CN104416463A - 修整装置及具有它的化学机械研磨装置、用于它的修整器盘 - Google Patents

Abstract

一种修整装置及具有它的CMP装置、用于它的修整器盘，可改善修整器盘旋转时的摇晃。修整装置(1)可对研磨垫进行修整，具有：保持部(3)，其能够与可旋转且可上下移动的修整器驱动轴(2)连接；修整器盘(4)，其能够安装在保持部(3)上，具有与研磨垫摩擦的修整面(4a)；扭矩传递部(6)，其形成在保持部(3)及修整器盘(4)上，呈向盘半径方向延伸的凹凸状，且当将修整器盘(4)安装在保持部(3)上时扭矩传递部(6)嵌合；以及平坦面状的接触面(7)，其形成为扭矩传递部(6)的周围的一个面，当传递修整器驱动轴(2)的扭矩时进行平面接触。

Description

修整装置及具有它的化学机械研磨装置、用于它的修整器盘

技术领域

本发明涉及一种对用于研磨半导体晶片等被研磨物的研磨垫进行修整的修整装置及具有该修整装置的化学机械研磨装置、用于该修整装置的修整器盘。

背景技术

近年来，半导体元件的细微化及复杂化不断发展，在半导体元件的制造工序中以纳米单位要求半导体晶片等的基板表面的平坦化。为了实现这种要求，对于半导体晶片等的表面的平坦化，使用例如化学机械研磨装置(以下称为CMP(Chemical Mechanical Polishing)装置)。

CMP装置例如如图16所示，具有：上表面具有研磨垫10的研磨台11；以及对半导体晶片等基板进行保持的顶环12。通过使研磨垫10、顶环12分别向箭头方向旋转，一边将研磨液供给到研磨垫10上一边将保持在顶环12内的基板以规定压力按压到研磨垫10上，从而可研磨基板表面。研磨液可使用例如将二氧化硅等微粒子作为磨料颗粒而悬浊在碱溶液中制成的研磨液。由此，基板表面不仅由研磨垫进行研磨，而且利用研磨液的碱所产生的化学研磨作用和磨料颗粒所产生的机械研磨作用而被平坦化。

在这种CMP装置中，随着反复进行基板研磨，研磨垫10就变得平滑，且因为附着磨料颗粒和研磨屑而使研磨性能下降。因此，为了恢复研磨性能，必须进行修整(整形)。为了对研磨垫10进行修整，CMP装置有时具有修整装置13。

修整装置13例如具有可旋转的保持部14；以及安装在保持部上的修整器盘。修整器盘的底面作为修整面，电镀有金刚石粒子等。通过使修整面旋转并在研磨垫上摩擦，从而可对研磨垫10进行修整并去除附着在研磨垫10上的磨料颗粒和研磨屑等。

作为以往的修整器盘，如下专利文献1示出了一种修正盘(相当于修整器盘)：其基体件的表面电镀有圆环状的金刚石粒子，可充分刮出研磨屑。

作为以往的修整装置，如下专利文献2示出了这样一种修整装置：具有球面轴承和弹簧机构，球面轴承可将修整部件(相当于修整器盘)相对修整器驱动轴倾动，弹簧机构产生与修整部件的倾动相抗衡的力，不使研磨垫产生不均匀磨损。

另外，如下专利文献3示出了这样一种方法：在研磨面的修正中，反复进行研磨面的高度的测定和测定点的位置的算出，生成研磨面内的高度分布，对研磨垫的研磨面进行监视。

专利文献1：日本专利特开2001-121417号公报

专利文献2：日本专利特开2010-172996号公报

专利文献3：日本专利特开2012-250309号公报

如上述专利文献1～3等所示，为了实现半导体元件的细微化和复杂化，而利用各种方法来获得研磨垫的平坦化。

但是，在以往的修整装置中，例如，如图17(专利文献2中的图4)所示，用固定螺丝或圆杆状的销等固定件16将保持部14和修整器盘15连接起来，保持部14的旋转扭矩传递到修整器盘15。

