CN203956708U - 研磨垫及采用该研磨垫的研磨装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种研磨垫，至少包括：主研磨区及均匀环设于所述主研磨区周围的至少两个边缘研磨区；所述主研磨区与各边缘研磨区之间通过一圆环形沟槽隔离；相邻边缘研磨区之间具有间隙。本实用新型还提供一种采用上述研磨垫的研磨装置，包括研磨平台、设置于所述研磨平台上方的研磨头及用于向所述主研磨区供应液体的第一研磨液供应装置；所述研磨垫铺设于所述研磨平台表面；所述研磨装置还包括用于向所述边缘研磨区供应液体的第二研磨液供应装置。本实用新型既可以对晶圆整体部分进行研磨，也可以单独对晶圆边缘部分进行研磨，从而提高研磨均匀性，解决晶圆边缘的残留物问题，提高生产良率。

Description

研磨垫及采用该研磨垫的研磨装置

技术领域

本实用新型属于半导体制造领域，涉及一种研磨垫及采用该研磨垫的研磨装置。

背景技术

在半导体的生产工艺中，经常需要进行化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)工艺，化学机械研磨也称为化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization)。化学机械研磨工艺是一个复杂的工艺过程，它是将晶圆表面与研磨垫的研磨表面接触，然后，通过晶圆表面与研磨表面之间的相对运动将晶圆表面平坦化，通常采用化学机械研磨设备，也称为研磨机台或抛光机台来进行化学机械研磨工艺。

请参阅图1，其是现有的研磨装置的结构示意图，现有的研磨装置，包括一上面铺设研磨垫101(pad)的研磨平台102(platen)、研磨头103(head)以及研磨液供应结构104，进行研磨工艺时，将要研磨的晶圆105附着在研磨头103上，该晶圆105的待研磨面向下并接触相对旋转的研磨垫101，研磨头103提供的下压力将该晶圆105紧压到研磨垫101上，所述研磨垫101是粘贴于研磨平台102上，当该研磨平台102在马达的带动下旋转时，研磨头103也进行相应运动；同时，研磨液106(slurry)通过研磨液供应结构104输送到研磨垫101上，并通过离心力均匀地分布在研磨垫101上。图2显示为晶圆在现有研磨装置上研磨的俯视图。

现有的晶圆CMP工艺，通常只能对整片晶圆表面进行研磨，然而，随着半导体器件的集成化，对各个工艺的精准控制变得至关重要。在半导体元器件制造过程中，在整片晶圆经过CMP研磨之后，经常出现晶圆中心区域与边缘区域厚度不均匀(non-uniformity)的现象，而在晶圆边缘存在研磨残留物，若该研磨残留物不被去除又会进一步污染研磨装置，因此，需要对晶圆的边缘再次进行研磨以去除该残留物，而现有的CMP装置无法单独去除晶圆边缘的研磨残留物。例如在GST CMP工艺中，GST合金是IV-V-VI三元化合物，是应用于相变存储器(PCM)非常有前途的材料，由于CMP通常存在研磨不均匀的问题，因此在CMP之后，边缘较易产生GST残留物，如图3所示。晶圆边缘105的GST残留物107将会导致GST薄膜产生剥离现象，并污染后续工艺装置，致GST CMP工艺缺陷率提高。若采用图1中所示的用于研磨整个晶圆的CMP装置来解决上述问题，虽然可以去除晶圆边缘的研磨残留物，但是会在晶圆中心区域出现过度研磨的现象。

另外，在其它工艺中，对晶圆边缘区域的控制经常比中心区域的控制复杂。例如，薄膜的淀积工艺中，边缘区域的薄膜粘着性差，因此，该区域的薄膜如果不去除，容易在后续工艺中出现剥落现象，因而，需要对晶圆边缘的薄膜进行单独去除。若采用现有的CMP装置来解决上述问题，会将整个晶圆的薄膜去除。

如公开号为US2011/0171882A1的美国专利申请揭示了一种化学机械研磨装置，包括研磨支撑装置，用以当研磨晶圆时支撑研磨头，并保持与研磨台处于水平位置，根据研磨程度实时改变研磨支撑装置的支撑高度，来改善半导体晶圆中心区与边缘区的研磨均匀性。上述方法通过对研磨装置进行改进来解决现有技术存在的晶圆中心区与边缘区的研磨不均匀的问题，然而，研磨装置是相对比较精密的加工装置，对研磨装置的改进意味着提高生产成本。

