CN117283449A - 吸附膜、研磨头及化学机械研磨设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种吸附膜、研磨头及化学机械研磨设备。所述吸附膜包括相对的第一表面及第二表面。吸附膜的第一表面具有多个凹槽，多个凹槽呈蜂窝状排布。各凹槽均为非圆形凹槽。本申请实施例中，当吸附膜作用于晶圆表面时，可以有效控制晶圆表面的平整度，减少晶圆表面的缺陷，提高制程的稳定性。

Description

吸附膜、研磨头及化学机械研磨设备

技术领域

本申请涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种吸附膜、研磨头及化学机械研磨设备。

背景技术

在集成电路制造中，随着器件尺寸的不断缩小，化学机械研磨工艺是晶圆表面获得全局平坦化的重要工艺。研磨头的压力控制是影响晶圆表面平整度的重要因素之一，研磨头通过吸附膜实现分区控压，达到控制晶圆表面平整度的目的。

然而，传统的化学机械研磨工艺中，传统的吸附膜在各压力区的交界区域压力反馈不敏感，容易造成交界区域的晶圆表面平整度欠佳。此外，传统的吸附膜在各压力区内的平整度也无法调节。

因此，如何优化化学机械研磨在压力反馈不敏感区域的控制能力，以及提升化学机械研磨对各压力区的调节能力，进而有效控制晶圆表面的平整度是亟需解决的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述背景技术中的问题，提供一种吸附膜、研磨头及化学机械研磨设备，旨在解决如何优化化学机械研磨在压力反馈不敏感区域的控制能力，以及提升化学机械研磨对各压力区的调节能力的问题，进而有效控制晶圆表面的平整度。

第一方面，本申请实施例提供了一种吸附膜，吸附膜包括相对的第一表面及第二表面。吸附膜的第一表面具有多个凹槽，多个凹槽呈蜂窝状排布。各凹槽均为非圆形凹槽。

本申请实施例中，吸附膜的表面设置有多个非圆形凹槽，且多个非圆凹槽呈蜂窝状排布。如此，向多个凹槽施加压力时，呈蜂窝状排布的非圆凹槽可以分散相邻凹槽交界区域的压力，缓解了凹槽交界区域压力反馈不敏感的问题，优化了吸附膜在压力反馈不敏感区域(也即相邻凹槽交界区域)的控制能力。由此，当本申请的吸附膜作用于晶圆表面时，可以有效控制晶圆表面的平整度，减少晶圆表面的缺陷，提高制程的稳定性。

在一些实施例中，凹槽包括正六边形凹槽。

在一些实施例中，凹槽的边长为1mm～15mm。

第二方面，本申请实施例还提供了一种研磨头，包括：研磨头主体，研磨头主体内具有气体通道。如前述实施例中任一项所述的吸附膜，吸附膜位于研磨头主体的下表面，且吸附膜的第一表面与研磨头主体的下表面相接触。凹槽与气体通道相连通。

本申请实施例中，多个呈蜂窝状排布的非圆凹槽与气体通道相连通，研磨头通过气体通道向多个凹槽施加压力。如此，呈蜂窝状排布的非圆凹槽可以分散相邻凹槽交界区域的压力，缓解了凹槽交界区域压力反馈不敏感的问题，优化了吸附膜在压力反馈不敏感区域(也即相邻凹槽交界区域)的控制能力。由此，当本申请的研磨头作用于晶圆表面时，可以有效控制晶圆表面的平整度，减少晶圆表面的缺陷，提高制程的稳定性。

在一些实施例中，气体通道的数量为多个；吸附膜的第一表面包括多个区域，各区域均包括多个凹槽；不同区域的凹槽分别与不同的气体通道相连通。

本申请实施例中，不同区域的凹槽分别与不同的气体通道相连通，也即，每个凹槽均可以由一个气体通道独立控制。如此，研磨头中吸附膜的每个区域均可以由多个凹槽进行调节，提升了吸附膜对各区域内部压力的调节能力，从而可以进一步有效控制晶圆表面的平整度，减少晶圆表面的缺陷，提高制程的稳定性。

