CN205363593U - 一种研磨垫调整器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种研磨垫调整器包括：第一调整盘及第二调整盘，第一调整盘表面设置有第一尺寸的磨料颗粒，第二调整盘表面设置有第二尺寸的磨料颗粒，第一调整盘及第二调整盘中央设置有通孔，其中，第一尺寸小于第二尺寸。本实用新型的目的在于提供一种研磨垫调整器，用于解决现有技术中研磨垫表面不均匀，研磨效果差的问题。

Description

一种研磨垫调整器

技术领域

本实用新型涉及一种研磨垫调整器，特别是涉及一种双调整盘研磨垫调整器及其研磨装置。

背景技术

晶圆制造中，随着制程技术的升级、导线与栅极尺寸的缩小，光刻(Lithography)技术对晶圆表面的平坦程度(Non-uniformity)的要求越来越高。化学机械研磨亦称为化学机械抛光，其原理是化学腐蚀作用和机械去除作用相结合的加工技术，是目前机械加工中唯一可以实现表面全局平坦化的技术。

目前，在进行300mm化学机械研磨(CMP，ChemicalMechanicalPolishing)时，由于研磨时研磨垫在外力的驱动下做旋转运动，位于研磨垫边缘的线速度远大于位于研磨垫中心的线速度，在使用调整盘对研磨垫各个区域进行相同条件的调节时，研磨垫的边缘相较于其他部位更容易被磨损掉，在使用一段时间后，研磨垫中心部位的厚度会远大于其他部位的厚度，而边缘的厚度会远小于其他部位的厚度。研磨垫的表面不平整，必定会导致被研磨晶片在完成研磨后的表面也不平整，影响整个晶片的研磨均匀性。

同时，为了保证研磨的速率，研磨垫的表面往往设有用于储存研磨液的沟槽，当研磨垫表面出现不平整时，位于研磨垫表面各个区域的沟槽的深度也会有所不同，沟槽自研磨垫的中心至研磨垫的边缘逐渐变浅，使得沟槽较深的地方研磨速率大于其他部位的研磨速率，影响整个晶片的研磨效果。

同时，沟槽较深的区域，研磨所产生的副产物也不容易被及时排除，研磨副产物堆积在沟槽内，会对研磨晶片的表面造成划伤。如果研磨垫的表面出现明显的凸凹不平，研磨垫就需要被废弃掉，这大大缩短了研磨垫的使用寿命，增大研磨成本。

因此，在研磨的过程中，需要使用相应的研磨垫调整器实时的对研磨垫的表面进行调整，以保证研磨垫表面性能，保证研磨效果。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种研磨垫调整器，用于解决现有技术中研磨垫表面不均匀，研磨效果差的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种研磨垫调整器包括：第一调整盘及第二调整盘，所述第一调整盘表面设置有第一尺寸的磨料颗粒，所述第二调整盘表面设置有第二尺寸的磨料颗粒，所述第一调整盘及第二调整盘中央设置有通孔，其中，所述第一尺寸小于所述第二尺寸。

优选地，第一尺寸的磨料颗粒的直径尺寸范围为70～80μm，所述第二尺寸的磨料颗粒的直径尺寸范围为120～130μm。

优选地，第一尺寸的磨料颗粒的相邻两颗磨料颗粒中心之间的距离范围为200～250μm，所述第二尺寸的磨料颗粒的相邻两颗磨料颗粒中心之间的距离范围为350～400μm。

优选地，调整盘的直径为15-16cm。

优选地，还包括两个旋转电机、两个扫描电机以及两个机械臂；所述电机位于研磨垫的一侧与所述机械臂连接，其中，所述机械臂包括上层机械臂和下层机械臂；所述上层机械臂的一端与所述第一调整盘连接，另一端与第一旋转电机以及第一扫描电机连接；所述下层机械臂的一端与所述第二调整盘连接，另一端与第二旋转电机以及第二扫描电机连接；所述调整盘设置于研磨垫的上表面。

优选地，所述调整盘的摆动轨迹由两个摆动区域构成，所述两个摆动区域自研磨垫的中心至研磨垫的边缘附近依次为第一摆动区域和第二摆动区域；其中，所述第一摆动区域为第一调整盘的摆动区域；所述第二摆动区域为第二调整盘的摆动区域。

