CN219945749U - 一种处理导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种处理导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，包括电源；抛光台，有导电性，和电源连接；抛光垫，至少包括可与导电型晶圆衬底的一抛光面相贴合的作用层，作用层由绝缘材质制成，具有孔洞，该孔洞内置有导电化学液；抛光头，具有导电性，并和电源连接，其下表面可与导电型晶圆衬底相贴合；电源、抛光台、化学液、导电型晶圆衬底、抛光头形成通电回路，导电型晶圆衬底的抛光面形成电化学反应层；抛光头带动导电型晶圆衬底相对抛光垫移动，实现对电化学反应层的化学机械抛光。本实用新型引入晶圆衬底表面电化学反应，衬底材料去除率、抛光/平坦化速度提高，设备运营成本降低。

Description

一种处理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

本实用新型属于半导体集成电路芯片制造领域，尤其是涉及一种处理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。

电路架构设计是电化学机械抛光、平坦化设备的关键。目前市场上尚无适合大规模量产的电化学机械抛光、平坦化设备。既有电化学机械抛光、平坦化设备/装置可以大致归为两类。第一类沿用常规化学机械抛光、平坦化设备基本设计：抛光台水平放置，并可周向旋转；抛光垫放置于抛光台上表面，抛光垫的下表面与抛光台顶面相贴合，供液臂输送抛光液于抛光垫上表面；抛光台/抛光垫上方是晶圆衬底载头(抛光头)，抛光头下方是晶圆衬底，抛光面(正面)朝下放置，抛光头向晶圆衬底背面加压，在抛光垫上对晶圆衬底正表面或进行抛光或平坦化处理。在常规化学机械抛光、平坦化设备设计的基础上，第一类电化学机械抛光、平坦化设备通过改变抛光台和抛光垫设计实现通过导电晶圆衬底表面的电路架构：一个导电的抛光台和第一电极相连，抛光台上贴附的抛光垫本身是由绝缘材质制成，但是设计有贯穿厚度方向的孔洞，抛光垫浸润时孔洞内充满化学液。同时，绝缘材质的抛光垫上表面另外安装有多个导电接触头，通常是金属导体材质，并同抛光垫旋转。多个导电接触头相互连接后最终和第二电极相连。在第一类电化学机械抛光、平坦化设备运行时，晶圆衬底载头(抛光头)向晶背加压，晶圆衬底正表面和抛光垫贴合，抛光垫孔洞内的化学液和抛光垫上表面的导电接触头分别和导电晶圆衬底正表面实现电接触，可以完成第一电极-导电抛光台-抛光垫孔洞中的导电化学液-导电晶圆衬底正表面-抛光垫上表面的导电接触头-第二电极的通电回路。第一类电化学机械抛光、平坦化设备设计适用于导电型晶圆衬底的抛光，也适用于表面层导电晶圆衬底的平坦化工艺。其设计的最大难点是抛光垫上表面导电接触头的设计和材料选择。由于抛光台和抛光头分别独立旋转，同时抛光头向晶背加压，经常碰到的问题包括导电接触头材料表面的化学稳定性及其和晶圆衬底之间电接触的可靠性，导电接触头引起的晶圆衬底表面刮伤、颗粒污染和金属污染，导电接触头材料自身的磨损以及抛光垫的成本、使用寿命等。

第二类电化学机械抛光装置基于常规机械减薄、表面抛光系统设计：晶圆衬底在抛光台朝上水平放置，抛光台/晶圆衬底上方是抛光头，抛光头下方粘接有抛光垫，抛光垫没有也无须有贯穿厚度方向的孔洞。抛光头/抛光垫旋转，同时向晶圆衬底正面加压，对晶圆衬底进行减薄或表面抛光处理。在第二类电化学机械抛光装置中，导电晶圆衬底通过导电抛光台和第一电极相连。同时，抛光台，晶圆衬底和抛光头下部均浸没在导电化学液里，可以通过一个同样浸没在导电化学液里的通电电极和第二电极连接。通过这样的设计可以在第一电极-导电抛光台-导电晶圆衬底-导电化学液-通电电极-第二电极之间形成一个通电回路。在第二类电化学机械抛光装置中，晶圆衬底完全浸没在导电化学液里，导电化学液通常需要一定深度以放置通电电极，很难快速、有效地去除晶圆衬底表面电化学抛光产生的副产物，晶圆衬底的快速装卸也是一个挑战。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种新的电化学机械抛光及平坦化设备设计，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。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种处理导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，包括：

电源；

抛光台，和电源连接，并具有导电性；

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一抛光面相贴合的作用层，该作用层由绝缘材质制成，作用层具有贯穿其厚度方向的孔洞，该孔洞内容置有具有导电性的化学液；

抛光头，和电源连接，并具有导电性，其下表面可与导电型晶圆衬底相贴合；

所述电源、抛光台、化学液、导电型晶圆衬底、抛光头形成通电回路，以在导电型晶圆衬底表面形成电化学反应层；

所述抛光头可带动导电型晶圆衬底相对抛光垫移动，以实现对电化学反应层的化学机械抛光。

进一步的，所述抛光台可绕着自身的轴心旋转；所述抛光头可绕着自身的轴心旋转，且可相对抛光台移动。

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5-70％。

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，在导电型晶圆衬底的抛光面形成电化学反应层步骤和对电化学反应层进行化学机械抛光步骤同步进行；或者，在导电型晶圆衬底的抛光面形成电化学反应层步骤和对电化学反应层进行化学机械抛光步骤先后进行。

