抛光头、抛光装置和抛光方法

技术领域

本申请涉及半导体加工制造技术领域，尤其涉及抛光头、抛光装置和抛光方法。

背景技术

由于传统的化学机械抛光方法抛光后的半导体工件粗糙度有限，无法完全满足后续生产的需求，超声辅助化学机械抛光的方法逐步得到应用，相较于传统的化学机械抛光技术，超声辅助化学机械抛光由于超声振动的引入，抛光液温度升高，磨粒加速冲击工件，因此工件可以获得更高的移除率和更低的粗糙度。现有的超声辅助化学机械抛光装置，一般是将用来产生振动效果的压电陶瓷安装在抛光头的上表面，但这使压电陶瓷距离被抛光工件较远，振动在传递至被抛光工件的过程中功率损耗较大，在抛光被抛光工件时使被抛光工件的振幅相对较小，对抛光效果产生不利影响。

发明内容

鉴于此，本申请实施例提供了一种抛光头、抛光装置和抛光方法，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。

本申请的一个方面提供了一种抛光头，包括：

用于安装被抛光工件，所述抛光头包括抛光头本体和压电陶瓷，所述压电陶瓷安装于所述抛光头本体之内，所述压电陶瓷用于与超声发生器连接以使所述抛光头振动。

在本申请的一些实施例中，

所述抛光头本体包覆所述压电陶瓷。

在本申请的一些实施例中，

在所述抛光头本体上形成有容纳槽和工件安装部，所述容纳槽的槽口的朝向背离所述工件安装部，所述压电陶瓷可拆卸的安装在所述容纳槽内。

在本申请的一些实施例中，

所述抛光头包括至少两个所述压电陶瓷，所述抛光头本体为圆盘状，各所述压电陶瓷在所述抛光头的周向上均匀分布。

在本申请的一些实施例中，

至少一个所述压电陶瓷为轴向振动压电陶瓷，且至少一个所述压电陶瓷为径向振动压电陶瓷，所述轴向振动压电陶瓷用于产生在所述抛光头的轴向上的振动，所述径向振动压电陶瓷用于产生在所述抛光头的径向上的振动。

在本申请的一些实施例中，

所述抛光头包括偶数个所述压电陶瓷，一半数量的所述压电陶瓷为所述轴向振动压电陶瓷，另一半数量的所述压电陶瓷为所述径向振动压电陶瓷，在所述抛光头的周向上各所述轴向振动压电陶瓷与各所述径向振动压电陶瓷交错排列，所述偶数大于或等于4。

在本申请的一些实施例中，

在所述抛光头的周向上相邻的两个轴向振动压电陶瓷之间仅设置一个所述径向振动压电陶瓷，且相邻的两个所述径向振动压电陶瓷之间仅设置一个所述轴向振动压电陶瓷。

在本申请的一些实施例中，

在所述抛光头本体上形成有工件安装部，所述工件安装部用于与真空泵连接以吸附被抛光工件。

本申请的另一方面还提供了一种抛光装置，包括：

转动驱动件、主轴、正极碳刷、负极碳刷、正极导电环、负极导电环、超声发生器和如前述实施例所述的抛光头，所述正极导电环和所述负极导电环均固定在所述主轴上，所述正极碳刷和所述负极碳刷均与超声发生器连接，所述正极碳刷与所述正极导电环接触，所述负极碳刷与所述负极导电环接触，所述抛光头固定于所述主轴，所述转动驱动件与所述主轴传动连接，所述压电陶瓷与所述正极导电环和所述负极导电环均电连接。

本申请的另一方面还提供了一种抛光方法，包括：

将真空装置外接真空泵，打开所述真空泵，将工件吸附于抛光头上，关闭所述真空泵，断开所述工件与所述抛光头的连接；

开启机台，将所述抛光头落下与抛光盘上的抛光垫接触，选择机台抛光程序，设定相关参数，启动所述机台抛光程序，输送抛光液，使所述抛光头和所述抛光盘开始转动；

启动超声发生器将电信号传入压电陶瓷，以使所述压电陶瓷将所述电信号转化为机械振动信号，使得抛光头将所述机械振动信号传递给所述工件以实现超声辅助化学机械抛光；

在抛光结束后基于所述机台抛光程序自动关闭抛光液输送以及抛光头和抛光盘的转动，手动关闭所述超声发生器，打开所述真空装置并取下所述工件以完成加工。

本申请所提供的一种抛光头、抛光装置和抛光方法，通过将压电陶瓷安装在抛光头本体之内，相对于现有技术中将压电陶瓷安装在抛光头本体的上表面，有效减小了压电陶瓷与安装在抛光头上的被抛光工件之间的距离，进而减小压电陶瓷产生的振动在传递至被抛光工件的过程中的功率损耗，在抛光被抛光工件时使被抛光工件的振幅相对较大，最终达到获得更好的抛光效果的目的；而且，减小压电陶瓷产生的振动在传递至被抛光工件的过程中的功率损耗，还可以使被抛光工件在抛光时获得较高的振动频率，进而获得更好的抛光效果。

