一种抛光固定装置及系统

技术领域

本发明涉及半导体器件制造技术领域，特别涉及一种抛光固定装置及系统。

背景技术

化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)，也称之为化学机械研磨或化学机械平坦化，是硅片制造中关键且必不可少的技术，其通过化学反应与机械研磨对硅片表面进行抛光，达到所需平坦度并去除表面缺陷或损伤层。

现有的机械抛光设备中的抛光头，为了防止硅片滑脱通常的加压模式为气囊式加压，压力集中在卡环上，导致卡环变形而对抛光垫产生挤压，抛光垫受挤压变形导致其施加在硅片上的压力呈现不均匀性，由中间向边缘逐渐减小，从而造成硅片边缘平坦度变差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种抛光固定装置及系统，用于解决现有技术中的抛光头加压模式为气囊式加压，压力集中在卡环上导致卡环变形而对抛光垫产生挤压，抛光垫受挤压变形导致其施加在硅片上的压力不均匀，造成硅片边缘平坦度较差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种抛光固定装置，包括：

固定部和抛光头；

所述固定部包括：上端盖、第一卡环以及传动薄膜；所述上端盖的边缘设置有凸起，且所述传动薄膜设置于所述上端盖的凸起与所述第一卡环之间；所述上端盖与所述第一卡环构成容置腔，且所述抛光头设置于所述容置腔内；

所述抛光头包括：吸附垫、第二卡环以及薄膜；所述吸附垫用于承载硅片；所述薄膜嵌套于所述第二卡环内，所述上端盖、所述第二卡环以及所述吸附垫之间构成第一空腔。

进一步地，所述上端盖上设置有至少一条第一导流通道，且所述第一导流通道与所述传动薄膜连通。

进一步地，所述传动薄膜包括：基板以及环状薄膜；

所述基板与所述环状薄膜设置于所述凸起与所述第一卡环之间；

所述基板上设置有至少一个导流孔，在所述环状薄膜与所述上端盖的凸起之间，通过所述导流孔构成第二空腔。

进一步地，所述导流孔内设置有传动部件；

所述传动部件一端与所述环状薄膜贴合，另一端与所述第一卡环连接，通过所述环状薄膜的形变带动所述传动部件。

进一步地，所述导流孔第一端的内径大于所述导流孔第二端的内径；

所述导流孔第一端为靠近所述环状薄膜的一端，所述导流孔第二端为远离所述环状薄膜的一端。

进一步地，所述导流孔内设置有活塞结构以及弹性连接件；

所述活塞结构的活塞头一端与所述环状薄膜贴合，另一端与所述导流孔的第一端贴合；

所述弹性连接件在所述导流孔内，一端与所述导流孔的第二端连接，另一端与所述活塞头连接；

所述活塞结构的活塞杆一端与所述活塞头连接，另一端穿过所述导流孔的第二端与所述第一卡环连接。

进一步地，所述第一卡环的底部周向设置有至少一条导流槽。

进一步地，所述上端盖的凸起上设置有至少一个进气通道，每个所述进气通道与至少一个所述导流孔连通，且所述第一导流通道通过所述进气通道与所述第二空腔连通。

进一步地，所述抛光固定装置还包括：连接轴；

所述连接轴内设置有第二导流通道；

所述第一空腔通过第二导流通道与外界连通，用于向所述第一空腔内传输气体；

至少一条所述第一导流通道汇聚于所述连接轴内。

本发明实施例还一种抛光系统，包括抛光台、旋转机构以及如上所述的抛光固定装置；

其中，所述抛光固定装置用于在抛光的过程中对硅片进行固定；

所述旋转机构与所述抛光台连接，用于向所述抛光台输入扭矩，使得所述抛光台旋转；

所述抛光台上设置有抛光垫，用于对通过所述抛光固定装置固定的所述硅片进行抛光。

本发明的有益效果是：

本发明实施例的抛光固定装置，通过所述传动薄膜推动所述第一卡环，使得所述第一卡环的下端超过容置于所述抛光头内的硅片下端，从而对硅片进行固定；通过所述第二卡环能够对所述吸附垫传输压力；因此，所述固定部与所述抛光头具有相互独立的两套压力系统，通过调节所述固定部中所述第一卡环承受的压力，以及调节所述抛光头中所述吸附垫承受的压力，控制在对硅片进行抛光过程中硅片边缘的压力分布，从而控制硅片的边缘平坦度。