如此，当用固定螺丝或圆杆状的销等固定件16向修整器盘15传递旋转扭矩，则有时在固定件16附近局部产生应力集中，修整器盘15的旋转产生微妙摇晃，不能保持水平旋转。因此，与研磨垫10的接触状况产生微小变化，有时对研磨垫10的修整产生影响。

发明内容

发明所要解决的课题

为此，本发明提出了一种修整装置及具有该修整装置的CMP装置、用于该修整装置的修整器盘，可改善修整器盘旋转的摇晃。

用于解决课题的手段

本发明的一形态是一种修整装置，对研磨垫进行修整，其中，具有：保持部，该保持部能够与可旋转且可上下移动的修整器驱动轴连接；修整器盘，该修整器盘能够安装在保持部上，具有与研磨垫摩擦的修整面；扭矩传递部，该扭矩传递部形成在保持部及修整器盘上，呈向盘半径方向延伸的凹凸状，且当将修整器盘安装在保持部上时该扭矩传递部嵌合；以及平坦面状的接触面，该接触面形成为扭矩传递部的周围的一个面，当传递修整器驱动轴的扭矩时进行平面接触。

作为本发明的较佳形态，扭矩传递部的修整器盘侧可形成为凹槽状，扭矩传递部的保持部侧可形成为凸条状，另外，在俯视盘时，可相对于修整器盘的旋转中心而点对称地至少形成一对扭矩传递部。

作为本发明的较佳形态，在俯视盘时，接触面可形成在通过修整器盘的旋转中心的直线上，或者，接触面可相对于通过修整器盘的旋转中心的直线形成为13°以下。

作为本发明的较佳形态，可在保持部的外周设有向下方突出的周壁部，且在该周壁部的内侧形成能够收纳修整器盘的盘收纳部。

作为本发明的较佳形态，在俯视盘时，扭矩传递部的盘外缘侧的宽度，可形成为从接触面的内侧端点至旋转中心的距离的1/2以下，另外，在俯视盘时，在修整器盘的上表面所呈现的接触面的缘部的长度，相对于盘半径可形成为0.4以上。

本发明的另一形态是一种具有上述修整装置的化学机械研磨装置。

本发明的另一形态是一种修整器盘，用于对研磨垫进行修整的修整装置，该修整器盘能够安装在保持部上，该保持部与可旋转且可上下移动的修整器驱动轴连接，该修整器盘的特征在于，具有：扭矩传递部，该扭矩传递部呈向盘半径方向延伸的凹状或凸状，当安装在保持部上时该扭矩传递部嵌合；以及，平坦状的接触面，该接触面形成为扭矩传递部的周围的一个面。

发明的效果

本发明由于在保持部及修整器盘上，形成有向盘半径方向延伸的凸状或凹状的扭矩传递部，在扭矩传递部上形成有平坦面状的接触面，用该面进行平面接触而可传递修整器驱动轴的扭矩，因此，能将应力分散而缓和应力集中，修整器盘容易进行水平旋转，能够对研磨垫进行修整而不会使研磨垫产生不均匀磨损。

