研磨垫修整装置及研磨垫修整方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种研磨垫修整装置及研磨垫修整方法。

背景技术：

在晶圆制造过程中，随着集成度的增加、半导体器件工艺尺寸的缩小，光刻技术对晶圆表面的平坦程度的要求相应的越来越高，其中，化学机械研磨(CMP，Chemical Mechanical Polishing)是一种常见的用于使晶圆表面平坦化的工艺手段，其是化学腐蚀作用和机械去除作用相结合的加工技术。由于CMP能较为精确并均匀的将晶圆研磨至需要的厚度和平坦度，因此，在半导体器件制作过程中起到了越来越重要的作用。

如图1和图2所示，现有的CMP装置包括多个研磨站100，每个研磨站100包括表面承载有研磨垫102的旋转工作台101、研磨臂103和位于研磨臂103一端的研磨头104；在对晶圆110进行研磨时，所述研磨头104利用研磨臂103以抽真空的方式吸附晶圆110的背面，并带动晶圆110旋转，同时，所述研磨臂103可以对晶圆110施加压力，使晶圆110的正面压在研磨垫102上，以使晶圆110的正面与研磨垫102相互接触以进行研磨，其中，所述研磨垫102与研磨头104顺着同一方向旋转，与此同时，所述研磨液106通过研磨液供应管路喷洒在研磨垫102上，以使晶圆110的表面平坦化。

由于CMP制程是将晶圆110的表面与研磨垫102的研磨表面接触，然后，通过晶圆110表面与研磨垫102的研磨表面之间的相对运动将晶圆110表面平坦化。因此，所述研磨垫102的研磨表面的平整度对于晶圆110表面形态的控制是至关重要的。为了调整研磨垫102的研磨表面的平整度，目前，通常利用研磨垫修整器(Pad Conditioner)105，来调整研磨垫102的平整度，其中，所述研磨垫修整装置105包括调整臂105-1以及连接于调整臂105-1一端的调整头 105-2，所述调整头105-2通过调整臂105-1压抵研磨垫102的研磨表面并修整研磨垫102，以使研磨垫102的研磨表面的平整状态符合工艺要求。

在现有的化学机械研磨过程中，晶圆发生比例最高的一种表面缺陷就是划伤。发明人发现，大多数情况下，研磨液结晶以及或反应副产物是造成晶圆表面划伤的最主要原因。一方面，化学机械研磨机台连续研磨时间过长(通常约30～45个小时)，研磨垫上的研磨液会发生结晶，具体的，所述研磨液结晶的微观形态如图3a和图3b中虚线圈内所示，继而在后续晶圆的研磨过程中，研磨垫会因为其自身携带的研磨液结晶，而对后续的晶圆表面造成划伤。另一方面，化学机械研磨过程中化学腐蚀作用产生的反应副产物也容易导致晶圆表面划伤。若不及时清除研磨垫上的研磨液结晶以及反应副产物，这些研磨液结晶以及反应副产物会导致晶圆表面产生划伤，降低产品的良率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种研磨垫修整装置及研磨垫修整方法，以及时清除研磨垫上的研磨液结晶以及反应副产物，从而使研磨垫时刻保持最佳清洁状态，进而降低晶圆表面划伤缺陷发生的比例，提高产品的良率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种研磨垫修整装置，包括驱动装置、连杆以及用于修整研磨垫的调整头，所述连杆的一端与所述驱动装置连接，所述连杆的另一端与所述调整头连接，其特征在于，所述研磨垫修整装置还包括用于清洁所述研磨垫的清洁头，所述清洁头套设于所述连杆上并与所述驱动装置连接，所述调整头上设置有通孔，所述清洁头能够在所述驱动装置驱动下沿所述连杆的轴向运动，以穿过所述调整头上的通孔清洁所述研磨垫。

