CN114473856B - 一种cmp研磨垫及cmp研磨装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种CMP研磨垫及CMP研磨装置，该CMP研磨垫包括一个圆盘状的研磨垫。还包括设置在研磨表面上的多个圆环形沟槽，多个圆环形沟槽呈同心圆状由研磨垫的中心向研磨垫的边缘依次排布。研磨表面划分为N个研磨区。该N个研磨区包括位于研磨垫中心处且呈圆形第一研磨区，还包括呈同心圆状由研磨垫的中心向边缘依次排布的第二研磨区至第N研磨区。第二研磨区至第N研磨区中的每个研磨区上均穿设有连通该研磨区上任意相邻的两个圆环形沟槽的通孔。通过在第二研磨区至第N研磨区中的每个研磨区上均穿设有通孔，调节不同研磨区中研磨液的量，改善CMP工序中晶圆表面成膜图形的均匀性，提高良率。

Description

一种CMP研磨垫及CMP研磨装置
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种CMP研磨垫及CMP研磨装置。
背景技术
随着晶圆上设计制作的图形逐步精细化，出于各种目的，CMP(ChemicalMechanical Polishing，化学机械研磨)工艺在不断增加，其可以减小晶圆上成膜图形边缘处的高度差。因此，CMP工艺中的晶圆上成膜图形的均匀性变得更加重要。CMP工艺中晶圆上成膜图形的均匀性受设备结构影响、模式影响、以及全工艺影响。CMP工艺后由于所存在的氧化残渣(Oxide Residue)、由钨或铜构成的互连结构不良、及CMP后续工序等问题会影响晶圆上成膜图形的均匀性,从而会出现接触不良(Contact Not open)、晶圆边缘处过度研磨等缺陷。为提高晶圆上成膜图形的均匀性，使用研磨头(Polishing Head)的膜区控制(Membrane Zone Control)及研磨垫调节(Pad Conditioning Tuning)等多种方法。
发明内容
本发明提供了一种CMP研磨垫及CMP研磨装置，用以改善CMP工序中晶圆表面成膜图形的均匀性，提高良率。
第一方面，本发明提供了一种CMP研磨垫，该CMP研磨垫包括一个圆盘状的研磨垫，该研磨垫具有相对的两个表面，其中一个表面为研磨表面。该CMP研磨垫还包括设置在研磨表面上的多个圆环形沟槽，多个圆环形沟槽呈同心圆状由研磨垫的中心向研磨垫的边缘依次排布。研磨表面划分为N个研磨区，其中，N为大于或等于2的整数。该N个研磨区包括位于研磨垫中心处且呈圆形第一研磨区，还包括呈同心圆状由研磨垫的中心向边缘依次排布的第二研磨区至第N研磨区；且每个研磨区均具有至少两个圆环形沟槽。第二研磨区至第N研磨区中的每个研磨区上均穿设有连通该研磨区上任意相邻的两个圆环形沟槽的通孔。
在上述的方案中，通过在第二研磨区至第N研磨区中的每个研磨区上均穿设有连通该研磨区上任意相邻的两个圆环形沟槽的通孔，以调节不同研磨区中研磨液的量，以改善CMP工序中晶圆表面成膜图形的均匀性，提高良率。
在一个具体的实施方式中，多个圆环形沟槽中任意相邻的两个圆环形沟槽之间具有将该两个圆环形沟槽隔开的圆环形凸起，通孔贯穿圆环形凸起的两个侧壁，以连通该相邻的两个圆环形沟槽。
在一个具体的实施方式中，第二研磨区至所述第N研磨区中的每个研磨区上的每个通孔贯穿该研磨区上的所有圆环形凸起的两个侧壁。
在一个具体的实施方式中，第二研磨区至第N研磨区中的每个研磨区上通孔的个数为至少两个，以提高调节研磨液量的效果，改善晶圆表面成膜图形的均匀性。
在一个具体的实施方式中，至少两个通孔环绕研磨垫的中心均匀分布，使每个研磨区上的研磨液沿研磨垫的中心较为均匀的呈环形分布，改善晶圆表面成膜图形的均匀性。
在一个具体的实施方式中，研磨区个数N大于或等于3，提高调节研磨液的量的效果，改善晶圆表面成膜图形的均匀性。
