一种化学机械研磨组件的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种化学机械研磨组件，所述化学机械研磨组件至少包括：待研磨晶圆的研磨垫；设于研磨垫上且包围在待抛光晶圆外围的抛光环；设有若干气体通道的本体；设置于本体下表面的隔膜；固定在本体靠近待研磨晶圆的一端、包围隔膜的定位环；位于本体远离待研磨晶圆的一端的连接杆。将研磨头设计为大尺寸研磨头，隔膜部分的半径R1大于或等于晶圆的半径R2，同时在研磨垫上设置包围待抛光晶圆外围的抛光环，研磨的时候，抛光环占据了相当于原先的晶圆边缘的位置，使得真正需要研磨的晶圆位于研磨头及隔膜的中央，通过对隔膜压力的调节，实现对整个晶圆膜厚的控制，从而回避了晶圆边缘处膜厚不易掌控的问题。
【专利说明】一种化学机械研磨组件
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体工艺设备领域，特别是涉及一种化学机械研磨组件。
【背景技术】
[0002]化学机械研磨也被成为化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization,CMP)或者化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing, CMP)。在半导体制造工艺中，表面平坦化是处理高密度光刻的一项重要技术，在表面平坦化的过程中，控制晶片表面厚度的均匀性非常重要，因为只有没有高度落差的平坦表面才能避免曝光散射，而达成精密的图案转移；同时，晶片表面厚度的均匀性也将会影响到电子器件的电性能参数，厚度不均匀会使同一晶片上制作出的器件性能产生差异，影响成品率。
[0003]随着半导体制造工艺的发展，化学机械抛光被认为是目前唯一能提供晶片全局和局部平坦化的工艺技术。化学机械抛光工艺已被广泛用于层间介质、金属层(如鹤栓塞、铜连线)、浅沟槽隔离的去除和平整，成为半导体制造工艺中发展最快的领域之一。图1a为现有技术中的化学机械研磨装置示意图。如图1a所示，所述化学机械研磨装置包括研磨头10、研磨平台(未示出)、粘附于所述研磨平台上的研磨垫11、和研磨液喷嘴12。进行化学机械研磨时，所述研磨平台旋转，带动所述研磨垫11 一起旋转(如图1a中的粗箭头所示)，所述研磨液喷嘴12向所述研磨垫11喷射研磨液，并通过所述研磨垫11旋转产生的离心力使所述研磨液均匀地分布在所述研磨垫11上，所述研磨头10吸附住要研磨的晶圆，并将所述晶圆的待研磨面压在所述研磨垫11的研磨表面上，所述研磨头10带动所述晶圆一起旋转(如图1a的细线头所示),通过所述晶圆的待研磨面与所述研磨垫11的研磨表面之间的相对运动将所述晶圆的待研磨面平坦化。
[0004]图1b为现有技术中的研磨组件结构示意图。如图1b所示,该研磨组件结构至少包括:本体14，所述本体14内设有气体通道15，通过所述气体通道15既可以抽真空产生负压力，又可通气体产生正压力，所述正压力将所述晶圆13和定位环17压在研磨垫11的研磨表面；设置于本体14靠近晶圆的一端隔膜16，所述隔膜16用于吸附晶圆13 ;固定在本体17靠近晶圆13—端外侧的定位环17，所述定位环17用于限定晶圆13的位置，所述定位环17接触所述研磨垫11的面上设有槽，所述槽用于输送研磨液；所述本体14远离晶圆13的一端设有连接杆18，所述连接杆18旋转，带动所述本体14、隔膜16、定位环17和晶圆13 —起旋转。但现有技术中使用研磨头10对晶圆13进行研磨时，由于晶圆13的边缘位于研磨垫11和隔膜16的边缘，而研磨垫11在大压力作用下会发生卷曲，且隔膜16边缘有存在压力分配不均匀的情况，这将会使得晶圆13在研磨的过程中其边缘处的膜厚要远远偏离晶圆13中心的膜厚，晶圆13边缘处膜厚难以控制。
[0005]因此，提供一种改进型的化学机械研磨组件非常必要。
实用新型内容
[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种化学机械研磨组件，用于解决现有技术中由于晶圆的边缘位于研磨垫和隔膜的边缘，而研磨垫在大压力作用下会发生卷曲，研磨头隔膜边缘存在压力分配不均匀的情况而导致的晶圆边缘的膜厚远远偏离晶圆中心的膜厚，晶圆边缘的膜厚难以控制的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种化学机械研磨组件，所述化学机械研磨组件至少包括:
