TW202308033A - 表面形貌平整化設備及提高靜電夾盤形貌平整度的方法 - Google Patents

Abstract

本發明公開了一種表面形貌平整化設備，包括：靜電夾盤，其具有待拋光面；控溫部，與所述待拋光面相對設置；拋光件，其具有拋光面，所述拋光面用於接觸所述靜電夾盤的待拋光面；所述控溫部用於對所述拋光件加熱或冷卻，使所述拋光件受熱膨脹或受冷收縮，所述拋光件的拋光面對所述靜電夾盤的待拋光面進行拋光。所述表面形貌平整化設備能夠對靜電夾盤的表面進行拋光。

Description

表面形貌平整化設備及提高靜電夾盤形貌平整度的方法

本發明涉及半導體設備技術領域，尤其涉及一種表面形貌平整化設備及提高靜電夾盤表面形貌平整度的方法。

目前所使用的JR（Johnsen-Rahbek，約翰森-拉貝克）型靜電夾盤（ELECTROSTATIC sucker，ESC）在提供較低的電壓時就可以產生較大的靜電吸附力，其製作過程中需對摻雜Mg、Si、Ti等元素的Al ₂O ₃粉末進行燒結成型，在成型過程中不可避免的會造成ESC表面狀態的不均勻，從而對等離子體蝕刻工藝中被吸附於ESC上的晶圓的溫度均勻性造成影響，會直接影響到蝕刻結果的均勻性。

本發明的目的在於提供一種表面形貌平整化設備及提高靜電夾盤表面形貌平整度的方法，該表面形貌平整化設備通過反復切換所述加熱裝置和所述第一冷卻裝置形成熱冷循環，使拋光件膨脹或收縮，利用所述拋光面對靜電夾盤的待拋光面進行拋光。

為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案實現：

一種表面形貌平整化設備，包括：靜電夾盤，其具有待拋光面；控溫部，與所述待拋光面相對設置；拋光件，其具有拋光面，所述拋光面用於接觸所述靜電夾盤的待拋光面；所述控溫部用於對所述拋光件加熱或冷卻，使所述拋光件受熱膨脹或受冷收縮，所述拋光件的拋光面對所述靜電夾盤的待拋光面進行拋光。

可選地，還包括驅動裝置，用於驅動所述控溫部和/或靜電夾盤移動，當所述控溫部對所述拋光件進行加熱時，所述驅動裝置用於使所述控溫部、拋光件和靜電夾盤之間相互接觸。

可選地，所述控溫部內設有一加熱裝置和一第一冷卻裝置，所述加熱裝置用於對拋光件進行加熱，所述第一冷卻裝置用於對拋光件進行冷卻，通過反復切換所述加熱裝置和第一冷卻裝置，以形成所述熱冷循環。

可選地，所述拋光件還包括與拋光面相對的非拋光面，所述拋光件的非拋光面通過導熱脂與所述控溫部連接。

可選地，所述導熱脂的材料包括：矽脂或者碳纖維摻雜的矽膠。

可選地，所述第一冷卻裝置包括：

第一冷卻腔；

第一進口，與所述第一冷卻腔連通；以及

第一出口，與所述第一冷卻腔連通；

當所述第一進口接入冷卻介質後，冷卻介質依次經由所述第一進口、所述第一冷卻腔和所述第一出口後流出，並帶走所述控溫部的部分熱量。

可選地，還包括：

電極，設於所述靜電夾盤內；

直流電源，與所述電極相連，用於在所述靜電夾盤表面產生靜電引力以吸附所述拋光件。

可選地，還包括：

第二冷卻裝置，設置於所述靜電夾盤內，用於對所述靜電夾盤進行冷卻。

可選地，所述第二冷卻裝置包括：

第二冷卻腔；

第二進口，與所述第二冷卻腔連通；

第二出口，與所述第二冷卻腔連通；

當所述第二進口接入冷卻介質後，冷卻介質依次經由所述第二進口、所述第二冷卻腔和所述第二出口後流出，並帶走所述靜電夾盤的部分熱量。

可選地，還包括：承載台，所述靜電夾盤設置在所述承載臺上，所述驅動裝置用於驅動所述承載台帶動靜電夾盤上下移動，所述拋光件置於所述靜電夾盤上，所述拋光件的拋光面與靜電夾盤的待拋光面貼合；所述控溫部包括一加熱裝置，所述加熱裝置用於加熱所述控溫部；通過驅動裝置控制所述拋光件與控溫部接觸與否，來控制拋光件是否被加熱，通過反復切換使所述拋光件與控溫部接觸、不接觸以形成所述熱冷循環。

可選地，所述控溫部包括紅外輻射源，用於對所述拋光件進行加熱；通過控制所述紅外輻射源的熱量是否到達拋光件的表面，用於對拋光件進行加熱或冷卻，所述拋光件受熱膨脹或受冷收縮，對所述靜電夾盤的表面進行拋光。

可選地，還包括：隔板，其可伸進或伸出所述紅外輻射源與拋光件之間，當所述隔板伸進所述紅外輻射源與拋光件之間，所述紅外輻射源停止對拋光件加熱，當所述隔板伸出所述紅外輻射源與拋光件之間，所述紅外輻射源對拋光件加熱，通過反復切換使隔板伸進或伸出所述紅外輻射源與拋光件之間，形成所述熱冷循環。

