CN111922888A - 边缘抛光装置和抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种边缘抛光装置，包括本体、驱动组件和抛光头，本体包括环形支架，环形支架上延其周向固定有多个抛光头，驱动组件用于控制本体旋转以带动抛光头旋转对晶圆边缘进行抛光，抛光头包括抛光盘，抛光盘通过一连接结构连接于环形支架上，连接结构包括沿着环形支架的周向方向延伸设置的滑轨，抛光头可移动的设置于滑轨上，且抛光头和滑轨的一端连接有弹性位移传感器，用于感应抛光头在滑轨上的移动距离；驱动组件包括处理单元，用于根据弹性位移传感器的信号获取抛光头与晶圆之间的摩擦力，并发送控制信号；驱动组件还包括执行单元，用于根据控制信号调节本体的转速，以调节抛光头对晶圆施加的压力，以保持抛光速率恒定。

Description

边缘抛光装置和抛光方法

技术领域

本发明涉及晶圆制作技术领域，尤其涉及一种边缘抛光装置和抛光方法。

背景技术

半导体硅晶圆片是制造超大规模集成电路的主要衬底材料，随着半导体产业的飞速发展，对衬底材料的精度要求也越来越高，特别是对硅片的外圆表面状态越来越严格，一般在衬底加工时是需要对硅片的外圆表面进行抛光处理的，从而确保在外延时硅片边缘处不产生滑移线或外延层错等缺陷，进而提高外延片或器件成品率。而与晶圆表面接触的抛光垫是采用聚氨酯制成的，其表面是具有空隙的，由于颗粒物填充等因素，随着使用时间的增加，抛光垫的形貌会发生改变，抛光垫与晶圆之间的摩擦力会降低，导致去除率降低，进而导致晶圆边缘去除量不足，造成晶圆边缘不良。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种边缘抛光装置和抛光方法，解决在抛光过程中，由于抛光垫和晶圆之间摩擦力降低的导致的去除率降低，造成晶圆边缘不良的问题。

为了达到上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：一种边缘抛光装置，包括本体、驱动组件和抛光头，所述本体包括环形支架，以及位于所述环形支架中心的承载盘，所述环形支架上延其周向固定有多个所述抛光头，所述驱动组件用于控制所述本体旋转以带动所述抛光头旋转对位于所述承载盘上的晶圆边缘进行抛光，

所述抛光头包括抛光盘，所述抛光盘通过一连接结构连接于所述环形支架上，所述连接结构包括沿着所述环形支架的周向方向延伸设置的滑轨，所述抛光头可移动的设置于所述滑轨上，且所述抛光头和所述滑轨的一端之间连接有弹性位移传感器，用于感应在抛光时所述抛光头在所述滑轨上的移动距离；

所述驱动组件包括处理单元，用于根据所述弹性位移传感器的信号获取所述抛光头与晶圆之间的摩擦力的变化量，并发送控制信号；

所述驱动组件还包括执行单元，用于根据所述控制信号调节所述本体的转速，以调节所述抛光头对晶圆施加的压力，以保持抛光速率恒定。

可选的，所述滑轨固定于所述环形支架上。

可选的，所述环形支架上沿其周向间隔设置有多个所述滑轨，每个所述滑轨上嵌设有所述抛光头。

可选的，所述抛光盘的抛光面上设置有抛光垫，所述抛光垫和所述抛光面之间设置有压力传感器，所述压力传感器用于检测抛光时所述抛光头对晶圆施加的压力。

可选的，所述环形支架上沿其周向设置有多个所述抛光头，所述边缘抛光装置还包括偏移检测结构，用于根据多个所述抛光头上的所述压力传感器感应的压力是否相同、以检测晶圆是否偏移。

可选的，所述晶圆包括相对设置的第一表面、第二表面以及设置于所述第一表面和所述第二表面之间的侧面，所述侧面包括与所述第一表面连接的第一斜侧面、与所述第二表面连接的第二斜侧面、以及设置于所述第一斜侧面和第二斜侧面之间的正侧面，所述正侧面与所述第一表面相垂直设置，所述环形支架上交错设置有多个第一抛光头、多个第二抛光头和多个第三抛光头，所述第一抛光头用于对所述第一斜侧面进行抛光，所述第二抛光头用于对所述第二斜侧面进行抛光，所述第三抛光头用于对所述正侧面进行抛光。

