CN212240605U - 一种用于化学机械抛光的修整器和化学机械抛光装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于化学机械抛光的修整器和化学机械抛光装置，修整器包括基座组件、传动轴和修整组件，所述传动轴同轴设置于所述基座组件内，所述修整组件设置于所述基座组件下侧并随所述传动轴转动；所述基座组件包括基座，所述基座为中部开孔的环状结构；所述环状结构的内设置有磁敏传感器，所述修整组件内设置有磁铁，所述磁敏传感器检测所述磁铁形成的磁场的磁感应强度以测量修整组件相对于基座组件的位置。

Description

一种用于化学机械抛光的修整器和化学机械抛光装置

技术领域

本实用新型属于化学机械抛光技术领域，具体而言，涉及一种用于化学机械抛光的修整器和化学机械抛光装置。

背景技术

化学机械抛光(Chemical Mechanical Planarization,CMP)是一种全局平整化的超精密表面加工技术。抛光方法通常将基板吸合在承载头的下部，基板具有沉积层的一面抵接于旋转的抛光垫上，承载头在驱动部件的带动下与抛光垫同向旋转并给予基板向下的载荷；同时，抛光液供给于抛光垫的上表面并分布在基板与抛光垫之间，在化学及机械的综合作用下使基板完成全局抛光。

在化学机械抛光过程中，为了保证抛光垫良好的平整度和锋利性以及更多的容纳研磨液达到高效稳定的磨削性，需要使用修整装置对抛光垫进行修整处理。专利CN202479968U公开了一种抛光垫修整头和具有该抛光垫修整头的抛光垫修整器。所述抛光垫修整头包括：环形固定件；导向轴，导向轴的上端穿过环形固定件，其中导线轴内设有第一通气孔，第一通气孔的第一端和第二端均与外界连通；环形安装件；柔性环，柔性环的内端密封地设在环形固定件上且柔性环的外端密封地设在环形安装件上；环形弹性盘，环形弹性盘的内端密封地设在导向轴上且环形弹性盘的外端密封地设在环形安装件上；和夹持盘，夹持盘固定在环形安装件的下表面上且通过球铰链与导向轴的下端相连，其中球铰链的球部设在夹持盘的上表面上且球铰链的杆部与导向轴的下端相连。该专利能够实现抛光垫修整，但没有配置监测修整器运行的装置，无法实现闭环修整，及根据抛光垫及其他公开条件，优化抛光垫修整工艺。

修整装置在对抛光垫进行修整时，需要施加一定的压力，通过气路供给系统控制内部腔室压力大小调整对抛光垫的研磨，从而清除缝隙中的残余浆料。其中，修整装置的修整盘与抛光垫之间的距离与抛光垫的修整效果直接相关。因此，有必要实时监测修整盘的高度，获取抛光垫的修整状态，根据抛光垫的修整状态优化调整抛光垫修整工艺，以延长抛光垫的使用寿命，控制化学机械抛光的生产成本。

实用新型内容

本实用新型旨在至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型第一个方面提供了一种用于化学机械抛光的修整器，其包括基座组件、传动轴和修整组件，所述传动轴同轴设置于所述基座组件内，所述修整组件设置于所述基座组件下侧并随所述传动轴转动；所述基座组件内设置有磁敏传感器，所述基座组件包括基座，所述基座为中部开孔的环状结构；所述环状结构的内设置有磁敏传感器，所述修整组件内设置有磁铁，所述磁敏传感器检测所述磁铁形成的磁场的磁感应强度以测量修整组件相对于基座组件的位置。

