CN114952452A - 抛光垫修整器、化学机械抛光装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抛光垫修整器、化学机械抛光装置和方法，包括旋转抛光台、修整盘、连接臂和驱动组件；旋转抛光台用于支撑抛光垫，并带动抛光垫绕抛光垫的圆心旋转，修整盘安装于连接臂的一端，连接臂的另一端与驱动组件连接，驱动组件被配置为驱动连接臂带动修整盘移动；修整盘为矩形盘，修整盘具有用于对抛光垫的表面进行修整的修整面，修整面为矩形面，修整面的长度为L，L＝R‑a，其中，R为抛光垫的半径，0≤a≤1英寸。采用该修整器，每次修整时，可以沿抛光垫的径向基本覆盖抛光垫半径，对抛光垫进行无差别的同时修整，从而保证抛光垫整体各点修整后的形貌始终如一。

Description

抛光垫修整器、化学机械抛光装置和方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种抛光垫修整器、化学机械抛光装置和方法。

背景技术

在半导体制造过程中，从晶圆的制造到器件的形成，存在多次对半导体晶圆进行化学机械抛光的步骤。抛光垫(Pad)是化学机械抛光中机械作用的主要来源，抛光过程中配合抛光液的化学作用来达到晶圆减薄，平坦度控制，缺陷减少，粗糙度改善等功能。抛光垫的表面有大小不一的孔洞，用于均匀的吸收抛光液，在保证均匀抛光速率的同时排出抛光残屑。抛光垫在使用过程中随着压力的不断施加，外加抛光残渣在其表面的积累，会逐渐形成一层釉化层，釉化层会阻碍晶圆的去除速率，严重时引起划伤。

在典型的化学机械抛光设备中，通常会设置抛光垫修整器对抛光垫进行表面修整，去除釉化层，以恢复抛光垫表面粗糙度。但是传统的抛光垫修整器的修整盘的修整区域较小，可能会导致抛光垫各修整区域的修整状态不一致。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种抛光垫修整器、化学机械抛光装置和方法。

第一方面，提供了一种抛光垫修整器，所述抛光垫修整器包括旋转抛光台、修整盘、连接臂和驱动组件；

所述旋转抛光台用于支撑抛光垫，并带动所述抛光垫绕所述抛光垫的圆心旋转，所述修整盘安装于所述连接臂的一端，所述连接臂的另一端与所述驱动组件连接，所述驱动组件被配置为驱动所述连接臂带动所述修整盘移动；

所述修整盘为矩形盘，所述修整盘具有用于对所述抛光垫的表面进行修整的修整面，所述修整面为矩形面，所述修整面的长度为L，L＝R-a，其中，R为所述抛光垫的半径，0≤a≤1英寸。

可选的，所述修整盘上开设有沿所述修整盘的宽度方向，贯穿所述修整盘的抛光液通道。

可选的，所述修整盘包括基底和研磨层，所述研磨层可拆卸地连接在所述基底上。

可选的，所述基底为不锈钢基底，所述研磨层为一层镀镍的金刚石磨粒层。

可选的，所述抛光垫修整器还包括万向节和两个卡扣，所述修整盘通过所述万向节可转动地连接在所述连接臂上，所述两个卡扣沿所述修整盘的长度方向布置在所述万向节的两侧，且每个所述卡扣的两端分别与所述连接臂和所述修整盘连接。

