一种平坦化装置及平坦化方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种平坦化装置及平坦化方法。


背景技术：

2.粒子束抛光技术是一种新兴的平坦化技术。与化学机械平坦化技术相比，粒子束抛光技术具有非接触式、可选区、可实现精密化操作等优势，是未来极具应用前景的平坦化技术，有望被应用于半导体器件的制造过程中。
3.但是，通过目前设计的支持粒子束抛光技术的平坦化装置，对晶圆进行平坦化处理的过程中，难以在提高平坦化处理的精准度的同时，提升平坦化处理效率。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种平坦化装置及平坦化方法，该平坦化装置为使用粒子束对晶圆表面凸起结构进行平坦化处理的装置，旨在提高平坦化处理效率的同时，提升平坦化处理的精准度。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种平坦化装置，该平坦化装置包括：
6.夹持部，夹持部用于夹持晶圆；
7.粒子束生成器，粒子束生成器设置在夹持部的一侧，粒子束生成器用于生成对晶圆进行平坦化处理的粒子束，粒子束的轴向与晶圆的预保留部分的上表面平行；
8.遮挡部，遮挡部设置在粒子束生成器与晶圆的预保留部分之间，遮挡部用于至少遮挡射向晶圆的预保留部分的粒子束。
9.与现有技术相比，本发明提供的平坦化装置中，在粒子束生成器与晶圆的预保留部分之间设置有遮挡部，该遮挡部对于粒子束生成器生成的粒子束具有良好的遮挡特性。也就是说，该遮挡部能够至少遮挡射向晶圆的预保留部分的粒子束，使得晶圆的预保留部分不会与粒子束接触而被去除掉，实现对晶圆预保留部分的保护。在此情况下，在通过本发明提供的平坦化装置对晶圆进行平坦化的过程中，即使夹持部或粒子束生成器以相对较快的速度上下移动快速去除晶圆的待去除部分时，晶圆的预保留部分在遮挡部的保护下也不会受到粒子束的影响，使得平坦化装置可以快速将晶圆平坦化至所要求的目标位置，从而可以在提高平坦化处理的效率的同时，提升平坦化处理的精准度。
10.本发明还提供了一种平坦化方法，该平坦化方法包括：
11.提供一待平坦化处理的晶圆；
12.至少对晶圆的预保留部分进行遮挡；
13.通过粒子束对晶圆进行平坦化处理；粒子束的轴向与晶圆的预保留部分的上表面平行。
14.与现有技术相比，本发明提供的平坦化方法中，至少对晶圆的预保留部分进行了遮挡。此时，通过粒子束快速去除晶圆的待去除部分的过程中，粒子束无法与晶圆的预保留部分接触，即晶圆的预保留部分不会受到粒子束的影响，使得粒子束可以快速将晶圆平坦
化至所要求的目标位置，从而可以在提高平坦化处理的效率的同时，提升平坦化处理的精准度。
附图说明
15.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
16.图1为目前设计的粒子束平坦化装置对晶圆进行平坦化处理的示意图；
17.图2为本发明实施例提供的平坦化装置处于工作状态时的结构剖视示意图；
18.图3a为本发明实施例提供的一种遮挡部结构俯视示意图；
19.图3b为本发明实施例提供的另一种遮挡部结构俯视示意图；
20.图3c为本发明实施例提供的又一种遮挡部结构俯视示意图；
21.图4为本发明实施例提供的遮挡部结构剖视示意图；
22.图5为本发明实施例提供的平坦化方法过程示意图。
23.附图标记：
24.1为夹持部，2为晶圆，21为预保留部分，22为待去除部分，h为目标位置，3为粒子束生成器，31为粒子束，4为遮挡部，41为平面遮挡板，42为环状遮挡板，43为弧状遮挡板，5为掩膜。
具体实施方式
25.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
