CN105058225A - 研磨垫固定装置及化学机械研磨装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种研磨垫固定装置和化学机械研磨装置，所述研磨垫固定装置包括与研磨平台连接的真空系统以及真空吸附于研磨平台上的基板，所述研磨垫固定于基板上。本发明的研磨垫固定装置通过设置与真空系统连接的研磨平台，使得研磨平台的上表面形成为真空吸附面，同时又通过真空吸附于研磨平台上的基板将研磨垫固定于研磨平台上，如此，一方面更换研磨垫时，只需整体将所述基板和研磨垫从研磨平台上拆下便可而无需破坏研磨垫，保证了研磨垫的使用寿命，另一方面固定研磨垫时，可以防止研磨垫因固定不当而发生变形，确保了研磨精度。

Description

研磨垫固定装置及化学机械研磨装置

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种研磨垫固定装置以及化学机械研磨装置。

背景技术

在晶圆制造过程中，随着集成度的增加、半导体器件工艺尺寸的缩小，光刻技术对晶圆表面的平坦程度的要求相应的越来越高，其中，化学机械研磨(CMP，ChemicalMechanicalPolishing)是一种常见的用于使晶圆表面平坦化的工艺手段，其是化学腐蚀作用和机械去除作用相结合的加工技术。由于CMP能较为精确并均匀的将晶圆研磨至需要的厚度和平坦度，因此，在半导体器件制作过程中起到了越来越重要的作用。

CMP工艺中，通常通过化学机械研磨设备对晶圆表面进行平坦化，如图1所示，现有的化学机械研磨设备100包括用于承载研磨垫101的研磨平台102、研磨臂103和位于研磨臂103一端的研磨头104；在对晶圆200进行研磨时，所述研磨头104利用研磨臂103以抽真空的方式吸附晶圆200的背面，并带动晶圆200旋转，同时，所述研磨臂103可以对晶圆200施加向下的压力F，使晶圆200的正面压抵在研磨垫101上，以使晶圆200的正面与研磨垫101相互接触以进行研磨，其中，所述研磨垫101与研磨头104顺着同一方向旋转，与此同时，所述化学机械研磨设备100将自带的研磨液105喷洒在研磨垫101上，以使晶圆200的表面平坦化。

然而，现有的化学机械研磨设备在使用时，同一机台需要适用于加工不同的产品，而随着产品的不同，适用的研磨垫也不相同，因此，实际生产过程中，经常需要在同一机台上频繁地更换研磨垫，以适应加工不同的产品，进而满足生产需要。但是，如此频繁地更换研磨垫却较大降低了研磨垫的使用寿命，提高了生产成本。针对上述问题，发明人发现，所述研磨垫直接背胶粘附于研磨平台上，而背胶的产品通常都是一次性消耗品，因此，一旦研磨垫从研磨平台上取下便无法再使用而是直接报废，否则不但粘接强度存在问题，而且对研磨精度也会造成影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种研磨垫固定装置和化学机械研磨装置，以解决现有技术中因频繁更换研磨垫而导致的研磨垫报废率高问题，降低生产成本。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种研磨垫固定装置，包括用于承载研磨垫的研磨平台，同时还包括与所述研磨平台连接的真空系统以及真空吸附于所述研磨平台上的基板，所述研磨垫固定于所述基板上。

可选的，在所述的研磨垫固定装置中，所述真空系统包括与所述研磨平台连接的真空管道和与所述真空管道连接的真空泵。

可选的，在所述的研磨垫固定装置中，所述研磨平台内部设置有空腔，所述研磨平台的上表面上设置有吸附孔，所述吸附孔通过所述空腔与所述真空管道连通。

可选的，在所述的研磨垫固定装置中，所述吸附孔的数量为1～100000个。

可选的，在所述的研磨垫固定装置中，所述吸附孔的数量为1～1000个。

可选的，在所述的研磨垫固定装置中，所述吸附孔均匀或非均匀分布于所述研磨平台的上表面上。

可选的，在所述的研磨垫固定装置中，所述真空管道的数量为一根，每个吸附孔均通过一个所述空腔与所述一根真空管道连通。

可选的，在所述的研磨垫固定装置中，所述研磨平台中设置有一个通孔，所述研磨平台的上表面上设置有多个相互连通的沟槽，所述多个相互连通的沟槽通过所述一个通孔与一根所述真空管道连通。

