抛光垫修整组件和抛光设备的制作方法

1.本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种抛光垫修整组件和抛光设备。


背景技术：

2.近几年随着半导体行业的不断发展，对机台产出量需求也在不断提升。现阶段cmp工艺抛光作业，需要对机台进行修整和清扫，以保证晶片表面较好的良率和稳定的移除速率。
3.目前对半导体衬底晶片(硅、碳化硅、蓝宝石等)进行抛光时所采用的抛光设备一般为抛光机50b，而为了防止持续作业时抛光垫表面釉化现象发生，在每次作业后均需对抛光垫进行清扫和修整，以改善抛光垫的表面。而目前在抛光过程中多采用修整、清扫间断作业的模式完成抛光垫的清扫和修整。该间断作业模式虽然确保了抛光垫表面具有较好的空隙结构，但整体作业时间较长、人员修整和清扫切换较繁琐；有时在更换修整盘时，放置不当还会造成抛光垫破损。即目前普遍采用的修整及清扫方法需要修整和清扫两段工艺分开操作，使得作业员作业不便，作业周期拉长，生产效率低。因此如何缩短修整和清扫工艺所需要的时间，从而减小作业周期是亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提供了一种抛光垫修整组件及抛光设备，以解决现有技术存在的一个或多个技术问题。
5.根据本实用新型的一方面，公开了一种抛光垫修整组件，该抛光垫修整组件包括：底座、多个清扫头以及多个修整头；
6.所述多个清扫头均设置在所述底座上，所述清扫头用于清扫抛光垫；
7.所述多个修整头均设置在所述底座上，所述修整头用于修整所述抛光垫；
8.其中，多个所述清扫头和多个所述修整头沿所述底座的周向间隔设置，且所述修整头与所述清扫头交错设置。
9.在本实用新型的一些实施例中，所述底座的形状为环形，所述清扫头和修整头的形状为圆形，所述底座的外圆直径与内圆直径之差不小于所述清扫头和修整头的直径。
10.在本实用新型的一些实施例中，所述清扫头与所述修整头的直径相等，且所述清扫头的厚度大于所述修整头的厚度。
11.在本实用新型的一些实施例中，所述抛光垫修整组件呈左右对称结构。
12.在本实用新型的一些实施例中，所述清扫头和所述修整头的数量均为四个，过所述清扫头的中心与所述底座的中心的第一直线和过与所述清扫头相邻的修整头的中心与所述底座的中心的第二直线的夹角为45
°
。
13.在本实用新型的一些实施例中，所述底座与所述清扫头、修整头之间均为可拆卸连接。
14.在本实用新型的一些实施例中，所述修整头为钻石头，所述钻石头的表面覆盖有多个钻石颗粒，且所述钻石颗粒上设有化学镀层；
15.所述清扫头为毛刷头，且所述毛刷头的材料为尼龙材料；
16.所述底座的材料为不锈钢。
17.在本实用新型的一些实施例中，所述钻石颗粒的粒径为20～160um。
18.在本实用新型的一些实施例中，所述清扫头包括40至60个毛刷单元，各毛刷单元包括20至40根直径0.5mm至1mm的尼龙线。
19.根据本发明的另一实施例中，还公开了一种抛光设备，所述抛光设备包括如上任一实施例所述的抛光垫修整组件。
20.通过利用本实用新型实施例中的抛光垫修整组件及抛光设备，可以获得的有益效果至少在与：
21.该抛光垫修整组件包括多个清扫头和多个修整头，清扫头和修整头设置在同一个底座上，且清扫头与修整头间隔且交错设置，使得该修整组件在工作过程中即可通过修整头对抛光垫进行修整，还可同时通过清扫头对修整后的抛光垫进行清扫，因而该修整组件避免了间断式作业模式，节省了清扫单独作业工艺的作业时间，从而缩短了修整和清扫工艺所需要的整体时间周期，进而提高了晶片的产能。
22.本实用新型的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本实用新型的实践而获知。本实用新型的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
23.本领域技术人员将会理解的是，能够用本实用新型实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本实用新型能够实现的上述和其他目的。
附图说明
24.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本实用新型的原理。为了便于示出和描述本实用新型的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本实用新型实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：
25.图1为本实用新型一实施例的抛光垫修整组件的结构示意图。
26.图2为本实用新型一实施例的抛光垫修整组件的爆炸结构示意图。
27.图3为本实用新型一实施例的抛光垫修整组件的使用参考图。
