CN117484381B - 一种晶圆研磨装置及研磨工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及研磨加工技术领域，具体涉及一种晶圆研磨装置及研磨工艺。晶圆研磨装置包括基座、平台、抛光头和保持环，平台上安装有抛光垫，抛光垫上持续有抛光液注入；保持环套设于晶圆外，抛光头驱动保持环和晶圆在抛光垫的偏心位置处绕自身轴线转动；保持环上开设有多组沟槽，每组沟槽包括引液槽和排液槽，引液槽和排液槽交叉分布且互不连通；引液槽与保持环外圈连通的进液口低于排液槽与保持环外圈连通的出料口，引液槽与保持环内圈连通的出液口高于排液槽与保持环内圈连通的进料口，使得抛光液容易通过进液口进入引液槽内，排液槽内的抛光液能在保持环转动的离心作用下甩出，进一步减小进液口处的抛光液与出料口排出的抛光液的混合概率。

Description

一种晶圆研磨装置及研磨工艺

技术领域

本发明涉及磨削加工技术领域，具体涉及一种晶圆研磨装置及研磨工艺。

背景技术

晶圆是半导体的基础，半导体集成电路的产生是通过在晶圆的薄基板上制造多个相同电路来实现的。而切割后的晶圆表面有瑕疵且粗糙，会影响电路的精密度，因此需要采用CMP工艺对其进一步加工，即采用抛光液和CMP设备将晶圆表面研磨至光滑，为了避免过磨导致抛光质量及晶圆利用率的降低，采用保持环对晶圆起到固定作用，将边缘的抛光垫和晶圆以下的抛光垫按压到同样的高度，能够有效地解决边缘过磨的问题。

现有技术中，保持环上通常开设有沟槽，便于抛光液的吸入和排出。例如授权公告号为CN113276018B的发明专利就公开了一种化学机械抛光用保持环，保持环本体上若干组沟槽，每组沟槽包括倾斜方向相反且相互独立的引液槽和排屑槽，但是引液槽和排液槽与保持环外圈连通的一端距离较近，会增加排液槽排出的抛光液再次通过引液槽进入保持环内的几率，影响抛光效果。

发明内容

本发明提供一种晶圆研磨装置及研磨工艺，以解决现有技术中保持环的引液槽和排液槽与保持环外圈连通的一端距离较近，容易影响抛光效果的问题。

本发明的一种晶圆研磨装置及研磨工艺采用如下技术方案：

一种晶圆研磨装置，包括基座、平台、抛光头和保持环，平台绕竖直轴线转动安装于基座，且平台安装有抛光垫，抛光垫上持续有抛光液注入；保持环套设于晶圆外，抛光头驱动保持环和晶圆在抛光垫的偏心位置处绕自身轴线转动；保持环上开设有多组沟槽，多组沟槽绕保持环周向间隔分布，每组沟槽包括引液槽和排液槽，引液槽和排液槽交叉分布且互不连通，引液槽和排液槽均连通保持环的内圈和外圈；引液槽与保持环外圈连通的进液口低于排液槽与保持环外圈连通的出料口，引液槽与保持环内圈连通的出液口高于排液槽与保持环内圈连通的进料口。

进一步地，引液槽和排液槽均包括依次连通的第一槽段、过渡段和第二槽段，第一槽段和第二槽段平行且位于不同高度，过渡段与第一槽段和第二槽段的夹角均大于等于90°；引液槽的第一槽段与保持环的外圈连通，引液槽的第二槽段与保持环的内圈连通，且引液槽的第一槽段低于引液槽的第二槽段；排液槽的第一槽段与保持环的内圈连通，排液槽的第二槽段与保持环的外圈连通，且排液槽的第一槽段低于排液槽的第二槽段；引液槽和排液槽的过渡段交叉分布。

