CN117506711A - 一种提高晶片平坦度的抛光设备及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种提高晶片平坦度的抛光设备及方法，涉及抛光技术领域包括：底座，其上固定设置有导杆支架，所述导杆支架上水平设置有多个互相平行的导杆，且所述导杆支架上设置有驱动元件；修整组件，滑动设置在所述导杆支架上，且所述修整组件由所述驱动元件进行控制驱动；抛光组件，相邻所述修整组件滑动设置在所述导杆支架上，且所述抛光组件下端按安装晶片；抛光盘组件，固定设置在所述底座上，且所述抛光盘组件位于所述修整组件和抛光组件延伸部分下方，所述抛光盘组件上固定加装抛光垫，其中抛光盘组件便于加工以及控制精度，整体支撑转接盘平稳运转，同时调节组件吸收振动进一步提高转接盘平稳程度，进而提高晶片抛光平坦度。

Description

一种提高晶片平坦度的抛光设备及方法

技术领域

本申请涉及抛光技术领域，具体涉及一种提高晶片平坦度的抛光设备及方法。

背景技术

集成电路制造多层金属布线结构中，多层金属布线和多层绝缘膜每层间未经过全局平坦化，在晶片表面的起伏会随着层数的增加愈发显著，出现同层金属薄膜厚度不均，引起“电致迁移（Electro-migration）”降低电路可靠性，同时硅基底或薄膜层上的高度差，会使得IC的布线图发生变形、扭曲、错位，导致绝缘层的绝缘能力达不到要求出现废品，因此晶片进行平坦化处理是必不可少的。

化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing，CMP）技术作为集成电路（IC）制造中有明显优越性的一项平坦化工艺，可以有效兼顾加工晶片表面局部与全局平坦度，在CMP过程中，抛光盘转速是影响材料去除率（MRR）的主要因素，然而随着晶片直径不断增加，特征线宽不断减少，抛光头及抛光盘的驱动力成指数倍增长，相应的抛光盘转动过程中受力不均容易出现连接部件转动不平稳的问题，相应的导致晶片表面的压力分布不均的问题更加突出，尤其是晶片边缘区域压力分布不均更加明显，进而影响晶片表面材料去除非均匀性（NUMR），导致晶片边缘部分平坦度不达标，减少制造芯片的有效面积。

因此有必要提供一种提高晶片平坦度的抛光设备及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：一种提高晶片平坦度的抛光设备及方法，包括：底座、导杆支架、修整组件、抛光组件和抛光盘组件，所述底座上固定设置有导杆支架，所述导杆支架上水平设置有多个互相平行的导杆，且所述导杆支架上设置有驱动元件；

所述修整组件和抛光组件相邻滑动设置在所述导杆支架上，且所述修整组件和抛光组件均由所述驱动元件进行控制驱动，所述抛光组件下端安装晶片；

所述抛光盘组件固定设置在所述底座上且位于所述修整组件和抛光组件延伸部分下方，所述抛光盘组件上固定加装抛光垫。

进一步，作为优选，所述修整组件包括：

滑动架一，滑动设置在所述导杆支架上，且所述滑动架一上设置有连接架；

升降螺杆，设置在所述滑动架一和所述连接架之间，所述升降螺杆控制所述连接架在所述滑动架一上进行上下活动；

驱动电机，固定在所述连接架上，且所述驱动电机输出端连接有转接头，所述转接头连接有用于修整所述抛光垫的修整轮。

进一步，作为优选，所述抛光组件包括：

滑动架二，滑动设置在所述导杆支架上，且所述滑动架二上固定设置有加压件；

夹持件，转动设置在所述滑动架二上，且所述夹持件可相对滑动架二上下活动调节，所述夹持件同所述加压件同轴，且所述加压件向下延伸至所述夹持件内部。

进一步，作为优选，所述抛光盘组件包括：

固定座，固定设置在所述底座上，且所述固定座上设置有罩壳；

回转电机，固定设置在所述固定座上，且所述回转电机位于所述罩壳内；

转接盘，转动设置所述固定座上端面，所述转接盘下方中心处同所述回转电机输出端连接，且所述转接盘上端面用于固定抛光垫。

进一步，作为优选，所述转接盘对应所述抛光组件位置为承载区。

进一步，作为优选，所述抛光盘组件还包括内支撑环、外支撑环、内支架、外支架和调节组件，所述内支撑环和外支撑环同轴套接固定在所述固定座上，且单个所述内支架、外支架和调节组件为一组，在所述内支撑环和外支撑环之间均布设置有多组，所述转接盘通过中转件同所述调节组件连接。