因此，在不对现有研磨装置做复杂修改的基础上提供一种新的研磨垫及采用该研磨垫的研磨装置来解决上述问题实属必要。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种研磨垫及采用该研磨垫的研磨装置，用于解决现有技术中无法单独对晶圆边缘进行研磨而不对晶圆中间部分产生不良影响，或者需要对研磨装置进行复杂改进，导致生产成本提高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种研磨垫，至少包括：主研磨区及均匀环设于所述主研磨区周围的至少两个边缘研磨区；所述主研磨区与各边缘研磨区之间通过一圆环形沟槽隔离；相邻边缘研磨区之间具有间隙。

可选地，所述圆环形沟槽的宽度范围是0.5～2cm；所述间隙的宽度范围是0.5～2cm。

可选地，所述边缘研磨区的数量为2～20个。

可选地，所述边缘研磨区为圆弧形长条状，所述边缘研磨区的径向宽度小于或等于2cm。

可选地，所述研磨垫为单层、双层或多层结构。

可选地，所述研磨垫自上而下依次包括研磨层、次研磨层及粘附层。

本实用新型还提供一种采用上述研磨垫的研磨装置，包括研磨平台、设置于所述研磨平台上方的研磨头及用于向所述主研磨区供应液体的第一研磨液供应装置；所述研磨垫铺设于所述研磨平台表面；所述研磨装置还包括用于向所述边缘研磨区供应液体的第二研磨液供应装置。

可选地，所述第一研磨液供应装置及第二研磨液供应装置均包括去离子水供应管道及研磨液供应管道。

可选地，所述第一研磨液供应装置及第二研磨液供应装置分别为独立的研磨液供应系统。

可选地，所述第一研磨液供应装置及第二研磨液供应装置为同一研磨液供应系统的两个分支。

如上所述，本实用新型的研磨垫及采用该研磨垫的研磨装置，具有以下有益效果：1)研磨垫分为主研磨区及边缘研磨区，既可以对晶圆整体部分进行研磨，也可以单独对晶圆边缘部分进行研磨，从而提高研磨均匀性，解决晶圆边缘的残留物问题，提高生产良率；2)主研磨区与边缘研磨区的圆环形沟槽可以在单独研磨晶圆边缘部分时隔离研磨液，防止研磨液进入主研磨区造成晶圆中间部分过度研磨；3)相邻边缘研磨区之间的间隙可以排出废研磨液，防止大颗粒持续停留于研磨面上造成晶圆划伤；4)所述研磨装置具有第一研磨液供应装置及第二研磨液供应装置，在单独对晶圆边缘进行研磨时，第二研磨液体供应装置向边缘研磨区供应研磨液，而第一研磨液体供应装置可向主研磨区供应去离子水，进一步防止研磨液进入主研磨区并保护晶圆中间部分不被损伤；5)所述研磨垫具有多个边缘研磨区，当其中一个边缘研磨区到达其使用寿命时，可以采用另外一个边缘研磨区；6)本实用新型仅对研磨装置的研磨垫进行简单修改即可实现单独对晶圆边缘部分进行研磨，可以大大节约成本。

附图说明

图1显示为现有技术中的研磨装置的结构示意图。

图2显示为现有技术中晶圆在研磨装置上研磨的俯视图。

图3显示为现有技术中晶圆边缘具有GST残留物的示意图。

图4显示为本实用新型的研磨垫的俯视示意图。

图5显示为本实用新型的研磨垫安装前的剖视示意图。

图6显示为本实用新型的研磨垫初步安装于研磨平台上的示意图。

图7显示为本实用新型的研磨垫安装完成时的示意图。

图8显示为本实用新型的研磨装置的结构示意图。

图9显示为本实用新型中晶圆在研磨垫上第一位置及第二位置的俯视示意图。

图10显示为本实用新型的研磨装置分别对整片晶圆及晶圆边缘部分进行研磨的方法流程图。

图11显示为本实用新型的研磨装置进队晶圆边缘部分进行研磨的方法流程图。

元件标号说明

101         研磨垫

102，205    研磨平台

103，206    研磨头

104         研磨液供应结构

105，209    晶圆

106         研磨液

107         GST残留

201         主研磨区

202         边缘研磨区

203         圆环形沟槽

204         间隙

207         第一研磨液供应装置

208         第二研磨液供应装置

301         研磨层

302         次研磨层

303         粘附层

304         保护膜

305         切割线

W₁          圆环形沟槽的宽度

W₂          间隙的宽度

W₃          边缘研磨区的径向宽度

S1～S3      步骤

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图4至图11。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

