一種阻擋型化學機械研磨墊及研磨裝置的製作方法

2023-09-19 03:57:25

本發明涉及半導體技術領域，具體而言涉及一種阻擋型化學機械研磨墊及研磨裝置。

背景技術：

化學機械研磨也稱為化學機械平坦化(Chemical Mechanical Planarization，簡稱CMP)。CMP的研磨裝置包括一研磨頭，進行研磨工藝時，將要研磨的晶圓附著在研磨頭上，該晶圓的待研磨麵向下並接觸相對旋轉的研磨墊，研磨頭提供的下壓力將該晶圓緊壓到研磨墊上，研磨墊是粘貼於研磨平臺上，當該研磨平臺在馬達的帶動下旋轉時，研磨頭也進行相應運動；同時，研磨液通過研磨液供應單元輸送到研磨墊上，並通過離心力均勻地分布在研磨墊上。

化學機械研磨是作為半導體製造工藝中的關鍵工藝，其工藝質量對於器件性能的好壞起著至關重要的作用，研磨質量的好壞主要體現在以下幾方面：研磨液副產物的去除效率、研磨均勻性以及研磨劃傷等。

因此，有必要提出一種新的化學機械研磨墊，提高化學機械研磨的研磨質量。

技術實現要素：

在發明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發明的發明內容部分並不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特徵和必要技術特徵，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護範圍。

針對現有技術的不足，本發明提供一種化學機械研磨墊，包括：

研磨墊底層；

位於研磨墊底層上的研磨墊表層，其中，所述研磨墊表層中設置有以研磨墊的中心為圓心，同心地布置的多個間隔的圓環形溝槽；

以及設置在每個所述溝槽中分別靠近所述溝槽兩側側壁的多個 第一阻擋塊和多個第二阻擋塊。

進一步地，所述第一阻擋塊靠近其所在溝槽的位於研磨墊外圈的側壁，所述第二阻擋塊靠近其所述溝槽的位於研磨墊內圈的側壁。

進一步地，所述多個第一阻擋塊環繞其所在溝槽的側壁一周並間隔設置，且位於同一溝槽中的每個所述第二阻擋塊與相鄰第一阻擋塊之間的間隔對應。

進一步地，所述第一阻擋塊和所述第二阻擋塊的尺寸不同。

進一步地，所述第一阻擋塊的尺寸大於所述第二阻擋塊的尺寸。

進一步地，位於每個所述溝槽中的所述第二阻擋塊的尺寸相同。

進一步地，位於研磨墊外圈的每個溝槽中的所述第一阻擋塊的尺寸大於位於研磨墊中圈的每個溝槽中的所述第一阻擋塊的尺寸，且位於研磨墊中圈的每個溝槽中的所述第一阻擋塊的尺寸大於位於研磨墊內圈的每個溝槽中的所述第一阻擋塊的尺寸。

