CN115070606B - 一种用于对硅片进行抛光的抛光垫和抛光设备 - Google Patents

一种用于对硅片进行抛光的抛光垫和抛光设备 Download PDF

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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抛光设备，抛光垫的上表面包括：与抛光垫的周向边缘相邻的第一环形区域；靠近抛光垫的中心的第二环形区域；在抛光垫的径向方向上位于所述第一环形区域与所述第二环形区域之间的第三环形区域，所述第一环形区域、所述第二环形区域和所述第三环形区域与所述抛光垫同圆心；其中，所述第三环形区域形成有沿径向方向延伸的多个直线形沟槽以及与所述多个直线形沟槽相交并且与抛光垫同圆心的多个环形沟槽，所述第一环形区域和所述第二环形区域形成有沿径向方向延伸的多个弧形沟槽，使得在抛光过程中抛光液在所述第一环形区域和所述第二环形区域上流动的速度大于在所述第三环形区域上流动的速度。

Description

一种用于对硅片进行抛光的抛光垫和抛光设备
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
抛光是硅片制造工艺流程中的重要工序。在对硅片表面执行抛光操作的过程中，在使硅片相对于抛光垫旋转的同时向硅片表面喷洒抛光液，并向硅片施加一定的压力使其抵靠抛光垫，在这个过程中通过化学腐蚀和机械抛光的双重作用完成抛光，以去除硅片表面损伤层，获得高表面质量的硅片。
双面抛光是现有技术中常用的抛光技术之一，在双面抛光的过程中，抛光垫主要起到储存及运输抛光液、去除加工残余物质、传递机械载荷以及维持抛光环境等作用，因此，抛光垫的选择是影响抛光质量的重要因素。为了向抛光表面不断供应抛光液并快速去除抛光产生的碎屑，需要在抛光垫表面设计各种形状的沟槽。然而，对于目前双面抛光技术，受离心力、硅片抛光轨迹等因素的影响，对同一硅片表面的不同区域的抛光去除量往往不一致，这导致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：
与所述抛光垫的周向边缘相邻的第一环形区域；
靠近所述抛光垫的中心的第二环形区域；
在所述抛光垫的径向方向上位于所述第一环形区域与所述第二环形区域之间的第三环形区域，所述第一环形区域、所述第二环形区域和所述第三环形区域与所述抛光垫同圆心；
其中，所述第三环形区域形成有沿所述径向方向延伸的多个直线形沟槽以及与所述多个直线形沟槽相交并且与所述抛光垫同圆心的多个环形沟槽，所述第一环形区域和所述第二环形区域形成有沿所述径向方向延伸的多个弧形沟槽，使得在抛光过程中抛光液在所述第一环形区域和所述第二环形区域上流动的速度大于在所述第三环形区域上流动的速度。
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：
具有第一外齿的硅片承载件，所述硅片承载件用于承载硅片；
具有第二外齿的内齿圈，其中，所述硅片承载件的所述第一外齿与所述内齿圈的第二外齿啮合；
具有内齿的外齿圈，其中，所述硅片承载件的所述第一外齿还与所述外齿圈的所述内齿啮合；
位于上抛光垫上方的上定盘以及位于下抛光垫下方的下定盘，所述上定盘和所述下定盘用于提供朝向彼此的压力以将所述上抛光垫压紧至所述硅片的上表面并且将所述下抛光垫压紧至所述硅片的下表面，其中，所述下抛光垫为根据第一方面的抛光垫；
设置在所述上定盘中的用于将抛光液注入至所述上抛光垫的抛光液注入管道，其中，所述抛光液在注入至所述上抛光垫之后穿过硅片承载件到达下抛光垫。