实施例一

请参阅图4，本实用新型提供一种研磨垫，至少包括：主研磨区201及均匀环设于所述主研磨区201周围的至少两个边缘研磨区202；所述主研磨区201与各边缘研磨区202之间通过一圆环形沟槽203隔离；相邻边缘研磨区202之间具有间隙204。所述主研磨区201用于研磨整片晶圆，所述边缘研磨区202用于单独对晶圆边缘进行研磨。

具体的，圆环形沟槽的宽度W₁的范围是0.5～2cm，所述圆环形沟槽203的作用是将各边缘研磨区202与所述主研磨区201彻底隔离，防止单独研磨晶圆边缘时研磨液进入所述主研磨区201对晶圆中间部分产生损伤。

所述间隙的宽度W₂的范围是0.5～2cm，所述间隙204的作用是在研磨过程中将废弃的研磨液排出，防止颗粒持续停留于研磨面上造成晶圆划伤。

具体的，所述边缘研磨区202为圆弧形长条状，边缘研磨区的径向宽度W₃小于或等于2cm。所述边缘研磨区202的数量为至少两个，优选为2～20个，作为示例，图4中显示了边缘研磨区202的数量为12个的情形。

需要指出的是，上述对于圆环形沟槽的宽度W₁、所述间隙的宽度W₂及边缘研磨区的径向宽度W₃的限定仅为优选方案，实际情况中，可以根据具体的应用条件对上述各参数进行调整，如不同工艺或不同材料产生的晶圆边缘问题不同，边缘问题去区域的面积大小也不同，因此可根据具体情况进行具体调整，此处不应过分限制本实用新型的保护范围。

具体的，所述研磨垫可以为单层、双层或多层结构。作为示例，所述研磨垫为三层结构，如图5所示，所述研磨垫自上而下依次包括研磨层301、次研磨层302及粘附层303。

所述研磨垫可通过所述粘附层303以黏着方式安装于研磨系统的研磨平台表面。当所述研磨垫未安装时，其粘附层303表面通过一保护膜304保护。

所述研磨垫可通过对一整块研磨板进行切割得到，将一整块研磨板分为主研磨区、边缘研磨区、圆环形沟槽区及间隙区。如图5所示，显示了切割道305。当所述研磨垫未安装时，所述圆环形沟槽区及间隙区多余的研磨垫材料仍保留，使得研磨垫从外观上保持整体，便于在安装时将研磨垫整体粘附到研磨平台上，防止主研磨区及各边缘研磨区的相对位置被打乱。

安装研磨垫时，首先去除所述粘附层303表面的保护膜304，然后将所述粘附层303放置于研磨平台205表面，使得研磨垫初步安装于所述研磨平台205上，如图6所示。然后请参阅图7，将切割线305之间多余的研磨垫材料去除，从而研磨垫安装完成，主研磨区201、边缘研磨区202及圆环形沟槽203保持设计时的相对位置。

以上部分详细描述了本实用新型的研磨垫的结构及安装方法，为了图示的方便，以下各图中，所述研磨垫均以一层表示。

本实用新型的研磨垫分为主研磨区及边缘研磨区，既可以对晶圆整体部分进行研磨，也可以单独对晶圆边缘部分进行研磨，从而提高研磨均匀性，解决晶圆边缘的残留物问题，提高生产良率。

实施例二

请参阅图8，本实用新型还提供一种采用上述研磨垫的研磨装置，包括研磨平台205、设置于所述研磨平台205上方的研磨头206及用于向所述主研磨区201供应液体的第一研磨液供应装置207；所述研磨垫铺设于所述研磨平台205表面；所述研磨装置还包括用于向所述边缘研磨区202供应液体的第二研磨液供应装置208。使用时，晶圆209附着于所述研磨头206上。

具体的，所述第一研磨液供应装置207及第二研磨液供应装置208均包括去离子水供应管道及研磨液供应管道，用于根据研磨过程需求供应研磨液或去离子水。所述第一研磨液供应装置207及第二研磨液供应装置208可以分别为独立的研磨液供应系统，也可以为同一研磨液供应系统的两个分支。

