CN112192445A

CN112192445A - 用于修整双面研磨硅片的成对研磨垫的工具、装置及方法

Info

Publication number: CN112192445A
Application number: CN202011080312.XA
Authority: CN
Inventors: 崔世勋
Original assignee: Xian Eswin Silicon Wafer Technology Co Ltd; Xian Eswin Material Technology Co Ltd
Current assignee: Xian Eswin Silicon Wafer Technology Co Ltd; Xian Eswin Material Technology Co Ltd
Priority date: 2020-10-10
Filing date: 2020-10-10
Publication date: 2021-01-08

Abstract

本发明实施例公开了一种用于修整双面研磨硅片的成对研磨垫的工具、装置及方法，所述工具包括：圆形基板，所述圆形基板具有多个通孔，所述多个通孔将所述圆形基板沿厚度方向贯穿并且分布在所述圆形基板的整个板面上，其中，所述圆形基板具有第一外齿，所述第一外齿旨在与内齿圈的第二外齿啮合并且与外齿圈的内齿啮合以使得所述圆形基板通过所述内齿圈和所述外齿圈的旋转产生运动；多个柱状修整元件，每个所述柱状修整元件适于以可拆卸的方式固定装配至所述多个通孔中的每一个中，并且每个所述柱状修整元件的两个纵向端面适于分别对所述成对研磨垫中的一个研磨垫进行修整。

Description

用于修整双面研磨硅片的成对研磨垫的工具、装置及方法

技术领域

本发明涉及半导体加工领域，尤其涉及一种用于修整双面研磨硅片的成对研磨垫的工具、装置及方法。

背景技术

硅片的制造过程中通常需要对硅片进行研磨，以去除硅片成型处理中产生在硅片表面的损伤并将硅片表面制成镜面。参见图1，其示出了用于双面研磨硅片的装置1A，该装置1A通常可以包括：

具有第一外齿(附图中未详细示出)的硅片承载件10B，该硅片承载件10B用于承载硅片W；

具有第二外齿(附图中未详细示出)的内齿圈20A，其中硅片承载件10B的第一外齿与内齿圈20A的第二外齿啮合；

具有内齿(附图中未详细示出)的外齿圈30A，其中硅片承载件10B的第一外齿还与外齿圈30A的内齿啮合；

位于上研磨垫P1上方的上定盘40A以及位于下研磨垫P2下方的下定盘50A，上定盘40A和下定盘50A用于提供朝向彼此的压力以将上研磨垫P1压紧至硅片W的上表面并且将下研磨垫P2压紧至硅片W的下表面，其中，上研磨垫P1和下研磨垫P2都通过压敏胶带层60A分别胶粘至上定盘40A和下定盘50A；

设置在上定盘40A中的用于将研磨液注入至上研磨垫P1的研磨液注入管道70A，其中，研磨液在注入至上研磨垫P1之后穿过硅片承载件10B到达下研磨垫P2处。

在对硅片W进行抛光的过程中，内齿圈20A和外齿圈30A以设定的转速和转向旋转，使得硅片承载件10B与所承载的硅片W一起通过齿之间的啮合产生运动，同时上定盘UP和下定盘LP也会以设定的转速和转向旋转，由此在硅片W与研磨垫P1和P2之间产生相对运动，并通过研磨液产生的化学反应以及通过上下定盘加压产生的物理反应的影响使硅片W被双面研磨，并且这种工艺被称为化学反应和机械研磨过程共同作用的化学机械研磨(ChemicalMechanical Polishing，CMP)工艺。

在对硅片W进行研磨的过程中，由于硅片W的表面是不平整的，因此会对与硅片W的表面接触的研磨垫产生影响。例如在图2中示出的，上研磨垫P1和下研磨垫P2由于硅片W的表面的凸起PR而在研磨过程中产生凹入的划痕GR。此外，从硅片表面上去除的物质和研磨液等会堆积在研磨垫表面。因此，为了维持研磨垫恒定的研磨特性，需要利用修整工具对研磨垫进行修整。图3示出了研磨垫在修整前和修整后的表面形貌的变化。