在一些实施例中，多个区域沿吸附膜的径向由内至外依次排布。

在一些实施例中，研磨头还包括保护环，保护环位于研磨头主体的下表面，且位于吸附膜的外围。

第三方面，本申请实施例还提供了一种化学机械研磨设备，包括：如前述实施例中任一项所述的研磨头。

本申请实施例中，化学机械研磨设备采用如上结构，该结构所能实现的技术效果与前述实施例中研磨头所能具有的技术效果相同，此处不再详述。

在一些实施例中，化学机械研磨设备还包括研磨盘和研磨液供应装置。研磨盘的表面覆盖有研磨垫。研磨盘位于研磨头的下方。研磨液供应装置自研磨盘的一侧延伸至研磨盘的上方。

在一些实施例中，化学机械研磨设备还包括修整器。修整器自研磨盘的一侧延伸至研磨盘的上表面。

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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1(a)为一种吸附膜的剖面结构示意图；

图1(b)为一种吸附膜的俯视结构示意图；

图1(c)为一种吸附膜被施加压力后的剖面结构示意图；

图2为本申请一实施例中提供的一种吸附膜的俯视结构示意图；

图3为本申请一实施例中提供的一种研磨头的剖面结构示意图；

图4为本申请一实施例中提供的一种化学机械研磨设备的剖面结构示意图。

附图标记说明：

1-吸附膜；11-凹槽；12-区域；2-晶圆；3-研磨头；31-研磨头主体；311-上部结构；312-下部结构；313-柔性连接件；314-压力腔室；32-保护环；4-研磨盘；5-喷头；6-修整器。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本申请教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白，当术语“组成”和/或“包括”在该说明书中使用时，可以确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。同时，在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

在此使用时，“沉积”工艺包括但不限于物理气相沉积(Physical VaporDeposition，简称PVD)、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)或原子层沉积(Atomic Layer Deposition，简称ALD)。

在集成电路制造中，随着器件尺寸的不断缩小，化学机械研磨工艺是晶圆表面获得全局平坦化的重要工艺。研磨头的压力控制是影响晶圆表面平整度的重要因素之一，研磨头通过吸附膜实现分区控压，达到控制晶圆表面平整度的目的。

然而，传统的化学机械研磨工艺中，传统的吸附膜在各压力区的交界区域压力反馈不敏感，容易造成交界区域的晶圆表面平整度欠佳。例如：在传统的化学机械研磨工艺中，各压力区的分布以同心圆的形式，从中心向边缘依次排开，进行分区控压。如图1(a)和图1(b)所示，传统的吸附膜1在加压时，气体将吸附膜1轻微顶起，各压力区(例如Z1、Z2、Z3、Z4、Z5)分别对其对应的晶圆2表面进行加压。然而，如图1(c)所示，各压力区的交界区域对压力调整反馈不敏感，容易导致交界区域所在半径的晶圆表面平整度不好。

此外，传统的吸附膜1在各压力区内的平整度也无法进行微调。这是由于各压力区是以同心圆分布，晶圆2上每个区域只能通过一个压力区进行控制，使得压力区内平整度无法进行调整。

因此，如何优化化学机械研磨在压力反馈不敏感区域的控制能力，以及提升化学机械研磨对各压力区的调节能力，进而有效控制晶圆表面的平整度是亟需解决的问题。

基于此，本申请提供了一种吸附膜、研磨头及化学机械研磨设备，旨在解决如何优化化学机械研磨在压力反馈不敏感区域的控制能力，以及提升化学机械研磨对各压力区的调节能力的问题，进而有效控制晶圆表面的平整度。

请参阅图2，本申请实施例提供了一种吸附膜1，吸附膜1包括相对的第一表面及第二表面。吸附膜1的第一表面具有多个凹槽11，多个凹槽11呈蜂窝状排布。各凹槽11均为非圆形凹槽。