進一步地，相鄰所述圓環形溝槽之間的間距範圍為80～100μm，所述研磨墊表層的高度範圍為100～120μm。

進一步地，所述第一阻擋塊完全貼合其所在溝槽側壁的面為凸圓弧面，與該凸圓弧面相對的外表面為凸形曲面，且所述凸形曲面與所述凸圓弧面相交；

所述第二阻擋塊完全貼合其所在溝槽側壁的面為凹圓弧面，與該凹圓弧面相對的外表面為凸形曲面，且該凸形曲面與所述凹圓弧面相交。

進一步地，位於研磨墊外圈的所述第一阻擋塊的寬度範圍為55～60μm，高度範圍為60～65μm。

進一步地，位於研磨墊中圈的所述第一阻擋塊的寬度範圍為45～50μm，高度範圍為50～55μm。

進一步地，位於研磨墊內圈的所述第一阻擋塊的寬度範圍為35～40μm，高度範圍為40～45μm。

進一步地，每個所述第二阻擋塊的寬度範圍為25～30μm，高度範圍為30～35μm。

進一步地，位於研磨墊外圈的所述第一阻擋塊的長度範圍為150～160μm，相鄰所述第一阻擋塊之間的間距範圍為12～15mm。

進一步地，位於研磨墊外圈的所述第二阻擋塊的長度範圍為80～100μm，相鄰所述第二阻擋塊之間的間距範圍為5～8mm。

進一步地，位於研磨墊內圈的所述第一阻擋塊的長度範圍為100～120μm，相鄰所述第一阻擋塊之間的間距範圍為8～10mm。

進一步地，位於研磨墊內圈的所述第二阻擋塊的長度範圍為80～100μm，相鄰所述第二阻擋塊之間的間距範圍為5～8mm。

進一步地，所述研磨墊表層中的所述圓環形溝槽的數量範圍為25～30個，所述研磨墊的直徑範圍為50～55cm。

進一步地，所述第一阻擋塊和所述第二阻擋塊與所述研磨墊表層具有相同的材質。

本發明實施例二還提供一種研磨裝置，其包括前述的化學機械研磨墊。

綜上所述，本發明的阻擋型化學機械研磨墊具有以下優點：

1、可以提高研磨墊上的研磨液副產物的去除效率及研磨液的更新，確保晶圓研磨質量。

2、在研磨墊中間部分加深溝槽能有效提高晶圓中心區域的研磨速率，因為溝槽內研磨液存儲多。

3、比較顯著的降低微米級刮傷。

4、局部阻擋塊在局部阻擋了研磨液流速，使其不易於快速流失，達到降低生產成本的目的。

附圖說明

本發明的下列附圖在此作為本發明的一部分用於理解本發明。附圖中示出了本發明的實施例及其描述，用來解釋本發明的原理。

附圖中：

圖1示出了本發明的一實施例中的設置有圓環形溝槽的研磨墊的剖面示意圖；

圖2示出了根據本發明一實施例中的在圓環形溝槽中設置有阻擋塊的研磨墊的剖面示意圖；

圖3示出了根據本發明一實施例中的在圓環形溝槽中設置有阻擋塊的研磨墊的相關尺寸標註；

圖4示出了根據本發明一實施例中的研磨墊的俯視圖以及對應俯視圖中的相關尺寸標註。

具體實施方式

在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本發明更為徹底的理解。然而，對於本領域技術人員而言顯而易見的是，本發明可以無需一個或多個這些細節而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發明發生混淆，對於本領域公知的一些技術特徵未進行描述。

應當理解的是，本發明能夠以不同形式實施，而不應當解釋為局限於這裡提出的實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完全，並且將本發明的範圍完全地傳遞給本領域技術人員。在附圖中，為了清楚，層和區的尺寸以及相對尺寸可能被誇大。自始至終相同附圖標記表示相同的元件。

應當明白，當元件或層被稱為「在...上」、「與...相鄰」、「連接到」或「耦合到」其它元件或層時，其可以直接地在其它元件或層上、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或層，或者可以存在居間的元件或層。相反，當元件被稱為「直接在...上」、「與...直接相鄰」、「直接連接到」或「直接耦合到」其它元件或層時，則不存在居間的元件或層。應當明白，儘管可使用術語第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區、層和/或部分，這些元件、部件、區、層和/或部分不應當被這些術語限制。這些術語僅僅用來區分一個元件、部件、區、層或部分與另一個元件、部件、區、層或部分。因此，在不脫離本發明教導之下，下面討論的第一元件、部件、區、層或部分可表示為第二元件、部件、區、層或部分。

空間關係術語例如「在...下」、「在...下面」、「下面的」、「在...之下」、「在...之上」、「上面的」等，在這裡可為了方便描述而被使用從而描述圖中所示的一個元件或特徵與其它元件或特徵的關係。應當明白，除了圖中所示的取向以外，空間關係術語意圖還包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附圖中的器件翻轉，然後，描述為「在其它元件下面」或「在其之下」或「在其下」元件或特徵將取向 為在其它元件或特徵「上」。因此，示例性術語「在...下面」和「在...下」可包括上和下兩個取向。器件可以另外地取向(旋轉90度或其它取向)並且在此使用的空間描述語相應地被解釋。

在此使用的術語的目的僅在於描述具體實施例並且不作為本發明的限制。在此使用時，單數形式的「一」、「一個」和「所述/該」也意圖包括複數形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應明白朮語「組成」和/或「包括」，當在該說明書中使用時，確定所述特徵、整數、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多其它的特徵、整數、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時，術語「和/或」包括相關所列項目的任何及所有組合。