实践中，如图4所示，用现有的修整工具10A代替图1中示出的用于双面研磨硅片的装置1A中的硅片承载件10B及其所承载的硅片W之后，即可实现对成对研磨垫即上研磨垫P1和下研磨垫P2的修整。然而，在现有的修整工具10A中，修整区段S在修整工具10A上的位置、面积等都是固定的，在这种情况下，如在图4中的坐标曲线所示出的，其中三条曲线的横坐标表示研磨垫半径且单位为毫米，纵坐标分别表示在内齿圈20A和外齿圈30A的三种转速和转向下，修整工具10A去除的抛光垫的厚度，如图4所示三条曲线呈类似的形状，即在横坐标方向上的中间位置处存在谷值而在中间位置的两侧处存在峰值，也就是说，无论内齿圈20A和外齿圈30A的转速和转向如何变化，修整工具10A对研磨垫的修整作用只能产生微小变化，或者说只能在特定表面形貌的研磨垫上起到修整效果。

研磨垫在经历多次对硅片的研磨作业后产生的形貌变化可能会有不同。比如研磨垫可能会在不同的的位置处产生形貌变化，比如产生形貌变化的程度不同。因此，在修整工具上的修整区段无法进行调整的情况下，无法更好地根据研磨垫产生形貌变化的位置以及形貌变化的程度对修整工具有的修整区段进行调整，无法更好地实现研磨垫的修整。另一方面，修整区段中通常设置有金刚石粒子，价格十分昂贵且制作时间较长，因此更换具有不同修整区段的修整工具会增大生产成本。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种用于修整双面研磨硅片的成对研磨垫的工具、装置及方法，使得能够根据待修整的研磨垫的表面形貌在修整工具上形成任意所需的修整区段，因而能够更好地实现研磨垫的修整，进而能够获得平坦度更好的硅片。

本发明的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种用于修整双面研磨硅片的成对研磨垫的工具，所述工具可以包括：

圆形基板，所述圆形基板具有多个通孔，所述多个通孔将所述圆形基板沿厚度方向贯穿并且分布在所述圆形基板的整个板面上，其中，所述圆形基板具有第一外齿，所述第一外齿旨在与内齿圈的第二外齿啮合并且与外齿圈的内齿啮合以使得所述圆形基板通过所述内齿圈和所述外齿圈的旋转产生运动；

多个柱状修整元件，每个所述柱状修整元件适于以可拆卸的方式固定装配至所述多个通孔中的每一个中，并且每个所述柱状修整元件的两个纵向端面适于分别对所述成对研磨垫中的一个研磨垫进行修整。

第二方面，本发明实施例提供了一种用于修整双面研磨硅片的成对研磨垫的装置，所述装置可以包括：

根据第一方面所述的工具，所述工具被夹置在所述成对研磨垫之间；

可旋转的内齿圈，所述内齿圈具有与所述圆形基板的第一外齿啮合的第二外齿；

可旋转的外齿圈，所述外齿圈具有与所述圆形基板的第一外齿啮合的内齿。

第三方面，本发明实施例一种用于修整双面研磨硅片的成对研磨垫的方法，所述方法应用于根据第二方面所述的装置，所述方法可以包括：

根据待修整的所述成对研磨垫的表面形貌，在处于所述圆形基板的整个板面中的选定区域内的通孔中固定装配所述柱状修整元件；

将所述工具夹置在所述成对研磨垫之间；

使所述内齿圈和所述外齿圈以设定的转速和转向进行旋转。

本发明实施例提供了一种用于修整双面研磨硅片的成对研磨垫的工具、装置及方法，可以根据待修整的所述成对研磨垫的表面形貌，在处于所述圆形基板的整个板面中的选定区域内的通孔中固定装配所述柱状修整元件，换言之可以在所述圆形基板上形成任意所需的修整区段，比如单个修整区段的面积，多个修整区段之间的间距、修整区段在圆形基板的径向方向以及周向方向上占据的长度等等。针对待修整的所述成对研磨垫的表面形貌而获得的修整工具的所需的修整区段能够实现更好地对研磨垫进行修整或者说能够得到被修整得更好的研磨垫，因此在后续对硅片进行研磨时能够研磨出平坦度更好的硅片。

附图说明

图1为现有的用于双面研磨硅片的装置的示意图；

图2为双面研磨硅片过程中研磨垫产生凹入的划痕的示意图；

图3为研磨垫在修整前和修整后的表面形貌的变化的示意图；

图4为利用现有的修整工具对研磨垫进行修整的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种用于修整双面研磨硅片的成对研磨垫的工具的示意图；

图6为利用本发明实施例提供的修整工具对研磨垫进行修整的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种用于修整双面研磨硅片的成对研磨垫的工具的柱状修整元件的示意图；