附图说明

图1是表示本发明一实施形态的修整装置的大致立体图。

图2是图1所示的修整装置的保持部及修整器盘附近的剖视图。

图3是表示保持部及修整器盘的立体图。

图4是表示在保持部上安装有修整器盘的状态的仰视图。

图5～图8是表示修整器盘各变形例的俯视图。

图9是表示修整器盘的被嵌合部附近的放大立体图。

图10是表示扭矩传递部附近的放大剖视图。

图11～图13是用于说明扭矩传递部的角度的示图。

图14是用于说明扭矩传递部的宽度与位置之间关系的示图。

图15是用于说明扭矩传递部的接触面的长度与盘半径之间关系的示图。

图16是表示以往的CMP装置一例子的大致立体图。

图17是表示以往的修整装置一例子的剖视图。

符号说明

1   修整装置

1a  支承臂

2    修整器驱动轴

3    保持部

3a   开口部

3b   底面

3c   周壁部

3d   盘收纳部

4    修整器盘

4a   修整面

5a   嵌合部

5b   被嵌合部

6    扭矩传递部

7    接触面

8    CMP装置

8a   研磨台

8b   研磨垫

9    顶环

具体实施方式

下面，说明本发明的修整装置的较佳实施形态。

本发明的一实施形态的修整装置1如图1所示，可用于对研磨半导体基板等的研磨垫8b进行修整，如图2等所示，修整装置1具有修整器驱动轴2、保持部3和修整器盘4。

修整装置1如图1所示，在修整器驱动轴2的下端部连接有保持部3。保持部3安装有修整器盘4。通过使修整器盘4在设于旋转的研磨台8a上的研磨垫8b上水平旋转并与该研磨垫8b摩擦，从而可对研磨垫8b进行修整。修整器驱动轴2由支承臂1a支承，可移动到适当位置。

修整装置1如图1所示，装备于CMP装置8，CMP装置8还具有对半导体晶片等基板进行保持的顶环9等。CMP装置8通过使顶环9、研磨垫8b分别向箭头方向旋转，一边将研磨液供给到研磨垫8b上一边将保持在顶环9内的基板以规定压力按压在研磨垫8b上，从而可研磨基板表面。研磨液可使用将二氧化硅等微粒子作为磨料颗粒而悬浊在碱溶液中制成的研磨液。由此，基板表面不仅由研磨垫8b进行研磨，而且能利用研磨液的碱所产生的化学研磨作用和磨料颗粒所产生的机械研磨作用而被平坦化。

修整器驱动轴2如图1或图2等所示，形成为可旋转且可上下移动，在下端可固定保持部3。通过使修整器驱动轴2上下移动，从而可使安装在保持部3上的修整器盘4升降而调整相对于研磨垫的负荷，另外，通过使修整器驱动轴2旋转，从而安装在保持部3上的修整器盘4进行旋转，可修整研磨垫。

保持部3如图2或图3等所示，形成为圆盘状，并且形成为上表面侧可与修整器驱动轴2的下端部连接，底面侧可安装修整器盘4。保持部3的材质不特别限定，可从合成树脂等中选择。

在保持部3的中心形成有圆形的开口部3a，可嵌合连接修整器驱动轴2。与修整器驱动轴2连接的方法不限于此，可使用以往公知的连接方法，例如，可介由球面轴承等来固定，可倾动地与修整器驱动轴2连接。

保持部3的底面3b形成为水平面状，在外周的全周设有向下方突出的周壁部3c。周壁部3c的内侧作为可安装修整器盘4的盘收纳部3d。

周壁部3c的截面形成为矩形，其内侧面沿所安装的修整器盘4的外缘而形成。通过设置周壁部3c，可对修整器盘4进行定位，可防止修整器盘4在旋转时因离心力而偏移的现象。

保持部3的底面3b形成有向半径方向延伸的凸状的嵌合部5a，可与形成在修整器盘4上的被嵌合部5b嵌合而形成扭矩传递部6。嵌合部5a也可形成为凹状，详细如后述。

修整器盘4如图3等所示，形成为中心设有圆形开口部的圆盘板状，在修整器盘4的底面形成修整面4a，修整面4a与研磨垫摩擦，修整器盘4的上表面侧形成为可安装在保持部3上。也可不设置圆形开口部。

修整面4a如图4等所示，形成为一定宽度的圆环状，并且修整面4a形成为电镀有金刚石等具有硬度的粒子。修整面4a的形状不限于此，也可做成以往公知的形状，例如，也可形成以一定宽度使外周向下方突出的凸部，在该凸部的顶端面形成修整面4a。

