CN210210001U - 研磨垫修整装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种研磨垫修整装置。所述研磨垫修整装置包括：第一修整盘，用于修整一研磨垫；第二修整盘，用于修整所述研磨垫，且环绕所述第一修整盘的外周设置；驱动结构，连接所述第一修整盘和所述第二修整盘，用于分别控制所述第一修整盘与所述研磨垫是否接触以及所述第二修整盘与所述研磨垫是否接触。本实用新型提高了研磨垫修整装置的修整性能，改善了对研磨垫的修整效果，最终实现对晶圆质量的提高。

Description

研磨垫修整装置

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种研磨垫修整装置。

背景技术

化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是一个通过化学反应过程和机械研磨过程共同作用的工艺。研磨过程中研磨头施加一定的压力在晶圆背面使晶圆正面紧贴研磨垫。同时，研磨头带动晶圆和研磨垫同方向旋转，使晶圆正面与研磨垫产生机械摩擦。在研磨过程中，通过一系列复杂的机械和化学作用去除晶圆表面的一层薄膜，从而达到晶圆平坦化的目的。

但是随着化学机械研磨过程的不断进行，研磨垫的物理及化学性能会发生变化，表现为研磨垫表面产生残余物质，微孔的体积缩小、数量减少，表面粗糙度降低，表面发生分子重组现象，形成一定厚度的釉化层，导致研磨速率和研磨质量的降低。因此，必须对研磨垫进行适当的修整，磨蚀该研磨垫的表面并开孔，且在研磨垫的表面上创建微凸物，即以物理方式穿透该研磨垫表面的多孔层。

典型的修整器一般是金刚石修整器，包括基底以及固结在基底研磨面上的金刚石颗粒，在进行修整时研磨面与研磨垫表面平行。在利用修整器对研磨垫进行修整的过程中，修整器同时作转动及往复平移运动，且修整器以一定压力压在研磨垫表面，使得金刚石研磨颗粒与研磨垫表面接触并对研磨垫进行切削，从而实现对研磨垫表面的研磨修整，使得研磨垫表面得到所需的粗糙度，最终改善晶圆的研磨速率。

但是，当前的研磨垫修整装置由于其结构的限制(只具有一个修整盘)，切削速率单一，这就导致：一方面，对不同的研磨垫只能采用同一速率进行切削，对不同类型研磨垫的修整效果不一，影响后续晶圆的研磨；另一方面，随着使用时间的延长，修整盘的修整性能下降，导致研磨垫表面不同区域的修整效果不一致，影响研磨垫的研磨速率，最终影响晶圆质量。

因此，如何改善研磨垫修整装置的修整性能，确保晶圆质量，是目前亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种研磨垫修整装置，用于解决现有的研磨垫修整装置修整性能较差的问题，以实现对最终晶圆质量的改善。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种研磨垫修整装置，包括：

第一修整盘，用于修整一研磨垫；

第二修整盘，用于修整所述研磨垫，且环绕所述第一修整盘的外周设置；

驱动结构，连接所述第一修整盘和所述第二修整盘，用于分别控制所述第一修整盘与所述研磨垫是否接触以及所述第二修整盘与所述研磨垫是否接触。

优选的，所述第一修整盘的截面为圆形，所述第二修整盘的截面为圆环形；所述第二修整盘的轴线与所述第一修整盘的轴线重合，且所述第一修整盘与所述第二修整盘之间具有一间隙。

优选的，所述驱动结构包括：

第一驱动器；

伸缩柱，一端连接所述第一驱动器、另一端连接所述第一修整盘，所述第一驱动器用于驱动所述伸缩柱沿竖直方向伸缩运动，以调整所述第一修整盘与所述研磨垫之间的距离。

优选的，所述驱动结构还包括：

第二驱动器；

转轴，一端连接所述第二驱动器、另一端连接所述第一修整盘，所述第二驱动器用于通过所述转轴驱动所述第一修整盘自转，以修整所述研磨垫。

优选的，在沿竖直方向上，所述第一驱动器设置于所述第二驱动器上方；部分所述伸缩柱套设于所述转轴内。

优选的，所述驱动结构还包括：

第三驱动器，连接所述第二修整盘，用于驱动所述第二修整盘自转，以修整所述研磨垫。

优选的，所述驱动结构还包括：

修整臂，包括相对分布的第一端部和第二端部；

修整头外壳，位于所述第一端部，所述第一驱动器、所述第二驱动器和所述第三驱动器均位于所述修整头外壳围绕而成的腔体内，所述第二修整盘固定于所述修整头外壳朝向所述研磨垫的表面，所述伸缩柱与所述转轴均自所述腔体内延伸至所述腔体外。