可選地，通過反復開啟關閉所述紅外輻射源，使所述拋光件形成所述熱冷循環。

可選地，還包括：

處理腔，所述靜電夾盤、所述加熱裝置和所述拋光件設於所述處理腔內。

可選地，還包括：

抽真空裝置，用於調節所述處理腔的真空度。

可選地，所述拋光件材料的硬度大於或等於所述靜電夾盤材料的硬度。

可選地，所述靜電夾盤是由含有摻雜元素的氧化鋁粉末燒結成型；所述摻雜元素包括：鎂、矽或鈦中的至少一種；所述拋光件的材料包括：半導體材料或者金屬材料。

可選地，還包括：

第一測溫模組，用於測量所述控溫部的溫度；

第二測溫模組，用於測量所述靜電夾盤的溫度。

其他方面，本發明還提供了一種提高靜電夾盤表面形貌平整化的方法，包括：

提供如上述的表面形貌平整化設備；

通過控制所述控溫部控制所述拋光件形成熱冷循環，使拋光件膨脹或收縮，以對靜電夾盤的待拋光面進行拋光。

可選地，還包括：

控制所述靜電夾盤的待拋光面的溫度，以使所述靜電夾盤的待拋光面始終維持在設定溫度範圍之內。

可選地，所述靜電夾盤的待拋光面的設定溫度範圍為-10℃~80℃。

可選地，通過控制所述控溫部或者紅外輻射源到達拋光件的熱量多少，使所述拋光件受熱膨脹或受冷收縮，具體包括：

降溫步驟：使所述加熱裝置的熱量難以到達拋光件，持續第一設定時間；

升溫步驟：利用所述加熱裝置對拋光件加熱，持續第二設定時間；

交替降溫步驟和升溫步驟多次，直至所述靜電夾盤的表面形貌平整度達到設定要求；

其中，所述降溫步驟和升溫步驟形成一個熱冷循環。

可選地，所述熱冷循環的溫度範圍為：-10℃~150℃。

可選地，所述第一設定時間和/或第二設定時間在10s~30s之間。

可選地，所述靜電夾盤的拋光度通過與所述靜電夾盤相接觸的拋光件的溫度變化曲線來表徵。

可選地，在相鄰的兩個熱冷循環之間，還包括：

判斷步驟：通過與所述靜電夾盤相接觸的拋光件的溫度變化曲線來判斷所述靜電夾盤的拋光度是否達到設定要求；

若所述靜電夾盤的拋光度未達到設定要求，則在下一個相鄰的兩個熱冷循環之間重複步驟所述判斷步驟。

可選地，所述判斷步驟具體包括：

關閉所述加熱裝置和所述第一冷卻裝置；

調節所述拋光件與所述靜電夾盤的相對位置，以使所述拋光件與所述靜電夾盤的待拋光面相接觸；

持續記錄所述拋光件的溫度變化曲線，並與目標曲線進行對比，以確定所述拋光件是否達到設定要求。

本發明與現有技術相比至少具有以下優點：

本發明通過反復切換所述加熱裝置和所述第一冷卻裝置使控溫部形成熱冷循環，進而使拋光件膨脹或收縮，以使拋光件的拋光面對靜電夾盤的待拋光面進行拋光，使靜電夾盤的表面變得光滑，從而達到對晶圓的均勻控溫。

本發明通過靜電夾盤對拋光件進行吸附，可以獲得拋光件對於靜電夾盤的陶瓷層的最大壓力，該壓力的均勻性優於機械加壓，使得膨脹或收縮的晶圓對靜電夾盤的陶瓷層的摩擦拋光更加均勻。

本發明通過第二冷卻裝置對靜電夾盤的待拋光面進行冷卻，使靜電夾盤的待拋光面的溫度不隨拋光件的溫度變化而變化，使得拋光件與靜電夾盤之間存在可控溫度差，大大提高拋光效果的穩定性。

本發明通過驅動裝置使拋光件的非拋光面與控溫部接觸或分離，拋光件的非拋光面與控溫部接觸時受熱膨脹，分離時冷卻收縮，進而使拋光件的拋光面對靜電夾盤的待拋光面進行拋光，使靜電夾盤的表面變得光滑，從而達到對晶圓的均勻控溫。

本發明的紅外線輻射源為加熱源，通過紅外線輻射源對拋光件進行加熱，拋光件的拋光面受熱膨脹，移動隔板至紅外線輻射源與拋光件之間時，拋光件的拋光面冷卻收縮，進而使拋光件的拋光面對靜電夾盤的待拋光面進行拋光，使靜電夾盤的表面變得光滑，從而達到對晶圓的均勻控溫。

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。需要說明的是，附圖採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施方式的目的。為了使本發明的目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，請參閱附圖。須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士瞭解與閱讀，並非用以限定本發明實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容能涵蓋的範圍內。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。

本發明提供的表面形貌平整化設備包括：靜電夾盤，其具有待拋光面；控溫部，與所述待拋光面相對設置；拋光件，其具有拋光面，所述拋光面用於接觸所述靜電夾盤的待拋光面；所述控溫部用於對所述拋光件加熱或冷卻，使所述拋光件受熱膨脹或受冷收縮，所述拋光件的拋光面對所述靜電夾盤的待拋光面進行拋光。如下進行詳細說明：

