CN204149007U - 一种研磨垫调整器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种研磨垫调整器，包括：研磨垫调整器手臂，以及藉由多根联轴连接于所述研磨垫调整器手臂上的多个研磨盘；所述多根联轴连接有用于分别控制各研磨盘的自转的第一动力装置、用于分别控制各研磨盘的升降的第二动力装置，以及用于控制至少一个研磨盘在所述研磨垫调整器手臂上移动的第三动力装置。本实用新型的研磨垫调整器采用多个研磨盘，并以压缩空气分别控制研磨盘的升降，利用各研磨盘的研磨速率不同来调节研磨速率，使研磨速率保持稳定，同时利用研磨盘的水平移动实现更大范围的研磨垫表面修整及表面颗粒清洁工作，进一步提高研磨的均匀性和研磨质量。同时，研磨盘在整个生命周期中都能被充分利用，大大节约了资源和成本。

Description

一种研磨垫调整器

技术领域

本实用新型涉及半导体制造领域，特别是涉及一种研磨垫调整器。

背景技术

随着高科技电子消费市场的迅速发展，晶圆制造行业要求越来越高的器件密度、越来越小的线宽，随之而来，晶圆表面平坦程度的要求越来越高。化学机械研磨(Chemical MechanicalPolishing，CMP)是目前半导体制造行业最常用的晶圆表面平坦化处理方法，化学机械研磨通过化学反应过程和机械研磨过程共同作用完成平坦化处理。

如图1所示，化学机械研磨的主要设备包括：研磨垫调整器1、研磨台2、研磨垫3(Pad)、研磨液供给器4、研磨头5。研磨垫3设置于研磨台2上；研磨头5的下端装配有待研磨晶圆6，所述待研磨晶圆6与研磨垫3接触；研磨液供给器4用于提供研磨液(Slurry)至研磨垫3表面；研磨垫调整器1的下端装配有研磨盘11(Disk)，用于对研磨垫3的表面进行修整，同时提高研磨液在所述研磨垫3上分布的均匀性；研磨液以一定的速率流到研磨垫3的表面，研磨头5给待研磨晶圆6施加一定的压力，使得待研磨晶圆6的待研磨面与研磨垫3产生机械接触，在研磨过程中，研磨头5、研磨垫调整器1、研磨台2分别以一定的速度旋转，通过机械和化学作用去除待研磨晶圆6表面的薄膜，从而达到待研磨晶圆6表面平坦化的目的。通常研磨垫3的表面具有许多助于研磨的凹凸结构，因此研磨垫3的表面呈现1μm～2μm的粗糙程度。一般化学机械研磨设备在研磨数片晶圆后，研磨垫3原先凹凸不平的表面将会变得平坦，以致研磨垫3的研磨能力降低，同时研磨的均匀性也得不到保障。同时，在研磨过程中待研磨晶圆6上被研磨掉的物质会残留在研磨垫3表面，同时，研磨液中的某些研磨液副料也会残留在研磨垫3表面，这些颗粒状的杂质将使研磨特性发生改变，进而影响研磨效果，使待研磨晶圆6表面存在划痕。因此，需要时刻保持研磨垫3表面的粗糙程度一致，同时及时去除掉落在研磨垫3表面的残留物质。而研磨垫调整器1正是用于调节研磨垫3的，可使研磨垫3的表面恢复成凹凸不平的表面并保持其粗糙程度的稳定性，同时刮除研磨垫3上的残留物质，确保研磨质量。

研磨垫调整器1主要包括起支撑作用的研磨垫调整器手臂11以及用于保持研磨垫3表面粗糙度及去除研磨垫3表面残留物质的研磨盘12，控制所述研磨盘12旋转的电机(图中未显示)。如图1所示，为了能将所述研磨垫调整器1的工作范围扩大至整个研磨垫3，需要所述研磨盘12在水平方向上往返移动，研磨效率低。如图2所示，研磨盘12为一个圆盘，其表面镶嵌有高硬度研磨件，正是这些高硬度磨件与研磨垫3表面的机械接触使得研磨垫3表面保持一定的粗糙度。新研磨盘表面研磨件的表面比较锋利，相应地研磨速率也很快，但是随着研磨盘使用时间的增加，如图3所示，其高硬度研磨件会磨损，对于研磨垫3表面的修整效果将降低，研磨速率大受影响，同时，研磨盘12的表面附着有环状的金属残渣，这些残渣对于研磨均匀性产生影响。此外，新研磨盘的研磨速率快、旧研磨盘的研磨速率慢，势必会造成生产过程中的研磨速率不稳定，研磨的均匀性也得不到保障。而且，旧研磨盘的研磨速率慢，对于大规模的工业生产是很不利的，但是如果将磨损的旧研磨盘丢弃不用则会造成很大的资源浪费。

