[发明专利]用于修整研磨垫的设备、化学机械研磨设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种设备，用于修整在研磨工件中使用的研磨垫，工 件例如半导体晶片，特别涉及一种修整设备，设置在研磨设备中，用于 研磨工件从而使其表面平整。本发明还涉及一种利用这种修整设备的化 学机械研磨设备和化学机械研磨方法。

背景技术

近年来，半导体装置变得越来越小，装置结构变得更加复杂。表 面的平整化在半导体装置的制造过程中是非常重要的。表面平整化中使 用的通常技术是化学机械研磨(CMP)。在化学机械研磨的过程中，半导 体晶片与研磨垫的研磨表面滑动接触，同时含有磨粒例如二氧化硅 (SiO₂)的研磨液体被供应到研磨表面上，从而半导体晶片的表面被研 磨。固定的磨垫，由粘结剂粘结的磨粒构成，可用于代替研磨垫。

化学机械研磨过程利用CMP设备进行。通常的CMP设备包括研磨 台，研磨台具有：研磨垫，连接到其上表面；和顶环(同样称为载体)， 用于保持基底，例如半导体晶片，其是待研磨的工件。研磨台和顶环分 别围绕它们自己的轴旋转，并且在这个状态，顶环以预定压力将基底压 靠在研磨垫的研磨表面(即上表面)上，同时研磨液被供应到研磨表面 上，从而将基底研磨到平坦和镜面光洁度。将要使用的研磨液通常包括 碱溶液和微细磨粒(例如二氧化硅)，悬浮在碱溶液中。通过碱的化学 研磨作用和磨粒提供的机械研磨作用的组合，基底被研磨。

当基底被研磨时，磨粒和研磨碎屑附着到研磨垫的研磨表面。另 外，研磨垫的特性变化，其研磨能力下降。因此，随着基底的研磨重复 进行，研磨速度(即去除速度)降低，并且发生不均匀的研磨。因此为 了调节劣化研磨垫的研磨表面，修整设备设置在研磨台附近。

修整设备通常具有可旋转的修整器头和修整元件，其固定到修整 器头。修整设备构造成将修整元件压靠到旋转研磨台上的研磨垫的研磨 表面，同时使得修整器头围绕它自己的轴线旋转，从而从研磨垫的研磨 表面去除磨粒和研磨碎屑，并且平整化和调节(即修整)研磨表面。通 常，将使用的修整构件是金刚石微粒，电镀到其表面(即修整表面)上， 从而与研磨表面接触。

有两种方法可利用上述修整设备修整研磨垫的研磨表面：一种是 与研磨基底同时修整研磨表面；另一种是在基底研磨过程之间的间隔中 修整研磨表面。两种方式中，一定量的研磨表面通过修整被刮掉。然而 由于当修整时朝着修整器产生竖直和水平力的复杂性，难以控制修整负 荷，同时避免修整器的姿态的不可接受的波动。需要改进用于修整研磨 表面的设备。

发明内容

本发明考虑到上述问题作出。因此本发明目的是提供一种设备， 能够适当地修整研磨垫并且防止不适合的修整负荷。另外本发明另一个 目的是提供一种利用这种修整设备的化学机械研磨设备和一种化学机 械研磨方法。

用于实现上述目标的本发明的一个方面提供了用于修整研磨垫的 设备。该设备包括：修整器驱动轴，可旋转并且可竖直移动；修整器凸 缘，连接到修整器驱动轴并且构造成将修整元件固定到其处，该元件将 与研磨垫滑动接触；球面轴承，设置在修整器凸缘中，构造成允许修整 元件相对于修整器驱动轴倾斜；和弹簧机构，构造成产生力，逆着修整 构件的倾斜运动。

在本发明的优选方面，弹簧机构构造成用作一弹簧，具有 0.5×10⁴N/m到2×10⁴N/m范围中的弹簧常数。可替换的，弹簧机构构造成 允许修整构件具有在12.5Nm/rad到50Nm/rad范围中的倾斜刚度。

本发明优选方面中，修整器凸缘具有：上部修整器凸缘，固定到 修整器驱动轴；和下部修整器凸缘，修整构件固定到其处；球面轴承将 上部修整器凸缘和下部修整器凸缘彼此连接，同时允许上部和下部修整 器凸缘相对彼此倾斜。

本发明的优选方面中，上部修整器凸缘由弹性材料制成，上部修 整器凸缘用作弹簧机构。

本发明优选方面中，该设备还包括设置在上部和下部修整器凸缘 之间的密封构件。球面轴承位于在上部和下部修整器凸缘之间形成的空 间中，该空间通过密封构件密封。

本发明的优选方面中，设备还包括扭矩传递构件，构造成将修整 器驱动轴的扭矩传递到修整构件。

本发明的优选方面中，球面轴承包括：球形突起，设置在修整器 驱动轴的圆周表面上；和球形凹部构件，设置在修整器凸缘上。

本发明的优选方面中，修整构件可移除地连接到修整器凸缘。