化学机械研磨设备及方法
【专利摘要】一种化学机械研磨设备及方法，其中化学机械研磨设备包括：载片台；研磨机构，包括能够沿第二直线方向重复移动的研磨件，第一、二直线方向垂相互垂直；研磨液注入机构，用于向研磨件注入研磨液；研磨清洗机构，与研磨机构沿第一直线方向相对设置；膜厚测量机构，用于测量清洗后的待研磨片厚度。在化学机械研磨过程中，对移动中的待研磨片边研磨、边清洗和边测量。使用本设备，实时测量的研磨后的待研磨片厚度，控制研磨过程中待研磨片的研磨量，确保待研磨片研磨后的厚度为目标厚度，提升产品合格率，减少废片量产生，降低生产成本。
【专利说明】
化学机械研磨设备及方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种化学机械研磨设备及方法。【背景技术】
[0002]参照图1，图1为现有的一种化学机械研磨设备的示意图，化学机械研磨设备包括:可旋转的平台1 ;覆盖平台1上的研磨垫2 ;可旋转的研磨头3以及研磨液喷头4。
[0003]以硅片为例，化学机械研磨的方法为:将硅片5倒置以使其待研磨的表面与研磨垫2接触；接着将研磨头3压在硅片5上；紧接着，控制平台1自转和研磨头3自转，同时控制研磨液喷头4向研磨垫2上喷射研磨液40、和对研磨头3施加朝向硅片5向下的压力，研磨液随平台1的自转流入硅片5的待研磨面与研磨垫2之间的缝隙间，并且在硅片5的运动中对娃片5的待研磨面进行研磨。
[0004]伴随研磨进程，研磨垫表面在研磨过程中也逐渐遭到磨损而不平坦，这样，在研磨过程中，对在相同压力和旋转速度下进行研磨的硅片而言，其研磨速率会随着时间发生变化，进而造成研磨后的硅片厚度均匀性下降。由于现有的化学机械研磨工艺缺少能够实时监控被研磨硅片厚度的有效方法，因此，无法实时获得研磨过程中的硅片厚度及其变化，也就不能被及时发现:由于研磨垫的磨损而造成被研磨硅片的厚度均匀性显著下降的问题， 如果继续使用该研磨垫进行研磨，就会造成大量研磨后的硅片报废，降低生产产量。
【发明内容】
[0005]本发明解决的问题是，现有的化学机械研磨工艺缺少能够实时监控被研磨硅片厚度的有效方法。
[0006]为解决上述问题，本发明提供一种化学机械研磨设备，该化学机械研磨设备包括:
[0007]研磨区，具有进片口和出片口；
[0008]载片台，其上表面设有载片区，且能够从所述进片口沿第一直线方向朝向出片口移动；
[0009]位于研磨区的研磨机构，包括:沿第二直线方向延伸、且能够沿所述第二直线方向重复移动的研磨件，用于研磨待研磨片，所述第二直线方向垂直于第一直线方向；
[0010]研磨液注入机构，用于向所述研磨件研磨待研磨片的区域注入研磨液；
[0011]研磨清洗机构，与所述研磨机构沿所述第一直线方向相对设置，用于清洗研磨后的待研磨片；
[0012]膜厚测量机构，位于所述研磨清洗机构沿第一直线方向与研磨机构相对的另一侦牝用于测量清洗后的待研磨片厚度。
[0013]可选地，所述研磨件为研磨带。
[0014]可选地，所述研磨件能够沿所述第二直线方向重复移动包括:所述研磨件能够沿所述第二直线方向作往复移动。
[0015]可选地，所述研磨机构还包括:若干带轮，所述研磨带套在所有带轮上，所述带轮能够带动研磨带转动。
[0016]可选地，所述研磨液注入机构包括:沿所述第二直线方向排布的若干研磨液注入管；
[0017]所述研磨液注入管通过喷液管对准所述研磨带用于研磨的部分。
[0018]可选地，在所述研磨带上沿周向方向分布有若干通孔，作为研磨液的流出出口。
[0019]可选地，每个所述研磨液注入管通过连通器与所述喷液管连接；
[0020]所述连通器包括:一输入管和与所述输入管连通的至少两个输出管，所述输入管连通研磨液注入管，每个所述输出管连通一个喷液管。
[0021]可选地，还包括:第一支撑件和第二支撑件；
[0022]所述带轮轴向两端沿所述第一直线方向可转动地连接在第一、二支撑件上，所述第二支撑件位于研磨机构和研磨清洗机构之间。
[0023]可选地，所有研磨液注入管设于所述第一支撑件中。
[0024]可选地，在所述研磨带围成的空间内固设有支架；
[0025]在所述支架与所述研磨带沿第二直线方向重复移动的区域之间设有:压板、分别连接所述压板和支架的施力件，所述施力件用于调节压板对研磨带施加的压力大小。
[0026]可选地，所述支架固设在第一支撑件和第二支撑件上。
[0027]可选地，还包括:压力传感器，用于监测所述研磨带对待研磨片的研磨压力。
[0028]可选地，所述研磨件沿所述第二直线方向的尺寸大于等于所述载片区沿第二直线方向的最大尺寸。
[0029]可选地，所述研磨清洗机构包括:
[0030]冲洗机构，用于冲洗研磨后的待研磨片；
[0031]吹干机构，位于所述冲洗机构沿第一直线方向与研磨机构相对的另一侧，用于吹干冲洗后的待研磨片。
[0032]可选地，所述冲洗机构包括:沿所述第二直线方向排布的若干出水管，其出水口对准研磨件与吹干机构之间的区域。
[0033]可选地，所述出水管相对于垂直于所述第二直线方向的平面为由上而下倾斜设置。
[0034]可选地，所述吹干机构包括:沿所述第二直线方向排布的若干出风管，其出风口对准所述冲洗机构沿第一直线方向与研磨件相对的另一侧区域。
[0035]可选地，所述出风管相对于垂直于所述第二直线方向的平面为由上而下倾斜设置。
