CN115673910A

CN115673910A - 一种液涨控制的压盘及其用于基材抛光的面型控制方法

Info

Publication number: CN115673910A
Application number: CN202310000481.5A
Authority: CN
Inventors: 蒋继乐; 寇明虎
Original assignee: Beijing Tesidi Semiconductor Equipment Co ltd
Current assignee: Beijing Tesidi Semiconductor Equipment Co ltd
Priority date: 2023-01-03
Filing date: 2023-01-03
Publication date: 2023-02-03
Anticipated expiration: 2043-01-03
Also published as: CN115673910B

Abstract

本发明涉及一种液涨控制的压盘及其用于基材抛光的面型控制方法，其包括第一表面、面型控制腔和第二表面；面型控制腔设置在第一表面和第二表面之间，第一表面用于挤压半导体基材，面型控制腔的一端用于连通液压油控制装置，以使液压油控制装置调节面型控制腔中液压油的油量，进而调节面型控制腔的腔体形状，带动第一表面的面型改变。本发明具备面型调整功能，并能实现压盘接触面的在线调整；能在半导体基材抛光领域中应用。

Description

一种液涨控制的压盘及其用于基材抛光的面型控制方法

技术领域

本发明涉及一种半导体基材抛光技术领域，特别是关于一种液涨控制的压盘及其用于基材抛光的面型控制方法。

背景技术

半导体基材的抛光设备能够为芯片制造流程中相应的环节中需要的基材表面进行平坦化。在半导体基材的双面抛光设备中，同时具备上压盘和下压盘，上、下压盘共同挤压材料，实现抛磨加工。而由于晶圆在旋转过程中不同半径处的抛磨速度不一致，导致晶圆的表面形状不够平整。

现有技术中一般的抛光设备会在停机后对晶圆的表面形状进行测量，再调整抛磨的压力和速度，从而一步步地改善晶圆的表面形状，费时费力。此外还有些设备对压盘的形状进行预先的修整，另其形成一个内凹、或外凸的形状，从而保证晶圆的平整度，然而这种加工方式的设备的通用性有限，只适用于特定工艺、特定尺寸条件下的半导体基材，不能够进行在线调整，不能满足不同工作参数条件下的抛光需求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种液涨控制的压盘及其用于基材抛光的面型控制方法和系统，其能使半导体基材的双面抛光设备在实际抛光过程中具备面型调整功能；同时利用液体压力及外力控制，实现上压盘、下压盘接触面的在线调整。

为实现上述目的，一方面，本发明采取的第一种技术方案：一种液涨控制的压盘，其包括：第一表面、面型控制腔和第二表面；所述面型控制腔设置在所述第一表面和所述第二表面之间，所述第一表面用于挤压半导体基材，所述面型控制腔的一端用于连通液压油控制装置，以使所述液压油控制装置调节所述面型控制腔中液压油的油量，进而调节所述面型控制腔的腔体形状，带动所述第一表面的面型改变。

进一步，所述第二表面用于连接加力结构，以使所述加力结构对所述第二表面施加拉力或压力时，带动改变所述第一表面的面型。

进一步，在所述面型控制腔未发生形变情况下，所述面型控制腔的腔体形状的截面为矩形。

进一步，还包括加载连接件，所述加载连接件的第一端设置在所述第二表面上，所述加载连接件的第二端与加力结构连接；所述加力结构与所述加载连接件之间设置有力传感器。

进一步，所述加力结构设置在所述第二表面上，并对应于所述面型控制腔的中间位置。

进一步，所述第一表面的面型由所述面型控制腔的腔体形状确定出的第一表面的形变量，以及所述加力结构改变的所述第一表面的形变量共同确定，具体为：

式中，

为最终的压盘形变，

为加力结构施加集中力，

为第一表面的形变，

为压盘材料剪切强度，

为压盘第一表面名义厚度，

为压盘材料泊松比，

为压盘名义半径，

为以压盘表面中心为原点的横坐标。

另一方面，本发明采取的第二种技术方案：一种用于基材抛光的面型控制方法，该控制方法基于上述液涨控制的压盘实现，包括：根据预先建议的压盘物理模型，计算压盘形变；确定压盘形变是否满足预设要求，满足则完成面型控制，反之则根据预设要求与压盘形变的值两者的大小关系，调整加力结构施加的力值大小，使压盘形变满足设计要求，实现定量在线控制压盘面型。