請參閱圖3，本發明實施例提供了一種表面形貌平整化設備，該設備包括：靜電夾盤、控溫部2、控溫部2內設有加熱裝置22和第一冷卻裝置23、拋光件4，所述拋光件4還包括拋光面42和非拋光面41。靜電夾盤包括待拋光面；控溫部2與所述靜電夾盤相對設置；加熱裝置22用於對所述控溫部2進行加熱；拋光件4具有拋光面和非拋光面，所述非拋光面與所述控溫部2固定，所述拋光面用於接觸所述靜電夾盤的待拋光面；第一冷卻裝置23用於對所述控溫部2進行冷卻。

通過加熱裝置22對控溫部2進行加熱，通過第一冷卻裝置23對控溫部2進行冷卻。移動所述控溫部2或靜電夾盤至所述拋光件4與靜電夾盤接觸，通過反復切換所述加熱裝置22和所述第一冷卻裝置23形成熱冷循環，所述拋光件4受熱膨脹或受冷收縮，所述拋光件4的拋光面42對所述靜電夾盤的待拋光面進行拋光。

需要指出的是，拋光件4通過與控溫部2接觸的方式使自身受熱膨脹，相對於其他非接觸的加熱方式，本發明實施例中的加熱方式更加穩定，且熱量損失小，傳熱效率高。

本實施例中，對於靜電夾盤的具體類型不作具體限定，僅以靜電夾盤為JR型靜電夾盤為例進行舉例說明。

請參閱圖1和圖2，JR型靜電夾盤包括基座8和位於基座8上方的陶瓷層1，陶瓷層1中摻雜有Mg、Si和Ti等元素，不可避免的會造成JR型靜電夾盤表面狀態的不均勻。

所述基座8為鋁基底，陶瓷層1為Al ₂O ₃陶瓷層。燒結成型後，陶瓷層1的表面具有若干個凸台111（見圖2），且凸台111表面具有不平整的毛刺，若干個凸台111的具有毛刺的表面形成靜電夾盤的待拋光面。JR型靜電夾盤在進行等離子體蝕刻工藝時，由於凸台111表面具有不平整的毛刺，被吸附於JR型靜電夾盤表面上的晶圓的溫度均勻性受到影響，直接影響到蝕刻結果的均勻性，故需要對所述靜電夾盤的待拋光面進行拋光。

本實施例中，靜電夾盤與控溫部2相對設置的。例如，靜電夾盤設置於控溫部2的下側（如圖1所示），或靜電夾盤設置於控溫部2的上側。靜電夾盤與控溫部2也可以是其他的位置關係，本實施例對此不作具體限定。

本實施例中，控溫部2包括：控溫本體21。對於控溫本體21的形狀不作具體限定，本實施例僅以圖3所示的具體結構進行舉例說明。

本實施例中，對於加熱裝置22的結構以及加熱裝置22與控溫本體21之間的位置關係不作具體限定，僅以所述加熱裝置22為內置於控溫本體21的電控加熱片進行舉例說明。

本實施例中，所述拋光件4的非拋光面41直接或通過導熱脂3與所述控溫部2連接。所述導熱脂3的材料包括：矽脂或者碳纖維摻雜的矽膠，其中，所述矽脂還可以摻雜碳元素或者鋁元素。拋光件4與控溫部2之間的導熱脂3在本發明實施例中至少存在以下作用：1、保證在安裝時拋光件4穩定地固定在控溫部2上；2、充當拋光件4和控溫部2之間的緩衝，保證在靜電夾盤通電後將拋光件4吸附於其表面時，控溫部2與拋光件4之間依然有著良好的熱接觸，以保證控溫部2始終可以對拋光件4進行有效地控溫；3、保證控溫部2在溫度變化時因控溫部2與拋光件4的膨脹係數不同而產生與拋光件4之間的相對位移時依然與拋光件4有良好的熱接觸。

本實施例中，可通過反復切換所述加熱裝置22和所述第一冷卻裝置23使控溫部2形成熱冷循環，進而使與控溫部2接觸的拋光件4受熱膨脹或受冷收縮，並與靜電夾盤的待拋光面之間產生相對位移，以使拋光件4的拋光面對靜電夾盤的待拋光面進行拋光。通過電加熱與冷卻介質協同控溫，實現拋光件4在10s內達到40℃以上的溫度變化，大大提高拋光效率。

本實施例中，對於所述第一冷卻裝置23的結構以及所述第一冷卻裝置23與控溫部2的位置關係不作具體限定，僅以圖3所示的結構和位置關係進行舉例說明。具體地，所述第一冷卻裝置23包括設置在控溫本體21上的第一冷卻腔232、第一進口231、第一出口233，第一進口231和第一出口233均與第一冷卻腔232連通。當所述第一進口231接入冷卻介質後，冷卻介質依次經由所述第一進口231、所述第一冷卻腔232和所述第一出口233後流出，並帶走所述控溫本體21的部分熱量，對控溫本體21進行冷卻，進而對拋光件冷卻，使得拋光件收縮。

其中，對於第一冷卻腔232的形狀以及冷卻介質的具體類型不作具體限定，只要在冷卻介質經由第一冷卻腔232後可以均勻地帶走控溫部2的熱量即可。例如，冷卻介質可以是液體、氣體和氣液混合物中的任何一種或幾種組合。

