CN116000817A - 一种研磨垫调整器及研磨垫的调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种研磨垫调整器及研磨垫的调整方法，研磨垫调整器包括调整盘和位于调整盘外周的调整环，调整盘和调整环均具有适于调整研磨垫的修整面；调整盘在第一驱动机构作用下绕自身轴向做旋转运动、并在第一升降机构作用下做竖向升降运动，调整环在第二驱动机构作用下绕自身轴向做旋转运动、并在第二升降机构作用下做竖向升降运动。通过在调整盘的外周设置可以独立做旋转运动和升降运动的调整环，一方面调整环可增加对研磨垫的修整面积，提升研磨垫的调整效率，进而提高晶圆的研磨速率；另一方面当调整环和调整垫做逆向旋转运动时，调整环可以有效去除研磨垫沟槽中的副产物，减少研磨过程中副产物对晶圆造成的缺陷，提高晶圆的表面平整度。

Description

一种研磨垫调整器及研磨垫的调整方法

技术领域

本发明涉及晶圆抛光研磨技术领域，具体涉及一种研磨垫调整器及研磨垫的调整方法。

背景技术

化学机械研磨过程主要取决于研磨垫的表面状况，在进行晶圆研磨时，研磨垫的表面很快被研磨碎屑填满，使表面磨光打滑，形成釉面，这意味着研磨垫的表面不粗糙，无法再对晶圆进行研磨，并可能使晶圆表面产生细微划痕。为了调整研磨垫的研磨表面的粗糙度，现有的做法是通过研磨垫调整器来调整研磨垫的粗糙度。常规的研磨垫调整装器包括一个调整盘，调整盘通过压抵研磨垫的研磨表面的方式调整研磨垫，以保证研磨垫表面的粗糙度。

但是，现有研磨垫调整器通过单一调整盘对研磨垫进行调整的方式比较单一，在晶圆的化学机械研磨过程中，研磨垫表面的化学腐蚀液和晶圆表面金属反应后会产生相应的副产物，这些副产物会淀积于研磨垫的沟槽中，从而对晶圆造成一定程度上的产品缺陷，影响晶圆的表面平整度。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的研磨垫调整器的调整方式单一、调整效率低的缺陷，从而提供一种研磨垫调整器及研磨垫的调整方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种研磨垫调整器，包括调整盘和位于所述调整盘外周的调整环，所述调我方案号整盘和所述调整环均具有适于调整研磨垫的修整面；所述调整盘在第一驱动机构作用下绕自身轴向做旋转运动、并在第一升降机构作用下做竖向升降运动，所述调整环在第二驱动机构作用下绕自身轴向做旋转运动、并在第二升降机构作用下做竖向升降运动。

进一步地，所述调整盘呈圆形，所述调整盘和所述调整环之间具有间隙。

进一步地，所述间隙的大小为3－5mm。

进一步地，所述调整盘和所述调整环的修整面上均设有调整颗粒，所述调整颗粒为金刚石颗粒。

进一步地，所述第一驱动机构包括第一旋转电机、第一主动轮、第一从动轮和第一传动带，所述第一传动带套设在所述第一主动轮和所述第一从动轮之间，所述第一主动轮固定连接有第一旋转轴，所述第一从动轮固定连接有第一支撑杆，所述第一旋转轴连接在所述第一旋转电机的输出端上，所述调整盘连接在所述第一支撑杆上随所述第一支撑杆的转动绕自身轴向做旋转运动。

进一步地，所述第二驱动机构包括第二旋转电机、第二主动轮、第二从动轮和第二传动带，所述第二传动带套设在所述第二主动轮和所述第二从动轮之间，所述第二主动轮固定连接有第二旋转轴，所述第二从动轮固定连接有第二支撑杆，所述第二旋转轴连接在所述第二旋转电机的输出端上，所述调整环连接在所述第二支撑杆上随所述第二支撑杆的转动绕自身轴向做旋转运动。

进一步地，所述第二支撑杆上固定连接有连接盘，所述调整环上固定连接有圆筒体或所述调整环为底部具有开口的圆筒体，所述连接盘和所述圆筒体之间密封连接有可伸缩的第二密封管体，所述连接盘的内部设有与外部第二抽气放气装置连通的第二气路通道，所述第二气路通道与所述第二密封管体内的第二腔室相通。