可选的，所述第一抛光头的抛光面为斜面，所述第二抛光头的抛光面为斜面。

可选的，所述抛光头包括连接杆，所述连接杆的一端连接所述抛光盘，所述连接杆的另一端连接有具有预设重量的重量块，所述连接结构还包括设置于所述连接杆上、并滑动连接于所述滑轨上的滑动连接部。

本发明实施例还提供一种抛光方法，采用上述的边缘抛光装置对晶圆边缘进行抛光，包括以下步骤：

将晶圆固定于承载盘上；

将抛光头与晶圆边缘接触；

在驱动组件的驱动下控制边缘抛光装置的本体旋转以带动抛光头同步旋转、对晶圆边缘进行抛光；

根据弹性位移传感器的信号获得抛光头与晶圆边缘之间的摩擦力，并发出控制信号；

根据所述控制信号调节所述本体的转速，以调节所述抛光头对晶圆施加的压力，以保持抛光速率恒定。

可选的，所述抛光盘的抛光面上设置有抛光垫，所述抛光垫和所述抛光面之间设置有压力传感器，所述压力传感器用于检测抛光时所述抛光头对晶圆施加的压力；

所述环形支架上沿其周向设置有多个所述抛光头，所述边缘抛光装置还包括偏移检测结构，用于根据多个所述抛光头上的所述压力传感器感应的压力是否相同、以检测晶圆是否偏移；所述抛光方法还包括以下步骤：

获取多个所述抛光头上的压力传感器的信号；

判断多个抛光头上的压力传感器感应的压力是否相同，以检测晶圆是否偏移。

本发明的有益效果是：通过所述弹性位移传感器的设置，根据抛光头的位移量，获取抛光头与晶圆边缘之间的摩擦力，进而通过调节所述本体的转速，以调节所述抛光头对晶圆施加的压力，使得所述抛光头与所述晶圆边缘之间的摩擦力不变，即去除速率不变，避免晶圆边缘去除量不足而造成的边缘不良。

附图说明

图1表示本发明实施例中抛光头与晶圆边缘接触的状态示意图；

图2表示本发明实施例中边缘抛光装置结构示意图一；

图3表示本发明实施例中边缘抛光装置结构示意图二；

图4表示本发明实施例中边缘抛光装置结构部分示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在抛光设备中，与晶圆表面接触的抛光垫是采用聚氨酯制成的，其表面是具有空隙的，由于颗粒物填充等因素，随着使用时间的增加，抛光垫的形貌会发生改变，随着抛光时间的增加，晶圆的表面的光滑度也会改变，这些都会导致抛光垫与晶圆之间的摩擦力会降低，以致于去除率降低，进而导致晶圆边缘去除量不足，造成晶圆边缘不良。

针对上述技术问题，本实施例提供一种边缘抛光装置，参考图1-图3，包括本体、驱动组件和抛光头1，所述本体包括环形支架3，以及位于所述环形支架3中心的承载盘，所述环形支架3上延其周向固定有多个所述抛光头1，所述驱动组件用于控制所述本体旋转以带动所述抛光头1旋转对位于所述承载盘上的晶圆100边缘进行抛光，

所述抛光头1包括抛光盘12，所述抛光盘12通过一连接结构连接于所述环形支架3上，所述连接结构包括沿着所述环形支架3的周向方向延伸设置的滑轨2，所述抛光头1可移动的设置于所述滑轨2上，且所述抛光头1和所述滑轨2的一端之间连接有弹性位移传感器，用于感应在抛光时所述抛光头1在所述滑轨2上的移动距离；

所述驱动组件包括处理单元，用于根据所述弹性位移传感器的信号获取所述抛光头1与晶圆100之间的摩擦力的变化量，并发送控制信号；

所述驱动组件还包括执行单元，用于根据所述控制信号调节所述本体的转速，以调节所述抛光头1对晶圆100施加的压力，以保持抛光速率恒定。

所述弹性位移传感器通过一端固定于所述滑轨2的一端，一端连接于抛光头1，弹性位移传感器的内置弹簧的弹力系数K是固定不变的，所述抛光头1与晶圆100边缘之间的摩擦力F＝KX，其中，X为所述抛光头1在所述滑轨2上的位移量。

当抛光垫14去除速率R发生变化时，位置传感器检测到的所述抛光头1的位移量X也会随之变化。所述执行单元根据所述处理单元的控制信号调整晶圆100边缘受到的压力F_N(转速增大，离心力增大，从而所述抛光头1施加于晶圆100边缘的压力增大)。边缘摩擦力F同边缘压力F_N呈正相关，从而确保位移量X恒定，即去除速率R恒定，从而避免边缘不良。

