[發(fā)明專利]一種膜板、研磨頭和化學機械研磨裝置

在審

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• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111469044A
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發(fā)明（設計）人: 丁彥榮;張月;劉青;楊濤;李俊峰;王文武
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所;真芯（北京）半導體有限責任公司
• 主分類號: B24B37/20
• 分類號: B24B37/20;B24B37/34;B24B41/00;B24B41/04;H01L21/67
• 代理公司: 北京知迪知識產(chǎn)權代理有限公司 11628
• 代理人: 王勝利

本發(fā)明公開一種膜板，涉及半導體集成電路制造技術領域，以解決研磨對象的邊緣區(qū)域與研磨墊之間過度研磨的問題。該膜板具有相對設置的上表面和下表面，上表面的面積大于下表面的面積，下表面用于與研磨對象接觸。該研磨頭包括上述技術方案所提供的膜板。本發(fā)明提供的膜板、研磨頭用于化學機械研磨裝置中。

技術領域

本發(fā)明涉及半導體集成電路制造領域，尤其涉及一種膜板、研磨頭和化學機械研磨裝置。

背景技術

近年來，伴隨著半導體集成電路的高度集成化、高性能化，開發(fā)出了新的精細加工技術-化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing，縮寫為CMP)工藝。

現(xiàn)有的化學機械研磨(CMP)裝置中，研磨對象以晶圓(Wafer)為例，研磨頭(polishhead)包括對晶圓(Wafer)按壓用的膜板(Membrane Plate)、以及在晶圓的周圍用于夾持晶圓并對研磨墊(pad)進行按壓的固定環(huán)(Retainer Ring)。在對晶圓進行化學機械研磨時，研磨頭吸附晶圓并使晶圓的研磨表面與研磨墊接觸。研磨平臺上的研磨墊設置為與研磨平臺一起旋轉(zhuǎn)，研磨頭通過膜板向晶圓背面施加壓力，使晶圓在研磨墊上旋轉(zhuǎn)移動，通過研磨墊與晶圓之間的摩擦進行機械研磨，另外通過研磨液，以實現(xiàn)對晶圓同步進行機械研磨和化學研磨。

研磨頭通過調(diào)節(jié)氣壓達到對晶圓和研磨墊的壓力控制，由于晶圓比較脆，所以施加給固定環(huán)的壓力比施加給晶圓的壓力高得多。由于固定環(huán)與研磨墊直接接觸，而研磨墊的材質(zhì)為聚氨酯材質(zhì)，質(zhì)地軟，因此在固定環(huán)的壓力下，研磨墊會發(fā)生形變，即固定環(huán)周向的研磨墊會發(fā)生向外凸起的現(xiàn)象。并且研磨墊的形變區(qū)域會向外擴展到晶圓邊緣區(qū)域，在晶圓的邊緣區(qū)域與研磨墊之間出現(xiàn)過度研磨問題，使晶圓邊緣區(qū)域變薄，厚度不均勻，降低產(chǎn)品良率。

針對上述在晶圓邊緣區(qū)域的研磨墊發(fā)生向外凸起的現(xiàn)象，現(xiàn)有技術是把晶圓分成多個區(qū)域，膜板對晶圓進行多區(qū)域壓力控制。另一種是將固定環(huán)分為內(nèi)環(huán)和外環(huán)，利用內(nèi)環(huán)的特殊結構吸收研磨墊回彈的壓力。還有一種是在固定環(huán)內(nèi)加入硅橡膠材質(zhì)的結構，如專利(KR101134177B1)，其實質(zhì)也是通過改變固定環(huán)的結構來消除晶圓邊緣區(qū)域研磨墊的向外凸起現(xiàn)象。至今仍沒有一種是通過膜板來改變晶圓邊緣研磨墊向外凸起的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種膜板，用于減小研磨對象邊緣區(qū)域受到的壓力，消除研磨對象邊緣區(qū)域的過度研磨問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種膜板。該膜板具有相對設置的上表面和下表面，上表面的面積大于下表面的面積，下表面用于與研磨對象接觸。

優(yōu)選地，膜板還具有與下表面的邊緣接合的下側(cè)面，下側(cè)面用于緩沖研磨對象的邊緣區(qū)域受到的壓力。

優(yōu)選地，下側(cè)面為斜面，下表面為平面，斜面與平面形成的夾角大于0°，小于或等于90°。

優(yōu)選地，斜面在平面延展方向的長度為5mm～15mm。

優(yōu)選地，下側(cè)面為弧面。

優(yōu)選地，下表面為平面，下側(cè)面為向遠離膜板方向隆起的弧面。

優(yōu)選地，平面與弧面相切，平面與弧面形成的切角大于0小于或等于arcsin(d/s)，d為膜板的厚度，s為弧面的弦長。

優(yōu)選地，下表面為平面，下側(cè)面為向靠近膜板方向凹陷的弧面。

優(yōu)選地，弧面的曲率半徑為5mm～1000mm。

優(yōu)選地，弧面在平面延展方向的長度為5mm～15mm。

優(yōu)選地，下側(cè)面為環(huán)狀緩沖部，環(huán)狀緩沖部設在下表面的周向。

優(yōu)選地，膜板還具有與下側(cè)面的邊緣接合的上側(cè)面，上側(cè)面的下部與下側(cè)面的上部接合，上側(cè)面的上部與上表面的邊緣接合。