进一步地，所述调整盘上方连接有环形连接块，所述环形连接块的外壁和所述圆筒体的内壁之间连接有可伸缩的第一密封件，所述第一密封件在所述第一支撑杆的外周围合形成有第一腔室，所述第一支撑杆的内部设有与外部第一我方案号抽气放气装置连通的第一气路通道，所述第一气路通道与所述第一腔室相通。

进一步地，还包括基座和一端连接在所述基座上的调整臂，所述调整盘和所述调整环均连接在所述调整臂远离所述基座的另一端；所述第一旋转轴和所述第二旋转轴安装在所述基座上，所述第一主动轮、所述第一从动轮、所述第二主动轮、所述第二从动轮设置在所述调整臂上。

一种研磨垫的调整方法，基于上述所述研磨垫调整器，其特征在于，包括以下步骤：

将调整盘和调整环同时下压到研磨垫表面，调整盘和调整环做同向旋转运动并持续5－8秒；

将调整环相对调整盘上升直至与研磨垫脱离接触，调整盘继续做旋转运动并持续25－30秒；

将调整环再次下压到研磨垫表面，调整环和调整盘做逆向旋转运动并持续5－8秒，同时向研磨垫表面喷清洗液。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的研磨垫调整器，通过在调整盘的外周设置可以独立做旋转运动和升降运动的调整环，当调整环和调整垫在研磨垫上做同向旋转运动时，可以增加对研磨垫的修整面积，提升调整器对研磨垫的调整效果及调整效率，进而能提高研磨垫对晶圆的研磨速率；当调整环和调整垫在研磨垫上做逆向旋转运动时，调整环可以有效去除研磨垫沟槽中的副产物及残余颗粒，从而减少化学机械研磨过程中副产物及其残余颗粒对晶圆表面造成的缺陷，提高晶圆的表面平整度和良率。

2.本发明提供的研磨垫调整方法，在研磨前期，调整盘和调整环在研磨垫上做同向旋转运动，可以提升对研磨垫的调整效果及调整效率；在研磨后期，调整环和调整盘做逆向旋转运动，可以有效清理研磨垫表面及沟槽内的副产物和残留物，从而减少化学机械研磨过程中副产物及其残余颗粒对晶圆表面造成的缺陷，提高晶圆的表面平整度和良率。

我方案号

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中化学研磨设备的结构示意图；

图2为本申请实施例中研磨垫调整器的结构示意图；

图3为本申请实施例中调整盘和调整环的结构示意图。

附图标记说明：100、研磨垫调整器；200、研磨垫；300、研磨头；400、研磨液输出臂；110、调整盘；111、第一支撑杆；112、第一气路通道；113、环形连接块；114、第一密封件；120、调整环；121、第二支撑杆；122、连接盘；123、圆筒体；124、第二密封管体；125、第二气路通道；131、第一旋转电机；132、第一主动轮；133、第一从动轮；134、第一传动带；135、第一旋转轴；140、第一真空管；151、第二旋转电机；142、第二主动轮；143、第二从动轮；154、第二传动带；155、第二旋转轴；160、第二真空管；170、基座。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下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，我方案号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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，化学机械研磨设备主要由研磨垫200、研磨垫调整器100、研磨头300、研磨液输出臂400组成。研磨垫200一般为上面刻有沟槽的高分子多孔材质的软垫，通常设置在一可转动的研磨平台上。研磨垫调整器100用于对研磨垫200进行修整，保持研磨垫200表面粗糙度；研磨垫调整器100包括调整臂和调整盘110，调整臂的一端伸向研磨垫200的上方，调整盘110连接在调整臂位于研磨垫200上方的一端，调整臂可以摆动以改变调整盘110在研磨垫200上的位置，同时调整盘110可以绕自身轴线做旋转运动以对研磨垫200表面进行修整。研磨头300则用于固定被研磨的对象，例如，在对硅片进行化学机械研磨时，通过研磨头300对硅片的背面施压，使其正面接触研磨垫200。研磨液输出臂400用于将研磨液通过管路流在研磨垫200上以起到润滑作用。