作为优先实施例，所述基座由奥氏体不锈钢制成，其顶面设置有凹槽，所述磁敏传感器设置于所述凹槽内。

作为优先实施例，所述修整组件包括防护罩，所述防护罩的内部设置有安装孔，所述磁铁粘接于所述安装孔。

作为优先实施例，所述磁铁为铁氧体永磁铁，其磁场等级为中磁性或强磁性。

作为优先实施例，所述多个磁铁形成的磁感应强度为0.2T-2.5T。

作为优先实施例，所述磁敏传感器可检测0.01mm-20mm范围内的磁感应强度变化。

作为优先实施例，所述磁敏传感器的数量为多个，其沿所述基座的中心均布设置。

作为优先实施例，所述磁铁的高度为1mm-30mm。

本实用新型第二个方面提供了一种化学机械抛光系统，其包括抛光盘、承载头、供液装置和修整装置；其中，所述修整装置包括上面所述的修整器。

本实用新型实施例与现有技术相比存在的有益效果包括：实时精确检测修整组件上的修整盘的位置信息并获取抛光垫的形貌，修整控制装置可根据修整盘位置信息及抛光垫形貌反馈优化修整工艺，以延长抛光垫的使用寿命。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本实用新型的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本实用新型的保护范围，其中：

图1是本实用新型所述一种用于化学机械抛光的修整器的结构示意图；

图2是根据本实用新型所述防护罩的结构示意图；

图3是本实用新型所述防护罩和磁铁的部件拆解图；

图4是本实用新型所述用于化学机械抛光的修整器另一个实施例的示意图；

图5是本实用新型所述一种化学机械抛光装置的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本实用新型所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本实用新型实施方式及本实用新型保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本实用新型的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本实用新型实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。

在本实用新型中，“化学机械抛光(CMP,Chemical Mechanical Polishing)”也称为“化学机械平坦化(CMP,Chemical Mechanical Planarization)”，“基板(substrate)”也成称为“晶圆(wafer)”，其含义和实际作用等同。

图1是本实用新型所述用于化学机械抛光的修整器1的结构示意图，用于化学机械抛光的修整器1包括基座组件10和修整组件20。所述基座组件10固定于未示出的修整装置的摆臂的末端，修整组件20设置于基座组件10的下侧。所述摆臂摆动以带动修整组件20在抛光垫半径范围内扫掠，实现抛光垫表面的修整。

在图1中，基座组件10的内部设置有传动轴30，传动轴30的上端与修整器1的未示出的驱动装置连接，所述传动轴30的下端与修整组件20连接。在抛光垫修整时，位于修整组件20下部的修整盘21与抛光垫抵接，驱动装置带动传动轴30旋转，传动轴 30带动位于基座组件10下侧的修整组件20旋转，位于修整组件底部的修整盘21随传动轴30旋转以修整抛光垫的表面。

为了获知抛光垫的修整情况，可通过监测修整组件20下部的修整盘21沿高度方向的位置信息来实现。为了实时监测修整盘21沿高度方向的位置信息变化，可在修整器1 的内部设置用于检测修整盘位置信息的传感器。

在图1所示的实施例中，基座组件10包括基座11，所述基座11由奥氏体不锈钢制成；所述基座11为中部开孔的环状结构，环状结构的顶面设置有凹槽，磁敏传感器40 设置于基座11顶部的凹槽内，修整组件20设置有磁铁50。磁体50位于磁敏传感器40 的垂直投影范围内。随着修整器1修整抛光垫，修整盘21在高度方向的位置信息发生变化。修整组件20的磁铁50相对于磁敏传感器40之间的距离也发生变化。由于磁感应强度与磁铁5和磁敏传感器40之间的距离有关，因此，磁敏传感器40检测到的磁感应强度会随修整盘21的高度位置变化而变化。作业人员可根据磁感应强度的变化判定修整盘21沿高度方向的位置变化，获得抛光垫的修整轮廓，优化调整修整器修整工艺，延长抛光垫的使用时间。

在图1所示的实施例中，磁敏传感器40与磁铁50之间的竖向距离应不大于10mm,且应不小于2mm。优选地，磁敏传感器40与磁铁50之间的竖向距离为8mm，以确保磁敏传感器40的检测精度，准确获取修整组件20的修整盘21的位置变化。

进一步地，磁敏传感器40设置于基座11的顶部，这有利于引出相应的信号线及电源线，有效提高磁敏传感器40拆卸及安装的便捷性，方便本实用新型所述的用于化学机械抛光的修整器的日常维护检修。

