CN110064999A - 一种研磨设备和研磨台的调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种研磨设备和研磨台的调节方法。研磨设备包括：研磨台，配置为可绕自身的轴线转动，所述研磨台具有承载面，所述承载面用于承载研磨垫；晶圆固定组件，与所述研磨台的承载面相对设置；调节组件，与所述研磨台传动相连，所述调节组件用于在所述研磨设备处于研磨状态时，驱动所述研磨台沿所述研磨台的轴线方向移动。本发明实施例通过设置能够驱动所述研磨台沿所述研磨台的轴线方向移动的调节组件，在研磨垫不断消耗的过程中，能够通过该调节组件带动研磨台向靠近晶圆的方向移动，从而使得研磨垫和晶圆之间的距离保持相对固定，降低了由于研磨垫与晶圆之间的距离发生变化而对研磨效果产生影响的可能性。

Description

一种研磨设备和研磨台的调节方法

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，尤其涉及一种研磨设备和研磨台的调节方法。

背景技术

半导体加工过程中，需要对晶圆(Wafer)进行研磨，具体是通过研磨垫(Pad)与晶圆持续相对转动实现对晶圆的表面进行研磨，随着研磨过程的进行，研磨垫上的绒毛层(Nap layer)会不断消耗，导致研磨垫与晶圆之间的距离发生变化，从而对研磨效果产生影响。

发明内容

本发明实施例提供一种研磨设备和研磨台的调节方法，以解决研磨过程中研磨垫与晶圆之间距离会发生变化的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种研磨设备，包括：

研磨台，配置为可绕自身的轴线转动，所述研磨台具有承载面，所述承载面用于承载研磨垫；

晶圆固定组件，与所述研磨台的承载面相对设置；

调节组件，与所述研磨台传动相连，所述调节组件用于在所述研磨设备处于研磨状态时，驱动所述研磨台沿所述研磨台的轴线方向移动。

可选的，所述调节组件包括驱动件和传动支架，所述传动支架固定于所述研磨台背向所述承载面的一侧，所述驱动件的输出端与所述传动支架相连。

可选的，所述驱动件为伺服电机、液压缸和气缸中的一种。

可选的，所述驱动件的数量为多个，多个所述驱动件环绕所述研磨台的轴线设置。

可选的，在所述驱动件的数量为偶数个的情况下，各所述驱动件两两关于所述研磨台的轴线对称分布。

可选的，各所述驱动件与所述研磨台的轴线之间的距离均相等，且各所述驱动件按角度均匀的环绕所述研磨台的轴线分布。

可选的，所述晶圆固定组件包括加压头和吸盘，所述加压头朝向所述研磨台设置，所述吸盘用于固定待研磨晶圆，所述吸盘设置于所述加压头朝向所述研磨台的一侧。

第二方面，本发明实施例还提供了一种研磨台的调节方法，应用于以上任一项所述的研磨设备，所述研磨台的调节方法包括以下步骤：

在所述研磨设备处于研磨状态时，通过所述调节组件控制所述研磨台以预设速度向靠近所述晶圆固定组件的方向移动。

可选的，所述通过所述调节组件控制所述研磨台以预设速度向靠近所述晶圆固定组件的方向移动之后，所述方法还包括：

在更换研磨垫后，通过所述调节组件控制所述研磨台移动至预设原点。

可选的，所述预设速度为0.01至0.04毫米每小时。

本发明实施例通过设置能够驱动所述研磨台沿所述研磨台的轴线方向移动的调节组件，在研磨垫不断消耗的过程中，能够通过该调节组件带动研磨台向靠近晶圆的方向移动，从而使得研磨垫和晶圆之间的距离保持相对固定，降低了由于研磨垫与晶圆之间的距离发生变化而对研磨效果产生影响的可能性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的研磨设备的结构示意图；

图2是本发明一实施例中研磨垫在使用过程中的结构变化示意图；

图3是研磨垫的参数随研磨垫的使用寿命变化示意图；

图4是不同尺寸晶圆的去除量轮廓变化示意图；

图5是本发明一实施例提供的研磨台的调节方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种研磨设备。

如图1所示，在一个实施例中，该研磨设备包括研磨台110、晶圆固定组件120和调节组件130。

如图1所示，研磨台110具有承载面111，承载面111用于承载研磨垫112，实施时，研磨垫112固定于该承载面111上，配置为可绕自身的轴线转动，例如可以在驱动组件140的带动下自转。晶圆固定组件120用于固定待研磨的晶圆190，晶圆固定组件120与研磨台110的承载面111相对设置。

