CN214519536U - 一种抛光垫及化学机械抛光装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种抛光垫及化学机械抛光装置，所述抛光垫应用于化学机械抛光装置中，所述抛光垫用于对待处理晶圆进行抛光，所述抛光垫包括：第一部分和围绕所述第一部分的第二部分，所述第一部分为所述抛光垫的中心部分，所述第二部分为所述抛光垫的边缘部分；其中，所述第二部分包括面向所述待处理晶圆的第一表面区域，所述第二部分具有与所述第一部分相接的内侧和远离所述第一部分的外侧，所述第二部分在内侧的厚度大于所述第二部分在外侧的厚度。

Description

一种抛光垫及化学机械抛光装置

技术领域

本申请实施例涉及半导体制造领域，尤其涉及一种抛光垫及化学机械抛光装置。

背景技术

随着集成电路特征尺寸持续微缩，晶圆表面质量要求愈加苛刻，因而集成电路器件制造过程对缺陷尺寸和数量的控制越来越严格。化学机械抛光是集成电路器件制造工艺中非常重要的一个环节。抛光过程是利用晶圆承载头将晶圆压于抛光垫表面，依靠晶圆和抛光垫之间的相对运动并借助抛光浆料中的磨粒实现晶圆表面的平坦化。

然而，在进行化学机械抛光后，晶圆边缘的抛光效果通常不佳。而这通常都是由于抛光浆料容易在晶圆边缘处聚集而导致的。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例为解决现有技术中存在的至少一个问题而提供一种抛光垫及化学机械抛光装置。

为达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种抛光垫，所述抛光垫应用于化学机械抛光装置中，所述抛光垫用于对待处理晶圆进行抛光，所述抛光垫包括：

第一部分和围绕所述第一部分的第二部分，所述第一部分为所述抛光垫的中心部分，所述第二部分为所述抛光垫的边缘部分；其中，

所述第二部分包括面向所述待处理晶圆的第一表面区域，所述第二部分具有与所述第一部分相接的内侧和远离所述第一部分的外侧，所述第二部分在内侧的厚度大于所述第二部分在外侧的厚度。

在一种可选的实施方式中，所述第二部分的厚度沿内侧到外侧的方向减小。

在一种可选的实施方式中，所述第一部分具有第一厚度；

所述第二部分的厚度小于或等于所述第一厚度。

在一种可选的实施方式中，所述第一表面区域为一圆环形区域，所述第一表面区域的环宽为4cm-6cm。

在一种可选的实施方式中，所述第一表面区域所在的平面和所述第一部分面向所述待处理晶圆的第二表面区域所在的平面在所述第一部分和所述第二部分交界处的夹角大于5度。

在一种可选的实施方式中，所述第一部分包括面向所述待处理晶圆第二表面区域，所述第二表面区域的中心为所述抛光垫的中心。

在一种可选的实施方式中，所述第一表面区域为一圆环形区域，所述第二表面区域为一圆形区域；

所述第二表面区域的半径与所述第一表面区域的环宽的比值大于5。

在一种可选的实施方式中，所述第一表面区域上具有凹槽图案，所述凹槽图案包括多个凹槽，所述凹槽沿所述内侧到所述外侧的方向延伸，以使抛光浆料通过所述凹槽流出至所述抛光垫的边缘。

在一种可选的实施方式中，所述第二部分的厚度沿内侧到外侧的方向呈台阶式变化。

第二方面，本申请实施例提供一种化学机械抛光装置，其特征在于，所述装置包括：抛光台、晶圆承载头、抛光浆料供应装置以及第一方面所述的抛光垫；其中，所述抛光垫配置于所述抛光台上。

本申请实施例公开了一种抛光垫及化学机械抛光装置，所述抛光垫应用于化学机械抛光装置中，所述抛光垫用于对待处理晶圆进行抛光，所述抛光垫包括：第一部分和围绕所述第一部分的第二部分，所述第一部分为所述抛光垫的中心部分，所述第二部分为所述抛光垫的边缘部分；其中，所述第二部分包括面向所述待处理晶圆的第一表面区域，所述第二部分具有与所述第一部分相接的内侧和远离所述第一部分的外侧，所述第二部分在内侧的厚度大于所述第二部分在外侧的厚度。本申请实施例提供的抛光垫的边缘部分在外侧的厚度小于在内侧的厚度，由此利用抛光垫边缘部分的厚度落差可以及时排出抛光浆料，从而可以避免出现抛光浆料在待处理晶圆的边缘不平整处聚集的问题，进而避免了抛光浆料和待处理晶圆长时间接触而导致的过度抛光的问题。如此，在一定程度上提高了平坦化效果。

附图说明

图1为化学机械抛光装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种抛光垫的俯视图；

图3为本申请实施例提供的抛光垫的一种实施方式的剖视图；

图4为本申请实施例提供的抛光垫的另一种实施方式的剖视图；

图5为本申请实施例提供的一种化学机械抛光装置。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本申请的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。