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；该抛光垫的表面可以被划分成与抛光垫同圆心的三个环形区域，三个环形区域上设置有不同的沟槽图案，其中，设置在与抛光垫的周向边缘相邻的第一环形区域和靠近抛光垫的圆心的第二环形区域上的沿径向方向延伸的多个弧形沟槽可以加快抛光液在离心力作用下沿径向方向向外传递的速度，在沿径向方向位于第一环形区域与第二环形区域之间的第三环形区域上设置有彼此相交的多个直线形沟槽和多个环形沟槽，这可以有效减缓抛光液在该第三环形区域上的流动速度，也就是说提高了抛光液在该第三环形区域上的停留时间，由此，在抛光操作中，通过使抛光液在同一抛光垫表面的不同区域上的流速不同可以对同一硅片表面的不同区域提供不同的抛光去除量，从而补偿原本因离心力、硅片抛光轨迹等因素引起的不一致抛光去除量，改善了抛光液流速的均匀性，从而保证了稳定的抛光率。
附图说明
图1为用于双面抛光硅片的设备的示意图；
图2为用于双面抛光硅片的设备的一部分的俯视图；
图3为用于双面抛光硅片的设备的一部分的另一俯视图，其中示出了硅片承载件和硅片在抛光过程的运动轨迹；
图4为本发明实施例提供的用于对硅片进行抛光的抛光垫的示意图；
图5为本发明实施例提供的抛光设备的示意图。
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。
参见图1，其示出了用于双面抛光硅片设备1A，该设备1A通常可以包括：
具有第一外齿(附图中未详细示出)的硅片承载件10B，该硅片承载件10B用于承载硅片W；
具有第二外齿(附图中未详细示出)的内齿圈20A，其中，硅片承载件10B的第一外齿与内齿圈20A的第二外齿啮合；
具有内齿(附图中未详细示出)的外齿圈30A，其中，硅片承载件10B的第一外齿还与外齿圈30A的内齿啮合；
位于上抛光垫P1上方的上定盘40A以及位于下抛光垫P2下方的下定盘50A，上定盘40A和下定盘50A用于提供朝向彼此的压力以将上抛光垫P1压紧至硅片W的上表面并且将下抛光垫P2压紧至硅片W的下表面，其中，上抛光垫P1和下抛光垫P2都通过压敏胶带层60A分别胶粘至上定盘40A和下定盘50A；
设置在上定盘40A中的用于将抛光液注入至上抛光垫P1的抛光液注入管道70A，其中，抛光液在注入至上抛光垫P1之后穿过硅片承载件10B到达下抛光垫P2处。
在对硅片W进行抛光的过程中，内齿圈20A和外齿圈30A以设定的转速和转向旋转，使得硅片承载件10B与所承载的硅片W一起通过齿之间的啮合产生运动，同时上定盘UP和下定盘LP也会以设定的转速和转向旋转，由此在硅片W与抛光垫P1和P2之间产生相对运动，并通过抛光液产生的化学反应以及通过上下定盘加压产生的物理反应的影响使硅片W被双面抛光。
设备1A可以包括多个硅片承载件10B，并且每个硅片承载件10B可以承载多个硅片W，例如，参见图2，设备1A可以包括5个硅片承载件10B，每个硅片承载件10B可以承载三个硅片W。
在对硅片W进行抛光的过程中，硅片W和硅片承载件10B的运动轨迹如图3中的虚线所示。对于单个硅片W而言，从其运动轨迹可看出，硅片W的边缘的运动距离大于硅片W的中心的运动距离，这使得在同等加工条件下，对硅片W的边缘部分的抛光去除量要大于对硅片W的中心部分的抛光去除量。如果将下抛光垫P2划分为同心的三个环形区域，具体地，如图3所示，将下抛光垫P2划分为与抛光垫的边缘相邻的第一环形区域21、靠近抛光垫的中心的第二环形区域22以及在下抛光垫P2的径向方向上位于第一环形区域21与第二环形区域22之间的第三环形区域23，那么仅硅片W的边缘部分的运动轨迹将经过第一环形区域21、第二环形区域22和第三环形区域23，而硅片W的中心部分的运动轨迹将仅经过第三环形区域23。
