用于半导体芯片磨抛的限制环制造技术

本发明专利技术公开了一种用于半导体芯片磨抛的限制环，所述限制环形成为圆环状以被安装于磨抛头的下方从而限制半导体基板在抛光作业期间的运动，所述限制环由第一环和第二环构成；其中第一环的刚性高于第二环；第二环的底部形成有多个沿所述限制环的圆周方向配置并且径向倾斜地向外发散的液槽，使得在磨抛作业期间的抛光液可经由所述液槽进入磨抛头下方的磨抛作业空间，并且所述限制环的夹层中、所述限制环的内部或者所述限制环的顶部配置有用于加热和/或降温的温度控制元件。加热和/或降温的温度控制元件。加热和/或降温的温度控制元件。

【技术实现步骤摘要】
用于半导体芯片磨抛的限制环


[0001]本专利技术属于半导体芯片磨抛
，尤其涉及一种用于半导体芯片磨抛的限制环。

技术介绍

[0002]半导体芯片的磨抛又称为化学机械抛光(也称化学机械平坦化，Chemical Mechanical Planarization/Polishing)是当代芯片制造不可省略的关键制程，其中的磨抛头(也称抛光头，Carrier head/Polishing head)系核心部件。美国专利US20130065495A1公开了一种磨抛头，其包括承载盘及柔性膜，柔性膜可拆卸地设置在承载盘的下部等。
[0003]如图1和图2所示，中国新型专利CN211193454U公开了一种化学机械抛光装置及其具有限制环的磨抛头31，图1示出了磨抛单元2A的构成，包括转盘10、抛光垫20、基板承载组件30、修整器40和供液臂50；抛光垫20设置于转盘10上表面并随之绕Ax1轴线旋转，基板承载装置30设置于抛光垫20上方，其所耦接的磨抛头31的下表面吸持有待抛光的基板W(即半导体芯片或称为半导体芯片基板或称为晶圆基板或称为晶圆)；修整器40包括修整臂41和修整头42。
[0004]进行磨抛时，基板承载组件30将半导体芯片(简称基板或基板W)的结构面抵压于抛光垫20，抛光液分布于抛光垫20与基板W之间，在化学磨和机械抛的共同耦合作用下完成基板材料的去除，从而实现全局平坦化。
[0005]如图2所示，磨抛头31的底部设置有柔性膜314和由顶环3121和底环3123构成的限制环312，柔性膜314的外壁与限制环312的内壁之间具有间隙。
[0006]然而，半导体芯片(即半导体芯片基板/晶圆)的磨抛中，温度对磨抛去除速率的影响随着制程的演进变得日益重要。现有技术对转盘或抛光垫的加温/冷却难以及时将温度场的改变传递至作业的半导体芯片(对于逻辑和存储芯片而言，每片基板的磨抛作业时间仅5
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30秒)，温度时滞和时滞温漂都是难以接受的。这种情况下，辐射传热和热对流更是难以在Fab中特别是不可能在半导体芯片磨抛中实际应用。
[0007]另外，温度对限制环的在不同制程中的磨损也起到关键作用，而限制环的磨损导致进/出液槽的截面的变化等又将严重影响同一套作业控制参数产生的磨抛结果。
[0008]特别的，在诸如供液臂和/或抛光垫表面等有氧有光环境中对抛光液进行加热升温更容易导致抛光液结晶从而划伤半导体芯片的结构面，并且耗损更多的能量，使得真正参与磨抛作用的抛光液的温度漂移增加且难以控制。
[0009]解决磨抛作业温度的专利包括CN1330459C、CN111512425A、CN101630629B等，但作用于基板的方式都较为远端或远源，结果的不确定性导致难以实际应用。