[0036]可选地，在所述载片台上围绕所述载片区设有导流槽，用于收集和导出研磨过程中的研磨液及清洗液。
[0037]可选地，还包括:沿所述第二直线方向相对、且沿所述第一直线方向延伸的第一直线导轨和第二直线导轨，所述研磨区位于第一、二直线导轨之间；
[0038]所述载片台为两个，其中一个载片台可往复移动地连接至第一直线导轨，另一个载片台可往复移动地连接至第二直线导轨。
[0039]可选地，还包括:沿所述第一直线方向相对、且沿第二直线方向延伸的第三直线导轨和第四直线导轨；
[0040]在第一、二直线导轨中，每个直线导轨的两端分别可往复移动地连接至第三、四直线导轨。
[0041]可选地，在所述研磨件下方设有底座；所述载片台在研磨过程中支撑在底座上移动。
[0042]可选地，在所述载片台的底部设置有滚轮，所述载片台通过滚动的滚轮支撑在底座上移动。
[0043]本发明还提供一种化学机械研磨方法，该化学机械研磨方法包括:
[0044]将一个待研磨片从进片口沿第一直线方向移动至研磨区；
[0045]在所述研磨区，一边沿所述第一直线方向继续移动所述待研磨片，一边沿第二直线方向对所述待研磨片进行研磨，所述第一直线方向垂直于第二直线方向；
[0046]—边沿所述第一直线方向继续移动所述待研磨片，一边对所述待研磨片研磨过的区域进行清洗；
[0047]—边沿所述第一直线方向继续移动所述待研磨片，一边测量所述待研磨片清洗过的区域的厚度。
[0048]可选地，利用椭偏测量方法测量待研磨片的厚度。
[0049]可选地，所述测量所述待研磨片清洗过的区域的厚度包括:测量所述待研磨片清洗过的区域多个部分所对应的多个厚度值，以获得所述待研磨片研磨后的厚度分布均匀性。
[0050]可选地，所述沿第二直线方向对所述待研磨片进行研磨包括:沿所述第二直线方向对所述研磨片进行往复研磨。
[0051]可选地，使用研磨带对所述待研磨片进行研磨；在研磨过程中，所述研磨带在带轮的带动下转动实现对所述待研磨片的研磨。
[0052]可选地，利用沿所述第二直线方向排布的若干研磨液注入管向研磨位置的研磨带注入研磨液。
[0053]可选地，所述一边对所述待研磨片研磨过的区域进行清洗包括:
[0054]—边对所述待研磨片研磨过的区域进行冲洗，还一边对待研磨片冲洗过的区域进行干燥处理；
[0055]测量所述待研磨片清洗过的区域的厚度为:测量待研磨片干燥处理后的区域的厚度。
[0056]可选地，利用沿所述第二直线方向排布的若干出水管向所述待研磨片研磨过的区域喷射清洗液；
[0057]利用沿所述第二直线方向排布的若干出风管吹拂所述待研磨片冲洗过的区域，以进行干燥处理。
[0058]可选地，在研磨过程中，利用施力件控制用于研磨的研磨件对待研磨片施加的压力。
[0059]可选地，所述待研磨片设于载片台的载片区上，所述载片台沿所述第一直线方向移动；
[0060]待所述待研磨片研磨完成后，还包括:所述载片台从出片口沿第二直线方向移出研磨区，之后沿所述第一直线方向的反方向朝向所述进片口所在侧移动，并开始下一次研磨过程。
[0061]可选地，在所述研磨过程中，使装有另一待研磨片的另一载片台从所述进片口沿所述第一直线方向移动；待所述研磨过程结束，控制所述另一待研磨片在研磨区进行边研磨、边清洗和边测量的步骤。
[0062]可选地，在所述待研磨片的研磨过程中，控制其中一载片台在第一直线导轨上沿第一直线方向移动，和在移出研磨区后沿反方向朝向进片口所在侧移动；
[0063]在所述另一个待研磨片研磨过程中，控制另一载片台在第二直线导轨上沿第一直线方向移动，和在移出研磨区后沿反方向朝向进片口所在侧移动。
[0064]可选地，在研磨完成后，控制所述第一直线导轨在第三直线导轨和第四直线导轨上，沿所述第二直线方向背向所述第二直线导轨移动，至其上的载片台移出研磨区；
[0065]在另一个待研磨片研磨完成后，控制所述第二直线导轨在第三、四直线导轨上沿第二直线方向的反方向移动，至其上的载片台移出研磨区。
[0066]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0067]本发明的化学机械研磨设备包括沿第一直线方向依次排布的研磨机构、研磨清洗机构、膜厚测量机构。研磨机构包括沿第二直线方向延伸、且能够沿所述第二直线方向重复移动的研磨件，研磨件用于研磨待研磨片。
[0068]在化学研磨过程中，一边控制装有待研磨片的载片台沿第一直线方向在研磨区移动，一边控制沿第二直线方向重复移动的研磨件对待研磨片进行研磨，一边控制研磨清洗机构清洗待研磨片研磨过的区域，一边利用膜厚测量机构测量待研磨片清洗过的区域。
[0069]—方面，在研磨过程中，能够根据实时测量的研磨后的待研磨片厚度，及时调节载片台的移动速率、研磨件对待研磨片施加的压力等参数，以控制研磨过程中待研磨片的研磨量，确保待研磨片研磨后的厚度为目标厚度。这能提升研磨后的待研磨片的合格率，以减少废片量产生，降低生产成本。
[0070]另一方面，在研磨过程中，对应于载片台的持续移动，能够获得待研磨片多个部分的多个厚度值，这些厚度值会被即时记录下来。待研磨过程完成后，可根据获得的多个部分的厚度，获得研磨后的待研磨片的厚度分布的均匀性，并将其与标准规格进行比较:
[0071]如果该研磨后的待研磨片厚度分布的均匀性符合标准规格，则判断研磨后的待研磨片合格；