本申请的附加优点、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，或者可以根据本申请的实践而获知。本申请的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本申请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申请能够实现的上述和其他目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本申请的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本申请的原理。为了便于示出和描述本申请的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本申请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：

图1为本申请一实施例中的抛光头的结构示意图。

图2为本申请另一实施例中的抛光头装置的结构示意图。

图3为本申请又一实施例中的抛光方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本申请做进一步详细说明。在此，本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本申请，在附图中仅仅示出了与根据本申请的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本申请关系不大的其他细节。

应该强调，术语“包括/包含”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。

在此，还需要说明的是，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。

在下文中，将参考附图描述本申请的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

图1为本申请一实施例中的抛光头的结构示意图，如图1所示，内容包括如下：

一种抛光头，用于安装被抛光工件，所述抛光头包括抛光头本体1和压电陶瓷2，所述压电陶瓷2安装于所述抛光头本体1之内，所述压电陶瓷2用于与超声发生器8连接以使所述抛光头振动。

具体地，本申请所提供的抛光头将压电陶瓷2安装其抛光头本体1之内，使得压电陶瓷与图2中的超声发生器8连接，以使所述压电陶瓷将超声发生器8产生的电信号转化为机械振动信号从而产生振动。

本申请所提供的一种抛光头，通过将压电陶瓷安装在抛光头本体1之内，相对于现有技术中将压电陶瓷2安装在抛光头本体1的上表面，有效减小了压电陶瓷2与安装在抛光头上的被抛光工件4之间的距离，进而减小压电陶瓷2产生的振动在传递至被抛光工件4的过程中的功率损耗，在抛光被抛光工件4时使被抛光工件4的振幅相对较大，最终达到获得更好的抛光效果的目的；而且，减小压电陶瓷2产生的振动在传递至被抛光工件4的过程中的功率损耗，还可以使被抛光工件4在抛光时获得较高的振动频率，进而获得更好的抛光效果。

在本申请的一些实施例中，

所述抛光头本体1包覆所述压电陶瓷2。

具体地，抛光头本体1将压电陶瓷2包覆在其本身之内，以便最大化利用振动，且压电陶瓷不会一直暴露在外。

在本申请的一些实施例中，

在所述抛光头本体1上形成有容纳槽和工件安装部，所述容纳槽的槽口的朝向背离所述工件安装部，所述压电陶瓷可拆卸的安装在所述容纳槽内。

具体地，抛光头本体1通过将压电陶瓷2可拆卸的安装在容纳槽内，容纳槽的槽口的朝向背离抛光头本体上的工件安装部，便于压电陶瓷的拆装。

在本申请的一些实施例中，

所述抛光头包括至少两个所述压电陶瓷2，所述抛光头本体1为圆盘状，各所述压电陶瓷在所述抛光头的周向上均匀分布。

具体地，抛光头至少包含有两个压电陶瓷2，抛光头本体1为圆盘状，压电陶瓷2在抛光头的周向上均匀分布，通过增加压电陶瓷2数量使抛光效果更好。

在本申请的一些实施例中，

至少一个所述压电陶瓷2为轴向振动压电陶瓷，且至少一个所述压电陶瓷2为径向振动压电陶瓷，所述轴向振动压电陶瓷用于产生在所述抛光头的轴向上的振动，所述径向振动压电陶瓷用于产生在所述抛光头的径向上的振动。

具体地，至少存在一个压电陶瓷2为径向振动压电陶瓷，根据逆压电效应通过横效应振子产生在抛光头的径向上的振动。同时至少存在一个压电陶瓷2为轴向振动压电陶瓷，根据逆压电效应通过横效应振子产生在抛光头的轴向上的振动，通过多种方向的振动改善抛光效果，通过多种方向的振动改善抛光效果。

在本申请的一些实施例中，

所述抛光头包括偶数个所述压电陶瓷2，一半数量的所述压电陶瓷2为所述轴向振动压电陶瓷，另一半数量的所述压电陶瓷为所述径向振动压电陶瓷，在所述抛光头的周向上各所述轴向振动压电陶瓷与各所述径向振动压电陶瓷交错排列，所述偶数大于或等于4。