[0008]放置有待研磨晶圆的研磨垫；
[0009]设于所述研磨垫上且包围在所述待抛光晶圆外围的抛光环；
[0010]设有若干气体通道的本体；
[0011]设置于所述本体下表面的隔膜；
[0012]固定在所述本体靠近待研磨晶圆的一端、包围所述隔膜并用于卡持待研磨晶圆和包围在所述待抛光晶圆外围的抛光环的定位环；
[0013]位于所述本体远离待研磨晶圆的一端的连接杆。
[0014]作为本实用新型的化学机械研磨组件的一种优选方案，所述隔膜的半径R1大于或等于晶圆的半径R2。
[0015]作为本实用新型的化学机械研磨组件的一种优选方案，所述隔膜的半径R1为400mmo
[0016]作为本实用新型 的化学机械研磨组件的一种优选方案，所述定位环的内侧壁与所述晶圆的边沿之间设有间隙，所述间隙的宽度Cl1大于或等于抛光环的内外半径之差。
[0017]作为本实用新型的化学机械研磨组件的一种优选方案，所述抛光环的材料为硅或聚苯硫醚。
[0018]作为本实用新型的化学机械研磨组件的一种优选方案，所述抛光环的内半径R3与晶圆半径R2相等。
[0019]作为本实用新型的化学机械研磨组件的一种优选方案，所述抛光环的外半径R4为晶圆半径R2的1.3~1.5倍。
[0020]作为本实用新型的化学机械研磨组件的一种优选方案，所述抛光环的厚度d2小于或等于晶圆的厚度。
[0021]如上所述，本实用新型的化学机械研磨组件，具有以下有益效果:将研磨头设计为大尺寸研磨头，隔膜部分的半径R1大于或等于晶圆的半径R2，同时在研磨垫上设置包围待抛光晶圆外围的抛光环，研磨的时候，抛光环占据了相当于原先的晶圆边缘的位置，使得真正需要研磨的晶圆位于研磨头及隔膜的中央，通过对隔膜压力的调节，实现对整个晶圆膜厚的控制，从而回避了晶圆边缘处膜厚不易掌控的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1a显示为现有技术中的化学机械研磨装置示意图。
[0023]图1b显示为现有技术中的研磨头剖视图。
[0024]图2显示为本实用新型的化学机械研磨组件剖视图。
[0025]元件标号说明
[0026]10研磨头
[0027]11,21研磨垫[0028]12研磨液喷嘴
[0029]13、23晶圆
[0030]14、24本体
[0031]15,25气体通道
[0032]16、26隔膜
[0033]17、27定位环
[0034]18、28连接杆
[0035]29抛光环
[0036]R1隔膜半径
[0037]R2晶圆半径
[0038]Cl1定位环内侧壁与晶圆边沿之间的间隙宽度
[0039]R3抛光环内半径
[0040]R4抛光环外半径
[0041]d2抛光环厚度`【具体实施方式】
[0042]以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
[0043]请参阅图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
[0044]请参阅图2，本实用新型提供一种化学机械研磨组件，所述化学机械研磨组件至少包括:放置有待研磨晶圆23的研磨垫21 ;设于所述研磨垫21上且包围在所述待抛光晶圆23外围的抛光环29 ;设有若干气体通道25的本体24 ;设置于所述本体24下表面的隔膜26 ;固定在所述本体24靠近待研磨晶圆23的一端、包围所述隔膜26并用于卡持待研磨晶圆23和包围在所述待抛光晶圆23外围的抛光环29的定位环27 ;位于所述本体24远离待研磨晶圆23的一端的连接杆28。
[0045]所述抛光环29设置在研磨垫21上，包围在晶圆23的外围。所述抛光环29的形状为圆环形，其内半径R3与晶圆23的半径R2相等，其外半径R4为晶圆23的半径R2的1.3~