在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了能够更加详尽地了解本申请实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本申请实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本申请实施例。

如图1所示，在抛光垫和待处理晶圆彼此接触的状态下，化学机械抛光装置可以化学地和机械地抛光形成在待处理晶圆上的材料层，例如金属层或绝缘层。在本申请实施例中，“抛光”可以被解释为表示待处理晶圆的化学和机械抛光或待处理晶圆上的材料层的化学和机械抛光。

如图1所示，在待处理晶圆边缘翘曲或者待处理晶圆边缘的厚度小于中心的厚度的情况下，由于待处理晶圆受晶圆承载头的限制，抛光浆料会在待处理晶圆边缘处聚集，从而待处理晶圆的边缘与抛光浆料长时间接触导致过度抛光，进而导致平坦化效果不佳。

为此，提出了本申请实施例的以下技术方案。

本申请实施例提供一种抛光垫，图2为本申请实施例提供的一种抛光垫的俯视图，图3为本申请实施例提供的抛光垫的一种实施方式的剖视图，需要说明的是，图3为沿图2中箭头位置的剖视图。所述抛光垫应用于化学机械抛光装置中，所述抛光垫用于对待处理晶圆进行抛光，结合图2和图3所示所示，所述抛光垫包括：第一部分100和围绕所述第一部分100的第二部分200，所述第一部分100为所述抛光垫的中心部分，所述第二部分200为所述抛光垫的边缘部分；其中，

所述第二部分200包括面向所述待处理晶圆的第一表面区域210，所述第二部分200具有与所述第一部分100相接的内侧和远离所述第一部分100的外侧，所述第二部分200在内侧的厚度大于所述第二部分200在外侧的厚度。

需要说明的是，图2中虚线用于示意出所述第二部分200的内侧，所述第二部分200的外侧即为抛光垫的外侧。所述第一表面区域210具有内周边和外周边，图2中虚线还用于示意出所述第一表面区域210的内周边，所述第一表面区域210的外周边即为抛光垫的外周边。

如图3所示，所述第二部分200在内侧的厚度大于所述第二部分200在外侧的厚度。需要说明的是，图3中示意出的第二部分的剖视形状仅为一种示意，该第二部分可以为其他具有在内侧的厚度大于在外侧厚度特性的其他形状。这里，所述第二部分200的厚度沿内侧到外侧的方向呈台阶式变化。图3仅示意出了所述第二部分具有一级台阶式的厚度变化，在实际应用时，所述第二部分可以具有多级台阶式的厚度变化。

本申请实施例提供的抛光垫的边缘部分在外侧的厚度小于在内侧的厚度，由此利用抛光垫边缘部分的厚度落差可以及时排出抛光浆料，避免出现抛光浆料在待处理晶圆上的不平整处聚集的问题，进而避免了抛光浆料和待处理晶圆长时间接触而导致的过度抛光的问题。并且，在待处理晶圆边缘翘曲的情况下，还可以利用该抛光垫的边缘部分及时排出待处理晶圆边缘的抛光浆料，避免出现抛光浆料在待处理晶圆边缘的翘曲处聚集的问题，进而避免了抛光浆料和待处理晶圆的边缘长时间接触而导致的过度抛光的问题。如此，在一定程度上提高了平坦化效果。

图4为本申请实施例提供的抛光垫的另一种实施方式的剖视图，需要说明的是，图4为沿图2中箭头位置的剖视图。如图4所示，所述第二部分200的厚度沿内侧到外周边的侧逐渐减小。

本申请实施例提供的抛光垫的边缘部分的厚度沿内侧到外侧的方向减小，由此利用抛光垫边缘部分的斜面可以及时排出抛光浆料，避免出现抛光浆料在待处理晶圆上的不平整处聚集的问题，进而避免了抛光浆料和待处理晶圆长时间接触而导致的过度抛光的问题。并且，在待处理晶圆边缘翘曲的情况下，还可以利用该抛光垫的边缘部分及时排出待处理晶圆边缘的抛光浆料，避免出现抛光浆料在待处理晶圆边缘的翘曲处聚集的问题，进而避免了抛光浆料和待处理晶圆的边缘长时间接触而导致的过度抛光的问题。如此，在一定程度上提高了平坦化效果。

在本申请实施例中，所述第一部分100具有第一厚度；所述第二部分200的厚度小于或等于所述第一厚度。

在本申请实施例中，如图2所示，所述第一表面区域210为一圆环形区域，所述第一表面区域的环宽为4cm-6cm。这里，所述抛光垫的直径可以为30英寸。所述待处理晶圆的直径可以为12英寸。需要说明的是，所述抛光垫的尺寸可以根据实际需求而进行调整。

