一种晶圆固定环及具有其的CMP设备的制作方法

一种晶圆固定环及具有其的cmp设备
技术领域
1.本发明涉及半导体cmp加工技术领域，具体涉及一种晶圆固定环及具有其的cmp设备。


背景技术：

2.cmp(chemical mechanical planarization)是一种使用化学腐蚀以及机械力对加工过程中的硅晶圆或其它衬底材料进行平坦化处理的化学机械抛光制程。现代半导体生产化学机械抛光工艺过程中，抛光头上的固定环用于在制造半导体晶圆研磨工序中将晶圆保持在环内以便对晶圆单面进行研磨。传统的固定环表面由固定数量及尺寸的沟槽组成，这限制了研磨液副产物的排出。
3.cmp化学腐蚀液在和晶圆表面金属反应后会产生相应的副产物残渣，副产物在研磨液研磨后排出，由于固定环的结构固定性及这些副产物发生化学反应会后会淀积于研磨垫的沟槽中，且随着研磨垫的持续研磨造成固定环沟槽内残留物会不断增加，在固定环的研磨垫沟槽内淀积的残留物，会对后续打磨的晶圆造成一定程度上的影响，在打磨后的晶圆上会产生各种残留物缺陷。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的cmp晶圆固定环的研磨垫沟槽内的残留物堆积会影响后续晶圆打磨质量的缺陷，从而提供一种晶圆固定环及具有其的cmp设备。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供一种晶圆固定环，包括：
6.支撑件；
7.研磨环，平行安装在支撑件的一侧，研磨环上间隔设有多个凹槽，凹槽朝向支撑环延伸且凹槽贯穿研磨环设置；
8.伸缩组件，安装在支撑件与研磨环之间，伸缩组件具有延伸至凹槽内以将凹槽完全填充的清洁状态，以及从凹槽内撤出的研磨状态。
9.可选地，伸缩组件包括弹性伸缩件和顶出件，顶出件与凹槽的侧壁滑动配合，弹性伸缩件设于顶出件朝向支撑件的一侧。
10.可选地，弹性伸缩件为弹性膜结构，支撑件上设有充气流道，弹性膜结构与充气流道出口端密封设置，伸缩组件处于清洁状态时，弹性膜结构充气朝向凹槽鼓起以带动顶出件远离支撑件运动；伸缩组件处于研磨状态时，弹性膜结构抽气朝向充气流道鼓起以带动顶出件靠近支撑件运动。
11.可选地，顶出件为平板结构，伸缩组件处于清洁状态时，顶出件与研磨环背离支撑件的一面平齐。
12.可选地，顶出件为弧形板结构，顶出件的凸出面与弹性伸缩件固定连接。
13.可选地，伸缩组件设有多个，伸缩组件与凹槽一一对应设置。
14.可选地，支撑件朝向研磨环的一面上设有安装槽，安装槽与凹槽一一对应设置，伸缩组件处于清洁状态时，伸缩组件从安装槽内延伸至凹槽内。
15.可选地，支撑件为与研磨环同轴设置的环状结构。
16.可选地，凹槽深度为2.5mm～3mm。
17.本发明还提供一种cmp设备，具有本发明所述的晶圆固定环。
18.本发明技术方案，具有如下优点：
19.1.本发明提供的晶圆固定环，包括：支撑件；研磨环，平行安装在支撑件的一侧，研磨环上间隔设有多个凹槽，凹槽朝向支撑环延伸且凹槽贯穿研磨环设置；伸缩组件，安装在支撑件与研磨环之间，伸缩组件具有延伸至凹槽内以将凹槽完全填充的清洁状态，以及从凹槽内撤出的研磨状态。
20.在利用晶圆固定环对晶圆进行研磨抛光时，晶圆置于研磨环内，支撑件下压对晶圆施加一定压力后进行旋转研磨，同时研磨液从凹槽进入到研磨环内侧的晶圆底部。待研磨完成后，对晶圆固定环进行清洁操作，在清洁时控制伸缩组件在凹槽内伸长至清洁状态，使得伸缩组件将凹槽填充同时将凹槽中的残留物推出，配合高压喷水清洁，能够快速便捷地将凹槽内的研磨残留物清除，能够避免凹槽中的研磨残留物对后续研磨抛光的晶圆造成影响，能够大大提升整个批次上所有晶圆的整体质量。在清洗完毕后，控制伸缩组件回撤，使其从凹槽中撤出到研磨状态，凹槽即可重新露出，进行后续的研磨操作。