26.在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
27.在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
29.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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.化学机械平坦化工艺是一种将化学腐蚀与机械摩擦相结合，获得平坦化抛光表面的工艺。具体的，在通过化学机械平坦化工艺对晶圆进行平坦化处理时，首先晶圆表面材料与抛光液中的氧化剂、催化剂等发生化学反应，生成一层相对容易去除的软质层。接着在抛光液中的磨料和抛光垫的机械作用下去除软质层。重复上述化学作用过程和机械作用过程，直至完成晶圆表面抛光，从而便于后续能够在较为平坦的晶圆上进行相应操作，提高半导体器件的品质。
31.但是，化学机械平坦化过程中抛光液内的残留颗粒会增大废液的处理难度，进而腐蚀抛光表面。并且，在抛光过程中抛光液中的磨料在较大压力作用下会对抛光表面产生划伤，引起亚表层损伤或晶格缺陷等，使得抛光表面质量无法保证。随着半导体器件精细化程度越来越高，为了消除半导体器件各区域的高度差，化学机械平坦化工艺被使用的频率也越来越高。相应的，上述问题也越来越突出。为了解决因采用化学机械平坦化工艺对晶圆进行平坦化处理过程中所导致的上述问题，本领域技术人员设计了一种通过具有一定速度的粒子束实现晶圆平坦化处理的方法。
32.图1示出了目前设计的粒子束平坦化装置对晶圆进行平坦化处理的示意图。参见图1，晶圆2位于目标位置h下方的部分为预保留部分21，晶圆2位于目标位置h上方的部分为待去除部分22。在通过目前设计的平坦化装置对晶圆2进行平坦化处理的过程中，粒子束生成器3会生成射向晶圆2的粒子束31，该粒子束31的轴向与晶圆2的预保留部分21的上表面平行。晶圆2与该粒子束31接触的部分会被去除掉。此外，还可以通过粒子束生成器3或夹持部1上下移动，使得生成的粒子束31能够射向晶圆2的所有待去除部分22，从而实现对晶圆2的平坦化处理。
33.由上述内容可知，粒子束生成器或晶圆夹持部的移动速率是影响平坦化处理效率的关键因素，因此为了提高平坦化处理的效率可以适当提高粒子束生成器或夹持部的移动速率。但是，为了提高平坦化处理的精准度，则需要在平坦化处理的后期，降低粒子束生成器或夹持部的移动速率，以使得生成的粒子束在对晶圆的目标位置以上的部分进行去除后，不会对晶圆的预保留部分的顶部过渡处理。在此情况下，难以通过目前设计的平坦化装置在提高平坦化处理效率的同时，提升平坦化处理的精准度。
34.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种平坦化装置及平坦化方法。其中，本发明实施例的提供平坦化装置中在粒子束生成器与晶圆的预保留部分之间设置有遮挡部。该遮挡部至少可以遮挡射向晶圆的预保留部分的粒子束。基于此，在通过粒子束对晶圆进行平坦化处理的整个过程中，因遮挡部的存在，即使夹持部或粒子束生成器以相对较快的速度移动，遮挡部也可以保护晶圆的预保留部分不受粒子束的影响，从而可以同时提高晶圆平坦化处理的效率和精准度。
35.本发明实施例提供了一种平坦化装置。该平坦化装置可以在半导体器件的制造过程中对晶圆进行平坦化处理。上述晶圆可以为任一待平坦化处理的晶圆。
36.参见图2，该平坦化装置包括：夹持部1、粒子束生成器3和遮挡部4。
37.参见图2，上述夹持部1用于夹持晶圆2。其中，该夹持部1可以为任一能够对晶圆2
进行夹持的部件。
38.例如：夹持部可以为硅片夹，该硅片夹可以通过真空吸附的方式对放置于硅片夹上的晶圆进行夹持。
39.参见图2，上述粒子束生成器3设置在夹持部1的一侧。粒子束生成器3用于生成对晶圆2进行平坦化处理的粒子束31，该粒子束31的轴向与晶圆2的预保留部分21的上表面平行。
