[发明专利]应用在晶圆化学机械平坦化设备中的抛光垫修整装置

说明书

技术领域

本发明涉及晶圆化学机械平坦化（CMP）设备，尤其涉及一种应用在晶圆化学机械平坦化设备中的抛光垫修整装置。

背景技术

IC制造中平坦化技术已成为与光刻、刻蚀等技术同等重要且相互依赖的不可缺少的关键技术之一。化学机械平坦化(CMP)是目前最有效、最成熟的平坦化技术，是集清洗、干燥、在线检测、终点检测等技术于一体的技术，是集成电路向微细化、多层化、薄型化发展的产物，是集成电路进入0.25μm以下节点，提高生产效率、降低成本的晶圆全局平坦化技术。

抛光垫在化学机械抛光过程中是除抛光液之外的另一个重要耗材，抛光垫起着输送浆料以及将浆料中的磨蚀粒子送入晶圆表面并去除副产品的作用，但在使用过程中，抛光垫在对若干片晶圆进行抛光后被研磨得十分平整，同时孔内填满了磨料粒子和片子表面的磨屑聚集物，一旦产生釉化现象就会使抛光垫失去部分保持浆料的能力，抛光速率也随之下降，同时还会使晶圆表面产生划痕。因此，抛光垫表面须定期地用一个钻石轮(尼龙刷)式的修整器进行修整。抛光垫自修整作用，不仅可以改善抛光晶圆的平整度效果，维持抛光垫材料机械的物理去除的效能，而且可以延长抛光垫的寿命。因此为了提高晶圆抛光片的表面质量及平整度等要求特发明此项技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种应用于晶圆化学机械平坦化（CMP）过程中的抛光垫修整装置，采用此装置可以实现结构和控制方式简单，修整效果好，同时显著延长抛光垫的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一种应用在晶圆化学机械平坦化（CMP）设备中的抛光垫修整装置，该装置包括：机架、摆动电机、减速器、底板支撑轴、支撑底板、气动气囊、旋转电机、摆动臂、修整减速器、钻石轮；其中，气动气囊安装在摆动臂的一侧用于控制摆动臂抬升、下降，修整减速器安装在摆动臂另一侧，修整减速器下端装有钻石轮，旋转电机通过传动机构带动钻石轮旋转；摆动电机安装在机架内，摆动电机上端与减速器连接；摆动臂、气动气囊、旋转电机、修整减速器、钻石轮构成一个整体通过支撑底板和底板支撑轴安装于减速器上，并通过摆动电机和减速器的驱动进行整体的摆动运动。

其中，摆动臂上设有杠杆支撑轴，杠杆支撑轴固定于支撑底板上，利用杠杆机构并通过对气动气囊充气以带动摆动臂抬升、下降及对抛光台施加修整力。

其中，气动气囊包括上气动气囊和下气动气囊，上气动气囊通过固定架固定于摆动臂的上侧并连接摆动臂，下气动气囊固定于支撑底板上并连接摆动臂的下侧。固定架可采用倒U形固定架，倒U形固定架固定于支撑底板上，上气动气囊设于倒U形固定架顶端下侧。

进一步的，该装置还包括接近传感器，用于使控制系统自动识别摆动臂处于抬升或下降状态。

进一步的，旋转电机通过钢丝软轴带动钻石轮旋转并远离钻石轮设置，采用这种传动方式可将旋转电机远离抛光区域放置，以避免因长期暴露在抛光液环境中对旋转电机造成一定程度的腐蚀。

进一步的，旋转电机外部安装有不锈钢护罩，以进一步避免内部电子元器件的腐蚀。

进一步的，修整减速器下设有十字球头结构，钻石轮安装在十字球头结构上，使得钻石轮在杠杆机构的作用下始终与抛光台面保持水平接触，获得均匀的修整力分布。

进一步的，减速器采用法兰盘式减速器，减速器上安装有光电传感器和两个挡片，以实现摆动臂在抛光台边缘及在抛光台中间位置的限位作用。

本发明还提供一种应用在晶圆化学机械平坦化（CMP）设备中的抛光垫修整装置的修整方法，具体如下：首先，上气动气囊缓慢充气，通过杠杆机构使得摆动臂抬升一定高度，在摆动电机和减速器作用下将修整减速器从抛光台边缘旋转到抛光台中心，此时旋转电机带动钻石轮旋转；然后，上气动气囊缓慢放气，下气动气囊缓慢充气，使得修整钻石轮紧紧压在抛光垫上，同时保证钻石轮正面与抛光台保持平行状态，对下气动气囊充以适当的压缩空气就可以实现该修整装置对抛光垫的压力修整，从而完成摆动臂抬升—旋转—下降—摆动修整—抬升—旋转—下降的整个抛光垫修整过程。