CN113510612A - 半导体游离研磨装置和半导体研磨方法 - Google Patents

半导体游离研磨装置和半导体研磨方法 Download PDF

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CN113510612A CN202110527192.1A CN202110527192A CN113510612A CN 113510612 A CN113510612 A CN 113510612A CN 202110527192 A CN202110527192 A CN 202110527192A CN 113510612 A CN113510612 A CN 113510612A
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Abstract

本发明涉及半导体研磨技术领域，公开了一种半导体游离研磨装置和半导体研磨方法。其中，所述半导体游离研磨装置包括：研磨盘，其上端面设有多个直径不同的环状凹槽，每个环状凹槽均对应连接有至少一条排液通道；环状凹槽远离研磨盘中心的一侧设有斜面；流量控制结构，用于打开和关闭排液通道。通过上述技术方案，通过在研磨盘的上表面设置环状凹槽，利用环状凹槽储存研磨液，减少研磨液的损失。在环状凹槽远离研磨盘中心的一侧设置了斜面。基于所述斜面的设置，在研磨盘旋转时，基于离心力的作用，其能够引导研磨液流向研磨盘的表面，进一步地提高研磨盘与半导体之间的研磨压力，提高研磨效率和产品质量。

Description

半导体游离研磨装置和半导体研磨方法
技术领域
本发明涉及半导体研磨技术领域，具体地涉及一种半导体游离研磨装置和半导体研磨方法。
背景技术
在游离磨料研磨加工中，半导体和研磨盘的相对转速和压力直接影响加工质量和加工效率。通常，在研磨加工时，研磨液中的磨料供给在半导体和研磨盘之间。研磨中破碎的磨料和半导体的磨屑通过半导体和研磨盘的间隙排出，半导体和研磨盘的相对转速和压力并不大。在高速研磨下，在离心力的作用下，研磨液容易被快速地甩出研磨盘，使得研磨盘上分布的磨料快速减少。此外，由于惯性作用磨料延径向分布更加不均而导致磨料的浪费、加工效率降低和加工后的样件表面形貌更差。在较高的研磨压力下，渗透到半导体和研磨盘间隙中的磨料变少，同时研磨盘材质的不同会导致磨料的嵌入效果不同，从而影响加工的材料去除率，并且造成研磨盘磨损不均匀。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够提高半导体和研磨盘的相对转速和压力的半导体游离研磨装置和半导体研磨方法。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种半导体游离研磨装置，包括：
研磨盘，其上端面设有多个直径不同的环状凹槽，每个所述环状凹槽均对应连接有至少一条排液通道，所述排液通道的一端与所述环状凹槽连通，另一端从所述研磨盘内延伸至所述研磨盘的侧壁并与外界连通；所述环状凹槽远离所述研磨盘中心的一侧设有斜面；
流量控制结构，用于打开和关闭所述排液通道。
通过上述技术方案，通过在研磨盘的上表面设置环状凹槽，利用环状凹槽储存研磨液，减少研磨液的损失。在所述环状凹槽远离所述研磨盘中心的一侧设置了斜面。基于所述斜面的设置，在研磨盘旋转时，基于离心力的作用，其能够引导研磨液流向研磨盘的表面，进一步地提高研磨盘与半导体之间的研磨压力，提高研磨效率和产品质量。
进一步地，所述排液通道包括进液端和出液端；所述进液端与所述环状凹槽连通，所述出液端与外界连通，所述进液端的高度高于所述出液端的高度。
进一步地，所述流量控制结构包括封闭环，所述封闭环套设在所述研磨盘的周向外壁上，其能够沿着所述研磨盘的轴线方向移动，以打开和关闭所述排液通道。
进一步地，所述封闭环的内环面上设置有外螺纹，所述研磨盘的周向侧壁上设置有与所述外螺纹适配的内螺纹；所述封闭环与所述研磨盘螺纹连接。
进一步地，所述封闭环的内环面设置有滑块，所述研磨盘的周向侧壁上设置有与所述滑块对应且适配的滑槽，所述封闭环与所述研磨盘滑动连接。