本實施例中，該表面形貌平整化設備還包括：第一測溫模組，第一測溫模組用於測量所述控溫部2的溫度，第一測溫模組結合加熱裝置22和第一冷卻裝置23可實現對控溫部2的溫度的精準切換，使拋光件4的溫度進行週期性的變化，進而使得拋光件4進行週期性地膨脹或收縮，與靜電夾盤的待拋光面之間週期性地產生相對位移，利用所述拋光面42對靜電夾盤的待拋光面進行拋光。

具體地，第一測溫模組可以是佈置於拋光件4的溫度傳感器陣列，溫度傳感器陣列可以是集成在拋光件4上的無線傳輸陣列，也可以是後期加工並貼附於拋光件4表面的有線傳感器陣列。進一步地，第一測溫模組也可以是佈置於拋光件4的單個溫度傳感器，相對於昂貴的溫度傳感器陣列，採用單個溫度傳感器的方式成本更低。

本實施例中，當拋光件4的拋光面42對靜電夾盤的待拋光面進行拋光時，拋光件4的拋光面42與靜電夾盤的待拋光面相接觸，且拋光件4受到方向為自拋光件4指向靜電夾盤的力，該拋光件4受到的方向為自拋光件4至靜電夾盤的力可以保證拋光件4與靜電夾盤的相對位置固定，提升拋光件4的拋光面42對靜電夾盤的待拋光面的拋光效果。

具體地，拋光件4受到的方向為自拋光件4至靜電夾盤的力可以由多種方式產生。例如：在所述靜電夾盤內設置電極14，電極14接入直流電源後，產生靜電吸力，實現靜電夾盤對拋光件4的吸附固定，使拋光件4的拋光面42與靜電夾盤的待拋光面緊密接觸。或者，當靜電夾盤設置於控溫部2的下側時，利用控溫部2的自重將拋光件4壓至靜電夾盤與控溫部2之間，並使拋光件4的拋光面42與靜電夾盤的待拋光面緊密接觸。或者，當靜電夾盤設置於控溫部2的上側時，利用靜電夾盤的自重將拋光件4壓至靜電夾盤與控溫部2之間，並使拋光件4的拋光面42與靜電夾盤的待拋光面緊密接觸。或者，利用驅動裝置6（驅動裝置6外套設有波紋管）作用於靜電夾盤和/或控溫部2，以使靜電夾盤和控溫部2緊緊地夾住拋光件4，使拋光件4的拋光面42與靜電夾盤的待拋光面緊密接觸。拋光件4受到的自拋光件4至靜電夾盤方向的力也可以由其他方式產生，此處不作具體限定。

其中，所述控溫部2接地，所述靜電夾盤內設置電極，對拋光件4進行吸附，可以獲得拋光件4對於靜電夾盤的陶瓷層11的最大壓力，該壓力的均勻性優於機械加壓，使得拋光件4在膨脹或收縮時對靜電夾盤的陶瓷層11的摩擦拋光更加均勻。

本實施例中，所述驅動裝置6可以是任一現有的結構，只要能夠直接或間接驅動所述控溫部2和/或所述基座8移動，以使所述拋光件與所述靜電夾盤的待拋光面接觸或分離即可。此處不再贅述。

本實施例中，該表面形貌平整化設備還包括：第二冷卻裝置13，形成於所述靜電夾盤的內部。第二冷卻裝置13用於在其啟動後將所述靜電夾盤的溫度穩定在一設定溫度或設定溫度範圍內。對於該處設定溫度和設定溫度範圍不作具體限定，該設定溫度/設定溫度範圍可以是靜電夾盤在拋光前的初始設定溫度/初始設定溫度範圍，也可以是其它可實施的設定溫度/設定溫度範圍，只要能保證在控溫部2形成熱冷循環時，拋光件4的拋光面42與靜電夾盤的待拋光面之間可以因拋光件4的熱脹冷縮而產生相對位移即可。

本實施例中，對於所述第二冷卻裝置13的結構以及所述第二冷卻裝置13與所述靜電夾盤的位置關係不作具體限定，僅以圖3所示的結構和位置關係進行舉例說明。具體地，第二冷卻裝置13形成於所述靜電夾盤的內部；所述第二冷卻裝置13包括第二冷卻腔132、第二進口131和第二出口133，第二進口131和第二出口133均與第二冷卻腔132連通。當所述第二進口131接入冷卻介質後，冷卻介質依次經由所述第二進口131、所述第二冷卻腔132和所述第二出口133後流出，並帶走所述靜電夾盤的部分熱量。

本實施例中，對於第二冷卻腔132的形狀以及冷卻介質的具體類型不作具體限定，只要在冷卻介質經由第二冷卻腔132後可以均勻地帶走靜電夾盤的熱量即可。例如，冷卻介質可以是液體、氣體和氣液混合物中的任何一種。

本實施例中，該表面形貌平整化設備還包括：第二測溫模組，第二測溫模組用於測量所述靜電夾盤的待拋光面的溫度。第二測溫模組配合第二冷卻裝置13，可實現對所述靜電夾盤的待拋光面的溫度進行精準控制。

其中，第二測溫模組可以是佈置於靜電夾盤的溫度傳感器陣列，溫度傳感器陣列可以是集成在靜電夾盤上的無線傳輸陣列，也可以是後期加工並貼附於靜電夾盤表面的有線傳感器陣列。進一步地，第二測溫模組也可以是佈置於靜電夾盤的單個溫度傳感器，相對於昂貴的溫度傳感器陣列，採用單個溫度傳感器的方式成本更低。