在一些实施例中，吸附膜1用于吸附晶圆2并向晶圆2施加向下的压力，吸附膜1可以由弹性材料制成，例如可以由氯丁二烯或者硅橡胶制成。

本申请实施例中，吸附膜1的表面设置有多个非圆形凹槽，且多个非圆凹槽呈蜂窝状排布。如此，向多个凹槽11施加压力时，呈蜂窝状排布的非圆凹槽可以分散相邻凹槽11交界区域的压力，缓解了凹槽11交界区域压力反馈不敏感的问题，优化了吸附膜1在压力反馈不敏感区域(也即相邻凹槽11交界区域)的控制能力。由此，当本申请的吸附膜1作用于晶圆2表面时，可以有效控制晶圆表面的平整度，减少晶圆2表面的缺陷，提高制程的稳定性。

此外，请参阅图1(a)～图1(c)，传统吸附膜1表面的压力区(也即凹槽)是以半径为单位，同心圆形状分布的，使得相邻凹槽调压不敏感的位置均在同半径上。本申请通过设置呈蜂窝状排布的非圆凹槽，可以将同半径上的调压不敏感位置分散到不同半径上，从而有效控制晶圆2表面的平整度。

在一些实施例中，吸附膜1的第一表面包括多个区域12，各区域12均包括多个凹槽11。

本申请实施例中，吸附膜1表面的多个区域12，每个区域12均包括多个凹槽11。如此，通过凹槽11向吸附膜1表面的区域12施加压力时，每个区域12的压力均可以由多个凹槽11进行调节。由此，本申请提升了吸附膜1对各区域12内部压力的调节能力，从而可以进一步有效控制晶圆2表面的平整度，减少晶圆2表面的缺陷，提高制程的稳定性。

此外，请参阅图1(a)～图1(c)，传统吸附膜1的每个区域都由单一的压力区(也即凹槽)控制，使得每个凹槽内的平整度无法调整。而本申请在每个区域12内均设置多个凹槽11，保证每个区域12均可以由多个凹槽11进行调节，从而提升了吸附膜1对各区域12内部的调节能力。

在一些实施例中，多个区域12沿吸附膜1的径向由内至外依次排布。

示例地，请继续参阅图2，吸附膜1的第一表面可以包括但不仅限于五个区域12，五个区域12沿吸附膜1的径向由内至外依次排布，也即，五个区域12以同心圆或同心圆环的形式，从圆心向边缘依次排开。其中，每个区域12均设置了多个凹槽11，以保证每个区域12均可以由多个凹槽11进行调节。当然，在其他示例中，吸附膜1的第一表面的区域12的数量可以根据实际需要设置为其他数值，譬如，吸附膜1的第一表面的区域12的数量还可以为三个、四个、六个、七个、八个、九个、十个、甚至更多个。

在一些实施例中，请继续参阅图2，凹槽11可以包括但不仅限于正六边形凹槽，即凹槽11的横截面形状可以包括但不仅限于正六边形。正六边形凹槽可以将同半径上的调压不敏感位置分散到不同半径上，从而有效控制晶圆2表面的平整度。当然，在其他示例中，凹槽11还可以为其他任意一种非圆形的凹槽，譬如，凹槽11还可以为椭圆形凹槽、正四边形凹槽或正五边形凹槽等等。

在一些实施例中，凹槽11的边长可以但不仅限于为1mm～15mm。例如：凹槽11的边长可以为：1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm或15mm等等。

示例地，吸附膜包括弹性膜。例如可以由氯丁二烯或者硅橡胶制成。

示例地，当吸附膜1为圆形时，将吸附膜1直径方向进行均分来定义正六边形凹槽。定义六边形边长为5毫米，定义其对称轴长度为10毫米。以一条边加一条对称轴的长度(也即15毫米)，将吸附膜1沿半径分为20个等份，可以得到半径方向上的正六边形凹槽的分布数量。