在一个具体的实施方式中，在第二研磨区至第N研磨区中相邻的两个研磨区之间，位于外侧的研磨区上的通孔个数多于位于内侧的研磨区上的通孔个数，以提高调节研磨液的量的效果，改善晶圆表面成膜图形的均匀性。
在一个具体的实施方式中，第二研磨区至第N研磨区中的每个研磨区的宽度为30mm以上，以提高调整每个研磨区上研磨液的量的效果，改善晶圆表面成膜图形的均匀性。
在一个具体的实施方式中，通孔的孔径大于0.1mm，便于同一研磨区上相邻的圆环形沟槽中的研磨液穿过通孔进行流动，便于控制不同研磨区上的研磨液的量，改善晶圆表面成膜图形的均匀性。
第二方面，本发明还提供了一种CMP研磨装置，该CMP研磨装置包括转盘、以及固定在转盘上的上述任意一种CMP研磨垫，其中研磨垫的另一个表面固定在转盘上。该CMP研磨装置还包括位于研磨垫上方且用于将晶圆抵压在研磨表面上的研磨头。通过在研磨表面的第二研磨区至第N研磨区中的每个研磨区上均穿设有连通该研磨区上任意相邻的两个圆环形沟槽的通孔，以调节不同研磨区中研磨液的量，以改善CMP工序中晶圆表面成膜图形的均匀性，提高良率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种CMP研磨垫的俯视图；
图2为图1中示出的一种CMP研磨垫的A-A面剖视图；
图3为本发明实施例提供的一种CMP研磨装置的俯视示意图；
图4为图3中示出的一种CMP研磨装置的A-A面剖视图。
附图标记：
10-研磨垫 11-研磨表面 12-安装表面
21-圆环形沟槽 22-圆环形凸起 23-通孔
31-第一研磨区 32-第二研磨区 33-第三研磨区
40-转盘 50-研磨头 60-晶圆
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
为了方便理解本发明实施例提供的CMP研磨垫，下面首先说明一下本发明实施例提供的CMP研磨垫的应用场景，该CMP研磨垫应用于CMP研磨装置中，作为采用CMP工艺对晶圆进行研磨的结构。下面结合附图对该CMP研磨垫进行详细的叙述。
参考图1、图2及图3，本发明实施例提供的CMP研磨垫包括一个圆盘状的研磨垫10，该研磨垫10具有相对的两个表面，其中一个表面为研磨表面11。该CMP研磨垫10还包括设置在研磨表面11上的多个圆环形沟槽21，多个圆环形沟槽21呈同心圆状由研磨垫10的中心向研磨垫10的边缘依次排布。研磨表面11划分为N个研磨区，其中，N为大于或等于2的整数。该N个研磨区包括位于研磨垫10中心处且呈圆形第一研磨区31，还包括呈同心圆状由研磨垫10的中心向边缘依次排布的第二研磨区32至第N研磨区；且每个研磨区均具有至少两个圆环形沟槽21。第二研磨区32至第N研磨区中的每个研磨区上均穿设有连通该研磨区上任意相邻的两个圆环形沟槽21的通孔23。
在上述的方案中，通过在第二研磨区32至第N研磨区中的每个研磨区上均穿设有连通该研磨区上任意相邻的两个圆环形沟槽21的通孔23，以调节不同研磨区中研磨液的量，以改善CMP工序中晶圆60表面成膜图形的均匀性，提高良率。下面结合附图对上述各个结构部件的设置进行详细的介绍。
在设置研磨垫10时，参考图1、图2、图3及图4，研磨垫10为一个圆盘状的盘体结构，具有相对的两个表面。其中的一个表面作为研磨表面11(图2中位于上方的一个表面为研磨表面11)，用于使晶圆60抵压在研磨表面11上，对晶圆60进行研磨。另一个表面作为安装表面12(图2中位于下方的一个表面为安装表面12)，用于将研磨垫10固定在转盘40上。
继续参考图1及图2，在研磨表面11上设置有多个圆环形沟槽21，用于容纳研磨液。该多个圆环形沟槽21呈同心圆状有研磨垫10的中心向研磨垫10的边缘依次排布，且多个圆环形沟槽21中的每个圆环形沟槽21的中心均与研磨垫10的中心重合。在设置每个圆环形沟槽21时，任意相邻的两个圆环形沟槽21之间具有将该两个圆环形沟槽21隔开的圆环形凸起22，即每个圆环形沟槽21通过相邻的两个圆环形凸起22的侧壁围成。
