CN216859379U - 研磨垫修整器及化学机械研磨装置 - 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器及化学机械研磨装置。所述研磨垫修整器包括：修整组件，包括多个相互独立的修整盘，每个所述修整盘中均包括修整颗粒，且多个所述修整盘中的所述修整颗粒的粒径互不相同；控制组件，与多个所述修整盘连接，用于分别控制每一个所述修整盘沿其自身的轴线方向伸缩运动，使得每个所述修整盘能够单独修整研磨垫。本实用新型延长了所述研磨垫修整器的使用寿命。

Description

研磨垫修整器及化学机械研磨装置

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器及化学机械研磨装置。

背景技术

随着技术的发展，半导体工业不断寻求新的方式生产，以使得存储器装置中的每一存储器裸片具有更多数目的存储器单元。在非易失性存储器中，例如NAND存储器，增加存储器密度的一种方式是通过使用垂直存储器阵列，即3D NAND(三维NAND)存储器；随着集成度的越来越高，3D NAND存储器已经从32层发展到64层，甚至更高的层数。

化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是3D NAND存储器等半导体器件制造过程中至关重要的一个工艺步骤，其是通过化学反应过程和机械研磨过程共同作用的工艺。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。因此，需要采用研磨垫修整器对研磨垫进行修整。但是，当前的研磨垫修整器的使用寿命较短，从而间接导致半导体制程工艺成本的增加。而且，频繁的更换研磨垫修整器还会增加化学机械研磨机台的停机时间，从而降低了化学机械研磨机台的产能。

因此，如何延长研磨垫修整器的使用寿命，从而降低半导体制程工艺的成本，提高化学机械研磨机台的产能，是当前亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种研磨垫修整器及化学机械研磨装置，用于解决现有的研磨垫修整器使用寿命较短的问题，以降低半导体制程工艺的成本，提高化学机械研磨机台的产能。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种研磨垫修整器，包括：