图1所示的实施例中，磁敏传感器40可检测0.01mm-20mm范围内的磁感应强度变化。优选地，磁敏传感器40的最佳检测距离与对应的磁敏传感器的型号有关。技术人员可根据磁敏传感器40的型号来确定磁铁50和磁敏传感器40具体的安装位置。

作为本实用新型的一个实施例，磁敏传感器40可选择磁性开关，其感应到磁铁50形成的磁场的强度后，会触发舌簧吸合动作以实现电路闭合。磁性开关内连通的电路会产生电流信号传输至监测终端，以实现修整器的修整盘位置变化的监测。作为本实用新型的另一个实施例，磁敏传感器40也可选择模拟量型传感器，其也可检测磁场的强度。磁敏传感器40与产生的磁场的距离变化，磁敏传感器40检测到的磁感应强度也随之变化，磁感应强度的变化输出的电压值也相应变化。换算磁感应强度对应的电压值能够实现修整盘21的位置检测。

为了减少外界因素对磁敏传感器40检测精度的影响，设置磁敏传感器40的基座11选用奥氏体材质钢材或铝合金材料。作为本实用新型的一个实施例，基座11可由奥氏体不锈钢制成，以减少铁素体材质对磁敏传感器40检测的干扰，保证磁敏传感器40检测的准确性。可以理解的是，基座11及其内部的零部件也可以适当选用奥氏体材料或铝合金材料，尽量避免或减少含有铁素体材料的使用，以降低外界因素对磁敏传感器40 精度的影响。在一些实施例中，基座11的内侧壁涂覆有抗电磁干扰的涂层，如锡箔层，其厚度为0.1μm-2μm，以防止基座11内的金属零部件对检测结果的干扰，保证磁敏传感器40的检测精度。

图2是根据本实用新型所述防护罩20的结构示意图，修整组件20包括防护罩22，防护罩22的内部可拆卸地设置有多个磁铁50。作为本实施例的一个方面，所述磁铁50 的磁场等级为强磁性，其设置于防护罩22的内部。图2为含有磁铁50的防护罩22的剖视图，在该实施例中，磁铁50为圆柱体结构，其通过胶液粘合于防护罩22的安装孔内。具体地，防护罩22的安装孔与所述磁铁50匹配设置，磁铁50的外径要略小于防护罩22的安装孔的内径，粘接胶充满磁铁50与安装孔之间的空间。在一些实施例中，所述磁铁50的端面和圆柱面涂覆有粘合胶液，以保证磁铁50固定的可靠性。

进一步地，所述磁铁50的磁场等级也可为中等磁性。中等磁性的磁铁50较强磁性的磁铁50的布设更加密集一些。作为本实用新型的一个实施例，磁铁的高度为 1mm-30mm。优选地，所述磁铁50的高度为15mm。

图3是含有磁铁50的防护罩22的部件拆解图，磁铁50沿防护罩22的中心均布设置。磁铁50均布设置，有利于在修整组件20的内部形成大致均匀的磁场。修整器1在作业时，修整组件20相对于基座组件10旋转，基座组件10内部的磁敏传感器40能够实时检测修整组件20内部的磁铁50形成的磁场强弱。磁铁50的均匀布设，能够有效避免修整组件20内部的磁场的不均匀性对磁感应强度检测的影响，保证修整盘位置检测的准确性。

在图3中，磁铁50的数量为10件，其均布于防护罩22的内部。可以理解的是，所述磁铁50也可为其他数量，如15件、18件等，即磁铁50的数量可以是偶数个，也可以为奇数个。磁铁50布设的越密集，修整组件20内部的磁铁50形成的磁场越强，磁敏传感器40越能准确检测修整器1的修整盘21的高度变化。

作为本实施例的一个方面，防护罩22由非金属材料制成，以便减少金属材料对多个磁铁50形成的磁场的影响，提高磁感应强度检测的准确性。在一些实施例中，防护罩 22可由聚四氟乙烯(PTFE)制成，其具有化学惰性，能够使用化学机械抛光的作业环境。可以理解的是，其也可以由聚乙烯(PE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)和/或聚甲醛(POM)制成。