图2为申请一些实施例提供的研磨垫调整器100的示意图，图3是研磨垫调整器100上修整颗粒的示意图。参考图2和图3所示，研磨垫调整器100包括调整盘110和位于调整盘110外周的调整环120，调整盘110和调整环120均具有适于修整研磨垫200的修整面；调整盘110在第一驱动机构作用下绕自身轴向做旋转运动、并在第一升降机构作用下做竖向升降运动，调整环120在第二驱动机构作用下绕自身轴向做旋转运动、并在第二升降机构作用下做竖向升降运动。通过在调整盘110的外周设置可以独立做旋转运动和升降运动的调整环120，当调整环120和调整垫在研磨垫200上做同向旋转运动时，可以增加对研磨垫200的修整面积，提升调整器100对研磨垫200的调整效果及调整我方案号

效率，进而能提高研磨垫200对晶圆的研磨速率；当调整环120和调整垫在研磨垫200上做逆向旋转运动时，调整环120可以有效去除研磨垫200沟槽中的副产物及残余颗粒，从而减少化学机械研磨过程中副产物及其残余颗粒对晶圆表面造成的缺陷，提高晶圆的表面平整度和良率。在另外一些实施例中，调整盘110的外周不限于仅有一个调整环120，调整环120还可以是两个、三个或以上数量，即同一调整器100下拥有的任何数量的调整盘110及调整环120均在本申请保护范围内。

在一些实施例中，调整盘110和调整环120均呈圆形，调整盘110和调整环120之间具有间隙。例如，调整盘110为为直径10cm的金属盘，调整环120为直径10.5－11.5cm范围内的圆环，圆环和金属盘的缝隙为3－5mm。调整盘110和调整环120朝向调整垫的一侧面为修整面，调整盘110和调整环120的修整面上均设有调整颗粒，调整颗粒的形状可以为锥形，柱形，球形等任意形状。在一些实施方式中，调整颗粒具体为人造金刚石颗粒，金刚石颗粒嵌入在基板上作为修整颗粒。在使用研磨垫调整器100对研磨垫200进行修整时，通过研磨垫调整器100表面的金刚石颗粒切割研磨垫200，可以防止研磨垫200在研磨中的玻璃化。可以理解的是，调整盘110的修整面的调整颗粒的粒径大小可以相同或者不同，调整环120的修整面中的调整颗粒的粒径大小可以相同或者不同，不同修整面之间的调整颗粒的粒径大小可以相同也可以互相不同。优选的，修整面中的修整颗粒的粒径是均匀的，但本申请并非以此为限。

图2给出了第一驱动机构、第二驱动机构、第一升降机构、第二升降机构的一种实施方式，研磨垫调整器100包括基座170和一端连接在基座170上的调整臂，调整盘110和调整环120均连接在调整臂远离基座170的另一端。在一些实施方式中，第一驱动机构包括安装在基座170上的第一旋转电机131和设置在调整臂上的第一主动轮132、第一从动轮133以及第一传动带134，第一传动带134套设在第一主动轮132和第一从动轮133之间，第一主动轮132的中心孔固定连接有第一旋转轴135，第一从动轮133的中心孔固定连接有第一我方案号

支撑杆111，第一旋转轴135穿过基座170固定连接在第一旋转电机131的输出端上，调整盘110固定连接在第一支撑杆111上随第一支撑杆111的转动绕自身轴向做旋转运动。第二驱动机构包括安装在基座170上的第二旋转电机151和设置在调整臂上的第二主动轮142、第二从动轮143以及第二传动带154，第二传动带154套设在第二主动轮142和第二从动轮143之间，第二主动轮142的中心孔固定连接有第二旋转轴155，第二从动轮143的中心孔固定连接有第二支撑杆121，第二旋转轴155穿过基座170固定连接在第二旋转电机151的输出端上，第二支撑杆121下方固定连接有位于调整盘110上方的连接盘122，调整环120上固定连接有圆筒体123或调整环120为底部具有开口的圆筒体123，调整环120固定连接在圆筒体123下方随圆筒体123的转动绕自身轴向做旋转运动。通过控制第一旋转电机131和第二旋转旋转电机的转动方向，可以实现调整盘110和调整环120的同向或逆向转动。

