CN113524027A - 晶圆保持件及研磨机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶圆保持件及研磨机，其中，晶圆保持件包括支撑圈和固定环，支撑圈具有相对的第一表面和第二表面，支撑圈的第一表面用于在研磨晶圆时与研磨头连接；固定环设于支撑圈的第二表面上，固定环内周壁设有倒角，倒角设于固定环背对支撑圈的一侧，固定环的内侧形成有用于固定晶圆的固定位，固定环的表面用于在研磨晶圆时与研磨垫接触。本发明改进了晶圆保持件的结构，将晶圆保持件与研磨垫的接触点向晶圆保持件中心的方向偏移，研磨垫形变点由晶圆边缘变成了与晶圆保持件本体接触的位置，避免了由于压力增加而导致的晶圆边缘研磨率增大的问题。

Description

晶圆保持件及研磨机
技术领域
本发明涉及芯片制造技术领域，尤其涉及一种晶圆保持件及研磨机。
背景技术
随着5G的新兴逐步应用，它所具有的超高速率，超低延时，超高密度等优点，使物联网、人工智能、无人驾驶等新兴技术迅猛发展。这就要求生产5G技术的芯片具有高效率，低能耗等特点。随着半导体芯片制造技术的发展，200mm及以上晶圆(Wafer)的化学机械平坦化工艺(Chemical MechanicalPlanarization,简称CMP)在芯片生产中的作用和要求也就越来越高。芯片器件越来越小，线宽越来越窄，对片内(Within Wafer，简称WIW)表面形貌、不均匀度等参数的控制精度要求越来越高。
目前，研磨机在研磨过程中，晶圆边缘的研磨速率会明显比中间区域要高(如图1所示)，造成晶圆边缘和晶圆中心会有明显的高度差，整体均匀度较低，使得研磨后的晶圆品质不能满足实际需求。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种晶圆保持件及研磨机，旨在提高晶圆研磨的均匀度，以提高生产制造的良品率。
为实现上述目的，本发明提出一种晶圆保持件，用于套住晶圆，所述晶圆保持件包括：
支撑圈，具有相对的第一表面和第二表面，所述支撑圈的第一表面用于在研磨晶圆时与研磨头连接；和
固定环，设于所述支撑圈的第二表面上，所述固定环内周壁设有倒角，所述倒角设于所述固定环背对所述支撑圈的一侧，所述固定环的内侧形成有用于固定晶圆的固定位，所述固定环的表面用于在研磨晶圆时与研磨垫接触。
可选地，所述倒角的宽度大于0.01mm。
可选地，所述倒角的高度大于0.1mm。
可选地，所述倒角为直角倒角、圆角倒角或不规则倒角。
可选地，所述倒角为一次倒角、两次倒角或多次倒角。
可选地，所述固定环上设有多个间隔设置的导流槽，以用于在研磨过程中将研磨液和水引流至所述晶圆，和将研磨废弃物引导排出。
可选地，多个所述导流槽周向间隔均匀地分布于所述固定环上。
可选地，所述固定环的材质为PPS或PP。
可选地，所述固定环的内径为200mm或300mm。
可选地，所述支撑圈的材质为不锈钢。
可选地，所述固定环上设有分压槽，以用于在研磨晶圆时减小所述固定环与研磨垫之间的相互作用力。
为了实现上述目的，本发明还提出一种研磨机，所述研磨机包括如上所述的晶圆保持件，所述晶圆保持件包括：
支撑圈，具有相对的第一表面和第二表面，所述支撑圈的第一表面用于在研磨晶圆时与研磨头连接；和
固定环，设于所述支撑圈的第二表面上，所述固定环内周壁设有倒角，所述倒角设于所述固定环背对所述支撑圈的一侧，所述固定环的内侧形成有用于固定晶圆的固定位，所述固定环的表面用于在研磨晶圆时与研磨垫接触。
在本发明的技术方案中，该晶圆保持件包括支撑圈和固定环，支撑圈具有相对的第一表面和第二表面，支撑圈的第一表面用于在研磨晶圆时与研磨头连接；固定环设于支撑圈的第二表面上，固定环内周壁设有倒角，倒角设于固定环背对支撑圈的一侧，固定环的内侧形成有用于固定晶圆的固定位，固定环的表面用于在研磨晶圆时与研磨垫接触。可以理解，在研磨晶圆时，研磨垫与固定环的接触点为倒角底端位置，使得晶圆保持件与研磨垫的接触点向晶圆保持件中心的方向偏移，研磨垫形变点由晶圆边缘变成了与晶圆保持件本体接触的位置，避免了由于压力增加而导致的晶圆边缘研磨率增大的问题，进而提高了晶圆研磨的均匀度，提高了生产制造的良品率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1为现有技术晶圆研磨速率图；
图2为现有技术晶圆、晶圆保持件和研磨垫的结构示意图；
图3为本发明晶圆保持件一实施例的背面结构示意图；
图4为本发明晶圆保持件一实施例的正面结构结构图；