要将修整器盘4安装在保持部3上，则可使用以往公知的方法，但较好的是，在保持部3内埋设磁铁等，从而可利用磁力安装修整器盘4。此时，较好的是，修整器盘4由具有磁性的金属例如不锈钢等形成。除此以外，例如也可用销、螺丝和螺栓等进行安装，另外，也可预先在保持部3的上表面设置贯通的孔，使得可利用吸引方式安装修整器盘4。

如图2或图3等所示，在修整器盘4的上表面，形成有向盘半径方向延伸的凹状的被嵌合部5b，被嵌合部5b形成为可与嵌合部5a嵌合的形状，且被嵌合部5b与嵌合部5a一起形成扭矩传递部6。

扭矩传递部6由互相嵌合的嵌合部5a和被嵌合部5b形成，可将修整器驱动轴2的扭矩从保持部3高效地传递至修整器盘4。被嵌合部5b可形成为凸状，也可形成为与嵌合部5a嵌合而分别对应的凹凸状。较好的是，嵌合部5a及被嵌合部5b在嵌合时可大致无间隙地嵌合，另外，较好的是，周围的各个面做成大致垂直的面。

在图2或图3等所示的形态中，在修整器盘4上设有凹槽状的被嵌合部5b，在保持部3上设有凸条状的嵌合部5a。虽然也可在修整器盘4上设置凸条状的被嵌合部5b，在保持部3上设置凹槽状的嵌合部5a，但若这样的话，例如修整器盘4的上表面只要是平面状，则就能安装。因此，为了防止误安装，较好的是将被嵌合部5b形成为凹槽状，将嵌合部5a形成为凸条状。

在俯视盘时，被嵌合部5b(或嵌合部5a)形成为向盘半径方向延伸的形状。例如，图5～图8表示修整器盘4的被嵌合部5b的变形例，也可如图5所示那样的楔形状、图6所示那样的半圆状或半圆锥状、图7所示那样的长方状、图8所示那样的长圆状等。通过做成向盘半径方向延伸的形状，则修整器盘4的旋转稳定，旋转力难以向盘半径方向移动。在形成为图6所示那样的半圆状或半圆锥状的场合，在修整器盘旋转时尤其难以产生错位。另外，图5～图8所示的被嵌合部5b是形成为凹槽状的情况。

被嵌合部5b(或嵌合部5a)的深度(或伸出余量宽度)不特别限定，但可形成为当传递扭矩时互相钩挂的深度(或伸出余量宽度)，且相对于修整器盘4外缘的厚度为20％～80％，40％～60％特好。

扭矩传递部6也可形成至少一个，但较好的是相对于修整器盘4的旋转中心而点对称地至少形成一对，形成一对～四对特好。由此，可进一步缓和应力集中。如图8所示，也可相对于修整器盘4的旋转中心而点对称地形成四对。

如图9或图10等所示，在扭矩传递部6上，形成有平坦面状的接触面7，以便当修整器驱动轴2旋转时嵌合部5a和被嵌合部5b进行平面接触。通过设有接触面7，从而可将应力适度分散，同时可减少损失地将扭矩传递至修整器盘4。如图10所示，当保持部3向箭头方向旋转时，在图10中嵌合部5a及被嵌合部5b左侧的面就成为接触面7。

为了高效地传递扭矩，接触面7较好的是做成大致垂直的面。另外，由于接触面7形成为平坦面，因此，在修整器盘4的上表面，接触面7的缘部呈现为直线状。

在俯视时将扭矩传递部6形成为楔形状、长圆状和长方形状等时，与接触面7相对的面也可做成接触面7’，成为向任何方向旋转都可对应的修整器盘4。

如图11或图12所示，在俯视盘时，接触面7相对于通过修整器盘4的旋转中心及接触面7内侧端点I的直线的角度θ形成为13°以下，形成为5°以下特好。当该数值超过13°时，扭矩容易逃向盘半径方向，修整器盘4的旋转难以稳定。

尤其，如图13所示，较好的是接触面7形成在通过修整器盘4的旋转中心及接触面7内侧端点I的直线上(即θ＝0)。如图11或图12所示，接触面7也可相对于盘半径方向而倾斜，但如图13所示，通过使接触面7成为盘半径方向，可减少扭矩损失，能可靠地将扭矩传递至修整器盘4。