可选的，在所述的研磨垫修整装置中，所述清洁头包括气囊、底座以及设置在所述底座面向所述研磨垫的表面上的多个毛刷，所述气囊和所述底座套设于所述连杆上，并且，所述气囊的一端与所述连杆固定连接，所述气囊的另一端与所述底座背向所述研磨垫的表面固定连接。

可选的，在所述的研磨垫修整装置中，所述底座为一圆盘，所述多个毛刷阵列分布在所述底座面向所述研磨垫的表面上。

可选的，在所述的研磨垫修整装置中，所述连杆包括相互连接的第一连杆 以及第二连杆，所述驱动装置与所述第一连杆连接，所述调整头与所述第二连杆连接，所述清洁头套设于所述第二连杆上。

可选的，在所述的研磨垫修整装置中，所述第二连杆为一异型轴。

可选的，在所述的研磨垫修整装置中，所述研磨垫修整装置还包括与所述连杆连接的横臂，所述驱动装置通过所述横臂和所述连杆带动所述调整头与所述清洁头转动和摆动，以对所述研磨进行修整或清洁。

可选的，在所述的研磨垫修整装置中，所述调整器圆盘面向所述研磨垫的表面上设置有多个弧形沟槽。

可选的，在所述的研磨垫修整装置中，所述多个毛刷中，每个毛刷包括多根刷毛。

此外，本发明还提供了一种如上所述研磨垫修整装置之研磨垫修整方法，所述调整头修整所述研磨垫后，所述清洁头在所述驱动装置驱动下沿所述连杆的轴向运动，以穿过所述调整头上的通孔清洁所述研磨垫。

可选的，在所述的研磨垫修整方法中，所述调整头修整所述研磨垫的过程包括：

所述驱动装置控制所述连杆带动所述调整头向下运动，以使所述调整头压抵所述研磨垫表面并修整所述研磨垫；以及所述驱动装置控制所述连杆带动所述调整头向上运动以远离所述研磨垫。

可选的，在所述的研磨垫修整方法中，所述调整头修整所述研磨垫时，所述驱动装置还控制所述连杆带动所述调整头转动和摆动。

可选的，在所述的研磨垫修整方法中，所述清洁头清洁所述研磨垫时，所述驱动装置还控制所述连杆带动所述清洁头转动和摆动。

可选的，在所述的研磨垫修整方法中，所述调整头修整所述研磨垫之前，所述驱动装置还控制所述清洁头沿所述连杆向下运动，以使所述清洁头接近所述研磨垫。

综上所述，本发明提供的研磨垫修整装置及研磨垫修整方法具有以下有益效果：

第一、本发明的研磨垫修整装置，通过设置套设于连杆上并与驱动装置连接的清洁头，使得清洁头能够在驱动装置驱动下沿连杆的轴向运动，以穿过调 整头上的通孔清洁研磨垫，进而使得研磨垫上的研磨液结晶以及反应副产物能够得到及时清理，减少了晶圆表面划伤缺陷的形成，提高了产品的良率；

第二、所述清洁头采用气囊、底座以及设置在底座面向研磨垫的表面上的多个毛刷，所述气囊和底座均套设于连杆上，并且气囊的两端分别与连杆和底座背向研磨垫的表面固定连接，使得气囊能够带动底座沿连杆的轴向运动，结构简单，设置方便，使用成本低；

第三、本发明的研磨垫修整方法采用上述研磨垫修整装置，并利用调整头修整研磨垫后，所述清洁头在驱动装置驱动下沿连杆轴向运动，以穿过调整头上的通孔清洁研磨垫，使得研磨垫修整后，不但可以通过研磨垫修整装置自带的清洁头对研磨垫进行及时清洁，而且研磨垫修整装置也无需同时做修整和清洁研磨垫的动作，提高了研磨垫的清洁效率。