具体实施方式
28.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型实施例做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
29.在此，需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新
型关系不大的其他细节。
30.应该强调，术语“包括/包含/具有”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
31.在此，还需要说明的是，本说明书内容中所出现的方位名词是相对于附图所示的位置方向；如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。直接连接为两个零部件之间不借助中间部件进行连接，间接连接为两个零部件之间借助其他零部件进行连接。
32.在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件。
33.图1为本实用新型一实施例的抛光垫修整组件的结构示意图，如图1所示，该抛光垫修整组件至少包括底座100、多个清扫头300及多个修整头200。多个清扫头300均设置在底座100上，清扫头300用于清扫或清扫抛光垫400；多个修整头200也均设置在底座100上，修整头200用于修整抛光垫400；其中，多个清扫头300和多个修整头200沿底座100的周向间隔设置，且修整头200与清扫头300交错设置。
34.该抛光垫修整组件通过将清扫头300和修整头200设置在同一个底座100上，通过抛光垫修整组件的旋转动作可对抛光垫400进行修整与清扫交替操作，因而在需要对抛光垫进行清扫时，不需要将修整头200再更换为清扫头300，即可同步的完成抛光垫400的清扫工艺，从而节省了清扫作业制程，缩短整体作业时间，提高晶片的产能；另外由于本技术的抛光垫修整组件不需要对清扫头300及修整头200进行频繁更换，因而本技术的抛光垫修整组件不仅可获得较好的修整效果，还可降低抛光垫400的破损概率。
35.在本实用新型的一实施例中，所述底座100的形状为环形，所述清扫头300和修整头200的形状为圆形，所述底座100的外圆直径与内圆直径之差不小于所述清扫头300和修整头200的直径。参考图2，多个圆形的清扫头300和多个圆形的修整头200设置在环形的底座100表面上，多个清扫头300与多个修整头200沿该圆环形底座100的周向均匀间隔排列；在该实施例中，清扫头300、修整头200的直径略小于底座100的外圆直径与内圆直径之差。此时清扫头300与修整头200的直径尺寸可相等或不等，当清扫头300与修整头200的直径尺寸不等时，则清扫头300和修整头200中的较大的直径略小于底座100的外圆直径与内圆直径之差。另外，还应理解的是，上述所描述的清扫头300、修整头200以及底座100的尺寸及形状结构仅是一种示例，具体的可根据使用场景进行相应改变。在该实施例中，清扫头300和修整头200的形状设为圆形，使得外边线速度更大、清扫阻力更小，修整时间更少，更大程度的减少了结晶等异物残留，降低晶片表面的瑕疵。
36.进一步的，清扫头300与所述修整头200的直径相等，此时清扫头300与修整头200的直径尺寸均相应的略小于底座100的外圆直径与内圆直径之差。示例性的，清扫头300和修整头200的直径尺寸范围为100～150mm，优选的为132mm，此时底座100的外圆直径与内圆直径之差可相应的可为133mm、134mm、135mm等。另外，底座100的外圆直径与内圆直径之差也可理解为环形底座100的外环宽度。
37.另外，清扫头300的厚度大于所述修整头200的厚度，即清扫头300的端面凸出于修整头200的端面。在该实施例中，清扫头300的厚度大于所述修整头200的厚度可以很好的去除抛光垫400表面及沟槽中的异物，并在放置修整组件001时会起到缓冲作用，减少对抛光
垫400损坏。示例性的，清扫头300比修整头200厚2mm。
38.在本实用新型一实施例中，抛光垫修整组件呈左右对称结构，此时位于底座100上的多个清扫头300和修整头200相对于图1所示修整组件001的中线呈对称的结构，在该实施例中，抛光垫修整组件整体为左右对称结构，则可保持修整组件001受力平衡，不会对抛光垫400造成损坏，也可以保证修整组件001作业时的稳定性。
39.参考图1，清扫头300和所述修整头200的数量均为四个，过清扫头300的中心与所述底座100的中心的第一直线和过与清扫头300相邻的修整头200的中心与所述底座100的中心的第二直线的夹角为45
°