图8为本发明实施例提供的一种用于修整双面研磨硅片的成对研磨垫的装置的示意图；

图9为在本发明实施例提供的一种用于修整双面研磨硅片的成对研磨垫的装置中研磨垫胶粘至定盘的示意图；

图10为为本发明实施例提供的一种用于修整双面研磨硅片的成对研磨垫的方法的示意图。

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。

参见图5至图7，本发明实施例提供了一种用于修整如图1中示出的双面研磨硅片W的成对研磨垫P1和P2的工具10，所述工具10可以包括：

图5中详细示出的圆形基板100，所述圆形基板100具有多个通孔110，所述多个通孔110将所述圆形基板100沿厚度方向贯穿并且分布在所述圆形基板100的整个板面上，其中，所述圆形基板100具有第一外齿120，所述第一外齿120旨在与内齿圈20的第二外齿21啮合并且与外齿圈30的内齿31啮合，如在图6中示出的，以使得所述圆形基板100通过所述内齿圈20和所述外齿圈30的旋转产生运动，例如图6中用箭头示出的自转运动以及绕内齿圈20的公转运动；

图7中详细示出的多个柱状修整元件200，每个所述柱状修整元件200适于以可拆卸的方式固定装配至所述多个通孔110中的每一个中，并且每个所述柱状修整元件200的两个纵向端面210和220适于分别对所述成对研磨垫中的一个研磨垫进行修整。

在利用本发明实施例提供的工具对双面研磨硅片的成对研磨垫进行修整时，可以根据待修整的所述成对研磨垫的表面形貌，在处于所述圆形基板的整个板面中的选定区域内的通孔中固定装配所述柱状修整元件，换言之可以在所述圆形基板上形成任意所需的修整区段，比如单个修整区段的面积，多个修整区段之间的间距、修整区段在圆形基板的径向方向以及周向方向上占据的长度等等。举例而言，如需要将研磨垫进行更大范围的研磨，那么可增加柱状修整元件的数量或者说将1排柱状修整元件扩大至2排或3排。针对待修整的所述成对研磨垫的表面形貌而获得的修整工具的所需的修整区段能够实现更好地对研磨垫进行修整或者说能够得到被修整得更好的研磨垫，因此在后续对硅片进行研磨时能够研磨出平坦度更好的硅片。

在本发明的优选实施例中，通孔110的孔径可以为10mm，相应地，柱状修整元件200的外径可以也为10mm，并且柱状修整元件200的纵向高度可以根据圆形基板100的厚度进行相应设置。

在本发明的优选实施例中，参见图7，每个所述柱状修整元件200的两个纵向端面210和220都可以设置有硬质颗粒G，以使得纵向端面210和220适于分别对所述成对研磨垫P1和P2中的一个研磨垫进行修整。

在本发明的优选实施例中，所述硬质颗粒G可以为金刚石颗粒或碳化硅颗粒，由此可以根据需要将具有不同类型的硬质颗粒G的柱状修整元件200固定装配至圆形基板100的通孔110中，从而获得不同类型的修整区段，以实现更好地对抛光垫进行修整。

在本发明的优选实施例中，各个所述柱状修整元件200的两个纵向端面210和220设置的硬质颗粒的粒径是相同的。在这种情况下，所有的柱状修整元件200之间都可以实现互换，简化了工具10的装配过程。

在本发明的优选实施例中，所述多个柱状修整元件200包括第一组柱状修整元件和第二组柱状修整元件，所述第一组柱状修整元件的所述硬质颗粒具有第一粒径，所述第二组柱状修整元件的所述硬质颗粒具有第二粒径。这样，可以使第一组柱状修整元件设置在基板100的第一区段内，第二组柱状修整元件设置在基板100的第二区段内，其中第一区段和第二区段沿圆形基板100的周向交替分布。在这种情况下，沿圆形基板100的周向交替分布有第一修整区段和第二修整区段，其中第一修整区段中的硬质颗粒的粒径不同于第二修整区段中的硬质颗粒的粒径，这样，能够更好地对研磨垫进行修整，增强修整效果，进而在后续对硅片进行研磨时能够研磨出平坦度更好的硅片。