因此，如何在研磨质量高的基础上尽量达到产量的最大化和成本的最低化已成为本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种研磨垫调整器，用于解决现有技术中研磨速率不稳定、研磨均匀性差、研磨质量差、研磨效率低等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种研磨垫调整器，所述研磨垫调整器至少包括：研磨垫调整器手臂，以及藉由多根联轴连接于所述研磨垫调整器手臂上的多个研磨盘；所述多根联轴连接有用于分别控制各研磨盘的自转的第一动力装置、用于分别控制各研磨盘的升降的第二动力装置，以及用于控制至少一个研磨盘在所述研磨垫调整器手臂上移动的第三动力装置。

优选地，所述研磨盘的数量不少于2个。

优选地，各研磨盘为圆盘状结构。

优选地，所述第一动力装置为旋转电机。

优选地，所述联轴可实现伸展或收缩的伸缩杆。

更优选地，所述第二动力装置为压缩空气产生装置，通过控制通入各联轴内的气体的压强来分别实现各联轴的伸展或收缩，进一步分别控制各研磨盘的升降。

优选地，所述第三动力装置为扫描电机。

优选地，所述第三动力装置控制所述研磨盘在所述研磨垫调整器手臂上水平移动。

优选地，所述研磨盘与研磨机台、研磨头的旋转方向一致。

如上所述，本实用新型的研磨垫调整器，具有以下有益效果：

本实用新型的研磨垫调整器采用多个研磨盘，并以压缩空气分别控制研磨盘的升降，利用各研磨盘的研磨速率不同来调节研磨速率，使研磨速率保持稳定，同时利用研磨盘的水平移动实现更大范围的研磨垫表面修整及表面颗粒清洁工作，进一步提高研磨的均匀性和研磨质量。同时，研磨盘在整个生命周期中都能被充分利用，大大节约了资源和成本。

附图说明

图1显示为现有技术中的化学机械研磨设备示意图。

图2显示为现有技术中的新研磨盘示意图。

图3显示为现有技术中的旧研磨盘示意图。

图4显示为本实用新型中的化学机械研磨设备示意图。

元件标号说明

1         研磨垫调整器

11        研磨垫调整器手臂

12        研磨盘

121       第一研磨盘

122       第二研磨盘

123       第三研磨盘

13        第一动力装置

14        第二动力装置

15        第三动力装置

2         研磨台

3         研磨垫

4         研磨液供给器

5         研磨头

6         待研磨晶圆

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图4所示，本实用新型提供一种研磨垫调整器1，所述研磨垫调整器1至少包括：研磨垫调整器手臂11，以及藉由多根联轴连接于所述研磨垫调整器手臂11上的多个研磨盘；所述多根联轴连接有用于分别控制各研磨盘的自转的第一动力装置13、用于分别控制各研磨盘的升降的第二动力装置14，以及用于控制至少一个研磨盘在所述研磨垫调整器手臂上移动的第三动力装置15。

所述研磨盘为圆盘状结构，研磨盘的数量不少于2个，可以根据研磨要求进行具体设定。如图4所示，在本实施例中，所述研磨盘设定为3个，分别为第一研磨盘121、第二研磨盘122、第三研磨盘123。多个研磨盘的设计能有效提高研磨的效率。

如图4所示，所述第一动力装置13连接于所述第一研磨盘121、所述第二研磨盘122及所数第三研磨盘123，用于控制各研磨盘的自转。所述第一动力装置13可以是任何能够控制研磨盘自转的装置，在本实施例中，所述第一动力装置13为旋转电机。研磨盘通过自转加速或减缓与研磨垫3之间的机械接触，实现研磨速度的提高或减低，可通过控制研磨盘的自转速度实现研磨速率的控制。

如图4所示，所述联轴为具有密闭空间的伸缩杆，可实现伸展或收缩，以此可分别控制各研磨盘的升降。所述第二动力装置14可以是任何能够控制所述联轴伸展或收缩的装置，在本实施例中，所述第二动力装置14为压缩空气产生装置。所述压缩空气产生装置藉由通气管路将气体分别通入所述联轴中，各联轴中的气压各不相同，当通入负压气体时，联轴收缩，对应的研磨盘上升；当通入正压气体时，联轴伸展，对应的研磨盘下降。通过压缩空气的气压大小给所述第一研磨盘121、所述第二研磨盘122及所数第三研磨盘123分别施加压力以分别控制所述第一研磨盘121、所述第二研磨盘122及所数第三研磨盘123的升降，所述第一研磨盘121、所述第二研磨盘122及所数第三研磨盘123实现分离式升降，各研磨盘也可选择不同的新旧程度，以此控制研磨盘与研磨垫3的接触面积以及研磨速率，使得研磨速率稳定在要求范围内，进而提高研磨的均匀性。