进一步的，调整盘110上方连接有环形连接块113，环形连接块113的外壁和圆筒体123的内壁之间连接有可伸缩的第一密封件114，第一密封件114在第一支撑杆111的外周、圆筒体123的内部围合形成有第一腔室，第一支撑杆111的内部设有第一气路通道112，第一气路通道112与第一腔室相通；第一升降机构包括第一真空管140和第一抽气放气装置，第一真空管140的一端与第一气路通道112连通、另一端与第一气路通道112连通。连接盘122和圆筒体123之间密封连接有可伸缩的第二密封管体124，连接盘122和第二支撑杆121的内部设有第二气路通道125，第二气路通道125与第二密封管体124内的第二腔室相通，第二升降机构包括第二真空管160和第二抽气放气装置，第二真空管160的一端与第二气路通道125连通、另一端与第二气路通道125连通。第一抽气放气装置和第二抽气放气装置具体可以为真空泵。当第一抽气放气装置抽气时，第一空腔内的气体被抽出，第一密封件114收缩，调整盘110在第一密封件114带动下上升，当第一抽气放气装置输气时，第一空腔内充气，调整盘110下降，如此实现调整盘110的升降控制，同理可知，第二密封管体我方案号

124可以实现调整环120的升降控制。

此处可以理解的是，第一驱动机构、第二驱动机构、第一升降机构、第二升降机构不限于图2中所给出的实施方式，任何能实现调整盘110的独立旋转和升降、以及调整环120的独立旋转和升降的结构均在本申请的保护范围之内。例如，调整环120连接内部具有空腔的外转轴，调整盘110连接内转轴，内转轴位于外转轴内部，内转轴和外转轴各自通过电机和连接电机的传动组件驱动转动，升降机构也不限于上述实施方式提供的利用抽放气装置实现升降的结构，还可以是整体实现升降的方式，比如一个升降机构驱动调整环120以及驱动调整环120转动的驱动机构整体做升降运动，另一个升降机构驱动调整盘110以及驱动调整盘110转动的驱动机构整体做升降运动。

本申请实施例还提供了一种研磨垫的调整方法，基于上述所述的研磨垫调整器100，包括如下步骤：

S1：将调整盘110和调整环120同时下压到研磨垫200表面，调整盘110和调整环120做同向旋转运动；具体的，在S1的步骤之前，向将安装有晶圆的研磨头300转至研磨垫200上方，研磨液输出臂400预流研磨液3－5秒；然后，研磨头300下压做主研磨，研磨垫调整器100的调整盘110和调整环120运动，此时，调整盘110和调整环120对研磨垫200的下压力4－4.5psi，该过程持续5－8秒。

S2：将调整环120相对调整盘110上升直至与研磨垫200脱离接触，调整盘110继续做旋转运动并持续25－30秒；具体的，调整环120上升后，调整盘110对研磨垫200的下压力保持在4－4.5psi，调整盘110保持原先的转速继续做研磨垫200修整动作，该过程持续25－30秒。在现有技术中，调整盘110对研磨垫200以5psi的下压力对研磨垫200进行修整动作，该过程持续时间在40－45秒之间，所需时间远长于S2步骤中的25－30秒，因此本申请中研磨垫200调整方法的调整效率相对于现有技术更高。

S3：将调整环120再次下压到研磨垫200表面，调整环120和调整盘110我方案号做逆向旋转运动并持续5－8秒，同时向研磨垫200表面喷清洗液。在S3步骤结束后，研磨垫200的清理过程结束，调整盘110及调整环120上升并回到初始位置，等待下一研磨及清理动作。

这种研磨垫200调整方法，在研磨前期，调整盘110和调整环120在研磨垫200上做同向旋转运动，可以提升对研磨垫200的调整效果及调整效率；在研磨后期，调整环120和调整盘110做逆向旋转运动，可以有效清理研磨垫200表面及沟槽内的副产物和残留物，从而减少化学机械研磨过程中副产物及其残余颗粒对晶圆表面造成的缺陷，提高晶圆的表面平整度和良率。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种研磨垫调整器，其特征在于，包括调整盘(110)和位于所述调整盘(110)外周的调整环(120)，所述调整盘(110)和所述调整环(120)均具有适于调整研磨垫(200)的修整面；所述调整盘(110)在第一驱动机构作用下绕自身轴向做旋转运动、并在第一升降机构作用下做竖向升降运动，所述调整环(120)在第二驱动机构作用下绕自身轴向做旋转运动、并在第二升降机构作用下做竖向升降运动。