如图1及图2所示，研磨表面11划分为N个研磨区，其中，N为大于或等于2的整数。具体的，N可以取2、3、4、5等不少于2个的任意整数。如图1及图2中所示出的研磨表面11上的研磨区的个数N为3个。该N个研磨区包括第一研磨区31，该研磨区位于研磨表面11的中心位置，该第一研磨区31的形状为圆形。该N个研磨区还包括第二研磨区32、……、第N研磨区，第二研磨区32至第N研磨区中的每个研磨区的形状均为圆环形。第二研磨区32至第N研磨区由研磨垫10的中心向研磨垫10的边缘依次排布。在划分研磨区时，每个研磨区上均包括有至少两个圆环形沟槽21，使每个研磨区中都具有足够的沟槽结构来容纳研磨液。
继续参考图1及图2，在第二研磨区32至第N研磨区中的每个研磨区上均穿设有连通该研磨区上任意相邻的两个圆环形沟槽21的通孔23，使每个研磨区的圆环形沟槽21中的研磨液能够通过通孔23在该研磨区的任意相邻的圆环形沟槽21之间相互流动。随着研磨垫10的旋转，圆环形沟槽21内的研磨液会产生离心力，通过在研磨区内设置能够使该研磨区内的任意相邻的两个圆环形沟槽21连通的通孔23，使同一研磨区内位于内圈的圆环形沟槽21中的研磨液通过通孔23流动到该研磨区的位于外圈的圆环形沟槽21中，使位于外圈的研磨区的研磨液通过通孔23排出研磨表面，减少外圈研磨区上的研磨液的量，以改善CMP工序中晶圆60表面成膜图形的均匀性，提高良率。
在具体设置通孔23时，如图1及图2所示，通孔23贯穿圆环形凸起22的两个侧壁，以连通该相邻的两个圆环形沟槽21。参考图1及图2，可以使第二研磨区32至所述第N研磨区中的每个研磨区上的每个通孔23贯穿该研磨区上的所有圆环形凸起22的两个侧壁。
在确定每个研磨区上的通孔23的个数时，可以使第二研磨区32至第N研磨区中的每个研磨区上通孔23的个数为至少两个，以提高调节研磨液的量的效果，改善晶圆60表面成膜图形的均匀性。作为更优的设置方式，参考图1，可以使至少两个通孔23环绕研磨垫10的中心均匀分布，使每个研磨区上的研磨液沿研磨垫10的中心较为均匀的呈环形分布，改善晶圆60表面成膜图形的均匀性。
在具体确定研磨表面11上的研磨区的个数N时，可以使N大于或等于3，由于不同的研磨区之间的研磨液不能够通过通孔23相互流动，从而便于通过增加研磨区的个数，调节研磨液的量的效果，改善晶圆60表面成膜图形的均匀性。参考图1，在第二研磨区至第N研磨区中相邻的两个研磨区之间，位于外侧的研磨区上的通孔个数多于位于内侧的研磨区上的通孔个数，以提高调节研磨液的量的效果，改善晶圆表面成膜图形的均匀性。
下面以图1示出的结构为例，可以在第二研磨区32上设置6个通孔23，该6个通孔23分别均贯穿第二研磨区32上的所有圆环形凸起22。还可以使第二研磨区32上的6个通孔23环绕研磨垫10的中心均匀分布。可以在第三研磨区33上设置12个通孔23，该12个通孔23分别均贯穿第三研磨区33上的所有圆环形凸起22，使第三研磨区33上的通孔23的个数多于第二研磨区32上通孔23的个数。还可以使第三研磨区33上的12个通孔23环绕该研磨垫10的中心均匀分布。
应当注意的是，每个研磨区上通孔23的个数还可以相等设置。且相邻的两个研磨区上的通孔23可以如图1及图2所示出的部分通孔的位置相对，也可以存在部分通孔的位置不相对。
当然，研磨表面11上研磨区的个数还可以为2个，该2个研磨区包括没有设置通孔的第一研磨区、以及设置通孔的第二研磨区。
在确定通孔23的孔径时，通孔23的孔径可以大于0.1mm，便于同一研磨区上相邻的圆环形沟槽21中的研磨液穿过通孔23进行流动，便于控制不同研磨区上的研磨液的量，改善晶圆60表面成膜图形的均匀性。具体的，可以设置每个通孔23的孔径为0.11mm、0.13mm、0.15mm、0.17mm、0.20mm等大于0.1mm的任意值。