修整组件，包括多个相互独立的修整盘，每个所述修整盘中均包括修整颗粒，且多个所述修整盘中的所述修整颗粒的粒径互不相同；

控制组件，与多个所述修整盘连接，用于分别控制每一个所述修整盘沿其自身的轴线方向伸缩运动，使得每个所述修整盘能够单独修整研磨垫。

可选的，多个所述修整盘同轴嵌套。

可选的，多个所述修整盘中具有一圆形的所述修整盘和若干个环形的所述修整盘，且若干个环形的所述修整盘依次嵌套于圆形的所述修整盘的外周。

可选的，所述修整组件中包括多个尺寸互不相同的环形的所述修整盘，且多个所述环形的所述修整盘按照尺寸大小顺序依次嵌套于圆形的所述修整盘的外周。

可选的，沿圆形的所述修整盘指向环形的所述修整盘的方向，多个所述修整盘中的所述修整颗粒的粒径依次增大或者减小。

可选的，多个环形的所述修整盘的环宽均相同。

可选的，多个所述修整盘设置于所述修整组件的底面，且多个所述修整盘沿平行于所述修整组件的底面的方向平行排布。

可选的，多个所述修整盘呈阵列排布；或者，

多个所述修整盘环绕所述修整组件的中心对称分布。

可选的，多个所述修整盘的厚度均相同。

可选的，所述控制组件包括：

控制器，用于与用户交互；

第一驱动器，连接所述控制器和多个所述修整盘，用于根据所述控制器的控制指令驱动所述修整盘沿其自身的轴线方向伸缩运动。

可选的，所述第一驱动器包括液压传动结构。

可选的，所述控制组件还包括：

第二驱动器，与多个所述修整盘连接，用于分别控制每一个所述修整盘围绕其自身的轴线方向自转。

可选的，还包括：

修整臂，包括第一端部和第二端部，所述修整组件安装于所述修整臂的第一端部，所述修整臂能够围绕所述第二端部在一预设角度范围内往复摆动。

可选的，所述控制组件至少部分设置于所述修整臂内部。

为了解决上述问题，本实用新型还提供了一种化学机械研磨装置，包括：

研磨垫；

如上述任一项所述的研磨垫修整器，所述研磨垫修整器用于修整所述研磨垫。

本实用新型提供的研磨垫修整器及化学机械研磨装置，通过设置多个相互独立的修整盘，且各个所述修整盘中的修整颗粒的粒径互不相同，并设置与多个所述修整盘均连接的控制组件，通过所述控制组件能够分别控制每一所述修整盘沿其自身的轴线方向伸缩运动，从而能够使得每个所述修整盘能够单独修整研磨垫，根据不同的研磨需求选择使用不同粒径的修整盘，一方面，能够避免长期使用一个修整盘导致的修整盘寿命较短的问题，从而延长了所述研磨垫修整器的使用寿命；另一方面，还能够根据实际的需要直接切换使用不同粒径的所述修整盘，而无需更换整个研磨垫修整器，减少了因更换研磨垫修整器所需的停机时间，从而提高了化学机械研磨装置的产能。

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器的结构示意图；

附图2是本实用新型具体实施方式中修整组件的结构示意图；

附图3是本实用新型具体实施方式中修整组件的俯视示意图；

附图4是本实用新型具体实施方式中控制组件的结构框图；

附图5是本实用新型具体实施方式中化学机械研磨装置的结构示意图。

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器及化学机械研磨装置的具体实施方式做详细说明。

在化学机械研磨制程中，可以采用原位(In-situ)或者非原位(Ex-situ)的方式对研磨垫进行修整。但是，无论是原位或者非原位的方式都需要使用研磨垫修整器对研磨垫进行修整。当前的研磨垫修整器中有且仅有一个修整盘，单个修整盘的持续使用会导致研磨垫修整器的寿命较短，从而间接增加了化学机械研磨制程的成本。而且，由于不同的化学机械研磨工艺对研磨垫有不同的要求，即需要使用不同粒径的修整盘对研磨垫进行研磨。当前切换不同粒径的修整盘时，需要对研磨垫修整器整体进行更换，造成更换时间过长，不利于化学机械研磨机台产能的提高。

为了提高研磨垫修整器的使用寿命，本具体实施方式提供了一种研磨垫修整器，附图1是本实用新型具体实施方式中研磨垫修整器的结构示意图，附图2是本实用新型具体实施方式中修整组件的结构示意图，附图3是本实用新型具体实施方式中修整组件的俯视示意图。如图1、图2和图3所示，所述研磨垫修整器，包括：

修整组件10，包括多个相互独立的修整盘，每个所述修整盘中均包括修整颗粒，且多个所述修整盘中的所述修整颗粒的粒径互不相同；

控制组件，与多个所述修整盘连接，用于分别控制每一个所述修整盘沿其自身的轴线方向伸缩运动，使得每个所述修整盘能够单独修整研磨垫。

具体来说，所述研磨垫修整器中具有多个所述修整盘，且每一个所述修整盘中均包括修整颗粒，所述修整颗粒用于通过与所述研磨垫接触摩擦，实现对所述研磨垫的修整。每个所述修整盘中的所述修整颗粒的粒径均相同，或者每个所述修整盘中的所述修整颗粒的粒径均位于同一预设范围内。多个所述修整盘中所述修整颗粒的粒径互不相同。举例来说，多个所述修整盘具有与其一一对应的多种修整颗粒粒径范围，且多种所述修整颗粒粒径范围互不相同或者多种所述修整颗粒粒径范围互不重叠。以图2和图3所示的修整组件为例，所述修整组件包括第一修整盘101和第二修整盘102，所述第一修整盘101具有第一粒径范围的所述修整颗粒，所述第二修整盘102具有第二粒径范围的所述修整颗粒，且所述第一粒径范围与所述第二粒径范围不重叠。不同粒径的所述修整颗粒对所述研磨垫具有不同的修整效果。多个所述修整盘中修整颗粒的种类可以相同(例如均为金刚石颗粒)，也可以不同。其中，所述修整颗粒可以是但不限于金刚石颗粒。本具体实施方式中所述的多个是指两个以上。