2.根据权利要求1所述的研磨垫调整器，其特征在于，所述调整盘(110)呈圆形，所述调整盘(110)和所述调整环(120)之间具有间隙。

3.根据权利要求1所述的研磨垫调整器，其特征在于，所述间隙的大小为3－5mm。

4.根据权利要求1所述的研磨垫调整器，其特征在于，所述调整盘(110)和所述调整环(120)的修整面上均设有调整颗粒，所述调整颗粒为金刚石颗粒。

5.根据权利要求1所述的研磨垫调整器，其特征在于，所述第一驱动机构包括第一旋转电机(131)、第一主动轮(132)、第一从动轮(133)和第一传动带(134)，所述第一传动带(134)套设在所述第一主动轮(132)和所述第一从动轮(133)之间，所述第一主动轮(132)固定连接有第一旋转轴(135)，所述第一从动轮(133)固定连接有第一支撑杆(111)，所述第一旋转轴(135)连接在所述第一旋转电机(131)的输出端上，所述调整盘(110)连接在所述第一支撑杆(111)上随所述第一支撑杆(111)的转动绕自身轴向做旋转运动。

6.根据权利要求5所述的研磨垫调整器，其特征在于，所述第二驱动机构包括第二旋转电机(151)、第二主动轮(142)、第二从动轮(143)和第二传动带(154)，所述第二传动带(154)套设在所述第二主动轮(142)和所述第二从动轮(143)之间，所述第二主动轮(142)固定连接有第二旋转轴(155)，所述第二从动轮(143)固定连接有第二支撑杆(121)，所述第二旋转轴(155)连接在所述第二旋转电机(151)的输出端上，所述调整环(120)连接在所述第二支撑杆(121)上随所述第二支撑杆(121)的转动绕自身轴向做旋转运动。

7.根据权利要求6所述的研磨垫调整器，其特征在于，所述第二支撑杆(121)上固定连接有连接盘(122)，所述调整环(120)上固定连接有圆筒体(123)或所述调整环(120)为底部具有开口的圆筒体(123)，所述连接盘(122)和所述圆筒体(123)之间密封连接有可伸缩的第二密封管体(124)，所述连接盘(122)的内部设有与外部第二抽气放气装置连通的第二气路通道(125)，所述第二气路通道(125)与所述第二密封管体(124)内的第二腔室相通。

8.根据权利要求7所述的研磨垫调整器，其特征在于，所述调整盘(110)上方连接有环形连接块(113)，所述环形连接块(113)的外壁和所述圆筒体(123)的内壁之间连接有可伸缩的第一密封件(114)，所述第一密封件(114)在所述第一支撑杆(111)的外周围合形成有第一腔室，所述第一支撑杆(111)的内部设有与外部第一抽气放气装置连通的第一气路通道(112)，所述第一气路通道(112)与所述第一腔室相通。

9.根据权利要求6所述的研磨垫调整器，其特征在于，还包括基座(170)和一端连接在所述基座(170)上的调整臂，所述调整盘(110)和所述调整环(120)均连接在所述调整臂远离所述基座(170)的另一端；所述第一旋转轴(135)和所述第二旋转轴(155)安装在所述基座(170)上，所述第一主动轮(132)、所述第一从动轮(133)、所述第二主动轮(142)、所述第二从动轮(143)设置在所述调整臂上。

10.一种研磨垫的调整方法，基于上述权利要求1－9中任意一项所述研磨垫调整器，其特征在于，包括以下步骤：

将调整盘(110)和调整环(120)同时下压到研磨垫(200)表面，调整盘(110)和调整环(120)做同向旋转运动；

将调整环(120)相对调整盘(110)上升直至与研磨垫(200)脱离接触，调整盘(110)继续做旋转运动；

将调整环(120)再次下压到研磨垫(200)表面，调整环(120)和调整盘(110)做逆向旋转运动，同时向研磨垫(200)表面喷清洗液。

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