TWI638705B - Dressing device, chemical mechanical polishing device with dressing device, and dresser plate for dressing device - Google Patents

Abstract

一種修整裝置、具備修整裝置的CMP裝置以及用於修整裝置的修整器盤，可改善修整器盤旋轉時的搖晃。修整裝置(1)可對研磨墊進行修整，具有：保持部(3)，其能夠與可旋轉且可上下移動的修整器驅動軸(2)連接；修整器盤(4)，其能夠安裝在保持部(3)上，具有與研磨墊摩擦的修整面(4a)；呈向盤半徑方向延伸的凹凸狀的扭矩傳遞部(6)，其形成在保持部(3)及修整器盤(4)上，且當修整器盤(4)安裝在保持部(3)上時扭矩傳遞部(6)嵌合；以及平坦面狀的接觸面(7)，其形成為扭矩傳遞部(6)的周圍的一個面，當傳遞修整器驅動軸(2)的扭矩時進行平面接觸。

Description

修整裝置、具備修整裝置的化學機械研磨裝置以及用於修整裝置的修整器盤

本發明涉及一種對用於研磨半導體晶片等被研磨物的研磨墊進行修整的修整裝置及具有該修整裝置的化學機械研磨裝置、用於該修整裝置的修整器盤。

近年來，半導體元件的細微化及複雜化不斷發展，在半導體元件的製造工序中以納米單位要求半導體晶片等的基板表面的平坦化。為了實現這種要求，對於半導體晶片等的表面的平坦化，使用例如化學機械研磨裝置(以下稱為CMP(Chemical Mechanical Polishing)裝置)。

CMP裝置例如如圖16所示，具有：上表面具有研磨墊10的研磨台11；以及對半導體晶片等基板進行保持的頂環12。通過使研磨墊10、頂環12分別向箭頭方向旋轉，一邊將研磨液供給到研磨墊10上一邊將保持在頂環12內的基板以規定壓力按壓到研磨墊10上，從而可研磨基板表面。研磨液可使用例如將二氧化矽等微粒子作為磨料顆粒而懸浮在鹼性溶液中製成的研磨液。由此，基板表面不僅由研磨墊進行研磨，而且利用研磨液的鹼所產生的化學研磨作用和磨料顆粒所產生的機械研磨作用而被平坦化。

在這種CMP裝置中，隨著反復進行基板研磨，研磨墊10就 變得平滑，且因為附著磨料顆粒和研磨屑而使研磨性能下降。因此，為了恢復研磨性能，必須進行修整(整形)。為了對研磨墊10進行修整，CMP裝置有時具有修整裝置13。

修整裝置13例如具有可旋轉的保持部14；以及安裝在保持部上的修整器盤。修整器盤的底面作為修整面，電鍍有金剛石粒子等。通過使修整面旋轉並在研磨墊上摩擦，從而可對研磨墊10進行修整並去除附著在研磨墊10上的磨料顆粒和研磨屑等。

作為以往的修整器盤，如下專利文獻1示出了一種修正盤(相當於修整器盤)：其基體件的表面電鍍有圓環狀的金剛石粒子，可充分刮出研磨屑。

作為以往的修整裝置，如下專利文獻2示出了這樣一種修整裝置：具有球面軸承和彈簧機構，球面軸承可將修整部件(相當於修整器盤)相對修整器驅動軸傾斜移動，彈簧機構產生與修整部件的傾斜移動相抗衡的力，不使研磨墊產生不均勻磨損。

另外，如下專利文獻3示出了這樣一種方法：在研磨面的修正中，反復進行研磨面的高度的測定和測定點的位置的算出，生成研磨面內的高度分佈，對研磨墊的研磨面進行監視。

專利文獻1：日本專利特開2001-121417號公報

專利文獻2：日本專利特開2010-172996號公報

專利文獻3：日本專利特開2012-250309號公報

如上述專利文獻1~3等所示，為了實現半導體元件的細微化 和複雜化，而利用各種方法來獲得研磨墊的平坦化。

但是，在以往的修整裝置中，例如，如圖17(專利文獻2中的圖4)所示，用固定螺絲或圓杆狀的銷等固定件16將保持部14和修整器盤15連接起來，保持部14的旋轉扭矩傳遞到修整器盤15。

如此，當用固定螺絲或圓杆狀的銷等固定件16向修整器盤15傳遞旋轉扭矩，則有時在固定件16附近局部產生應力集中，修整器盤15的旋轉產生微妙搖晃，不能保持水平旋轉。因此，與研磨墊10的接觸狀況產生微小變化，有時對研磨墊10的修整產生影響。