需要说明的是，所述弹性位移传感器的具体结构形式可以有多种，例如弹性位移传感器包括外壳，设置于外壳的第一侧的固定连接部，一端固定于所述外壳内的弹性体(例如弹簧)，所述弹性体的另一端伸出所述外壳位于所述外壳的与所述第一侧相对的第二侧、并连接一活动连接部，本实施例中，所述弹性位移传感器的固定连接部连接于所述滑轨的一端，所述活动连接部与所述抛光头连接，而所述活动连接部与所述固定连接部之间的距离的变化，可以通过设置于所述外壳内固定连接所述弹性体的连接部上的红外器件获得。应当理解的是，只要可以实现感应在抛光时所述抛光头1在所述滑轨2上的移动距离，所述弹性位移传感器的具体结构形式并不限于上述所述。

本实施例中，所述滑轨2固定于所述环形支架3上。

所述滑轨2与所述环形支架3的连接方式可以有多种，例如，所述滑轨2可以通过粘结层粘结于所述环形支架3上，也可以在所述环形支架3上设置开口，以将所述滑轨2嵌设于所述开口内。

本实施例中，所述环形支架3上沿其周向间隔设置有多个所述滑轨2，每个所述滑轨2上嵌设有所述抛光头1。

多个所述抛光头1沿所述环形支架3的周向均匀设置，提高晶圆100边缘抛光效率。

本实施例中，所述抛光盘12的抛光面上设置有抛光垫14，所述抛光垫14和所述抛光面之间设置有压力传感器13，所述压力传感器13用于检测抛光时所述抛光头1对晶圆100施加的压力。

所述压力传感器13和所述弹性位移传感器相配合，可提高晶圆100抛光质量。

晶圆100放置在预设位置后，可能由于颗粒物等异常因素导致晶圆100位置发生边缘倾斜。或由于机械臂检测异常，导致晶圆100放置时中心位置偏移。

为了解决上述问题，本实施例中，所述环形支架3上沿其周向设置有多个所述抛光头1，所述边缘抛光装置还包括偏移检测结构，用于根据多个所述抛光头1上的所述压力传感器13感应的压力是否相同、以检测晶圆100是否偏移。

晶圆100位置正确，多个所述抛光头1施加于晶圆100上的压力是相同的，如果晶圆100发生偏移，则多个抛光头1施加于晶圆100上的压力出现异常，以此可以检测出晶圆100放置位置是否发生偏移，以提高晶圆100抛光质量。

需要说明的是，所述抛光头1的设置数量可以根据实际需要设定。

本实施例中，所述晶圆100包括相对设置的第一表面10、第二表面20以及设置于所述第一表面10和所述第二表面20之间的侧面，所述侧面包括与所述第一表面10连接的第一斜侧面301、与所述第二表面20连接的第二斜侧面302、以及设置于所述第一斜侧面301和第二斜侧面302之间的正侧面303，所述正侧面303与所述第一表面10相垂直设置，对晶圆100的边缘的抛光，需要对晶圆100的第一斜侧面301、第二斜侧面302，以及所述正侧面303进行抛光，为了提高抛光效率，本实施例中，所述环形支架3上交错设置有多个第一抛光头1、多个第二抛光头1和多个第三抛光头1，所述第一抛光头1用于对所述第一斜侧面301进行抛光，所述第二抛光头1用于对所述第二斜侧面302进行抛光，所述第三抛光头1用于对所述正侧面303进行抛光。

所述第一抛光头1、所述第二抛光头1和所述第三抛光头1的数量可根据实际需要设定，只要均匀设置于所述环形支架3上。

所述环形支架的数量可根据实际需要设定，可以设置一个或多个，本实施例中，所述环形支架为双层结构，包括叠置的第一环形支架100和第二环形支架200，所述承载盘位于所述第一环形支架100和所述第二环形支架200之间，所述第一抛光头设置于所述第一环形支架100上，所述第二抛光头设置于所述第二环形支架200上，所述第三抛光头可以根据实际需要设置于所述第一环形支架上或者所述的第二环形支架上，参考图4，图4为边缘抛光装置的部分结构示意图，图4中仅表示出了部分的抛光头，且仅是示意图，对抛光头的具体结构、重力块的具体结构等并不做限制。

