一种抛光盘和抛光设备的制作方法

1.本技术涉及抛光设备技术领域，尤其是涉及一种抛光盘和抛光设备。


背景技术：

2.硅片生产是芯片产业中的重要基础，也是在芯片制造材料市场中，所占比重最大的部分。随着芯片制程的不断提高和技术进步，由于大尺寸硅片的利用率高、成本低，先进制程产线所用的硅片尺寸也越来越大。300mm大硅片主要用于线宽90nm以下的集成电路芯片，包括逻辑芯片(gpa、cpu、fgpa)、存储芯片(ssd、dram)等先进制程的芯片，服务于智能手机、计算机、云计算、人工智能等终端半导体产品技术。300mm硅片的生产主要经过长晶、切片、倒角、磨片、减薄、双抛、边抛、最终抛、清洗、检测等十多项复杂的流程，最终生产出合格的硅片，进入芯片的前端制程。其中技术门槛最高的就是双面抛光技术，双面抛光工艺采用化学机械抛光技术(cmp)在去除硅片表面损伤层的同时获得极佳的表面平坦度。
3.现有技术中，抛光盘的旋转抛光过程中会产生热量，为防止抛光盘形变翘曲，会在抛光盘上增设散热结构，用于对抛光盘进行散热冷却，一般的，抛光盘采用水冷散热的结构进行冷却，通过在抛光盘内部设计水道，冷却水经过水路将抛光盘上的热量带走，从而完成对抛光盘的冷却作用，与此同时，增设散热机结构必增加抛光盘结构的复杂程度；此外，由于通水之后抛光盘对抛片的压力增大，为了满足双抛这类精抛步骤，需要将抛光盘吊起，进一步增加了抛光盘结构的复杂程度。
4.因此，现有技术的技术问题在于：如何兼具抛光盘的良好的散热效果和结构的简化。


技术实现要素：

5.本技术提供一种抛光盘和抛光设备，解决了现有技术中无法兼具抛光盘的良好的散热效果和结构的简化的技术问题；达到抛光盘在简化结构的同时具有良好的散热效果的技术效果。
6.第一方面，本技术提供的一种抛光盘，采用如下的技术方案：
7.一种抛光盘，所述抛光盘包括：盘本体，所述盘本体具有第一面和第二面，所述第一面用于直接或间接与抛片接触而对抛片进行抛光，所述盘本体在抛光工作状态下，所述盘本体上形成有热源；第一件，所述第一件连接于所述第二面上相应于所述热源的位置上，使得所述热源的热量传导至所述第一件上进行散热。
8.作为优选，所述盘本体上具有呈环形分布的热源；所述第一件呈环形布置，且连接于所述第二面上相应于所述热源的位置。
9.作为优选，所述第一件分布的圆心和所述热源分布的圆心重合。
10.作为优选，所述抛光盘还包括：第二件，所述第二件呈环形布置，所述第二件连接于所述抛光盘的第二面上；所述第二件具有一组或多组，且所述第二件与所述第一件同心布置。
11.作为优选，所述第一件布置的半径r0为：r0＝1/2
×
(r-r)+r，其中，所述盘本体为环形，r为所述盘本体的外圈半径，r为所述盘本体的内圈半径。
12.作为优选，所述第一件的径向宽度大于所述第二件的径向宽度。
13.作为优选，所述抛光盘还包括：第三件，所述第三件具有多组，且所述第三件径向均匀分布并连接于所述抛光盘的第二面上。
14.第二方面，本技术提供的一种抛光设备，采用如下的技术方案：
15.一种抛光设备，包括：第一盘；第二盘，所述第二盘与所述第一盘相对布置，在所述第二盘与所述第一盘之间形成抛光空间；以及驱动机构，所述驱动机构分别连接所述第一盘和第二盘，用于驱动所述第一盘和第二盘旋转。
16.作为优选，所述第三件的数量n1为：n1＝(n
2-1)
×
10，n2＝2
×
α+1，其中，n2为第一件和第二件的数量之和，且n2为奇数；α为第一盘和第二盘的转速比。
17.作为优选，所述第二件布置的半径r
x
为：r
x
＝r0+x/(n
2-1)+α)
×
(r-r)，其中，所述盘本体为环形，r0为第一件的布置半径，r为所述盘本体的外圈半径，r为所述盘本体的内圈半径；α为所述第一盘和第二盘的转速比；x为所述第二件排布的标号，所述标号以第一件为0基准，位于第一件内部的第二件从外到内标号依次-1，位于所述第一件外部的第二件从内到外标号依次+1。
18.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：
19.1、本技术所述抛光盘中，在盘本体上对应热源的位置上布置用于散热的第一件，通过第一件将热源上的热量传导、散发到空气中，从而起到对抛光盘进行冷却的作用，使得抛光盘在具有简易结构的情况下，还兼具良好的散热性能。解决了现有技术中无法兼具抛光盘的良好的散热效果和结构的简化的技术问题；达到抛光盘在简化结构的同时具有良好的散热效果的技术效果。