在對靜電夾盤的待拋光面進行拋光的過程中，通過第二測溫模組和第二冷卻裝置13將靜電夾盤的待拋光面控制在一設定溫度或設定溫度範圍內，避免靜電夾盤因控溫部2的溫度變化而發生溫度變化，進而導致靜電夾盤發生膨脹或收縮，影響對靜電夾盤的拋光效果。

圖3實施例中，表面形貌平整化設備不包括處理腔，圖4實施例中，表面形貌平整化設備包括處理腔5。

圖5為本發明實施例中另一表面形貌平整化設備的結構示意圖。

請參閱圖5，靜電夾盤放置在承載台28的承載面上；驅動裝置7安裝在承載台28上，驅動裝置7可以是任一現有的結構，此處不再贅述；控溫部2相對於處理腔5的位置可以是固定的，具體可通過與處理腔5一體成型的方式實現。

所述靜電夾盤包括基座8和位於基座8上方的陶瓷層1，利用拋光件4的拋光面42對陶瓷層1的表面進行拋光時，啟動加熱裝置22，將控溫部2加熱至設定溫度，啟動驅動裝置7，移動拋光件4至其非拋光面41與控溫部2接觸，拋光件4的拋光面42在受熱膨脹的過程中對靜電夾盤進行拋光；再次啟動驅動裝置7，移動承載台28至拋光件4的非拋光面41與控溫部2分離，通過基座內的第二冷卻裝置（圖5中未示出）使靜電夾盤的溫度降低，進而使拋光件4的溫度降低，拋光件4的拋光面42在膨脹收縮的過程中再次對靜電夾盤進行拋光；重複上述的步驟，直至所述靜電夾盤的表面形貌平整度達到設定要求。

在本實施例中，表面形貌平整化設備還包括：處理腔5，所述靜電夾盤位於所述處理腔5內，所述控溫部2與靜電夾盤相對設置；進氣裝置52，用於向處理腔5內輸送氣體；真空泵，用於使處理腔5內為真空環境。

所述進氣裝置52用於向處理腔5內輸送氣體，氣體包括：氮氣或者空氣中的至少一種。所述靜電夾盤內設置電極，所述電極與直流電源相連，所述氣體輸送至拋光件4的表面能夠帶走感應出的電荷，從而使拋光件4能夠被靜電吸附，有利於拋光件4對靜電夾盤進行拋光。

圖6為本發明實施例中另一表面形貌平整化設備的結構示意圖。

請參閱圖6，該實施例中的控溫部9採用紅外線輻射源91對拋光件4進行加熱，並增加了可移動至所述拋光件4與所述紅外線輻射源91之間的隔板92。該隔板92除了可以隔離所述拋光件4與所述紅外線輻射源91之間的紅外線，該隔板92還可以接地，以保證靜電夾盤可以在其內的電極與直流電源連接後將拋光件4吸附固定。所述靜電夾盤包括基座8和位於基座8上方的陶瓷層1，所述靜電夾盤支撐在所述承載台28上。

當所述隔板92移動至所述拋光件4與所述紅外線輻射源91之間後，所述隔板92隔離所述拋光件4與所述紅外線輻射源91之間的紅外線，此時所述拋光件不被紅外線輻射源91加熱，所述靜電夾盤內設置第二冷卻裝置13，使靜電夾盤的溫度降低，進而使拋光件4的溫度降低；當所述隔板92移走，不設置在拋光件4與紅外線輻射源91之間，所述紅外線輻射源91的紅外線可以到達拋光件的表面，用於對拋光件進行加熱，所述拋光件受熱膨脹。所述拋光件不斷在膨脹和收縮狀態來回切換，從而實現對靜電夾盤表面的拋光。

在一種實施例中，表面形貌平整化設備包括：處理腔5，所述靜電夾盤位於所述處理腔5內，所述控溫部2與靜電夾盤相對設置；進氣裝置52，用於向處理腔5內輸送氣體；真空泵，用於使處理腔5內為真空環境。

所述進氣裝置52用於向處理腔5內輸送氣體，氣體包括：氮氣或者空氣中的至少一種。所述靜電夾盤內設置電極，所述電極與直流電源相連，所述氣體輸送至拋光件4的表面能夠帶走感應出的電荷，從而使拋光件4能夠被靜電吸附，有利於拋光件4對靜電夾盤進行拋光。

在另一種實施例中，表面形貌平整化設備不包括：處理腔5，所述隔板92接地，所述靜電夾盤內設置電極，所述電極與直流電源相連，使拋光件被吸附，有利於拋光件對靜電夾盤表面進行拋光。

在另一實施例中，表面形貌平整化設備不包括隔板，通過反復開啟關閉所述紅外輻射源，在所述拋光件形成所述熱冷循環，以對靜電夾盤的表面進行拋光。

上述處理腔5由多個壁（如側壁、頂壁和底壁）圍合而成，該處理腔5通常可呈圓柱形，處理腔5的側壁可垂直於頂壁與底壁，所述靜電夾盤、所述控溫部2和所述拋光件4設於所述處理腔5內，處理腔5為靜電夾盤、控溫部2、拋光件4等提供較為封閉的環境，設置有處理腔5的表面形貌平整化設備可以使拋光件4的熱脹冷縮過程不受外界環境的影響，也便於工作人員檢測和直接控制處理腔5的內部環境。該“內部環境”是一個集合概念，該“內部環境”中包括了多種具體的內部環境，例如真空度、溫度、光照強度、空氣成分等等。