优选地，所述第一摆动区域的压力为4.85～5.15磅/平方英寸；所述第二摆动区域的压力为3.85～4.5磅/平方英寸。

优选地，所述第一摆动区域的长度为6.5～7.8英寸；所述第二摆动区域的长度为2.7～6.5英寸。

优选地，还包括用于控制调整盘升降的压缩空气产生装置。

本实用新型还提供一种研磨装置包括：研磨垫调整器、研磨垫、研磨平台和研磨头；所述研磨垫铺设于所述研磨平台上，所述研磨头设置于所述研磨垫上，所述研磨垫调整器设置于所述研磨垫上。

如上所述，本实用新型的一种研磨垫调整器，具有以下有益效果：

(1)本实用新型不仅设置至少两个调整盘，而且在调整盘上分别设置不同大小的研磨颗粒，对研磨垫的不同区域进行不同条件下的调整，解决了研磨垫中心部位的厚度会远大于其他部位的厚度，而边缘的厚度会远小于其他部位的厚度的问题，而且提高了研磨效率，优化了研磨表面形貌。

(2)本实施例通过对研磨垫中心和边缘区域进行不同条件下的调整，可以使得研磨垫的表面从中心到边缘都一直保持平整，从而提高了研磨垫整体的研磨均匀性，降低了研磨后的晶圆表面不平整或者存在刮伤的风险。

(3)减少了研磨垫沟槽内研磨副产物的残留，避免了对晶圆的划伤；使得研磨垫不同区域的研磨去除速率一致，提高了研磨垫不同区域的研磨均匀性，提高了副产物的去除效率；延长了研磨垫的使用寿命，节约了研磨成本。

附图说明

图1显示为本实用新型的第一调整盘结构示意图。

图2显示为本实用新型的第二调整盘结构示意图。

图3显示为本实用新型的研磨装置结构示意图。

图4显示为本实用新型的研磨垫调整器的摆动区域示意图。

元件标号说明

1研磨垫调整器

11机械臂

111上层机械臂

112下层机械臂

12调整盘

121第一调整盘

1211第一尺寸的磨料颗粒

122第二调整盘

1221第二尺寸的磨料颗粒

123通孔

13电机

1311第一旋转电机

1312第二旋转电机

1321第一扫描电机

1322第二扫描电机

2研磨头

3研磨垫

4摆动区域

41第一摆动区域

42第二摆动区域

5晶圆

6研磨液供给器

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

实施例一

如图1和图2所示，本实用新型提供一种研磨垫调整器1包括第一调整盘121及第二调整盘122，第一调整盘121表面设置有第一尺寸的磨料颗粒1211，第二调整盘122表面设置有第二尺寸的磨料颗粒1221，第一调整盘121及第二调整盘122中央设置有通孔123。其中，所述第一尺寸小于第二尺寸，有利于晶圆5表面形态优化，缺陷的去除，表面平整度得到提高，研磨速率增加。具体的，两个调整盘12为圆盘状结构(直径为15～16cm)，第一尺寸的磨料颗粒1211的直径尺寸范围为70～80μm，第二尺寸的磨料颗粒1221的直径尺寸范围为120～130μm。第一尺寸的磨料颗粒1211的相邻两颗磨料颗粒中心之间的距离范围为200～250μm，第二尺寸的磨料颗粒1221的相邻两颗磨料颗粒中心之间的距离范围为350～400μm。

进一步，调整盘12可以为金属材料制成，研磨颗粒可以为金刚石研磨颗粒。研磨颗粒可以为表面不规则的类圆形颗粒，表面有适当的凸起，增加摩擦率。研磨颗粒表面还可以有抗磨抗黏涂层，减少研磨颗粒的磨损和减少污染物的粘附。

本实施例中的多个调整盘12的设计能有效提高研磨的效率。本实施通过将现有的一个大的调整盘12改为两个小的调整盘12，可以避免调整盘12过大其表面的研磨副产物不容易排出的问题，便于及时、有效地去除研磨液的副产物，提高研磨垫3的调整效果过效率，最终提高研磨效率和效果。

此外，每个调整盘12都还可以设有一通孔123，能减少调整盘12的有效半径，在调整研磨垫3的过程中，抛光垫上的污垢不容易粘附在调整盘12表面，便于研磨液污垢的清理。

