CN118024135A - 一种应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，包括抛光台；抛光垫，设于抛光台的上表面，其至少包括可与导电型晶圆衬底的抛光面相贴合的作用层，该作用层由绝缘材质制成；抛光头，其下表面可与导电型晶圆衬底抛光面的背面相贴合；导电型晶圆衬底具有第一工作状态和第二工作状态，在第一工作状态时，导电型晶圆衬底的抛光面在电化学通道形成电化学反应层，在第二工作状态时，抛光头带动导电型晶圆衬底相对抛光垫的作用层活动，以实现对电化学反应层的化学机械抛光。本发明引入晶圆衬底表面电化学反应，衬底材料去除率、抛光/平坦化速度显著提高，设备运营成本显著降低；电路设计更为简单。

Description

一种应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备

技术领域

本发明属于半导体集成电路芯片制造领域，尤其是涉及一种应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备。

背景技术

晶圆衬底和半导体器件制造过程包含抛光、表面平坦化等工艺，通常采用机械抛光，化学机械抛光或平坦化等技术，通过晶圆衬底载头(抛光头)向晶背加压，控制压力、抛光头转速、抛光盘转速、抛光液液体流量等参数，在抛光垫上对晶圆衬底正表面或薄膜表面进行抛光或平坦化处理。和机械抛光相比，化学机械抛光和化学机械抛光平坦化通过对抛光液配方的调整，在晶圆衬底表面产生化学反应，可以实现更高的抛光或平坦化处理效率，同时可以实现更好的抛光或平坦化处理效果，包括更高的平整度、更低的缺陷度等。

导电型晶圆衬底按导电类型分为体相导电型(导电型衬底)和表面导电型(表面层导电晶圆衬底)，体相导电型晶圆衬底材料本身具有较好导电特性，可以包括掺杂型4H-SiC等。表面导电型晶圆衬底可以体相不导电、但是表面层导电，如硅晶圆衬底表面沉积的金属薄膜等。

导电型衬底或表面层导电晶圆衬底的抛光和平坦化工艺可以采取特殊的电化学机械抛光和平坦化技术。在化学机械抛光和平坦化的基础上，电化学机械抛光和平坦化可以进一步利用晶圆衬底或晶圆衬底表面薄膜的导电特性，形成电流通路，在晶圆衬底或薄膜表面进行电化学反应，通过电路系统的精密控制，提高表面化学反应速度，进而提高机械抛光和平坦化效率。在电化学机械抛光和抛光及平坦化设备工艺中，实现机械抛光和平台化功能的抛光液同时也是实现晶圆衬底表面电化学反应的电解液，液体化学组分、液体导电率等要做相应调整。

以碳化硅衬底材料抛光工艺为例：碳化硅材料硬度高，如使用简单机械抛光在抛光垫上对抛光面进行研磨，需要对晶背施加高压力，条件苛刻，去除率极低，设备生产效率低，抛光垫等损耗品消耗大、成本高。化学机械抛光加工可以对碳化硅衬底表面先进行化学改性如氧化，降低表面硬度，进而提高材料抛光速度，提升抛光设备生产效率。但是，因为碳化硅材料化学性质稳定、表面氧化速度慢，化学机械抛光工艺需要选择强氧化性的抛光液，对设备硬件抗腐蚀性等都提出了很高要求，直接影响设备制造成本和运营可靠性。同样因为碳化硅材料化学性质稳定、表面氧化速度慢，碳化硅化学机械抛光的去除率仍然很低，目前没有完全达到大规模生产的要求。对于导电型碳化硅衬底材料，为突破化学机械抛光效率的瓶颈，可以采用电化学机械抛光技术，通过电化学反应对碳化硅表面进行氧化，如果能够实现一定的电流密度，可以显著加快碳化硅表面氧化效率，继续配以同步的机械抛光，可以显著提升碳化硅材料去除率，相应提高设备运营效率，降低设备运营成本。同时，电化学机械抛光工艺无需依赖强氧化性抛光液/电解液，可以扩大设备材料选择范围，降低设备成本，增长零部件寿命，提高设备运营可靠性，延长持续运营时间，进一步降低运营成本。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，可实现导电型晶圆衬底抛光和平坦化的高性能，高效率、低成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，包括：