附图说明

图1为现有的研磨站的立体结构示意图；

图2为图1所示研磨站的正视结构示意图；

图3a为现有的研磨液结晶的一微观形态图；

图3b为现有的研磨液结晶的另一微观形态图；

图4为本发明实施例的研磨垫修整装置的正视结构示意图；

图5为图4所示研磨垫修整装置的立体结构示意图；

图6为本发明实施例的清洁头的立体结构示意图；

图7为本发明实施例的调整头的立体结构示意图；

图8为本发明优选实施例的研磨垫修整装置的正视结构示意图；

图9为本发明实施例的异型轴的立体结构示意图；

图10为图7所示调整头背向研磨垫一侧的俯视图；

图11为本发明实施例的研磨垫修整装置的清洁头接触研磨垫时的正视结构示意图；

图12为图11所示研磨垫修整装置的立体结构示意图。

具体实施方式

本发明提供的研磨垫修整装置及研磨垫修整方法中，所述研磨垫修整装置包括驱动装置、连杆以及用于修整研磨垫的调整头，所述连杆的一端与所述驱动装置连接，所述连杆的另一端与所述调整头连接，其特征在于，所述研磨垫修整装置还包括用于清洁所述研磨垫的清洁头，所述清洁头套设于所述连杆上并与所述驱动装置连接，所述调整头上设置有通孔，所述清洁头能够在所述驱动装置驱动下沿所述连杆的轴向运动，以穿过所述调整头上的通孔清洁所述研磨垫，从而使得研磨垫上的研磨液结晶以及反应副产物能够得到及时清理，进而减少了晶圆表面划伤缺陷的形成，提高了产品的良率。

此外，本发明的研磨垫修整方法采用上述研磨垫修整装置，并利用调整头修整研磨垫后，所述清洁头在驱动装置驱动下沿连杆向下运动，以穿过调整头上的通孔清洁研磨垫，使得研磨垫修整后，可以通过研磨垫修整装置自带的清洁头对研磨垫进行及时清洁，而且研磨垫修整装置也无需同时做修整和清洁研磨垫的动作，提高了研磨垫的清洁效率。

以下结合附图4～12对本发明提出的研磨垫修整装置及研磨垫修整方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

参阅图4和图5，本发明的研磨垫修整装置200包括用于修整研磨垫的调整头210、用于清理研磨垫的清洁头220、驱动装置(图中未示出)以及连杆230。

其中，所述连杆230的一端与所述调整头210连接，另一端与所述驱动装置连接，同时，所述清洁头220套设在所述连杆230上并与所述驱动装置连接，且所述调整头210上设置有通孔211。当所述调整头210修整所述研磨垫时，所述驱动装置将控制所述清洁头220远离所述研磨垫(图中未示出)，而当所述调整头210完成对研磨垫的修整后，所述驱动装置控制所述清洁头220沿所述连杆230的轴向运动，以穿过所述调整头210上的通孔211清洁所述研磨垫。

参阅图6，所述清洁头220优选包括底座221以及设置在所述底座221面向所述研磨垫的表面上的多个毛刷222。本实施例的底座221的中央位置还设置有轴孔223，通过所述轴孔223将所述底座221套设于所述连杆230上。

可选的，所述底座221为一圆盘。更选的，多个所述毛刷222以阵列方式垂直均匀分布在所述底座221面向所述研磨垫的表面上。此外，每个毛刷222 包括多根刷毛，所述刷毛采用尼龙材质制成。另外，每个毛刷222采用固定件或通过自身的弹力固定在所述底座221上。具体地说，每个毛刷222与所述底座221连接的一端可套一个橡胶，同时所述底座221面向所述研磨垫的表面上相应位置处设置一个开孔，进而每个毛刷222套有橡胶的端部可设置于所述开孔内，并借助所述橡胶的弹性变形使每个毛刷222紧紧固定在所述底座221上。

参阅图7，相应的，所述调整头210上的通孔211的数量也为多个且与多个所述毛刷222的数量及分布方式相同。而为了更好地控制研磨液的分布，所述调整头210的面向研磨垫的表面上还设置有多个弧形沟槽214。此外，为了防止研磨垫镜面化，所述调整头210的面向研磨垫的表面上设置有研磨颗粒，其可选择性地压抵所述研磨垫，以保证所述研磨垫表面的平整度，提高所述研磨垫的使用寿命。另外，为了增强研磨颗粒的防镜面效果，所述研磨颗粒优选为钻石等硬度较高的材料。