进一步地，所述半导体游离研磨装置还包括驱动机构，所述驱动机构包括液压缸，所述液压缸包括活塞杆和缸体，所述活塞杆的一端设置在所述缸体内，另一端与所述封闭环连接，用以驱动所述封闭环沿所述研磨盘的轴线方向运动。
进一步地，所述流量控制结构包括：
凹槽，设置在所述排液通道的侧壁上，其开口背向所述研磨盘的中心并朝向所述排液通道并与所述排液通道之间形成一定的夹角；
截流块，在所述研磨盘处于禁止状态时，所述截流块位于所述凹槽内，在所述截流块离开所述凹槽并进入所述排液通道时，其能够限制所述排液通道的流量；
弹簧，其一端与所述凹槽的底部固定连接，另一端与所述截流块固定连接，所述弹簧具有将所述截流块拉回到所述凹槽内的趋势。
进一步地，所述半导体游离研磨装置还包括设置在所述研磨盘上方的加液管，所述加液管用于为所述研磨盘提供研磨液；在所述加液管的长度方向上间隔设置有多个供液孔，每个所述环状凹槽至少对应一个所述供液孔。
本发明第二方面提供一种半导体研磨方法，包括所述的半导体游离研磨装置；所述半导体研磨方法包括以下步骤：
S1，关闭所述排液通道；
S2，向所述环状凹槽内添加研磨液；
S3，驱动所述研磨盘旋转并持续向所述环状凹槽内添加研磨液；基于所述研磨盘产生的离心力，通过所述斜面引导所述环状凹槽内的研磨液逐渐流向所述研磨盘的上表面。
通过上述技术方案，通过在研磨盘的上表面设置环状凹槽，利用环状凹槽储存研磨液，减少研磨液的损失。在所述环状凹槽远离所述研磨盘中心的一侧设置了斜面。基于所述斜面的设置，在研磨盘旋转时，基于离心力的作用，其能够引导研磨液流向研磨盘的表面，进一步地提高研磨盘与半导体之间的研磨压力，提高研磨效率和产品质量。
进一步地，在步骤S2中，在研磨盘的转速达到设定阀值时，向所述环状凹槽内添加研磨液。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1是本发明半导体游离研磨装置一种实施方式的结构示意图；
图2是图1的另一角度的结构示意图；
图3是斜面的一种实施方式的结构示意图；
图4是斜面的另一种实施方式的结构示意图；
图5是流量控制结构一种实施方式的爆炸图。
附图标记说明
10研磨盘 20封闭环
11环状凹槽 12排液通道
41凹槽 42截流块
13斜面 43弹簧
30连通通道
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指在装配使用状态下的方位。“内、外”是指相对于各部件本身轮廓的内、外。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明中提供一种半导体游离研磨装置，如图1所示，所述半导体游离研磨装置包括：
研磨盘10，其上端面设有多个直径不同的环状凹槽11，每个所述环状凹槽11均对应连接有至少一条排液通道12，所述排液通道12的一端与所述环状凹槽11连通，另一端从所述研磨盘10内延伸至所述研磨盘10的侧壁并与外界连通；所述环状凹槽11远离所述研磨盘10中心的一侧设有斜面13；
流量控制结构，用于打开和关闭所述排液通道12。
通过在所述研磨盘10的上表面设置所述环状凹槽11，可利用所述环状凹槽11储存研磨液，在研磨盘10高速旋转的状态下，可以减少研磨液的损失。基于所述环状凹槽11的设置，虽然能够在所述研磨盘10高速旋转的状态下，减少研磨液的损失，但是研磨液在流出所述环状凹槽11，流向环状凹槽11上表面时，仍然会存在一定的阻力。为了解决这一技术问题，在所述环状凹槽11远离所述研磨盘10中心的一侧设置了斜面13。基于该斜面13的设置，在研磨盘10旋转时，在离心力的作用，其能够引导研磨液流向研磨盘10的表面，提高研磨盘与半导体之间的研磨压力，提高研磨效率和产品质量。
在一种可选的具体实施方式中，如图3所示，所述斜面13的截面为平面斜面，其与所述研磨盘10之间的角度为30°；为了进一步便于研磨液的流出，在另一种可选的具体实施方式中，如图4所示，将所述斜面13的截面为曲面斜面，该斜面向上拱起。
为了便于在停止研磨且流量控制结构打开所述排液通道12时，研磨液能够快速的排出。所述排液通道12包括进液端和出液端；所述出液端与所述环状凹槽11连通，所述出液端与外界连通，所述进液端的高度高于所述出液端的高度。