可选的，在所述的研磨垫固定装置中，所述多个相互连通的沟槽包括交叉的直线部分和同心的圆弧部分；或者，所述多个相互连通的沟槽包括网格排列的直线部分。

可选的，在所述的研磨垫固定装置中，所述研磨平台由多孔材料制成。

可选的，在所述的研磨垫固定装置中，所述研磨垫粘附于所述基板上。

可选的，在所述的研磨垫固定装置中，还包括螺纹连接结构，所述基板和研磨平台还通过所述螺纹连接结构螺纹连接。

此外，本发明还提供了一种化学机械研磨装置，包括研磨垫和设置于所述研磨垫上方并用于研磨晶圆的研磨头，还包括如上任意一项所述的研磨垫固定装置。

综上所述，本发明的研磨垫固定装置和化学机械研磨装置，通过设置与真空系统连接的研磨平台，使得研磨平台的上表面形成为真空吸附面，同时又通过真空吸附于研磨平台上的基板将研磨垫固定于研磨平台上，如此，一方面更换研磨垫时，只需整体将所述基板和研磨垫从研磨平台上拆下便可而无需破坏研磨垫，保证了研磨垫的使用寿命，另一方面固定研磨垫时，可以防止研磨垫因固定不当而发生变形，确保了研磨精度。

附图说明

图1是现有的化学机械研磨设备的的结构示意图；

图2是本发明实施例一的研磨垫固定装置的结构示意图；

图3是本发明实施例一的基板的俯视结构示意图；

图4是本发明实施例一的研磨平台的俯视结构示意图；

图5是本发明实施例一的另一研磨平台的立体结构示意图；

图6为图5所示研磨平台的俯视结构示意图；

图7为图6所示研磨平台的A-A线剖视结构示意图；

图8是本发明实施例二的化学机械研磨装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供的研磨垫固定装置和化学机械研磨装置中，所述研磨垫固定装置包括用于承载研磨垫的研磨平台、与所述研磨平台连接的真空系统以及真空吸附于所述研磨平台上的基板，所述研磨垫固定于所述基板上。

本发明的研磨垫固定装置通过设置与真空系统连接的研磨平台，使得研磨平台的上表面形成为真空吸附面，同时又通过真空吸附于研磨平台上的基板将研磨垫固定于研磨平台上，如此，一方面更换研磨垫时，只需整体将所述基板和研磨垫从研磨平台上拆下而无需破坏研磨垫，保证了研磨垫的使用寿命，另一方面固定研磨垫时，可以防止研磨垫因固定不当而发生变形，确保了研磨精度。

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图2至图8对本发明提出的研磨垫固定装置和化学机械研磨装置作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

【实施例一】

参阅图2，本实施例的研磨垫固定装置300包括研磨平台310、真空系统320和基板330，其中，所述真空系统320连接研磨平台310，以使研磨平台310的上表面形成为真空吸附面，使用时，所述基板330的底部真空吸附于研磨平台310的上表面上，而研磨垫400的背面固定于基板330的上部。继而，当需要更换研磨垫400时，只需整体上将基板330和研磨垫400从研磨平台310上拆下即可，进而所述基板330和研磨垫400可以整体放置并保湿待用，以供下次上机使用。

发明人考虑到研磨垫400的材质比较软，如果直接将研磨垫400真空吸附于研磨平台310上，势必导致研磨垫400发生变形，影响制造工艺，降低研磨精度，因此，所述研磨垫400和研磨平台310之间设置了基板330，以通过真空吸附于研磨平台310上的基板330将研磨垫400固定于研磨平台310上，这样一方面保证了研磨垫400的使用寿命，使得从研磨平台310上取下后不会一次性破坏研磨垫400，另一方面也保证了研磨垫400的使用精度，防止其因固定不当而发生变形，降低研磨精度。

作为优选的实施例，所述研磨垫固定装置300还包括螺纹连接结构，以使所述基板330和研磨平台310还通过所述螺纹连接结构螺纹连接，以增强基板330的固定效果，确保使用的可靠性。

参阅图3～4，并结合参阅图2，本实施例的螺纹连接结构包括设置于基板330侧壁上的第一延伸部331和设置于研磨平台310侧壁上的第二延伸部311，所述第一延伸部331上设置有通孔332，同时，所述第二延伸部311上设置有螺纹孔312，所述通孔332和螺纹孔312相互对齐并通过螺栓340进行连接，进而使得所述基板330和研磨平台310螺纹连接在一起，结构简单，固定方便。当然，所述基板330和研磨平台310还可通过其他方式固定连接，具体的，本发明并不作限定，只要基板330和研磨平台310之间为可拆卸方式固定连接便可。

本实施例的基板330和研磨平台310同时通过螺纹和真空吸附方式固定连接，可以保证研磨垫400能够平整地固定于研磨平台310上，更进一步确保研磨精度。

本实施例中，所述第一延伸部331的数量至少为两个并且对称设置于基板330的侧壁上，相应的，与第一延伸部331螺纹配合连接的第二延伸部311的数量也为两个并对称设置于研磨平台310的侧壁上。