进一步，作为优选，所述内支撑环外环均布开设有多个卡接槽一，所述卡接槽一用于固定安置所述内支架，所述外支撑环内环对应所述卡接槽一均布开设有相同数量的卡接槽二，所述卡接槽二用于安置所述外支架。

进一步，作为优选，所述调节组件包括转动设置在所述内支架和所述外支架之间的支撑转轴，所述支撑转轴倾斜设置且所述支撑转轴上套接固定设置有支撑辊。

进一步，作为优选，所述支撑辊外圆周开设有环形的定位槽，且所述支撑辊从两端面交错均布开设有多个内嵌槽。

一种提高晶片平坦度的抛光方法，包括如下步骤：

Ⅰ、参考具体机床的尺寸，选取合适尺寸的支撑辊，并且根据转接盘实际受力情况，确定支撑辊的设置倾角，具体倾角由支撑辊承接轴向分离和周向作用力综合考虑，支撑辊趋于竖直有更好的周向分力承载能力，支撑辊趋于水平有更好的轴向分力承载能力；

Ⅱ、调节夹持件高度完成晶片加装固定，之后使得晶片同抛光垫表面贴合，经过加压件对晶片表面施加压力，之后通过滑动架二主动控制，带动晶片进行周期性往复运动，同时通过夹持件带动晶片进行自转；

Ⅲ、通过滑动架一主动控制带动修整轮进行周期性往复运动，通过升降螺杆控制连接架高度，调整修整轮到抛光垫之间的距离，驱动电机控制修整轮转动进行在线修整；

Ⅳ、在进行抛光过程中，通过其他部件在抛光垫上添加抛光液。

与现有技术相比，本申请提供一种提高晶片平坦度的抛光设备及方法，具有以下有益效果：

1.本申请中通过均匀分布的调节组件对转接盘进行环形刚性支撑，转接盘受到的轴向作用力直接由内支撑环和外支撑环承载分担，转接盘受到的沿着表面方向的作用力，由内支撑环和外支撑环同固定座连接部分整体分担，以应对集中在承载区的作用力，避免转接盘在高速运转过程中出现运行不稳定的情况，减少振动或偏移进而减少晶片表面压力分布不均的现象，降低材料去除非均匀性（NUMR），提高平坦度；

2.本申请中支撑辊从两端面交错均布开设有多个内嵌槽，其内部填充橡胶等减振材料，在保证刚性支撑的前提下可有效吸收振动，进一步提高相关联的转接盘转动平稳性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为一种提高晶片平坦度的抛光设备的整体结构示意图；

图2为一种提高晶片平坦度的抛光设备的修整组件和抛光组件结构示意图；

图3为一种提高晶片平坦度的抛光设备的抛光盘组件结构示意图；

图4为一种提高晶片平坦度的抛光设备的支撑结构示意图；

图5为一种提高晶片平坦度的抛光设备的调节组件结构示意图；

图中：1、底座；2、导杆支架；3、修整组件；31、滑动架一；32、连接架；33、升降螺杆；34、驱动电机；35、转接头；4、抛光组件；41、滑动架二；42、加压件；43、夹持件；5、抛光盘组件；51、固定座；52、罩壳；53、回转电机；54、转接盘；541、承载区；55、内支撑环；551、卡接槽一；56、外支撑环；561、卡接槽二；57、内支架；58、外支架；59、调节组件；591、支撑转轴；592、支撑辊；593、定位槽；594、内嵌槽。

具体实施方式

请参阅图1-5，本申请实施例中，一种提高晶片平坦度的抛光设备及方法，包括：底座1、导杆支架2、修整组件3、抛光组件4和抛光盘组件5，所述底座1上固定设置有导杆支架2，所述导杆支架2上水平设置有多个互相平行的导杆，且所述导杆支架2上设置有驱动元件；