如图14所示，在俯视盘时，扭矩传递部6的盘外缘侧的宽度W形成为接触面7内侧端点I至旋转中心的距离R的1/2以下，形成为1/4以下特好。由此，应力难以逃向盘半径方向，减少扭矩损失。图14表示在俯视盘时将被嵌合部5b形成为长方形状的凹槽状的情况，但并不限于此。

如图15所示，在俯视盘时，在修整器盘4的上表面所呈现的接触面7的缘部的长度L相对于盘半径r而形成为0.4以上，形成为0.7以上特好。由此，由于在接触面7中应力被适度分散，可防止修整器盘4旋转时产生摇晃的现象。

修整装置1，由于在保持部3及修整器盘4上形成有向盘半径方向延伸的凸状或凹状的扭矩传递部6，在扭矩传递部6上形成有平坦状的接触面7，并可用该面进行平面接触而传递修整器驱动轴2的扭矩，因此，可缓和应力集中，减少修整器盘4旋转时的摇晃，能够对研磨垫8b进行修整而不会使研磨垫8b产生不均匀磨损。

修整装置1可装备在CMP装置8中，可对用于研磨半导体晶片等被研磨物的研磨垫进行修整。

上述实施形态的结构形态，不举作为对本发明进行限定的结构形态，只要技术目的相同，是可变更的，本发明包含这种变更。

Claims (10)

1.一种修整装置，对研磨垫进行修整，该修整装置的特征在于，具有：

保持部，该保持部能够与可旋转且可上下移动的修整器驱动轴连接；

修整器盘，该修整器盘能够安装在保持部上，具有与研磨垫摩擦的修整面；

扭矩传递部，该扭矩传递部形成在保持部及修整器盘上，呈向盘半径方向延伸的凹凸状，且当将修整器盘安装在保持部上时该扭矩传递部嵌合；以及

平坦面状的接触面，该接触面形成为扭矩传递部的周围的一个面，当传递修整器驱动轴的扭矩时进行平面接触。

2.如权利要求1所述的修整装置，其特征在于，扭矩传递部的修整器盘侧形成为凹槽状，扭矩传递部的保持部侧形成为凸条状。

3.如权利要求1或2所述的修整装置，其特征在于，在俯视盘时，相对于修整器盘的旋转中心而点对称地至少形成一对扭矩传递部。

4.如权利要求1～3中任一项所述的修整装置，其特征在于，在俯视盘时，接触面形成在通过修整器盘的旋转中心的直线上。

5.如权利要求1～3中任一项所述的修整装置，其特征在于，在俯视盘时，接触面相对于通过修整器盘的旋转中心的直线形成为13°以下。

6.如权利要求1～5中任一项所述的修整装置，其特征在于，在保持部的外周设有向下方突出的周壁部，且在该周壁部的内侧形成能够收纳修整器盘的盘收纳部。

7.如权利要求1～6中任一项所述的修整装置，其特征在于，在俯视盘时，扭矩传递部的盘外缘侧的宽度，形成为从接触面的内侧端点至旋转中心的距离的1/2以下。

8.如权利要求1～7中任一项所述的修整装置，其特征在于，在俯视盘时，在修整器盘的上表面所呈现的接触面的缘部的长度，相对于盘半径形成为0.4以上。

9.一种化学机械研磨装置，其特征在于，具有权利要求1～8中任一项所述的修整装置。

10.一种修整器盘，用于对研磨垫进行修整的修整装置，该修整器盘能够安装在保持部上，该保持部与可旋转且可上下移动的修整器驱动轴连接，该修整器盘的特征在于，具有：

扭矩传递部，该扭矩传递部呈向盘半径方向延伸的凹状或凸状，当安装在保持部上时该扭矩传递部嵌合；以及，

平坦状的接触面，该接触面形成为扭矩传递部的周围的一个面。