CMP机台的研磨结构

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别是指一种CMP工艺中针对CMP机台的研磨结构。

背景技术

化学机械研磨（CMP）是一种表面全局平坦化技术，它通过硅片和一个抛光头之间的相对运动来平坦化硅片表面。在抛光头和硅片之间有磨料，并同时施加下压力。

CMP工艺是半导体整个制造工艺流程中使用频率非常高的工艺，CMP工艺中，将待加工的晶圆放置于研磨垫（或称之为抛光垫）上，研磨垫则放置于CMP机台的研磨盘上。研磨盘通过研磨垫带动晶圆旋转，同时CMP机台的研磨头在晶圆工作面上进行研磨抛光。通常，研磨垫上密布凹槽，这些凹槽能够蓄涵研磨液供晶圆研磨，同时，研磨下来的颗粒碎屑等研磨副产物也能存储于凹槽内。在研磨初期，研磨垫具有足够的厚度，因此研磨垫上的凹槽的深度也足够深，能够蓄涵的研磨液较多，同时能存储较多的研磨副产物，当然此时的研磨副产物也较少，凹槽内研磨副产物积累少，晶圆不会与凹槽内的研磨混合物接触。随着研磨的进行，研磨垫被消耗，其厚度降低，凹槽的深度逐渐变小，蓄涵研磨液及研磨副产物的能力随之降低，而同时研磨副产物在增多。在研磨过程中部分研磨副产物还能结晶长大，当凹槽变浅时，凹槽内的研磨副产物有可能被甩出凹槽而对晶圆造成划伤等损害，同时，在研磨垫的寿命末期，研磨副产物的存在引起研磨垫蓄涵研磨液的能力改变，研磨速率也会大幅变化。晶圆与研磨垫的接触分布不均匀，使得产品膜厚移除速率及膜厚的形貌控制变差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种CMP机台的研磨结构，提高研磨效率，防止晶圆损伤。

为解决上述问题，本发明所述的一种CMP机台的研磨结构，包含研磨垫和研磨盘，研磨垫放置于研磨盘上，研磨盘带动研磨垫同步旋转；待加工晶圆放置于研磨垫上随之旋转；

所述研磨垫上密布有大量凹槽，所述的凹槽为间隔排布；所述的凹槽底部具有通孔，使研磨垫在凹槽处形成正反面的贯穿通道；

所述研磨盘上同样密布有大量通孔，当研磨垫放置于研磨盘上，研磨垫上的凹槽及凹槽下方的通孔能与研磨盘上的大量的通孔任意对接，形成贯穿通道；

在所述研磨盘上的大量通孔在研磨盘的底部通过总管道连接到气压调节设备。

进一步地改进是，所述的研磨盘为多孔陶瓷盘或者是多孔金属盘。

进一步地改进是，无论研磨垫的凹槽呈何种分布，满足底部通孔均匀分布在凹槽内。

进一步地改进是，所述研磨垫上的凹槽能蓄涵研磨液及研磨副产物；所述的研磨液为含有研磨颗粒的化学溶剂所形成的磨料浆。

进一步地改进是，所述的研磨垫为铸形用聚亚安酯泡沫材料和填料、聚亚安酯填充垫材料制成，具有多孔性、压缩性和硬度；所述压缩性和硬度是满足研磨垫在研磨晶圆时保证适应晶圆不平整的表面的能力。

进一步地改进是，所述气压调节设备为真空设备或者是空气压缩设备，通过压力设备使研磨盘上产生真空吸力或者形成高压气流冲击。

进一步地改进是，在研磨时，当研磨垫的凹槽由于研磨副产物的累积而导致蓄涵能力降低时，打开真空设备进行抽真空，将凹槽内的研磨副产物通过贯穿通道抽走，保证研磨垫上凹槽的蓄涵能力，提高晶圆研磨效率，同时防止研磨副产物溢出研磨垫导致的晶圆划伤；或者是，接入空气压缩设备，泵入气流，对研磨垫进行深入清洗。

进一步地改进是，当晶圆研磨结束时，通过对研磨盘及研磨垫引入气流，能使晶圆与研磨垫的研磨液迅速排出，晶圆与研磨垫之间充满空气而方便晶圆与研磨垫迅速分离，提高效率，减少对晶圆的应力。

本发明所述的CMP机台的研磨结构，通过对研磨垫和研磨盘进行改进，在研磨垫上的凹槽底部形成贯穿通孔，同时研磨盘上也密集形成贯穿通孔，当研磨垫放置于研磨盘上时能形成上下贯穿的通道，通过接入气压调节设备，能形成抽真空或者吹入高压气流的效果，及时抽走研磨垫凹槽中的研磨副产物，或者对研磨垫进行气流冲洗，保证凹槽的蓄涵能力，提高抛光垫的研磨效果，防止晶圆划伤。