這裡參考作為本發明的理想實施例(和中間結構)的示意圖的橫截面圖來描述發明的實施例。這樣，可以預期由於例如製造技術和/或容差導致的從所示形狀的變化。因此，本發明的實施例不應當局限於在此所示的區的特定形狀，而是包括由於例如製造導致的形狀偏差。例如，顯示為矩形的注入區在其邊緣通常具有圓的或彎曲特徵和/或注入濃度梯度，而不是從注入區到非注入區的二元改變。同樣，通過注入形成的埋藏區可導致該埋藏區和注入進行時所經過的表面之間的區中的一些注入。因此，圖中顯示的區實質上是示意性的，它們的形狀並不意圖顯示器件的區的實際形狀且並不意圖限定本發明的範圍。

為了徹底理解本發明，將在下列的描述中提出詳細的結構，以便闡釋本發明提出的技術方案。本發明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發明還可以具有其他實施方式。

實施例一

下面，參照圖1至圖4來描述本發明實施例提出的研磨墊的具體結構。其中，圖1示出了本發明的一實施例中的設置有圓環形溝槽的研磨墊的剖面示意圖，圖2示出了根據本發明一實施例中的在圓環形溝槽中設置有阻擋塊的研磨墊的剖面示意圖，圖3示出了根據本發明一實施例中的在圓環形溝槽中設置有阻擋塊的研磨墊的相關尺寸標註，圖4示出了根據本發明一實施例中的研磨墊的俯視圖以及對應俯 視圖中的相關尺寸標註。

如圖1所示，根據本發明實施例的阻擋型化學機械研磨墊10包括：研磨墊底層100，位於研磨墊底層上的研磨墊表層101，其中，所述研磨墊表層101中設置有以研磨墊的中心為圓心，同心地布置的多個間隔的圓環形溝槽102。

示例性地，所述研磨墊表層101中的所述圓環形溝槽102的數量範圍為25～30個，所述研磨墊10的直徑範圍為50～55cm。上述尺寸和圓環形溝槽的數量僅是示例性地，其他合適的數值也可適用於本發明。

可選地，所述第一阻擋塊和所述第二阻擋塊與所述研磨墊表層具有相同的材質。

根據本發明實施例的阻擋型化學機械研磨墊10包括：設置在每個所述溝槽102中分別靠近所述溝槽102兩側側壁的多個第一阻擋塊103b和多個第二阻擋塊103a，如圖2所示。

在一個示例中，如圖2所示所述第一阻擋塊103b靠近其所在溝槽102的位於研磨墊10外圈的側壁，所述第二阻擋塊103a靠近其所述溝槽102的位於研磨墊10內圈的側壁。

在研磨墊溝槽內部設置有和研磨墊相同材料的阻擋塊，用以阻擋研磨液104的流動,這樣可以使得研磨液104在研磨墊上停留時間更長,有效的提高了研磨速率，及降低了研磨液104流失。

示例性地，所述第一阻擋塊103b和所述第二阻擋塊103a的尺寸不同。進一步，所述第一阻擋塊103b的尺寸大於所述第二阻擋塊103a的尺寸。進一步地，位於每個所述溝槽102中的所述第二阻擋塊103a的尺寸相同。

在所有溝槽設置的靠近其所述溝槽102的位於研磨墊10內圈的側壁的第二阻擋塊103a，可以相對減少研磨液流失。

其中，從研磨墊10的外圈到內圈第一阻擋塊103b的尺寸可越來越小。在一個示例中，如圖2所示，位於研磨墊10外圈的每個溝槽102中的所述第一阻擋塊103b的尺寸大於位於研磨墊10中圈的每個溝槽102中的所述第一阻擋塊103b的尺寸，且位於研磨墊10中圈的 每個溝槽102中的所述第一阻擋塊103b的尺寸大於位於研磨墊10內圈的每個溝槽102中的所述第一阻擋塊103b的尺寸。

值得注意的是，儘管圖2中僅示出了具有三圈溝槽102的情況，但本發明的溝槽102的數量並不僅限於此，還可以包括更多或者更少的溝槽。

研磨墊內圈和外圈溝槽中的第一阻擋塊尺寸不一可以起到以下作用：

1).外圈第一阻擋塊較內圈第一阻擋塊尺寸大，因為研磨墊在研磨過程中高速旋轉，外圈較內圈線速度大，溝槽內研磨液流動較內圈快，本發明的溝槽中阻擋塊的設計可以有使研磨墊內外圈溝槽內研磨液流動速度相當，有效地穩定了研磨速率，也提高了產品研磨均勻性。