进一步地，为了能够排尽所述环状凹槽11内的研磨液，将所述环状凹槽11的底面设置为具有一定的高度差，即所述环状凹槽11的底面具有一定的坡度，而所述排液通道12的进液端恰好位于该坡度的最低处。通过这样的设置，在停止研磨且流量控制结构打开所述排液通道12时，环状凹槽11内的研磨液就可以尽可能的排尽。
进一步的，所述排液孔12沿所述研磨盘10的径向设置。这样的设置能够提高研磨液排出环状凹槽11的速度，有利于研磨液的快速更换。
为了加快研磨液排出环状凹槽11的速度，每个所述环状凹槽11连接有至少两条所述排液通道12。
所述流量控制结构包括封闭环20，所述封闭环20套设在所述研磨盘10的周向外壁上，其能够沿着所述研磨盘10的轴线方向移动，以打开和关闭所述排液通道12。
上述中，所述封闭环20打开和关闭所述排液通道12可以通过如下两种实施方式实现：
实施方式一：如图3所示，所述封闭环20的内环面上设置有外螺纹，所述研磨盘10的周向侧壁上设置有与所述外螺纹适配的内螺纹；所述封闭环20与所述研磨盘10螺纹连接。由于所述封闭环20与所述研磨盘10螺纹连接，优选地，在实际研磨的过程中，研磨盘10的转动方向与螺纹拧紧的方向相同。这样可以防止封闭环20与研磨盘10脱离，影响研磨效果。需要说明的是，所述研磨盘10上的螺纹范围是有一定的限制的，其不能沿着至所述研磨盘10的上表面。这样的设置是为了防止封闭环20与所述研磨盘10的上表面平齐，甚至突出所述研磨盘10的上表面，防止在研磨时，所述封闭环20与待研磨工件接触。
实施方式二(附图未示出)：所述封闭环20的内环面设置有滑块，所述研磨盘10的周向侧壁上设置有与所述滑块对应且适配的滑槽，所述封闭环20与所述研磨盘10滑动连接。在该实施方式中，为了便于控制所述所述封闭环20的打开和关闭，设置了驱动机构。具体而言，所述驱动机构包括液压缸，所述液压缸包括活塞杆和缸体，所述活塞杆的一端设置在所述缸体内，另一端与所述封闭环20连接，用以驱动所述封闭环20沿所述研磨盘10的轴线方向运动。
在实施方式二中，所述驱动机构还可以设置一个控制器，所述液压缸与所述控制器电连接，以便于控制所述液压缸的工作状态。当然，所述液压缸也可以通过气压缸或电动推杆代替。
需要说明的是，无论是在实施方式一种还实施方式二中，所述封闭环20均与所述研磨盘10同轴线设置。且封闭环20的内径优选地设置为等于所述研磨盘10的直径。
在研磨盘10处于研磨状态时，所述排液通道12是封闭的。但是，排液通道12中仍然会储存一部分的研磨液。排液通道12越长，内径越大，其能够存储的研磨液就越多。而这部分研磨液不参与实际的研磨工作，因此会造成一定的资源浪费。为了解决这一技术问题，在一种优选的具体实施方式中，将所述流量控制结构设置在所述排液通道12内，参阅图5，其包括：凹槽41、截流块42和弹簧43。其中，所述凹槽41设置在所述排液通道12的侧壁上，其开口背向所述研磨盘10的中心并朝向所述排液通道12并与所述排液通道12之间形成一定的夹角。所述截流块42在所述研磨盘10处于禁止状态时，所述截流块42位于所述凹槽41内，在所述截流块42离开所述凹槽41并进入所述排液通道12时，其能够限制所述排液通道12的流量；所述弹簧43的一端与所述凹槽41的底部固定连接，另一端与所述截流块42固定连接。
当研磨盘10处于旋转状态时，在离心力的作用下，截流块42将离开所述凹槽41，进入所述排液通道12，起到截流的作用，阻断研磨液流向排液通道12内。当研磨盘10处于非旋转状态时，在弹簧43的作用下，将所述截流块42拉回所述凹槽41内，确保排液通道12的畅通，保证研磨液能够通过排液通道12排出。
为了进一步节约资源，首先，在每条所述排液通道12内均设置所述流量控制结构，且该流量控制结构设置靠近所述排液通道12的进液端。
考虑到在研磨盘10的不同位置，离心力的大小是不同的，即越靠近所述研磨盘10中心离心力越小，越远离所述研磨盘10中心离心力越大。因此，对所述弹簧43的弹性系数有一定的要求。具体而言，要保证在研磨盘10的转速达到a时，截流块42能够脱离所述凹槽41，进入所述排液通道12中。其中，a的值和弹簧43的弹性系数本领域技术人员可以根据实际需求进行设置，本文不再详细描述具体的a的值和弹簧43的弹性系数。