附图说明

图1 是研磨垫与研磨盘在研磨初期的状态。

图2 是研磨一段时间后研磨垫磨损，以及凹槽内被研磨副产物充满的状态。

图3 是本发明研磨垫与研磨盘结合的剖面示意图。

图4 是本发明研磨垫凹槽的局部放大且透视示意图。

图5 是经纬线型研磨垫的凹槽的示意图例。

具体实施方式

本发明所述的CMP机台的研磨结构，主要针对CMP机台的研磨垫和研磨盘。所述研磨垫放置于CMP机台的研磨盘上，研磨盘带动研磨垫同步旋转；待加工晶圆放置于研磨垫上随之旋转；由此对晶圆进行平坦化或抛光。

所述研磨垫上密布有大量凹槽，所述的凹槽为间隔排布；比如，一般的研磨垫上凹槽是呈同心圆状间隔排布，或者是呈经纬线排布，如图5所示为具有经纬线排布的凹槽的研磨垫局部示意图。在所述的凹槽底部设置有通孔贯穿到研磨垫的另一面，使研磨垫在凹槽处形成正反面的贯穿通道。图5中经纬线的交叉点即形成凹槽底部的通孔。图4是研磨垫中的局部凹槽的放大示意图，在凹槽的底部形成通孔，使研磨垫的两个面之间形成贯通的通道。

研磨垫为铸形用聚亚安酯泡沫材料和填料、聚亚安酯填充垫材料制成，具有多孔性、压缩性和硬度；具有一定的压缩性和硬度是为了满足研磨垫在研磨晶圆时保证适应晶圆不平整的表面的能力，使研磨垫与晶圆之间贴附良好。

所述研磨盘一般为金属或者是陶瓷材料制成，研磨盘上密布有大量通孔，当研磨垫放置于研磨盘上，研磨垫上的凹槽及凹槽下方的通孔能与研磨盘上的大量的通孔任意对接，形成从研磨垫的晶圆接触面到研磨盘的底面的贯穿通道。如图3所示，图中上层为含有通孔的研磨垫，研磨垫下方为研磨盘，研磨盘与真空设备连接。

研磨盘上的大量通孔在研磨盘的底部汇聚并通过总管道连接到气压调节设备，比如真空设备或者是空气压缩设备，通过压力设备使研磨盘上产生真空吸力或者形成高压气流冲击。

在研磨时，在研磨垫上引入研磨液，所述的研磨液为包含有细小研磨颗粒的溶剂所形成的磨料浆，通过晶圆的高速旋转，这些细小颗粒与晶圆表面发生撞击将晶圆表面的突起物撞击下来，形成研磨效果。在研磨过程中不断被研磨下来的颗粒物形成研磨副产物。这些研磨副产物需要被及时有效地处理。

所述研磨垫上的凹槽能蓄涵研磨液及研磨副产物，在凹槽中蓄涵的研磨液在研磨时能及时有效地为晶圆表面提供足够的研磨液，提高晶圆研磨时的效率，同时研磨下来的颗粒物还能被收集于凹槽内，防止研磨下来的大颗粒物对晶圆造成二次损伤。

在研磨时，当研磨垫的凹槽由于研磨副产物的累积而导致蓄涵能力降低时，这时候会导致研磨效率降低，同时凹槽内积累的研磨副产物还可能再次溢出凹槽回到研磨垫上与晶圆接触，导致晶圆被划伤。此时可以打开真空设备进行抽真空，将凹槽内的研磨副产物通过贯穿通道抽走，保证研磨垫上凹槽的蓄涵能力，提高晶圆研磨效率，同时防止研磨副产物溢出研磨垫导致的晶圆划伤。

当研磨垫表面凹槽积累的研磨副产物过多时，可以在移除晶圆后，将研磨盘底部的管道接入空气压缩设备，泵入高压气流，对研磨盘及研磨垫进行深入清洗。

另外，在完成晶圆研磨需要将晶圆从研磨垫上移开时，配合研磨盘反向吹入适当压力的气流，可以迅速将晶圆与研磨垫之间形成分离，比传统模式大大减少对晶圆的应力，提高效率同时减少对晶圆应力的影响。因为传统模式需要等待晶圆与研磨垫、研磨盘之间研磨液排出干净、空气完全充满，消除了水的拉力之后才能顺利地分离出晶圆，浪费工时且对晶圆由应力的不利影响。

本发明所述的CMP机台的研磨结构，通过对研磨垫和研磨盘进行改进，在研磨垫上的凹槽底部形成贯穿通孔，同时研磨盘上也密集形成贯穿通孔，当研磨垫放置于研磨盘上时能形成上下贯穿的通道，通过接入气压调节设备，能形成抽真空或者吹入高压气流的效果，及时抽走研磨垫凹槽中的研磨副产物，或者对研磨垫进行气流冲洗，保证凹槽的蓄涵能力，提高抛光垫的研磨效果，防止晶圆划伤。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。