实施时，待研磨的晶圆190固定于晶圆固定组件120上，研磨台110上固定有研磨垫112，通过调整晶圆固定组件120和研磨台110的相对位置，使得研磨垫112与晶圆190的表面相接触，例如通过主电机150控制研磨台110向朝向晶圆固定组件120的方向移动，直至研磨垫112和晶圆190的表面相接触。然后控制研磨台110自转，实现利用研磨垫112对晶圆190的表面进行研磨。

此外，研磨台110还可能包括陶瓷台113(Ceramic Table)陶瓷主模板114(Ceramicmaster plate)、冷却组件115等结构，此处不作进一步限定和描述。

在一个可选的具体实施方式中，晶圆固定组件120包括加压头121和吸盘122，加压头121朝向研磨台110设置，吸盘122用于固定晶圆190，吸盘122设置于加压头121朝向研磨台110的一侧。这样，可以通过加压头121向吸盘122施加一个朝向研磨台110方向的压力，也可以理解为向晶圆190施加一个朝向研磨垫112的压力，从而使得晶圆190能够贴紧研磨垫112，有利于提高研磨效果。

此外，该研磨设备还可以包括盖板161(cover)、用于回收研磨液的研磨液回流壁162(Slurry return wall)等结构，此处不作进一步限定和描述。

如图2所示，研磨垫112通常包括基底1121(Pad base)和位于基底1121上的绒毛层1122(Nap layer)，随着研磨过程的进行，绒毛层1122不断被消耗，其厚度逐渐降低，绒毛层1122与晶圆190之间的距离也逐渐增加。

如图3所示，图3中，曲线301代表研磨垫112和加压头121的位置均不变的情况下，研磨垫112与加压头121之间的间隙(GAP between pad and Head)变化规律，曲线302代表研磨垫112的绒毛层1122的厚度(Thickness of pad Nap layer)变化规律，曲线303代表研磨过程中的去除率(Removal Rate)，坐标系的横坐标代表研磨垫112的使用寿命(PadLifetime)百分比。由图可见，随着研磨垫112的使用，研磨垫112上绒毛层1122的厚度逐渐减小，研磨垫112与加压头121之间的间隙逐渐增加，研磨进程的去除率也逐渐降低。

如图4所示，图4中，横坐标代表晶圆的半径(Wafer Radius)，单位为毫米，纵坐标代表去除量轮廓(Removal amount profile)，其中，曲线401代表结束时的去除量轮廓，曲线402代表开始时的去除量轮廓。

由图3和图4可知，与研磨垫112使用寿命的初期相比，在研磨垫112寿命末期，研磨垫112由于磨损而厚度逐渐降低，相应地，研磨垫112与加压头121之间的距离也逐渐增加，因此，研磨率下降导致晶圆190的去除量轮廓改变，相应的，晶圆190的边缘轮廓(Waferedge profile)发生变动。

本实施例中进一步设置了调节组件130，该调节组件130与研磨台110传动相连，调节组件用于在研磨设备处于研磨状态时，驱动研磨台110沿研磨台110的轴线方向移动。

本实施例中的研磨状态指的是研磨垫112与晶圆190相接触并开设对晶圆190进行研磨的状态，应当理解的是，如果未开始对晶圆190进行研磨，则研磨垫112不会被消耗，也就不需要对研磨垫112的位置进行调节。

通过设置该调节组件130，在研磨垫112不断消耗的过程中，能够通过该调节组件130带动研磨台110向靠近晶圆190的方向移动，从而使得研磨垫112和晶圆190之间的距离保持相对固定，降低了由于研磨垫112与晶圆190之间的距离发生变化而对研磨效果产生影响的可能性。

可选的，调节组件130包括驱动件131和传动支架132，传动支架132固定于研磨台110背向承载面111的一侧，驱动件131的输出端与传动支架132相连。驱动件131为伺服电机、液压缸和气缸中的一种。

应当理解的是，由于本实施例中的调节组件130调解速度较慢，所以对调解精度要求较高，所以需要选择控制精度较高的驱动件131，所选用的伺服电机、液压缸和气缸的调节精度至少需要达到0.01毫米级别。

以驱动件131为液压缸为例说明，实施时，所选用的驱动件131可以连续调节，在调节速度为0.04毫米每小时的情况下，例如可以控制液压缸匀速移动，在1小时内共计调节0.04毫米；显然，所选用的驱动件131也可以步进调节，例如每隔15分钟控制液压缸调节0.01毫米。

可选的，驱动件131的数量为多个，多个驱动件131环绕研磨台110的轴线设置。

由于本实施例中的调节精度较高，所以出现误差的可能性较大，显然，如果仅设置一个驱动件131，那么该驱动件131提供0.01毫米的位移可能使得研磨盘倾斜，而不是整体移动0.01毫米，因此，本实施例中设置了多个驱动件131，且换热研磨台110的轴线设置，有利于提高调节精度。