所述控制组件用于与多个所述修整盘连接，且能够分别驱动每一个所述修整盘沿其自身的轴线方向进行伸出运动或者回缩运动，从而使得在对研磨垫进行修整的过程中，能够自由调整各个所述修整盘相对于所述研磨垫的高度，使得每个所述修整盘能够单独修整所述研磨垫。所述控制组件的具体结构本领域技术人员可以根据实际需要选择，只要能分别控制每一个所述修整盘沿其自身的轴线方向伸缩运动即可，本具体实施方式对此不做限定。

仍以图2和图3所示的修整组件为例，当需要采用所述第一修整盘101修整所述研磨垫时，可以通过所述控制组件控制所述第一修整盘101沿所述第一修整盘101的轴线方向朝向靠近所述研磨垫的方向伸出，和/或所述控制组件控制所述第二修整盘102沿所述第二修整盘102的轴线方向朝向远离所述研磨垫的方向回缩，从而使得所述第一修整盘101相对于所述第二修整盘102更加靠近所述研磨垫，进而使得所述第一修整盘101能够单独修整所述研磨垫。

为了减少所述修整组件的整体尺寸，提高所述研磨垫修整器的集成度，可选的，多个所述修整盘同轴嵌套。

可选的，多个所述修整盘中具有一圆形的所述修整盘和若干个环形的所述修整盘，且若干个环形的所述修整盘依次嵌套于圆形的所述修整盘的外周。

可选的，所述修整组件中包括多个尺寸互不相同的环形的所述修整盘，且多个所述环形的所述修整盘按照尺寸大小顺序依次嵌套于圆形的所述修整盘的外周。

具体来说，所述修整组件包括一个位于所述修整组件中心的圆形的所述修整盘(例如图2和图3中的第一修整盘101)、以及若干个环绕所述圆形的修整盘的外周分布的环形的所述修整盘(例如图2和图3中的第二修整盘102)，一个圆形的所述修整盘与所有的环形的所述修整盘均同轴设置。当环形的所述修整盘的数量为多个时，多个所述环形的所述修整盘的尺寸(包括环形的外径和内径)互不相同，从而使得多个所述环形的所述修整盘能够按照尺寸大小顺序依次嵌套于圆形的所述修整盘的外周。相邻的所述修整盘之间具有一间隙，以便各所述修整盘能够自由的沿其自身的轴线方向伸缩运动。

可选的，多个环形的所述修整盘的环宽均相同。

在其他实施方式中，多个环形的所述修整盘的环宽可以不同，例如在沿圆形的所述修整盘指向环形的所述修整盘的方向，多个环形的所述修整盘的环宽逐渐变化(例如逐渐变大或者逐渐变小)。在一示例中，在沿圆形的所述修整盘指向环形的所述修整盘的方向，多个环形的所述修整盘的环宽逐渐变小，从而使得每个环形的所述修整盘单次修整的所述研磨垫的面积相同，以便于控制所述研磨垫修整器修整研磨垫的时间。

可选的，沿圆形的所述修整盘指向环形的所述修整盘的方向，多个所述修整盘中的所述修整颗粒的粒径依次增大或者减小。

举例来说，沿圆形的所述修整盘指向环形的所述修整盘的方向，多个所述修整盘中的所述修整颗粒的粒径逐渐增大，即圆形的所述修整盘中修整颗粒的粒径最小；环形的所述修整盘中修整颗粒的粒径随环形的所述修整盘与圆形的所述修整盘之间的距离的增大而增大。