2).所有溝槽中設置有第二阻擋塊，尺寸大小相同，可以相對減少研磨液流失。

參考圖3和圖4，對本發明實施例中的阻擋型化學機械研磨墊的相關尺寸進行說明。

如圖3所示，a1、a2、a3表示相鄰所述圓環形溝槽102之間的間距，其範圍為80～100μm，h1表示研磨墊表層101的高度，其範圍為100～120μm。

b1、b2表示位於研磨墊10外圈的所述第一阻擋塊103b的寬度，其範圍可以為55～60μm，h2表示位於研磨墊10外圈的所述第一阻擋塊103b的高度，其範圍可以為60～65μm。

c1、c2表示位於研磨墊10中圈的所述第一阻擋塊103b的寬度，其範圍為45～50μm，h3表示其高度，範圍為50～55μm。

d1、d2表示位於研磨墊10內圈的所述第一阻擋塊103b的寬度，其範圍為35～40μm，h4表示其高度，範圍為40～45μm。

另外，e1、e2、e3、e4、e5、e6表示第二阻擋塊103a的寬度，其範圍為25～30μm，h5表示第二阻擋塊103a的高度，範圍為30～35μm。

如圖4所示，w1表示位於研磨墊外圈溝槽1022中的所述第一阻擋塊103b的長度，其範圍為150～160μm，w2表示研磨墊外圈溝槽 1022中的相鄰所述第一阻擋塊之間的間距，其範圍為12～15mm。

另外，w3表示位於研磨墊外圈溝槽1022中的所述第二阻擋塊103a的長度，其範圍為80～100μm，w4表示位於研磨墊外圈溝槽1022中的相鄰所述第二阻擋塊之間的間距範圍為5～8mm。

w5表示位於研磨墊內圈溝槽1021中的所述第一阻擋塊103b的長度，其範圍為100～120μm，w6表示相鄰所述第一阻擋塊103b之間的間距，其範圍為8～10mm。

w7表示位於研磨墊內圈溝槽1021中的所述第二阻擋塊103a的長度，其範圍為80～100μm，w8表示相鄰所述第二阻擋塊之間的間距，其範圍為5～8mm。

上述尺寸僅是示例性地，其他合適的尺寸也可適用於本發明的研磨墊。

值得注意的是，在設置每個溝槽中的第一阻擋塊時，相鄰第一阻擋塊之間的間距可以均相等，也可不等，同理，在設置每個溝槽中的第二阻擋塊時，相鄰第二阻擋塊之間的間距可以均相等，也可不等。

進一步，所述多個第一阻擋塊環繞其所在溝槽的側壁一周並間隔設置，且位於同一溝槽中的每個所述第二阻擋塊與相鄰第一阻擋塊之間的間隔對應。

示例性地，如圖4所示，所述第一阻擋塊103b完全貼合其所在溝槽側壁的面為凸圓弧面，與該凸圓弧面相對的外表面為凸形曲面，且所述凸形曲面與所述凸圓弧面相交。

所述第二阻擋塊103a完全貼合其所在溝槽側壁的面為凹圓弧面，與該凹圓弧面相對的外表面為凸形曲面，且該凸形曲面與所述凹圓弧面相交。

值得注意的是，第一阻擋塊和第二阻擋塊的形狀還可以為其他合適的形狀，只要能夠起到阻擋研磨液的流動的作用即可。

綜上所述，本發明的阻擋型化學機械研磨墊具有以下優點：

1、可以提高研磨墊上的研磨液副產物的去除效率及研磨液的更新，確保晶圓研磨質量。

2、在研磨墊中間部分加深溝槽能有效提高晶圓中心區域的研磨速率，因為溝槽內研磨液存儲多。

3、比較顯著的降低微米級刮傷。

4、局部阻擋塊在局部阻擋了研磨液流速，使其不易於快速流失，達到降低生產成本的目的。

實施例二

本發明實施例二還提供一種包括實施例一中的阻擋型化學機械研磨墊的研磨裝置。

由於該化學機械研磨墊具有優異的功能和效果，因此包含該研磨墊的研磨裝置也可具有同樣的功能和效果。

本發明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用於舉例和說明的目的，而非意在將本發明限制於所描述的實施例範圍內。此外本領域技術人員可以理解的是，本發明並不局限於上述實施例，根據本發明的教導還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發明所要求保護的範圍以內。本發明的保護範圍由附屬的權利要求書及其等效範圍所界定。