本实施例的基板330的本体形状可选为圆形，以与研磨垫400的形状相匹配。此外，所述基板330的尺寸设置为略小于等于研磨平台310的尺寸，以确保研磨平台310能够完全真空吸起基板330，具体地说，所述研磨平台310和基板330的形状均为圆形时，此时，所述基板330的直径略小于等于研磨平台310的直径。另外，所述基板330的材质可选用塑料或金属材料。所述塑料可选为玻璃、陶瓷等材质，而且可为透明或非透明材质。但是，制作基板330的材料硬度必须足够高，以防止真空吸附时基板330发生变形，影响研磨精度。为了确保基板的刚度，所述基板330的厚度可选为20毫米～30毫米。

进一步的，所述研磨垫400的背面可以设置背胶，以使研磨垫400通过背胶粘附于基板330上。当然，本发明包括但不局限于所述背胶固定方式，只要能将研磨垫31和基板35之间牢固固定并能保持研磨垫固定后的平整度便可。

较佳的，为了便于快速固定，所述研磨平台310和基板330之间还可设置定位结构，以通过定位结构快速找准基板330的安装方向和位置，提高使用效率。

继续参阅图2，为了更好的实施本发明，所述真空系统320包括与研磨平台310连接的真空管道321和与真空管道321连接的真空泵322。其中，所述真空管道321的数量可设置为一根。

优选的，所述真空系统320还可包括设置于真空管道321上的真空阀门(未图示)。更优选的，所述真空系统320还可包括用于检测基板330和研磨平台310之间是否配合良好的检测装置(未图示)，所述检测装置可通过检测真空管道321内的气压大小和变化值，来判断两者之间是否配合良好。具体地，可以在真空管道321上设置压力传感器(未图示)，以通过所述压力传感器测得的气压大小和变化值来调整真空吸附力，以使基板330和研磨平台310之间配合良好，确保真空吸附效果。

继续参阅图2，并结合参阅图4，所述研磨平台310的内部设置有空腔313，同时所述研磨平台310的上表面上设置有吸附孔314，所述吸附孔314通过空腔313与真空管道321连通，进而形成真空通道。此时，一旦开启真空泵322，所述空腔313内的空气被抽走，形成了真空状态，使得吸附孔314处的空气压力低于研磨平台310外的大气压力，那么，所述基板330在外部的大气压力作用下被吸起，进而真空吸附于研磨平台310上。其中，所述空腔313内的真空度越高，所述基板330和研磨平台310之间贴得越紧。

本实施例中，所述吸附孔314的数量可选为1个或多个。此外，所述吸附孔314可均匀或者非均匀分布于研磨平台310的上表面上。另外，为了提高真空吸附度，所述吸附孔314的数量优选为多个。

优选的，所述吸附孔314的数量为1～100000个。更优选的，所述吸附孔314的数量为1～1000个，便于兼顾使用效果和使用成本。当然，本发明包括但不局限于所述优选尺寸，不应过分限制所述吸附孔的数量。

此外，所述真空管道321的数量为一根时，每个吸附孔314均通过空腔313与一根真空管道321连通，使得各个吸附路径中的空气压力相等，确保吸附效果。另外，所述空腔313的数量可以为1个或多个，具体地，本发明并不作限定。本实施例的空腔313为一个时，每个吸附孔314均通过同一个空腔313与一根真空管道321连通。本实施例的空腔313为多个时，每个吸附孔314通过对应的空腔313与一根真空管道321连通。具体地说，所述空腔313为多个时，可设置一个总腔室将多个空腔313与一根真空管道321连通。

特别的，本实施例的吸附孔314均匀分布于研磨平台310的上表面上，例如环形阵列分布或线性阵列分布，以确保基板330的各个区域的真空吸附力大小较为均衡，更进一步提升吸附效果。

其他实施例中，为了形成真空吸附，如图5～7所示，所述研磨平台310中可设置一个通孔315，同时所述研磨平台310的上表面上设置多个相互连通的沟槽316，所述多个相互连通的沟槽316通过所述一个通孔315与一根真空管道321连通。较佳的，所述多个相互连通的沟槽316包括交叉的直线部分和同心的圆弧部分。或者，所述多个相互连通的沟槽316也可仅包括网格排列的直线部分。

此外，为了形成真空吸附，所述研磨平台310也可以由多孔材料制成，例如多孔石英研磨平台等。采用多孔材料制成的研磨平台，其自身包括很多微小气孔，可以直接形成真空腔体和真空通道，无需再另行加工空腔和吸附孔，降低加工制造成本。此时，所述研磨平台310直接与真空管道321连通。