具体地，为了使不同的振动方向分布均匀，抛光头包括偶数个压电陶瓷2，其中一半数量的压电陶瓷2为轴向振动压电陶瓷，另一半数量的压电陶瓷为径向振动压电陶瓷，且在所述抛光头的周向上各轴向振动压电陶瓷与各径向振动压电陶瓷交错排列，因此压电陶瓷2的偶数数量大于或等于4，以使不同的振动方向振动分布均匀。

在本申请的一些实施例中，

在所述抛光头的周向上相邻的两个轴向振动压电陶瓷之间仅设置一个所述径向振动压电陶瓷，且相邻的两个所述径向振动压电陶瓷之间仅设置一个所述轴向振动压电陶瓷。

具体地，在抛光头的周向上相邻的两个轴向振动压电陶瓷之间仅设置一个径向振动压电陶瓷，且相邻的两个径向振动压电陶瓷之间仅设置一个轴向振动压电陶瓷，在这种情况下，可设置六个依次交错排列的压电陶瓷2。同时，在抛光头的周向上相邻的两个轴向振动压电陶瓷之间也可以设置两个径向振动压电陶瓷，且相邻的两个径向振动压电陶瓷之间设置两个轴向振动压电陶瓷，使振动均匀性更好。

在本申请的一些实施例中，

在所述抛光头本体1上形成有工件安装部，所述工件安装部用于与真空泵连接以吸附被抛光工件4。

具体地，抛光头本体上包含有工件安装部，工件安装部与真空泵连接，打开真空泵即可将被抛光工件吸附在抛光头本体1上，便于被抛光工件4拆装。

本申请的另一方面还提供了一种抛光装置，如图2所示，包括：

转动驱动件、主轴5、正极碳刷7、负极碳刷10、伺服电机11、正极导电环6、负极导电环9、超声发生器8和如前述实施例所述的抛光头1，所述正极导电环6和所述负极导电环9均固定在所述主轴5上，所述正极碳刷7和所述负极碳刷10均与超声发生器8连接，所述正极碳刷7与所述正极导电环6接触，所述负极碳刷10与所述负极导电环9接触，所述抛光头1固定于所述主轴5，所述转动驱动件与所述主轴5传动连接，所述压电陶瓷2与所述正极导电环6和所述负极导电环9均电连接。

具体地，抛光头1固定于主轴5上，所述正极导电环6和所述负极导电环9均固定在所述主轴5上，转动驱动件与主轴5传动连接，伺服电机11与主轴5连接，压电陶瓷2与正极导电环6和负极导电环9均电连接，正极碳刷7与正极导电环6接触，负极碳刷10与负极导电环9接触，正极碳刷7和负极碳刷10均与超声发生器8连接。

本申请的第三个方面还提供了一种抛光方法，如图3所示，包括：

步骤110：将真空装置外接真空泵，打开所述真空泵，将工件吸附于抛光头上，关闭所述真空泵，断开所述工件与所述抛光头的连接；

步骤120：开启机台，将所述抛光头落下与抛光盘上的抛光垫接触，选择机台抛光程序，设定相关参数，启动所述机台抛光程序，输送抛光液，使所述抛光头和所述抛光盘开始转动；

步骤130：启动超声发生器将电信号传入压电陶瓷，以使所述压电陶瓷将所述电信号转化为机械振动信号，使得抛光头将所述机械振动信号传递给所述工件以实现超声辅助化学机械抛光；

步骤140：在抛光结束后基于所述机台抛光程序自动关闭抛光液输送以及抛光头和抛光盘的转动，手动关闭所述超声发生器，打开所述真空装置并取下所述工件以完成加工。

具体地，将真空装置外接真空泵，打开真空泵，将工件吸附于抛头上，后关闭真空泵，断开工件与抛光头的连接；开启机台，抛头落下与抛光盘上的抛光垫接触，选择机台抛光程序，设定压力、转速、抛光液流量等，启动程序，输送抛光液，抛光头和抛光盘开始转动；同时启动超声发生器，超声电信号通过导线、碳刷和导电滑环接入压电陶瓷的正负接线柱上，压电陶瓷将电信号转化为机械振动信号，超声振动通过抛光头传递到吸附在其上的工件，实现超声辅助化学机械抛光；结束时，基于机台程序自动关闭抛光液输送和抛光头、抛光盘转动，手动关闭超声发生器，打开真空装置，取下工件，完成加工。

本领域普通技术人员应该可以明白，结合本文中所公开的实施方式描述的各示例性的组成部分、系统和方法，能够以硬件、软件或者二者的结合来实现。具体究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本申请的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。

需要明确的是，本申请并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本申请超声辅助化学机械抛光的装置过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本申请的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

本申请中，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。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请实施例可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。