参阅图8，所述连杆230可以包括相互连接的第一连杆231以及第二连杆232，所述驱动装置与所述第一连杆连接231，所述调整头210与所述第二连杆连接232，所述清洁头220套设于所述第二连杆232上，以沿所述第二连杆232的轴向运动。较佳的，所述第二连杆232为一异型轴。当然，所述第二连杆232包括但不局限于异型轴，由于此为本领域技术人员容易获知的，本实施例不再详细叙述。

在上述实施例的研磨垫修整装置中，所述清洁头220还包括套设于所述连杆230上的气囊224，具体的，所述气囊224的一端与所述连杆230固定连接，另一端与所述底座221背向所述研磨垫的表面固定连接，由此，可以通过所述气囊224控制驱动所述底座221沿所述连杆230的轴向运动，结构简单，设置方便，而且整个研磨垫修整装置200的重量也得到了减轻，降低了使用成本。

可选的，所述气囊224采用固化胶等方式固定在所述连杆230以及所述底座221背向所述研磨垫的表面上，但使用时必须保证所述气囊224的密封性要好。在其他实施例中，所述驱动装置也可以通过其他方式来驱动所述底座221沿所述连杆230的轴向运动。

当然，所述研磨垫修整装置200还包括与所述气囊224连接的气体管路(图中未示出)，以向所述气囊224注入或排出气体。工作时，通过向所述气囊224 注入气体，可以带动所述底座221沿所述连杆230轴向运动，进而所述多个毛刷222可以穿过所述调整头210的通孔211接触所述研磨垫表面，进一步对所述研磨垫进行清洁。需要说明的是，所述底座221沿所述连杆230轴向运动直至贴合所述调整头210的背面时，还需保证多个所述毛刷222能完全伸出多个所述通孔211，否则多个所述毛刷222无法接触到研磨垫表面。另外，每个毛刷222对研磨垫的刷力要相同，以提高多个所述毛刷222的使用寿命，降低成本。

继续参阅图8，所述研磨垫修整装置200还包括与所述第一连杆231连接的横臂240，所述驱动装置通过所述横臂240和所述连杆230带动所述调整头210与所述清洁头220的底座221转动和摆动，以对所述研磨垫进行修整或清洁。本实施例的驱动装置可以通过电机驱动所述横臂240和所述连杆230带动所述调整头210与所述清洁头220转动和摆动。

具体地说，所述调整头210接触研磨垫表面后，所述驱动装置通过所述连杆230带动所述调整头210与所述清洁头220的底座221同步自转，同时所述驱动装置通过所述横臂240带动所述连杆230摆动，进而带动所述调整头210与所述底座221同步摆动，以使所述调整头210对研磨垫表面进行修整。同理，多个所述毛刷222接触研磨垫后，所述驱动装置通过所述连杆230带动所述调整头210与所述底座221同步自转，同时通过所述横臂240带动所述连杆230摆动，进而带动所述调整头210与所述底座221同步摆动，以使多个所述毛刷222对研磨垫表面进行清洁。

参阅图9，当所述第二连杆232为一异型轴时，所述异型轴优选为一长方形块体，所述长方形块体的一端可以设置一螺纹孔。同时，参考图10，所述调整头210背向研磨垫的表面上设置有凹槽212，并且还设置有沉头通孔213，使用时，可以将所述长方形块体的一端放置在所述凹槽212内，进而所述调整头210与所述长方形块体利用所述沉头通孔213和所述螺纹孔来进行螺栓配合连接。当然，所述调整头210和所述长方形块体也可以通过其他方式进行连接，在此，本发明并不作具体限定。

