CN102501187A - 区域压力调整抛光盘 - Google Patents
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Abstract
区域压力调整抛光盘，涉及一种机械抛光工具。设有压电传感器、抛光盘、滑块滑槽副、聚氨酯抛光片和圆夹盘；所述抛光盘上设有至少2个圆环并分割成扇形块，所述扇形块上设有滑块滑槽副，每个扇形块表面贴有2片聚氨酯抛光片，在2片聚氨酯抛光片之间设有用于放置压电传感器的向内的凹槽；用于固定扇形块的圆夹盘设在抛光盘的外沿。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械抛光工具，尤其是涉及一种用于化学机械抛光技术的区域压力调整抛光盘。
背景技术
集成电路(IC)制造是电子信息产业的核心，是推动国民经济和社会信息化发展最主要的高新技术之一。发达国家国民经济总产值增长部分的65％与IC工业相关([1]孙禹辉，康仁科，郭东明，等.化学机械抛光中的硅片夹持技术[J].半导体技术，2004，29(4)：10-14)。近年来，半导体芯片不断朝向体积小、电路密集度高、速度快和能耗低方向发展，集成电路的线宽设计由0.35μm缩减到现在的0.25μm与0.18μm，组件内的金属层数也由3～4层向更多层迈进([2]修树东，倪忠进，陈茂军，等.化学机械抛光的研究进展[J].机械研究与应用，2008，21(6)：10-13)。目前，CMP加工所面临的主要问题是随着硅片尺寸的不断增大，其表面厚度变化误差值(TTV)也随之增加。整体厚度误差产生的原因比较复杂，其中主要的影响因素有抛光压力和抛光液的分布不均、抛光垫的局部磨损较快以及硅片与抛光垫之间的相对速度不一致等。这些影响因素中，工作载荷分布不均匀在其中影响最大。从当前的国外研究来看，
解决工作载荷分布不均匀这一问题主要通过设计特殊结构努力使载荷分布完全均匀和采用补偿性多区域压力调整技术([3]颜重光，等.TPMS专用传感器模块技术剖析[J].电子设计应用，2006，(11)：28-31)。日本的Une和Kunyoo([4]UNE A，KUNYOO P，MOCHIDA M，et al.Character-istics of a vacuum pin chuck for ArF laser lithography[J].MicroelectronicEngineering 2002，61-62(1-3)：113-121)采用和上述两家公司相同的设计思想，创造性地提出了一种新型的真空吸盘，这种真空吸盘的平坦化效果比传统的吸盘高几倍，这样高的平整能力来自于其巨大的吸附面积。。Sakamoto等人([5]SAKAMOTO E，EBINUMA R.Vacuumchuck[P].U.S.Patent：5,374,829，1994)的设计与该吸盘类似，但他们使用的圆柱销尺寸更大而数量较少，在圆柱销上加了弹性圈，防止了圆柱销对硅片的划伤。上述几种吸盘在设计思想上都是追求载荷分布的完全均匀，这对于中小尺寸的硅片加工是比较实用的。在工作压力与材料去除率之间对应关系的模型建立方面，Cook和Yu等人([6]Cook.Polishing pads andmethods for their use[P].U.S.Patent：5,489,233，1996；[7]Yu，et al.Polishing pad forchemical-mechanical polishing of a semiconductor substrate[P]U.S.Patent：5,441,598，1995提出了薄膜与硅片的接触模型，Luo和Dornfeld基于化学机械抛光中两实体接触的磨损机理细致地研究了材料去除率的影响因素。台湾国立大学一些研究人员对加工中吸盘和薄膜变形进行了有限元分析。这些相关研究为进一步研究和优化吸盘的区域背压调整功能提供了理论依据。
