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种抛光设备的示意图;
图2为本发明实施例提供的一种抛光垫的示意图;
图3a、图3b和图3c分别使出了本发明实施例提供的一种抛光垫的三个不同区域的局部视图;
图4为硅片与抛光垫在抛光操作期间的示意图;
图5为本发明实施例提供的抛光垫和硅片的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
硅片在经过DSP工艺流程后,通常会在表面遗留有细微损伤。为了去除损伤,并且将硅片制作成镜面并持续地改善平坦度,通常会进行FP作业。常规的FP作业是将装载有硅片的抛光头(Polishing Head)与粘贴在下定盘上的抛光垫表面相接触,硅片表面通过研磨液管道(slurry Tube)供给的胶质研磨液(Colloidal slurry)和化学品(chemical)发生化学反应并且因机械加压所引发的物理反应的影响进行抛光。
具体来说,完成DSP工艺的硅片会被放入清洗机,随后从清洗机出料后需再进行FP作业,完整的FP作业流程包括三次抛光操作,具体如下:首先,将从清洗机取出的硅片进行第一次FP步骤,也可被称之为粗抛光(Stock Polishing)步骤,该步骤用于将硅片在前序工艺引起的表面缺陷进行去除并制作成镜面状态;本步骤是用于调整作业过程中的研磨颗粒(Particle)以及整个硅片表面的平坦度。在粗抛步骤后进行第二次FP步骤,该步骤调整研磨颗粒,通过使用最小的研磨量以调整硅片表面的粗糙度。在完成第二次FP步骤,就接着进行第三次FP步骤,该步骤用于调整硅片表面的微观粗糙度(micro roughness)及细小颗粒(fine particle)并完成收尾工作。硅片在完成以上3个步骤的FP作业后,会在设备内进行简单的表面清洗,最后放置到下料片盒(unloading cassette)中,直到下料片盒内装满硅片后则进行等待的工序。
对于以上作业流程中的第一次FP步骤,即粗抛光步骤来说,在作业的过程中,用于执行该步骤的抛光设备10如图1所示,该设备10可以包括:抛光台11、在抛光台11上表面通过粘接等方式设置的抛光垫12、设置于抛光台11下方的驱动轴13。抛光台11可以通过驱动轴13旋转,因此抛光垫12也可以对应于抛光台11的旋转而旋转。例如,当驱动轴13沿顺时针方向旋转时,抛光台11与抛光垫12一起沿顺时针方向旋转。此外,在抛光台11的上方空间设置有抛光头14,该抛光头14至少可以包括:头部主体(Head)141、定盘142、通过紧固件与头部主体(Head)141和定盘142连接的旋转驱动件143,定盘142下方为组装模具145,橡胶垫144和待抛光的硅片S被容纳在组装模具145形成的容纳腔内,其中,橡胶垫144连接至头部主体141,通过真空/空气管146用于向组装模具145的容纳腔内供给压缩的干燥空气(CDA)以形成工作压力,该工作压力作用在橡胶垫144上,并经由橡胶垫144传递至待抛光的硅片S。需要说明的是,旋转驱动件143可以通过带动头部主体141旋转,从而使得定盘142以及组装模具145的容纳腔内的待抛光硅片S也可以对应于头部主体141的旋转而旋转。例如,当旋转驱动件143沿逆时针方向旋转时,头部主体141与待抛光硅片S也随之一并沿逆时针方向旋转。可以理解地,驱动轴13与旋转驱动件143的旋转方向可以相同也可以不相同。此外,设备10还可以包括设置于在抛光垫12上方空间且靠近抛光垫12中心位置的喷嘴15,该喷嘴15可以连接用于存储抛光液的存储罐(图1中未示出),通过阀门控制抛光液的滴落流量。另外,由于喷嘴15设置成向抛光垫12的中央喷洒抛光液,并借助于抛光台的旋转离心力分布在抛光垫上,基于此,为了促进抛光液在抛光垫上的分布,设备10可以还包括设置在所述抛光台11上的振动器16,所述振动器16设置成使所述抛光台产生振动,以有助于调整所述抛光液的分布。而且,为了能够根据需要及时调整抛光液的分布,所述设备10还包括用于控制所述驱动轴13的旋转速度的变速器17,以调节所述抛光台11的旋转速度。