抛光台；

抛光垫，设于抛光台的上表面，其至少包括可与导电型晶圆衬底的抛光面相贴合的作用层，该作用层由绝缘材质制成；

抛光头，其下表面可与导电型晶圆衬底抛光面的背面相贴合；

所述导电型晶圆衬底具有第一工作状态和第二工作状态，在第一工作状态时，导电型晶圆衬底的抛光面在电化学通道形成电化学反应层，在第二工作状态时，抛光头带动导电型晶圆衬底相对抛光垫的作用层活动，以实现对电化学反应层的化学机械抛光。

进一步的，第一工作状态和第二工作状态先后独立进行；或者，第一工作状态和第二工作状态同时进行。

进一步的，在第一工作状态和第二工作状态先后独立进行时，导电型晶圆衬底在不同抛光单元分别进行第一工作状态和第二工作状态；或者，在第一工作状态和第二工作状态先后独立进行时，导电型晶圆衬底在同一抛光单元进行第一工作状态和第二工作状态。

进一步的，在通电状态下，导电型晶圆衬底的抛光面在电化学通道形成电化学反应层，同时对电化学反应层进行化学机械抛光；

或者，

在通电状态下，导电型晶圆衬底的抛光面先在电化学通道形成电化学反应层，然后对电化学反应层进行化学机械抛光；

或者，

在通电状态下，导电型晶圆衬底的抛光面先在电化学通道形成电化学反应层，在断电状态下，对电化学反应层进行化学机械抛光。

进一步的，还包括电源；

所述抛光台和抛光头分别与该电源连接，并具有导电性；

所述作用层设有贯穿厚度方向的孔洞，该孔洞内容置有化学液，该化学液具有导电性；

所述电源、抛光台、化学液、导电型晶圆衬底、抛光头可形成通电回路，以在导电型晶圆衬底的抛光面形成电化学反应层。

进一步的，所述孔洞的数量为多个。

进一步的，所述孔洞的总面积占作用层面积的5-50％。

进一步的，所述孔洞的直径大于等于3mm。

进一步的，所述抛光垫为作用层；或者，所述抛光垫为双层或多层结构，其最上面一层为作用层，其下部一层或多层为绝缘层，且所述孔洞贯穿抛光垫的整个厚度方向。

进一步的，所述抛光垫为双层或多层结构，其最上面一层为作用层，其下部一层或多层为导电层，该导电层封闭或带有与孔洞相连通的穿孔。

进一步的，所述电源为直流电或为交流电。

进一步的，所述抛光头包括，

第一压力介质腔体，用于控制导电型晶圆衬底上下移动行程；

第二压力介质腔体，用于控制吸附组件，通过改变第二压力介质腔体内部的气压，实现吸附组件对导电型晶圆衬底的吸附或释放；

所述吸附组件包括可发生形变的柔性件，及用于支撑柔性件的支撑件，该吸附组件设有电源的接入点。

进一步的，所述柔性件为导电柔性膜，所述支撑件为金属件，该金属件形成电源的接入点。

进一步的，所述柔性件包括轻质金属板和柔性膜，该轻质金属板上开设有多个用于安装柔性膜的开孔，该轻质金属板形成电源的接入点。

进一步的，所述柔性件包括轻质金属板，该轻质金属板形成电源的接入点。

进一步的，所述轻质金属板表面有一镀铂层。

进一步的，所述柔性件为绝缘柔性膜，柔性件的内部包覆有导电线圈，所述导电线圈形成电源的接入点。

进一步的，所述抛光台包括抛光上盘和抛光下盘，其同心同轴设置，抛光下盘与旋转中心轴连接。

进一步的，所述抛光上盘为金属材质或合金材料。

进一步的，所述抛光上盘表面有一镀铂层。

进一步的，所述电源连出的导线穿过旋转中心轴与抛光上盘连接。

进一步的，还包括化学液供应系统，其用于向抛光垫传输化学液，可将化学液传输至抛光垫上表面。

进一步的，还包括化学液供应系统，其可以将化学液自抛光上盘向孔洞底部传输。

进一步的，所述化学液为抛光液，其为研磨纳米颗粒分散于酸性或碱性溶液中，其pH>8或pH<5。

进一步的，所述电源为稳流电源，其电流≤20A；或者，所述电源为稳压电源，其电压≤220V。