在确定第二研磨区32至第N研磨区的宽度时，可以设置第二研磨区32至第N研磨区中的每个研磨区的宽度为30mm以上，以提高调整每个研磨区上研磨液流动的量的效果，改善晶圆60表面成膜图形的均匀性。具体的，第二研磨区32至第N研磨区中的每个研磨区的宽度可以为30mm、35mm、40mm、45mm、50mm等不小于30mm的任意值。其中，第二研磨区32至第N研磨区中的每个研磨区的宽度是指该研磨区的外径与内径之间的差值。
通过在第二研磨区32至第N研磨区中的每个研磨区上均穿设有连通该研磨区上任意相邻的两个圆环形沟槽21的通孔23，以调节不同研磨区中研磨液的量，以改善CMP工序中晶圆60表面成膜图形的均匀性，提高良率。
另外，本发明还提供了一种CMP研磨装置，参考图1～图4，该CMP研磨装置包括转盘40、以及固定在转盘40上的上述任意一种CMP研磨垫，其中研磨垫10的另一个表面固定在转盘40上。该CMP研磨装置还包括位于研磨垫10上方且用于将晶圆60抵压在研磨表面11上的研磨头50。通过在研磨表面11的第二研磨区32至第N研磨区中的每个研磨区上均穿设有连通该研磨区上任意相邻的两个圆环形沟槽21的通孔23，以调节不同研磨区中研磨液的量，以改善CMP工序中晶圆60表面成膜图形的均匀性，提高良率。
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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种CMP研磨垫，其特征在于，包括：
圆盘状的研磨垫，所述研磨垫具有相对的两个表面，其中一个表面为研磨表面；
设置在所述研磨表面上的多个圆环形沟槽，所述多个圆环形沟槽呈同心圆状由所述研磨垫的中心向所述研磨垫的边缘依次排布；
所述研磨表面划分为N个研磨区，其中，N为大于或等于3的整数；所述N个研磨区包括位于所述研磨垫中心处且呈圆形的第一研磨区，还包括呈同心圆状由所述研磨垫的中心向边缘依次排布的第二研磨区至第N研磨区；且每个研磨区均具有至少两个所述圆环形沟槽；
所述第二研磨区至所述第N研磨区中的每个研磨区上均穿设有连通该研磨区上任意相邻的两个圆环形沟槽的通孔；
其中，在所述第二研磨区至所述第N研磨区中相邻的两个研磨区之间，位于外侧的研磨区上的通孔个数多于位于内侧的研磨区上的通孔个数。
2.如权利要求1所述的CMP研磨垫，其特征在于，所述多个圆环形沟槽中任意相邻的两个圆环形沟槽之间具有将该两个圆环形沟槽隔开的圆环形凸起，所述通孔贯穿所述圆环形凸起的两个侧壁，以连通该相邻的两个圆环形沟槽。
3.如权利要求2所述的CMP研磨垫，其特征在于，所述第二研磨区至所述第N研磨区中的每个研磨区上的每个通孔贯穿该研磨区上的所有所述圆环形凸起的两个侧壁。
4.如权利要求3所述的CMP研磨垫，其特征在于，所述第二研磨区至所述第N研磨区中的每个研磨区上通孔的个数为至少两个。
5.如权利要求4所述的CMP研磨垫，其特征在于，所述至少两个通孔环绕所述研磨垫的中心均匀分布。
6.如权利要求1所述的CMP研磨垫，其特征在于，所述第二研磨区至所述第N研磨区中的每个研磨区的宽度为30mm以上。
7.如权利要求1所述的CMP研磨垫，其特征在于，所述通孔的孔径大于0.1mm。
8.一种CMP研磨装置，其特征在于，包括：
转盘；
固定在所述转盘上的如权利要求1～7任一项所述的CMP研磨垫，其中，所述研磨垫的另一个表面固定在所述转盘上；
位于所述研磨垫上方且用于将晶圆抵压在所述研磨表面上的研磨头。
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