20.2、第一件以环形布置在对应的环形分布的热源上，第一件与第二件配合起到散热效果，第三件用于加强径向强度，同时增加散热面积，改善了散热效果，且在同样抛光盘材料的情况下具有更小的热形变。
附图说明
21.图1是本技术所述抛光盘的示意图；
22.图2是本技术所述抛光盘的俯视图；
23.图3是本技术所述抛光设备的示意图；
24.图4是本技术所述抛光盘上第一件、第二件以及第三件的布置示意图；
25.图5是本技术所述抛光盘的对比例的示意图；
26.图6是本技术所述抛光盘中本实施例中的形变示意图；
27.图7是本技术所述抛光盘中对比例的形变示意图。
28.附图标记说明：100、盘本体；200、第一件；201、第一散热筋；300、第二件；301、第二散热筋；400、第三件；401、径向筋；500、第一盘；600、第二盘；700、抛光空间；800、驱动机构；801、第一驱动轮；802、第二驱动轮。
具体实施方式
29.本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
30.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
31.本技术实施例提供了一种抛光盘和抛光设备，解决了现有技术中无法兼具抛光盘的良好的散热效果和结构的简化的技术问题；达到抛光盘在简化结构的同时具有良好的散热效果的技术效果。
32.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
33.抛光是指利用机械或/和化学的作用，使抛片表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的过程，在抛光过程中，由于抛光盘的盘面和抛片之间机械摩擦作用会产生热量，一般该热源分布是以环形分布的，由于热量的产生，在一定程度上造成抛光盘自身的热形变，在抛光盘的平坦度不高的情况下，抛光后的抛片的平坦度势必不佳。其中，热源以环形分布是指，抛光盘上具有一环形分布的区域，在抛光旋转过程中，该区域的温度较高，且在该区域上沿径向向内和沿径向向外温度逐渐递减，从而形成该环形分布的热源。
34.因此，为保证高抛片表面质量和平坦度，首先要解决抛光热带来的热变形的问题。申请人采取以分区加压、水冷散热或空冷散热的方式来解决抛光盘热形变的问题；分区加压在本质上不解决产热问题，虽然能控制热变形导致的硅片表面压力分布变化，但高温易带来抛光液变质等问题，影响与硅片表面的化学反应。水冷方式需要在抛光盘内部设计水道，冷却水经过水路将抛光盘上的热量带走，从而完成对抛光盘的冷却作用，与此同时，增设散热机结构必增加抛光盘结构的复杂程度；此外，抛光盘的整体厚度较大，由于通水之后抛光盘对抛片的压力增大，为了满足双抛这类精抛步骤，需要将抛光盘吊起，进一步增加了抛光盘结构的复杂程度。空冷散热则是在抛光盘外增散热结构以增大散热面积，通过散热机构与空气之间的热交换，实现抛光盘的散热，空冷散热的结构虽然机构间接，但需要设计合理的散热结构并选择合适的抛光盘材料，否则抛光盘的盘形稳定性较差。即使散热整体散热效果良好，也无法避免抛光盘具有良好的平坦度，会造成抛光盘的翘曲，因此，抛光盘的空冷结构的设计和抛光盘的材料选择尤为重要。
35.一种抛光盘，如图1所示，抛光盘包括盘本体100、第一件200、第二件300以及第三件400，盘本体100用于作用于抛片并对抛片进行抛光，具体的，盘本体100呈环形，盘本体
100具有第一面和第二面，盘本体100采用膨胀系数小于或等于3.5
×
10-6
/k的材料制成；一般的，盘本体100水平放置，第一面为盘本体100的下表面，第一面用于直接或间接与抛片接触而对抛片进行抛光；第二面为盘本体100的上表面，第二面上连接第一件200，第一件200用于将盘本体100上产生的热量传导至空气中，从而对盘本体100实现散热。
36.其中，盘本体100在旋转抛光的过程中，由于抛片和第一面之间的摩擦，在盘本体100上会形成有热源，而第一件200则连接于第二面上对应热源分布的位置上；在一个实施例中，在抛光过程中，抛片以盘本体100的圆心为旋转中心进行环形旋转，对应的，盘本体100上形成的热源以该旋转轨迹分布，因此，在抛光盘旋转过程中，在盘本体100上形成有呈环形分布的热源，且该环形分布的热源的圆心与盘本体100的圆心重合。对应的，在第二面上，第一件200分布的位置与该环形的热源分布位置相对应，且第一件200与第二面相连接。