绝缘材质的抛光垫贴合在导电抛光台上表面，具有贯穿厚度方向的孔洞，在孔洞内容置从供液臂输送于抛光垫上的化学液，化学液具有导电性。抛光垫上无需导电接触头设计，但是晶圆衬底载头(抛光头)具有导电性。在抛光头向晶背加压时，晶圆衬底正表面和抛光垫贴合，可以建立第一电极-导电抛光台-贯穿抛光垫厚度孔洞中的化学液-导电型晶圆衬底-导电抛光头-第二电极之间的通电回路。第一电极和第二电极的极性由设计的晶圆衬底表面电化学反应决定。如导电型碳化硅晶圆衬底为例，抛光垫孔洞中容置导电化学液，电化学反应中抛光台上盘是阴极、晶圆衬底表面(抛光头)是阳极时，可以对导电型碳化硅晶圆衬底表面进行氧化。

在导电型晶圆衬底电化学机械抛光/平坦化工艺中，抛光台及粘合在抛光台上表面的抛光垫绕着抛光台轴心旋转；抛光头衬底绕着抛光头轴心旋转，且可相对抛光台运动；晶圆衬底伴随抛光头旋转，贴合抛光垫但是相对抛光垫运动。导电型晶圆衬底表面在通过抛光垫上的孔洞区域时产生电化学反应，在通过抛光垫上的非孔洞区域时进行机械抛光/平坦化。在晶圆衬底伴随着抛光头旋转并相对抛光台运动时，在导电型晶圆衬底表面可以连续反复完成电化学反应和机械抛光/平坦化，从而实现导电型晶圆衬底表面的电化学机械抛光/平坦化。

本发明的有益效果是，1)电化学机械抛光导电型晶圆衬底，相较于机械抛光或常规化学机械抛光/平坦化，引入晶圆衬底表面电化学反应，衬底材料去除率、抛光/平坦化速度显著提高，设备运营成本显著降低；2)电路设计更为简单。没有抛光垫上表面导电接触头，可以显著降低晶圆衬底抛光表面缺陷率、提高表面光滑度、降低表面金属污染和颗粒污染，同时延长抛光垫寿命、降低耗材成本；3)电化学机械抛光工艺中电化学反应和机械抛光速率独立可控、可调，包括晶圆衬底表面分区域调节；4)第一工作状态和第二工作状态分步进行，可根据两个工作状态配置工艺条件，使得第一工作状态的电化学反应、第二工作状态化学机械抛光的两个工艺过程更稳定、均匀，单步的副反应对另一步的影响更小；而第一工作状态、第二工作状态同时进行抛光效率更高，无需在至少两个抛光台间进行传输，提高了单位时间的出片数量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中作用层的俯视图。

图3为本发明中抛光垫的剖视图，此时抛光垫为单层结构。

图4为本发明中抛光垫的剖视图，此时抛光垫为双层结构，下层为绝缘层。

图5为本发明中抛光垫的剖视图，此时抛光垫为双层结构，下层为导电层。

图6为本发明中抛光垫的剖视图，其外圈带有挡边，且挡边为同质材料。

图7为本发明中抛光垫的剖视图，其外圈带有挡边，且挡边为异质材料。

图8为本发明中抛光头的剖视图。

图9为本发明中轻质金属板的俯视图。

图10为本发明中轻质金属板的剖视图。

图11为本发明中抛光台的结构示意图。

其中，1-电源，11-接入点，12-导线，2-抛光台，21-抛光上盘，22-抛光下盘，23-旋转中心轴，3-抛光垫，31-作用层，311-孔洞，32-绝缘层，33-导电层，34-挡边，4-化学液，41-化学供液系统，5-导电型晶圆衬底，51-导电型晶圆衬底的抛光面，6-抛光头，71-第一压力介质腔体，72-第二压力介质腔体，73-吸附组件。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

一种应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，包括抛光台2，设置在抛光台2上表面的抛光垫3，及抛光头6。抛光台2可以绕着抛光台轴心旋转，抛光头6可以绕着抛光头轴心旋转，且可以相对抛光台2移动。

抛光垫3至少包括可以与导电型晶圆衬底5的一个抛光面51相贴合的作用层31，该作用层31由绝缘材质制成。抛光头6的下表面可以与导电型晶圆衬底5的抛光面51的背面相贴合，可带动导电型晶圆衬底5相对抛光垫3活动。

导电型晶圆衬底5具有第一工作状态和第二工作状态，在第一工作状态时，导电型晶圆衬底5的抛光面51在电化学通道形成电化学反应层，在第二工作状态时，抛光头6带动导电型晶圆衬底5相对抛光垫3的作用层31活动，从而实现对电化学反应层的化学机械抛光。