在其他实施方式中，多个所述修整盘设置于所述修整组件的底面，且多个所述修整盘沿平行于所述修整组件的底面的方向平行排布。

可选的，多个所述修整盘呈阵列排布；或者，

多个所述修整盘环绕所述修整组件的中心对称分布。

具体来说，在其他实施方式中，可以不采用嵌套的方式，而是直接设置多个圆形的所述修整盘，且多个圆形的所述修整盘沿平行于所述修整组件的底面的方向平行排布。当需要使用多个所述修整盘中的一个时，只需将待使用的所述修整盘伸出即可。在使用完成之后，也只需将伸出的所述修整盘回缩至初始位置即可。

可选的，多个所述修整盘的厚度均相同。

具体来说，通过将多个所述修整盘的厚度设置为相同，使得所述控制组件控制每一所述修整盘沿其自身的轴线方向单次伸出和单次回缩的距离均相同，在不影响每个所述修整盘单独使用的同时，也能简化所述控制组件的控制操作。

附图4是本实用新型具体实施方式中控制组件的结构框图。可选的，所述控制组件包括：

控制器40，用于与用户交互；

第一驱动器41，连接所述控制器40和多个所述修整盘，用于根据所述控制器的控制指令驱动所述修整盘沿其自身的轴线方向伸缩运动。

具体来说，所述控制器40可以为一上位机，用于接收用户的指令。所述用户的指令可以是选择所述修整组件中一特定修整盘的指令。所述控制器40在接收到所述用户的指令之后，可以向所述第一驱动器41发送控制指令，所述第一驱动器41根据所述控制指令控制所述修整组件中特定的所述修整盘沿其自身的轴线方向伸出，和/或除了特定的所述修整盘之外的其他所有的所述修整盘各自沿其自身的轴线方向回缩，以使得用户选定的特定的所述修整盘能够单独对研磨垫进行修整。

可选的，所述第一驱动器41包括液压传动结构。

可选的，所述控制组件还包括：

第二驱动器42，与多个所述修整盘连接，用于分别控制每一个所述修整盘围绕其自身的轴线方向自转。

具体来说，在一个所述修整盘被选定修整研磨垫之后，所述第二驱动器42驱动被选定的所述修整盘在修整所述研磨垫的过程中围绕其自身的轴线方向自转，以实现对所述研磨垫表面的修整。

可选的，所述研磨垫修整器还包括：

修整臂11，包括第一端部和第二端部112，所述修整组件10安装于所述修整臂的第一端部，所述修整臂11能够围绕所述第二端部112在一预设角度范围内往复摆动。

可选的，所述控制组件至少部分设置于所述修整臂11内部。

具体来说，所述研磨垫修整器包括所述修整臂11，所述修整臂11包括位于所述修整臂11的所述第一端部的修整头12，所述修整头12的一端与所述修整臂11的第一端部连接、另一端与所述修整组件10连接，如图1所示。所述修整臂11能够围绕所述第二端部112在一预设角度范围内往复摆动，从而带到所述修整组件10在一预设角度范围内往复摆动。所述控制组件中的所述第一驱动器41和所述第二驱动器42可以至少部分设置在所述修整臂11的所述第一端部的所述修整头12中。

不仅如此，本具体实施方式还提供了一种化学机械研磨装置，附图5是本实用新型具体实施方式中化学机械研磨装置的结构示意图。本具体实施方式提供的化学机械研磨装置中的研磨垫修整器的具体结构可以参见图1-图4。如图5所示，所述化学机械研磨装置，包括：

研磨垫52；

如上述任一项所述的研磨垫修整器55，所述研磨垫修整器55用于修整所述研磨垫52。

具体来说，如图5所示，所述化学机械研磨装置包括支撑台50、铺设于所述支撑台50表面的研磨垫52、位于所述研磨垫52上方的研磨头53、研磨液供应管54和所述研磨垫修整器55。位于所述支撑台50下方的旋转轴51能够驱动所述支撑台50旋转，以带动位于其上的所述研磨垫52转动。所述研磨头53用于固定晶圆56，并通过一定的压力将所述晶圆56压于所述研磨垫52的表面研磨。所述研磨液工艺管54用于向所述研磨垫52表面传输研磨液。所述研磨垫修整器55用于修整所述研磨垫52。