37.第一件200，如图1、2所示，第一件200用于盘本体100的散热。第一件200相应于热源分布连接于第二面上，在一个实施例中，第一件200为环形的第一散热筋201，第一散热筋201连接于第二面上或与第二面一体成型，且第一散热筋201的圆心与盘本体100的圆心相重合，第一散热筋201的半径与热源分布的半径相同，使得第一散热筋201位于热源分布的区域上，即，该第一散热筋位于该环形热源的温度较高的环形区域上，而非温度递减的形区域上。进一步的，基于盘本体100和形成的源热分布，第一散热筋201分布的半径r0为：
38.r0＝1/2
×
(r-r)+r
39.其中，盘本体100为环形，r为盘本体100的外圈半径，r为盘本体100的内圈半径。
40.第二件300，如图1、2所示，第二件300用于盘本体100的散热。与第一件200同样的，第二件300连接于盘本体100的第二面上，且第二件300呈环形布置，第二件300环形布置的圆心与第一件200环形布置的圆心重合，也就是说，第二件300与第一件200形成同心圆。第二件300具有一组或多组，每组第二件300均与第一件200呈同心布置，在一个实施例中，第二件300具体为环形的第二散热筋301，第二散热筋301具有两个，且两个第二散热筋301分别位于第一散热筋201的里外两侧，也就是说，其中一第二散热筋301的半径小于第一散热筋201的半径，位于第一散热筋201的内部，另一第二散热筋301的半径大于第一散热筋201的半径，位于第一散热筋201的外部。
41.值得说明的是，第一散热筋201和第二散热筋301的高度应满足：在垂直于盘本体100的方向上，第一散热筋201和第二散热筋301等高设置，且与盘本体100的厚度相等；径向筋401的高度小于或等于第一散热筋201的高度。第一散热筋201和第二散热筋301的径向宽度应满足：第一散热筋201的径向宽度大于每个第二散热筋301的径向宽度，使得第一散热筋201能够有效的将环形热源上的热量传导至第一散热筋201上，进一步的，第一散热筋201的径向宽度可大于或等于热源分布的径向宽度。
42.第三件400，如图1、2所示，第三件400用于增强盘本体100的强度。第三件400具有多组且均连接于盘本体100的第二面上，具体的，第三件400沿盘本体100的径向均匀分布于第二面上，在一个实施例中，第三件400具体为径向筋401，径向筋401数量为20条，且径向筋401均匀分布于第二面上，也就是说，每两相邻的两个径向筋401之间的夹角相等。在盘本体100的第二面上布置径向加强筋，在抛光盘旋转抛光过程中，提高盘本体100在径向上的强度，径向筋401有利于抵抗盘面的热源区域上的形变，提高盘本体100的平坦程度。
43.本技术还提出一种抛光设备，抛光设备用于对抛片进行抛光处理，如图3所示，抛
光设备包括第一盘500、第二盘600以及驱动机构800，第一盘500和第二盘600均呈水平布置，在第一盘500和第二盘600之间形成抛光空间700，抛片位于该抛光空间700内部并被第一盘500和第二盘600所夹设，驱动机构800分别连接并作用于第一盘500和第二盘600上，使得第一盘500和第二盘600转动，从而实现对抛片抛光。
44.第一盘500，如图3所示，第一盘500作为抛光设备的上盘。第一盘500位于第二盘600的上方，第一盘500具体为上述抛光盘，此处不再对第一盘500的机构进行累述。第一盘500的下表面用于与抛片直接或间接接触，上表面用于连接第一件200、第二件300以及第三件400。
45.第二盘600，如图3所示，第二盘600作为抛光设备的下盘。第二盘600位于第一盘500的正下方，在第一盘500和第二盘600之间通过抛光垫夹设抛片，通过驱动第一盘500和第二盘600旋转而完成抛光。在第二盘600内部开设有水道，用于通冷却水。其中，第一盘500和第二盘600的材料均采用低膨胀系数材料，膨胀系数低于3.5
×
10-6/k。
46.如图3、4所示，第二件300(第二散热筋301)和第三件400(径向筋401)布置的数量需要满足：第三件400(径向筋401)的数量n1为：
47.n1＝(n
2-1)
×
