CN206357051U - 研磨盘、研磨垫调整器及研磨装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种研磨盘、研磨垫调整器及研磨装置，所述研磨盘包括：所述研磨盘包括：内研磨阻挡环；位于所述内研磨阻挡环内的研磨液输出口；位于所述内研磨阻挡环外围的研磨件；以及位于所述研磨件外围的外研磨阻挡环；其中，所述内研磨阻挡环与研磨件之间设有第一路径，所述外研磨阻挡环与研磨件之间设有第二路径，所述研磨件还包括多条连接于第一路径和第二路径之间的研磨液通道。通过本实用新型提供的研磨盘、研磨垫调整器及研磨装置，解决了现有技术中研磨速率不稳定、均匀性差等问题。

Description

研磨盘、研磨垫调整器及研磨装置

技术领域

本实用新型涉及半导体制造领域，特别是涉及一种研磨盘、研磨垫调整器及研磨装置。

背景技术

随着高科技电子消费市场的迅速发展，晶圆制造行业要求越来越高的器件密度、越来越小的线宽，随之而来，晶圆表面平坦程度的要求越来越高。化学机械研磨(ChemicalMechanical Polishing，CMP)是目前半导体制造行业最常用的晶圆表面平坦化处理方法，化学机械研磨通过化学反应过程和机械研磨过程共同作用完成平坦化处理。

如图1所示，化学机械研磨的主要设备包括：研磨垫调整器1、研磨台2、研磨垫3(Pad)、研磨液供给器4、研磨头5。研磨垫3设置于研磨台2上；研磨头5的下端装配有待研磨晶圆6，所述待研磨晶圆6与研磨垫3接触；研磨液供给器4用于提供研磨液(Slurry)至研磨垫3表面；研磨垫调整器1的下端装配有研磨盘12(Disk)，用于对研磨垫3的表面进行修整，同时提高研磨液在所述研磨垫3上分布的均匀性；研磨液以一定的速率流到研磨垫3的表面，研磨头5给待研磨晶圆6施加一定的压力，使得待研磨晶圆6的待研磨面与研磨垫3产生机械接触，在研磨过程中，研磨头5、研磨垫调整器1、研磨台2分别以一定的速度旋转，通过机械和化学作用去除待研磨晶圆6表面的薄膜，从而达到待研磨晶圆6表面平坦化的目的。通常研磨垫3的表面具有许多助于研磨的凹凸结构，因此研磨垫3的表面呈现1μm～2μm的粗糙程度。一般化学机械研磨设备在研磨数片晶圆后，研磨垫3原先凹凸不平的表面将会变得平坦，以致研磨垫3的研磨能力降低，同时研磨的均匀性也得不到保障。同时，在研磨过程中待研磨晶圆6上被研磨掉的物质会残留在研磨垫3表面，同时，研磨液中的某些研磨液副料也会残留在研磨垫3表面，这些颗粒状的杂质将使研磨特性发生改变，进而影响研磨效果，使待研磨晶圆6表面存在划痕。因此，需要时刻保持研磨垫3表面的粗糙程度一致，同时及时去除掉落在研磨垫3表面的残留物质。而研磨垫调整器1正是用于调节研磨垫3的，可使研磨垫3的表面恢复成凹凸不平的表面并保持其粗糙程度的稳定性，同时刮除研磨垫3上的残留物质，确保研磨质量。

研磨垫调整器1主要包括起支撑作用的研磨垫调整器手臂11以及用于保持研磨垫3表面粗糙度及去除研磨垫3表面残留物质的研磨盘12。如图1所示，为了能将所述研磨垫调整器1的工作范围扩大至整个研磨垫3，需要所述研磨盘12在水平方向上往返移动，研磨效率低。如图2所示，研磨盘12为一个圆盘，其表面镶嵌有高硬度磨件，正是这些高硬度磨件与研磨垫3表面的机械接触使得研磨垫3表面保持一定的粗糙度。

去除率和均匀性一直是影响产品CMP合格率的两个主要因素，而研磨液的分布及流速则是影响去除率和均匀性的主要因素。因此，在不增加成本的基础上，如何提高研磨液分布的均匀性及调整研磨液流速已成为本领域技术人员亟待解决的问题。

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盘、研磨垫调整器及研磨装置，用于解决现有技术中研磨速率不稳定、均匀性差等问题。

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盘，所述研磨盘包括：

内研磨阻挡环；

位于所述内研磨阻挡环内的研磨液输出口；

位于所述内研磨阻挡环外围的研磨件；以及

位于所述研磨件外围的外研磨阻挡环；

其中，所述内研磨阻挡环与研磨件之间设有第一路径，所述外研磨阻挡环与研磨件之间设有第二路径，所述研磨件还包括多条连接于第一路径和第二路径之间的研磨液通道。

优选地，所述研磨液通道的数量为8～10条。

优选地，所述第一路径、及第二路径均为环形结构。

优选地，所述研磨件包括基盘，以及设置于所述基盘下表面的磨件。

优选地，所述磨件为金刚石。

本实用新型还提供一种研磨垫调整器，所述研磨垫调制器包括：如上述任一项所述的研磨盘，其中，所述内研磨阻挡环连接于控制所述内研磨阻挡环升降的第一控制装置，所述第一控制装置通过第一通气管路与第一压缩空气产生装置连接；所述外研磨阻挡环连接于控制所述外研磨阻挡环升降的第二控制装置，所述第二控制装置通过第二通气管路与第二压缩空气产生装置连接，所述研磨液输出口通过研磨液管路与研磨液输入口连接。