另外，該表面形貌平整化設備還包括：抽真空裝置51，抽真空裝置51用於調節所述處理腔5內的真空度，在使用本實施例中的表面形貌平整化設備時，通過抽真空裝置51將處理腔5的內部抽至真空，並至少達到粗真空的真空度要求，其作用至少包括以下幾點：1、除去處理腔5內多餘的氣體；2、除去處理腔5內多餘的水分；3、絕緣，保證電極14通電後的安全性。對應地，導熱脂3為真空導熱脂，真空導熱脂可以保證在處理腔5抽至真空後，控溫部2與拋光件4之間仍具有良好的熱傳導。

在上述的各實施例中，所述拋光件4的硬度大於或等於所述靜電夾盤的陶瓷層11的硬度，進而保證拋光件4的拋光面42可以對靜電夾盤的待拋光面進行有效地拋光。具體地，所述靜電夾盤是由含有摻雜元素的氧化鋁粉末燒結成型，所述摻雜元素包括：鎂、矽或鈦中的至少一種；所述拋光件4的材料包括：半導體材料或者金屬材料。

本實施例還提供了一種提高靜電夾盤表面形貌平整化的方法，請參考圖7，該方法包括：

步驟S1、提供如上述的表面形貌平整化設備；

步驟S2、通過控制所述控溫部控制拋光件形成熱冷循環，使拋光件膨脹或收縮，以對靜電夾盤的待拋光面進行拋光。

本實施例中的所述拋光件上的熱冷循環可以由多種方式形成，具體以下述的三種方式進行舉例說明：

請參閱圖3或圖4，反復切換所述加熱裝置22和所述第一冷卻裝置23形成熱冷循環，使拋光件4週期性的膨脹或收縮，與靜電夾盤的待拋光面之間週期性地產生相對位移，利用所述拋光面42對靜電夾盤的待拋光面進行拋光；

請參閱圖5，控溫部2的溫度保持不變，通過驅動裝置7驅動承載台28，使拋光件4的非拋光面與控溫部2接觸，此時拋光件4受熱膨脹；然後通過驅動裝置7驅動承載台28，使拋光件4的非拋光面與控溫部2分開，打開進氣裝置52，此時拋光件4冷卻收縮；重複上述步驟，使拋光件4週期性的膨脹或收縮，與靜電夾盤的待拋光面之間週期性地產生相對位移，利用所述拋光面42對靜電夾盤的待拋光面進行拋光；

請參閱圖6，紅外線輻射源對拋光件4進行加熱，此時拋光件4受熱膨脹；然後移動隔板92至紅外線輻射源與拋光件4之間，打開進氣裝置52，此時拋光件4受冷收縮；重複上述步驟，使拋光件4週期性的膨脹或收縮，與靜電夾盤的待拋光面之間週期性地產生相對位移，利用所述拋光面42對靜電夾盤的待拋光面進行拋光。

具體地，可通過手動或電力驅動的方式切換所述加熱裝置22和所述第一冷卻裝置23，此處不作具體限定。

本實施例中，該方法還包括：

步驟S3、控制所述靜電夾盤的待拋光面的溫度，以使所述靜電夾盤的待拋光面始終維持在設定溫度範圍之內，避免靜電夾盤在與拋光件4接觸後，靜電夾盤的溫度變化至與拋光件4的溫度一致。

具體地，通過所述第二進口131接入冷卻介質，冷卻介質依次經由所述第二進口131、所述第二冷卻腔132和所述第二出口133後流出，並帶走所述靜電夾盤的部分熱量，並配合第二冷卻裝置13，實現對所述靜電夾盤的待拋光面的溫度的精準控制。

具體地，所述靜電夾盤的待拋光面的設定溫度範圍為-10℃~80℃。

本實施例中，通過控制所述加熱裝置22和所述第一冷卻裝置23來調節所述控溫部2的溫度，進而使所述拋光件4的溫度發生變化，具體包括：

降溫步驟：控制所述第一冷卻裝置23，持續第一設定時間；

升溫步驟：控制所述加熱裝置22，持續第二設定時間；

交替降溫步驟和升溫步驟多次，直至所述靜電夾盤的表面形貌平整度達到設定要求；

其中，所述降溫步驟和升溫步驟形成一個熱冷循環。

具體地，所述熱冷循環的溫度範圍為：-10℃~150℃。

具體地，所述第一設定時間和/或第二設定時間在10s~30s之間。

本實施例中，所述靜電夾盤的拋光度通過與所述靜電夾盤相接觸的拋光件4的溫度變化曲線來表徵。

本實施例中，在相鄰的兩個冷熱週期之間，還包括：

步驟S201、通過與所述靜電夾盤相接觸的拋光件4的溫度變化曲線來判斷所述靜電夾盤的拋光度是否達到設定要求；

若所述靜電夾盤的拋光度未達到設定要求，則在下一個相鄰的兩個冷熱週期之間重複步驟S201。

本實施例中，所述步驟S201具體包括：

關閉所述加熱裝置22和所述第一冷卻裝置23；

調節所述拋光件4與所述靜電夾盤的相對位置，以使所述拋光件4與所述靜電夾盤的待拋光面相接觸；

持續記錄所述拋光件4的溫度變化曲線，並與目標曲線進行對比，以確定所述拋光件4是否達到設定要求。

綜上所述，本發明具有以下優點：

本實施例通過反復切換所述加熱裝置22和所述第一冷卻裝置23使控溫部2形成熱冷循環，進而使通過真空導熱膠與控溫部2接觸的拋光件4膨脹或收縮，以使拋光件4的拋光面42對靜電夾盤的待拋光面進行拋光。