可选的，所述连接臂上设有卡槽，所述抛光垫修整器还包括设置在所述卡槽内的固定卡，所述固定卡被配置为限制所述连接臂的移动。

可选的，所述驱动组件包括摆动气缸和升降气缸；

所述摆动气缸被配置为驱动所述连接臂带动所述修整盘沿平行于所述抛光垫的方向，在所述拋光垫的表面上按照预设修整轨迹移动平行移动；

所述升降气缸被配置为驱动所述连接臂带动所述修整盘沿垂直于所述抛光垫的方向上下移动。

可选的，所述抛光垫修整器还包括喷液组件，所述喷液组件随所述修整盘移动，所述喷液组件具有至少一个出液口，从所述出液口喷出的抛光液均匀分布在所述抛光垫的修整区域上。

第二方面，提供了一种化学机械抛光装置，包括如第一方面所述的抛光垫修整器。

第三方面，提供了一种化学机械抛光方法，采用如第二方面所述的化学机械抛光装置，所述化学机械抛光方法包括：

将抛光垫放置在旋转抛光台上，使所述旋转抛光台带动所述抛光垫旋转；

控制驱动组件驱动连接臂带动所述修整盘移动至所述抛光垫的修整区域上，使所述修整盘的修整面对所述抛光垫的表面进行修整。

本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供的一种抛光垫修整器、化学机械抛光装置和方法，通过将修整盘设置成矩形盘，采用矩形的修整面对抛光垫的表面进行修整。同时，还限定了修整面的长度为抛光垫的半径或者比抛光垫的半径小设定值a。这样每次修整时，可以沿抛光垫的径向基本覆盖抛光垫半径，对抛光垫进行无差别的同时修整，从而保证抛光垫整体各点修整后的形貌始终如一。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。

在附图中：

图1是现有技术提供的一种抛光垫修整器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种抛光垫修整器的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种修整盘的横截面示意图；

图4是本发明实施例提供的一种修整盘的纵截面示意图；

图5是本发明实施例提供的一种抛光垫修整器的部分结构俯视图；

图6是本发明实施例提供的一种化学机械抛光方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。

在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。在本公开的上下文中，相似或者相同的部件可能会用相同或者相似的标号来表示。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本公开内容实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

为了更好的理解本申请，首先，对本发明实施例所涉及的相关技术进行简要介绍：

图1是现有技术提供的一种抛光垫修整器的结构示意图，如图1所示，抛光垫修整器100包括旋转抛光台110、修整盘120、连接臂130和驱动组件。

旋转抛光台110用于支撑抛光垫P，并带动抛光垫P绕抛光垫P的圆心旋转。修整盘120安装于连接臂130的一端，连接臂130的另一端与驱动组件连接，驱动组件被配置为驱动连接臂130带动修整盘120移动。

修整盘120为圆盘，修整盘120具有用于对抛光垫P的表面进行修整的修整面，修整面为圆形。修整盘一般为4英寸或者4.5英寸，在修整抛光垫P的时候采用摆动的方式对所覆盖的小区域进行修整。

上述连接臂130包括旋转臂131和驱动臂132。驱动组件包括旋转电机141、摆动电机142和气缸143。其中，旋转臂131的一端通过万向节150与修整盘120连接，旋转臂131的另一端与旋转电机141连接，旋转电机141用于驱动旋转臂131带动修整盘120围绕其圆心转动。旋转电机141设置在驱动臂132的一端，驱动臂132的另一端通过轴承160与气缸143或摆动电机142连接。气缸143可以驱动驱动臂132带动修整盘120沿垂直于抛光垫P的方向上下移动。摆动电机142可以驱动驱动臂132带动修整盘120沿平行于抛光垫P的方向左右摆动。

然而，上述抛光垫修整器100至少存在以下问题：(1)修整盘120的修整区域较小，可能会导致抛光垫各修整区域的修整状态不一致；(2)修整的时候抛光液容易从修整器边缘流过，导致抛光液的分配发生改变，从而会影响晶圆区域去除率；(3)旋转臂131的一端通过万向节150与修整盘120连接，当抛光垫P转动时，修整盘120易随着抛光垫P的转动而偏向；(4)驱动组件中所需的电机等器件较多，制造成本较高。

综上，为了解决上述技术问题，本发明实施例提供的一种新型的抛光垫修整器。图2是本发明实施例提供的一种抛光垫修整器的结构示意图，如图2所示，抛光垫修整器200包括旋转抛光台210、修整盘220、连接臂230和驱动组件240。

旋转抛光台210用于支撑抛光垫P，并带动抛光垫P绕抛光垫P的圆心旋转。修整盘220安装于连接臂230的一端，连接臂230的另一端与驱动组件240连接，驱动组件240被配置为驱动连接臂230带动修整盘220移动。

修整盘220为矩形盘，修整盘220具有用于对抛光垫P的表面进行修整的修整面220a，修整面220a为矩形面，修整面220a的长度为L，L＝R-a，其中，R为抛光垫的半径，0≤a≤1英寸。