优选地，所述第一控制装置及所述第二控制装置为具有密闭空间的中空伸缩轴，并且所述第二控制装置套设于所述第一控制装置的外侧。

优选地，所述第一控制装置、及第二控制装置为不锈钢。

本实用新型还提供一种研磨装置，所述研磨装置包括：

研磨台；

位于所述研磨台上表面的研磨垫；

位于所述研磨垫上表面、如上述任一项所述的研磨垫调整器；

位于所述研磨垫上表面的研磨头；以及

位于所述研磨头与研磨垫之间的待研磨晶圆。

如上所述，本实用新型的研磨盘、研磨垫调整器及研磨装置，具有以下有益效果：

1.通过设置第一路径、第二路径及研磨液通道，使得从研磨液输出口流出的研磨液能够均匀地分布在研磨垫上，提高研磨液分布均匀性的同时，还避免了研磨液的浪费，进一步节省了研磨液。

2.通过调整内研磨阻挡环和外研磨阻挡环的升降使研磨盘处于不同的状态，实现调整研磨速率的高低。

附图说明

图1显示为现有技术中用于化学机械研磨的研磨装置结构示意图。

图2显示为现有技术中研磨盘的结构示意图。

图3显示为本实用新型所述研磨盘的结构示意图。

图4显示为本实用新型所述研磨垫调整器的结构示意图。

图5显示为本实用新型所述的研磨装置的结构示意图。

图6显示为内研磨阻挡环升起、外研磨阻挡环未升起时流出研磨盘的研磨液分布图。

图7显示为内、外研磨阻挡环均升起时流出研磨盘的研磨液分布图。

元件标号说明

1 研磨垫调整器

11 研磨垫调整器手臂

12 研磨盘

121 内研磨阻挡环

122 研磨液输出口

123 研磨件

1231 基盘

1232 磨件

124 外研磨阻挡环

125 第一路径

126 第二路径

127 研磨液通道

13 第一控制装置

14 第一通气管路

15 第一压缩空气产生装置

16 第二控制装置

17 第二通气管路

18 第二压缩空气产生装置

19 研磨液管路

2 研磨台

3 研磨垫

4 研磨液供给器

5 研磨头

6 待研磨晶圆

7 研磨液

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员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与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图3和图7。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

如图3所示，本实施例提供一种研磨盘12，所述研磨盘12包括：

内研磨阻挡环121；

位于所述内研磨阻挡环121内的研磨液输出口122；

位于所述内研磨阻挡环121外围的研磨件123；以及

位于所述研磨件123外围的外研磨阻挡环124；

其中，所述内研磨阻挡环121与研磨件123之间设有第一路径125，所述外研磨阻挡环124与研磨件123之间设有第二路径126，所述研磨件123还包括多条连接于第一路径125和第二路径126之间的研磨液通道127。

优选地，所述第一路径125、及第二路径126均为环形结构，所述研磨液通道127的数量为8～10条。

需要说明的是，研磨液7从研磨盘12中间的研磨液输出口122流出，随后进入第一路径125，并通过多条研磨液通道127流入第二路径126，使得流入研磨垫3的研磨液7分布更均匀。

具体的，所述研磨件包括基盘1231，以及设置于所述基盘1231下表面的磨件1232。其中，所述磨件为金刚石。

实施例二

如图4所示，本实施例提供一种研磨垫调整器1，所述研磨垫调整器1包括：

如实施例一所述的研磨盘12，其中，所述内研磨阻挡环121连接于控制所述内研磨阻挡环121升降的第一控制装置13，所述第一控制装置13通过第一通气管路14与第一压缩空气产生装置15连接；所述外研磨阻挡环124连接于控制所述外研磨阻挡环124升降的第二控制装置16，所述第二控制装置16通过第二通气管路17与第二压缩空气产生装置18连接，所述研磨液输出口122通过研磨液管路19与研磨液输入口连接。

具体的，所述第一控制装置13及所述第二控制装置16为具有密闭空间的中空伸缩轴，并且所述第二控制装置16套设于所述第一控制装置13的外侧。优选地，在本实施例中，所述第一控制装置13、及第二控制装置16的材质为不锈钢。

需要说明的是，所述第一、第二压缩空气产生装置通过对内、外研磨阻挡环分别施加压力以分别控制内、外研磨阻挡环的升降，通过这种分离式升降来控制研磨液7的流速，即当所述内、外研磨阻挡环同时升起时，此时研磨液7能够以最快的流速从研磨液输出口122流出，并通过第一路径125、研磨液通道127及第二路径126均匀地进入所述研磨垫3，进而有效提高产品的研磨速率；当所述内研磨阻挡环121升起，所述外研磨阻挡环124未升起时，所述研磨液7则通过第一路径125、研磨液通道127及第二路径126充分、均匀地分布在所述研磨盘12上；当所述内研磨阻挡环121未升起，所述外研磨阻挡环124升起时，所述研磨液7以较慢的速度流入所述研磨垫3；当所述内、外阻挡环均未升起时，所述研磨液7流速最慢。