所述修整组件3和抛光组件4相邻滑动设置在所述导杆支架2上，且所述修整组件3和抛光组件4均由所述驱动元件进行控制驱动，所述抛光组件4下端安装晶片；

所述抛光盘组件5固定设置在所述底座1上且位于所述修整组件3和抛光组件4延伸部分下方，所述抛光盘组件5上固定加装抛光垫。

需要解释的是，CMP是将传统化学抛光和机械抛光结合在一起的一种抛光方法，利用抛光液与晶片表面进行化学反应，软化晶片表面，再通过微粒的机械式摩擦去除晶片表面反应物，得以进行高效及高表面质量和高面型精度的抛光，具体在进行晶片抛光过程中，直线轨道式抛光、弧形轨道式抛光和定偏心旋转式抛光等方式中，轨道式抛光有明显的优越性，本申请中采用直线轨道样式，同时选用单头单片旋转式为示例进行说明，其中修整组件3和抛光组件4沿着导杆周期性往复运动，同时配合抛光盘组件5运转对晶片进行抛光，需要说明的是，在抛光过程中通过其他部件在抛光盘组件5上添加抛光液。

本实施例中，如图2，所述修整组件3包括：

滑动架一31，滑动设置在所述导杆支架2上，且所述滑动架一31上设置有连接架32；

升降螺杆33，设置在所述滑动架一31和所述连接架32之间，所述升降螺杆33控制所述连接架32在所述滑动架一31上进行上下活动；

驱动电机34，固定在所述连接架32上，且所述驱动电机34输出端连接有转接头35，所述转接头35连接有用于修整所述抛光垫的修整轮。

本实施例中，如图2，所述抛光组件4包括：

滑动架二41，滑动设置在所述导杆支架2上，且所述滑动架二41上固定设置有加压件42，具体的在晶片进行抛光过程中，通过加压件42在晶片表面施加压力保证抛光过程顺利进行；

夹持件43，转动设置在所述滑动架二41上，且所述夹持件43可相对滑动架二41上下活动调节，所述夹持件43同所述加压件42同轴，且所述加压件42向下延伸至所述夹持件43内部，具体的夹持件43配合压力保持环共同固定晶片，通过压力保持环使得晶片不滑出夹持件43，同时调整晶片上的压力分布，减少抛光过程中的边缘过抛现象。

本实施例中，如图3，所述抛光盘组件5包括：

固定座51，固定设置在所述底座1上，且所述固定座51上设置有罩壳52；

回转电机53，固定设置在所述固定座51上，且所述回转电机53位于所述罩壳52内；

转接盘54，转动设置所述固定座51上端面，所述转接盘54下方中心处同所述回转电机53输出端连接，且所述转接盘54上端面用于固定抛光垫。

作为较佳的实施例，所述转接盘54对应所述抛光组件4位置为承载区541。

需要解释的是，本申请中抛光组件4活动范围固定，而晶片在进行抛光过程中，会承受压力并将压力传递到转接盘54上，另外晶片在抛光过程中，环伴随着自转和直线运动，体现在转接盘54上为受力分布复杂不均，对于其他多个抛光组件4的示例转接盘54受力不均现象有所缓解，但仍然存在受力复杂导致转接盘54转动不平稳的问题，仅以情况更为复杂的单个抛光组件4为示例，更突出的说明本申请的优异效果。

具体的转接盘54受力表现为沿着轴向的承载分力，以及沿着表面的作用分力，相应的作用力集中在承载区541，会使得转接盘54在高速运转过程中出现运行不稳定的情况，轻微振动或偏移反映到晶片表面表现为压力分布不均，尤其是晶片边缘部位位移急剧增加Von Mise应力也急剧增加，直接影响材料去除非均匀性（NUMR），导致硅片边缘部分平坦度不达标。

本实施例中，如图4，所述抛光盘组件5还包括内支撑环55、外支撑环56、内支架57、外支架58和调节组件59，所述内支撑环55和外支撑环56同轴套接固定在所述固定座51上，且单个所述内支架57、外支架58和调节组件59为一组，在所述内支撑环55和外支撑环56之间均布设置有多组，所述转接盘54通过中转件同所述调节组件59连接，具体的通过均匀分布的调节组件59对转接盘54进行环形刚性支撑，转接盘54受到的作用力可有效分担至内支撑环55和外支撑环56，具体的轴向作用力直接由内支撑环55和外支撑环56承载分担，沿着表面方向的作用力，由内支撑环55和外支撑环56同固定座51连接部分整体分担，可有效限制以及承载转接盘54高速转动。