进一步的，在驱动件131的数量为偶数个的情况下，各驱动件131两两关于研磨台110的轴线对称分布。进一步的，各驱动件131与研磨台110的轴线之间的距离均相等，且各驱动件131按角度均匀的环绕研磨台110的轴线分布。这样，调节组件130工作时，研磨台110各个方向上的位移分布的更加均匀，有利于提高调节精度。

本发明实施例还提供了一种研磨台的调节方法，应用于以上任一项所述的研磨设备，如图5所示，所述研磨台的调节方法包括以下步骤：

步骤501：在所述研磨设备处于研磨状态时，通过所述调节组件控制所述研磨台以预设速度向靠近所述晶圆固定组件的方向移动。

本实施例中，研磨设备处于研磨状态指的是处于研磨过程进行的状态，因为只有在研磨过程开始之后，研磨垫112上绒毛层1122的厚度才会逐渐变薄，此时，才需要对研磨台110和晶圆固定组件120之间的位置进行调节。

应当理解的是，研磨垫112的厚度变化是十分细微的，所以该调节的预设速度也是非常小的速度，例如，某种研磨垫112的使用寿命大概为4天左右，也就是96小时左右，该研磨垫112上绒毛层1122的厚度约为4毫米，则研磨垫112每小时的消耗速度为0.04毫米，相应的，该预设调节速度也就控制在0.04毫米每小时。

该预设速度可以通过多次试验测得，也可以以绒毛层1122的初始厚度减去达到使用寿命时，研磨垫112上剩余绒毛层1122的厚度，并用获得的差值除以研磨垫112的使用寿命估算获得。

在一个具体实施方式中，预设速度为0.01至0.04毫米每小时，例如可以是0.03毫米每小时，与研磨垫112的消耗速度相当，能够恒定的维持研磨垫112的表面与晶圆固定组件120之间的距离，也可以理解为控制绒毛层1122与晶圆190之间的距离相对恒定。

可选的，在上述步骤501之后，所述方法还包括：

在更换研磨垫后，通过所述调节组件控制所述研磨台110移动至预设原点。

在更换研磨垫112后，需要对研磨台110的位置进行重新调节，本实施例中设定一预设原点，在更换研磨垫112后，通过调节组件130控制研磨台110向该预设原点的位置实施零位设定(zero setting)，确保每次更换研磨垫112后，研磨台110的位置是一致的，有助于提高多次研磨整体的均一性。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种研磨设备，其特征在于，包括：

研磨台，配置为可绕自身的轴线转动，所述研磨台具有承载面，所述承载面用于承载研磨垫；

晶圆固定组件，与所述研磨台的承载面相对设置；

调节组件，与所述研磨台传动相连，所述调节组件用于在所述研磨设备处于研磨状态时，驱动所述研磨台沿所述研磨台的轴线方向移动。

2.如权利要求1所述的研磨设备，其特征在于，所述调节组件包括驱动件和传动支架，所述传动支架固定于所述研磨台背向所述承载面的一侧，所述驱动件的输出端与所述传动支架相连。

3.如权利要求2所述的研磨设备，其特征在于，所述驱动件为伺服电机、液压缸和气缸中的一种。

4.如权利要求2或3所述的研磨设备，其特征在于，所述驱动件的数量为多个，多个所述驱动件环绕所述研磨台的轴线设置。

5.如权利要求4所述的研磨设备，其特征在于，在所述驱动件的数量为偶数个的情况下，各所述驱动件两两关于所述研磨台的轴线对称分布。

6.如权利要求4所述的研磨设备，其特征在于，各所述驱动件与所述研磨台的轴线之间的距离均相等，且各所述驱动件按角度均匀的环绕所述研磨台的轴线分布。

7.如权利要求1所述的研磨设备，其特征在于，所述晶圆固定组件包括加压头和吸盘，所述加压头朝向所述研磨台设置，所述吸盘用于固定待研磨晶圆，所述吸盘设置于所述加压头朝向所述研磨台的一侧。

8.一种研磨台的调节方法，应用于权利要求1至7中任一项所述的研磨设备，其特征在于，所述研磨台的调节方法包括以下步骤：

在所述研磨设备处于研磨状态时，通过所述调节组件控制所述研磨台以预设速度向靠近所述晶圆固定组件的方向移动。

9.如权利要求8所述的研磨台的调节方法，其特征在于，所述通过所述调节组件控制所述研磨台以预设速度向靠近所述晶圆固定组件的方向移动之后，所述方法还包括：

在更换研磨垫后，通过所述调节组件控制所述研磨台移动至预设原点。

10.如权利要求8或9所述的研磨台的调节方法，其特征在于，所述预设速度为0.01至0.04毫米每小时。