实施例二

如图3所示，本实施例提供的研磨垫调整器1还包括至少两个旋转电机、两个扫描电机以及两个机械臂11。电机13位于研磨垫3的一侧，机械臂11位于研磨垫3的上方，分别与第一调整盘121和第二调整盘122连接，调整盘12位于研磨垫3的上表面。具体的，机械臂11包括上层机械臂111和下层机械臂112。上层机械臂111藉由多根联轴，一端与第一调整盘121连接，另一端与第一旋转电机1311以及第一扫描电机1321连接；下层机械臂112藉由多根联轴，一端与第二调整盘122连接，另一端与第二旋转电机1312以及第二扫描电机1322连接。扫描电机用于控制调整盘12的水平移动，以控制不同调整盘12的摆动区域4。旋转电机用于控制调整盘12的自转，通过自转加速或减速，可以控制调整盘12与研磨垫3之间的机械接触，从而实现研磨速度的提高或降低，也就说通过控制调整盘12的自转速度可以实现研磨速率的控制。本实施例中，调整盘12(Diskhead)的转速为30～35rpm。

本实施例还还包括用于控制调整盘升降的压缩空气产生装置，可以分别控制两个调整盘12的施加压力值。通过对两个调整盘12分别施加压力以分别控制两个调整盘12的升降，通过这种实现分离式升降来控制调整盘12与研磨垫3的接触面积以及研磨速率，使得研磨垫3中央部分与边缘部分的研磨速率不同，从而提高研磨的均匀性。

如图4所示，本实用新型的调整盘12在进行研磨垫3的调整时，调整盘12的摆动轨迹由两个摆动区域4构成，自研磨垫3的中心至研磨垫3的边缘附近依次为第一摆动区域41和第二摆动区域42；其中，第一摆动区域41为第一调整盘121的摆动区域；第二摆动区域42为第二调整盘122的摆动区域。

具体的，调整盘12在研磨垫3上摆动的方法至少包括以下步骤：

1)第一调整盘121在第一压力下，以第一摆动速度在第一摆动区域(Z1)41内摆动，第一调整盘121在第一摆动区域41内摆动的时长为第一时长；第一摆动区域41的起点为距离研磨垫3边缘约6.5英寸的位置，第一摆动区域41的终点为距离研磨垫3边缘约7.8英寸的位置。

2)第二调整盘122在第二压力下，以第二摆动速度在第二摆动区域(Z2)42内摆动，第二调整盘122在第二摆动区域42内摆动的时长为第二时长；第二摆动区域42的起点为距离研磨垫3边缘约2.7英寸的位置，第二摆动区域42的终点为距离研磨垫3边缘约6.5英寸的位置。

3)重复步骤1)～步骤2)直至整个调整过程完成。

具体的，上述第一压力为4.85～5.15磅/平方英寸，第二压力为3.85～4.5磅/平方英寸。第一摆动区域41位于研磨垫3的中心区域，第二摆动区域42位于研磨垫3的边缘摆动区域。

本实施例中的第一调整盘121位于研磨垫3的中心区域，由于小颗粒磨料调整盘研磨速率快，有利于中心区域研磨垫3的减薄；第二调整盘122位于研磨垫3的边缘，由于大颗粒磨料调整盘研磨速率小，减缓了边缘区域的减薄速度，经过合理的调试，使得研磨垫3中心区域和边缘区域研磨去除率一致，保证研磨垫3的研磨均匀性，从而了避免研磨垫3中心部位的厚度会远大于其他部位的厚度，而边缘的厚度会远小于其他部位的厚度的问题。

而且，通过对研磨垫3各个区域进行不同条件下的调整，可以使得研磨垫3的表面一直保持平整，从而提高了研磨垫3整体的研磨均匀性；减少了研磨垫3沟槽内研磨副产物的残留，避免了对研磨晶圆5的划伤；使得研磨垫3不同区域的研磨去除速率一致，提高了研磨垫3不同区域的研磨均匀性；延长了研磨垫3的使用寿命，节约了研磨成本。

实施例三

如图3所示，一种研磨装置包括研磨垫调整器1(padconditioner)、研磨垫3(Pad)、研磨平台(Platen)、研磨头2(head)和研磨液供给器6。研磨垫3铺设于研磨平台上，研磨头2设置于研磨垫3上，研磨垫调整器1设置于研磨垫3上。研磨头22是化学机械研磨过程中控制工艺参数的重要部分，工艺参数主要包括两个方面，压力和转速。具体的，研磨头2包括研磨头2主体、固定环(Retainerring，RR)、隔膜(membrane,MEM)以及研磨头2内胎(innertube，IT)。增加研磨头2定位环压力，晶圆5表面的研磨速率增加；增加研磨头2内胎的压力，研磨速率增加；增加研磨头2隔膜的压力，研磨速率增加，晶圆5边缘形态得到优化，表面平整度得到提高。