上述第一工作状态和第二工作状态可以先后独立进行；或者，上述第一工作状态和第二工作状态同时进行。

第一工作状态和第二工作状态先后独立进行指的是，导电型晶圆衬底5在抛光垫3的作用层31上处于第一工作状态形成电化学反应层时，不会存在第二工作状态对电化学反应层的机械抛光作用，反之则是，导电型晶圆衬底5在处于第二工作状态对电化学反应层的机械抛光作用下，不会存在第一工作状态形成电化学反应层的过程。换句话说，同一时间内导电型晶圆衬底5上只存在一种工作状态，处于第一工作状态时，导电型晶圆衬底5的抛光面51在抛光垫3的作用层31上，只存在导电型晶圆衬底5的不同区域随着抛光头6与抛光台2的相对运动以及自身的自转，依次在电化学通道上形成电化学反应层(通过没有研磨颗粒的电解液实现)，在此过程中不存在对此电化学反应层或原始抛光面51的机械抛光；反之，处于第二工作状态时，对电化学反应模块进行下电，给导电型晶圆衬底5施加压力，在一定流量抛光液参与下实现化学机械抛光

第一工作状态和第二工作状态同时进行，指的是，导电型晶圆衬底5的不同区域在同一时间，在抛光垫3的作用层31上会分别存在第一工作状态形成电化学反应层，及存在第二工作状态的机械抛光作用。导电型晶圆衬底5的同一区域在不同时间，在抛光垫3的作用层31上会存在第一工作状态和第二工作状态的交替。换句话说，导电型晶圆衬底5在具有一定电导率的抛光液作用下，在抛光垫3的作用层31，在同一时间会存在电化学反应通道对应区域的电化学反应，形成电化学反应形成层，而在其他区域则会进行化学机械抛光。在下一时间，导电型晶圆衬底5上已形成电化学反应形成层的区域将在抛光台2自转、抛光头6自转、抛光头6相对抛光台2摆动的相对运动中转动至非电化学通道区域进行化学机械抛光；反之，原本未形成电化学反应形成层的区域将转动至电化学通道区域形成电化学反应形成层。导电型晶圆衬底5的抛光面51的同一区域会在抛光过程中重复交替此两种状态。

在第一工作状态和第二工作状态先后独立进行的情况下，又分为，导电型晶圆衬底5在不同抛光单元分别进行第一工作状态和第二工作状态，又或者，导电型晶圆衬底5在同一个抛光单元进行第一工作状态和第二工作状态。此处的的不同抛光单元可以是不同的抛光台，也可以是别的不同区域，如抛光台周围的区域或空间，或载片台处，具体不作限制，只要能实现导电型晶圆衬底5的第一工作状态或第二工作状态的实现即可。

针对上述过程，在通电状态下，导电型晶圆衬底5的抛光面51在电化学通道形成电化学反应层，同时对电化学反应层进行化学机械抛光，此时第一工作状态和第二工作状态在同一抛光单元进行，电源可以采用交流电或直流电。又或者，在通电状态下，导电型晶圆衬底5的抛光面51先在电化学通道形成电化学反应层，然后对电化学反应层进行化学机械抛光，此时第一工作状态和第二工作状态可以在同一抛光单元进行，也可以在不同抛光单元进行，电源可以采用交流电或者采用直流电。或者可以是，在通电状态下，导电型晶圆衬底5的抛光面51先在电化学通道形成电化学反应层，在断电状态下，对电化学反应层进行化学机械抛光，此时第一工作状态和第二工作状态可以在同一抛光单元进行，电源可以采用直流电或者采用交流电。

更具体的，一种应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，还包括电源1，其具有第一电极和第二电极，抛光台2与第一电极连接，抛光头6与第二电极连接，在本实施例中，第一电极是负极，第二电极是正极。在其他实施例中，也可以是第一电极是正极，第二电极是负极。电源1为电化学回路提供稳定的恒定电流或恒定电压；电源1可以为稳流电源，其电流≤20A；或者电源1为稳压电源，其电压≤220V。当电源1为交流电时，则可以为交流恒压源的幅值电压≤220V，或为交流恒流源的幅值电流≤20A。