另外，在实际的操作过程中，抛光台11的圆周运动产生的离心力会使抛光液从抛光垫的中心向外运动。对于常规的设置有沟槽的抛光垫，抛光垫表面上的沟槽式样往往较为简单，从而导致抛光废液和废屑不能及时排出，未被及时排出的抛光废液和废屑可能沉积堵塞抛光垫表面上的沟槽，并最终划伤硅片表面。另外，这些抛光垫表面上的沟槽还可能致使抛光液的分配与流动不均匀，由此导致抛光垫的抛光速率沿径向分布不均匀，而且，除了上文中描述的硅片运动轨迹因素的影响之外，较高的抛光液流动速度使得抛光液很容易聚集在硅片的边缘，也将导致硅片的边缘处被过度抛光，最终硅片的边缘部分的厚度比硅片的中心部分的厚度薄。
为了解决上述问题，第一方面，参见图4，本发明实施例提供了一种用于对硅片进行抛光的抛光垫2A，所述抛光垫2A的上表面包括：
与所述抛光垫2A的周向边缘相邻的第一环形区域21；
靠近所述抛光垫2A的中心的第二环形区域22；
在所述抛光垫2A的径向方向上位于所述第一环形区域21与所述第二环形区域之间22的第三环形区域23，所述第一环形区域21、所述第二环形区域22和所述第三环形区域23与所述抛光垫2A同圆心；
其中，所述第三环形区域23形成有沿所述径向方向延伸的多个直线形沟槽G1以及与所述多个直线形沟槽G1相交并且与所述抛光垫同圆心的多个环形沟槽G2，所述第一环形区域21和所述第二环形区域22形成有沿所述径向方向延伸的多个弧形沟槽G3，使得在抛光过程中抛光液在所述第一环形区域21和所述第二环形区域22上流动的速度大于在所述第三环形区域23上流动的速度。
本发明实施例提供了一种用于对硅片进行抛光的抛光垫；该抛光垫的表面可以被划分成与抛光垫同圆心的三个环形区域，三个环形区域上设置有不同的沟槽图案，其中，设置在与抛光垫的周向边缘相邻的第一环形区域21和靠近抛光垫的圆心的第二环形区域22上的沿径向方向延伸的多个弧形沟槽G3可以加快抛光液在离心力作用下沿径向方向向外传递的速度，在沿径向方向位于第一环形区域21与第二环形区域22之间的第三环形区域23上设置有彼此相交的多个直线形沟槽G1和多个环形沟槽G2，这可以有效减缓抛光液在该第三环形区域23上的流动速度，也就是说提高了抛光液在该第三环形区域23上的停留时间，由此，在抛光操作中，通过使抛光液在同一抛光垫表面的不同区域上的流速不同可以对同一硅片表面的不同区域提供不同的抛光去除量，从而可以解决在现有抛光过程中因离心力、硅片抛光轨迹等因素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。
对于抛光垫的区域划分，优选地，参见图4，所述第三环形区域23的大圆半径R与小圆半径r的差小于用于承载硅片的硅片承载件的直径D。
通过上文中对硅片承载件和硅片在抛光过程中的运动轨迹分析，当多个硅片承载件分别承载多个硅片同时在同一抛光垫上进行抛光操作时，通过将抛光垫设计成第三环形区域23的大圆半径R与小圆半径r的差，即R-r，小于硅片承载件的直径D，在抛光过程中，只需将待抛光的硅片W在抛光垫上放置成硅片W的边缘区域的至少一部分运动经过抛光垫的第一环形区域21和第二环形区域22中，而硅片W的中央区域则位于第三区域22中，由此通过第三环形区域23提供对硅片中央部分的更大抛光去除量可以补偿对硅片中央区域的抛光，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。
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4，在单位面积内，所述第一环形区域21中的沟槽表面的面积和所述第二环形区域22中的沟槽表面的面积分别小于所述第三环形区域23中的沟槽表面的面积。