10，n2＝2
×
α+1
48.其中，n2为第一件200和第二件300的数量之和，且n2为奇数；α为第一盘500和第二盘600的转速比；在一个实施例中，径向筋401的数量为20条，此时，第一件200和第二件300的数量之和为3条，第一盘500和第二盘600的转速比为1。
49.如图3、4所示，在第一盘500上，第二件300(第二散热筋301)可布置有一组或多组，第二件300(第二散热筋301)布置的半径需要满足：第二件300(第二散热筋301)布置的半径r
x
为：
50.r
x
＝r0+x/(n
2-1)+α)
×
(r-r)
51.其中，盘本体100为环形，r0为第一件200的布置半径，r为盘本体100的外圈半径，r为盘本体100的内圈半径；α为第一盘500和第二盘600的转速比；x为第二件300排布的标号，标号以第一件200为0基准，位于第一件200内部的第二件300从外到内标号依次-1，位于第一件200外部的第二件300从内到外标号依次+1。如图7所示，以第二件300具有两组为例，以第一件200所在位置为0基准，即定位第一件200的布置半径为r0，在盘本体100的径向上，由边缘向圆心方向排布的第二件300的半径依次为r-1
、r-2
，由圆心向边缘方向排布的第二件300的半径依次为r1、r2。
52.抛片置于上下抛光垫中间，抛光时抛光区域充满抛光液，与硅片表面发生化学反应，并由旋转的抛光垫剥落。化学机械抛光过程中产生大量抛光热，一部分热量被抛光液带走，一部分热量被下抛光盘的冷却水带走，还有一部分热量使第一盘500温度升高，热量传导到第一件200、第二件300以及第三件400上并散到周围空气中，散热筋增加了其散热面积。第一盘500所在空间内设有空调，空调温度设置为20℃，出风口高于第一盘200mm，斜向45
°
吹风。
53.图5为30根径向筋401的结构对比例的示意图，无环形散热筋结构，散热面积比上述具有环形的散热筋的实施例中的散热面积大；图6、7为在同样热源情况下，两种散热结构的热变形放着计算结果对比。图中右上角50-250为热源大小，横坐标为盘面截线的长度，盘直径为2000mm，中间镂空540mm直径的圆形，纵坐标为变形量，可见，虽然对比结构的散热面
积更大，但对比例的热变形结果大于上述实施例中的形变量。这与抛光产热的形式有关，抛光热的热源大小的等值线程环形，即梯度沿径向。故本技术提出的散热结构在同样的散热面积和热源下能有更小的热变形。
54.驱动机构800，如图3所示，驱动机构800用于驱动第一盘500和第二盘600旋转。驱动机构800包括第一驱动轮801和第二驱动轮802，第一驱动轮801连接并作用于第一盘500，第二驱动轮802连接并作用于第二盘600，通过外部电机等驱动源驱动，从而通过第一驱动轮801和第二驱动轮802带动第一盘500和第二盘600旋转。
55.工作原理/步骤：
56.抛光盘在旋转抛光过程中，在抛光盘上形成有环形分布的热源，第一件200的形状与热源的形状相对应，且第一件200连接于盘本体100上相应于热源的位置上，使得热源区域上产生的热量传导至第一件200上，通过第一件200将热量散失于空气中而完成冷却。第二件300和第三件400用于增大盘本体100上表面的散热面积，用于共同辅助第一件200将热量传导并散失于空气中，使得在抛光盘良好的散热效果和结构的简化，同时径向布置的第三件400对盘面的形变有良好的抑制作用。
57.技术效果：
58.1、本技术所述抛光盘中，在盘本体100上对应热源的位置上布置用于散热的第一件200，通过第一件200将热源上的热量传导、散发到空气中，从而起到对抛光盘进行冷却的作用，使得抛光盘在具有简易结构的情况下，还兼具良好的散热性能。解决了现有技术中无法兼具抛光盘的良好的散热效果和结构的简化的技术问题；达到抛光盘在简化结构的同时具有良好的散热效果的技术效果。
59.2、第一件200以环形布置在对应的环形分布的热源上，第一件200与第二件300配合起到散热效果，第三件400用于加强径向强度，同时增加散热面积，改善了散热效果，且在同样抛光盘材料的情况下具有更小的热形变。尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
60.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。