[0072]如果该研磨后的待研磨片厚度分布的均匀性不符合标准规格，本次研磨后的待研磨片被淘汰掉，且在下个待研磨片研磨之前，对研磨机构、研磨液成分、载片台性能等各个参数进行检查，以找到问题所在并及时解决，以确保下一片待研磨片研磨后的厚度均匀性符合标准规格。与现有技术相比，本方案在生产阶段就能及时避免大批量废片的产生，在提高产品合格率的同时降低了生产成本。【附图说明】
[0073]图1是现有的一种化学机械研磨设备在研磨过程的立体图；
[0074]图2是本发明具体实施例的化学机械研磨设备的立体图，且该立体图为透明视图；
[0075]图3是位于图2所示研磨区中化学机械研磨设备的放大图，且该放大图为透明视图；
[0076]图4是图2的化学机械研磨设备中，研磨机构与第一支撑件连接且与第二支撑件分离状态的立体图，且该立体图为透明视图；
[0077]图5是图4的区域F的放大结构示意图；
[0078]图6?13是使用图2所示化学机械研磨设备进行化学机械研磨的过程的各个阶段的立体图，且该立体图为透明视图。【具体实施方式】
[0079]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0080]参照图2?图4,本实施例的化学机械研磨设备包括:
[0081]研磨区，具有进片口 C和出片口 D，进片口 C指向出片口 D的方向为第一直线方向 A；
[0082]第一载片台11和第二载片台12,每个载片台上表面设有载片区100,在研磨过程中，待研磨片置于载片区100上，两载片台均能够沿第一直线方向A移动；
[0083]位于研磨区的研磨机构20,包括:4个带轮21、套在所有带轮21上的研磨带22,4 个带轮21通过其轴向两端沿第一直线方向A可转动地连接在第一支撑件31和第二支撑件 32上，带轮21能够在第一、二支撑件之间滚动以带动研磨带22转动，通过设置带轮21轴线方向平行于第一直线方向A，且位于下方的两带轮21沿垂直于第一直线方向A的第二直线方向B排布，该研磨带22在不断转动过程中，在下方形成沿第二直线方向B重复移动的区域(以下简称研磨头220)，以用于研磨待研磨片；
[0084]研磨液注入机构40,用于向研磨机构20的研磨头220注入研磨液；
[0085]研磨清洗机构50,与研磨机构20沿第一直线方向A相对设置，第二支撑件32位于研磨清洗机构50和研磨机构20之间；
[0086]膜厚测量机构60,位于研磨清洗机构50沿第一直线方向A与第二支撑件32相对的另一侧，用于测量待研磨片清洗过的区域的厚度。
[0087]以第一载片台11为例，使用本实施例的化学机械研磨设备的化学机械研磨方法包括:
[0088]首先，在进片口 C，在第一载片台11的载片区100上装片并使待研磨片的待研磨面朝上，装片后，将第一载片台11从进片口 C沿第一直线方向A移动至研磨区。其中第一载片台11通过真空吸附或电磁吸附的方式固定待研磨片，例如在载片区100设有真空吸管， 当待研磨片置于载片区1〇〇上后，真空吸管随即吸附待研磨片背向待研磨面的表面，以固定待研磨片。
[0089]接着，在研磨区，一边沿第一直线方向A继续移动第一载片台11，一边控制沿第二直线方向B重复移动的研磨带22对待研磨片进行研磨，并同时控制研磨液注入机构40向研磨头220注入研磨液，其中研磨带22的重复移动可以是研磨带沿同一转动方向持续转动，也可以是研磨带交替正向、反向转动(比如先正转一圈、再反转一圈、之后重复交替正转一圈和反转一圈)，以去除由于研磨带移动的单方向性造成的表面不对称性；
[0090]—边沿第一直线方向A继续移动第一载片台11，一边控制研磨清洗机构50清洗待研磨片研磨过、并移出研磨带22的区域进行清洗，其目的在于清除从研磨带22移出的待研磨片表面残留的研磨液，避免这些研磨液影响后续膜厚测量机构60测量待研磨片厚度值的准确性；
[0091]—边沿第一直线方向A继续移动第一载片台11，一边控制膜厚测量机构60测量待研磨片清洗过的区域的厚度；
[0092]至待研磨片研磨完成且第一载片台11移动至出片口 D，将第一载片台11从出片口 D沿第二直线方向B移出研磨区。
[0093]在整个化学机械研磨过程，对待研磨片边研磨、边清洗且边测量厚度。由于第一载片台11是持续移动的，因此膜厚测量机构60能够实时监控研磨后的待研磨片各个部分的厚度。
[0094]—方面，在研磨过程中，能够根据实时测量的研磨后的待研磨片厚度，及时调节第一载片台11的移动速率、研磨带22对待研磨片施加的研磨压力等参数，以控制研磨过程中待研磨片的研磨量，进而得到研磨后待研磨片的目标厚度。
[0095]如果第一载片台11沿第一直线方向A的移动速率较快，待研磨片会快速通过研磨带22,待研磨片的某研磨区域遭到较短时间研磨，研磨后的待研磨片厚度较厚。相反，如果第一载片台11的移动速率较慢，研磨后的待研磨片厚度较薄。
[0096]如果研磨带22对待研磨片施加的压力较大，待研磨片与研磨带22之间的摩擦力会较大，待研磨片的研磨量较多，研磨后的待研磨片厚度较薄；如果研磨带22对研磨片施加的压力较小，待研磨片与研磨带22之间的摩擦力较小，这会减少待研磨片的研磨量，研磨后的待研磨片厚度较厚。另外，摩擦力较大也会阻碍研磨带22的转速和第一载片台11 的移动速率，进而影响遭到研磨的量。在研磨过程中，应合理控制研磨带22的转速、第一载片台11的移动速率及研磨带22对待研磨片施加的压力等参数，以获得较佳的研磨效果。