上述抛光头6和抛光台2分别与电源1连接，并且具有导电性。作用层31具有贯穿厚度方向的孔洞311，该孔洞311内容置有化学液4，该化学液4具有导电性。晶圆衬底表面在作用层31的孔洞区域发生电化学反应，也就是说在孔洞区域形成电化学通道，在作用层31的非孔洞区域进行化学机械抛光。

因此，上述导电型晶圆衬底5的抛光面51在作用层31的孔洞区域发生电化学反应、形成电化学反应层的步骤，与在作用层31的非孔洞区域进行化学机械抛光的步骤；两个步骤可以同步进行，即在同一时间会存在孔洞区域的电化学反应，形成电化学反应形成层，而在其他非孔洞区域则会进行化学机械抛光；两个步骤也可以不同步进行，即导电型晶圆衬底5的抛光面在作用层31的孔洞区域先发生电化学反应、形成电化学反应层的步骤，接着在作用层31的非孔洞区域进行化学机械抛光，再次重复上述步骤。

导电抛光头6装载导电型晶圆衬底5传输至抛光垫3上，导电型晶圆衬底5的抛光面51与抛光垫3中均匀分布大量孔洞311中的导电化学液4进行电化学反应，通过对导电型晶圆衬底5背面施加下压力，电源1、抛光台2、化学液4、导电型晶圆衬底5、抛光头6、电源1依序形成通电回路，从而在导电型晶圆衬底5的抛光面51形成电化学反应层。在抛光头6带动导电型晶圆衬底5相对抛光垫3移动时，该电化学反应层与作用层31非孔洞区域相互作用，从而实现对电化学反应层的机械抛光。

如图2所示，孔洞311的数量为多个，其直径大于等于3mm，即图2中R≥3mm。孔洞311为圆形，其呈阵列分布，或呈同心圆分布。孔洞311也可以是其他任意形状，其可以随意分布。孔洞311的总面积占作用层31面积的5-70％，优选的，孔洞311的总面积占作用层31面积的5-50％。上述面积设置可以优化电化学反应速率，同时实现电化学反应层的形成速度与其被机械抛光的速度相匹配。

孔洞311的形状不作限制，其也可以是矩形或正六边形或星型。

抛光垫3可以是单层结构的绝缘型抛光垫，此时整个抛光垫3均为作用层31，如图3所示。

抛光垫3也可以是双层或多层结构，无论是双层结构还是多层结构，其最上面的一层为作用层31，其下部的一层或多层为绝缘层32，且孔洞311贯穿抛光垫3的整个厚度方向，即孔洞311从作用层31向下延伸至绝缘层32，如图4所示。

抛光垫3还可以是双层或多层结构，无论是双层结构还是多层结构，其最上面的一层为作用层31，其下部的一层或多层为导电层33；该导电层33可以是全封闭结构，如图5所示；或者导电层33带有穿孔，该穿孔与孔洞311相连通，此处的相连通可以是完全正对连通，也可以是部分正对连通。

所述抛光台2放置抛光垫外3沿或在抛光垫3的外边缘形成挡边34，该挡边34从抛光垫3的上表面向上突起，其相对抛光垫上表面的高度为H≤3mm，即高出抛光垫3上表面所在高度3mm左右；如图6所示，其可以是与抛光垫3同样材质的边缘增高结构，；如图7所示，其也可以是抛光垫3外圈套覆异质材料增高层，该异质材料增高挡边34可以为硬质耐腐蚀材料，如塑料，也可以为柔性材料，如橡胶。

如图8所示，抛光头6包括用于控制导电型晶圆衬底5上下移动行程的第一压力介质腔体71，及至少一个用于控制吸附组件73的第二压力介质腔体72，通过改变第二压力介质腔体72内部的气压，即通过对第二压力介质腔体72加压或真空操作改变吸附组件73形态或行程，可以实现吸附组件73对导电型晶圆衬底5的吸附或释放，具体功能的实现为现有技术，不再赘述。

如图11所示，抛光台2包括抛光上盘21和抛光下盘22，两者同心同轴设置，且与旋转中心轴23也同心同轴设置，抛光下盘22与旋转中心轴23连接。传动装置驱动下抛光上盘21和抛光下盘22同轴转动，并且转动速度可控。

抛光垫3粘贴在抛光上盘21的上表面，与导电型晶圆衬底5的抛光面51直接接触，抛光垫3上的孔洞311和化学液4为发生电化学反应提供通道，抛光垫3的非孔洞区域则为机械抛光提供抛光承载面。