进一步，所述压盘形变包括填充液压油后由液压部分对压盘产生的形变，以及加力结构对压盘的拉力或压力产生的机械形变。

进一步，所述计算压盘形变包括：计算由液压部分对压盘第一表面产生的形变；根据第一表面的形变计算机械部分形变，得到最终的压盘形变。

进一步，所述最终的压盘形变为：

式中，

为最终的压盘形变，

为加力结构施加集中力，

为第一表面的形变，

为压盘材料剪切强度，

为压盘第一表面名义厚度，

为压盘材料泊松比，

为压盘名义半径，

为以压盘表面中心为原点的横坐标。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明通过压盘的加力结构，能够使得压盘的面型能够在线实时调节，从而满足晶圆不同工况条件下需求。

2、本发明通过液压力和加力结构双重调节，其叠加变形能够满足各种压力条件下的面型调节。

附图说明

图1是本发明一实施例中基于液胀控制的压盘结构示意图；

图2是本发明一实施例中初始施加液体压力时的压盘变形示意图；

图3是本发明一实施例中实时调整面型后的压盘变形示意图；

图4是本发明一实施例中压盘面型控制流程图；

图5是本发明一实施例中双面抛光结构面型控制详细流程图；

附图标记：

1第一表面，2面型控制腔，3第二表面，4加载连接件，5力传感器，6加力固定台阶，7加力螺栓，8传感器连接件，9液压油管路。

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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明一实施例中，提供一种液涨控制的压盘。本发明实施例提供的液涨控制的压盘可以是抛光设备中的上压盘，也可以是抛光设备中的下压盘。

如图1所示，该压盘包括第一表面1、面型控制腔2和第二表面3。面型控制腔2设置在第一表面1和第二表面3之间，第一表面1用于挤压半导体基材，面型控制腔2的一端用于连通液压油控制装置，以使液压油控制装置调节面型控制腔中液压油的油量，进而调节面型控制腔2的腔体形状，带动第一表面1的面型改变。

使用时，通过液压油控制装置向面型控制腔2中注入液压油，通过控制调节液压油的油量改变了面型控制腔2的腔体形状发生变化，进而通过改变第一表面1的面型，保证晶圆的平整度。

上述实施例中，第二表面3用于连接加力结构，以使加力结构对第二表面3施加拉力或压力时，带动改变第一表面1的面型。通过加力结构对第二表面3施力，使得压盘的面型能够在线实时调节，从而满足晶圆不同工况条件下需求。

上述实施例中，在面型控制腔2未发生形变情况下，面型控制腔2的腔体形状的截面为矩形，便于精准计算和定量控制第一表面1的面型。

上述实施例中，还包括加载连接件4。加载连接件4设置在第二表面3上，通过加载连接件4与用于施加压力或拉力的加力结构连接。

上述实施例中，加力结构与加载连接件4之间设置有力传感器5，用于检测加力结构施加的拉力值或压力值大小。通过力传感器5检测加力结构的施力大小，可以实现对面型的精准控制。

上述实施例中，加力结构包括加力固定台阶6和加力螺栓7。加力固定台阶6与设备机架固定连接，且加力固定台阶6具有内螺纹孔；加力螺栓7具有外螺纹，与加力固定台阶6的内螺纹孔进行螺纹连接，且加力螺栓7的端部经力传感器5与下表面加载连接件4连接，实现加力螺栓7在加力固定台阶6的内螺纹孔内转动，使加力螺栓7上升或下降，进而带动下压盘产生变形。

