研磨盘和化学机械研磨装置的制作方法

本发明涉及半导体加工技术领域，特别涉及一种研磨盘和化学机械研磨装置。

背景技术：

化学机械研磨(chemicalmechanicalpolishing，cmp)是各种产业中常见的研磨工艺。利用化学研磨工艺可研磨各种物品的表面，包括集成电路(integratedcircuit)，陶瓷、硅、玻璃、石英、或金属的平面等。此外，随着集成电路发展迅速，因化学机械研磨可达到大面积平坦化的目的，故为半导体工艺中常见的晶圆平坦化技术之一。尤其是，随着晶体管的体积缩小化，化学机械研磨的加工次数也随之增加，例如，在28纳米线宽的工艺中，化学机械研磨的加工次数即可能高达至三十次。

在化学机械研磨过程中，通常研磨垫(pad)与设置在研磨头上的晶圆(或其它半导体元件)相接触，研磨液视需要搭配使用，晶圆表面的杂质以及不平坦结构在化学和物理机械力的共同作用下被移除。由于研磨垫使用一定时间后，研磨垫上容易积滞研磨屑，导致研磨效果差、研磨效率低，通常化学机械研磨中还会利用研磨盘对研磨垫的工作面进行磨修，以使研磨垫的工作面再度粗糙，从而使研磨垫维持在最佳状态。

在化学机械研磨过程中，研磨盘上破碎或脱落的研磨颗粒容易沾染在研磨垫的工作表面上，从而在使用研磨垫研磨晶圆时，易划伤晶圆。通过增大研磨颗粒的大小可以减少研磨颗粒破碎脱落的风险，但在研磨的过程中研磨垫的工作面上的沟槽容易被磨平而损伤，损伤后的研磨垫容易导致研磨液在研磨垫上的分布不均匀，从而使研磨效率也随之降低。

因此，急需对现有的研磨盘进行进一步改进，以降低研磨垫损伤的风险。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种研磨盘和化学机械研磨装置，以降低研磨垫损伤的风险。

为解决上述技术问题，本发明提供一种研磨盘，包括：底座、结合层和多个研磨颗粒，所述结合层设置于所述底座上，所述研磨颗粒设置在所述结合层远离所述底座的研磨面上，所述研磨面包括结合平面、第一结合曲面和第二结合曲面，所述第一结合曲面和所述第二结合曲面的曲率不同，所述结合平面的边缘以向所述底座延伸的方式与所述第一结合曲面和所述第二结合曲面连接。

可选的，所述第一结合曲面和所述第二结合曲面在所述结合平面向所述底座的一侧连接，所述第一结合曲面和第二结合曲面的连接处曲率连续。

可选的，所述第一结合曲面与所述结合平面之间的夹角为32.6°至34.5°，所述第二结合曲面与所述结合平面之间的夹角为59.2°至62.5°。

可选的，所述结合平面包括两个相连成圆形的半圆，两个所述半圆的边缘以向所述底座延伸的方式分别连接所述第一结合曲面和第二结合曲面。

可选的，所述研磨颗粒的粒径介于120μm至150μm之间。

可选的，在与所述结合平面平行的方向上，相邻的两个所述研磨颗粒之间的间距介于80μm至100μm之间。

可选的，在与所述结合平面垂直的方向上，所述第一结合曲面和第二结合曲面上相邻的两个所述研磨颗粒之间的间距均介于80μm至100μm之间。

可选的，在与所述结合平面平行的方向上，两个所述研磨颗粒之间的最大间距介于10cm至12cm之间。

可选的，所述结合平面的最大尺寸介于9.5cm至10.5cm之间。

本发明还提供一种化学机械研磨装置，包括上述的研磨盘。

本发明提供的一种研磨盘和化学机械研磨装置，具有以下有益效果：

在本发明提供的研磨盘和化学机械研磨装置中，由于所述结合层包括结合平面、第一结合曲面和第二结合曲面，且第一结合曲面和第二结合曲面从结合平面的整个边缘向靠近所述底座的一侧延伸形成，且第一结合曲面和第二结合曲面上均设置有研磨颗粒，因此在化学机械研磨的过程中，在研磨盘的研磨压力的作用下，所述第一结合曲面、第二结合曲面和结合平面上的研磨颗粒均可参与到研磨垫的修整中，同时由于第一结合曲面和第二结合曲面的曲率不相同，因此在修整研磨垫的过程中可改善研磨垫的损伤情况，从而可降低由于研磨垫损伤导致的研磨盘中的研磨颗粒破碎或者脱落的风险，进而可降低由于研磨盘中的研磨颗粒破碎或者脱落划伤晶圆的风险，此外，由于研磨垫的损伤可改善，因此可改善研磨液在研磨垫上的分布情况，从而提高研磨效率。

