CN202825512U

CN202825512U - 研磨垫及化学机械研磨机台

Info

Publication number: CN202825512U
Application number: CN 201220520667
Authority: CN
Inventors: 田国军; 赵雪峰
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2022-10-11

Abstract

本实用新型揭露了一种研磨垫及化学机械研磨机台，所述研磨垫包括用于研磨晶圆的研磨层和与所述研磨平台接触的连接层，所述研磨层的硬度小于所述连接层的硬度。所述化学机械研磨机台包括所述研磨垫。使用本实用新型所提供的研磨垫，在保证研磨垫能用在精磨工艺中的同时，可避免在更换研磨垫时使空气残留在研磨平台和研磨垫之间引起的研磨垫表面不平整及由此产生的研磨缺陷和研磨垫的实用寿命缩短，有利于提高产品良率，并可节约生产成本。

Description

研磨垫及化学机械研磨机台

技术领域

本实用新型涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种研磨垫及化学机械研磨机台。

背景技术

20世纪70年代，多层金属化技术被引入到集成电路制造工艺中，此技术使芯片的垂直空间得到有效的利用，并提高了器件的集成度。但这项技术使得硅片表面不平整度加剧，由此引发的一系列问题（如引起光刻胶厚度不均进而导致光刻受限）严重影响了大规模集成电路（ULSI）的发展。针对这一问题，业界先后开发了多种平坦化技术，主要有反刻、玻璃回流、旋涂膜层等，但效果并不理想。80年代末，IBM公司将化学机械研磨（CMP，Chemical MechanicalPolish）技术进行了发展使之应用于硅片的平坦化，其在表面平坦化上的效果较传统的平坦化技术有了极大的改善，从而使之成为了大规模集成电路制造中有关键地位的平坦化技术。

用于化学机械研磨的机台一般由芯片机械传送装置、研磨单元和清洗干燥单元等组成。如图1所示，化学机械研磨机台的研磨单元主要包括研磨平台34、研磨垫32、研磨头35以及研磨液喷头36，研磨垫32粘附于研磨平台34上。工作时，研磨头35将晶圆37需要研磨的的一面置于研磨垫32上，施加一定的压力，研磨液喷头36将研磨液注入研磨垫32，研磨头35带动晶圆37旋转，研磨平台34带动研磨垫32旋转，研磨头35与研磨平台34的转动方向相反。依靠晶圆与研磨垫之间的相对运动以及研磨液的化学侵蚀，达到研磨和去除的目的。研磨垫的表面结构和粗糙度直接影响晶圆与研磨垫间的接触，研磨液的传输以及待研磨区域材料的去除效果。

通常，研磨垫（也称为抛光垫）从材质上可分为两类：聚合物研磨垫和无纺布研磨垫。聚合物研磨垫主要是指聚氨酯研磨垫，聚氨酯具有较高的抗拉强度、延展率和抗撕裂性，摩擦学性能较好，硬度较高，形变小，能实现很高的研磨速率（RR，Removal Rate），但是对于此类的研磨垫，研磨液不能渗透到研磨垫的内部，只存在于工件（如晶圆）和研磨垫的空隙中，影响研磨后的残渣或研磨副产物的及时排出，容易阻塞研磨垫表层中的微孔。粗研磨常选用这种研磨垫。无纺布研磨垫由定向的或随机的纤维构成，原材料通常为聚合物棉絮类纤维，渗水性能好，容纳研磨液的能力强，相对于聚氨酯来说质地较软，可实现很小的加工变质层和表面粗糙度，常用于精磨工艺中。

使用一段时间后，由于研磨垫本身的磨损和形变，以及磨屑对研磨垫表面微孔的填充，使研磨垫表面变得平滑，影响其对研磨液的传输能力以及其物理研磨能力。因此研磨垫是作为一种耗材需要定期更换的。

在实际生产中，在更换无纺布研磨垫时，如图2所示，因其材质较软，易发生形变，在与研磨平台34接触时，会有空气残留在研磨平台34与研磨垫32之间，形成气泡31，导致研磨垫32表面不平整，气泡31上方会形成凸起。这样，一方面会影响研磨效果，晶圆的均匀度变差；另一方面，在研磨过程中，凸起部分会受到的压力比其他部位大，容易磨破研磨垫，大大缩短了研磨垫的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型提供一种研磨垫，以解决在更换研磨垫时，易在研磨垫和研磨平台之间形成气泡，造成研磨垫不平整，影响产品良率及研磨垫使用寿命缩短的问题。