附图说明

图1表示本发明实施例的抛光固定装置结构示意图之一；

图2表示本发明实施例的抛光固定装置结构示意图之二；

图3表示本发明实施例的基板的结构示意图；

图4表示本发明实施例的薄膜结构示意图；

图5表示本发明实施例的基板沿所述导流孔的环剖面示意图之一；

图6表示本发明实施例的沿所述基板的环剖面示意图之二。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

本发明针对现有技术中的抛光头加压模式为气囊式加压，压力集中在卡环上，导致其施加在硅片上的压力不均匀，导致硅片边缘平坦度变差的问题，提供一种一种抛光固定装置及系统。

如图1和图2所示，本发明实施例提供一种抛光固定装置，包括：

固定部和抛光头；

所述固定部包括：上端盖11、第一卡环12以及传动薄膜13；所述上端盖11的边缘设置有凸起，且所述传动薄膜设置于所述上端盖的凸起111与所述第一卡环12之间；所述上端盖11与所述第一卡环12构成容置腔14，且所述抛光头设置于所述容置腔内14；

所述抛光头包括：吸附垫21、第二卡环22以及薄膜23；所述吸附垫21用于承载硅片3；所述薄膜23嵌套于所述第二卡环22内，所述上端盖11、所述第二卡环22以及所述吸附垫21之间构成第一空腔24。

具体地，所述第二卡环22的第一端以及所述薄膜23的第一端均与所述吸附垫21贴合；所述第二卡环22的第二端与所述上端盖11贴合，且通过所述第二卡环22在所述上端盖11与所述薄膜23之间构成第一空腔24。

可选地，所述上端盖11、所述第一卡环12以及所述传动薄膜13的内径均相同，在所述上端盖11、所述第一卡环12以及所述传动薄膜13内容置所述抛光头。

本发明实施例的抛光固定装置，通过所述传动薄膜推动所述第一卡环，使得所述第一卡环的下端超过容置于所述抛光头内的硅片下端，从而对硅片进行固定；通过所述第二卡环能够对所述吸附垫传输压力；因此，所述固定部与所述抛光头具有相互独立的两套压力系统，通过调节所述固定部中所述第一卡环承受的压力，以及调节所述抛光头中所述吸附垫承受的压力，控制在对硅片进行抛光过程中硅片边缘的压力分布，从而控制硅片的边缘平坦度。

可选地，所述上端盖11上设置有至少一条第一导流通道112，且所述第一导流通道112与所述传动薄膜13连通。

具体地，通过向所述第一导流通道112内传输气体，所述传动薄膜13承受正压，且对所述第一卡环12产生推力。

可选地，通过调整传输至所述第一导流通道112内的气体的压力，能够调节所述传动薄膜13承受的压力，从而调节所述第一卡环12受到压力，最终调节所述第一卡环12下移的距离。

本发明实施例的抛光固定装置，通过传输至所述第一导流通道内的气体的压力，能够调节所述传动薄膜承受的压力，达到固定部与所述抛光头的压力系统相互独立，从而能够调整所述吸附垫承受的压力，控制在对硅片进行抛光过程中硅片边缘的压力分布，从而控制硅片的边缘平坦度。可选地，所述抛光固定装置还包括第二导流通道25，所述第一空腔24通过所述第二导流通道25与外界连通，用于向所述第一空腔24内传输气体；在通过所述第二导流通道25向所述第一空腔24内输送气体的情况下，所述薄膜23受到压力，并向所述吸附垫21和所述硅片3传递压力。

可选地，所述吸附垫包括：

吸附衬垫211以及吸附垫保持器212；

所述吸附垫保持器212为环状，沿所述吸附衬垫211边缘设置。

本发明实施例中，所述硅片的一端面与所述吸附衬垫贴合，所述硅片的侧面与所述吸附垫保持器贴合；

所述吸附垫保持器的厚度小于或者等于所述硅片的厚度。

本发明实施例中，通过调整通过所述第二导流通道传输至所述第一腔室内的气体压力，能够调节对于所述吸附垫保持器的压力，从而固定所述硅片；通过所述上端盖对直接所述吸附垫保持器施加压力；通过调节所述上端盖对所述吸附垫保持器施加的压力，从而固定所述硅片。