参阅图6，当所述第二连杆232为一异型轴且为所述长方形块体时，所述底座221上的轴孔223为一异型孔，所述底座221通过所述异型孔套设于所述长方形块体上。

此外，参阅图4和图5，并结合参阅图11和图12，本发明的研磨垫修整方法采用如上实施例所述的研磨垫修整装置200，并利用所述调整头210修整研磨垫后，所述清洁头220在驱动装置驱动下沿所述连杆230的轴向运动，以穿过所述调整头210上的通孔211清洁所述研磨垫，使得研磨垫修整后，不但可以通过研磨垫修整装置200自带的清洁头220对研磨垫进行及时清洁，而且所述研磨垫修整装置200也无需同时做修整和清洁研磨垫的动作，提高了研磨垫的清洁效率。

所述调整头210修整所述研磨垫的过程优选包括：所述驱动装置控制所述连杆230带动所述调整头210向下运动，以使所述调整头210压抵所述研磨垫表面并修整所述研磨垫；以及所述驱动装置控制所述连230带动所述调整头210向上运动以远离所述研磨垫，以便于所述清洁头220接触所述研磨垫表面并清洁研磨。

可选的，所述调整头210修整所述研磨垫之前，所述驱动装置控制所述清洁头220远离所述研磨垫。

具体的，参阅图8，并结合参阅图6～7，所述清洁头220的底座221在所述清洁头220的气囊224控制下处于所述连杆230上的某一位置，以确保所述清洁头220的多个毛刷222远离所述研磨垫。此处，所述某一位置可以理解为两种情况，一种情况是所述底座221在所述气囊224的控制下，使多个所述毛刷222均未伸入至所述调整头210的多个通孔211内，另一种情况是所述底座221在所述气囊224的控制下，使多个所述毛刷222均伸入至所述调整头210的多个通孔211内，但均未伸出多个所述通孔211。

更可选的，所述调整头210修整所述研磨垫时，所述驱动装置还控制所述连杆230带动所述调整头210转动和摆动。

具体地说，所述调整头210修整所述研磨垫时，所述驱动装置通过所述连杆230带动所述调整头210与所述清洁头220的底座221同步自转，同时通过所述横臂240带动所述连杆230摆动，进而带动所述调整头210与所述底座221同步摆动，以使所述调整头210对研磨垫表面进行修整。

较佳的，所述清洁头220清洁所述研磨垫时，所述驱动装置还控制所述连杆230带动所述清洁头210转动和摆动。例如，所述清洁头220清洁所述研磨 垫时，所述驱动装置通过所述连杆230带动所述调整头210与所述清洁头220的底座221同步自转，同时通过所述横臂240带动所述连杆230摆动，进而带动所述调整头210与所述底座221同步摆动，以使所述清洁头220的多个所述毛刷222对研磨垫表面进行清洁。

综上所述，本发明的研磨垫修整装置200，通过设置套设于连杆230上并与驱动装置连接的清洁头220，以及所述清洁头220能够在所述驱动装置驱动下沿连杆230的轴向运动，进而穿过所述调整头210上的通孔211清洁研磨垫，因此，使得研磨垫上的研磨液结晶以及反应副产物能够得到及时清理，减少了晶圆表面划伤缺陷的形成，提高了产品的良率。

此外、所述清洁头220采用气囊224、底座221以及设置在底座221面向研磨垫的表面上的多个毛刷222，所述气囊224和底座221均套设于连杆230上，并且气囊224的两端分别与连杆230和底座221背向研磨垫的表面固定连接，使得气囊224能够带动底座221沿连杆230的轴向运动，结构简单，设置方便，而且使用成本低。

另外、本发明的研磨垫修整方法，利用调整头210修整研磨垫后，所述清洁头220在所述驱动装置驱动下沿连杆230轴向运动，以穿过调整头210上的通孔211清洁所述研磨垫，使得研磨垫修整后，不但可以通过研磨垫修整装置200自带的清洁头220对研磨垫进行及时清洁，而且研磨垫修整装置200也无需同时做修整和清洁研磨垫的动作，提高了研磨垫的清洁效率。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。