为解决上述问题，本实用新型提出一种研磨垫，用于化学机械研磨机台，所述化学机械研磨机台包括一研磨平台，所述研磨垫包括用于研磨晶圆的研磨层和与所述研磨平台接触的连接层，所述研磨层的硬度小于所述连接层的硬度。可选的，所述研磨垫的连接层材质为聚氨酯材料。

可选的，所述研磨垫的研磨层材质为聚合物棉絮类纤维。

可选的，所述研磨垫的总厚度大于等于0.5mm以上。

可选的，所述研磨垫的连接层的厚度大于等于所述研磨垫的总厚度的1/4,小于等于所述研磨垫总厚度的3/4。

可选的，所述研磨垫的研磨层的厚度大于等于所述研磨垫的总厚度的1/4,小于等于所述研磨垫总厚度的3/4。

可选的，所述研磨垫还包括至少一个中间层，所述至少一个中间层设置于所述研磨层与连接层之间。

可选的，所述研磨垫的多层结构是一体成型或粘合成型的。

本实用新型还提供一种化学机械研磨机台，所述化学机械研磨机台包括上述研磨垫。

与现有技术相比，本实用新型所提供的研磨垫包括用于研磨晶圆的研磨层和与研磨平台接触的连接层，所述研磨层的硬度小于所述连接层的硬度；一方面，用于研磨晶圆的研磨层的硬度相对较小，可实现很小的加工变质层和表面粗糙度，使其可用于精磨工艺中；另一方面，所述连接层的硬度相对较大，不会因为在更换时产生形变使空气残留在研磨平台和研磨垫之间，解决了由此引起的研磨垫表面不平整及由此产生的研磨缺陷和研磨垫的使用寿命缩短的问题，从而提高了产品良率，并节约了生产成本。

附图说明

图1为化学机械研磨机台的研磨单元的结构示意图；

图2为更换无纺布研磨垫时产生缺陷的原理示意图；

图3为本实用新型实施例一的研磨垫的结构示意图；

图4为本实用新型实施例二的研磨垫的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心思想在于，提供一种用于化学机械研磨机台的研磨垫，所述研磨垫包括用于研磨晶圆的研磨层和与所述研磨平台接触的连接层，所述研磨层的硬度小于所述连接层的硬度。由于连接层材料质地较硬，在更换研磨垫时不易产生形变，因此在研磨平台和研磨垫之间不会残留空气形成气泡。在保证研磨垫能用在精磨工艺中的同时避免了由此造成的研磨垫表面不平整对研磨效果造成不良影响，也避免了研磨垫因此原因造成破损。

下面结合具体实施例对本实用新型提出的研磨垫以及化学机械研磨机台作进一步详细说明。

实施例一

请参考图3，图3为本实施例的研磨垫的结构示意图，所述研磨垫设置于研磨平台14上，所述研磨垫由两层结构组成：用于研磨晶圆的研磨层12和与所述研磨平台接触的连接层13，所述研磨层12的硬度小于所述连接层13的硬度。

所述研磨层12用来研磨晶圆，其优选由无纺布制成，具体地说，其材质为聚合物棉絮类纤维，如此，保留了无纺布研磨垫渗水性能好，容纳研磨液的能力强以及可实现很小的加工变质层和表面粗糙度的优点，可用于精磨工艺中。

所述连接层13与所述研磨平台14接触，其相对于研磨层12来说较硬，例如，连接层13的材质的邵式硬度大于70A，优选为聚氨酯材料。由于所述连接层13的硬度相对较大，不会因为在更换时产生形变使空气残留在研磨平台和研磨垫之间，解决了由此引起的研磨垫表面不平整及由此产生的研磨缺陷和研磨垫的使用寿命缩短的问题，从而提高了产品良率，并节约了生产成本。

所述研磨垫的总厚度大于等于0.5mm，本实施例中，所述研磨垫总厚度为1mm。所述研磨层12的厚度大于等于所述研磨垫总厚度的1/4，且小于等于所述研磨垫总厚度的3/4，此厚度下可保证其实现对晶圆进行研磨的目的。所述连接层13的厚度大于等于所述研磨垫总厚度的1/4，且小于等于所述研磨垫总厚度的3/4，以确保所述连接层13能够满足硬度的要求，不容易发生形变。

其中，所述研磨垫的双层结构可以是分别成型，然后由粘合剂粘合而成。当然，所述研磨垫的双层结构也可是一体成型的。

实施例二

请参考图4，图4为本实施例的研磨垫的结构示意图，所述研磨垫置于研磨平台44上，所述研磨垫包括连接层43和研磨层42，所述研磨层42的硬度小于所述连接层43的硬度。