40.具体来说，上述粒子束生成器可以设置在夹持部的任一侧，只要能够使得射向晶圆的粒子束的轴向与该晶圆的预保留部分的上表面平行即可。例如：粒子束生成器可以设置在夹持部的右侧。又例如：粒子束生成器可以设置在夹持部的左侧。
41.上述粒子束生成器可以为任一能够生成对晶圆进行平坦化处理的粒子束的生成器。示例性的，该粒子束生成器可以为光子束生成器、电子束生成器、离子束生成器或分子束生成器，但不仅限于此。例如：当粒子束生成器为光子束生成器时，光子束生成器生成的光子束射向晶圆的待去除部分后，可以使得待去除部分的表层熔化或蒸发，从而实现对待去除部分的去除，获得表面平坦的晶圆。又例如：当粒子束生成器为离子束生成器时，离子束生成器发射的离子束在真空中轰击晶圆的待去除部分的表面，利用轰击时发生的物理溅射效应去除表面材料，达到抛光的目的。
42.为了使得粒子束生成器发射的粒子束准确地射向晶圆的待去除部分，且能够将晶圆的所有待去除部分去除掉，上述夹持部和粒子束生成器中的至少一个能够上下移动。具体的，可以通过气缸等驱动装置实现夹持部、粒子束生成器沿竖直方向移动。
43.参见图2，上述遮挡部4设置在粒子束生成器3与晶圆2的预保留部分21之间，遮挡部4用于至少遮挡射向晶圆2的预保留部分21的粒子束31。
44.具体来说，该遮挡部对于粒子束生成器生成的粒子束具有良好的遮挡特性。基于此，在平坦化装置处于工作状态下，该遮挡部能够至少遮挡射向晶圆的预保留部分的粒子束，使得晶圆的预保留部分不会与粒子束接触而被去除掉，实现对预保留部分的保护。具体的，遮挡部的具体结构、以及遮挡部的顶部、底部高度可以根据实际情况设置，只要能够实现对晶圆的预保留部分的保护即可。例如：如图2所示，遮挡部4的顶部可以与预保留部分21的上表面平齐。此时，遮挡部4能够对预保留部分21进行保护的同时，不会对待去除部分22进行保护。
45.例如：遮挡部的底部可以与预保留部分的下表面平齐。又例如：遮挡部的底部与预保留部分上表面之间的垂直距离大于预保留部分的上表面与下表面之间的垂直距离。
46.由上述内容可知，在通过本发明实施例提供的平坦化装置对晶圆进行平坦化的过程中，即使夹持部或粒子束生成器以相对较快的速度上下移动快速去除晶圆的待去除部分时，晶圆的预保留部分在遮挡部的保护下也不会受到粒子束的影响，使得平坦化装置可以快速将晶圆平坦化至所要求的目标位置，从而可以在提高平坦化处理的效率的同时，提升平坦化处理的精准度。
47.参见图2至图3c，鉴于上述粒子束生成器3位于晶圆2的预保留部分21的一侧，故可以根据粒子束生成器3与晶圆2的相对位置关系、粒子束31的规格、以及晶圆2的规格对遮挡部4的结构进行合理化设计，以通过简单的结构使得遮挡部4能够对预保留部分21进行保护。由上可知，上述遮挡部4可以为遮挡板，该遮挡板可以为平面遮挡板41、环状遮挡板42或
弧状遮挡板43，但不仅限于此。
48.具体的，该遮挡部的材质可以为钛、钨、铜等具有良好遮挡特性的材料。此外，上述环状遮挡板为广义上的环状遮挡板。该环状遮挡板可以由平面遮挡板围合而成。围合后的环状遮挡板径向截面的形状可以为圆形、正方形、长方形等。上述弧状遮挡板也可以由平面遮挡板弯折而成，该弧状遮挡板的弧度可以根据实际应用场景设置，此处不做具体限定。
49.参见图4，上述遮挡部4的上表面可以为弧形上表面、水平上表面或倾斜上表面。
50.其中，当遮挡部的上表面为倾斜上表面时，沿着靠近晶圆的几何中心的方向，倾斜上表面的高度逐渐增加或逐渐减小。
51.具体来说，在遮挡部的顶部与预保留部分的上表面平齐，实现对预保留部分进行保护的前提下，与水平上表面相比，具有弧形上表面或倾斜上表面的遮挡部更为节省材料。