本实施例研磨装置运行时，研磨平台的转速为90～100rpm。研磨头2内胎的向下推进力为3.5～5磅/平方英寸；固定环的压力为5～6磅/平方英寸；隔膜的压力为3.0～3.2磅/平方英寸；研磨液的流量为100～120ml/min。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型不仅设置至少两个调整盘，而且在调整盘上分别设置不同大小的研磨颗粒，对研磨垫的不同区域进行不同条件下的调整，解决了研磨垫中心部位的厚度会远大于其他部位的厚度，而边缘的厚度会远小于其他部位的厚度的问题，而且提高了研磨效率，优化了研磨表面形貌。

(2)本实用新型通过对研磨垫中心和边缘区域进行不同条件下的调整，可以使得研磨垫的表面从中心到边缘都一直保持平整，从而提高了研磨垫整体的研磨均匀性，降低了研磨后的晶圆表面不平整或者存在刮伤的风险。

(3)本实用新型减少了研磨垫沟槽内研磨副产物的残留，避免了对晶圆的划伤；使得研磨垫不同区域的研磨去除速率一致，提高了研磨垫不同区域的研磨均匀性，提高了副产物的去除效率；延长了研磨垫的使用寿命，节约了研磨成本。

所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种研磨垫调整器，其特征在于，所述研磨垫调整器包括：第一调整盘及第二调整盘，所述第一调整盘表面设置有第一尺寸的磨料颗粒，所述第二调整盘表面设置有第二尺寸的磨料颗粒，所述第一调整盘及第二调整盘中央设置有通孔，其中，所述第一尺寸小于所述第二尺寸。

2.根据权利要求1所述的研磨垫调整器，其特征在于：所述第一尺寸的磨料颗粒的直径尺寸范围为70～80μm，所述第二尺寸的磨料颗粒的直径尺寸范围为120～130μm。

3.根据权利要求1所述的研磨垫调整器，其特征在于：所述第一尺寸的磨料颗粒的相邻两颗磨料颗粒中心之间的距离范围为200～250μm，所述第二尺寸的磨料颗粒的相邻两颗磨料颗粒中心之间的距离范围为350～400μm。

4.根据权利要求1所述的研磨垫调整器，其特征在于：所述调整盘的直径为15-16cm。

5.根据权利要求1所述的研磨垫调整器，其特征在于：还包括两个旋转电机、两个扫描电机以及两个机械臂；所述电机位于研磨垫的一侧与所述机械臂连接，其中，所述机械臂包括上层机械臂和下层机械臂；所述上层机械臂的一端与所述第一调整盘连接，另一端与第一旋转电机以及第一扫描电机连接；所述下层机械臂的一端与所述第二调整盘连接，另一端与第二旋转电机以及第二扫描电机连接；所述调整盘设置于研磨垫的上表面。

6.根据权利要求1所述的研磨垫调整器，其特征在于：所述调整盘的摆动轨迹由两个摆动区域构成，自研磨垫的中心至研磨垫的边缘附近依次为第一摆动区域和第二摆动区域；其中，所述第一摆动区域为第一调整盘的摆动区域；所述第二摆动区域为第二调整盘的摆动区域。

7.根据权利要求6所述的研磨垫调整器，其特征在于：所述第一摆动区域的压力为4.85～5.15磅/平方英寸；所述第二摆动区域的压力为3.85～4.5磅/平方英寸。

8.根据权利要求6所述的研磨垫调整器，其特征在于：所述第一摆动区域的长度为6.5～7.8英寸；所述第二摆动区域的长度为2.7～6.5英寸。

9.根据权利要求1所述的研磨垫调整器，其特征在于：还包括用于控制调整盘升降的压缩空气产生装置。

10.一种研磨装置，其特征在于，所述研磨装置包括：权利要求1～9中任意一项所述的研磨垫调整器、研磨垫、研磨平台和研磨头；所述研磨垫铺设于所述研磨平台上，所述研磨头设置于所述研磨垫上，所述研磨垫调整器设置于所述研磨垫上。