所述研磨层42用来研磨晶圆，其优选由无纺布制成，具体地说，其材质为聚合物棉絮类纤维，如此，保留了无纺布研磨垫渗水性能好，容纳研磨液的能力强以及可实现很小的加工变质层和表面粗糙度的优点，可用于精磨工艺中。

所述连接层43与所述研磨平台44接触，其相对于研磨层42来说较硬，例如，连接层43的材质的邵式硬度大于70A，优选为聚氨酯材料。由于所述连接层43的硬度相对较大，不会因为在更换时产生形变使空气残留在研磨平台和研磨垫之间，解决了由此引起的研磨垫表面不平整及由此产生的研磨缺陷和研磨垫的使用寿命缩短的问题，从而提高了产品良率，并节约了生产成本。

本实施例与实施例一的区别在于，所述研磨垫还包括至少一个中间层，所述至少一个中间层设置于所述研磨层与连接层之间。视需求来决定其层数，例如，包括两个中间层：第一中间层45和第二中间层46。

所述第一中间层45与研磨层42相邻，材质例如为邵式硬度大于70A的聚氨酯材料，由于第一中间层45的存在，进一步调整研磨垫的研磨垫的整体硬度使之不易发生形变。所述第二中间层46与连接层43相邻，材质为聚合物棉絮类纤维，由于第二中间层46的存在，可以更好的保证整个研磨垫压缩比和弹性，使其能用于精磨工艺。

所述研磨垫的总厚度大于等于0.5mm，本实施例中，所述研磨垫总厚度为1mm。所述研磨层42的厚度大于等于所述研磨垫总厚度的1/4，且小于等于所述研磨垫总厚度的3/4，此厚度下可保证其实现对晶圆进行研磨的目的。所述连接层43的厚度大于等于所述研磨垫总厚度的1/4，且小于等于所述研磨垫总厚度的3/4，以确保所述连接层43能够满足硬度的要求，不容易发生形变。

所述研磨垫的四层结构（研磨层42、第一中间层45、第二中间层46和连接层43）分别成型，然后由粘合剂粘合而成；也可由化学的方法一体成型。

实施例三

本实施例提供一种化学机械研磨机台。所述化学机械研磨机台包括研磨平台以及实施例一或实施例二所述的研磨垫，所述研磨垫粘附于研磨平台上，对晶圆进行研磨加工。

综上所述，本实用新型提供了一种研磨垫以及化学机械研磨机台，该研磨垫由多层结构组成，包括用于研磨晶圆的研磨层和与所述研磨平台接触的连接层，所述研磨层的硬度小于所述连接层的硬度。因为其质地较硬，不会因为在更换时产生形变使空气残留在研磨平台和研磨垫之间，避免了由此引起的研磨垫表面不平整及由此产生的研磨缺陷和研磨垫的实用寿命缩短，同时保留了无纺布研磨垫渗水性能好，容纳研磨液的能力强以及可实现很小的加工变质层和表面粗糙度的优点，可用于精磨工艺中。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包括这些改动和变型在内。

Claims

1.一种用于化学机械研磨机台的研磨垫，所述化学机械研磨机台包括一研磨平台，其特征在于，所述研磨垫包括用于研磨晶圆的研磨层和与所述研磨平台接触的连接层，所述研磨层的硬度小于所述连接层的硬度。

2.如权利要求1所述的研磨垫，其特征在于，所述连接层为聚氨酯材料。

3.如权利要求2所述的研磨垫，其特征在于，所述研磨层为聚合物棉絮类纤维。

4.如权利要求1所述的研磨垫，其特征在于，所述研磨垫的总厚度大于等于0.5mm。

5.如权利要求4所述的研磨垫，其特征在于，所述连接层的厚度大于等于所述研磨垫总厚度的1/4，且小于等于所述研磨垫总厚度的3/4。

6.如权利要求4所述的研磨垫，其特征在于，所述研磨层的厚度大于等于所述研磨垫总厚度的1/4，且小于等于所述研磨垫总厚度的3/4。

7.如权利要求1或6所述的研磨垫，其特征在于，还包括至少一个中间层，所述至少一个中间层设置于所述研磨层与连接层之间。

8.如权利要求7所述的研磨垫，其特征在于，所述研磨层、至少一个中间层和连接层是一体成型或粘合成型的。

9.如权利要求1所述的研磨垫，其特征在于，所述研磨层和连接层是一体成型或粘合成型的。

10.一种化学机械研磨机台，其特征在于，所述化学机械研磨机台包括如权利要求1至9中任意一项所述的研磨垫。