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质。

进一步的，所述抛光上盘有一镀铂层。

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，所述抛光台有加热功能。

进一步的，所述抛光台连接温控装置。

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，所述化学液供应系统带有流量控制单元，以用于调节化学液的输出量；或者带有温度控制单元，以用于调节化学液的输出温度；或者带有浓度控制单元，以用于调节化学液的输出浓度。

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，在导电型晶圆衬底的抛光面形成电化学反应层时，晶圆衬底的抛光头所连接的是电源正极，抛光台所连接的是电源负极。

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。

进一步的，所述抛光台放置抛光垫外沿或所述抛光垫的外边缘形成挡边，其相对抛光垫上表面的高度为H≤3mm。

进一步的，所述孔洞的直径大于等于3mm。

进一步的，所述孔洞为圆形或为矩形或为正六边形或为星型，其呈阵列分布，或呈同心圆分布。

本实用新型涉及一种全新的电化学机械抛光、平坦化设备的电路架构设计。和第一类电化学机械抛光、平坦化设备类似，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。和第一类电化学机械抛光、平坦化设备不同，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。

本实用新型的有益效果包括，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)和第一类既有电化学机械抛光设备相比，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)和第二类既有电化学机械抛光装置相比，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。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型中作用层的俯视图。

图3为本实用新型中抛光垫的剖视图，此时抛光垫为单层结构。

图4为本实用新型中抛光垫的剖视图，此时抛光垫为双层结构，下层为绝缘层。

图5为本实用新型中抛光垫的剖视图，此时抛光垫为双层结构，下层为导电层。

图6为本实用新型中抛光垫的剖视图，其外圈带有挡边，且挡边为同质材料。

图7为本实用新型中抛光垫的剖视图，其外圈带有挡边，且挡边为异质材料。

图8为本实用新型中抛光头的剖视图。

图9为本实用新型中轻质金属板的俯视图。

图10为本实用新型中轻质金属板的剖视图。

图11为本实用新型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实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

一种处理导电型晶圆衬底的电化学机械抛光及平坦化设备，包括电源1，与电源1第一电极连接、具有导电性的抛光台2，设置在抛光台2上表面的抛光垫3，及与电源1第二电极连接、具有导电性的抛光头6。

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。

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。

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。

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，其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，在作用层31的非孔洞区域进行化学机械抛光。

上述导电型晶圆衬底5的抛光面在作用层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。

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实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (28)

1.一种处理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：

电源；

抛光台，和电源连接，并具有导电性；

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一抛光面相贴合的作用层，该作用层由绝缘材质制成，作用层具有贯穿其厚度方向的孔洞，该孔洞内容置有具有导电性的化学液；

抛光头，和电源连接，并具有导电性，其下表面可与导电型晶圆衬底相贴合；

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

所述抛光头可带动导电型晶圆衬底相对抛光垫移动，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所述的处理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：所述抛光台可绕着抛光台轴心旋转；所述抛光头可绕着抛光头轴心旋转，且可相对抛光台移动。

3.根据权利要求1或2所述的处理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。

4.根据权利要求3所述的处理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5-70％。

5.根据权利要求3所述的处理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％。

6.根据权利要求1所述的处理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。

7.根据权利要求1所述的处理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。

8.根据权利要求1所述的处理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。

9.根据权利要求8所述的处理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。

10.根据权利要求8所述的处理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。

11.根据权利要求8所述的处理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。

12.根据权利要求11所述的处理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。

13.根据权利要求8所述的处理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。

14.根据权利要求1所述的处理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。

15.根据权利要求14所述的处理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。

16.根据权利要求15所述的处理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。

17.根据权利要求15所述的处理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。

18.根据权利要求1所述的处理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：所述抛光台有加热功能。

19.根据权利要求18所述的处理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：所述抛光台连接温控装置。

20.根据权利要求1所述的处理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。

21.根据权利要求14所述的处理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。

22.根据权利要求20或21所述的处理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：所述化学液供应系统带有流量控制单元，以用于调节化学液的输出量；或者带有温度控制单元，以用于调节化学液的输出温度；或者带有浓度控制单元，以用于调节化学液的输出浓度。

23.根据权利要求1所述的处理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。

24.根据权利要求1所述的处理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：在导电型晶圆衬底的抛光面形成电化学反应层时，晶圆衬底的抛光头所连接的是电源正极，抛光台所连接的是电源负极。

25.根据权利要求1所述的处理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。

26.根据权利要求1所述的处理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：所述抛光台放置抛光垫外沿或所述抛光垫的外边缘形成挡边，其相对抛光垫上表面的高度为H≤3mm。

27.根据权利要求1所述的处理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。

28.根据权利要求1所述的处理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：所述孔洞为圆形或为矩形或为正六边形或为星型，其呈阵列分布，或呈同心圆分布。