在一种可选的具体实施方式中，不同的环状凹槽11对应的排液通道12中的流量控制结构的弹簧43的弹性系数是不同的。由于在研磨盘10旋转的过程中，越靠近所述研磨盘10中心的离心力越小，越远离研磨盘10中心的离心力越大。因此，将流量控制结构的弹簧43的弹性系数设置成越远离所述研磨盘10中心的弹性系数越大。
在一种优选的具体实施方式中，所述凹槽41的截面为矩形凹槽；所述排液通道12、截流块42、所述截流块42的截面均为矩形截面，且三者的矩形截面的大小和形状相同。所述截流块42朝向所述排液通道12的一端设置成斜面。通过这样的设置，当截流块42被甩出所述凹槽41，进入所述排液通道12时，所述截流块42上的斜面恰好能与所述排液通道12上的另一侧壁相吻合，同时也与排液通道12的上顶壁和下底壁吻合，以能够完全堵住所述排液通道12。
将所述截流块42朝向所述排液通道12的一端设置成斜面的另一优点在于：在研磨盘10处于非转动的状态下，截流块42与所述排液通道12能够形成一个平面，保证排液通道12的畅通，确保研磨液能够顺畅、快速排出。
进一步地，所述截流块42的长度小于所述凹槽41的深度，且大于所述排液通道12的宽度，在研磨盘10处于静止状态下，这样的设置可以防止所述截流块42完全脱离所述凹槽41，即在所述研磨盘10旋转时，仍然有一部分的截流块42位于所述凹槽41内，以便于在所述研磨盘10停止旋转时，收回所述截流块42。
进一步地，所述排液通道12相对于所述凹槽41的侧壁上还设置有第二凹槽，所述第二凹槽位于所述截流块42运动的路径上，当所述截流块42滑出所述凹槽41时，所述截流块42会进入所述第二凹槽中，以堵住所述排液通道12。
实际上，基于凹槽41、截流块42和弹簧43的设置，可以不用设置所述封闭环30，因为在研磨盘10旋转时，其能够关闭所述排液通道12，阻碍所述研磨液的流出。因此在一种可选的具体实施方式中，所述半导体游离研磨装置仅包括：研磨盘10和上述的流量控制结构，所述研磨盘10的上端面设有多个直径不同的环状凹槽11，每个所述环状凹槽11均对应连接有至少一条排液通道12，所述排液通道12的一端与所述环状凹槽11连通，另一端从所述研磨盘10内延伸至所述研磨盘10的侧壁并与外界连通；所述环状凹槽11远离所述研磨盘10中心的一侧设有斜面13。但是，在实际使用时可能存在如此情况：情况一：工件需要在研磨盘10在低速旋转上进行研磨。在这种情况下，离心力可能不足以能够将所述截流块42甩出所述凹槽41，无法达到关闭所述排液通道12防止所述研磨液流出的效果。情况二：在凹槽41、截流块42和弹簧43发生故障时，截流块42无法脱离所述凹槽41。基于上述考虑，在一种优选的具体实施方式中，既设置上述中的封闭环20，同时也设置上述中的凹槽41、截流块42和弹簧43。
此外，所述半导体游离研磨装置还包括设置在所述研磨盘10上方的加液管，所述加液管用于为所述研磨盘10提供研磨液；在所述加液管的长度方向上间隔设置有多个供液孔，每个所述环状凹槽11至少对应一个所述供液孔。
通过上述技术方案，通过在研磨盘的上表面设置环状凹槽11，利用环状凹槽11储存研磨液，减少研磨液的损失。在所述环状凹槽11远离所述研磨盘10中心的一侧设置了斜面13。基于所述斜面13的设置，在研磨盘10旋转时，基于离心力的作用，其能够引导研磨液流向研磨盘10的表面，进一步地提高研磨盘与半导体之间的研磨压力，提高研磨效率和产品质量。
需要说明的是，本发明的半导体游离研磨装置，不仅仅适用于研磨半导体，还适用于研磨其他材料。
本发明第二方面提供一种半导体研磨方法，其包括上述的半导体游离研磨装置；所述半导体研磨方法具体包括以下步骤：
S1，关闭所述排液通道12；
S2，向所述环状凹槽11内添加研磨液；
S3，驱动所述研磨盘10旋转并持续向所述环状凹槽11内添加研磨液；基于所述研磨盘10产生的离心力，通过所述斜面13引导所述环状凹槽11内的研磨液逐渐流向所述研磨盘10的上表面。
进一步地，在步骤S2中，在研磨盘10的转速达到设定阀值时，向所述环状凹槽11内添加研磨液。在研磨盘10的转速达到设定阀值时，才向所述环状凹槽11内添加研磨液的目的在于：由于在研磨盘10刚启动时，其转速较低，所产生的离心力不足以将所述截流块42甩出凹槽41，不能达到关闭所述排液通道12的效果。若在此阶段添加研磨液，研磨液将直接沿着所述排液通道12流出。因此，这样做可以防止研磨液的流失，节约资源。