本實施例通過靜電夾盤對拋光件4進行吸附，可以獲得拋光件4對於靜電夾盤的陶瓷層的最大壓力，該壓力的均勻性優於機械加壓，使得膨脹或收縮的晶圓對靜電夾盤的陶瓷層的摩擦拋光更加均勻。

本實施例通過第二冷卻裝置13對靜電夾盤的待拋光面進行冷卻，使靜電夾盤的待拋光面的溫度不隨拋光件4的溫度變化而變化，使得拋光件4與靜電夾盤之間存在可控溫度差，大大提高拋光效果的穩定性。

儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限定。在本案所屬技術領域中具有通常知識者閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。

1:陶瓷層 111:凸台 13:第二冷卻裝置 131:第二進口 132:第二冷卻腔 133:第二出口 14:電極 2:控溫部 21:控溫本體 22:加熱裝置 23:第一冷卻裝置 231:第一進口 232:第一冷卻腔 233:第一出口 28:承載台 3:導熱脂 4:拋光件 41:非拋光面 42:拋光面 5:處理腔 51:抽真空裝置 52:進氣裝置 6:驅動裝置 7:驅動裝置 8:基座 9:控溫部 91:紅外線輻射源 92:隔板 S1,S2:步驟

為了更清楚地說明本發明專利實施例的技術方案，下面將對實施例描述所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明專利的一些實施例，對於本案所屬技術領域中具有通常知識者來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。 圖1為本發明一種JR型靜電夾盤的結構示意圖； 圖2為圖1中A處的結構示意圖； 圖3為本發明實施例中一表面形貌平整化設備的結構示意圖； 圖4為本發明實施例中另一表面形貌平整化設備的結構示意圖； 圖5為本發明實施例中另一表面形貌平整化設備的結構示意圖； 圖6為本發明實施例中另一表面形貌平整化設備的結構示意圖； 圖7為本發明實施例中一提高靜電夾盤表面形貌平整度的方法的流程圖。

1:陶瓷層

13:第二冷卻裝置

131:第二進口

132:第二冷卻腔

133:第二出口

14:電極

2:控溫部

21:控溫本體

22:加熱裝置

23:第一冷卻裝置

231:第一進口

232:第一冷卻腔

233:第一出口

3:導熱脂

4:拋光件

41:非拋光面

42:拋光面

6:驅動裝置

8:基座

Claims (27)