通过将修整盘设置成矩形盘，采用矩形的修整面对抛光垫的表面进行修整。同时，还限定了修整面的长度为抛光垫的半径或者比抛光垫的半径小设定值a。这样每次修整时，可以沿抛光垫的径向基本覆盖抛光垫半径，对抛光垫进行无差别的同时修整，从而保证抛光垫整体各点修整后的形貌始终如一。

可选的，修整盘220上开设有沿修整盘220的宽度方向，贯穿修整盘220的抛光液通道220b。

图3是本发明实施例提供的一种修整盘的横截面示意图，如图3所示，修整盘220上的抛光液通道220b贯穿修整盘的两长边，即修整盘220的两个长边形成开口。抛光垫的表面有大小不一的孔洞，用于均匀的吸收抛光液，在保证均匀抛光速率的同时排出抛光残屑。在具体修整时，修整盘220压至抛光垫P上后，抛光垫P孔洞中的抛光液被挤压溢出，正好可以从修整盘220的两个长边的开口处进入抛光液通道220b中。当修整盘220停止修整时，抛光液又可以从修整盘220的两个长边的开口处流出至抛光垫P的原位置，从而可以避免抛光液在修整盘220处沿着边缘流动，使得抛光液沿着原来流动方向保持不变。

如图3所示，在本公开实施例中，修整盘220的长度为L(即与修整面的长度相等)，L＝R，宽度为D。抛光液通道220b的长度为J，宽度为D。

示例性地，L为8～10英寸，D为1～4英寸，J比L小1～2英寸。

图4是本发明实施例提供的一种修整盘的纵截面示意图，如图4所示，修整盘220包括基底221和研磨层222，研磨层222可拆卸地连接在基底221上。

示例性的，研磨层222通过螺栓(图中未示出)固定在基底221上。只需拆卸螺栓即可对研磨层222进行更换，操作方便快捷，且每次只需更换研磨层222，可以节省成本。

可选的，基底221为不锈钢基底，研磨层222为一层镀镍的金刚石磨粒层。其中，研磨面为平面，在进行修整时该平面与抛光垫P表面平行。在利用修整器对抛光垫进行修整的过程中，修整盘220以一定压力压在抛光垫P表面，使得金刚石研磨颗粒与抛光垫P表面接触并对抛光垫P进行切削，从而实现对抛光垫P表面进行研磨修整，使抛光垫P表面得到所需粗糙度。

可选的，参见图2，抛光垫修整器200还包括万向节250和两个卡扣260，修整盘220通过万向节250可转动地连接在连接臂230上。两个卡扣260沿修整盘220的长度方向布置在万向节250的两侧，且每个卡扣260的两端分别与连接臂230和修整盘220连接。

通过设置两个卡扣260与万向节250配合，可以保证修整器在径向上能够自由调节且紧紧贴合抛光垫P，而不会随着抛光垫P的转动而偏向。

可选的，连接臂230上设有卡槽(图中未示出)，抛光垫修整器200还包括设置在卡槽内的固定卡270，固定卡270被配置为限制连接臂230的移动，从而可以进一步保证连接臂230不会因为抛光垫P的转动而被带偏向。

可选的，驱动组件240包括摆动气缸241和升降气缸242。摆动气缸241被配置为驱动连接臂230带动修整盘220沿平行于抛光垫P的方向，在拋光垫的表面上按照预设修整轨迹移动平行移动。升降气缸242被配置为驱动连接臂230带动修整盘220沿垂直于抛光垫P的方向上下移动。

本实施例中的驱动组件240的结构简单可靠，相比于传统的抛光垫修整器中的驱动组件，省掉了一个转动电机，而摆动电机也采用摆动气缸取代，从而大幅度降低制造成本。且本实施例中的驱动组件240较少，只需驱动修整盘220两点摆动或上下移动，整体可靠性会大幅度提高。

示例性地，驱动组件240还包括轴承243，轴承243设置在连接臂230的另一端与摆动气缸241或升降气缸242的输出端的连接处。

图5是本发明实施例提供的一种抛光垫修整器的部分结构俯视图，如图5所示，抛光垫修整器200还包括喷液组件280，喷液组件280随修整盘220移动，喷液组件280具有至少一个出液口280a。从出液口280a喷出的抛光液均匀分布在抛光垫P的修整区域上，使得该修整区域上的液体可以与抛光垫的表面之间发生化学反应，进而提高了晶圆表面的均匀度，避免抛光垫边缘处抛光速率突变，出现急剧降低而后增大，或直接大幅增大的情况，从而提高了抛光垫的良品率，减少了因加工问题造成的浪费。