本具体实施方式提供的研磨垫修整器及化学机械研磨装置，通过设置多个相互独立的修整盘，且各个所述修整盘中的修整颗粒的粒径互不相同，并设置与多个所述修整盘均连接的控制组件，通过所述控制组件能够分别控制每一所述修整盘沿其自身的轴线方向伸缩运动，从而能够使得每个所述修整盘能够单独修整研磨垫，根据不同的研磨需求选择使用不同粒径的修整盘，一方面，能够避免长期使用一个修整盘导致的修整盘寿命较短的问题，从而延长了所述研磨垫修整器的使用寿命；另一方面，还能够根据实际的需要直接切换使用不同粒径的所述修整盘，而无需更换整个研磨垫修整器，减少了因更换研磨垫修整器所需的停机时间，从而提高了化学机械研磨装置的产能。

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 (15)

1.一种研磨垫修整器，其特征在于，包括：

修整组件，包括多个相互独立的修整盘，每个所述修整盘中均包括修整颗粒，且多个所述修整盘中的所述修整颗粒的粒径互不相同；

控制组件，与多个所述修整盘连接，用于分别控制每一个所述修整盘沿其自身的轴线方向伸缩运动，使得每个所述修整盘能够单独修整研磨垫。

2.根据权利要求1所述的研磨垫修整器，其特征在于，多个所述修整盘同轴嵌套。

3.根据权利要求2所述的研磨垫修整器，其特征在于，多个所述修整盘中具有一圆形的所述修整盘和若干个环形的所述修整盘，且若干个环形的所述修整盘依次嵌套于圆形的所述修整盘的外周。

4.根据权利要求3所述的研磨垫修整器，其特征在于，所述修整组件中包括多个尺寸互不相同的环形的所述修整盘，且多个所述环形的所述修整盘按照尺寸大小顺序依次嵌套于圆形的所述修整盘的外周。

5.根据权利要求4所述的研磨垫修整器，其特征在于，沿圆形的所述修整盘指向环形的所述修整盘的方向，多个所述修整盘中的所述修整颗粒的粒径依次增大或者减小。

6.根据权利要求4所述的研磨垫修整器，其特征在于，多个环形的所述修整盘的环宽均相同。

7.根据权利要求1所述的研磨垫修整器，其特征在于，多个所述修整盘设置于所述修整组件的底面，且多个所述修整盘沿平行于所述修整组件的底面的方向平行排布。

8.根据权利要求7所述的研磨垫修整器，其特征在于，多个所述修整盘呈阵列排布；或者，

多个所述修整盘环绕所述修整组件的中心对称分布。

9.根据权利要求1所述的研磨垫修整器，其特征在于，多个所述修整盘的厚度均相同。

10.根据权利要求1所述的研磨垫修整器，其特征在于，所述控制组件包括：控制器，用于与用户交互；

第一驱动器，连接所述控制器和多个所述修整盘，用于根据所述控制器的控制指令驱动所述修整盘沿其自身的轴线方向伸缩运动。

11.根据权利要求10所述的研磨垫修整器，其特征在于，所述第一驱动器包括液压传动结构。

12.根据权利要求11所述的研磨垫修整器，其特征在于，所述控制组件还包括：第二驱动器，与多个所述修整盘连接，用于分别控制每一个所述修整盘围绕其自身的轴线方向自转。

13.根据权利要求11所述的研磨垫修整器，其特征在于，还包括：

修整臂，包括第一端部和第二端部，所述修整组件安装于所述修整臂的第一端部，所述修整臂能够围绕所述第二端部在一预设角度范围内往复摆动。

14.根据权利要求13所述的研磨垫修整器，其特征在于，所述控制组件至少部分设置于所述修整臂内部。

15.一种化学机械研磨装置，其特征在于，包括：

研磨垫；

如权利要求1-14中任一项所述的研磨垫修整器，所述研磨垫修整器用于修整所述研磨垫。

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