所述第三动力装置15与至少一个研磨盘连接。如图4所示，在本实施例中，所述第一研磨盘121及所述第三研磨盘123与所述第三动力装置15连接，并受所述第三动力装置的控制实现在所述研磨垫调整器手臂11上水平移动。所述第三动力装置15可以为任何能够控制研磨盘水平移动的装置，在本实施例中，所述第三动力装置15为扫描电机。所述第一研磨盘121及所述第三研磨盘123的水平移动可以增加所述第一研磨盘121及所述第三研磨盘123与所述研磨垫3之间的接触面积，增大对研磨垫的修整面积。同时在对研磨垫3表面的微粒进行清除时也能增大清洁面积，提高清洁效率。

所述研磨盘与研磨机台2、研磨头5的旋转方向一致，可有效提高研磨的均匀性及稳定性。

本实用新型的研磨垫调整器1具有多个研磨盘，本实施例中包括3个所述研磨盘，通过压缩空气分别控制各研磨盘的升降，以便于控制研磨的面积及速率，进一步控制研磨速率在一个稳定的范围内，进而提高研磨的均匀性。

本实用新型的研磨垫调整器1在进行研磨垫3的修整时，装配不同新旧程度的研磨盘，新研磨盘的研磨速率快、旧研磨盘的研磨速率慢，通过控制各研磨盘轮流做升降动作，来控制研磨速率的稳定。在本实施例中，若研磨速率过慢，可利用2个旧的研磨盘(分别装配于所述第一研磨盘121及所述第三研磨盘123的位置处)同时进行所述研磨垫3的修整，也可以利用1个新的研磨盘(装配于所述第二研磨盘122的位置处)进行所述研磨垫3的修整；若研磨速率过快，可利用1个旧的研磨盘(装配于所述第二研磨盘122的位置处)进行所述研磨垫3的修整；具体使用研磨盘的数量、位置以及使用研磨盘的新旧程度根据研磨速率的要求进行设定。通过不同新旧程度的研磨盘的组合可实现不同要求的研磨速率稳定性，使研磨盘在整个生命周期中都能被充分利用，节约了资源和成本，同时可利用研磨盘在所述研磨垫调整器手臂11上的水平移动扩大研磨面积。

本实用新型的研磨垫调整器1在进行研磨垫3的清洁时，各研磨盘对所述研磨垫施加一定的力，在本实施例中，施加的力控制在0磅～5磅。然后旋转各研磨盘以及所述研磨垫3(研磨垫3通过研磨台2的旋转实现旋转)，同时，所述第一研磨盘121及所述第三研磨盘123水平移动。可有效增大清洁面积、提高清洁效率。

综上所述，本实用新型提供一种研磨垫调整器，所述研磨垫调整器至少包括：设置于研磨垫调整器手臂上的多个研磨盘，各研磨盘朝向于研磨垫；连接于各研磨盘并控制各研磨盘旋转的第一动力装置；连接于各研磨盘并控制各研磨盘升降的第二动力装置，以及控制至少一个研磨盘在所述研磨垫调整器手臂上移动的第三动力装置。本实用新型的研磨垫调整器采用多个研磨盘，并以压缩空气分别控制研磨盘的升降，利用各研磨盘的研磨速率不同来调节研磨速率，使研磨速率保持稳定，同时利用研磨盘的水平移动实现更大范围的研磨垫表面修整及表面颗粒清洁工作，进一步提高研磨的均匀性和研磨质量。同时，研磨盘在整个生命周期中都能被充分利用，大大节约了资源和成本。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种研磨垫调整器，其特征在于，所述研磨垫调整器至少包括：研磨垫调整器手臂，以及藉由多根联轴连接于所述研磨垫调整器手臂上的多个研磨盘；所述多根联轴连接有用于分别控制各研磨盘的自转的第一动力装置、用于分别控制各研磨盘的升降的第二动力装置，以及用于控制至少一个研磨盘在所述研磨垫调整器手臂上移动的第三动力装置。

2.根据权利要求1所述的研磨垫调整器，其特征在于：所述研磨盘的数量不少于2个。

3.根据权利要求1所述的研磨垫调整器，其特征在于：各研磨盘为圆盘状结构。

4.根据权利要求1所述的研磨垫调整器，其特征在于：所述第一动力装置为旋转电机。

5.根据权利要求1所述的研磨垫调整器，其特征在于：所述联轴可实现伸展或收缩的伸缩杆。

6.根据权利要求5所述的研磨垫调整器，其特征在于：所述第二动力装置为压缩空气产生装置，通过控制通入各联轴内的气体的压强来分别实现各联轴的伸展或收缩，进一步分别控制各研磨盘的升降。

7.根据权利要求1所述的研磨垫调整器，其特征在于：所述第三动力装置为扫描电机。

8.根据权利要求1所述的研磨垫调整器，其特征在于：所述第三动力装置控制所述研磨盘在所述研磨垫调整器手臂上水平移动。

9.根据权利要求1所述的研磨垫调整器，其特征在于：所述研磨盘与研磨机台、研磨头的旋转方向一致。