当然，所述环形支架也可以设置三个，分别固定所述第一抛光头、所述第二抛光头、所述第三抛光头。

本实施例中，所述第一抛光头1的抛光面为斜面，所述第二抛光头1的抛光面为斜面。

参考图1，所述第一斜侧面301和所述第二斜侧面302均为斜面，且所述第一斜侧面301和所述第二斜侧面302均是向所述正侧面303的方向倾斜，则所述第一抛光头1的抛光面与所述第一斜侧面301的形状相匹配，所述第二抛光头1的抛光面的形状与所述第二斜侧面302的形状相匹配，以对晶圆100相应的位置进行抛光。

本实施例中，所述抛光头1包括连接杆15，所述连接杆15的一端连接所述抛光盘12，所述连接杆15的另一端连接有具有预设重量的重量块，所述连接结构还包括设置于所述连接杆15上、并滑动连接于所述滑轨2上的滑动连接部16，参考图1和图4。

所述重量块的设置，利于在所述本体旋转时，利于离心力将重力转换为对晶圆100的压力以对晶圆100进行抛光。

所述预设重量可以根据实际需要设定，所述连接杆15与所述滑轨2的连接位置可以根据实际需要设定，只要实现利用离心力将重力转换为对晶圆100的压力以对晶圆100进行抛光。

本实施例中，所述本体包括环形支架3，所述环形支架3中心设置有用于承载晶圆100的承载盘，所述承载盘的承载面上设置有吸附孔，所述吸附孔通过管道与真空装置连接，以通过吸附的方式将晶圆100固定于所述承载盘上。

本发明实施例还提供一种抛光方法，采用上述的边缘抛光装置对晶圆边缘进行抛光，包括以下步骤：

将晶圆固定于承载盘上；

将抛光头与晶圆边缘接触；

在驱动组件的驱动下控制边缘抛光装置的本体旋转以带动抛光头同步旋转、对晶圆边缘进行抛光；

根据弹性位移传感器的信号获得抛光头与晶圆边缘之间的摩擦力，并发出控制信号；

根据所述控制信号调节所述本体的转速，以调节所述抛光头对晶圆施加的压力，以保持抛光速率恒定。

在抛光过程中，所述抛光头沿着所述环形支架的周向方向的位移量(即在所述滑轨上的移动距离)恒定，则去除速率恒定，通过弹性位移传感器的设置，获取所述抛光头在滑轨上的移动距离是否恒定，从而获得去除速率是否改变，并在去除速率改变时，通过调整所述本体的转速以调节所述抛光头施加于晶圆边缘的压力，即增大抛光头与晶圆边缘之间的摩擦了，进而保持去除速率恒定，避免抛光不良。本实施例中利用了离心力原理，使得在所述本体旋转时，固定于所述本体上的抛光头对晶圆边缘进行抛光，所述本体的转速增大，则离心力增大，进而抛光头对晶圆边缘施加的压力增大，提高去除速率，所述本体的转速降低，则离心力减小，进而抛光头对晶圆边缘施加的压力减小，提高去除速率降低，通过调节所述本体的转速可以调整去除速率。

本实施例中，所述弹性位移传感器是实时进行检测的，有效的保证去除速率的恒定，避免抛光不良。

可选的，所述抛光盘的抛光面上设置有抛光垫，所述抛光垫和所述抛光面之间设置有压力传感器，所述压力传感器用于检测抛光时所述抛光头对晶圆施加的压力；

所述环形支架上沿其周向设置有多个所述抛光头，所述边缘抛光装置还包括偏移检测结构，用于根据多个所述抛光头上的所述压力传感器感应的压力是否相同、以检测晶圆是否偏移；所述抛光方法还包括以下步骤：

获取多个所述抛光头上的压力传感器的信号；

判断多个抛光头上的压力传感器感应的压力是否相同，以检测晶圆是否偏移。

若晶圆没有发生偏移，多个所述抛光头施加于晶圆上的压力是相同的，若检测到多个所述抛光头施加于晶圆上的压力不同，则晶圆发生偏移，需要校正后再进行抛光，避免抛光不良。

本实施例中，为了有效的避免抛光不良，所述压力传感器是实时检测相应的抛光头施加于晶圆边缘的压力的，实时将信号发出。

以上所述为本发明较佳实施例，需要说明的是，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种边缘抛光装置，包括本体、驱动组件和抛光头，所述本体包括环形支架，以及位于所述环形支架中心的承载盘，所述环形支架上延其周向固定有多个所述抛光头，所述驱动组件用于控制所述本体旋转以带动所述抛光头旋转对位于所述承载盘上的晶圆边缘进行抛光，其特征在于，