[0097]因此，通过实时监控研磨后的待研磨片厚度，能实时调节待研磨片的研磨量以控制研磨后的待研磨片厚度，这能提升研磨后的待研磨片的合格率，以减少废片量，降低生产成本。
[0098]另外，如果在研磨过程中，根据膜厚测量机构60测得的厚度远大于目标厚度，则可推测出研磨带22的外表面遭到过度磨损而变得光滑，使得研磨带22与待研磨片之间的摩擦力较小，造成待研磨片的研磨量太少。此时，立即停止本次研磨，并及时更换研磨带22， 之后对待研磨片重新研磨，更确保下个待研磨片的研磨过程顺利。因此，通过膜厚测量机构 60可以及时处置研磨过程中的极端情况，提高生产效率。
[0099]另一方面，在研磨过程中，对应于第一载片台11持续移动，能够获得待研磨片多个部分的多个厚度值，这些厚度值会被即时记录下来。待研磨过程完成后，可根据获得的多个部分的厚度，获得研磨后的待研磨片的厚度分布的均匀性，并将其与标准规格进行比较， 其中标准规格是对研磨后的待研磨片期望获得的厚度分布的均匀性。为提高测得的待研磨片研磨后的厚度分布均匀性的精确度，还可围绕待研磨片研磨过的区域设置多台膜厚测量机构60,以增大膜厚测量的区域，以获得对应更大区域范围的更多厚度值。
[0100]通过比较，如果该研磨后的待研磨片厚度分布的均匀性符合标准规格，则判断研磨后的待研磨片合格；
[0101] 通过比较，如果该研磨后的待研磨片厚度分布的均匀性不符合标准规格，本次研磨后的待研磨片被淘汰掉，且在下个待研磨片研磨之前，对研磨机构20、研磨液成分、载片台性能等各个参数进行检查，以找到问题所在并及时解决，以确保下一片待研磨片研磨后的厚度均匀性符合标准规格。与现有技术相比，本方案在生产阶段就能及时避免大批量废片的产生，在提高产品合格率的同时降低了生产成本。
[0102] 需要说明的是，将测得的厚度均匀性与标准规格的比较过程完全是自动化完成， 花费时间短，不会影响生产效率。
[0103] 在本实施例中，使用椭偏测量法来测量待研磨片的厚度及分布均匀性，膜厚测量机构60为椭偏仪。椭偏仪的结构包括:光源、起偏器、检偏器以及探测器。椭偏测量的原理为:
[0104] 首先，光源发射无极性光，根据待研磨片的材料选择具有合适波长的无极性光，确保无极性光能够透射进入待研磨片；
[0105] 接着，无极性光进入起偏器并经线性偏振后分成等振幅、等相位的线性偏振光；
[0106] 紧接着，线性偏振光入射进入待研磨片中并透射，透射光为椭圆偏振光，检偏器检测得到该椭圆偏振光；
[0107] 之后对应的探测器接收到从检偏器中出射的椭圆偏振光。最后，通过对出射的椭圆偏振光与入射的线性偏振光进行分析，根据光线在不同方向的衰减程度计算得到待研磨片的厚度。在应用中，可围绕研磨后的待研磨片的移动区域设置多个检偏器及相应的探测器，以测量待研磨片的多个部分的厚度，以获得厚度分布的均匀性。椭圆测量法能够准确测量待研磨片厚度分布的均匀性。
[0108] 在本实施例中，研磨带22沿第二直线方向B的尺寸大于或等于载片区100沿第二直线方向B的最大尺寸，以确保载片区100上的待研磨片的所有区域均能被研磨到。
[0109]在本示例的研磨机构20中，每个带轮21的轴向两端分别通过两横轴210可转动地连接在第一支撑件31和第二支撑件32上，横轴210伸入相应的支撑件的槽中并能够在槽中转动。其中一个带轮21 (参考图3和图4中左上角的带轮21)所对应的横轴210伸出第一支撑件31与驱动装置23连接，该驱动装置23能够驱动该带轮21转动，并带动研磨带 22转动。驱动装置23固设在第一支撑件31沿第一直线方向A背向研磨机构20的表面，其安装位置仅起到示例作用，可根据具体安装场合作调整。驱动装置23可以为驱动电机，其输出端与横轴210连接。
[0110] 除本实施例的件外，在其他示例中，研磨件还可以是沿第二直线方向延伸的板状件，通过设置一驱动装置控制板状件沿第二直线方向在研磨区往复移动，同样能够实现对移动中的载片台上的待研磨片进行研磨。其中该驱动装置可以为直线驱动电机或旋转驱动电机。
[0111] 在本示例中，参照图2?图4,第一支撑件31和第二支撑件32均为板状件，沿第二直线方向B固设在两横梁36上并悬空，以留存空间供载片台从研磨头220下方通过。
[0112] 研磨液注入机构40包括:设于第一支撑件31中且沿第二直线方向B间隔分布的若干研磨液注入管41，研磨液注入管41通过喷液管42对准研磨头220位置的研磨带内周面。研磨液注入机构40通过研磨液注入管41、喷液管42向研磨带22喷射研磨液以用于研磨。相应地，结合参照图5,图5是图4中虚线框区域F的放大结构示意图，在研磨带22中沿其周向方向分布有若干通孔221，作为研磨液的流出出口，在研磨过程中，研磨液从通孔 221流出至待研磨片与研磨带外周面之间的缝隙以用于研磨。
[0113]需要说明的是，在图2?图4中并未示出研磨液注入机构40除研磨液注入管41 外的其他部分，可根据具体应用场合进行装配，在此不再赘述。
[0114]在图3和图4中，研磨液注入管41埋设在第一支撑件31中，其输入口位于第一支撑件31上表面，仅起到示例作用，可根据具体应用场合进行调整。研磨液注入管41沿第二直线方向B间隔分布，对应于研磨带22沿第二直线方向B重复移动的区域延伸，其目的是确保整个研磨液在研磨头220范围内均匀分布，以使待研磨片能够得到均匀、等速率研磨。