21.2.本发明提供的晶圆固定环，伸缩组件包括弹性伸缩件和顶出件，顶出件与凹槽的侧壁滑动配合，弹性伸缩件设于顶出件朝向支撑件的一侧。利用弹性伸缩件带动顶出件在凹槽内运动，弹性伸缩件用于驱动顶出件运动，顶出件用于将凹槽内的残留物顶出至凹槽外。
22.3.本发明提供的晶圆固定环，顶出件为平板结构，伸缩组件处于清洁状态时，顶出件与研磨环背离支撑件的一面平齐。平板结构的顶出件在清洁状态时，能够完全将凹槽中的残留物顶出到凹槽外，便于后续的残留物的冲洗清洁，最大程度地清除残留物，提升清洁后凹槽内的整洁程度。
23.4.本发明提供的晶圆固定环，顶出件为弧形板结构，顶出件的凸出面与弹性伸缩件固定连接。通过设置弧形板结构的顶出件，减少凹槽中的边角结构，能够减少杂质在凹槽中的残留概率，同时弧形板结构的顶出件在滑动时能够对凹槽的内侧壁进行剐蹭，避免在顶出件在凹槽内滑动时残留物卡入顶出件与凹槽内侧壁之间的缝隙中，提升清洁的整洁程度。
24.5.本发明提供的晶圆固定环，支撑件朝向研磨环的一面上设有安装槽，安装槽与凹槽一一对应设置，伸缩组件处于清洁状态时，伸缩组件从安装槽内延伸至凹槽内。通过设置安装槽使得伸缩组件处于研磨状态时能够隐藏在安装槽内，无需占据凹槽的空间，保证晶圆固定环在研磨工作进行时凹槽保持通透。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前
提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明的实施方式中提供的伸缩组件处于研磨状态时的晶圆固定环的示意图。
27.图2为本发明的实施方式中提供的伸缩组件处于清洁状态时的晶圆固定环的示意图。
28.图3为本发明的实施方式中提供的伸缩组件处于研磨状态时的研磨环的示意图。
29.图4为本发明的实施方式中提供的伸缩组件处于清洁状态时的研磨环的示意图。
30.附图标记说明：1、支撑环；2、研磨环；3、伸缩组件；4、凹槽；5、充气流道；6、研磨平台。
具体实施方式
31.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
35.实施例1
36.如图1至图4所示为本实施例提供的提供一种晶圆固定环，其中图1和图2中的实心黑点为残留物。包括：作为支撑件的支撑环1、研磨环2和安装在支撑环1与研磨环2之间的伸缩组件3。
37.支撑环1与研磨环2同轴设置，且支撑环1的内圆与研磨环2的内圆直径相同，支撑环1的外圆与研磨环2的外圆直径相同。研磨环2平行安装在支撑环1的一侧，研磨环2上间隔设有多个凹槽4，凹槽4朝向支撑环1延伸且凹槽4贯穿研磨环2设置。
38.伸缩组件3安装在支撑件与研磨环2之间，伸缩组件3具有延伸至凹槽4内以将凹槽4完全填充的清洁状态，以及从凹槽4内撤出的研磨状态。具体地，伸缩组件3包括弹性伸缩件和顶出件，顶出件与凹槽4的侧壁滑动配合，弹性伸缩件设于顶出件朝向支撑件的一侧。
39.在本实施例中，弹性伸缩件为弹性膜结构，弹性膜结构选用橡胶材质，在支撑件上设有充气流道5，弹性膜结构与充气流道5出口端密封设置，伸缩组件3处于清洁状态时，弹性膜结构充气朝向凹槽4鼓起以带动顶出件远离支撑件运动；伸缩组件3处于研磨状态时，