在图3所示的实施例中，磁铁50可以为铁氧体永磁铁或金属合金磁铁。磁铁50可以为汝铁硼磁铁、钐钴磁铁或铝镍钴磁铁。设置于防护罩22内部的磁铁50形成的磁感应强度为0.2T-2.5T。优选地，设置于防护罩22内部的磁铁50形成的磁感应强度为1.25 T。

所述磁铁50的顶面与磁敏传感器40的竖向距离应不大于30mm且不应小于5mm，优选地，磁铁50的顶面与磁敏传感器40的底面之间的竖向距离应不大于20mm且不应小于5mm，以便磁敏传感器40能够准确获取含有磁铁50的修整组件20的磁感应强度的变化，判定修整盘21的高度变化。

图4是本实用新型所述用于化学机械抛光的修整器另一个实施例的示意图，在该实施例中，基座组件10包括与修整装置的摆臂连接的基座11，所述基座11设置有安装磁敏传感器40的凹槽。所述磁敏传感器40对应的电源线由基座11的上部引出，以便为磁敏传感器40提供电源。

作为本实施例的一个方面，所述磁敏传感器40还包括无线传输模块，磁敏传感器40通过无线传输模块将获取的磁感应强度数据传输至监测终端，监测终端对比分析磁感应强度数据并优化调整修整器1的修整参数。可以理解的是，磁敏传感器40也可通过有线方式将检测数据传输至监测终端。

由于各个磁敏传感器40获取的磁感应强度数据可能受到位置因素的影响而出现差异，因此，磁敏传感器40的数量可以为多个，其设置于基座11顶部的凹槽内。将各个磁敏传感器40测量的数据平均处理或加权平均处理，能够滤除外界因素对磁感应强度检测的干扰，保证测量的准确性。

图5是本实用新型所述化学机械抛光装置100的示意图，其包括抛光盘6、承载头5、供液装置4和修整装置2；其中，所述修整装置2包括上面所述的修整器1。修整器1 设置于修整装置的摆臂上，修整器1旋转以修整抛光盘6上的抛光垫3。在修整器1修整过程中，可通过磁敏传感器40获取的磁感应强度，判定修整组件20与基座组件10 的位置变化，即而获得图1示出的修整盘21相对于抛光垫3的位置，实时在线获取抛光垫3的形貌特征，以进一步优化调整抛光垫的修整工艺，延长抛光垫的使用寿命。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种用于化学机械抛光的修整器，包括基座组件、传动轴和修整组件，所述传动轴同轴设置于所述基座组件内，所述修整组件设置于所述基座组件下侧并随所述传动轴转动；其特征在于，所述基座组件包括基座，所述基座为中部开孔的环状结构；所述环状结构的内设置有磁敏传感器，所述修整组件内设置有磁铁，所述磁敏传感器检测所述磁铁形成的磁场的磁感应强度以测量修整组件相对于基座组件的位置。

2.如权利要求1所述的修整器，其特征在于，所述基座由奥氏体不锈钢制成，其顶面设置有凹槽，所述磁敏传感器设置于所述凹槽内。

3.如权利要求1所述的修整器，其特征在于，所述修整组件包括防护罩，所述防护罩的内部设置有安装孔，所述磁铁粘接于所述安装孔。

4.如权利要求1所述的修整器，其特征在于，所述磁铁为铁氧体永磁铁，其磁场等级为中磁性或强磁性。

5.如权利要求1所述的修整器，其特征在于，所述多个磁铁形成的磁感应强度为0.2T-2.5T。

6.如权利要求2所述的修整器，其特征在于，所述磁敏传感器可检测0.01mm-20mm范围内的磁感应强度变化。

7.如权利要求6所述的修整器，其特征在于，所述磁敏传感器的数量为多个，其沿所述基座的中心均布设置。

8.如权利要求4所述的修整器，其特征在于，所述磁铁的高度为1mm-30mm。

9.一种化学机械抛光装置，其包括抛光盘、承载头、供液装置和修整装置；其特征在于，所述修整装置包括权利要求1-8任一项所述的修整器。

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