图5为本发明晶圆保持件第一实施例中固定环的剖面图；
图6为本发明晶圆保持件第二实施例中固定环的剖面图；
图7为本发明晶圆保持件第三实施例中固定环的剖面图；
图8为本发明晶圆保持件第四实施例中固定环的剖面图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
10 支撑圈 21 倒角
20 固定环 22 导流槽
100 晶圆保持件 200 研磨垫
20a 固定位 300 晶圆
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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付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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
随着5G的新兴逐步应用，它所具有的超高速率，超低延时，超高密度等优点，使物联网、人工智能、无人驾驶等新兴技术迅猛发展。这就要求生产5G技术的芯片具有高效率，低能耗等特点。随着半导体芯片制造技术的发展，200mm及以上晶圆(Wafer)的化学机械平坦化工艺(Chemical Mechanical Planarization,简称CMP)在芯片生产中的作用和要求也就越来越高。芯片器件越来越小，线宽越来越窄，对片内(Within Wafer，简称WIW)表面形貌、不均匀度等参数的控制精度要求越来越高。
在一些示例性技术中，研磨机在研磨过程中，晶圆边缘的研磨速率会明显比中间区域要高(如图1和图2所示，其中，100为晶圆保持件，200为研磨垫，300为晶圆)，造成晶圆边缘和晶圆中心会有明显的高度差，整体均匀度较低，使得研磨后的晶圆品质不能满足实际需求。
为了提高晶圆研磨的均匀度，以提高生产制造的良品率，本发明提出一种晶圆保持件，适用于各种研磨机，尤其是200mm或300mm CMP研磨机，此处不做限定。
参照图2至图4，在本发明一实施例中，该晶圆保持件100包括支撑圈10和固定环20，支撑圈10具有相对的第一表面和第二表面，支撑圈10的第一表面用于在研磨晶圆300时与研磨头连接；固定环20设于支撑圈10的第二表面上，固定环20内周壁设有倒角21，倒角21设于固定环20背对支撑圈10的一侧，固定环20的内侧形成有用于固定晶圆300的固定位20a，固定环20的表面用于在研磨晶圆300时与研磨垫200接触。
本实施例中，支撑圈10可呈圆环状等，支撑圈10可采用不锈钢等金属材质，此处不限。固定环20可通过粘接等方式固定于支撑圈10上，固定环20也可呈圆环状等，固定环20可采用为PPS或PP等塑胶材质。其中，PPS或PP材质具有耐酸碱和较高的硬度的特性，且在消耗过程中不会出现大块掉落而影响研磨品质的问题。
本实施例中的固定环20的内径可优选为200mm或300mm，以适配200mm或300mm CMP研磨机。此处，对固定环20的具体结构不做限定。
需要说明的是，本实施例中的倒角21可为直角倒角、圆角倒角或不规则倒角等，此处不做具体限定。
在本发明的技术方案中，该晶圆保持件100包括支撑圈10和固定环20，支撑圈10具有相对的第一表面和第二表面，支撑圈10的第一表面用于在研磨晶圆300时与研磨头连接；固定环20设于支撑圈10的第二表面上，固定环20内周壁设有倒角21，倒角21设于固定环20背对支撑圈10的一侧(也即固定环20接触研磨垫200的一侧)，固定环20的内侧形成有用于固定晶圆300的固定位20a，固定环20的表面用于在研磨晶圆300时与研磨垫200接触。可以理解，在研磨晶圆300时，研磨垫200与固定环20的接触点为倒角21底端位置，使得晶圆保持件100与研磨垫200的接触点向晶圆保持件100中心的方向偏移(即图2中背离固定位20a内晶圆300的方向)，研磨垫200形变点由晶圆300边缘变成了与晶圆保持件100本体接触的位置，避免了由于压力增加而导致的晶圆300边缘研磨率增大的问题，进而提高了晶圆300研磨的均匀度，提高了生产制造的良品率。
为了进一步地提高晶圆300研磨的均匀度，提高生产制造的良品率，在一些实施例中，如图5至图8所示，固定环20内侧周壁上倒角21的宽度可大于0.01mm设置，以在不影响固定环20固定晶圆300强度和固定环20与支撑圆连接的强度的同时，可保证晶圆保持件100与研磨垫200的接触点向晶圆保持件100中心的方向偏移，其形变点相对晶圆300距离较为安全，晶圆300边缘受影响较小，进一步地提高了晶圆300研磨的均匀度，提高了生产制造的良品率。