弹性膜结构抽气朝向充气流道5鼓起以带动顶出件靠近支撑件运动。本实施例中的凹槽4深度为2.5mm，通过设置深度较浅的凹槽4使得伸缩弹性膜结构能够鼓起足够的高度将顶出件顶出到凹槽4外，通过控制对弹性膜结构的充气气压可改变顶出件在凹槽4内的位置，操作方便。凹槽4深度还可以为2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm、3.0mm中的任意值，只要在弹性模结构鼓起最高高度时顶出件能够保证至少与凹槽4的外边平齐即可。
40.在本实施例中，顶出件为弧形板结构，顶出件的侧边与凹槽4的内侧壁之间相切设置，顶出件的凸出面与作为弹性伸缩件的橡胶材质的弹性膜结构通过胶水固定连接。通过设置弧形板结构的顶出件，减少凹槽4中的边角结构，能够减少杂质在凹槽4中的残留概率，同时弧形板结构的顶出件在滑动时能够对凹槽4的内侧壁进行剐蹭，来对凹槽4的内侧壁进行清洁，避免在顶出件在凹槽4内滑动时残留物卡入顶出件与凹槽4内侧壁之间的缝隙中，提升清洁的整洁程度。
41.支撑环1朝向研磨环2的一面上设有安装槽，安装槽与凹槽4一一对应设置，伸缩组件3处于清洁状态时，伸缩组件3的顶出件从安装槽内延伸至凹槽4内，伸缩组件3处于研磨状态时，伸缩组件3的顶出件隐藏在安装槽内，避免顶出件占用凹槽4的空间导致在研磨过程中凹槽4被堵塞。
42.在利用本实施例中提供的晶圆固定环对晶圆进行研磨抛光时，将晶圆安装在研磨环2的内圈中，晶圆固定环带动晶圆运动至研磨平台6上方，通过对支撑环1向下施加5.5～6.0psi的压力进行转动研磨抛光，同时向研磨平台6上滴加研磨液，研磨液从凹槽4进入到研磨环2内侧的晶圆与研磨平台之间，研磨完成后抛光液停止添加。完成研磨后撤去压力，抬起研磨环2，利用高压水枪对研磨环2的表面进行冲洗，冲洗过冲中，通过充气流道5对弹性膜结构充气使其鼓起带动弧形板状的顶出件将凹槽4中的研磨残留物顶出到凹槽4外，配合高压水枪对研磨环2的冲洗，能够顺利将残留物从研磨环2上冲下。冲洗完成后，晶圆固定环整体移动到下一个晶圆研磨工位继续进行研磨工作，在后续研磨时均能保证研磨环2的凹槽4保持清洁，能够避免凹槽4内的残留物对晶圆造成损伤，能够大大提升晶圆研磨抛光的质量。
43.作为替代的实施方式，伸缩组件3设有多个，伸缩组件3与凹槽4一一对应设置。在清洁时对多个凹槽4分别进行清理，提升清洁后的整洁程度。
44.作为替代的实施方式，顶出件为平板结构，伸缩组件3处于清洁状态时，顶出件与研磨环2背离支撑件的一面平齐。平板结构的顶出件在清洁状态时，能够完全将凹槽4中的残留物顶出到凹槽4外，便于后续的残留物的冲洗清洁，最大程度地清除残留物，提升清洁后凹槽4内的整洁程度。
45.作为替代的实施方式，支撑件为圆盘结构或框架结构。
46.实施例2
47.本实施例提供一种cmp设备，具有实施例1中所述的晶圆固定环。在对晶圆固定环清洗时，控制伸缩组件在凹槽内伸长至清洁状态，使得伸缩组件将凹槽填充同时将凹槽中的残留物推出，配合高压喷水清洁，能够快速便捷地将凹槽内的研磨残留物清除，能够避免凹槽中的研磨残留物对后续研磨抛光的晶圆造成影响，能够大大提升整个批次上所有晶圆的整体质量。
48.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对
于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。