CN105150106A - 晶圆双面化学机械研磨抛光用冷却装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了晶圆双面化学机械研磨抛光用冷却装置及方法，包括设于研磨抛光机构上的冷却机构、调节系统和显示控制系统，冷却机构包括冷却盘体，冷却盘体的内部通过冷却通道形成冷却腔，冷却通道包括内圈圆环形的通道和外圈环状波浪形的通道。本发明结构简单，操作方便，在使用的过程中，将晶圆放入行星轮中并加入含适量磨粒的研磨液，通过操作面板设置所需工作温度，启动装置，通过显示面板即可实时监测工作温度。冷却液沿特定的冷却通道对下磨盘进行强制冷却，有效地控制了晶圆的加工温度，提高了晶圆研磨抛光的表面质量，降低了晶圆碎片概率。
Description
技术领域
本发明涉及冷却装置领域，具体地说，特别涉及到晶圆双面化学机械研磨抛光用冷却装置及方法。
背景技术
晶圆在加工的过程中需要对表面进行研磨抛光来消除其在单晶切割工序中产生的锯痕和损伤层，从而改善晶圆的几何精度，以求获得表面局部平整度、表面粗糙度和极低的光亮镜面来满足IC工艺要求。在机械化学研磨抛光过程中，化学反应与温度变化呈指数关系。温度的升高，导致化学反应加剧，使晶圆表面的抛光一致性较差，造成不均匀的平坦化效果；而在低温情况下，化学反应速度变慢，导致化学研磨抛光作用降低，材料移除速率变慢，研磨精度变差。因此研磨抛光区域的温度需要控制在一定的范围内。在研磨抛光区域，机械摩擦作用是主要的热量来源，它会使研磨抛光区域的温度高于最佳温度。当温度过高时，容易引起晶圆的变形，从而导致在化学机械研磨抛光过程中晶圆破裂。
目前，在双面研磨抛光时较多采用行星研磨抛光设备，研磨抛光效率高。但行星研磨抛光设备在使用的过程中，产生的热量分布不均，而传统的通过研磨抛光液带走研磨抛光过程中研磨抛光盘的热量，冷却方式被动，在连续工作时不能起到良好的降温作用及精确的温度控制，从而导致研磨抛光盘的变形，严重影响工件的平整度。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供晶圆双面化学机械研磨抛光用冷却装置，以解决上述问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
晶圆双面化学机械研磨抛光用冷却装置，包括设于研磨抛光机构上的冷却机构、调节系统和显示控制系统，所述冷却机构包括冷却盘体，冷却盘体的内部通过冷却通道形成冷却腔，冷却通道包括内圈圆环形的通道和外圈环状波浪形的通道。
进一步的，所述研磨抛光机构包括上磨盘、下磨盘和下磨盘上的行星研磨部，上磨盘和下磨盘分别由电机无级调速驱动，上磨盘与加压气缸相连，行星研磨部包括中心齿轮、行星轮和外圈的大齿轮。
进一步的，所述冷却盘体设于下磨盘的下端，冷却盘体上设有冷却盘盖，冷却盘体和冷却盘盖通过螺钉相连，并且在连接处的冷却盘体内的外圈上设有密封圈；所述冷却腔通过拦件依次由内圈向外圈分隔成圆环形的第一通道、第二通道和环状波浪形的第三通道和第四通道，第一通道、第二通道、第三通道和第四通道依次相连形成迷宫状的冷却通道；第一通道的首端开设有冷却液进口；第四通道的末端开设有冷却液出口；冷却液进口处和冷却液出口处分别设有测温机构。
进一步的，所述调节系统包括第一调节部和第二调节部，第一调节部包括依次与冷却液进口相连的比例阀、电磁阀、减压阀、冷却液泵和冷却液箱，第二调节部包括流量计，冷却液出口通过流量计与冷却液箱相连，第一调节部和第二调节部通过旋转接头分别与冷却液进口和冷却液出口相连，减压阀与冷却液泵的连接处设有溢流阀。
进一步的，所述显示控制系统包括操作面板和上面的显示面板。
晶圆双面化学机械研磨抛光用冷却方法，包括如下步骤：
1)在行星轮中加入含适量磨粒的研磨液，将晶圆放入行星轮中；
2)通过操作面板设置所需工作温度；
3)启动装置，通过显示面板可实时监测工作温度。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明结构简单，操作方便。通过操作面板设置所需的工作温度；通过显示面板可实时监测冷却盘体的冷却液进、出口处的温度；根据晶圆研磨抛光过程中的分布轨迹设置的圆环形和环状波浪形的冷却通道，使冷却液在冷却腔内按特定的路径流动，从而使下磨盘面温度分布均匀；调节系统通过自动调节冷却液的流量和温度对下磨盘的温度进行调节，从而有效控制晶圆的加工温度，提高晶圆研磨抛光的表面质量，降低碎片概率。
附图说明
图1为本发明所述的晶圆双面化学机械研磨抛光用冷却装置的结构示意图。
图2为本发明所述的晶圆双面化学机械研磨抛光用冷却装置的行星研磨部示意图。
图3为本发明所述的晶圆双面化学机械研磨抛光用冷却装置的冷却机构示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参见图1，本发明所述的晶圆双面化学机械研磨抛光用冷却装置，包括设于研磨抛光机构上的冷却机构、调节系统和显示控制系统。