作为较佳的实施例，所述内支撑环55外环均布开设有多个卡接槽一551，所述卡接槽一551用于固定安置所述内支架57，所述外支撑环56内环对应所述卡接槽一551均布开设有相同数量的卡接槽二561，所述卡接槽二561用于安置所述外支架58，具体的相对于整体环形轨道进行支撑导向来讲，整体式的轨道部件较大控制精度难度更高，废品率更高，相对的本申请中内支撑环55和外支撑环56精度没有要求，只需控制卡接槽一551和卡接槽二561的加工精度，整个加工过程更容易修整提高精度，而且内支架57和外支架58均为单个的相同样式小型部件，控制精度同样更为容易而且可以标准化生产不同规格的进行适配，整体的加工精度更容易把控。

作为较佳的实施例，所述调节组件59包括转动设置在所述内支架57和所述外支架58之间的支撑转轴591，所述支撑转轴591倾斜设置，具体的内支架57和外支架58上开设有相互平行且附带转孔的斜面，通过更换有不同斜面和转孔倾角的内支架57和外支架58改变支撑转轴591的倾角，以适应不同规格的晶片或者不同规格的机床，且所述支撑转轴591上套接固定设置有支撑辊592。

作为较佳的实施例，所述支撑辊592外圆周开设有环形的定位槽593，且所述支撑辊592从两端面交错均布开设有多个内嵌槽594，具体的内嵌槽594内部填充橡胶等减振材料，在保证刚性支撑的前提下可有效吸收振动，进一步提高相关联的转接盘54转动平稳性。

一种提高晶片平坦度的抛光方法，包括如下步骤：

Ⅰ、参考具体机床的尺寸，选取合适尺寸的支撑辊592，并且根据转接盘54实际受力情况，确定支撑辊592的设置倾角，具体倾角由支撑辊592承接轴向分离和周向作用力综合考虑，支撑辊592趋于竖直有更好的周向分力承载能力，支撑辊592趋于水平有更好的轴向分力承载能力；

Ⅱ、调节夹持件43高度完成晶片加装固定，之后使得晶片同抛光垫表面贴合，经过加压件42对晶片表面施加压力，之后通过滑动架二41主动控制，带动晶片进行周期性往复运动，同时通过夹持件43带动晶片进行自转，具体的晶片同抛光垫机械摩擦相互作用，同时酸性或碱性抛光液中含有磨粒、氧化剂、活化剂可有效化学腐蚀晶片表面，综合作用可有效去除晶片表面材料，达到平坦化；

Ⅲ、抛光垫在经过一段时间的抛光后孔隙会减少堵塞，导致表面变光滑，影响材料去除率（MRR），具体的通过滑动架一31主动控制带动修整轮进行周期性往复运动，通过升降螺杆33控制连接架32高度，调整修整轮到抛光垫之间的距离，驱动电机34控制修整轮转动进行在线修整；

Ⅳ、在进行抛光过程中，通过其他部件在抛光垫上添加抛光液。

以上所述的，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，根据本申请的技术方案及其申请构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高晶片平坦度的抛光设备，其特征在于：包括：底座（1）、导杆支架（2）、修整组件（3）、抛光组件（4）和抛光盘组件（5），所述底座（1）上固定设置有导杆支架（2），所述导杆支架（2）上水平设置有多个互相平行的导杆，且所述导杆支架（2）上设置有驱动元件；

所述修整组件（3）和抛光组件（4）相邻滑动设置在所述导杆支架（2）上，且所述修整组件（3）和抛光组件（4）均由所述驱动元件进行控制驱动，所述抛光组件（4）下端安装晶片；