為此，本發明提出了一種修整裝置、具備該修整裝置的CMP裝置以及用於該修整裝置的修整器盤，可改善修整器盤旋轉的搖晃。

本發明的一形態是一種修整裝置，對研磨墊進行修整，其中，具有：保持部，該保持部能夠與可旋轉且可上下移動的修整器驅動軸連接；修整器盤，該修整器盤能夠安裝在保持部上，具有與研磨墊摩擦的修整面；呈向盤半徑方向延伸的凹凸狀的扭矩傳遞部，該扭矩傳遞部形成在保持部及修整器盤上，且當修整器盤安裝在保持部上時該扭矩傳遞部嵌合；以及平坦面狀的接觸面，該接觸面形成為扭矩傳遞部的周圍的一個面，當傳遞修整器驅動軸的扭矩時進行平面接觸。

作為本發明的較佳形態，扭矩傳遞部的修整器盤側可形成為凹槽狀，扭矩傳遞部的保持部側可形成為凸條狀，另外，在俯視盤時，可相對於修整器盤的旋轉中心而點對稱地至少形成一對扭矩傳遞部。

作為本發明的較佳形態，在俯視盤時，接觸面可形成在通過 修整器盤的旋轉中心的直線上，或者，接觸面可相對於通過修整器盤的旋轉中心的直線形成為13°以下。

作為本發明的較佳形態，可在保持部的外周設有向下方突出的周壁部，且在該周壁部的內側形成有能夠收納修整器盤的盤收納部。

作為本發明的較佳形態，在俯視盤時，扭矩傳遞部的盤外緣側的寬度，可形成為從接觸面的內側端點至旋轉中心的距離的1/2以下，另外，在俯視盤時，在修整器盤的上表面所呈現的接觸面的緣部的長度，相對於盤半徑可形成為0.4以上。

本發明的另一形態是一種具有上述修整裝置的化學機械研磨裝置。

本發明的另一形態是一種修整器盤，用於對研磨墊進行修整的修整裝置，該修整器盤能夠安裝在保持部上，該保持部與可旋轉且可上下移動的修整器驅動軸連接，該修整器盤的特徵在於，具有：扭矩傳遞部，該扭矩傳遞部呈向盤半徑方向延伸的凹狀或凸狀，當安裝在保持部上時該扭矩傳遞部嵌合；以及，平坦狀的接觸面，該接觸面形成為扭矩傳遞部的周圍的一個面。

本發明由於在保持部及修整器盤上，形成有向盤半徑方向延伸的凸狀或凹狀的扭矩傳遞部，在扭矩傳遞部上形成有平坦面狀的接觸面，用該面進行平面接觸而可傳遞修整器驅動軸的扭矩，因此，能將應力分散而緩和應力集中，修整器盤容易進行水平旋轉，能夠對研磨墊進行修整而不會使研磨墊產生不均勻磨損。

1‧‧‧修整裝置

1a‧‧‧支承臂

2‧‧‧修整器驅動軸

3‧‧‧保持部

3a‧‧‧開口部

3b‧‧‧底面

3c‧‧‧周壁部

3d‧‧‧盤收納部

4‧‧‧修整器盤

4a‧‧‧修整面

5a‧‧‧嵌合部

5b‧‧‧被嵌合部

6‧‧‧扭矩傳遞部

7‧‧‧接觸面

8‧‧‧CMP裝置

8a‧‧‧研磨台

8b‧‧‧研磨墊

9‧‧‧頂環

圖1是表示本發明一實施形態的修整裝置的大致立體圖。

圖2是圖1所示的修整裝置的保持部及修整器盤附近的剖視圖。

圖3是表示保持部及修整器盤的立體圖。

圖4是表示在保持部上安裝有修整器盤的狀態的仰視圖。

圖5~圖8是表示修整器盤各變形例的俯視圖。

圖9是表示修整器盤的被嵌合部附近的放大立體圖。

圖10是表示扭矩傳遞部附近的放大剖視圖。

圖11~圖13是用於說明扭矩傳遞部的角度的示圖。

圖14是用於說明扭矩傳遞部的寬度與位置之間關係的示圖。

圖15是用於說明扭矩傳遞部的接觸面的長度與盤半徑之間關係的示圖。

圖16是表示以往的CMP裝置一例子的大致立體圖。

圖17是表示以往的修整裝置一例子的剖視圖。

下面，說明本發明的修整裝置的較佳實施形態。

本發明的一實施形態的修整裝置1如圖1所示，可用於對研磨半導體基板等的研磨墊8b進行修整，如圖2等所示，修整裝置1具有修整器驅動軸2、保持部3和修整器盤4。

修整裝置1如圖1所示，在修整器驅動軸2的下端部連接有保持部3。保持部3安裝有修整器盤4。通過使修整器盤4在設於旋轉的研磨台8a上的研磨墊8b上水平旋轉並與該研磨墊8b摩擦，從而可對研磨墊8b進行修 整。修整器驅動軸2由支承臂1a支承，可移動到適當位置。