进一步地，引液槽的第一槽段和排液槽的第一槽段均与保持环的下侧面连通。

进一步地，沿抛光头的转动方向，引液槽的第一槽段的远离过渡段的一端位于靠近过渡段的一端的前侧，排液槽的第一槽段的远离过渡段的第一端位于靠近过渡段的一端的前侧。

进一步地，过渡段与第一槽段和第二槽段的衔接处为弧形。

进一步地，保持环内圈设置有第一环槽，第一环槽与多组沟槽的引液槽的出液口处于同一高度并连通。

进一步地，保持环内圈设置有第二环槽，第二环槽与多组沟槽的排液槽的进料口处于同一高度并连通，且第二环槽与保持环的下侧面连通。

进一步地，基座上还设置有挡环，平台转动安装于挡环内，挡环用于阻碍抛光液向外飞溅。

进一步地，一种晶圆研磨装置还包括储液筒，储液筒用于储存抛光液，且储液筒上连接有输注管，输注管用于向抛光垫上输送抛光液。

一种晶圆研磨工艺，利用上述晶圆研磨装置，包括以下步骤：

S10，保持环套于晶圆外后，将保持环安装于抛光头，并调节抛光头的位置使晶圆位于平台的偏心位置处；

S20，向抛光垫上注入抛光液；

S30，启动平台绕自身轴线转动，并启动抛光头绕自身轴线转动；

S40，抛光液从引液槽进入保持环内圈的晶圆与抛光垫之间，后从排液槽排出保持环外；

S50，研磨完成后，使平台和抛光头停止转动，并停止注入抛光液，调节抛光头的位置后取下保持环和晶圆。

本发明的有益效果是：本发明的晶圆研磨装置的引液槽和排液槽交叉分布能够节省保持环周向上的空间，使得沟槽能够尽可能多设置几组，且能使进液口和出料口在保持环的周向上远离，尽可能减小出料口刚排出的抛光液再次从进液口进入引液槽的概率。

进一步地，引液槽和排液槽互不连通，避免排出的抛光液与新进入的抛光液进行混合；且使进液口低于出料口，出液口高于进料口，使得抛光液容易通过进液口进入引液槽内，并在从出液口排出时从上往下流经晶圆后再从进料口进入排液槽，排液槽内的抛光液从出料口排出时能在保持环转动的离心作用下甩出，且由于出料口比进液口高，能够进一步减小进液口处的抛光液与出料口排出的抛光液的混合概率。

通过减小引液槽和排液槽内的抛光液的混合几率，既能减小进入引液槽内抛光液的污染程度，又能减小排液槽内抛光液的温度对进入引液槽内抛光液的温度的影响，进而提高抛光效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种晶圆研磨装置的实施例的整体结构示意图；

图2为本发明的一种晶圆研磨装置的实施例中部分结构的爆炸示意图；

图3为本发明的一种晶圆研磨装置的实施例中保持环的结构示意图；

图4为本发明的一种晶圆研磨装置的实施例中保持环的正视图；

图5为图4中A-A向的剖切示意图；

图6为图4中B-B向的剖切示意图；

图7为图4中C-C向的剖切示意图；

图8为本发明的一种晶圆研磨装置的实施例中保持环的仰视图；

图9为本图8中D-D向的剖切示意图；

图10为图8中E-E向的剖切示意图；

图中：100、基座；110、挡环；200、平台；300、抛光头；400、保持环；410、引液槽；411、进液口；412、出液口；420、排液槽；421、进料口；422、出料口；430、第一环槽；440、第二环槽；450、定位孔；500、储液筒；510、输注管；600、夹持机构；700、晶圆。

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，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。

本发明的一种晶圆研磨装置的实施例，如图1至图10所示，包括基座100、平台200、抛光头300和保持环400。

平台200绕竖直轴线转动安装于基座100，且平台200安装有抛光垫，抛光垫上持续有抛光液注入；具体地，基座100内安装有驱动平台200绕自身轴线转动的电机。

保持环400套设于晶圆700外，抛光头300与保持环400连接，并驱动保持环400和晶圆700在抛光垫的偏心位置处绕自身轴线转动；具体地，保持环400上端面设置有定位孔450，抛光头300上设置有与定位孔450配合的卡销（图中未示出），卡销与定位孔450配合使得抛光头300能够带动保持环400同步转动。

保持环400上开设有多组沟槽，多组沟槽绕保持环400周向间隔分布，每组沟槽包括引液槽410和排液槽420，引液槽410和排液槽420交叉分布且互不连通，引液槽410和排液槽420均连通保持环400的内圈和外圈；引液槽410用于引导抛光液进入保持环400内圈，以便于抛光垫对晶圆700进行抛光，排液槽420用于引导用过的抛光液从保持环400内圈排出，使得抛光液能够在晶圆700处循环流动，保证抛光效果且能通过抛光液的流动带走抛光产生的碎屑，且对晶圆700的抛光面进行散热。引液槽410与保持环400外圈连通的进液口411低于排液槽420与保持环400外圈连通的出料口422，引液槽410与保持环400内圈连通的出液口412高于排液槽420与保持环400内圈连通的进料口421。