所述抛光头包括抛光盘，所述抛光盘通过一连接结构连接于所述环形支架上，所述连接结构包括沿着所述环形支架的周向方向延伸设置的滑轨，所述抛光头可移动的设置于所述滑轨上，且所述抛光头和所述滑轨的一端之间连接有弹性位移传感器，用于感应在抛光时所述抛光头在所述滑轨上的移动距离；

所述驱动组件包括处理单元，用于根据所述弹性位移传感器的信号获取所述抛光头与晶圆之间的摩擦力的变化量，并发送控制信号；

所述驱动组件还包括执行单元，用于根据所述控制信号调节所述本体的转速，以调节所述抛光头对晶圆施加的压力，以保持抛光速率恒定。

2.根据权利要求1所述的边缘抛光装置，其特征在于，所述滑轨固定于所述环形支架上。

3.根据权利要求1所述的边缘抛光装置，其特征在于，所述环形支架上沿其周向间隔设置有多个所述滑轨，每个所述滑轨上嵌设有所述抛光头。

4.根据权利要求1所述的边缘抛光装置，其特征在于，所述抛光盘的抛光面上设置有抛光垫，所述抛光垫和所述抛光面之间设置有压力传感器，所述压力传感器用于检测抛光时所述抛光头对晶圆施加的压力。

5.根据权利要求4所述的边缘抛光装置，其特征在于，所述环形支架上沿其周向设置有多个所述抛光头，所述边缘抛光装置还包括偏移检测结构，用于根据多个所述抛光头上的所述压力传感器感应的压力是否相同、以检测晶圆是否偏移。

6.根据权利要求5所述的边缘抛光装置，其特征在于，所述晶圆包括相对设置的第一表面、第二表面以及设置于所述第一表面和所述第二表面之间的侧面，所述侧面包括与所述第一表面连接的第一斜侧面、与所述第二表面连接的第二斜侧面、以及设置于所述第一斜侧面和第二斜侧面之间的正侧面，所述正侧面与所述第一表面相垂直设置，所述环形支架上交错设置有多个第一抛光头、多个第二抛光头和多个第三抛光头，所述第一抛光头用于对所述第一斜侧面进行抛光，所述第二抛光头用于对所述第二斜侧面进行抛光，所述第三抛光头用于对所述正侧面进行抛光。

7.根据权利要求6所述的边缘抛光装置，其特征在于，所述第一抛光头的抛光面为斜面，所述第二抛光头的抛光面为斜面。

8.根据权利要求1所述的边缘抛光装置，其特征在于，所述抛光头包括连接杆，所述连接杆的一端连接所述抛光盘，所述连接杆的另一端连接有具有预设重量的重量块，所述连接结构还包括设置于所述连接杆上、并滑动连接于所述滑轨上的滑动连接部。

9.一种抛光方法，采用权利要求1-8任一项所述的边缘抛光装置对晶圆边缘进行抛光，其特征在于，包括以下步骤：

将晶圆固定于承载盘上；

将抛光头与晶圆边缘接触；

在驱动组件的驱动下控制边缘抛光装置的本体旋转以带动抛光头同步旋转、对晶圆边缘进行抛光；

根据弹性位移传感器的信号获得抛光头与晶圆边缘之间的摩擦力，并发出控制信号；

根据所述控制信号调节所述本体的转速，以调节所述抛光头对晶圆施加的压力，以保持抛光速率恒定。

10.根据权利要求9所述的抛光方法，所述抛光盘的抛光面上设置有抛光垫，所述抛光垫和所述抛光面之间设置有压力传感器，所述压力传感器用于检测抛光时所述抛光头对晶圆施加的压力；

所述环形支架上沿其周向设置有多个所述抛光头，所述边缘抛光装置还包括偏移检测结构，用于根据多个所述抛光头上的所述压力传感器感应的压力是否相同、以检测晶圆是否偏移；其特征在于，所述抛光方法还包括以下步骤：

获取多个所述抛光头上的压力传感器的信号；

判断多个抛光头上的压力传感器感应的压力是否相同，以检测晶圆是否偏移。

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