修整裝置1如圖1所示，裝備於CMP裝置8，CMP裝置8還具有對半導體晶片等基板進行保持的頂環9等。CMP裝置8通過使頂環9、研磨墊8b分別向箭頭方向旋轉，一邊將研磨液供給到研磨墊8b上一邊將保持在頂環9內的基板以規定壓力按壓在研磨墊8b上，從而可研磨基板表面。研磨液可使用將二氧化矽等微粒子作為磨料顆粒而懸浮在鹼性溶液中製成的研磨液。由此，基板表面不僅由研磨墊8b進行研磨，而且能利用研磨液的鹼所產生的化學研磨作用和磨料顆粒所產生的機械研磨作用而被平坦化。

修整器驅動軸2如圖1或圖2等所示，形成為可旋轉且可上下移動，在下端可固定保持部3。通過使修整器驅動軸2上下移動，從而可使安裝在保持部3上的修整器盤4升降而調整相對於研磨墊的負荷，另外，通過使修整器驅動軸2旋轉，從而安裝在保持部3上的修整器盤4進行旋轉，可修整研磨墊。

保持部3如圖2或圖3等所示，形成為圓盤狀，並且形成為上表面側可與修整器驅動軸2的下端部連接，底面側可安裝修整器盤4。保持部3的材質不特別限定，可從合成樹脂等中選擇。

在保持部3的中心形成有圓形的開口部3a，可嵌合連接修整器驅動軸2。與修整器驅動軸2連接的方法不限於此，可使用以往公知的連接方法，例如，可藉由球面軸承等來固定，可傾斜移動地與修整器驅動軸2連接。

保持部3的底面3b形成為水平面狀，在外周的全周設有向下方突出的周壁部3c。周壁部3c的內側作為可安裝修整器盤4的盤收納部3d。

周壁部3c的截面形成為矩形，其內側面沿所安裝的修整器盤4的外緣而形成。通過設置周壁部3c，可對修整器盤4進行定位，可防止修整器盤4在旋轉時因離心力而偏移的現象。

保持部3的底面3b形成有向半徑方向延伸的凸狀的嵌合部5a，可與形成在修整器盤4上的被嵌合部5b嵌合而形成扭矩傳遞部6。嵌合部5a也可形成為凹狀，詳細如後述。

修整器盤4如圖3等所示，形成為中心設有圓形開口部的圓盤板狀，在修整器盤4的底面形成修整面4a，修整面4a與研磨墊摩擦，修整器盤4的上表面側形成為可安裝在保持部3上。也可不設置圓形開口部。

修整面4a如圖4等所示，形成為一定寬度的圓環狀，並且修整面4a形成為電鍍有金剛石等具有硬度的粒子。修整面4a的形狀不限於此，也可做成以往公知的形狀，例如，也可形成以一定寬度使外周向下方突出的凸部，在該凸部的頂端面形成修整面4a。

要將修整器盤4安裝在保持部3上，則可使用以往公知的方法，但較好的是，在保持部3內埋設磁鐵等，從而可利用磁力安裝修整器盤4。此時，較好的是，修整器4由具有磁性的金屬例如不銹鋼等形成。除此以外，例如也可用銷、螺絲和螺栓等進行安裝，另外，也可預先在保持部3的上表面設置貫通的孔，使得可利用吸引方式安裝修整器盤4。

如圖2或圖3等所示，在修整器盤4的上表面，形成有向盤半徑方向延伸的凹狀的被嵌合部5b，被嵌合部5b形成為可與嵌合部5a嵌合的形狀，且被嵌合部5b與嵌合部5a一起形成扭矩傳遞部6。

扭矩傳遞部6由互相嵌合的嵌合部5a和被嵌合部5b形成，可 將修整器驅動軸2的扭矩從保持部3高效地傳遞至修整器盤4。被嵌合部5b可形成為凸狀，也可形成為與嵌合部5a嵌合而分別對應的凹凸狀。較好的是，嵌合部5a及被嵌合部5b在嵌合時可大致無間隙地嵌合，另外，較好的是，周圍的各個面做成大致垂直的面。