抛光上盘21可以由金属材质或合金材质制成，电源1连出的导线12穿过旋转中心轴23与抛光上盘21连接。具体的，抛光上盘21可以是铝合金或钛合金，也可在铝合金或钛合金表面镀铂层。

抛光上盘21与温控装置连接，通过抛光垫温度传感器反馈值，上位机下发温度调节指令，通过温控装置实现对抛光垫的温度控制，其中温度控制包括加热和冷却。加热或冷却通过温度装置向抛光上盘背面的循环水路的水温调节实现。

抛光盘的循环水路系统包括一个或多个进水口以及一个或多个出水口，循环水路可为独立环形腔体，也可为互通式腔体。

为了给电化学机械抛光及抛光及平坦化设备提供所需化学液，还包括化学液供应系统，其用于向抛光垫3传输化学液4，可以将化学液4传输至抛光垫3的上表面，工艺过程中通过抛光台2的旋转，所述化学液供应系统将化学液4均匀流布至电化学抛光垫3的通孔311内。化学液供应系统还可以将化学液4从抛光上盘21向孔洞311底部传输，抛光上盘21需具有供液通道。

上述化学液供应系统41还可以带有流量控制单元，通过对抛光后随抛光台2离心甩出的化学液电导率的检测，可对化学液流量开启进行控制，用于调节化学液4的输出量；或者还可以带有温度控制单元，通过对抛光后随抛光台2离心甩出的化学液温度的检测，可对化学液温度进行控制，用于调节化学液4的输出温度；或者还可以带有浓度控制单元，用于调节化学液4的输出浓度。

化学液4可以是抛光液，具体是研磨纳米颗粒分散在酸性或碱性溶液中形成，其pH>8或pH<5。化学液4也可以是抛光液和电解液的混合溶液，电解液为抛光液提供导电所需的阴离子和阳离子。化学液4中可添加强化性溶剂，如高锰酸钾或双氧水等。

运用上述电化学机械抛光及抛光及平坦化设备的实施方法包括以下步骤：

(a)导电型抛光头在装载平台通过对抛光头中的第二压力介质腔体的压力控制对导电型晶圆衬底进行装载，并转移至电化学抛光垫正上方；

(b)化学液供应系统将化学液传输至抛光垫的正上方，通过修整器均匀刮至随抛光台同轴旋转的抛光垫的沟槽中；

(c)抛光头第一、第二压力介质腔体气囊加压，导电型晶圆衬底随柔性件下压至抛光垫上，其中导电型晶圆衬底的背面与柔性件接触，并通过抛光头引线至旋转中心轴后直接至第二电极，而导电型晶圆衬底的抛光面与孔洞中的化学液接触，化学液与抛光上盘接触，抛光上盘引线通过抛光下盘至旋转中心轴后直接至第一电极，形成电化学机械抛光及平坦化的电流导通回路；对于表面导电型晶圆衬底则通过对柔性件中包覆的导电线圈进行交变电流控制，从而在表面导电型晶圆衬底形成涡流，此涡流可与抛光台之间建立电流回路。

(d)通过抛光头自转、摆动以及抛光垫的自转实现导电型晶圆衬底抛光面各部分与孔洞中的化学液进行充分接触；

(e)导电型晶圆衬底在化学液及电流回路作用下，抛光面进行电化学反应，产生电化学反应层；

(f)电化学反应层在抛光头自转、抛光垫旋转过程中会发生电化学反应接触点与机械抛光点交替互换，电化学反应层在非孔洞区发生机械抛光；反应层抛光后又转至孔洞区进行电化学反应；

(g)重复(d)～(f)，直至达到目标抛光的去除量要求；

(h)抛光头通过对第一、第二压力介质腔体进行压力控制，夹持导电型晶圆衬底至抛光头转移至装载平台，并通过第一、第二压力介质腔体压力控制完成导电型晶圆衬底卸载。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (25)

1.一种应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于，包括：

抛光台；

抛光垫，设于抛光台的上表面，其至少包括可与导电型晶圆衬底的抛光面相贴合的作用层，该作用层由绝缘材质制成；

抛光头，其下表面可与导电型晶圆衬底抛光面的背面相贴合；

所述导电型晶圆衬底具有第一工作状态和第二工作状态，在第一工作状态时，导电型晶圆衬底的抛光面在电化学通道形成电化学反应层，在第二工作状态时，抛光头带动导电型晶圆衬底相对抛光垫的作用层活动，以实现对电化学反应层的化学机械抛光。