[0115] 参照图4,每个研磨液注入管41的输出口通过连通器43与喷液管42连通。连通器43包括:1个输入管431、和与输入管431连通的至少两个输出管432,研磨液从1个输入管431输入并通过两个输出管432输出。输入管431连通研磨液注入管41的输出口，每个输出管432连通一个喷液管42。借助于连通器43,可在研磨带22内部对应研磨头220的区域布置较多数量的喷液管42,增大了喷液管42的喷射区域，以提供均匀的喷射区域。
[0116]在研磨带22围成的空间内设有:分别与第一支撑件31和第二支撑件32固定连接且与研磨头220相对的支架30,所有喷液管42穿过支架30后对准研磨带22的研磨区域。 在支架30与研磨头220之间设有:与研磨头220位置的研磨带的内周面相对的压板33,分别连接压板33与支架30的施力件34,施力件34用于控制压板33向研磨带22施加的压力大小，以调节待研磨片在研磨过程中所受研磨带的压力。
[0117]参照图4,施力件34的数量为多个，每个施力件34通过一压块35与压板33连接， 施力件34可使用液压缸或气压缸。该施力件34包括:中空的缸体340、伸入缸体340内的活塞杆341，活塞杆341伸出缸体340外与压块35连接，缸体340未连接活塞杆341的一端固定在支架30上。
[0118]使用施力件34调节待研磨片所受压力的原理为:根据施力件34的种类，控制缸体 340内气体量或液体量，以调节活塞杆341所受气体或液体压力，活塞杆341所受压力经压块35、压板33传递至待研磨片。例如:当需要增大研磨过程中研磨带对待研磨片的压力以增大研磨量时，可向缸体340内通入气体或液体；当需要减小研磨过程中研磨带对待研磨片的压力以减小研磨量时，可适当排出缸体340种的部分气体或液体。
[0119]在研磨过程中，可控制施力件34来调节研磨过程中研磨带对待研磨片施加的压力大小，以调节待研磨片所受研磨压力，来控制研磨速率及研磨量，得到较佳的研磨效果。 另外，通过设置一压力传感器(图中未示出)，来监测待研磨片在研磨过程中所受研磨带的压力，能够在研磨过程中控制待研磨片所受压力，从而实时、精确控制待研磨片的研磨速率及研磨量。其中压力传感器可设置在施力件34、压板33、或载片台的载片区上。
[0120]在应用场合，施力件34会与外设的液压或气压控制装置连接，以准确调节施力件 34对压板33的压力。除本实施例所示的气压缸或液压缸外，在其他示例中，还可使用电磁控制的施力件，借助于电磁力来调节活塞杆的移动，从而调节待研磨片所受研磨压力。
[0121]参照图3,研磨清洗机构50位于第二支撑件32沿第一直线方向A与研磨机构20 相对的另一侧，能够在研磨过程中即时对研磨后的待研磨片进行清洗。该研磨清洗机构50 包括:冲洗机构51，用于冲洗研磨后的待研磨片；吹干机构52,位于冲洗机构51沿第一直线方向A与第二支撑件32相对的另一侧，用于吹干冲洗后的待研磨片，实现待研磨片干燥处理。这样，在研磨过程中，一边对待研磨片研磨过的区域进行冲洗，一边控制吹干机构52 对冲洗过的待研磨片区域进行吹干。吹干机构52吹出的风将清洗液以及研磨液冲掉，以避免清洗液及研磨液影响后续膜厚测量机构60的测量精度。
[0122]冲洗机构51包括:沿第二直线方向B排布的若干出水管510,其进水口与外设的供液机构连通，其出水口对准研磨头220与吹干机构52之间的区域。在研磨过程中，利用若干出水管510向待研磨片研磨过的区域喷射清洗液。所有的出水管510可以集成到第二支撑件32中、或连接至第二支撑件32的表面。除此之外，结合参照图2,所有出水管510还可以独立于第二支撑件32,在相互连接后沿第二直线方向B分别架设在两横梁36上。
[0123]出水管510相对于垂直于所述第二直线方向的平面由上而下为倾斜设置，其目的在于:使吹水管510沿第二直线方向B朝向研磨区外喷射清洗液，借助于喷射压力将研磨液沿第二直线方向B快速冲出研磨区，具有较高清洗效率。进一步地，出水管510的轴线垂直于第一直线方向A，避免了出水管510沿第一直线方向A朝向研磨机构40或吹干机构52喷射研磨液，防止清洗液喷射到研磨区域而干扰研磨进程，或喷射到膜厚测量区域而增大膜厚测量的误差。
[0124] 吹干机构52包括:沿第二直线方向B排布的若干出风管520,其进风口与外设的供风设备连通，其出风口对准出水口沿第一直线方向A与研磨带22相对的另一侧区域。在研磨过程中，利用所有出水管510吹拂待研磨片冲洗过的区域，以进行干燥处理。所有的出风管520可以与出水管510集成在一起，再连接至第二支撑件32,也可以架设在两横梁36 上。出风管520相对于垂直于所述第二直线方向的平面由上而下为倾斜设置，其目的在于: 使出风管520沿第二直线方向B朝向研磨区外吹风，将清洗液、研磨液等杂质沿第二直线方向B吹离出研磨区。进一步地，出风管520的轴线垂直于第一直线方向A，避免了吹风管520 沿第一直线方向A朝向研磨机构40或冲洗机构51吹风，防止清洗液等杂质再吹拂到冲洗机构51下方而降低冲洗效率；或防止清洗液等杂质被吹拂到膜厚测量机构60下方而增大膜厚测量的误差。