引液槽410和排液槽420交叉分布能够节省保持环400周向上的空间，使得沟槽能够尽可能多设置几组，且能使进液口411和出料口422在保持环400的周向上远离，尽可能减小出料口422刚排出的抛光液再次从进液口411进入引液槽410的概率。引液槽410和排液槽420互不连通，避免排出的抛光液与新进入的抛光液进行混合；且使进液口411低于出料口422，出液口412高于进料口421，使得抛光液容易通过进液口411进入引液槽410内，并在从出液口412排出时从上往下流经晶圆700后再从进料口421进入排液槽420，排液槽420内的抛光液从出料口422排出时能在保持环400转动的离心作用下甩出，且由于出料口422比进液口411高，能够进一步减小进液口411处的抛光液与出料口422排出的抛光液的混合概率。通过减小引液槽410和排液槽420内的抛光液的混合几率，既能减小进入引液槽410内抛光液的污染程度，又能减小排液槽420内抛光液的温度对进入引液槽410内抛光液的温度的影响，提高抛光效果和散热效果。

在本实施例中，引液槽410和排液槽420均包括依次连通的第一槽段、过渡段和第二槽段，第一槽段和第二槽段平行且位于不同高度，过渡段与第一槽段和第二槽段的夹角均大于等于90°；优选地，过渡段与第一槽段和第二槽段的衔接处均为弧形，有利于抛光液的流动。引液槽410的第一槽段与保持环400的外圈连通，引液槽410的第二槽段与保持环400的内圈连通，且引液槽410的第一槽段低于引液槽410的第二槽段；其中，进液口411设置于引液槽410的第一槽段与保持环400外圈连通的一端，出液口412设置于引液槽410的第二槽段与保持环400内圈连通的一端。排液槽420的第一槽段与保持环400的内圈连通，排液槽420的第二槽段与保持环400的外圈连通，且排液槽420的第一槽段低于排液槽420的第二槽段；其中，进料口421设置于排液槽420的第一槽段与保持环400内圈连通的一端，出料口422设置于排液槽420的第二槽段与保持环400外圈连通的一端。引液槽410和排液槽420的过渡段交叉分布且互不连通。优选地，引液槽410和排液槽420的第一槽段分别为与保持环400外圈和保持环400内圈近似相切的弧形段，以便于抛光液进入引液槽410和排液槽420。

在本实施例中，引液槽410的第一槽段和排液槽420的第一槽段均与保持环400的下侧面连通，使抛光液能够从第一槽段进入引液槽410或排液槽420，进一步增加抛光液的流动性。

在本实施例中，沿抛光头300的转动方向，引液槽410的第一槽段的远离过渡段的一端位于靠近过渡段的一端的前侧，以便于抛光液从引液槽410进入保持环400内圈。排液槽420的第一槽段的远离过渡段的第一端位于靠近过渡段的一端的前侧，与引液槽410形成交叉分布。

在本实施例中，保持环400内圈设置有第一环槽430，第一环槽430与多组沟槽的引液槽410的出液口412处于同一高度并连通。保持环400内圈设置有第二环槽440，第二环槽440与多组沟槽的排液槽420的进料口421处于同一高度并连通，且第一环槽430高于第二环槽440，第二环槽440与保持环400的下侧面连通。

在本实施例中，基座100上还设置有挡环110，平台200转动安装于挡环110内，挡环110用于阻碍抛光液向外飞溅；且挡环110与平台200之间预留有供抛光液排出的间隙。

在本实施例中，一种晶圆研磨装置还包括储液筒500和夹持机构600，夹持机构600安装于基座100，抛光头300绕竖直轴线转动安装于夹持机构600，且夹持机构600还安装有用于驱动抛光头300转动的马达。储液筒500用于储存抛光液，且储液筒500上连接有输注管510，输注管510用于向抛光垫上输送抛光液。

本发明的一种晶圆研磨装置在使用时，将保持环400套于晶圆700外后放于抛光垫上且平台200的偏心位置处，调整抛光头300的位置，使抛光头300与保持环400配合。通过输注管510向抛光垫上输送抛光液，并启动电机和马达，使平台200和抛光头300分别绕各自轴线转动。由于进液口411低于出料口422，出液口412高于进料口421，抛光液通过进液口411进入引液槽410内，并在从出液口412排出时从上往下流经晶圆700后再从进料口421进入排液槽420，排液槽420内的抛光液从出料口422排出时能在保持环400转动的离心作用下甩出，且由于出料口422比进液口411高，能够进一步减小进液口411处的抛光液与出料口422排出的抛光液的混合概率。研磨完成后，关闭电机和马达，使平台200和抛光头300停止转动，并停止注入抛光液，调节抛光头300的位置后取下保持环400和晶圆700即可。