在本申请实施例中，如图4所示，所述第一表面区域210所在的平面和所述第一部分100面向所述待处理晶圆的第二表面区域110所在的平面在所述第一部分和所述第二部分交界处的夹角大于5度。这里，所述第一表面区域所在的平面和所述第二表面区域所在的平面之间的夹角可以基于待处理晶圆的边缘翘曲角度而进行调整。如此，使得待处理晶圆的边缘移动至第一表面区域时，可以及时将待处理晶圆边缘处聚集的抛光浆料排出。

在本申请实施例中，所述第一部分100包括面向所述待处理晶圆第二表面区域110，所述第二表面区域110的中心为所述抛光垫的中心。

在本申请实施例中，所述第二表面区域110的外周边与所述第一表面区域210的内周边连接。这里，也可以认为所述第二表面区域110的外周边即为所述第一表面区域210的内周边。由于所述第二部分200的厚度沿内周边到外周边的方向减小，从而沿所述第一表面区域的内周边到所述第一表面区域的外周边，形成用于抛光浆料的流出的倾斜路径。

在本申请实施例中，所述抛光垫用于对具有边缘高于中心的翘曲变形的待处理晶圆进行抛光。

需要说明的是，在集成电路的制造过程中，要使用许多沉积技术沉积导电、半导体和介电材料薄层，需要将多层导电、半导体和介电材料沉积到晶圆表面上，随着各材料层的沉积和刻蚀以及晶圆本身的翘曲问题，会使得晶圆变得不平坦。而这种不平坦就体现在晶圆的中心和晶圆的边缘不处于同一水平面，从而呈现如图1所示的状态。而针对这种具有边缘高于中心的翘曲变形的待处理晶圆进行化学机械抛光抛光时，受晶圆承载头的限制，抛光浆料可能会在待处理晶圆边缘处聚集，从而待处理晶圆的边缘与抛光浆料长时间接触导致过度抛光，进而加剧了待处理晶圆边缘与中心的不平整程度。

针对上述问题，本申请实施例提供一种抛光垫，所述抛光垫具有第一部分和第二部分，而第二部分具有用于抛光浆料的流出的倾斜路径，从而在进行化学机械抛光时，所述待处理晶圆通常在所述第二表面区域110进行抛光，而当需要排出浆料时，可以将待处理晶圆向所述第一表面区域210移动，以使所述待处理晶圆的边缘移出所述第二表面区域110，从而可以使得抛光浆料从所述第一表面区域210排出，如此，可以避免出现抛光浆料在待处理晶圆边缘的翘曲处聚集以及待处理晶圆的边缘长时间接触而导致的过度抛光的问题，进而可以提高晶圆的平坦度。

在本申请实施例中，如图2所示，所述第一表面区域210为一圆环形区域，所述第二表面区域110为一圆形区域；所述第二表面区域的半径与所述第一表面区域的环宽的比值大于5。

在本申请实施例中，所述第一表面区域210上具有凹槽图案，所述凹槽图案包括多个凹槽，所述凹槽沿所述内侧到所述外侧的方向延伸，以使抛光浆料通过所述凹槽流出至所述抛光垫的边缘。这里，位于倾斜的第一表面区域上的多个凹槽可以具有导流的作用，在所述抛光垫进行旋转抛光时，抛光浆料可以通过多个凹槽流出至所述抛光垫的边缘。如此，进一步避免了出现抛光浆料在待处理晶圆上的不平整处聚集，和待处理晶圆长时间接触而导致的过度抛光的问题。

当化学机械抛光装置对待处理晶圆上的材料层进行抛光时，化学机械抛光装置可以通过将待处理晶圆的边缘移动至抛光垫的第二部分处，以控制晶圆的边缘部分上的材料层的抛光速率，并以此来改善晶圆的整个表面上的抛光均匀性，例如，当添加的抛光浆料较多时，为了防止晶圆的边缘处的抛光速率过快(抛光浆料聚集在晶圆的边缘处，和待处理晶圆长时间接触)，化学机械抛光装置10可以将待处理晶圆的边缘移动至抛光垫的第二部分处，以使晶圆的边缘处的抛光浆料得以快速排出，从而降低晶圆的边缘部分(相对于中心部分)上的材料层的抛光速率。因此，使用本申请实施例提供的抛光垫可以改善晶圆的整个表面上的抛光均匀性，即，可以最小化晶圆的边缘部分与中心部分之间的抛光差异。