发明内容
本发明的目的在于针对传统抛光中整体抛光盘压力单点控制而导致的抛光压力分布不均等问题，提供一种区域压力调整抛光盘。
本发明设有压电传感器、抛光盘、滑块滑槽副、聚氨酯抛光片和圆夹盘；所述抛光盘上设有至少2个圆环并分割成扇形块，所述扇形块上设有滑块滑槽副，每个扇形块表面贴有2片聚氨酯抛光片，在2片聚氨酯抛光片之间设有用于放置压电传感器的向内的凹槽；用于固定扇形块的圆夹盘设在抛光盘的外沿。
抛光盘分割为多个扇形块，可根据工件口径大小，组合相应尺寸的压力调整结构，实现区域压力控制。
本发明的工作原理如下：
工件安装固定于抛光机床的工作台面上，由抛光机床的工作台旋转带动工件运动，抛光盘整体的初始抛光压力预设为某一固定值；加工中工件表面面形误差或表面缺陷会导致抛光盘作用于工件表面的压力分布不均。抛光中抛光压力越大，抛光盘的材料去除能力越强。因此通过抛光盘扇形块上的压电传感器可检测到工件表面面形误差带来的压力变化量，同时将该压力变化量转换为电信号输入到压力输出执行单元，压力输出执行单元包括压电晶体及相关电路，装于与压力传感器相对的抛光盘背面。由压力输出执行单元根据电信号局部调节抛光盘的抛光压力，更好地去除工件表面的不平坦加工残留，从而保证面形收敛，缩短抛光时间及简化抛光工艺过程。
附图说明
图1为本发明实施例的结构组成示意图。
图2为本发明的抛光机床原理图。
图3为本发明实施例的抛光盘扇形块之间带有的滑槽和滑块副的结构组成示意图。
在图1～3中，各部件标记为：1.压电传感器，2.抛光盘，3.滑块滑槽副，4.聚氨酯抛光片，5.圆夹盘，6.工件，7.工作台。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步说明。
参见图1～3，本发明实施例设有压电传感器1、抛光盘2、滑块滑槽副3、聚氨酯抛光片4和圆夹盘5；所述抛光盘2上设有至少2个圆环并分割成扇形块，所述扇形块上设有滑块滑槽副3，每个扇形块表面贴有2片聚氨酯抛光片4，在2片聚氨酯抛光片4之间设有用于放置压电传感器1的向内的凹槽；用于固定扇形块的圆夹盘5设在抛光盘2的外沿。
抛光盘分割为多个扇形块，可根据工件口径大小，组合相应尺寸的压力调整结构，实现区域压力控制。
在本发明中，根据所要抛光工件的尺寸和面形趋势，将抛光盘2分为3圆环，并分割成8个扇形块，扇形块上带有滑块滑槽副3。聚氨酯抛光片4贴于抛光盘2上的扇形块表面，每个扇形块上贴有两片聚氨酯抛光片4，在两聚氨酯抛光片4之间设有向内的用于放置压电传感器1的凹槽。最外面部分为圆夹盘5，用于固定抛光盘的扇形块。
以下给出本发明的工作原理：
如图2所示的抛光机床，工件6安装固定于抛光机床的工作台7上，由抛光机床的工作台7旋转带动工件6运动，抛光盘2整体的初始抛光压力P预设为某一固定值；加工中工件表面面形误差或表面缺陷会导致抛光盘作用于工件表面的压力分布不均。抛光中抛光压力越大，抛光盘2的材料去除能力越强。因此通过抛光盘扇形块上的压电传感器1可检测到工件表面面形误差带来的压力变化量，同时将该压力变化量转换为电信号输入到压力输出执行单元，压力输出执行单元包括压电晶体及相关电路，装于与压电传感器1相对的抛光盘2背面。由压力输出执行单元根据电信号局部调节抛光盘2的抛光压力，更好地去除工件表面的不平坦加工残留，从而保证面形收敛，缩短抛光时间及简化抛光工艺过程。
Claims (1)
1.区域压力调整抛光盘，其特征在于设有压电传感器、抛光盘、滑块滑槽副、聚氨酯抛光片和圆夹盘；所述抛光盘上设有至少2个圆环并分割成扇形块，所述扇形块上设有滑块滑槽副，每个扇形块表面贴有2片聚氨酯抛光片，在2片聚氨酯抛光片之间设有用于放置压电传感器的向内的凹槽；用于固定扇形块的圆夹盘设在抛光盘的外沿。
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