其中，加力螺栓7的端部与力传感器5之间设置有传感器连接件8；力传感器5的一端与下加载连接件4连接，另一端通过传感器连接件8与加力螺栓7连接。

上述实施例中，位于面型控制腔2一侧设置有液压油孔；该液压油孔经液压油管路9与液压油控制装置连接，经液压油管路9向面型控制腔2内注液压油。

上述实施例中，面型控制腔2的名义尺寸为2a，加力结构设置在压盘的第二表面，并对应于面型控制腔2的中间位置。在加力结构进行施力时，保证面型控制腔2中部受力。

上述实施例中，第一表面1的面型由面型控制腔2的腔体形状确定出的第一表面1的形变量，以及加力结构改变的第一表面1的形变量共同确定；具体为：

式中，

为最终的压盘形变，

为加力结构施加集中力，

为第一表面的形变，

为压盘材料剪切强度，

为压盘第一表面名义厚度，

为压盘材料泊松比，

为压盘名义半径，

为以压盘表面中心为原点的横坐标。

综上，本发明在使用时，首先在面型控制腔2内填充具有预设压力的液压油，在液压油的压力作用下，下压盘会产生第一、第二表面中间凸出的梭形形变（如图2所示），在此基础之上，通过加力螺栓7对第二表面3施加向下的拉力，使得凸出的上表面中间位置下移（如图3所示），从而变得较为平坦，满足晶圆加工时的面型需求。

另外，本发明实施例提供的液涨控制的压盘，可以在进行晶圆抛光之前，根据实际情况预先设置好第一表面1的面型，还可以根据实际情况在晶圆抛光过程中在线调整第一表面1的面型，相较于现有技术，本发明实施例提供的液涨控制的压盘的使用明显更加灵活。

在本发明一实施例中，提供一种用于基材抛光的面型控制方法，该控制方法基于上述各实施例中的液涨控制的压盘实现。由于上下盘为轴对称结构，本实施例中的方法仅以下压盘结构为例进行说明。如图4、图5所示，该控制方法包括以下步骤：

1）根据预先建立的压盘物理模型，计算压盘形变；

2）确定压盘形变是否满足预设要求，满足则完成面型控制，反之则根据预设要求与压盘形变的值两者的大小关系，调整加力结构施加的拉力值或压力值大小，使压盘形变满足设计要求，实现定量在线控制压盘面型。

在本实施例中，上述步骤1）根据实际需求，确定面型控制腔2的压力范围设定，从而确定下压盘的直径、高度、主体腔的体积、材料特性等参数，建立下压盘受力结构的物理模型。

上述步骤1）中，压盘形变包括填充液压油后由液压部分对压盘产生的形变，以及加力结构对压盘的拉力或压力产生的机械形变。计算压盘形变，具体包括以下步骤：

1.1）计算由液压部分对压盘第一表面产生的形变；

如图2所示，液压部分的模型为两端固定，液压油对下压盘或上压盘的主体腔产生均匀的压力，若油压为q，主体腔的名义尺寸为2a，在油压q的作用下，第一表面形成的变形

为：

式中，

为压盘材料剪切强度，

为压盘第一表面名义厚度，

为压盘材料泊松比，

为压盘名义半径，

为以压盘表面中心为原点的横坐标，

为对应横坐标下的压盘第一表面变形值。

1.2）根据第一表面的形变计算机械部分形变，得到最终的压盘形变；

如图3所示，机械部分的模型为两端固定，在下压盘或上压盘的面型控制腔2内受到均匀压力q的基础上，此时加力结构施加集中力P，实现对第二表面施加拉力或压力，P值大小可通过力传感器5实际测量获得，那么在P的作用下，最终的压盘变形

为：

综上，本发明实施例中在对基材进行抛光前，首先执行步骤1）根据预先建立的压盘物理模型，计算压盘形变；以及再执行步骤2）确定压盘形变是否满足预设要求，满足则完成面型控制，反之则根据预设要求与压盘形变的值两者的大小关系，调整加力结构施加的拉力值或压力值大小，使压盘形变满足设计要求，实现定量在线控制压盘面型。通过加力结构施力，使得凸出或凹陷的表面中间位置变得较为平坦，满足晶圆加工时的面型需求。

本发明具有通用性，适用于各种特定工艺、特定尺寸条件下的半导体基材，能够进行在线调整，并满足不同工作参数条件下的抛光需求。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。