通过上述技术方案，通过在研磨盘的上表面设置环状凹槽11，利用环状凹槽11储存研磨液，减少研磨液的损失。在所述环状凹槽11远离所述研磨盘10中心的一侧设置了斜面13。基于所述斜面13的设置，在研磨盘10旋转时，基于离心力的作用，其能够引导研磨液流向研磨盘10的表面，进一步地提高研磨盘与半导体之间的研磨压力，提高研磨效率和产品质量。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种半导体游离研磨装置，其特征在于，包括：
研磨盘(10)，其上端面设有多个直径不同的环状凹槽(11)，每个所述环状凹槽(11)均对应连接有至少一条排液通道(12)，所述排液通道(12)的一端与所述环状凹槽(11)连通，另一端从所述研磨盘(10)内延伸至所述研磨盘(10)的侧壁并与外界连通；所述环状凹槽(11)远离所述研磨盘(10)中心的一侧设有斜面(13)；
流量控制结构，用于打开和关闭所述排液通道(12)。
2.根据权利要求1所述的半导体游离研磨装置，其特征在于，所述排液通道(12)包括进液端和出液端；所述进液端与所述环状凹槽(11)连通，所述出液端与外界连通，所述进液端的高度高于所述出液端的高度。
3.据权利要求1所述的半导体游离研磨装置，其特征在于，所述流量控制结构包括封闭环(20)，所述封闭环(20)套设在所述研磨盘(10)的周向外壁上，其能够沿着所述研磨盘(10)的轴线方向移动，以打开和关闭所述排液通道(12)。
4.根据权利要求3所述的半导体游离研磨装置，其特征在于，所述封闭环(20)的内环面上设置有外螺纹，所述研磨盘(10)的周向侧壁上设置有与所述外螺纹适配的内螺纹；所述封闭环(20)与所述研磨盘(10)螺纹连接。
5.根据权利要求3所述的半导体游离研磨装置，其特征在于，所述封闭环(20)的内环面设置有滑块，所述研磨盘(10)的周向侧壁上设置有与所述滑块对应且适配的滑槽，所述封闭环(20)与所述研磨盘(10)滑动连接。
6.根据权利要求5所述半导体游离研磨装置，其特征在于，所述半导体游离研磨装置还包括驱动机构，所述驱动机构包括液压缸，所述液压缸包括活塞杆和缸体，所述活塞杆的一端设置在所述缸体内，另一端与所述封闭环(20)连接，用以驱动所述封闭环(20)沿所述研磨盘(10)的轴线方向运动。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的半导体游离研磨装置，其特征在于，所述流量控制结构包括：
凹槽(41)，设置在所述排液通道(12)的侧壁上，其开口背向所述研磨盘(10)的中心并朝向所述排液通道(12)并与所述排液通道(12)之间形成一定的夹角；
截流块(42)，在所述研磨盘(10)处于禁止状态时，所述截流块(42)位于所述凹槽(41)内，在所述截流块(42)离开所述凹槽(41)并进入所述排液通道(12)时，其能够限制所述排液通道(12)的流量；
弹簧(43)，其一端与所述凹槽(41)的底部固定连接，另一端与所述截流块(42)固定连接，所述弹簧(43)具有将所述截流块(42)拉回到所述凹槽(41)内的趋势。
8.根据权利要求1所述的半导体游离研磨装置，其特征在于，所述半导体游离研磨装置还包括设置在所述研磨盘(10)上方的加液管，所述加液管用于为所述研磨盘(10)提供研磨液；在所述加液管的长度方向上间隔设置有多个供液孔，每个所述环状凹槽(11)至少对应一个所述供液孔。
9.一种半导体研磨方法，其特征在于，包括权利要求1-8中任意一项所述的半导体游离研磨装置；所述半导体研磨方法包括以下步骤：
S1，关闭所述排液通道(12)；
S2，向所述环状凹槽(11)内添加研磨液；
S3，驱动所述研磨盘(10)旋转并持续向所述环状凹槽(11)内添加研磨液；基于所述研磨盘(10)产生的离心力，通过所述斜面(13)引导所述环状凹槽(11)内的研磨液逐渐流向所述研磨盘(10)的上表面。
10.根据权利要求1所述的半导体研磨方法，其特征在于，在步骤S2中，在研磨盘(10)的转速达到设定阀值时，向所述环状凹槽(11)内添加研磨液。
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