本发明实施例还提供了一种化学机械抛光装置，包括如图2所示的抛光垫修整器。因此，该化学机械抛光装置也包括如上述实施例所述的抛光垫修整器的全部有益效果，为避免重复，在此不做过多赘述。

本发明实施例还提供了一种化学机械抛光方法，采用上述实施例所述的化学机械抛光装置。图6是本发明实施例提供的一种化学机械抛光方法的流程图，如图6所示，该化学机械抛光方法包括：

步骤601、将抛光垫放置在旋转抛光台上，使旋转抛光台带动抛光垫旋转。

步骤602、控制驱动组件驱动连接臂带动修整盘移动至抛光垫的修整区域上，使修整盘的修整面对抛光垫的表面进行修整。

可选的，该化学机械抛光方法还可以包括：

控制喷液组件随修整盘移动，并控制从喷液组件的出液口喷出的抛光液均匀分布在抛光垫P的修整区域上。

该化学机械抛光方法也包括如上述实施例所述的化学机械抛光装置的全部有益效果，为避免重复，在此不做过多赘述。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。

Claims (10)

1.一种抛光垫修整器，其特征在于，所述抛光垫修整器包括旋转抛光台、修整盘、连接臂和驱动组件；

所述旋转抛光台用于支撑抛光垫，并带动所述抛光垫绕所述抛光垫的圆心旋转，所述修整盘安装于所述连接臂的一端，所述连接臂的另一端与所述驱动组件连接，所述驱动组件被配置为驱动所述连接臂带动所述修整盘移动；

所述修整盘为矩形盘，所述修整盘具有用于对所述抛光垫的表面进行修整的修整面，所述修整面为矩形面，所述修整面的长度为L，L＝R-a，其中，R为所述抛光垫的半径，0≤a≤1英寸。

2.根据权利要求1所述的抛光垫修整器，其特征在于，所述修整盘上开设有沿所述修整盘的宽度方向，贯穿所述修整盘的抛光液通道。

3.根据权利要求1所述的抛光垫修整器，其特征在于，所述修整盘包括基底和研磨层，所述研磨层可拆卸地连接在所述基底上。

4.根据权利要求3所述的抛光垫修整器，其特征在于，所述基底为不锈钢基底，所述研磨层为一层镀镍的金刚石磨粒层。

5.根据权利要求1所述的抛光垫修整器，其特征在于，所述抛光垫修整器还包括万向节和两个卡扣，所述修整盘通过所述万向节可转动地连接在所述连接臂上，所述两个卡扣沿所述修整盘的长度方向布置在所述万向节的两侧，且每个所述卡扣的两端分别与所述连接臂和所述修整盘连接。

6.根据权利要求1所述的抛光垫修整器，其特征在于，所述连接臂上设有卡槽，所述抛光垫修整器还包括设置在所述卡槽内的固定卡，所述固定卡被配置为限制所述连接臂的移动。

7.根据权利要求1所述的抛光垫修整器，其特征在于，所述驱动组件包括摆动气缸和升降气缸；

所述摆动气缸被配置为驱动所述连接臂带动所述修整盘沿平行于所述抛光垫的方向，在所述抛光垫的表面上按照预设修整轨迹移动平行移动；

所述升降气缸被配置为驱动所述连接臂带动所述修整盘沿垂直于所述抛光垫的方向上下移动。

8.根据权利要求1所述的抛光垫修整器，其特征在于，所述抛光垫修整器还包括喷液组件，所述喷液组件随所述修整盘移动，所述喷液组件具有至少一个出液口，从所述出液口喷出的抛光液均匀分布在所述抛光垫的修整区域上。

9.一种化学机械抛光装置，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的抛光垫修整器。

10.一种化学机械抛光方法，其特征在于，采用如权利要求9所述的化学机械抛光装置，所述化学机械抛光方法包括：

将抛光垫放置在旋转抛光台上，使所述旋转抛光台带动所述抛光垫旋转；

控制驱动组件驱动连接臂带动所述修整盘移动至所述抛光垫的修整区域上，使所述修整盘的修整面对所述抛光垫的表面进行修整。

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