当执行抛光操作时,旋转的抛光头14以一定的压力压在旋转的抛光垫12上,由亚微米或纳米磨粒和化学溶液组成的抛光液通过喷嘴15滴落在抛光垫12上,在硅片S的表面和抛光垫12之间流动,然后如上所述抛光液在抛光垫12的传输和离心力的作用下,均匀分布抛光垫12上,由此在硅片S与抛光垫12之间形成一层抛光液液体薄膜。抛光液中的化学成分与硅片表面材料产生化学反应,将不溶的物质转化为易溶物质,或者将硬度高的物质进行软化,然后通过磨粒的微机械摩擦作用将这些化学反应物从硅片表面去除,溶入流动的液体中带走,即在化学成膜和机械去膜的交替过程中实现平坦化的目的。
然而,在上述抛光操作中,具体如图1所示出的,由于工作压力集中作用在橡胶垫144的中央区域,因此受力状态下的橡胶垫144整体呈下凹的弧形形状,这将导致橡胶垫144并不能将压力均匀地传递至的整个表面,橡胶垫144的边缘部分甚至有可能无法作用于硅片,这最终致使硅片表面的抛光去除量不均匀,硅片表面的平坦度恶化。若来料本身的缺陷深度较大,需要增加最终抛光工艺的去除量,则平坦度进一步恶化。
为了改进抛光后的硅片表面的平坦度,参见图2,其示出了本发明实施例提供的一种用于对硅片S进行抛光的抛光垫12,所述抛光垫12的上表面包括:位于所述抛光垫12的中央的圆形第一区域21;与所述第一区域21同圆心的呈圆环形的第二区域22和第三区域23,所述第二区域22在径向方向上位于所述第一区域21与所述第三区域23之间;所述第一区域21、所述第二区域22和所述第三区域23中均形成有多个直线形的沟槽24,所述多个沟槽24通过多个直线形的沟槽间隙25间隙彼此间隔开,其中,所述多个沟槽24和所述多个沟槽间隙25设置成使得在抛光过程中暂存在所述第一区域21和所述第三区域23中的沟槽表面241上的抛光液的量大于暂存在所述第二区域22的沟槽表面241上的量。
通过图2所示的技术方案,抛光垫的表面不是仅具有均一的沟槽布置,而是被划分成同圆心的三个区域,即圆形的第一区域21以及环形的第二区域22和第三区域23,其中,第二区域22位于第一区域21与第三区域23之间,在每个区域中都形成有通过多个直线形的沟槽间隙25彼此间隔开的多个直线形的沟槽24,其中,沟槽24和沟槽间隙25设置成使得:在抛光过程中,暂存在第一区域21和第三区域23中的沟槽表面241上的抛光液量大于暂存在第二区域22中的沟槽表面241上的抛光液量,使得在同一抛光垫上不同区域,抛光去除量不同,由此只要根据实际需要将硅片在抛光垫上放置成同一硅片的不同区域位于抛光垫上的不同区域,就可以对硅片的不同区域去除不同的抛光量,因而可以解决在现有抛光过程中因硅片受力不均而导致对硅片表面的各个区域的抛光去处量不一致并最终造成硅片表面平坦度恶化的问题。
为了实现同一抛光垫在不同区域的不同抛光去除量,优选地,参见图3,在单位面积内,所述第一区域21和所述第三区域23中的所述沟槽表面241的面积大于所述第二区域22中的所述沟槽表面241的面积。
参见图3a、图3b和图3c,图3a、图3b和图3c分别示出了单位面积内第一区域21、第二区域22和第三区域23中沟槽24和沟槽间隙25的布置情况。通过对比可以看出,第二区域22中的沟槽24的密度低于第一区域21和第三区域23中的沟槽24的密度,因此在单位面积内,第二区域中的沟槽表面241的面积占比小于第一区域中的沟槽表面241的面积占比,也小于第三区域中的沟槽表面241的面积占比。在抛光过程中,参见图4,沟槽表面241上承载的抛光液与硅片直接接触,以起到抛光的作用,因而,单位面积内,沟槽表面241的面积大小决定可以有效执行抛光操作的抛光液的量。基于此,在其他条件相同的情况下,第一区域和第三区域对硅片的抛光去除量将大于第二区域对硅片的抛光去除量。作为本发明的一个示例,对于第一区域21或第三区域23,沟槽尺寸为3mm*3mm,沟槽间隙的宽度为1mm,与此同时,对于第二区域,沟槽尺寸为4mm*4mm,沟槽间隙的宽度为3mm。
对于抛光垫的区域划分,优选地,所述第二区域22的大圆半径R与小圆半径r的差小于待抛光的硅片S的直径D。