1. 一種表面形貌平整化設備，包括： 一靜電夾盤，其具有一待拋光面； 一控溫部，與該待拋光面相對設置； 一拋光件，其具有一拋光面，該拋光面用於接觸該靜電夾盤的該待拋光面； 該控溫部用於對該拋光件加熱或冷卻，使該拋光件受熱膨脹或受冷收縮，該拋光件的該拋光面對該靜電夾盤的該待拋光面進行拋光。
2. 如請求項1所述的表面形貌平整化設備，進一步包括一驅動裝置，用於驅動該控溫部和/或該靜電夾盤移動，當該控溫部對該拋光件進行加熱時，該驅動裝置用於使該控溫部、該拋光件和該靜電夾盤之間相互接觸。
3. 如請求項2所述的表面形貌平整化設備，其中該控溫部內設有一加熱裝置和一第一冷卻裝置，該加熱裝置用於對該拋光件進行加熱，該第一冷卻裝置用於對該拋光件進行冷卻，通過反復切換該加熱裝置和第一冷卻裝置，以形成該拋光件的熱冷循環。
4. 如請求項3所述的表面形貌平整化設備，其中該拋光件進一步包括與該拋光面相對的一非拋光面，該拋光件的該非拋光面通過一導熱脂與該控溫部連接。
5. 如請求項4所述的表面形貌平整化設備，其中該導熱脂的材料包括：矽脂或者碳纖維摻雜的矽膠。
6. 如請求項3所述的表面形貌平整化設備，其中該第一冷卻裝置包括： 一第一冷卻腔； 一第一進口，與該第一冷卻腔連通；以及 一第一出口，與該第一冷卻腔連通； 當該第一進口接入冷卻介質後，冷卻介質依次經由該第一進口、該第一冷卻腔和該第一出口後流出，並帶走該控溫部的部分熱量。
7. 如請求項1所述的表面形貌平整化設備，進一步包括： 一電極，設於該靜電夾盤內； 一直流電源，與該電極相連，用於在該靜電夾盤表面產生靜電引力以吸附該拋光件。
8. 如請求項1所述的表面形貌平整化設備，進一步包括： 一第二冷卻裝置，設置於該靜電夾盤內，用於對該靜電夾盤進行冷卻。
9. 如請求項8所述的表面形貌平整化設備，其中該第二冷卻裝置包括： 一第二冷卻腔； 一第二進口，與該第二冷卻腔連通； 一第二出口，與該第二冷卻腔連通； 當該第二進口接入冷卻介質後，冷卻介質依次經由該第二進口、該第二冷卻腔和該第二出口後流出，並帶走該靜電夾盤的部分熱量。
10. 如請求項2所述的表面形貌平整化設備，進一步包括：一承載台，該靜電夾盤設置在該承載臺上，該驅動裝置用於驅動該承載台帶動該靜電夾盤上下移動，該拋光件置於該靜電夾盤上，該拋光件的該拋光面與靜電夾盤的該待拋光面貼合；該控溫部包括一加熱裝置，該加熱裝置用於加熱該控溫部；通過該驅動裝置控制該拋光件與該控溫部接觸與否，來控制該拋光件是否被加熱，通過反復切換使該拋光件與該控溫部接觸、不接觸以形成該拋光件的熱冷循環。
11. 如請求項1所述的表面形貌平整化設備，其中該控溫部包括一紅外輻射源，用於對該拋光件進行加熱； 通過控制該紅外輻射源的熱量是否到達該拋光件的表面，用於對該拋光件進行加熱或冷卻，該拋光件受熱膨脹或受冷收縮，對該靜電夾盤的表面進行拋光。
12. 如請求項11所述的表面形貌平整化設備，進一步包括：一隔板，其可伸進或伸出該紅外輻射源與該拋光件之間，當該隔板伸進該紅外輻射源與該拋光件之間，該紅外輻射源停止對該拋光件加熱，當該隔板伸出該紅外輻射源與該拋光件之間，該紅外輻射源對該拋光件加熱，通過反復切換使該隔板伸進或伸出該紅外輻射源與該拋光件之間，使該拋光件形成熱冷循環。
13. 如請求項11所述的表面形貌平整化設備，其中通過反復開啟關閉該紅外輻射源，使該拋光件形成熱冷循環。
14. 如請求項1至13任一項所述的表面形貌平整化設備，進一步包括： 處理腔，該靜電夾盤和該拋光件設於該處理腔內。
15. 如請求項14所述的表面形貌平整化設備，進一步包括： 一抽真空裝置，用於調節該處理腔的真空度。
16. 如請求項1至13任一項所述的表面形貌平整化設備，其中該拋光件材料的硬度大於或等於該靜電夾盤材料的硬度。
17. 如請求項16所述的表面形貌平整化設備，其中該靜電夾盤是由含有一摻雜元素的氧化鋁粉末燒結成型；該摻雜元素包括：鎂、矽或鈦中的至少一種；該拋光件的材料包括：半導體材料或者金屬材料。
18. 如請求項1至13中任一項所述的表面形貌平整化設備，進一步包括： 一第一測溫模組，用於測量該控溫部的溫度； 一第二測溫模組，用於測量該靜電夾盤的溫度。
19. 一種提高靜電夾盤表面形貌平整化的方法，包括： 提供如請求項1至18中任一項所述的一表面形貌平整化設備； 通過一控溫部控制一拋光件形成熱冷循環，使該拋光件膨脹或收縮，以對一靜電夾盤的一待拋光面進行拋光。
20. 如請求項19所述的提高靜電夾盤表面形貌平整度的方法，進一步包括： 控制該靜電夾盤的該待拋光面的溫度，以使該靜電夾盤的該待拋光面始終維持在設定溫度範圍之內。
21. 如請求項20所述的提高靜電夾盤表面形貌平整度的方法，其中該靜電夾盤的該待拋光面的設定溫度範圍為-10℃~80℃。
22. 如請求項19所述的提高靜電夾盤表面形貌平整度的方法，其中 通過控制該控溫部到達該拋光件的熱量多少，使該拋光件受熱膨脹或受冷收縮，具體包括： 降溫步驟：使一加熱裝置的熱量難以到達該拋光件，持續一第一設定時間； 升溫步驟：利用該加熱裝置對該拋光件加熱，持續一第二設定時間； 交替降溫步驟和升溫步驟多次，直至該靜電夾盤的表面形貌平整度達到設定要求； 其中，該降溫步驟和升溫步驟形成一個熱冷循環。
23. 如請求項22所述的提高靜電夾盤表面形貌平整度的方法，其中該熱冷循環的溫度範圍為：-10℃~150℃。
24. 如請求項22所述的提高靜電夾盤表面形貌平整度的方法，其中 該第一設定時間和/或該第二設定時間在10s~30s之間。
25. 如請求項19所述的提高靜電夾盤表面形貌平整度的方法，其中 該靜電夾盤的拋光度通過與該靜電夾盤相接觸的該拋光件的溫度變化曲線來表徵。
26. 如請求項25所述的提高靜電夾盤表面形貌平整度的方法，其中在相鄰的兩個熱冷循環之間，進一步包括： 判斷步驟：通過與該靜電夾盤相接觸的該拋光件的溫度變化曲線來判斷該靜電夾盤的拋光度是否達到設定要求； 若該靜電夾盤的拋光度未達到設定要求，則在下一個相鄰的兩個熱冷循環之間重複步驟該判斷步驟。
27. 如請求項26所述的提高靜電夾盤表面形貌平整度的方法，其中 該判斷步驟具體包括： 關閉該加熱裝置和一第一冷卻裝置； 調節該拋光件與該靜電夾盤的相對位置，以使該拋光件與該靜電夾盤的該待拋光面相接觸； 持續記錄該拋光件的溫度變化曲線，並與目標曲線進行對比，以確定該拋光件是否達到設定要求。

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