。在该实施例中，四个清扫头300和四个修整头200交错且间隔均匀的布置，则清扫头300与位于其两侧的两个修整头200之间间隔45度，也可理解成任意两个相邻的清扫头300或任意两个相邻的修整头200之间的夹角为90度。另外，此时四个清扫头300中的其中两个的中心位于图1所示的修整组件001的竖直轴上，而四个清扫头300中的另外两个的中心位于图1所示的修整组件001的水平轴上。应当理解的，清扫头300和修整头200的数量除了为四个之外，也可为分别为三个或五个等；但为了确保清扫头300与修整头200交错设置，则清扫头300与修整头200的数量应设定为相等。
40.随着修整组件001的持续工作，为了保证对抛光垫400修整的修整效率，则需要对清扫头300和/或修整头200进行维修或更换，另外，对于底座100上具有多个清扫头300和多个修整头200的修整组件001来说，可通过更换部分清扫头300和/或部分修整头200的方法以达到避免更换整个修整组件001的目的，从而在一定程度上降低了维护成本。为了便于对清扫头300或修整头200进行拆卸，则底座100与所述清扫头300、修整头200之间均为可拆卸连接。
41.示例性的，参考图2，底座100上相应的开设有多个螺钉安装孔，则此时底座100与清扫头300、修整头200之间均通过螺钉或螺栓进行可拆卸连接。应当理解的是，该实施例中所采用的螺钉或螺栓连接方式仅是一种示例，在其他实施例中，也可以采用除螺钉或螺栓连接之外的其他可拆卸连接方式。
42.在一实施例中，修整头200为钻石头，所述钻石头的表面覆盖有多个钻石颗粒210，且所述钻石颗粒210上设有化学镀层；底座100的材料为不锈钢；清扫头300为毛刷头，且所述毛刷头的材料为尼龙材料。示例性的，不锈钢底座100的厚度可为18mm，而清扫头300、修整头200以及不锈钢底座100均可单独拆卸，则可实现各部件的单独更换。进一步的，钻石颗粒210的粒径为20～160um；钻石颗粒210上覆盖有化学镀层，可以降低钻石颗粒210脱落的风险。
43.在上述实施例中，清扫头300采用尼龙材料的毛刷头可提高清扫头300的耐用性，其中清扫头300包括40至60个毛刷单元310，各毛刷单元310具有20至40根直径0.5mm至1mm的尼龙线。当清扫头300为毛刷头时，为了实现毛刷单元310的固定，则清扫头300还包括塑料固定件，此时各毛刷单元310均设置在塑料固定件上。应当理解的是，在上述实施例中所列举的修整头的形状结构、清扫头300的形状结构以及钻石颗粒210的粒径尺寸、毛刷单元310的尼龙线数量等均为一种示例，具体的均可根据实际应用场景进行选定。该实施例的修整组件001，清扫头300与修整头200间隔设置，还进一步的防止清扫头300的尼龙线进入至相邻的修整头200中以影响对抛光垫400的修整。
44.本技术中的抛光垫修整组件应用至目前常用的抛光机50b，并以加工4寸、6寸晶圆
为例，经过实验发现，本技术所公开的一体结构的修整组件不仅可降低晶圆加工周期，还可减少了对抛光垫的损耗。具体的，本技术的抛光垫修整组件相比现有技术中修整和清扫的独立作业模式，使得抛光垫的一个修整周期从14min缩短到6min，时间缩短57.12％，整体良率提高0.5％，抛光垫破损率降低0.1％，抛光垫寿命延长5％；另外，一体式的修整组件相对于现有技术的分体式的毛刷盘和钻石盘，价格由分体式的25000元降低至10000元，成本降幅60％；抛光垫破损及良率效益由5.04元/片降低至4.73元/片，降幅6.15％(以4寸蓝宝石为例)。由上述内容可看出本技术的抛光垫修整组件不仅提高了单位时间产能，还降低了生产成本。
45.根据本实用新型的另一方面，还公开了一种抛光设备，所述抛光设备包括如上任一实施例所公开的抛光垫修整组件。
46.通过上述实施例可以发现，本实用新型所公开的抛光垫修整组件和抛光设备可通用于各种玻璃材质、碳化硅等cmp的修整，且本技术的修整组件整体可为固定作业或旋转作业。本技术的抛光垫修整组件包括多个清扫头和多个修整头，清扫头和修整头设置在同一个底座上，且清扫头与修整头间隔且交错设置，使得该修整组件在工作过程中即可通过修整头对抛光垫进行修整，还可同时通过清扫头对修整后的抛光垫进行清扫，因而该修整组件避免了间断式作业模式，节省了清扫单独作业工艺的作业时间，从而缩短了修整和清扫工艺所需要的整体时间周期，进而提高了晶片的产能。
47.本实用新型中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。
48.上述所列实施例，显示和描述了本实用新型的基本原理与主要特征，但本实用新型不受上述实施例的限制，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下对本实用新型做出的修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。