本发明实施例中，通过调节施加在所述附垫保持器上的压力，以及调节施加在所述传动薄膜上的压力，能够调节所述抛光头内、外环的压力，从而实现所述抛光头从中心到边缘呈现一定的压力梯度，较小承载于所述抛光头的硅片的边缘压力，从而改善硅片的边缘平坦度。

本发明实施例的抛光固定装置，通过所述上端盖的第一导流通道传输气体至所述传动薄膜处，从而通过所述传动薄膜推动所述第一卡环，使得所述第一卡环的下端超过容置于所述抛光头内的硅片下端，从而对硅片进行固定；通过所述第二卡环能够对所述吸附垫传输压力；因此，所述固定部与所述抛光头具有相互独立的两套压力系统，通过调节所述固定部中所述第一卡环承受的压力，以及调节所述抛光头中所述吸附垫承受的压力，控制在对硅片进行抛光过程中硅片边缘的压力分布，从而控制硅片的边缘平坦度。

如图3和图4所示，所述传动薄膜包括：基板15以及环状薄膜16；

所述基板15与所述环状薄膜16依次设置于所述凸起111与所述第一卡环12之间；

所述基板15上设置有至少一个导流孔151，在所述环状薄膜16与所述上端盖的凸起111之间，通过所述导流孔151构成第二空腔17。

可选地，所述第一导流通道112与所述导流孔151连通。

具体地，通过调节通过所述第一导流通道传输至所述导流孔内的气体压力，能够调剂所述环状薄膜承受的压力，以及所述导流孔内气体的而压力，从而调节所述第一卡环承受的推力，最终调节所述第一卡环在所述上端盖和抛光垫之间的压力。

本发明实施例中，通过在所述基板上设置多个导流孔，能够将所述环状薄膜承受的压力均匀地传递给所述第一卡环。

可选地，所述导流孔151为圆形或者平键的形状。

本发明实施例中，所述基板上均匀设置有8个圆形的所述导流孔。

本发明实施例中，所述基板上均匀设置有12个平键的形状的所述导流孔。

可选地，所述上端盖11，所述基板15以及所述环状薄膜16之间通过多个螺钉连接。

本发明实施例中，所述上端盖、所述第一卡环、所述第二卡环的材质均为硬质金属；所述薄膜和所述环状薄膜的材质为橡胶；所述吸附衬垫以及吸附垫保持器的材质为橡胶。

本发明实施例的抛光固定装置，通过在所述基板上设置所述导流孔，能够在所述环状薄膜受到气体压力时，使所述环状薄膜产生形变，从而将一部分压力传到致所述第一卡环上，通过所述第一卡环调节所述硅片边缘的压力，从而调整所述硅片的平坦度。

可选地，所述导流孔151内设置有传动部件，另一端与所述第一卡环(12)连接，通过所述环状薄膜(16)的形变带动所述传动部件。

具体地，所述传动部件的第一端与所述环状薄膜16贴合；

所述传动部件的第二端与所述第一卡环12连接；

在通过所述第一导流通道112向所述第二空腔17内传送气体时，所述环状薄膜16向所述传动部件施加压力，推动所述传送部件移动并使得所述第一卡环12远离所述上端盖11。

本发明一实施例中，所述导流孔为圆形，每个导流孔内设置一个所述传动部件。

本发明一实施例中，所述导流孔为平键形状，每个导流孔内均匀设置至少两个所述传动部件。

本发明实施例的抛光固定装置，通过设置所述传动部件，能够将所述环状薄膜所承受的压力直接传递给所述第一卡环，从而提高了力的传递效率，在所述第一卡环需要的压力固定的情况下，降低了所述第二腔室内的气体压力，从而降低了对所述抛光头的材料的要求，节约了成本。

如图5所示，所述导流孔151第一端的内径大于所述导流孔151第二端的内径；

所述导流孔151第一端为靠近所述环状薄膜16的一端，所述导流孔第二端为远离所述环状薄膜16的一端。本发明实施例中，所述导流孔从第一端到第二端内径逐渐减小；或者，

在所述的导流孔内存在一目标端面，在所述目标端面处所述导流孔的内径突变，所述导流孔第一端的内径大于所述导流孔第二端的内径；且所述目标端面靠近所述导流孔的第二端。

本发明实施例的抛光固定装置，通过在所述导流孔的第一端和所述导流孔的第二端设置不同的内径，且靠近所述第一卡环远离所述环状薄膜的第二端的内径较小，可以在所述导流孔内存在固定压力的情况下，通过缩小作用面，增大作用在所述第一卡环表面的压力，从而提高力的传递效率。