参见图4，通过对比可以看出，第三环形区域23中的沟槽的密度高于第一环形区域21中的沟槽的密度和第二环形区域22中的沟槽的密度，因此在单位面积内，第三环形区域21中的沟槽表面的面积占比大于第一环形区域22中的沟槽表面的面积占比，也大于第二环形区域23中的沟槽表面的面积占比。在抛光过程中，由于沟槽表面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，第三环形区域23对硅片的抛光去除量将大于第一环形区域21和第二环形区域22对硅片的抛光去除量。
对于沟槽的具体设置方式，优选地，所述第一环形区域21中的所述多个弧形沟槽G3和所述第二环形区域22中的所述多个弧形沟槽G3沿所述抛光垫的周向方向均匀地间隔开，所述多个环形沟槽G2沿所述径向方向均匀间地隔开，并且所述多个径向沟槽以预定角间距沿所述周向方向间隔开。
在抛光过程中，在离心力的作用下产生较高的抛光液运动速度，使得抛光液很容易聚集在抛光垫的边缘，而往往仅硅片的边缘部分的运动轨迹将经过抛光垫的边缘部分，由此导致硅片的边缘部分被过度抛光，厚度较薄。针对此问题，优选地，参见图4，所述第一环形区域21中的所述多个弧形沟槽G3以第一预定间距S1间隔开，所述第二环形区域22中的所述多个弧形沟槽G3以第二预定间距S2间隔开，其中，所述第一预定间距S1大于所述第二预定间距S2，使得在抛光过程中所述抛光液在所述第一环形区域21上流动的速度大于在所述第二环形区域22上流动的速度，由此抛光液将较少地聚集在所述第一环形区域21上。
为了便于抛光液在抛光垫的沟槽内的流动，优选地，参见图4，所述第一环形区域21中的所述多个弧形沟槽G3与所述第二环形区域22中的所述多个弧形沟槽G3可以通过所述多个直线形沟槽G1连通。
对于弧形沟槽G3的设置，优选地，所述第一环形区域21中的所述多个弧形沟槽G3和所述第二环形区域22中的所述多个弧形沟槽G3具有相同的深度。更优选地，所述第一环形区域21中的所述多个弧形沟槽G3的深度和所述第二环形区域22中的所述多个弧形沟槽G3的深度均为1mm左右。
第二方面，参见图5，本发明实施例还提供了一种抛光设备3A，所述抛光设备包括：
具有第一外齿(附图中未详细示出)的硅片承载件10B，所述硅片承载件10B用于承载硅片W；
具有第二外齿(附图中未详细示出)的内齿圈20A，其中，所述硅片承载件10B的所述第一外齿与所述内齿圈20A的第二外齿啮合；
具有内齿(附图中未详细示出)的外齿圈30A，其中，所述硅片承载件10B的所述第一外齿还与所述外齿圈30A的所述内齿啮合；
位于上抛光垫P1上方的上定盘40A以及位于下抛光垫2A下方的下定盘50A，所述上定盘40A和所述下定盘50A用于提供朝向彼此的压力以将所述上抛光垫P1压紧至所述硅片W的上表面并且将所述下抛光垫2A压紧至所述硅片W的下表面，其中，所述下抛光垫2A为根据第一方面的抛光垫2A；
设置在所述上定盘40中的用于将抛光液注入至所述上抛光垫P1的抛光液注入管道70A，其中，所述抛光液在注入至所述上抛光垫P1之后穿过硅片承载件10B到达所述下抛光垫2A处。
对于抛光垫与定盘的连接方式，优选地，所述上抛光垫和所述下抛光垫分别胶粘至所述上定盘和所述下定盘。
根据本发明的优选实施例，当使用所述抛光设备对硅片进行抛光时，所述硅片承载件在所述抛光垫上放置成所述硅片承载件的中央区域位于所述抛光垫的第三环形区域23中，并且所述硅片承载件的边缘区域位于所述抛光垫的第一环形区域21和第二环形区域22中。
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 (10)

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：
与所述抛光垫的周向边缘相邻的第一环形区域；