52.此外，为进一步提高平坦化处理的精准度，当上述遮挡部的上表面为弧形上表面或倾斜上表面时，该弧形上表面或倾斜上表面的最高处与预保留部分的上表面平齐即可。具体的，弧形上表面的弧度、以及倾斜上表面的倾斜程度可以根据实际情况设置，此处不做具体限定。例如：弧形上表面可以为半圆的弧形上表面。又例如：倾斜上表面与水平面之间的夹角可以为45
°
或135
°
。
53.在一种示例中，上述平坦化装置还可以包括与遮挡部固定连接的驱动组件。驱动组件用于对遮挡部在竖直方向上的高度进行调节，以在平坦化装置处于工作状态时使得遮挡部的顶部与晶圆的预保留部分的上表面平齐。
54.具体来说，上述驱动组件可以为气缸、液压缸等能够实现调节遮挡部在竖直方向上的高度的组件。其中，遮挡部的底部可以通过焊接、粘接、螺丝等方式与驱动组件的驱动端(如：活塞杆)固定连接。在夹持部将晶圆固定后，可以通过驱动组件调节遮挡部在竖直方向上的高度，使得遮挡部的顶部与晶圆的预保留部分的上表面平齐。
55.值得注意的是，与采用人工方式调节相比，驱动组件具有更高的调节精度，因此通过驱动组件调节遮挡部的高度，可以减小遮挡部的顶部与预保留部分上表面的高度差，进一步提升平坦化处理的精准度。
56.本发明实施例还提供了一种平坦化方法，该平坦化方法包括：
57.提供一待平坦化处理的晶圆。具体的，该晶圆的具体情况可以参考前文，此处不再赘述。
58.至少对晶圆的预保留部分进行遮挡。具体的，遮挡的方式至少包括以下两种方式：
59.第一种：利用遮挡部对晶圆的预保留部分进行遮挡。具体的，参见图2，该遮挡部可以为上述实施例提供的平坦化装置所包括的遮挡部4。遮挡部4的具体情况可以参考前文。
60.在实际的应用过程中，在获得了待平坦化处理的晶圆2后，需要将晶圆2放置在平坦化装置所包括的夹持部1上，由夹持部1对晶圆2进行夹持，防止晶圆2在平坦化处理过程中移动，影响平坦化处理的效果。接着可以将遮挡部4的顶部与晶圆2的预保留部分21的上表面对齐，从而实现对晶圆2的预保留部分21的遮挡。
61.第二种：参见图5，在晶圆2的预保留部分21的外周形成掩膜5。掩膜5的上表面与晶圆2的预保留部分21的上表面平齐。掩膜5的下表面至少与晶圆2的预保留部分21的下表面平齐。
62.示例性的，可以采用选择性沉积等方式，通过一次操作就可以仅在晶圆的预保留
部分的外周形成掩膜。或者，也可以在晶圆的预保留部分和待去除部分的外周形成掩膜层。接着通过光刻和刻蚀工艺，选择性去除掩膜层位于待去除部分外周的部分，保留掩膜层位于预保留部分外周的部分，形成掩膜。
63.其中，上述掩膜可以为任一项能够对粒子束进行遮挡的掩膜。示例性的，该掩膜为光刻胶掩膜、氧化物掩膜、氮化物掩膜、多晶硅掩膜、锗硅掩膜、钨掩膜、铜掩膜或钛掩膜中的一种或几种。此外，该掩膜的具体规格可以根据实际情况进行设置，只要能够确保掩膜可以在平坦化处理过程中保护预保留部分即可。示例性的，在竖直方向上，掩膜的宽度可以大于1微米。在水平方向上，掩膜的厚度可以大于1000埃。
64.参见图2和图5，通过粒子束31对晶圆2进行平坦化处理。粒子束31的轴向与晶圆2的预保留部分21的上表面平行。具体的，在对晶圆2进行平坦化处理前，可以先通过夹持部1固定晶圆2的位置。上述粒子束31可以由前文所述的粒子束生成器3生成，该粒子束31可以为光子束、离子束、电子束或分子束等能够对晶圆2进行平坦化处理的粒子束31。同时，可以适当上下移动粒子束生成器3或夹持部1，以完成对晶圆2的平坦化处理。
65.由上述内容可知，本发明实施例提供的平坦化方法中，在通过粒子束快速去除晶圆的待去除部分时，位于预保留部分外周的遮挡部或掩膜可以保护晶圆的预保留部分不会受粒子束的影响，使得粒子束可以快速将晶圆平坦化至所要求的目标位置，从而可以在提高平坦化处理的效率的同时，提升平坦化处理的精准度。
66.以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。