本申请实施例公开了一种抛光垫及化学机械抛光装置，所述抛光垫应用于化学机械抛光装置中，所述抛光垫用于对待处理晶圆进行抛光，所述抛光垫包括：第一部分和围绕所述第一部分的第二部分，所述第一部分为所述抛光垫的中心部分，所述第二部分为所述抛光垫的边缘部分；其中，所述第二部分包括面向所述待处理晶圆的第一表面区域，所述第二部分具有与所述第一部分相接的内侧和远离所述第一部分的外侧，所述第二部分在内侧的厚度大于所述第二部分在外侧的厚度。本申请实施例提供的抛光垫的边缘部分在外侧的厚度小于在内侧的厚度，由此利用抛光垫边缘部分的厚度落差可以及时排出抛光浆料，从而可以避免出现抛光浆料在待处理晶圆的边缘不平整处聚集的问题，进而避免了抛光浆料和待处理晶圆长时间接触而导致的过度抛光的问题。如此，在一定程度上提高了平坦化效果。

图5为本申请实施例提供的一种化学机械抛光装置，如图5所示，示例性地示出了一种化学机械抛光装置。所述化学机械抛光装置包括：抛光台、晶圆承载头300、抛光浆料供应装置以及上述的抛光垫400；其中，所述抛光垫400配置于所述抛光台上。

在化学机械抛光过程中，晶圆承载头300将待处理晶圆按压在抛光台表面覆盖的抛光垫400上，抛光垫400的尺寸大于待处理晶圆的尺寸，例如为晶圆尺寸的2.2倍或更大，由此保证均匀地对待处理晶圆进行抛光。晶圆承载头300做旋转运动以及沿抛光台的径向往复移动使得与抛光垫400接触的晶圆表面被逐渐抛除，同时抛光台旋转，抛光浆料供应装置向抛光垫400表面喷洒抛光液。在抛光液的化学作用下，通过晶圆承载头300与抛光台的相对运动使晶圆与抛光垫400摩擦以进行抛光。由亚微米或纳米磨粒和化学溶液组成的抛光浆料在晶圆与抛光垫400之间流动，抛光浆料在抛光垫400的传输和旋转离心力的作用下均匀分布，以在晶圆和抛光垫400之间形成一层液体薄膜，抛光浆料中的化学成分与晶圆产生化学反应，将不溶物质转化为易溶物质，然后通过磨粒的微机械摩擦将这些化学反应物从晶圆表面去除，溶入流动的抛光浆料中带走，即在化学成膜和机械去膜的交替过程中去除表面材料实现表面平坦化处理，从而达到全局平坦化的目的。

在本申请实施例中，所述抛光垫400的第二部分200(边缘部分)在内侧的厚度大于在外侧的厚度，由此利用抛光垫的第二部分200的厚度落差可以及时排出抛光浆料，避免出现抛光浆料在待处理晶圆的边缘翘曲，和待处理晶圆的边缘长时间接触而导致的过度抛光的问题。且抛光浆料的及时排出还可以减少附着至晶圆承载头300内壁上的抛光浆料，从而较少对晶圆承载头的磨损。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可以通过其他的方式实现。以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种抛光垫，其特征在于，所述抛光垫应用于化学机械抛光装置中，所述抛光垫用于对待处理晶圆进行抛光，所述抛光垫包括：

第一部分和围绕所述第一部分的第二部分，所述第一部分为所述抛光垫的中心部分，所述第二部分为所述抛光垫的边缘部分；其中，

所述第二部分包括面向所述待处理晶圆的第一表面区域，所述第二部分具有与所述第一部分相接的内侧和远离所述第一部分的外侧，所述第二部分在内侧的厚度大于所述第二部分在外侧的厚度。

2.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，

所述第二部分的厚度沿内侧到外侧的方向减小。

3.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，所述第一部分具有第一厚度；

所述第二部分的厚度小于或等于所述第一厚度。

4.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，

所述第一表面区域为一圆环形区域，所述第一表面区域的环宽为4cm-6cm。

5.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，

所述第一表面区域所在的平面和所述第一部分面向所述待处理晶圆的第二表面区域所在的平面在所述第一部分和所述第二部分交界处的夹角大于5度。

6.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，

所述第一部分包括面向所述待处理晶圆第二表面区域，所述第二表面区域的中心为所述抛光垫的中心。

7.根据权利要求5所述的抛光垫，其特征在于，所述第一表面区域为一圆环形区域，所述第二表面区域为一圆形区域；

所述第二表面区域的半径与所述第一表面区域的环宽的比值大于5。

8.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，

所述第一表面区域上具有凹槽图案，所述凹槽图案包括多个凹槽，所述凹槽沿所述内侧到所述外侧的方向延伸，以使抛光浆料通过所述凹槽流出至所述抛光垫的边缘。

9.根据权利要求1所述的抛光垫，其特征在于，

所述第二部分的厚度沿内侧到外侧的方向呈台阶式变化。

10.一种化学机械抛光装置，其特征在于，所述装置包括：抛光台、晶圆承载头、抛光浆料供应装置以及权利要求1至9任一项所述的抛光垫；其中，所述抛光垫配置于所述抛光台上。

Images