在一些实施例中，在同半径区域的正六边形凹槽可以统一给定压力，也可以对正六边形凹槽给定压力，使得每个区域12内均可以通过多个凹槽11进行压力的控制。

在另一些实施例中，凹槽11包括椭圆形凹槽。椭圆形凹槽可以将同半径上的调压不敏感位置分散到不同半径上，从而有效控制晶圆2表面的平整度。

请参阅图3，本申请实施例还提供了一种研磨头3，包括：研磨头主体31，研磨头主体31内具有气体通道(未标示出)。如前述实施例中任一项所述的吸附膜1，吸附膜1位于研磨头主体31的下表面，且吸附膜1的第一表面与研磨头主体31的下表面相接触。凹槽11与气体通道相连通。

本申请实施例中，多个呈蜂窝状排布的非圆凹槽与气体通道相连通，研磨头3通过气体通道向多个凹槽11施加压力。如此，呈蜂窝状排布的非圆凹槽可以分散相邻凹槽11交界区域的压力，缓解了凹槽11交界区域压力反馈不敏感的问题，优化了吸附膜1在压力反馈不敏感区域(也即相邻凹槽11交界区域)的控制能力。由此，当本申请的研磨头3作用于晶圆2表面时，可以有效控制晶圆2表面的平整度，减少晶圆2表面的缺陷，提高制程的稳定性。

在一些实施例中，请继续参阅图3，研磨头主体31包括：上部结构311和下部结构312。上部结构311和下部结构312之间通过柔性连接件313连接。

在一些实施例中，上部结构311、下部结构312和柔性连接件313之间形成压力腔室314，通过控制压力腔室314内的压力大小可以使柔性连接件313伸缩，从而实现下部结构312相对于上部结构311的上下移动。

在一些实施例中，气体通道可以为在研磨头主体31内通过刻蚀或冲压等工艺挖出的气体通道，也可以为在研磨头主体31内设置气体管路等方式形成的气体通道。

在一些实施例中，气体通道的数量为多个。吸附膜1的第一表面包括多个区域，各区域均包括多个凹槽11。不同区域的凹槽11分别与不同的气体通道相连通。也即，凹槽11和气体通道一一对应。

本申请实施例中，不同区域的凹槽11分别与不同的气体通道相连通，也即，每个凹槽11均可以由一个气体通道独立控制。如此，研磨头3中吸附膜1的每个区域12均可以由多个凹槽11进行调节，提升了吸附膜1对各区域12内部压力的调节能力，从而可以进一步有效控制晶圆表面的平整度，减少晶圆表面的缺陷，提高制程的稳定性。

在一些实施例中，研磨头3还包括开关阀(未标示出)，多个开关阀与多个气体通道一一对应设置，即各气体通道上均设置有开关阀。

本申请实施例中，不同开关阀分别与不同的气体通道相连通，也即，每个气体通道均可以由一个开关阀控制。如此，可以精准控制研磨头3中的每个气体通道的压力。

在一些实施例中，研磨头3还包括保护环32，保护环32位于研磨头主体31的下表面，且位于吸附膜1的外围。

示例地，保护环32位于下部结构312的下表面。

在一些示例中，保护环32用于将晶圆2保持在吸附膜1下方以防止晶圆2滑出。需要特别说明的是，保护环32为了实现上述效果，保护环32的内径需要大于或等于晶圆2的直径，以确保晶圆2可以置于保护环32内。

请参阅图4，本申请实施例还提供了一种化学机械研磨设备，包括如前述实施例中所述的研磨头3。

本申请实施例中，化学机械研磨设备采用如上结构，该结构所能实现的技术效果与前述实施例中研磨头3所能具有的技术效果相同，此处不再详述。

在一些实施例中，化学机械研磨设备还包括研磨盘4和研磨液供应装置(未标示出)。研磨盘4的表面覆盖有研磨垫(未标示出)。研磨盘4位于研磨头3的下方。研磨液供应装置自研磨盘4的一侧延伸至研磨盘4的上方。