技术实现思路

[0010]本专利技术提供了一种化学机械抛光限制环和化学机械抛光磨抛头，旨在一定程度上
解决上述技术问题之一，其技术方案如下：提供了一种用于半导体芯片磨抛的限制环，其特征在于，所述限制环形成为圆环状以被安装于磨抛头的下方从而限制半导体芯片在抛光作业期间的运动，所述限制环由第一环和第二环构成；其中第一环的刚性高于第二环；第二环的底部形成有多个沿所述限制环的圆周方向间隔配置并且径向倾斜地向外发散的液槽，使得抛光液在磨抛作业期间的可经由所述液槽进入磨抛头下方的磨抛作业空间，并且所述限制环的夹层中、所述限制环的内部或者所述限制环的顶部配置有用于加热和/或降温的温度控制元件。
[0011]进一步，所述液槽的截面为矩形、梯形、或者圆弧形。
[0012]进一步，所述温度控制元件为根据赛贝克效应作业的温度控制器件。
[0013]进一步，所述第二环的上表面配置多个有用于配置所述温度控制元件的安装槽，所述安装槽沿着所述限制环的圆周方向等距离间隔地设置使得所述温度控制元件可以卡合安装于其中。
[0014]进一步，所述温度控制元件配置于所述液槽的上方以提高热量交换效率同时缩短热量通路的距离。
[0015]进一步，所述温度控制元件的底面与所述液槽的顶面之间的距离为0mm至8mm。
[0016]进一步，所述限制环的全部外表面涂敷有防污层以避免抛光液在所述限制环的表面结晶划伤半导体芯片。
[0017]进一步，所述温度控制元件的底面涂敷有防污层以防止抛光液和/或污染物积聚其表面影响温度传导。
[0018]进一步，所述防污层由特氟龙和/或派瑞林材料形成。
[0019]进一步，所述第一环与所述第二环之间彼此结合的两个面均为直平面结构以增加他们之间的结合接触面积使他们彼此之间牢固地连接。
[0020]本专利技术实施例与现有技术相比存在的有益效果包括：减少能量耗散、提高了温度控制的有效性。
附图说明
[0021]通过结合以下附图所作的详细描述，本专利技术的优点将变得更清楚和更容易理解，但这些附图只是示意性的，并不限制本专利技术的保护范围，其中：
[0022]图1非限定性的示出了典型的晶圆磨抛单元的构造示意图；
[0023]图2非限定性的示出了根据本专利技术实施例的晶圆磨抛的承载头的结构的示意图；
[0024]图3非限定性的示出了根据本专利技术实施例的的限制环的结构的侧视图的示意图；
[0025]图4非限定性的示出了根据本专利技术实施例的限制环的底环中的周向相邻排列设置的玻尔贴元件和粘合剂部分；
[0026]图5非限定性的示出了根据本专利技术实施例的限制环的结构的侧视透视图；
[0027]图6非限定性的示出了根据本专利技术实施例的限制环仰视图(顶视图)及其局部结构的视图。
具体实施方式
[0028]下面结合具体实施例及其附图，对本专利技术所述技术方案进行详细说明。在此记载
的实施例为本专利技术的特定的具体实施方式，用于说明本专利技术的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本专利技术实施方式及本专利技术保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。为了说明本专利技术所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
[0029]关于本专利技术公开的术语方面，限制环(retaining ring或者retainer ring或者retainer)又称为保持环或卡环等，是在半导体芯片制造的平坦化、沉积、刻蚀中常用的关键耗材，磨抛即平坦化又称化学机械平坦化或者化学机械抛光(CMP，Chemical Mechanical Planarization/Polishing)；本公开中，半导体芯片也即半导体芯片基板也称晶圆基板或者晶圆(wafer substrate/wafer/substrate)，他们的意思是等同的。
[0030]如图2所示，限制环312由底环3123和顶环3121构成(通常由环氧树脂粘结而成)并且通过螺栓配置于磨抛头31的底部，底环3123间隔地配置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于半导体芯片磨抛的限制环，其特征在于，所述限制环形成为圆环状以被安装于磨抛头的下方从而限制半导体芯片在抛光作业期间的运动，所述限制环由第一环和第二环构成；其中第一环的刚性高于第二环；第二环的底部形成有多个沿所述限制环的圆周方向间隔配置并且径向倾斜地向外发散的液槽，使得抛光液在磨抛作业期间的可经由所述液槽进入磨抛头下方的磨抛作业空间，并且所述限制环的夹层中、所述限制环的内部或者所述限制环的顶部配置有用于加热和/或降温的温度控制元件。2.如权利要求1所述的限制环，其特征在于，所述液槽的截面为矩形、梯形、或者圆弧形。3.如权利要求1所述的限制环，其特征在于，所述温度控制元件为根据赛贝克效应作业的温度控制器件。4.如权利要求1所述的限制环，其特征在于，所述第二环的上表面配置多个有用于配置所述温度控制元件的安装槽，所述安装槽沿着所述限制环的圆周方向等距离间隔地设置使得...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晴元，徐红林，屈佳宁，
申请(专利权)人：无锡商业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：