用于化学机械研磨的研磨头以及使用研磨头的研磨方法与流程

本发明涉及半导体器件的，特别是涉及用于晶圆研发和生产的研磨头以及使用研磨头的研磨方法。

背景技术：

1、晶圆制造过程主要包括若干相互独立的工艺流程，例如：光刻、刻蚀、薄膜生长、扩散、离子注入、化学机械研磨、金属化等等。作为晶圆制造的关键制程工艺之一，化学机械研磨(chemical mechanical polishing，cmp)指的是，通过化学腐蚀与机械研磨的协同配合作用，实现晶圆表面多余材料的去除与全局均匀平坦化。

2、目前集成电路普遍采用多层立体布线，集成电路制造过程中需要进行多层循环，需要通过cmp工艺实现晶圆表面的平坦化。除了集成电路制造之外，cmp工艺还可以用于硅片制造环节与先进封装领域。

3、随着技术水平的不断发展，晶圆薄膜(例如3d nand晶圆薄膜)的层数不断增加，厚度也同时增大，cmp工艺开始出现局部研磨不均匀的现象。

4、图1是示出根据相关技术的利用研磨头进行cmp工艺之后的晶圆厚度的示意图。在图1中，横坐标表示从晶圆中心到周边的若干量测点(相邻量测点之间的距离为15mm)，纵坐标表示在特定量测点处的晶圆厚度(单位为埃)。从图1可以看出，量测点1和量测点2处的晶圆厚度相差约300埃。也就是说，经历cmp工艺之后的晶圆出现了不均匀的现象，晶圆中心15mm以内的区域的厚度可能会大于15mm以外的区域。

5、图2是示出根据相关技术的利用包括多个研磨区的研磨头进行cmp工艺之后的晶圆厚度的示意图。图3是示出根据相关技术的包括多个研磨区的研磨头的仰视图，其中箭头指示中心区域。图4是示出根据相关技术的包括多个研磨区的研磨头的剖视图。其中，研磨头包括标记为z1、z2、z3、z4、z5的多个研磨区以及标记为rr的扣环，z5位于研磨头的中心区域。从图2可以看出，与周边区域比较，经历cmp工艺之后的晶圆中心区域的厚度相对较大。

6、在这种情况下，如果对研磨头进行调整，例如增大研磨头中心区域的压力使得晶圆中心区域满足厚度要求，由于研磨头各个分区和晶圆的物理化学性质，晶圆中心区域以外的周边区域可能出现过研磨(over polished)的现象。另一方面，如果增大周边区域的压力，则晶圆中心区域可能出现欠研磨(under polish)的现象。

7、因此，如何克服cmp过程中出现的不均匀现象并改善研磨质量，成为本领域亟待解决的问题。

8、背景技术部分公开的信息只是为了加强对本发明的一般背景的理解，不应视为承认或默认这种信息构成本领域技术人员已知的现有技术。

技术实现思路

1、鉴于本领域的上述情况，本发明的目的在于提出一种能够缓解或消除化学机械研磨过程中出现的不均匀现象，并且改善针对晶圆的整体研磨质量的技术。

2、根据本发明的一方面，提供了一种用于化学机械研磨的研磨头，所述研磨头包括：研磨部，所述研磨部包括第一研磨表面；研磨销，所述研磨销嵌在所述研磨部中，并且包括第二研磨表面；驱动装置，所述驱动装置连接至所述研磨销，并且能够驱动所述研磨销，使得在对晶圆进行研磨的过程中，所述研磨销的第二研磨表面对晶圆产生的压力比所述研磨部的第一研磨表面对晶圆产生的压力大。