在一些示例中，研磨垫用于对晶圆2进行研磨抛光。研磨液供应装置用于将研磨液提供于研磨垫的表面。

示例地，研磨液供应装置可以包括研磨液储存装置(未标示出)、研磨液输送管路(未标示出)及喷头5；所述研磨液输送管路一端与研磨液储存装置相连接，另一端与喷头相连接。

示例地，研磨盘4位于保护环32的下表面。

在一些实施例中，化学机械研磨设备还包括修整器6。修整器6自研磨盘4的一侧延伸至研磨盘4的上表面。

在一些示例中，修整器6用于对研磨垫的表面形貌进行修整。

示例地，修整器6包括与修整器驱动装置(未标示出)、修整臂(未标示出)以及与修整臂相连接的修整头(未标示出)，修整头位于研磨垫的表面。修整器驱动装置用于驱动修整臂以带动修整头摆动，以修正研磨垫的表面至适合研磨的状态。

在一些示例中，化学机械研磨设备还可以包括主轴(未标示出)以及主轴驱动装置(未标示出)，主轴可以与研磨头相连接，主轴驱动装置可以与主轴相连接，主轴驱动装置用于驱动主轴转动以带动研磨头在研磨垫上转动。

在一些示例中，化学机械研磨设备还可以包括研磨盘驱动装置(未标示出)，研磨盘驱动装置可以与研磨盘4相连接，用于驱动研磨盘4转动。

示例地，修整器驱动装置、主轴驱动装置及研磨盘驱动装置均可以为但不仅限于驱动电机，譬如，修整器驱动装置、主轴驱动装置及研磨盘驱动装置均可以为伺服电机或步进电机等等。

请注意，上述实施例仅出于说明性目的而不意味对本申请的限制。

本说明书中的各个实施例均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的部分互相参见即可。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种吸附膜，其特征在于，所述吸附膜包括相对的第一表面及第二表面；所述吸附膜的第一表面具有多个凹槽，多个所述凹槽呈蜂窝状排布；各所述凹槽均为非圆形凹槽。

2.如权利要求1所述的吸附膜，其特征在于，所述凹槽包括正六边形凹槽。

3.如权利要求2所述的吸附膜，其特征在于，所述凹槽的边长为1mm～15mm。

4.一种研磨头，其特征在于，包括：

研磨头主体，所述研磨头主体内具有气体通道；

如权利要求1至3中任一项所述的吸附膜，所述吸附膜位于所述研磨头主体的下表面，且所述吸附膜的第一表面与所述研磨头主体的下表面相接触；所述凹槽与所述气体通道相连通。

5.如权利要求4所述的研磨头，其特征在于，所述气体通道的数量为多个；所述吸附膜的第一表面包括多个区域，各所述区域均包括多个所述凹槽；不同区域的所述凹槽分别与不同的所述气体通道相连通。

6.如权利要求5所述的研磨头，其特征在于，多个所述区域沿所述吸附膜的径向由内至外依次排布。

7.如权利要求4至6中任一项所述的研磨头，其特征在于，所述研磨头还包括保护环，所述保护环位于所述研磨头主体的下表面，且位于所述吸附膜的外围。

8.一种化学机械研磨设备，其特征在于，包括：如权利要求4至7中任一项所述的研磨头。

9.如权利要求8所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述化学机械研磨设备还包括：

研磨盘，所述研磨盘的表面覆盖有研磨垫；所述研磨盘位于所述研磨头的下方；

研磨液供应装置，所述研磨液供应装置自所述研磨盘的一侧延伸至所述研磨盘的上方。

10.如权利要求9所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述化学机械研磨设备还包括：

修整器，所述修整器自所述研磨盘的一侧延伸至所述研磨盘的上表面。