优选的，所述驱动结构还包括：

第四驱动器，位于所述第二端部，用于驱动所述修整臂沿竖直方向升降运动，以调整所述第二修整盘与所述研磨垫之间的距离。

优选的，所述第三驱动器为环形力矩电机。

本实用新型提供的研磨垫修整装置，通过在研磨头中设置两个修整盘，即第一修整盘和第二修整盘，且所述第二修整盘环绕所述第一修整盘的外周设置，并能够通过驱动结构分别控制所述第一修整盘与所述研磨垫是否接触以及所述第二修整盘与所述研磨垫是否接触，使得在修整过程中可以根据需要多种不同的修整状态对研磨垫进行修整，从而使得用户可以根据需要对修整速率进行灵活调整，提高了研磨垫修整装置的修整性能，改善了对研磨垫的修整效果，最终实现对晶圆质量的提高。

附图说明

附图1是本实用新型具体实施方式中研磨垫修整装置在第一状态下的结构示意图；

附图2是本实用新型具体实施方式中研磨垫修整装置在第二状态下的结构示意图；

附图3是本实用新型具体实施方式中研磨垫修整装置在第三状态下的结构示意图；

附图4是本实用新型具体实施方式中第一修整盘和第二修整盘的俯视结构示意图；

附图5是本实用新型具体实施方式的研磨垫修整装置在三种状态下的切削速率图；

附图6是本实用新型具体实施方式的研磨垫修整装置修整后的研磨垫研磨速率图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的研磨垫修整装置的具体实施方式做详细说明。

本具体实施方式提供了一种研磨垫修整装置，附图1是本实用新型具体实施方式中研磨垫修整装置在第一状态下的结构示意图，附图2是本实用新型具体实施方式中研磨垫修整装置在第二状态下的结构示意图，附图3是本实用新型具体实施方式中研磨垫修整装置在第三状态下的结构示意图，附图4是本实用新型具体实施方式中第一修整盘和第二修整盘的俯视结构示意图。

如图1-图4所示，本具体实施方式提供的研磨垫修整装置包括：

第一修整盘11，用于修整一研磨垫10；

第二修整盘12，用于修整所述研磨垫10，且环绕所述第一修整盘11的外周设置；

驱动结构，连接所述第一修整盘11和所述第二修整盘12，用于分别控制所述第一修整盘11与所述研磨垫10是否接触以及所述第二修整盘12与所述研磨垫10是否接触。

具体来说，所述第一修整盘11和所述第二修整盘12的材料优选为金刚石。在采用所述研磨垫修整装置对所述研磨垫10进行修整时，所述研磨垫修整装置可以呈现三种不同的状态。当所述驱动结构控制所述第一修整盘11与所述第二修整盘12均与所述研磨垫10接触时，所述第一修整盘11与所述第二修整盘12同时对所述研磨垫10进行修整，呈现如图1所示的第一状态。当所述驱动结构控制所述第一修整盘11与所述研磨垫10分离(即所述第一修整盘11与所述研磨垫10不接触)时，仅所述第二修整盘12对所述研磨垫10进行修整，呈现如图2所示的第二状态。当所述驱动结构控制所述第二修整盘12与所述研磨垫10分离(即所述第二修整盘12与所述研磨垫10不接触)时，仅所述第一修整盘11对所述研磨垫进行修整，呈现如图3所示的第三状态。

附图5是本实用新型具体实施方式的研磨垫修整装置在三种状态下的切削速率图，图5中的第一曲线51表示所述研磨垫修整装置在第一状态下的切削速率随时间的变化曲线，第二曲线52表示所述研磨垫修整装置在第二状态下的切削速率随时间的变化曲线，曲线53表示所述研磨垫修整装置在第三状态下的切削速率随时间的变化曲线。如图5所示，当三种状态下所述第一修整盘11、所述第二修整盘12的转动角速度均设置为相同时，由于在第一状态下，所述第一修整盘11与所述第二修整盘12共同对所述研磨垫10进行切削修整，故所述第一状态下的切削速率最大；由于所述第二修整盘12环绕所述第一修整盘11的外周设置，因此，所述第二修整盘12的切削速率大于所述第一修整盘11的切削缩率。