在一些实施例中，如图5至图8所示，该固定环20上的倒角21高度可大于0.1mm设置，如此，可保证晶圆保持件100与研磨垫200的接触点向晶圆保持件100中心的方向偏移，其形变点相对晶圆300距离较为合理，晶圆300边缘受影响较小，并且，使得固定环20边缘的厚度能满足自身强度需求，而不影响其与其他部件的连接强度，避免其自身形变量过大而降低使用寿命。
还需再说明的是，上述倒角21均可为直角倒角、圆角倒角或不规则倒角，可以是一次倒角，也可是两次倒角或多次倒角，以满足不同场景的受力需求或方便加工制造，此处不做限定。需要解释的是，一次倒角表示通过一次加工形成的倒角；二次倒角表示通过两次加工形成的倒角，每一段倒角的尺寸通常为不同尺寸或形状；多次倒角表示通过多次加工形成的倒角，每一段倒角的尺寸通常为不同尺寸或形状，可以是连续的倒角结构，也可为非连续的倒角结构，。
在一些实施例中，如图5至图8所示，图5中固定环20的倒角21为直角倒角，图6中固定环20的倒角21为圆角倒角，图7中固定环20的倒角21为两次连续的直角倒角，图8中固定环20的倒角21为两次非连续的直角倒角。倒角21的具体结构可根据实际应用场景的需求或加工制造的难易程度进行考量和设计，此处不做具体限定。
为了方便将研磨液和水添加至晶圆300上，并方便将研磨废弃物引导排出，在一些实施例中，参考图4，固定环20上设有多个间隔设置的导流槽22，以用于在研磨过程中将研磨液和水引流至晶圆300，和将研磨废弃物引导排出。
本实施例中，相邻两导流槽22之间可设有至少一个分压槽。如此，可实现导入研磨液和水及排出研磨废弃物功能的同时，还实现了减小固定环20与研磨垫200之间的相互作用力的功能，避免了由于研磨压力增加而导致晶圆300边缘的研磨速率变高的问题，提高了研磨机研磨晶圆300的精度。
可以理解，固定环20与研磨垫200之间的相互作用力分流至多个分压槽内，进一步地避免了由于研磨压力增加而导致晶圆300边缘的研磨速率变高的问题，进一步地提高了研磨机研磨晶圆300的精度。
进一步地，参考图3，多个导流槽22周向间隔均匀地分布于固定环20上，且多个分压槽周向间隔均匀地分布于固定环20上。可以理解的是，由于多个分压槽周向间隔均匀地分布于固定环20上，使得固定环20的周向受力更为均匀，提升了晶圆保持件100的稳定性和可靠性。
本发明还提出一种研磨机，该研磨机包括晶圆保持件，该研磨机的具体结构参照上述实施例，由于本发明提出的研磨机包括上述晶圆保持件的所有实施例的所有方案，因此，至少具有与所述晶圆保持件相同的技术效果，此处不一一阐述。
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种晶圆保持件，用于套住晶圆，其特征在于，所述晶圆保持件包括：
支撑圈，具有相对的第一表面和第二表面，所述支撑圈的第一表面用于在研磨晶圆时与研磨头连接；和
固定环，设于所述支撑圈的第二表面上，所述固定环内周壁设有倒角，所述倒角设于所述固定环背对所述支撑圈的一侧，所述固定环的内侧形成有用于固定晶圆的固定位，所述固定环的表面用于在研磨晶圆时与研磨垫接触。
2.如权利要求1所述的晶圆保持件，其特征在于，所述倒角的宽度大于0.01mm。
3.如权利要求1所述的晶圆保持件，其特征在于，所述倒角的高度大于0.1mm。
4.如权利要求1所述的晶圆保持件，其特征在于，所述倒角为直角倒角、圆角倒角或不规则倒角。
5.如权利要求4所述的晶圆保持件，其特征在于，所述倒角为一次倒角、两次倒角或多次倒角。
6.如权利要求1所述的晶圆保持件，其特征在于，所述固定环上设有多个间隔设置的导流槽，以用于在研磨过程中将研磨液和水引流至所述晶圆，和将研磨废弃物引导排出。
7.如权利要求6所述的晶圆保持件，其特征在于，多个所述导流槽周向间隔均匀地分布于所述固定环上。
8.如权利要求1所述的晶圆保持件，其特征在于，所述固定环的材质为PPS或PP。
9.如权利要求1所述的晶圆保持件，其特征在于，所述固定环的内径为200mm或300mm。
10.如权利要求1所述的晶圆保持件，其特征在于，所述支撑圈的材质为不锈钢。
11.如权利要求1所述的晶圆保持件，其特征在于，所述固定环上设有分压槽，以用于在研磨晶圆时减小所述固定环与研磨垫之间的相互作用力。
12.一种研磨机，其特征在于，包括如权利要求1-10任一项所述的晶圆保持件。
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