如在“背景技术”部分所提及的,经现有技术的抛光设备抛光处理后的硅片存在硅片表面的中央区域的抛光去除量大于硅片表面的边缘区域的抛光去除量的问题,因此需要在抛光过程中针对性提高硅片表面的边缘区域的抛光去除量。另外,为了提高抛光效率,通常会在同一抛光垫上放置两个或更多个硅片以同时对这些硅片执行抛光操作。针对这些情况,参见图5,根据本发明优选实施例的抛光垫的第二区域22的径向尺寸,即R-r,被设置成小于硅片的直径D。在抛光过程中,只需将待抛光的硅片S在抛光垫上放置成硅片S的边缘区域的至少一部分位于抛光垫的第一区域21和第三区域23中,而硅片S的中央区域则位于第二区域22中,由此通过第一区域21和第三区域23提供对硅片边缘部分的更大抛光去除量可以补偿对硅片边缘区域的抛光,使得遍及硅片的整个被抛光表面,抛光去除量更为均一,从而提高了硅片表面平坦度。
对于沟槽和沟槽间隙的具体实现方式,优选地,在所述第一区域21、所述第二区域22和所述第三区域23中的每一者中,所述沟槽和所述沟槽间隙均为均匀排布,由此可以在每个区域中都具备均匀的抛光能力。
根据本发明的优选实施例,所述第一区域21中的所述多个沟槽24的尺寸和排布以及所述多个沟槽间隙25的尺寸和排布与所述第三区域23中的所述多个沟槽24的尺寸和排布以及所述多个沟槽间隙25的尺寸和排布相同,在硅片被放置成同时由抛光垫的第一区域和第三区域对其边缘区域进行抛光的情况下,第一区域和第三区域具有相同的设置更有利于提供相同的抛光去除量,从而提高硅片表面平坦度。
需要说明的是:本发明实施例所记载的技术方案之间,在不冲突的情况下,可以任意组合。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种用于对硅片进行抛光的抛光垫,其特征在于,所述抛光垫的上表面包括:
位于所述抛光垫的中央的圆形的第一区域;
与所述第一区域同圆心的呈圆环形的第二区域和第三区域,所述第二区域在径向方向上位于所述第一区域与所述第三区域之间;
其中,所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域中均形成有多个直线形的沟槽,所述多个沟槽通过多个直线形的沟槽间隙彼此间隔开,其中,所述多个沟槽和所述多个沟槽间隙设置成使得在抛光过程中暂存在所述第一区域和所述第三区域中的沟槽表面上的抛光液的量大于暂存在所述第二区域的沟槽表面上的量。
2.根据权利要求1所述的抛光垫,其特征在于,在单位面积内,所述第一区域和所述第三区域中的所述沟槽表面的面积大于所述第二区域中的所述沟槽表面的面积。
3.根据权利要求1所述的抛光垫,其特征在于,所述第二区域的大圆半径与小圆半径的差小于待抛光的硅片的直径。
4.根据权利要求2所述的抛光垫,其特征在于,在所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域中的每一者中,所述沟槽和所述沟槽间隙均为均匀排布。
5.根据权利要求3所述的抛光垫,其特征在于,所述第一区域中的所述多个沟槽的尺寸和排布以及所述多个沟槽间隙的尺寸和排布与所述第三区域中的所述多个沟槽的尺寸和排布以及所述多个沟槽间隙的尺寸和排布相同。
6.一种抛光设备,其特征在于,所述抛光设备包括:
抛光台;
根据权利要求1至5中的任一项所述的抛光垫,所述抛光垫固定在所述抛光台上;
用于驱动所述抛光台旋转的驱动轴;
设置在所述抛光台的上方空间的抛光头和喷嘴;
其中,所述喷嘴设置成向所述抛光垫的中央喷洒抛光液,所述抛光液通过所述抛光台的旋转分布在所述抛光垫上。
7.根据权利要求6所述的抛光设备,其特征在于,所述抛光设备还包括设置在所述抛光台上的振动器,所述振动器设置成使所述抛光台产生振动,以有助于调整所述抛光液的分布。
8.根据权利要求6所述的抛光设备,其特征在于,所述抛光设备还包括用于控制所述驱动轴的旋转速度的变速器,以调节所述抛光台的旋转速度。
9.根据权利要求6所述的抛光设备,其特征在于,当使用所述抛光设备对硅片进行抛光时,所述硅片在所述抛光垫上放置成所述硅片的中央区域位于所述抛光垫的第二区域中,并且所述硅片的边缘区域位于所述抛光垫的第一区域和第三区域中。
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