2.根据权利要求1所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：第一工作状态和第二工作状态先后独立进行；或者，第一工作状态和第二工作状态同时进行。

3.根据权利要求2所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：在第一工作状态和第二工作状态先后独立进行时，导电型晶圆衬底在不同抛光单元分别进行第一工作状态和第二工作状态；或者，在第一工作状态和第二工作状态先后独立进行时，导电型晶圆衬底在同一抛光单元进行第一工作状态和第二工作状态。

4.根据权利要求2所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：

在通电状态下，导电型晶圆衬底的抛光面在电化学通道形成电化学反应层，同时对电化学反应层进行化学机械抛光；

或者，

在通电状态下，导电型晶圆衬底的抛光面先在电化学通道形成电化学反应层，然后对电化学反应层进行化学机械抛光；

或者，

在通电状态下，导电型晶圆衬底的抛光面先在电化学通道形成电化学反应层，在断电状态下，对电化学反应层进行化学机械抛光。

5.根据权利要求1或2所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：

还包括电源；

所述抛光台和抛光头分别与该电源连接，并具有导电性；

所述作用层设有贯穿厚度方向的孔洞，该孔洞内容置有化学液，该化学液具有导电性；

所述电源、抛光台、化学液、导电型晶圆衬底、抛光头可形成通电回路，以在导电型晶圆衬底的抛光面形成电化学反应层。

6.根据权利要求5所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：所述孔洞的数量为多个。

7.根据权利要求5所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：所述孔洞的总面积占作用层面积的5-50％。

8.根据权利要求5所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：所述孔洞的直径大于等于3mm。

9.根据权利要求5所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：所述抛光垫为作用层；或者，所述抛光垫为双层或多层结构，其最上面一层为作用层，其下部一层或多层为绝缘层，且所述孔洞贯穿抛光垫的整个厚度方向。

10.根据权利要求5所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：所述抛光垫为双层或多层结构，其最上面一层为作用层，其下部一层或多层为导电层，该导电层封闭或带有与孔洞相连通的穿孔。

11.根据权利要求5所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：所述电源为直流电或为交流电。

12.根据权利要求5所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：所述抛光头包括，

第一压力介质腔体，用于控制导电型晶圆衬底上下移动行程；

第二压力介质腔体，用于控制吸附组件，通过改变第二压力介质腔体内部的气压，实现吸附组件对导电型晶圆衬底的吸附或释放；

所述吸附组件包括可发生形变的柔性件，及用于支撑柔性件的支撑件，该吸附组件设有电源的接入点。

13.根据权利要求12所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：所述柔性件为导电柔性膜，所述支撑件为金属件，该金属件形成电源的接入点。

14.根据权利要求12所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：所述柔性件包括轻质金属板和柔性膜，该轻质金属板上开设有多个用于安装柔性膜的开孔，该轻质金属板形成电源的接入点。

15.根据权利要求12所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：所述柔性件包括轻质金属板，该轻质金属板形成电源的接入点。

16.根据权利要求15所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：所述轻质金属板表面有一镀铂层。

17.根据权利要求12所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：所述柔性件为绝缘柔性膜，柔性件的内部包覆有导电线圈，所述导电线圈形成电源的接入点。

18.根据权利要求1所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：所述抛光台包括抛光上盘和抛光下盘，其同心同轴设置，抛光下盘与旋转中心轴连接。

19.根据权利要求17所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：所述抛光上盘为金属材质或合金材料。

20.根据权利要求19所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：所述抛光上盘表面有一镀铂层。

21.根据权利要求17所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：所述电源连出的导线穿过旋转中心轴与抛光上盘连接。

22.根据权利要求5所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：还包括化学液供应系统，其用于向抛光垫传输化学液，可将化学液传输至抛光垫上表面。

23.根据权利要求18所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：还包括化学液供应系统，其可以将化学液自抛光上盘向孔洞底部传输。

24.根据权利要求5所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：所述化学液为抛光液，其为研磨纳米颗粒分散于酸性或碱性溶液中，其pH>8或pH<5。

25.根据权利要求11所述的应用于导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，其特征在于：所述电源为稳流电源，其电流≤20A；或者，所述电源为稳压电源，其电压≤220V。