如图8所示，当需要对晶圆进行整体研磨时，所述研磨头206处于第一位置(图8中实线所绘研磨头206所在位置)，晶圆209的待研磨面与所述主研磨区201接触，所述第一研磨液供应装置207向所述主研磨区201供应研磨液，所述第二研磨液供应装置208停止工作。当仅需要对晶圆边缘进行研磨时，所述研磨头206处于第二位置(图8中虚线所绘研磨头206所在位置)，使得晶圆边缘与所述边缘研磨区202接触，所述第一研磨液供应装置207向所述主研磨区201供应去离子水，所述第二研磨液供应装置208向晶圆边缘所在的边缘研磨区202供应研磨液。图9显示了晶圆209在研磨垫上第一位置(实线)及第二位置(虚线)的俯视示意图，图中箭头显示了晶圆从第一位置移动到第二位置的移动路径。所述第二研磨液供应装置208仅对边缘研磨区202供应液体，所述圆环形沟槽203的存在可以防止所述第二研磨液供应装置208供应的液体进入所述主研磨区201，所述间隙204可以用于排出废弃的研磨液。

本实用新型仅对研磨装置的研磨垫进行简单修改即可实现单独对晶圆边缘部分进行研磨，可以大大节约成本。本实用新型的研磨装置可以先研磨整个晶圆表面，再单独研磨晶圆边缘；也可以先单独研磨晶圆边缘，再研磨整个晶圆表面；还可以仅对晶圆边缘进行研磨。由于研磨垫具有多个边缘研磨区，当其中一个边缘研磨区到达其使用寿命时，可以采用另外一个边缘研磨区，通过调整研磨头位置即可实现。

实施例三

为了使晶圆中间及晶圆边缘研磨均匀，本实施例详细说明了采用本实用新型的研磨垫及研磨装置对晶圆整体及晶圆边缘分步进行研磨的方法。请参阅图10，显示为该方法的工艺流程图，至少包括以下步骤：

步骤S1：研磨头移动到第一位置，整片晶圆通过第一研磨液供应装置提供的研磨液在主研磨区研磨，研磨过程中，研磨平台及研磨头均旋转。

具体的，本步骤用于对晶圆整个表面进行研磨，所述研磨液中包含平坦化所需的化学试剂和研磨颗粒。研磨过程中，所述研磨平台及研磨头均旋转，可以提高研磨均匀程度。

步骤S2：通过第一研磨液供应装置及第二研磨液供应装置提供的高压去离子水去除主研磨区及边缘研磨区的研磨液，该过程中，研磨头停止旋转，研磨平台继续旋转。

具体的，本步骤用于清洗整体研磨后的晶圆表面，所述研磨平台继续旋转使液体均匀分布并甩掉清洗过的废弃液体。

步骤S3：研磨头移动到第二位置，晶圆边缘通过第二研磨液供应装置提供的研磨液在边缘研磨区研磨，研磨过程中，研磨平台停止旋转，研磨头旋转，同时，主研磨区通过第一研磨液供应装置提供的去离子水进行冲洗。

具体的，本步骤用于进一步单独研磨晶圆边缘。该过程中，研磨平台停止旋转，仅研磨头旋转，原因是待研磨的晶圆边缘范围相对较小，若研磨头与研磨平台同时旋转，将无法精确控制待研磨的晶圆边缘仅位于边缘研磨区。且研磨平台停止旋转，可以使得晶圆边缘仅在一个边缘研磨区上研磨，当使用多次后，该边缘研磨区使用寿命到达，可使用另外一个边缘研磨区。

具体的，所述第二研磨液供应装置仅对边缘研磨区供应研磨液，所述圆环形沟槽可以防止所述第二研磨液供应装置供应的液体进入所述主研磨区对晶圆中间部分产生损伤，且所述间隙可以排除废弃的研磨液。且在所述第二研磨液供应装置对边缘研磨区供应研磨液时，所述第一研磨液供应装置对主研磨区供应去离子水，起到润滑的作用，进一步防止晶圆中间部分被研磨，从而避免了晶圆中间过度研磨的问题。

本实施例通过首先对晶圆整体进行研磨，然后单独对晶圆边缘进行研磨，从而解决了晶圆中心区域与边缘区域厚度不均匀的现象。

实施例四

对于由于其他工艺所导致的晶圆边缘薄膜粘附性差，需要进行单独去除的情况，本实施例详细说明了采用本实用新型的研磨垫及研磨装置单独对晶圆边缘进行研磨的方法。请参阅图11，显示为该方法的工艺流程图，至少包括以下步骤：