靠近所述抛光垫的中心的第二环形区域；
在所述抛光垫的径向方向上位于所述第一环形区域与所述第二环形区域之间的第三环形区域，所述第一环形区域、所述第二环形区域和所述第三环形区域与所述抛光垫同圆心；
其中，所述第三环形区域形成有沿所述径向方向延伸的多个直线形沟槽以及与所述多个直线形沟槽相交并且与所述抛光垫同圆心的多个环形沟槽，所述第一环形区域和所述第二环形区域形成有沿所述径向方向延伸的多个弧形沟槽，使得在抛光过程中抛光液在所述第一环形区域和所述第二环形区域上流动的速度大于在所述第三环形区域上流动的速度。
2.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述第三环形区域的大圆半径与小圆半径的差小于用于承载硅片的硅片承载件的直径。
3.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，在单位面积内，所述第一环形区域中的沟槽表面的面积和所述第二环形区域中的沟槽表面的面积分别小于所述第三环形区域中的沟槽表面的面积。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的抛光垫，其特征在于，所述第一环形区域中的所述多个弧形沟槽和所述第二环形区域中的所述多个弧形沟槽沿所述抛光垫的周向方向均匀地间隔开，所述多个环形沟槽沿所述径向方向均匀间地隔开，并且所述多个径向沟槽以预定角间距沿所述周向方向间隔开。
5.根据权利要求4所述的抛光垫，其特征在于，所述第一环形区域中的所述多个弧形沟槽以第一预定间距间隔开，所述第二环形区域中的所述多个弧形沟槽以第二预定间距间隔开，其中，所述第一预定间距大于所述第二预定间距，使得在抛光过程中所述抛光液在所述第一环形区域上流动的速度大于在所述第二环形区域上流动的速度。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的抛光垫，其特征在于，所述第一环形区域中的所述多个弧形沟槽与所述第二环形区域中的所述多个弧形沟槽通过所述多个直线形沟槽连通。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的抛光垫，其特征在于，所述第一环形区域中的所述多个弧形沟槽和所述第二环形区域中的所述多个弧形沟槽具有相同的深度。
8.一种抛光设备，其特征在于，所述抛光设备包括：
具有第一外齿的硅片承载件，所述硅片承载件用于承载硅片；
具有第二外齿的内齿圈，其中，所述硅片承载件的所述第一外齿与所述内齿圈的第二外齿啮合；
具有内齿的外齿圈，其中，所述硅片承载件的所述第一外齿还与所述外齿圈的所述内齿啮合；
位于上抛光垫上方的上定盘以及位于下抛光垫下方的下定盘，所述上定盘和所述下定盘用于提供朝向彼此的压力以将所述上抛光垫压紧至所述硅片的上表面并且将所述下抛光垫压紧至所述硅片的下表面，其中，所述下抛光垫为根据权利要求1至7中任一项所述的抛光垫；
设置在所述上定盘中的用于将抛光液注入至所述上抛光垫的抛光液注入管道，其中，所述抛光液在注入至所述上抛光垫之后穿过硅片承载件到达所述下抛光垫处。
9.根据权利要求8所述的抛光设备，其特征在于，所述上抛光垫和所述下抛光垫分别胶粘至所述上定盘和所述下定盘。
10.根据权利要求8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，所述硅片承载件在所述抛光垫上放置成所述硅片承载件的中央区域位于所述抛光垫的第三环形区域中，并且所述硅片承载件的边缘区域位于所述抛光垫的第一环形区域和第二环形区域中。
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