[0125]在本实施例中，参照图2、图3,在第一载片台11和第二载片台12上均设有导流槽 101，用来收集研磨过程中从载片区100流出的研磨液和清洗液。具体地，以第一载片台11 为例，在第一载片台11上围绕载片区100设有导流槽101，导流槽101沿第二直线方向B设有两相对的导流口 102。研磨过程中的研磨液及清洗液从载片区100流入导流槽101，并经导流口 102导出，避免研磨液和清洗液飞派。而且，与出水管510的倾斜设置相对应，出水管510朝向导流口 102方向喷射清洗液及被冲出的研磨液，使研磨液和清洗液快速通过导流口 102排出。相应地，与出风管520的倾斜设置相对应，出风管520朝向导流口 102吹风， 清洗液等杂质快速通过导流口 102排出。另外，导流口 102设置在第二直线方向B上，可防止研磨液和清洗液流出至载片台的移动路径上。
[0126]参照图2,本实施例的化学机械研磨设备还包括:
[0127]沿第二直线方向B相对且沿第一直线方向A延伸的第一直线导轨71和第二直线导轨72,研磨区位于第一、二直线导轨之间，研磨机构20、研磨清洗机构50和膜厚测量机构 60均位于第一、二直线导轨之间的区域。第一载片台11可滑动地连接至第一直线导轨71， 第一载片台11能够沿第一直线导轨71往复移动。第二载片台12可滑动地连接至第二直线导轨72,第二载片台12能够沿第二直线导轨72往复移动。
[0128]本实施例的化学机械研磨设备还包括:
[0129]沿第一直线方向A相对、且沿第二直线方向B延伸的第三直线导轨73和第四直线导轨74。其中第三直线导轨73位于进片口 C 一侧，第四直线导轨74位于出片口 D —侧。 第一直线导轨71的两端分别通过两滑块70连接至第三、四直线导轨，第二直线导轨72的两端分别通过两滑块70'连接至第三、四直线导轨。通过两滑块70,第一直线导轨71能够在第三、四直线导轨上往复移动。通过滑块70 '，第二直线导轨72能够在第三、四直线导轨上往复移动。
[0130]进一步地，化学机械研磨方法包括:
[0131]参照图2,控制已经装片的第一载片台11在第一直线导轨11上沿第一直线方向 A移动至研磨区，并在移动过程中对待研磨片边研磨、边清洗和边测量，同时设置第二载片台12处于进片口 C的位置，使用机械手80在第二载片台12的载片区100上装载待研磨片 120〇
[0132]参照图6,待第一载片台11上的待研磨片研磨完成后，控制第一载片台11移动至出片口 D，同时控制第二载片台12在第二直线导轨72上沿第一直线方向A移动至研磨区， 并在移动过程中对其上的待研磨片进行边研磨、边清洗和边测量的步骤；
[0133]参照图7,控制第一直线导轨71在第三、四直线导轨上沿第二直线方向B背向第二直线导轨72移动，至第一载片台11从出片口 D移出，同时继续移动第二载片台12以研磨其上的待研磨片。
[0134]参照图8,控制第一载片台11在第一直线导轨71上沿第一直线方向A的反方向 A'朝向第三直线导轨73移动，同时继续移动第二载片台12以研磨其上的待研磨片。
[0135]参照图9,当第一载片台11到达第三直线导轨73,控制第一直线导轨71在第三、 四直线导轨上，沿第二直线方向B的反方向B'朝向第二直线导轨72移动，至第一载片台 11移进进片口 C，同时继续移动第二载片台12以研磨其上的待研磨片；
[0136]参照图10,待第二载片台12上的待研磨片研磨完成后，控制第二载片台12移动至出片口 D，同时控制第一载片台11沿第一直线方向A移动，并在移动过程中对其上的待研磨片进行边研磨、边清洗和边测量的步骤。
[0137]参照图11，控制第二直线导轨72沿方向B'移动，至第二载片台12从出片口 D移出，同时继续移动第一载片台11以研磨其上的待研磨片。
[0138]参照图12,控制第二载片台12沿方向Y朝向第三直线导轨73移动同时继续移动第一载片台11以研磨其上的待研磨片。
[0139]参照图13,控制第二直线导轨72沿第二直线方向B移动，至第二载片台12移进进片口 C卸片并重新装片。
[0140]之后，重复上述步骤，交替使用第一载片台11和第二载片台12装片、移动、研磨。 通过上述方案，完成待研磨片的规模化研磨工艺。
[0141]在本实施例中，在第一、二、三、四直线导轨上集成有驱动装置(图中未示出)，驱动装置的输出端与相应的滑块连接，利用驱动装置驱动相应的滑块沿直线导轨移动以实现载片台移动。其中驱动装置可以是直线电机，直线电机的输出端直接与相应的滑块连接。驱动装置还可以是旋转电机，旋转电机的输出端通过蜗杆传动与滑块的输入端连接，旋转电机的输出转矩经过蜗杆传动转化为滑块的直线运动。
[0142]第一载片台11在第一直线导轨71上、第二载片台12在第二直线导轨72上、和第一、二直线导轨在第三、四直线导轨上的可往复移动为滚动连接。参照图2，以第四直线导轨74为例，其上的滑块70、7(V上安装有若干滚轮75，该滚轮75位于第四直线导轨74的导向槽中，并能够在导向槽中沿第二直线方向B往复滚动。除滚动移动外，所述可往复移动还可以是滑动移动。
[0143]参照图2、图3，在研磨机构20的下方设有底座24，底座24具有沿第一直线方向A相背的两斜坡面240、241，斜坡面240朝向进片口 C，斜坡面241朝向出片口 D。每个载片台在研磨过程中支撑在底座24上移动，能够保持待研磨片在研磨过程中所受研磨压力均匀，保证待研磨片得到均匀研磨，并在研磨完成后获得膜厚分布均匀的研磨片。另外，载片台所承受的研磨压力直接传递至底座24，底座24用于承担该较大研磨压力，载片台和与其连接的直线导轨在连接位置不会受到压迫力，防止两者在连接位置因较大压力而断裂。