1.5倍，其厚度d2小于或等于晶圆23的厚度。以直径为300_的晶圆为例，推荐设计其对应的抛光环的内直径为300mm,外直径为400mm,厚度d2为8~10mm。在定位环27内侧壁与晶圆23边沿之间的间隙内设计包围在晶圆23的边沿的抛光环29，研磨前，晶圆23被固定在抛光环29之内，研磨的时候，抛光环29占据了相当于原先的晶圆23边缘的位置，使得真正需要研磨的晶圆23位于研磨头及隔膜26的中央，通过对隔膜26压力的调节，实现对整个晶圆23膜厚的控制，从而回避了晶圆23边缘处膜厚不易掌控的问题。[0046]本实施例中，所述抛光环29的材料可以选用与晶圆23 —致的材料，例如Si材料，也可以选用与定位环27 —致的材料,例如PPS (Ployphenylene Sulfide,聚苯硫醚)材料。
[0047]所述本体24内设有若干气体通道25，通过所述气体通道25既可以抽真空产生负压力，又可通气体产生正压力，所述正压力可以将所述晶圆23和定位环27压在研磨垫21的研磨表面。
[0048]所述隔膜26设置于本体24的下表面，其作用为用于吸附晶圆23。所述隔膜26的半径R1小于或等于定位环27内半径，大于或等于晶圆23的半径R2，优选地，隔膜26的半径R1大于晶圆23的半径R2，等于定位环27的内径。以直径为300mm晶圆为例，推荐设计其对应的隔膜的直径为400mm。隔膜26的半径R1大于晶圆23的半径R2，这就保证了晶圆23在研磨的时候尽量位于隔膜26的中央，从而避免了因隔膜26边缘压力分配不均匀对晶圆23膜厚控制的影响。
[0049]所述定位环27固定在所述本体24靠近待研磨晶圆23的一端、包围所述隔膜26并用于卡持待研磨晶圆23和包围在所述待抛光晶圆23外围的抛光环29，其外直径与本体24的直径相同。
[0050]定位环27的内侧壁与晶圆23的边沿之间设有间隙，所述间隙的宽度Cl1以能放进抛光环29为最下限，及所述间隙的宽度Cl1大于等于抛光环29的内外半径之差。本实施例中，优选地，所述间隙的宽度Cl1等于抛光环29的内外半径之差R4_R3。
[0051]需要说明的是，所述定位环27接触所述研磨垫21的面上设有槽，所述槽用于输送研磨液。
[0052]位于所述本，24远离待研磨晶圆23的一端的连接杆28，所述连接杆28旋转的时候，带动所述本体24、隔膜26、定位环27和晶圆23 —起旋转，实现晶圆23的研磨过程。
[0053]综上所述，本实用新型提供一种化学机械研磨组件，将研磨头设计为大尺寸研磨头，隔膜部分的半径R1大于等于晶圆的半径R2，同时在研磨垫上设置包围待抛光晶圆外围的抛光环，研磨的时候，抛光环占据了相当于原先的晶圆边缘的位置，使得真正需要研磨的晶圆位于研磨头及隔膜的中央，通过对隔膜压力的调节，实现对整个晶圆膜厚的控制，从而回避了晶圆边缘处膜厚不易掌控的问题。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0054]上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种化学机械研磨组件，其特征在于，所述化学机械研磨组件包括: 放置有待研磨晶圆的研磨垫； 设于所述研磨垫上且包围在所述待抛光晶圆外围的抛光环； 设有若干气体通道的本体； 设置于所述本体下表面的隔膜； 固定在所述本体靠近待研磨晶圆的一端、包围所述隔膜并用于卡持待研磨晶圆和包围在所述待抛光晶圆外围的抛光环的定位环； 位于所述本体远离待研磨晶圆的一端的连接杆。
2.根据权利要求1所述的化学机械研磨组件，其特征在于:所述隔膜的半径R1大于或等于晶圆的半径R2。
3.根据权利要求1所述的化学机械研磨组件，其特征在于:所述隔膜的半径R1为400mmo
4.根据权利要求1所述的化学机械研磨组件，其特征在于:所述定位环的内侧壁与所述晶圆的边沿之间设有间隙，所述间隙的宽度Cl1大于或等于抛光环的内外半径之差。
5.根据权利要求1所述的化学机械研磨组件，其特征在于:所述抛光环的材料为硅或聚苯硫醚。
6.根据权利要求1所述的化学机械研磨组件，其特征在于:所述抛光环的内半径R3与晶圆半径R2相等。
7.根据权利要求1所述的化学机械研磨组件，其特征在于:所述抛光环的外半径R4为晶圆半径R2的1.3?1.5倍。
8.根据权利要求1所述的化学机械研磨组件，其特征在于:所述抛光环的厚度d2小于或等于晶圆的厚度。
【文档编号】B24B37/20GK203622170SQ201320835691
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】沙酉鹤, 黄涛 申请人:中芯国际集成电路制造(北京)有限公司