附图6是本实用新型具体实施方式的研磨垫修整装置修整后的研磨垫研磨速率图。如图6所述，通过控制所述研磨垫修整装置分别采用第三状态、第二状态、第一状态对所述研磨垫10进行分阶段研磨、对不同类型的研磨垫进行分类研磨或者对研磨垫的不同区域进行分区域研磨，从而改善了研磨垫修整装置的性能：一方面可以确保所述研磨垫10在相对较长的时间内都能保持研磨速率的稳定，提高了化学机械研磨装置的使用寿命以及改善了晶圆的研磨质量；另一方面，使得对不同类型的研磨垫都能得到较佳的研磨效果，扩大了研磨垫修整装置的应用领域。

为了简化所述研磨垫修整装置的整体结构，优选的，所述第一修整盘11的截面为圆形，所述第二修整盘12的截面为圆环形；所述第二修整盘12的轴线与所述第一修整盘11的轴线重合，且所述第一修整盘11与所述第二修整盘12之间具有一间隙。

具体来说，所述第一修整盘11沿Z轴方向的轴线与所述第二修整盘12沿Z轴方向的轴线重合，即所述第二修整盘12关于所述第一修整盘11的中心对称分布。通过在所述第一修整盘11与所述第二修整盘12之间设置一间隙，可以避免所述第一修整盘11与所述第二修整盘12在转动过程中发生碰撞。所述间隙的宽度，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。

优选的，所述驱动结构包括：

第一驱动器13；

伸缩柱14，一端连接所述第一驱动器13、另一端连接所述第一修整盘11，所述第一驱动器13用于驱动所述伸缩柱14沿竖直方向伸缩运动，以调整所述第一修整盘11与所述研磨垫10之间的距离。

具体来说，所述第一驱动器13可以为一气缸。当所述第一驱动器13驱动所述伸缩杆14沿竖直向上(即图2中的Z轴正方向)回缩时，所述伸缩杆14带动所述第一修整盘11竖直向上运动，从而使得所述第一修整盘11与所述研磨垫10分离，即呈现如图2所示的第二状态。

优选的，所述驱动结构还包括：

第二驱动器15；

转轴16，一端连接所述第二驱动器15、另一端连接所述第一修整盘11，所述第二驱动器15用于通过所述转轴16驱动所述第一修整盘11自转，以修整所述研磨垫10。

为了进一步提高所述研磨垫修整装置的集成度，优选的，在沿竖直方向上，所述第一驱动器13设置于所述第二驱动器15上方；部分所述伸缩柱14套设于所述转轴16内。

具体来说，所述转轴16与所述伸缩柱14同轴设置，所述伸缩柱14的一端连接所述第一驱动器13、另一端穿过所述转轴16与所述第一修整盘11连接。其中，所述第二驱动器15可以为一马达。

优选的，所述驱动结构还包括：

第三驱动器17，连接所述第二修整盘12，用于驱动所述第二修整盘12自转，以修整所述研磨垫10。

优选的，所述第三驱动器17为环形力矩电机。

具体来说，当所述研磨垫修整装置处于第一状态时，所述第三驱动器17可以驱动所述第二修整盘12以与所述第一修整盘11相同的角速度转动。

优选的，所述驱动结构还包括：

修整臂21，包括相对分布的第一端部和第二端部；

修整头外壳18，位于所述第一端部，所述第一驱动器13、所述第二驱动器15和所述第三驱动器17均位于所述修整头外壳18围绕而成的腔体24内，所述第二修整盘12固定于所述修整头外壳18朝向所述研磨垫10的表面，所述伸缩柱14与所述转轴16均自所述腔体24内延伸至所述腔体24外。

优选的，所述驱动结构还包括：

第四驱动器19，位于所述第二端部，用于驱动所述修整臂21沿竖直方向升降运动，以调整所述第二修整盘12与所述研磨垫10之间的距离。

具体来说，所述第二修整盘12可以采用可拆卸的方式连接于所述修整头外壳18朝向所述研磨垫10的表面，以便于后续根据需要更换或者维护所述第二修整盘12。当需要单独采用第一修整盘11对所述研磨垫10进行修整(即第三状态)时，一方面，所述第四驱动器19驱动所述修整臂21沿竖直向上(即图3中的Z轴正方向)运动，所述修整臂21的运动带动固定于所述修整头外壳18上的所述第二修整盘12竖直向上运动，使得所述第二修整盘12与所述研磨垫10分离；另一方面，所述第一驱动器13驱动所述伸缩柱14沿竖直方向伸展，与所述修整臂21同步运动，使得所述第一修整盘11始终保持与所述研磨垫10接触。本具体实施方式将所述第四驱动器19置于驱动外壳22围绕而成的腔体内，以便于与所述修整臂21连接。