进一步需要说明的是，当所述内、外研磨阻挡环的压力为0psi时，所述内、外研磨阻挡环同时升起，此时，所述研磨盘的压力为5～5.15psi、转速为20～25rpm/min，研磨液的流速为180～200ml/min。

进一步需要说明的是，当所述内研磨阻挡环的压力为0psi，所述外研磨阻挡环的压力为5.05～5.15psi时，所述内研磨阻挡环升起，所述外研磨阻挡环未升起，此时，所述研磨盘的压力为5～5.15psi、转速为20～25rpm/min，研磨液的流速为180～200ml/min。

实施例三

如图5所示，本实施例提供一种研磨装置，所述研磨装置包括：

研磨台2；

位于所述研磨台2上表面的研磨垫3；

位于所述研磨垫3上表面、如实施例二所述的研磨垫调整器1；

位于所述研磨垫3上表面的研磨头5；以及

位于所述研磨头5与研磨垫3之间的待研磨晶圆6。

具体的，当所述内研磨阻挡环121升起，所述外研磨阻挡环124未升起时，研磨盘12中保留了大部分研磨液7，此时所述研磨盘12从A往B运动时，其研磨液7的分布如图6所示。

具体的，当所述内、外研磨阻挡环同时升起时，研磨盘12中保留了少部分研磨液7，而大部分研磨液7则从研磨盘12流出到研磨垫3，此时所述研磨盘12从A往B运动时，其研磨液7的分布如图7所示。

需要说明的是，图6及图7中所述研磨盘12仅为示意图，具体研磨盘12的结构请参阅图3和图4。

可见，由于研磨盘12上的第一路径125、研磨液通道127及第二路径126的设置，使得研磨液7能够均匀地分布在研磨盘12上及流向研磨垫3；而且当所述内、外研磨阻挡环处于不同升降状态时，研磨液的流速也不同，由此实现通过调整内、外研磨阻挡环的升降状态，实现调整研磨液的流出速率。

综上所述，本实用新型的研磨盘、研磨垫调整器及研磨装置，具有以下有益效果：

1.通过设置第一路径、第二路径及研磨液通道，使得从研磨液输出口流出的研磨液能够均匀地分布在研磨垫上，提高研磨液分布均匀性的同时，还避免了研磨液的浪费，进一步节省了研磨液。

2.通过调整内研磨阻挡环和外研磨阻挡环的升降使研磨盘处于不同的状态，实现调整研磨速率的高低。

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 (9)

1.一种研磨盘，其特征在于，所述研磨盘包括：

内研磨阻挡环；

位于所述内研磨阻挡环内的研磨液输出口；

位于所述内研磨阻挡环外围的研磨件；以及

位于所述研磨件外围的外研磨阻挡环；

其中，所述内研磨阻挡环与研磨件之间设有第一路径，所述外研磨阻挡环与研磨件之间设有第二路径，所述研磨件还包括多条连接于第一路径和第二路径之间的研磨液通道。

2.根据权利要求1所述的研磨盘，其特征在于，所述研磨液通道的数量为8～10条。

3.根据权利要求1所述的研磨盘，其特征在于，所述第一路径、及第二路径均为环形结构。

4.根据权利要求1所述的研磨盘，其特征在于，所述研磨件包括基盘，以及设置于所述基盘下表面的磨件。

5.根据权利要求4所述的研磨盘，其特征在于，所述磨件为金刚石。

6.一种研磨垫调整器，其特征在于，所述研磨垫调制器包括：如权利要求1～5任一项所述的研磨盘，其中，所述内研磨阻挡环连接于控制所述内研磨阻挡环升降的第一控制装置，所述第一控制装置通过第一通气管路与第一压缩空气产生装置连接；所述外研磨阻挡环连接于控制所述外研磨阻挡环升降的第二控制装置，所述第二控制装置通过第二通气管路与第二压缩空气产生装置连接，所述研磨液输出口通过研磨液管路与研磨液输入口连接。

7.根据权利要求6所述的研磨垫调整器，其特征在于，所述第一控制装置及所述第二控制装置为具有密闭空间的中空伸缩轴，并且所述第二控制装置套设于所述第一控制装置的外侧。

8.根据权利要求6所述的研磨垫调整器，其特征在于，所述第一控制装置、及第二控制装置为不锈钢。

9.一种研磨装置，其特征在于，所述研磨装置包括：

研磨台；

位于所述研磨台上表面的研磨垫；

位于所述研磨垫上表面、如权利要求6～8任一项所述的研磨垫调整器；

位于所述研磨垫上表面的研磨头；以及

位于所述研磨头与研磨垫之间的待研磨晶圆。