所述抛光盘组件（5）固定设置在所述底座（1）上且位于所述修整组件（3）和抛光组件（4）延伸部分下方，所述抛光盘组件（5）上固定加装抛光垫。

2.根据权利要求1所述的一种提高晶片平坦度的抛光设备，其特征在于：所述修整组件（3）包括：

滑动架一（31），滑动设置在所述导杆支架（2）上，且所述滑动架一（31）上设置有连接架（32）；

升降螺杆（33），设置在所述滑动架一（31）和所述连接架（32）之间，所述升降螺杆（33）控制所述连接架（32）在所述滑动架一（31）上进行上下活动；

驱动电机（34），固定在所述连接架（32）上，且所述驱动电机（34）输出端连接有转接头（35），所述转接头（35）连接有用于修整所述抛光垫的修整轮。

3.根据权利要求2所述的一种提高晶片平坦度的抛光设备，其特征在于：所述抛光组件（4）包括：

滑动架二（41），滑动设置在所述导杆支架（2）上，且所述滑动架二（41）上固定设置有加压件（42）；

夹持件（43），转动设置在所述滑动架二（41）上，且所述夹持件（43）可相对滑动架二（41）上下活动调节，所述夹持件（43）同所述加压件（42）同轴，且所述加压件（42）向下延伸至所述夹持件（43）内部。

4.根据权利要求3所述的一种提高晶片平坦度的抛光设备，其特征在于：所述抛光盘组件（5）包括：

固定座（51），固定设置在所述底座（1）上，且所述固定座（51）上设置有罩壳（52）；

回转电机（53），固定设置在所述固定座（51）上，且所述回转电机（53）位于所述罩壳（52）内；

转接盘（54），转动设置所述固定座（51）上端面，所述转接盘（54）下方中心处同所述回转电机（53）输出端连接，且所述转接盘（54）上端面用于固定抛光垫。

5.根据权利要求4所述的一种提高晶片平坦度的抛光设备，其特征在于：所述转接盘（54）对应所述抛光组件（4）位置为承载区（541）。

6.根据权利要求5所述的一种提高晶片平坦度的抛光设备，其特征在于：所述抛光盘组件（5）还包括内支撑环（55）、外支撑环（56）、内支架（57）、外支架（58）和调节组件（59），所述内支撑环（55）和外支撑环（56）同轴套接固定在所述固定座（51）上，且单个所述内支架（57）、外支架（58）和调节组件（59）为一组，在所述内支撑环（55）和外支撑环（56）之间均布设置有多组，所述转接盘（54）通过中转件同所述调节组件（59）连接。

7.根据权利要求6所述的一种提高晶片平坦度的抛光设备，其特征在于：所述内支撑环（55）外环均布开设有多个卡接槽一（551），所述卡接槽一（551）用于固定安置所述内支架（57），所述外支撑环（56）内环对应所述卡接槽一（551）均布开设有相同数量的卡接槽二（561），所述卡接槽二（561）用于安置所述外支架（58）。

8.根据权利要求7所述的一种提高晶片平坦度的抛光设备，其特征在于：所述调节组件（59）包括转动设置在所述内支架（57）和所述外支架（58）之间的支撑转轴（591），所述支撑转轴（591）倾斜设置且所述支撑转轴（591）上套接固定设置有支撑辊（592）。

9.根据权利要求8所述的一种提高晶片平坦度的抛光设备，其特征在于：所述支撑辊（592）外圆周开设有环形的定位槽（593），且所述支撑辊（592）从两端面交错均布开设有多个内嵌槽（594）。

10.一种提高晶片平坦度的抛光方法，其采用如权利要求8-9中任意一项所述的一种提高晶片平坦度的抛光设备，其特征在于：包括如下步骤：

Ⅰ、参考具体机床的尺寸，选取合适尺寸的支撑辊（592），并且根据转接盘（54）实际受力情况，确定支撑辊（592）的设置倾角，具体倾角由支撑辊（592）承接轴向分离和周向作用力综合考虑，支撑辊（592）趋于竖直有更好的周向分力承载能力，支撑辊（592）趋于水平有更好的轴向分力承载能力；

Ⅱ、调节夹持件（43）高度完成晶片加装固定，之后使得晶片同抛光垫表面贴合，经过加压件（42）对晶片表面施加压力，之后通过滑动架二（41）主动控制，带动晶片进行周期性往复运动，同时通过夹持件（43）带动晶片进行自转；

Ⅲ、通过滑动架一（31）主动控制带动修整轮进行周期性往复运动，通过升降螺杆（33）控制连接架（32）高度，调整修整轮到抛光垫之间的距离，驱动电机（34）控制修整轮转动进行在线修整；

Ⅳ、在进行抛光过程中，通过其他部件在抛光垫上添加抛光液。