步骤S1：研磨头移动到第二位置，晶圆边缘通过第二研磨液供应装置提供的研磨液在边缘研磨区研磨，研磨过程中，研磨平台停止旋转，研磨头旋转，同时，主研磨区通过第一研磨液供应装置提供的去离子水进行冲洗；

具体的，本步骤用于单独研磨晶圆边缘。该过程中，研磨平台停止旋转，仅研磨头旋转，原因是待研磨的晶圆边缘范围相对较小，若研磨头与研磨平台同时旋转，将无法精确控制待研磨的晶圆边缘仅位于边缘研磨区。且研磨平台停止旋转，可以使得晶圆边缘仅在一个边缘研磨区上研磨，当使用多次后，该边缘研磨区使用寿命到达，可使用另外一个边缘研磨区。

步骤S2：通过第二研磨液供应装置提供的去离子水冲洗边缘研磨区以去除研磨液。

具体的，本步骤用于清洗整体研磨后的晶圆边缘，清洗过的废弃液体通过所述间隙排出。

本实施例通过首先单独对晶圆边缘进行研磨，从而实现单独去除晶圆边缘薄膜的目的，解决晶圆边缘的残留物问题，并保护晶圆中心部分不被损坏。

综上所述，本实用新型的研磨垫及采用该研磨垫的研磨装置，具有以下有益效果：1)研磨垫分为主研磨区及边缘研磨区，既可以对晶圆整体部分进行研磨，也可以单独对晶圆边缘部分进行研磨，从而提高研磨均匀性，解决晶圆边缘的残留物问题，提高生产良率；2)主研磨区与边缘研磨区的圆环形沟槽可以在单独研磨晶圆边缘部分时隔离研磨液，防止研磨液进入主研磨区造成晶圆中间部分过度研磨；3)相邻边缘研磨区之间的间隙可以排出废研磨液，防止大颗粒持续停留于研磨面上造成晶圆划伤；4)所述研磨装置具有第一研磨液供应装置及第二研磨液供应装置，在单独对晶圆边缘进行研磨时，第二研磨液体供应装置向边缘研磨区供应研磨液，而第一研磨液体供应装置可向主研磨区供应去离子水，进一步防止研磨液进入主研磨区并保护晶圆中间部分不被损伤；5)所述研磨垫具有多个边缘研磨区，当其中一个边缘研磨区到达其使用寿命时，可以采用另外一个边缘研磨区；6)本实用新型仅对研磨装置的研磨垫进行简单修改即可实现单独对晶圆边缘部分进行研磨，可以大大节约成本。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种研磨垫，其特征在于，至少包括：主研磨区及均匀环设于所述主研磨区周围的至少两个边缘研磨区；所述主研磨区与各边缘研磨区之间通过一圆环形沟槽隔离；相邻边缘研磨区之间具有间隙。

2.根据权利要求1所述的研磨垫，其特征在于：所述圆环形沟槽的宽度范围是0.5～2cm；所述间隙的宽度范围是0.5～2cm。

3.根据权利要求1所述的研磨垫，其特征在于：所述边缘研磨区的数量为2～20个。

4.根据权利要求1所述的研磨垫，其特征在于：所述边缘研磨区为圆弧形长条状，所述边缘研磨区的径向宽度小于或等于2cm。

5.根据权利要求1所述的研磨垫，其特征在于：所述研磨垫为单层、双层或多层结构。

6.根据权利要求1所述的研磨垫，其特征在于：所述研磨垫自上而下依次包括研磨层、次研磨层及粘附层。

7.一种采用如权利要求1～6任意一项所述研磨垫的研磨装置，包括研磨平台、设置于所述研磨平台上方的研磨头及用于向所述主研磨区供应液体的第一研磨液供应装置；所述研磨垫铺设于所述研磨平台表面；其特征在于：所述研磨装置还包括用于向所述边缘研磨区供应液体的第二研磨液供应装置。

8.根据权利要求7所述的研磨装置，其特征在于：所述第一研磨液供应装置及第二研磨液供应装置均包括去离子水供应管道及研磨液供应管道。

9.根据权利要求7所述的研磨装置，其特征在于：所述第一研磨液供应装置及第二研磨液供应装置分别为独立的研磨液供应系统。

10.根据权利要求7所述的研磨装置，其特征在于：所述第一研磨液供应装置及第二研磨液供应装置为同一研磨液供应系统的两个分支。