3、根据本发明的具体实施例，在研磨过程中，所述研磨销的第二研磨表面与所述研磨部的第一研磨表面平齐。

4、根据本发明的具体实施例，所述研磨部包括彼此隔开的多个研磨区。

5、根据本发明的具体实施例，所述驱动装置连接至所述研磨部，并且为不同的研磨区提供不同的驱动量。

6、根据本发明的具体实施例，所述驱动装置为气泵，并且通过单独的气体管路连接至所述研磨部的每一个研磨区。

7、根据本发明的具体实施例，所述驱动装置以提供氮气的方式进行驱动。

8、根据本发明的具体实施例，所述多个研磨区形成具有不同研磨速率的同心的圆环和中心圆。

9、根据本发明的具体实施例，所述研磨销位于所述研磨部的形成中心圆的研磨区的圆心。

10、根据本发明的具体实施例，所述研磨销包括杆部，所述杆部包括用于安装密封圈的凹槽。

11、根据本发明的另一方面，提供了一种使用研磨头的研磨方法，所述研磨头包括研磨部、研磨销和驱动装置，所述研磨部包括第一研磨表面，所述研磨销嵌在所述研磨部中并且包括第二研磨表面，所述驱动装置连接至所述研磨销，所述研磨方法包括以下步骤：使得所述研磨销的第二研磨表面与所述研磨部的第一研磨表面平齐；使得晶圆的表面与所述第一研磨表面和所述第二研磨表面接触并且开始对晶圆进行研磨；以及在研磨过程中利用所述驱动装置对所述研磨销进行驱动，以使得所述研磨销的第二研磨表面对晶圆产生的压力比所述研磨部的第一研磨表面对晶圆产生的压力大。

12、通过应用根据本发明实施例的用于化学机械研磨的研磨头以及使用研磨头的研磨方法，能够缓解或消除化学机械研磨过程中出现的不均匀现象，并且改善针对晶圆的整体研磨质量。

技术特征：

1.一种用于化学机械研磨的研磨头，其特征在于，所述研磨头包括：

2.根据权利要求1所述的用于化学机械研磨的研磨头，其特征在于，在研磨过程中，所述研磨销的第二研磨表面与所述研磨部的第一研磨表面平齐。

3.根据权利要求1所述的用于化学机械研磨的研磨头，其特征在于，所述研磨部包括彼此隔开的多个研磨区。

4.根据权利要求3所述的用于化学机械研磨的研磨头，其特征在于，所述驱动装置连接至所述研磨部，并且为不同的研磨区提供不同的驱动量。

5.根据权利要求4所述的用于化学机械研磨的研磨头，其特征在于，所述驱动装置为气泵，并且通过单独的气体管路连接至所述研磨部的每一个研磨区。

6.根据权利要求5所述的用于化学机械研磨的研磨头，其特征在于，所述驱动装置以提供氮气的方式进行驱动。

7.根据权利要求3所述的用于化学机械研磨的研磨头，其特征在于，所述多个研磨区形成具有不同研磨速率的同心的圆环和中心圆。

8.根据权利要求7所述的用于化学机械研磨的研磨头，其特征在于，所述研磨销位于所述研磨部的形成中心圆的研磨区的圆心。

9.根据权利要求1所述的用于化学机械研磨的研磨头，其特征在于，所述研磨销包括杆部，所述杆部包括用于安装密封圈的凹槽。

10.一种使用研磨头的研磨方法，所述研磨头包括研磨部、研磨销和驱动装置，所述研磨部包括第一研磨表面，所述研磨销嵌在所述研磨部中并且包括第二研磨表面，所述驱动装置连接至所述研磨销，

技术总结
提出用于化学机械研磨的研磨头以及使用研磨头的研磨方法。根据本发明实施例，一种用于化学机械研磨的研磨头包括：研磨部，所述研磨部包括第一研磨表面；研磨销，所述研磨销嵌在所述研磨部中，并且包括第二研磨表面；驱动装置，所述驱动装置连接至所述研磨销，并且能够驱动所述研磨销，使得在对晶圆进行研磨的过程中，所述研磨销的第二研磨表面对晶圆产生的压力比所述研磨部的第一研磨表面对晶圆产生的压力大。根据本发明实施例，一种使用研磨头的研磨方法包括使研磨表面平齐，使晶圆与其接触并开始研磨，在研磨过程中对研磨销进行驱动。根据本发明的实施例，能够缓解或消除化学机械研磨过程中出现的不均匀现象，并且改善针对晶圆的整体研磨质量。

技术研发人员：梅晓熙,刘志达
受保护的技术使用者：英特尔NDTM美国有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11