在圖2或圖3等所示的形態中，在修整器盤4上設有凹槽狀的被嵌合部5b，在保持部3上設有凸條狀的嵌合部5a。雖然也可在修整器盤4上設置凸條狀的被嵌合部5b，在保持部3上設置凹槽狀的嵌合部5a，但若這樣的話，例如修整器盤4的上表面只要是平面狀，則就能安裝。因此，為了防止安裝錯誤，較好的是將被嵌合部5b形成為凹槽狀，將嵌合部5a形成為凸條狀。

在俯視盤時，被嵌合部5b(或嵌合部5a)形成為向盤半徑方向延伸的形狀。例如，圖5~圖8表示修整器盤4的被嵌合部5b的變形例，也可如圖5所示那樣的楔形狀、圖6所示那樣的半圓狀或魚板狀、圖7所示那樣的長方狀、圖8所示那樣的長圓狀等。通過做成向盤半徑方向延伸的形狀，則修整器盤4的旋轉穩定，力量難以向盤半徑方向作用。在形成為圖6所示那樣的半圓狀或魚板狀的場合，在修整器盤旋轉時尤其難以產生錯位。另外，圖5~圖8所示的被嵌合部5b是形成為凹槽狀的情況。

被嵌合部5b(或嵌合部5a)的深度(或伸出餘量寬度)不特別限定，但可形成為當傳遞扭矩時互相鉤掛的深度(或伸出餘量寬度)，且相對於修整器盤4外緣的厚度為20%~80%，40%~60%特好。

扭矩傳遞部6也可形成至少一個，但較好的是相對於修整器盤4的旋轉中心而點對稱地至少形成一對，形成一對~四對特好。由此，可進 一步緩和應力集中。如圖8所示，也可相對於修整器盤4的旋轉中心而點對稱地形成四對。

如圖9或圖10等所示，在扭矩傳遞部6上，形成有平坦面狀的接觸面7，以便當修整器驅動軸2旋轉時嵌合部5a和被嵌合部5b進行平面接觸。通過設有接觸面7，從而可將應力適度分散，同時可減少損失地將扭矩傳遞至修整器盤4。如圖10所示，當保持部3向箭頭方向旋轉時，在圖10中嵌合部5a及被嵌合部5b左側的面就成為接觸面7。

為了高效率地傳遞扭矩，接觸面7較好的是做成大致垂直的面。另外，由於接觸面7形成為平坦面，因此，在修整器盤4的上表面，接觸面7的緣部呈現為直線狀。

在俯視時將扭矩傳遞部6形成為楔形狀、長圓狀和長方形狀等時，與接觸面7相對的面也可做成接觸面7’，成為向任何方向旋轉都可對應的修整器盤4。

如圖11或圖12所示，在俯視盤時，接觸面7相對於通過修整器盤4的旋轉中心及接觸面7內側端點I的直線的角度θ形成為13°以下，形成為5°以下特好。當該數值超過13°時，扭矩容易逃向盤半徑方向，修整器盤4的旋轉難以穩定。

尤其，如圖13所示，較好的是接觸面7形成在通過修整器4的旋轉中心及接觸面7內側端點I的直線上(即θ=0)。如圖11或圖12所示，接觸面7也可相對於盤半徑方向而傾斜，但如圖13所示，通過使接觸面7成為盤半徑方向，可減少扭矩損失，能可靠地將扭矩傳遞至修整器盤4。

如圖14所示，在俯視盤時，扭矩傳遞部6的盤外緣側的寬度 W形成為接觸面7內側端點I至旋轉中心的距離R的1/2以下，形成為1/4以下特好。由此，應力難以逃向盤半徑方向，減少扭矩損失。圖14表示在俯視盤時將被嵌合部5b形成為長方形狀的凹槽狀的情況，但並不限於此。

如圖15所示，在俯視盤時，在修整器盤4的上表面所呈現的接觸面7的緣部的長度L相對於盤半徑r而形成為0.4以上，形成為0.7以上特好。由此，由於在接觸面7中應力被適度分散，可防止修整器盤4旋轉時產生搖晃的現象。

修整裝置1，由於在保持部3及修整器盤4上形成有向盤半徑方向延伸的凸狀或凹狀的扭矩傳遞部6，在扭矩傳遞部6上形成有平坦狀的接觸面7，並可用該面進行平面接觸而傳遞修整器驅動軸2的扭矩，因此，可緩和應力集中，減少修整器盤4旋轉時的搖晃，能夠對研磨墊8b進行修整而不會使研磨墊8b產生不均勻磨損。