附图说明

图1是一种晶圆在进行化学机械研磨的示意图；

图2是一种研磨盘修整研磨垫的剖面示意图；

图3是本发明一种实施例中的研磨盘的俯视图；

图4是图3中的研磨盘的a-a向的剖视图；

图5是晶圆划伤数据图；

图6是本发明一种实施例中的研磨盘的一种立体示意图；

图7是本发明另一种实施例中的研磨盘的俯视图。附图标记说明：

110-晶圆；120-研磨垫；130-研磨盘；140-研磨液；150-研磨颗粒；

200-研磨盘；210-底座；220-结合层；221-结合平面；222-第一结合曲面；223-第二结合曲面；230-研磨颗粒；p-研磨面；

δ1-第一夹角；δ2-第二夹角。

具体实施方式

在化学机械研磨过程中研磨垫容易损伤，参考图1和图2，图1是一种晶圆在进行化学机械研磨的示意图，图2是一种研磨盘修整研磨垫的剖面示意图，申请人在研究中发现，在化学机械研磨过程中研磨头和晶圆110的硬度较高，且在化学机械研磨过程中，研磨头和晶圆110在研磨垫120上有较大的作用力，因此，研磨垫120与晶圆110相接触的一面容易损伤变形呈波浪状，具体如图1和图2所示。申请人还发现，波浪状的工作面容易导致研磨垫120的工作面上的研磨液140分布不均匀(参考图1)，进而导致研磨效率较低，同时，波浪状的工作面容易使研磨盘130上的研磨颗粒150破碎或者脱落(参考图2)，脱落的研磨颗粒150容易沾染在研磨垫120的工作表面上，从而使用研磨垫120研磨晶圆110时，易于划伤晶圆110。

基于此，申请人提出了一种研磨盘和化学机械研磨装置，将原有的研磨盘上研磨颗粒沿平面分布的状态修改为中间沿平面分布边缘沿曲面分布的状态，从而改善研磨垫的损伤情况，以有效提高研磨效率并改善晶圆损伤情况。

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的研磨盘和化学机械研磨装置作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本实施例提供一种研磨盘。参考图3和图4，图3是本发明一种实施例中的研磨盘的俯视图，图4是图3中的研磨盘的a-a向的剖视图，所示研磨盘200包括底座210、结合层220和多个研磨颗粒230。所述结合层220设置于所述底座210上。全部的所述研磨颗粒230设置在所述结合层220远离所述底座210的研磨面p上。所述研磨面p包括结合平面221、第一结合曲面222和第二结合曲面223。所述结合平面221的整个边缘向靠近所述底座210的一侧延伸有第一结合曲面222和第二结合曲面223，所述第一结合曲面222和第二结合曲面223的曲率不相同。

本实施例中的研磨盘200与现有技术中的研磨盘的主要区别在于，现有技术中研磨盘的结合层的研磨面通常只包括一个结合平面或者是仅包括一个结合平面和一个与结合平面连接的倒角面，并且这个倒角面上几乎没有与研磨垫相接触的研磨颗粒，而本实施例中，所述结合层220的研磨面p包括结合平面221、第一结合曲面222和第二结合曲面223，由于第一结合曲面222和第二结合曲面223从结合平面221的整个边缘向靠近所述底座210的一侧延伸形成，因此所述第一结合曲面222和第二结合曲面223上的研磨颗粒230均可以与研磨垫相接触，并可参与到研磨垫的修整中，同时第一结合曲面222和第二结合曲面223的曲率不相同，因此在修整研磨垫的过程中可改善研磨垫的损伤情况，可降低由于研磨垫导致的研磨盘200中的研磨颗粒230破碎或者脱落的风险，进而可降低由于研磨盘200中的研磨颗粒230破碎或者脱落划伤晶圆的风险。此外，由于研磨垫的损伤可改善，因此可改善研磨液在研磨垫上的分布情况，从而提高研磨效率。