[0144]在载片台底部设置有滚轮105，滚轮105的轴线平行于第二直线方向B。载片台通过滚轮105沿斜坡面240移动至底座24上，沿斜坡面241移下底座24。并且在研磨过程中，滚轮105在底座24上滚动，载片台通过滚轮105滚动支撑在底座24上移动，滚动摩擦的摩擦力较小，载片台在前进过程中受到的阻力小，可保持载片台平稳前进，进而提升研磨效率。而当载片台进入研磨区之前和离开研磨区之后，滚轮105呈悬空状态。
[0145]本实施例的滚轮105为圆柱轴承，能够承受较大的径向压力，可经受较大的研磨压力。
[0146]虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
【主权项】
1.一种化学机械研磨设备，其特征在于，包括:研磨区，具有进片口和出片口；载片台，其上表面设有载片区，且能够从所述进片口沿第一直线方向朝向出片口移 动；位于研磨区的研磨机构，包括:沿第二直线方向延伸、且能够沿所述第二直线方向重复 移动的研磨件，用于研磨待研磨片，所述第二直线方向垂直于第一直线方向；研磨液注入机构，用于向所述研磨件研磨待研磨片的区域注入研磨液；研磨清洗机构，与所述研磨机构沿所述第一直线方向相对设置，用于清洗研磨后的待 研磨片；膜厚测量机构，位于所述研磨清洗机构沿第一直线方向与研磨机构相对的另一侧，用 于测量清洗后的待研磨片厚度。2.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述研磨件为研磨带。3.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述研磨件能够沿所述第二 直线方向重复移动包括:所述研磨件能够沿所述第二直线方向作往复移动。4.如权利要求2所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述研磨机构还包括:若干带 轮，所述研磨带套在所有带轮上，所述带轮能够带动研磨带转动。5.如权利要求4所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述研磨液注入机构包括:沿 所述第二直线方向排布的若干研磨液注入管；所述研磨液注入管通过喷液管对准所述研磨带用于研磨的部分。6.如权利要求5所述的化学机械研磨设备，其特征在于，在所述研磨带上沿周向方向 分布有若干通孔，作为研磨液的流出出口。7.如权利要求5所述的化学机械研磨设备，其特征在于，每个所述研磨液注入管通过 连通器与所述喷液管连接；所述连通器包括:一输入管和与所述输入管连通的至少两个输出管，所述输入管连通 研磨液注入管，每个所述输出管连通一个喷液管。8.如权利要求5所述的化学机械研磨设备，其特征在于，还包括:第一支撑件和第二支 撑件；所述带轮轴向两端沿所述第一直线方向可转动地连接在第一、二支撑件上，所述第二 支撑件位于研磨机构和研磨清洗机构之间。9.如权利要求8所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所有研磨液注入管设于所述 第一支撑件中。10.如权利要求8所述的化学机械研磨设备，其特征在于，在所述研磨带围成的空间内 固设有支架；在所述支架与所述研磨带沿第二直线方向重复移动的区域之间设有:压板、分别连接 所述压板和支架的施力件，所述施力件用于调节压板对研磨带施加的压力大小。11.如权利要求10所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述支架固设在第一支撑 件和第二支撑件上。12.如权利要求10所述的化学机械研磨设备，其特征在于，还包括:压力传感器，用于 监测所述研磨带对待研磨片的研磨压力。13.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述研磨件沿所述第二直线 方向的尺寸大于等于所述载片区沿第二直线方向的最大尺寸。14.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述研磨清洗机构包括:冲洗机构，用于冲洗研磨后的待研磨片；吹干机构，位于所述冲洗机构沿第一直线方向与研磨机构相对的另一侧，用于吹干冲 洗后的待研磨片。15.如权利要求14所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述冲洗机构包括:沿所述第二直线方向排布的若干出水管，其出水口对准研磨件与吹干机构之间的区域。16.如权利要求15所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述出水管相对于垂直于 所述第二直线方向的平面为由上而下倾斜设置。17.如权利要求16所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述吹干机构包括:沿所述 第二直线方向排布的若干出风管，其出风口对准所述冲洗机构沿第一直线方向与研磨件相 对的另一侧区域。18.