一种晶圆研磨工艺，利用上述晶圆研磨装置，包括：

S10，保持环400套于晶圆700外后，将保持环400安装于抛光头300，并调节抛光头300的位置使晶圆700位于平台200的偏心位置处；

S20，向抛光垫上注入抛光液；

S30，启动平台200绕自身轴线转动，并启动抛光头300绕自身轴线转动；

S40，抛光液从引液槽410进入保持环400内圈的晶圆700与抛光垫之间，后从排液槽420排出保持环400外；

S50，研磨完成后，使平台200和抛光头300停止转动，并停止注入抛光液，调节抛光头300的位置后取下保持环400和晶圆700。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种晶圆研磨装置，其特征在于：包括基座、平台、抛光头和保持环；

平台绕竖直轴线转动安装于基座，且平台安装有抛光垫，抛光垫上持续有抛光液注入；

保持环套设于晶圆外，抛光头驱动保持环和晶圆在抛光垫的偏心位置处绕自身轴线转动；

保持环上开设有多组沟槽，多组沟槽绕保持环周向间隔分布，每组沟槽包括引液槽和排液槽，引液槽和排液槽交叉分布且互不连通，引液槽和排液槽均连通保持环的内圈和外圈；引液槽与保持环外圈连通的进液口低于排液槽与保持环外圈连通的出料口，引液槽与保持环内圈连通的出液口高于排液槽与保持环内圈连通的进料口；引液槽和排液槽均包括依次连通的第一槽段、过渡段和第二槽段，第一槽段和第二槽段平行且位于不同高度，过渡段与第一槽段和第二槽段的夹角均大于等于90°；引液槽的第一槽段与保持环的外圈连通，引液槽的第二槽段与保持环的内圈连通，且引液槽的第一槽段低于引液槽的第二槽段；排液槽的第一槽段与保持环的内圈连通，排液槽的第二槽段与保持环的外圈连通，且排液槽的第一槽段低于排液槽的第二槽段；引液槽和排液槽的过渡段交叉分布；保持环内圈设置有第一环槽，第一环槽与多组沟槽的引液槽的出液口处于同一高度并连通，保持环内圈设置有第二环槽，第二环槽与多组沟槽的排液槽的进料口处于同一高度并连通，且第二环槽与保持环的下侧面连通；工作时，抛光液通过进液口进入引液槽内，并在从出液口排出时从上往下流经晶圆后再从进料口进入排液槽，排液槽内的抛光液从出料口排出时能在保持环转动的离心作用下甩出。

2.根据权利要求1所述的一种晶圆研磨装置，其特征在于：引液槽的第一槽段和排液槽的第一槽段均与保持环的下侧面连通。

3.根据权利要求1所述的一种晶圆研磨装置，其特征在于：沿抛光头的转动方向，引液槽的第一槽段的远离过渡段的一端位于靠近过渡段的一端的前侧，排液槽的第一槽段的远离过渡段的第一端位于靠近过渡段的一端的前侧。

4.根据权利要求1所述的一种晶圆研磨装置，其特征在于：过渡段与第一槽段和第二槽段的衔接处为弧形。

5.根据权利要求1所述的一种晶圆研磨装置，其特征在于：基座上还设置有挡环，平台转动安装于挡环内，挡环用于阻碍抛光液向外飞溅。

6.根据权利要求1所述的一种晶圆研磨装置，其特征在于：还包括储液筒，储液筒用于储存抛光液，且储液筒上连接有输注管，输注管用于向抛光垫上输送抛光液。

7.一种晶圆研磨工艺，利用权利要求1至6中任一项所述的一种晶圆研磨装置，其特征在于，包括以下步骤：

S10，保持环套于晶圆外后，将保持环安装于抛光头，并调节抛光头的位置使晶圆位于平台的偏心位置处；

S20，向抛光垫上注入抛光液；

S30，启动平台绕自身轴线转动，并启动抛光头绕自身轴线转动；

S40，抛光液从引液槽进入保持环内圈的晶圆与抛光垫之间，后从排液槽排出保持环外；

S50，研磨完成后，使平台和抛光头停止转动，并停止注入抛光液，调节抛光头的位置后取下保持环和晶圆。