修整裝置1可裝備在CMP裝置8中，可對用於研磨半導體晶片等被研磨物的研磨墊進行修整。

上述實施形態的結構形態，不舉作為對本發明進行限定的結構形態，只要技術目的相同，是可變更的，本發明包含這種變更。

Claims (12)

1. 一種修整裝置，對研磨墊進行修整，該修整裝置的特徵在於，具有：修整器盤，該修整器盤具有與研磨墊摩擦的修整面；保持部，該保持部保持該修整器盤；及修整器驅動軸，該修整器驅動軸固定於該保持部，將扭矩傳遞至該修整器盤；該修整器盤及該保持部具有接觸面，前述接觸面互相安裝，而且用於將來自該修整器驅動軸的扭矩傳遞至該修整器盤；該接觸面由凹凸狀嵌合部所構成，該凹凸狀嵌合部係為將凹狀側形成為周圍是閉鎖的凹槽狀，且該接觸面在俯視該修整器盤時，至少半徑方向內側及半徑方向外側具有2個端點，當從該修整器盤的旋轉中心起劃一通過位於該半徑方向內側之端點的直線時，此直線與另一連接該半徑方向內側之端點及該半徑方向外側之端點的直線所形成的角度為13°以下。
2. 如申請專利範圍第1項所述的修整裝置，其中前述接觸面係修整器盤側之接觸面設置於凹槽，保持部側之接觸面設置於凸條。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述的修整裝置，其中在俯視修整器盤時，相對於修整器盤的旋轉中心而點對稱地至少形成一對前述接觸面。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述的修整裝置，其中前述修整器盤側之接觸面在該俯視修整器盤時，至少半徑方向內側及半徑方向外側具有2個端點，當從該修整器盤的旋轉中心起劃一通過位於該半徑方向內側之端點的直線時，此直線與另一連接該半徑方向內側之端點及該半徑方向外側之端 點的直線在同一直線上。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述的修整裝置，其中在前述保持部的外周部具有向下方突出的周壁部，且在該周壁部的該保持部之半徑方向內側設置有能夠收納修整器盤的盤收納部。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述的修整裝置，其中前述接觸面在該俯視修整器盤時，係由四角形狀之該凹凸狀嵌合部所構成，該四角形狀之該凹凸狀嵌合部位於該修整器盤之外緣側的邊的寬度，係從該凹凸狀嵌合部在該修整器盤的內側的邊至旋轉中心的距離的1/2以下。
7. 如申請專利範圍第1或2項所述的修整裝置，其中前述接觸面在該俯視修整器盤時，具有半徑方向內側之端點及半徑方向外側之端點，從該半徑方向內側之端點至該半徑方向外側之端點的長度，相對於該修整器盤之半徑係0.4以上。
8. 如申請專利範圍第1項所述的修整裝置，其中前述修整器盤之上表面除了凹凸狀嵌合部分之外係形成為平面狀，在該修整器盤安裝於該保持部時，該修整器盤及該保持部以面狀接觸。
9. 如申請專利範圍第1項所述的修整裝置，其中前述凹凸狀嵌合部在該俯視修整器盤時，形成為半圓狀或魚板狀。
10. 如申請專利範圍第1項所述的修整裝置，其中前記凹凸狀嵌合部在該俯視修整器盤時，形成為楔形狀。
11. 一種化學機械研磨裝置，其特徵在於，具有申請專利範圍第1~7項中任一項所述的修整裝置。
12. 一種修整器盤，用於對研磨墊進行修整的修整裝置，該修整器盤能夠安 裝在保持部上，該保持部與可旋轉且可上下移動的修整器驅動軸連接，該修整器盤的特徵在於，具有：扭矩傳遞部，具有當安裝在保持部上時能與保持部側的嵌合部完成凹凸狀嵌合的被嵌合部；以及，平坦狀的接觸面，該接觸面形成為扭矩傳遞部的周圍的一個面，該接觸面在俯視該修整器盤時，至少半徑方向內側及半徑方向外側具有2個端點，當從該修整器盤的旋轉中心起劃一通過位於該半徑方向內側之端點的直線時，此直線與另一連接該半徑方向內側之端點及該半徑方向外側之端點的直線所形成的角度為13°以下，且該嵌合部或該被嵌合部係形成為周圍是閉鎖的凹槽狀而能完成前述凹凸狀嵌合。