如权利要求17所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述出风管相对于垂直于 所述第二直线方向的平面为由上而下倾斜设置。19.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，在所述载片台上围绕所述载 片区设有导流槽，用于收集和导出研磨过程中的研磨液及清洗液。20.如权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，还包括:沿所述第二直线方 向相对、且沿所述第一直线方向延伸的第一直线导轨和第二直线导轨，所述研磨区位于第 一、二直线导轨之间；所述载片台为两个，其中一个载片台可往复移动地连接至第一直线导轨，另一个载片 台可往复移动地连接至第二直线导轨。21.如权利要求20所述的化学机械研磨设备，其特征在于，还包括:沿所述第一直线方 向相对、且沿第二直线方向延伸的第三直线导轨和第四直线导轨；在第一、二直线导轨中，每个直线导轨的两端分别可往复移动地连接至第三、四直线导 轨。22.如权利要求20所述的化学机械研磨设备，其特征在于，在所述研磨件下方设有底 座；所述载片台在研磨过程中支撑在底座上移动。23.如权利要求22所述的化学机械研磨设备，其特征在于，在所述载片台的底部设置 有滚轮，所述载片台通过滚动的滚轮支撑在底座上移动。24.—种化学机械研磨方法，其特征在于，包括:将一个待研磨片从进片口沿第一直线方向移动至研磨区；在所述研磨区，一边沿所述第一直线方向继续移动所述待研磨片，一边沿第二直线方 向对所述待研磨片进行研磨，所述第一直线方向垂直于第二直线方向；一边沿所述第一直线方向继续移动所述待研磨片，一边对所述待研磨片研磨过的区域 进行清洗；一边沿所述第一直线方向继续移动所述待研磨片，一边测量所述待研磨片清洗过的区 域的厚度。25.如权利要求24所述的化学机械研磨方法，其特征在于，利用椭偏测量方法测量待 研磨片的厚度。26.如权利要求24所述的化学机械研磨方法，其特征在于，所述测量所述待研磨片清 洗过的区域的厚度包括:测量所述待研磨片清洗过的区域多个部分所对应的多个厚度值， 以获得所述待研磨片研磨后的厚度分布均匀性。27.如权利要求24所述的化学机械研磨方法，其特征在于，所述沿第二直线方向对所 述待研磨片进行研磨包括:沿所述第二直线方向对所述研磨片进行往复研磨。28.如权利要求24所述的化学机械研磨方法，其特征在于，使用研磨带对所述待研磨 片进行研磨；在研磨过程中，所述研磨带在带轮的带动下转动实现对所述待研磨片的研磨。29.如权利要求28所述的化学机械研磨方法，其特征在于，利用沿所述第二直线方向 排布的若干研磨液注入管向研磨位置的研磨带注入研磨液。30.如权利要求24所述的化学机械研磨方法，其特征在于，所述一边对所述待研磨片 研磨过的区域进行清洗包括:一边对所述待研磨片研磨过的区域进行冲洗，还一边对待研磨片冲洗过的区域进行干 燥处理；测量所述待研磨片清洗过的区域的厚度为:测量待研磨片干燥处理后的区域的厚度。31.如权利要求30所述的化学机械研磨方法，其特征在于，利用沿所述第二直线方向 排布的若干出水管向所述待研磨片研磨过的区域喷射清洗液；利用沿所述第二直线方向排布的若干出风管吹拂所述待研磨片冲洗过的区域，以进行干燥处理。32.如权利要求24所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在研磨过程中，利用施力件 控制用于研磨的研磨件对待研磨片施加的压力。33.如权利要求24所述的化学机械研磨方法，其特征在于，所述待研磨片设于载片台 的载片区上，所述载片台沿所述第一直线方向移动；待所述待研磨片研磨完成后，还包括:所述载片台从出片口沿第二直线方向移出研磨 区，之后沿所述第一直线方向的反方向朝向所述进片口所在侧移动，并开始下一次研磨过 程。34.如权利要求33述的化学机械研磨方法，其特征在于，在所述研磨过程中，使装有另 一待研磨片的另一载片台从所述进片口沿所述第一直线方向移动；待所述研磨过程结束， 控制所述另一待研磨片在研磨区进行边研磨、边清洗和边测量的步骤。35.如权利要求34所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在所述待研磨片的研磨过 程中，控制其中一载片台在第一直线导轨上沿第一直线方向移动，和在移出研磨区后沿反 方向朝向进片口所在侧移动；在所述另一个待研磨片研磨过程中，控制另一载片台在第二直线导轨上沿第一直线方 向移动，和在移出研磨区后沿反方向朝向进片口所在侧移动。36.如权利要求35所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在研磨完成后，控制所述第 一直线导轨在第三直线导轨和第四直线导轨上，沿所述第二直线方向背向所述第二直线导 轨移动，至其上的载片台移出研磨区；在另一个待研磨片研磨完成后，控制所述第二直线导轨在第三、四直线导轨上沿第二直线方向的反方向移动，至其上的载片台移出研磨区。
【文档编号】B24B49/12GK105983890SQ201510051593
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月30日
【发明人】伍强, 蒋运涛, 杨俊
【申请人】中芯国际集成电路制造(上海)有限公司