【实施例二】

本实施例提供了一种化学机械研磨装置，包括研磨垫、设置于所述研磨垫上方并用于研磨晶圆的研磨头和实施例一所述的研磨垫固定装置，所述研磨垫固定装置可用于固定研磨垫，具体参阅图8。

如图8所示，本实施例的化学机械研磨装置500包括研磨垫510、基板520、研磨平台530、研磨头540和真空系统550。所述真空系统550包括与研磨平台530连接的真空管道551和与真空管道551连接的真空泵552。所述基板520设置于研磨垫510和研磨平台530之间，并真空吸附于研磨平台530的上表面上。所述研磨垫510固定于基板520的上部，同时所述研磨头540设置于研磨垫510的上方。

化学机械研磨时，所述研磨垫510在研磨平台530的带动下转动，同时所述研磨头540利用抽真空的方式吸附晶圆600的背面，并带动晶圆600与研磨垫510同向转动，而且所述研磨头540可以对晶圆600施加向下的压力Fa，使晶圆600的正面压抵在研磨垫510上，以使晶圆600的正面与研磨垫510相互接触而进行研磨，并且，研磨过程中，将自带的研磨液560喷洒在研磨垫510上，以促进研磨。

本实施例中，所述研磨头540包括研磨臂541和设置于研磨臂541邻近研磨垫510一端上的研磨盘542。所述研磨臂541外接一驱动装置例如电机，以驱动研磨盘542转动。

综上所述，本发明的研磨垫固定装置通过设置与真空系统连接的研磨平台，使得研磨平台的上表面形成为真空吸附面，同时又通过真空吸附于研磨平台上的基板将研磨垫固定于研磨平台上，如此，更换研磨垫时只需整体将基板和研磨垫从研磨平台上取下便可而无需破坏研磨垫，保证了研磨垫的使用寿命，降低了生产成本。

此外，相比于直接将研磨垫固定于研磨平台上，本发明的研磨垫固定装置间接通过基板将研磨垫固定于研磨平台上，可以防止研磨垫因固定不当而发生变形，影响研磨精度。

另外，本发明通过上述研磨垫固定装置进行化学机械研磨，提升了化学机械研磨设备的产能，提高了生产效率。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (13)

1.一种研磨垫固定装置，包括用于承载研磨垫的研磨平台，其特征在于，还包括与所述研磨平台连接的真空系统以及真空吸附于所述研磨平台上的基板，所述研磨垫固定于所述基板上。

2.如权利要求1所述的研磨垫固定装置，其特征在于，所述真空系统包括与所述研磨平台连接的真空管道和与所述真空管道连接的真空泵。

3.如权利要求2所述的研磨垫固定装置，其特征在于，所述研磨平台内部设置有空腔，所述研磨平台的上表面上设置有吸附孔，所述吸附孔通过所述空腔与所述真空管道连通。

4.如权利要求3所述的研磨垫固定装置，其特征在于，所述吸附孔的数量为1～100000个。

5.如权利要求4所述的研磨垫固定装置，其特征在于，所述吸附孔的数量为1～1000个。

6.如权利要求4或5所述的研磨垫固定装置，其特征在于，所述吸附孔均匀或非均匀分布于所述研磨平台的上表面上。

7.如权利要求4或5所述的研磨垫固定装置，其特征在于，所述真空管道的数量为一根，每个吸附孔均通过一个所述空腔与所述一根真空管道连通。

8.如权利要求2所述的研磨垫固定装置，其特征在于，所述研磨平台中设置有一个通孔，所述研磨平台的上表面上设置有多个相互连通的沟槽，所述多个相互连通的沟槽通过所述一个通孔与一根所述真空管道连通。

9.如权利要求8所述的研磨垫固定装置，其特征在于，所述多个相互连通的沟槽包括交叉的直线部分和同心的圆弧部分；或者，所述多个相互连通的沟槽包括网格排列的直线部分。

10.如权利要求1或2所述的研磨垫固定装置，其特征在于，所述研磨平台由多孔材料制成。

11.如权利要求1或2所述的研磨垫固定装置，其特征在于，所述研磨垫粘附于所述基板上。

12.如权利要求1所述的研磨垫固定装置，其特征在于，还包括螺纹连接结构，所述基板和研磨平台还通过所述螺纹连接结构螺纹连接。

13.一种化学机械研磨装置，包括研磨垫和设置于所述研磨垫上方并用于研磨晶圆的研磨头，其特征在于，还包括如权利要求1至12中任意一项所述的研磨垫固定装置。