具体的，参考图4，所述结合平面221是所述结合层220远离所述底座210的一侧上的一个平面，所述第一结合曲面222和所述第二结合曲面223是分别与所述平面相连接的两个曲面，图5是晶圆划伤数据图，图5中统计了在八月至五月这十个月中的晶圆划伤数据，其中，八月和九月统计的是使用现有的研磨盘200进行化学机械研磨产生的晶圆划伤数据，十月至五月统计的是使用本实施例中的研磨盘200进行化学机械研磨产生的晶圆划伤数据。如图5所示，晶圆的划伤率在八月和九月份较高，十月份使用了本实施例中的研磨盘200后，晶圆的划伤率从十月到第二年的五月基本持平，并且明显低于八月和九月。由图5中的统计数据可知，本实施例中的研磨盘200可有效降低晶圆划伤的风险。

优选的，所述第一结合曲面222和所述第二结合曲面223在所述结合平面221向所述底座210的一侧连接，所述第一结合曲面222和第二结合曲面223的连接处曲率连续，因此在修整研磨垫的过程中可进一步改善研磨垫的损伤情况。参考图4，所述第一结合曲面222与所述结合平面221之间的第一夹角优选为32.6°至34.5°，所述第二结合曲面223与所述结合平面221之间的第二夹角优选为59.2°至62.5°。如图4所示，本实施例中，所述第一结合曲面222的曲率随着第一结合曲面222与所述结合平面221之间的夹角的变化而变化，所述第二结合曲面223的曲率随着第二结合曲面223与所述结合平面221之间的夹角的变化而变化。所述第一夹角δ1为第一结合曲面222上的一点的切面与所述结合平面221之间的夹角，所述第二夹角δ2为第二结合曲面223上的一点切面与所述结合平面221之间的夹角。

本实施例中，参考图4，所述结合平面221的最大尺寸介于9.5cm至10.5cm之间。例如，参考图6，图6是本发明一种实施例中的研磨盘的一种立体示意图，所述研磨盘200的底座210大致呈圆柱状，所述结合层220设置在所述底座210的一个端面上。所述结合层220上远离所述底座210的一侧的一面上的平面的最大尺寸介于9.5cm至10.5cm之间，如第一结合平面221呈圆形则为圆形的直径。在其它的实施例中，所述结合平面221可为其它的几何图形，如长方形、正方形等，也可为不规则的平面。

所述结合层220的厚度介于50μm至100μm之间。所述结合层220可均匀分布在所述底座210上，即所述结合层220的厚度在各处可相等。

本实施例中，所述研磨颗粒230的粒径介于120μm至150μm之间。

参考图4，在所述结合平面221方向上，相邻的两个所述研磨颗粒230之间的间距介于80μm至100μm之间。在与所述结合平面221垂直的方向上，所述第一结合曲面222和第二结合曲面223上相邻的两个所述研磨颗粒230之间的间距介于80μm至100μm之间。在所述结合平面221方向上，两个所述研磨颗粒230之间的最大间距优选介于10cm至12cm之间。

优选的，多个所述研磨颗粒230分别均匀分布在所述结合平面221、第一结合曲面222和第二结合曲面223上。本实施例中，所述底座210的材质优选为金属。所述结合层220的材质优选为铜金属、塑料、或焊料合金。所述研磨颗粒230的材质优选为人造金刚石。

参考图7，图7是本发明另一种实施例中的研磨盘的俯视图，在另一种实施例中，所述第一结合平面221呈圆形，所述第一结合平面221包括两个相连的半圆，两个半圆的边缘向靠近所述底座210的一侧延伸的方式分别连接有所述第一结合曲面222和所述第二结合曲面223。进一步的，在另一种实施例中，所述第一结合曲面222和所述第二结合曲面223的面积可相同。

再一种实施例中提供一种化学机械研磨装置，所述化学机械研磨装置包括上述实施例中的研磨盘200。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。