优选的，所述驱动结构还包括：

第五驱动器25，位于所述第二端部，用于驱动所述修整臂21围绕所述第二端部在一预设角度范围内转动。

具体来说，无论采用所述第一状态、所述第二状态还是所述第三状态对所述研磨垫10进行修整，所述第五驱动器25都会驱动所述修整臂21围绕所述第二端部在所述预设角度范围内做往复摆动，以实现对所述研磨垫10大面积的修整。

本具体实施方式还设置有一控制器23，所述控制器23通过第一控制线201与所述第一驱动器13连接，用于向所述第一驱动器13发送第一控制指令，以控制所述第一驱动器13调整所述伸缩柱14的运动状态。所述控制器23通过第二控制线202与所述第二驱动器15连接，用于向所述第二驱动器15发送第二控制指令，以控制所述第二驱动器15调整所述第一修整盘11的转速等运动信息。所述控制器23通过第三控制线203与所述第三驱动器17连接，用于向所述第三驱动器17发送第三控制指令，以控制所述第三驱动器17调整所述第二修整盘12的转速等运行信息。所述控制器23通过第四控制线204与所述第四驱动器19连接，用于向所述第四驱动器19发送第四控制指令，以控制所述第四驱动器19调整所述修整臂21的运动方向、运动距离等运动状态信息。所述控制器23通过第五控制线205与所述第五驱动器25连接，用于向所述第五驱动器25发送第五控制指令，以控制所述第五驱动器25调整所述修整臂往复摆动的角度、速率等运动状态信息。

本具体实施方式提供的研磨垫修整装置，通过在研磨头中设置两个修整盘，即第一修整盘和第二修整盘，且所述第二修整盘环绕所述第一修整盘的外周设置，并能够通过驱动结构分别控制所述第一修整盘与所述研磨垫是否接触以及所述第二修整盘与所述研磨垫是否接触，使得在修整过程中可以根据需要多种不同的修整状态对研磨垫进行修整，从而使得用户可以根据需要对修整速率进行灵活调整，提高了研磨垫修整装置的修整性能，改善了对研磨垫的修整效果，最终实现对晶圆质量的提高。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种研磨垫修整装置，其特征在于，包括：

第一修整盘，用于修整一研磨垫；

第二修整盘，用于修整所述研磨垫，且环绕所述第一修整盘的外周设置；

驱动结构，连接所述第一修整盘和所述第二修整盘，用于分别控制所述第一修整盘与所述研磨垫是否接触以及所述第二修整盘与所述研磨垫是否接触。

2.根据权利要求1所述的研磨垫修整装置，其特征在于，所述第一修整盘的截面为圆形，所述第二修整盘的截面为圆环形；所述第二修整盘的轴线与所述第一修整盘的轴线重合，且所述第一修整盘与所述第二修整盘之间具有一间隙。

3.根据权利要求1所述的研磨垫修整装置，其特征在于，所述驱动结构包括：

第一驱动器；

伸缩柱，一端连接所述第一驱动器、另一端连接所述第一修整盘，所述第一驱动器用于驱动所述伸缩柱沿竖直方向伸缩运动，以调整所述第一修整盘与所述研磨垫之间的距离。

4.根据权利要求3所述的研磨垫修整装置，其特征在于，所述驱动结构还包括：

第二驱动器；

转轴，一端连接所述第二驱动器、另一端连接所述第一修整盘，所述第二驱动器用于通过所述转轴驱动所述第一修整盘自转，以修整所述研磨垫。

5.根据权利要求4所述的研磨垫修整装置，其特征在于，在沿竖直方向上，所述第一驱动器设置于所述第二驱动器上方；部分所述伸缩柱套设于所述转轴内。

6.根据权利要求4所述的研磨垫修整装置，其特征在于，所述驱动结构还包括：

第三驱动器，连接所述第二修整盘，用于驱动所述第二修整盘自转，以修整所述研磨垫。

7.根据权利要求6所述的研磨垫修整装置，其特征在于，所述驱动结构还包括：

修整臂，包括相对分布的第一端部和第二端部；

修整头外壳，位于所述第一端部，所述第一驱动器、所述第二驱动器和所述第三驱动器均位于所述修整头外壳围绕而成的腔体内，所述第二修整盘固定于所述修整头外壳朝向所述研磨垫的表面，所述伸缩柱与所述转轴均自所述腔体内延伸至所述腔体外。

8.根据权利要求7所述的研磨垫修整装置，其特征在于，所述驱动结构还包括：

第四驱动器，位于所述第二端部，用于驱动所述修整臂沿竖直方向升降运动，以调整所述第二修整盘与所述研磨垫之间的距离。

9.根据权利要求6所述的研磨垫修整装置，其特征在于，所述第三驱动器为环形力矩电机。

Images