参见图8，本发明实施例还提供了一种用于修整双面研磨硅片的成对研磨垫(即图8中示出的上研磨垫P1和下研磨垫P2)的装置1，所述装置1可以包括：

根据本发明的工具10，所述工具10被夹置在所述成对研磨垫P1和P2之间；

图6中详细示出的可旋转的内齿圈20，所述内齿圈20具有与所述圆形基板100的第一外齿120啮合的第二外齿21；

图6中详细示出的可旋转的外齿圈30，所述外齿圈30具有与所述圆形基板100的第一外齿120啮合的内齿31。

在本发明的优选实施例中，同样参见图8，所述装置1还可以包括：

分别设置在所述成对研磨垫P1和P2两侧的第一定盘40和第二定盘50，所述第一定盘40和所述第二定盘50用于提供朝向彼此的压力以使所述成对研磨垫P1和P2夹紧所述工具10。

在本发明的优选实施例中，所述第一定盘40和所述第二定盘50是可旋转的，并且参见图9，所述成对研磨垫P1和P2分别例如通过压敏胶带层60胶粘至所述第一定盘40和所述第二定盘50。通常，研磨垫P1和P2沿着第一定盘40和第二定盘50的圆周方向粘贴，并且为了控制硅片的平坦度，需要防止定盘表面与压敏胶带层60之间有异物或空气进入，研磨垫粘贴完成后通常加压约20小时，以使粘贴稳定。

这样，研磨垫P1和P2能够分别随第一定盘40和所述第二定盘50一起旋转，另外由于圆形基板100通过内齿圈20和外齿圈30的旋转产生运动，因此在研磨垫P1与工具10之间以及研磨垫P2与工具10产生相对运动从而实现修整。

在一个示例中，第一定盘40和所述第二定盘50提供的朝向彼此的压力为150N，并且以内齿圈20反转转速为4rpm，外齿圈30反转转速为4rpm，第一定盘40和第二定盘50反转转速为6rpm对研磨垫P1和P2修整2分钟，之后以内齿圈20反转转速为4rpm，外齿圈30正转转速为4rpm，第一定盘40和第二定盘50正转转速为6rpm对研磨垫P1和P2修整2分钟，如此反复修整直至研磨垫P1和P2被修整至所需状态。

参见图10，本发明实施例还提供了一种用于修整双面研磨硅片的成对研磨垫的方法，所述方法应用于根据本发明的装置1，所述方法可以包括：

S101：根据待修整的所述成对研磨垫的表面形貌，在处于所述圆形基板的整个板面中的选定区域内的通孔中固定装配所述柱状修整元件；

S102：将所述工具夹置在所述成对研磨垫之间；

S103：使所述内齿圈和所述外齿圈以设定的转速和转向进行旋转。

在本发明的优选实施例中，所述方法还可以包括：

使所述成对研磨垫夹紧所述工具，并且使所述成对研磨垫以设定的转速和转向进行旋转。

需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，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所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种用于修整双面研磨硅片的成对研磨垫的工具，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的工具，其特征在于，每个所述柱状修整元件的两个纵向端面都设置有硬质颗粒。

3.根据权利要求2所述的工具，其特征在于，所述硬质颗粒为金刚石颗粒或碳化硅颗粒。

4.根据权利要求2所述的工具，其特征在于，各个所述柱状修整元件的两个纵向端面设置的硬质颗粒的粒径是相同的。

5.根据权利要求2所述的工具，其特征在于，所述多个柱状修整元件包括第一组柱状修整元件和第二组柱状修整元件，所述第一组柱状修整元件的所述硬质颗粒具有第一粒径，所述第二组柱状修整元件的所述硬质颗粒具有第二粒径。

6.一种用于修整双面研磨硅片的成对研磨垫的装置，其特征在于，包括：

根据权利要求1至5中任一项所述的工具，所述工具被夹置在所述成对研磨垫之间；

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

分别设置在所述成对研磨垫两侧的第一定盘和第二定盘，所述第一定盘和所述第二定盘用于提供朝向彼此的压力以使所述成对研磨垫夹紧所述修整工具。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一定盘和所述第二定盘是可旋转的，并且所述成对研磨垫分别胶粘至所述第一定盘和所述第二定盘。

9.一种用于修整双面研磨硅片的成对研磨垫的方法，所述方法应用于根据权利要求6至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述方法包括：

将所述工具夹置在所述成对研磨垫之间；

使所述内齿圈和所述外齿圈以设定的转速和转向进行旋转。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

使所述成对研磨垫夹紧所述修整工具，并且使所述成对研磨垫以设定的转速和转向进行旋转。