研磨抛光机构包括上磨盘11、下磨盘12和下磨盘12上的行星研磨部130，上磨盘11和下磨盘12分别由电机无级调速驱动，上磨盘11与加压气缸14相连，行星研磨部130包括中心齿轮131、行星轮132和外圈的大齿轮133。在研磨抛光时，将晶圆20放入设有含适量磨粒30的研磨液的行星轮132中，研磨液通过行星轮132上的泄流口21流入下磨盘12，晶圆20受到上磨盘11重力和加压气缸14的作用，与下磨盘12压紧，通过上、下磨盘和中心齿轮131的旋转，带动行星轮132及其中的晶圆20与上、下磨盘做相对运动，实现晶圆20表面的均匀研磨抛光。
冷却机构包括冷却盘体40，冷却盘体40的内部通过冷却通道形成冷却腔，冷却通道包括内圈圆环形的通道和外圈环状波浪形的通道。冷却盘体40设于下磨盘12的下端，冷却盘体上设有冷却盘盖41，冷却盘体40和冷却盘41盖通过螺钉相连，并且在连接处的冷却盘体40内的外圈上设有密封圈。冷却腔通过拦件43依次由内圈向外圈分隔成圆环形的第一通道44、第二通道45和环状波浪形的第三通道46和第四通道47，第一通道44、第二通道45、第三通道46和第四通道47依次相连形成迷宫状的冷却通道。
第一通道44的首端开设有冷却液进口48；第四通道47的末端开设有冷却液出口49。冷却液进口48处和冷却液出口49处分别设有测温机构。当检测的温度大于所需加工温度时，控制冷却液从冷却液进口注入圆环形通道，以较低的液温对研磨抛光机构的内圈进行冷却，能快速冷却下磨盘12内圈产生的大量热量；冷却液在圆环形通道流动两圈后进入单位面积热功率较低的环状波浪形通道，沿环状波浪形通道径向往复向前流动，使下研磨盘12盘面温度分布均匀，当冷却液充满冷却腔后从冷却通道末端的冷却液出口流出，可对下磨盘12的强制冷却，从而实现对下磨盘12的温度控制，确保研磨抛光机构在加工过程中几何精度的保持，从而提高晶圆20的几何参数，通过提供合适的温度促进化学腐蚀作用，使化学机械抛光过程速率达到一个平衡的状态。
调节系统包括第一调节部和第二调节部，第一调节部包括依次与冷却液进口48相连的比例阀51、电磁阀52、减压阀53、冷却液泵54和冷却液箱55，第二调节部包括流量计56，冷却液出口49通过流量计56与冷却液箱55相连，第一调节部和第二调节部通过旋转接60头分别与冷却液进口48和冷却液出口49相连，减压阀53与冷却液泵54的连接处设有溢流阀57。在研磨抛光过程中，冷却液泵54为下磨盘12提供一定流量和温度的循环冷却液，经过减压阀53设定系统的工作压力，电磁阀52控制冷却液的通与断，当下磨盘12温度即将达到所需温度时，通过电流信号控制比例阀51阀芯的开口大小调节冷却液的流量，使下磨盘12达到热平衡，下磨盘12表面温度稳定在所需温度的范围内。当流量变小时，第一调节部入口处的压力升高，通过溢流阀57溢流卸压使第一调节部入口处压力稳定。
本发明的冷却方法如下：在行星轮132中加入含适量磨粒30的研磨液，将晶圆20放入行星轮132中；通过操作面板设置所需的工作温度；启动装置，通过显示面板可实时监测冷却盘体40的冷却液进、出口处的温度。调节系统通过自动调节冷却液的流量和温度来调节下磨盘12的温度，从而有效控制晶圆20的加工温度，提高晶圆20研磨抛光的表面质量和降低碎片概率。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.晶圆双面化学机械研磨抛光用冷却装置，包括设于研磨抛光机构上的冷却机构、调节系统和显示控制系统，其特征在于：所述冷却机构包括冷却盘体，冷却盘体的内部通过冷却通道形成冷却腔，冷却通道包括内圈圆环形的通道和外圈环状波浪形的通道。
2.根据权利要求1所述的晶圆双面化学机械研磨抛光用冷却装置，其特征在于：所述研磨抛光机构包括上磨盘、下磨盘和下磨盘上的行星研磨部，上磨盘和下磨盘分别由电机无级调速驱动，上磨盘与加压气缸相连，行星研磨部包括中心齿轮、行星轮和外圈的大齿轮。
3.根据权利要求1所述的晶圆双面化学机械研磨抛光用冷却装置，其特征在于：所述冷却盘体设于下磨盘的下端，冷却盘体上设有冷却盘盖，冷却盘体和冷却盘盖通过螺钉相连，并且在连接处的冷却盘体内的外圈上设有密封圈；所述冷却腔通过拦件依次由内圈向外圈分隔成圆环形的第一通道、第二通道和环状波浪形的第三通道和第四通道，第一通道、第二通道、第三通道和第四通道依次相连形成迷宫状的冷却通道；第一通道的首端开设有冷却液进口；第四通道的末端开设有冷却液出口；冷却液进口处和冷却液出口处分别设有测温机构。
4.根据权利要求1所述的晶圆双面化学机械研磨抛光用冷却装置，其特征在于：所述调节系统包括第一调节部和第二调节部，第一调节部包括依次与冷却液进口相连的比例阀、电磁阀、减压阀、冷却液泵和冷却液箱，第二调节部包括流量计，冷却液出口通过流量计与冷却液箱相连，第一调节部和第二调节部通过旋转接头分别与冷却液进口和冷却液出口相连，减压阀与冷却液泵的连接处设有溢流阀。
5.根据权利要求1所述的晶圆双面化学机械研磨抛光用冷却装置，其特征在于：所述显示控制系统包括操作面板和上面的显示面板。
6.根据权利要求1所述的晶圆双面化学机械研磨抛光用冷却方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)在行星轮中加入含适量磨粒的研磨液，将晶圆放入行星轮中；
2)通过操作面板设置所需工作温度；
3)启动装置，通过显示面板可实时监测工作温度。
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