如图5和图6所示，所述导流孔151内设置有活塞结构以及弹性连接件18；

所述活塞结构的活塞头191一端与所述环状薄膜16贴合，另一端与所述导流孔151的第一端贴合；

所述弹性连接件18在所述导流孔151内，一端与所述导流孔的第二端连接，另一端与所述活塞头191连接；

所述活塞结构的活塞杆192一端与所述活塞头191连接，另一端穿过所述导流孔的第二端与所述第一卡环12连接。

可选地，所述弹性连接件可以为弹簧、橡胶支撑条等。

具体地，在所述环状薄膜16没有受到通过所述第一导流通道112传送的气体的压力的情况下，所述活塞结构的活塞头191与所述环状薄膜16贴合；

所述活塞头191与所述导流孔151的第一端贴合；

在所述第二腔室内的压力为常压的情况下所述环状薄膜没有承受压力，所述弹性连接件被压缩产生的弹性力等于所述活塞结构的重力。

本发明实施例中，在所述环状薄膜没有受到通过所述第一导流通道传送的气体的压力的情况下，所述活塞结构的活塞头与所述环状薄膜贴合，且与所述基板的上端面平齐；在所述环状薄膜受到通过所述第一导流通道传送的气体的压力的情况下，所述活塞接头的活塞头被下压，所述弹性连接件被压缩，从而通过所述活塞杆推动所述第一卡环。

本发明实施例的抛光固定装置，通过在所述导流孔内设置所述活塞结构，能够在所述环状薄膜受到通过所述第一导流通道传送的气体的压力的情况下，通过所述活塞结构将所述环状薄膜所承受的压力直接传递给所述第一卡环，从而提高了力的传递效率。

可选地，所述第一卡环12的底部周向设置有至少一条导流槽121。

可选地，所述导流槽121的深度和所述导流槽121的数量成反比，所述导流槽121的数量越多，所述导流槽121的深度越小，以确保在所述导流槽中能够容纳足够多的抛光液。

需要说明的是，在硅片抛光的过程中，所述抛光头被压在抛光垫上，从而通过所述抛光垫对所述硅片进行抛光；

硅片抛光过程中需要抛光液进行润滑、冲洗、降温或者缓冲，但在所述第一卡环和所述第二卡环承受力的情况下，抛光液难以进入所述硅片与所述抛光垫之间，到至硅片抛光的效率较低。

本发明实施例的抛光固定装置，通过在所述第一卡环的底部设置导流槽，能够使抛光液正常进入内部抛光环境，提高对硅片的抛光频率。

可选地，所述上端盖的凸起111上设置有至少一个进气通道152，每个所述进气通道152与所述至少一个导流孔151连通，且所述第一导流通道112通过所述进气通道152与所述第二空腔17连通。

可选地，所述进气通道152设置于两个所述导流孔151之间的位置；

每个所述进气通道152与两个所述导流孔151构成的所述第二空腔17连通。

本发明实施例的抛光固定装置，通过设置所述进气通道能够将通过所述第一导流通道传输的气体均匀地进入所述第二腔室，从而每个导流孔处的环状薄膜所承受的压力较为均匀，进而作用到所述第一卡环表面上的力更加均匀。

可选地，所述抛光固定装置还包括：连接轴4；

所述连接轴4内设置有第二导流通道25；

所述第一空腔24通过第二导流通道25与外界连通，用于向所述第一空腔24内传输气体；

至少一条所述第一导流通道112汇聚于所述连接轴4内。

本发明实施例的抛光固定装置，所述第一导流通道以及所述第二导流通道的气体输入口均设置于所述连接轴内，气体输入位置较为集中，便于气体输入装置的设置以及所述第一导流通道以及所述第二导流通道的检修。

本发明实施例还一种抛光系统，包括抛光台、旋转机构以及如上所述的抛光固定装置；

其中，所述抛光固定装置用于在抛光的过程中对硅片进行固定；

所述旋转机构与所述抛光台连接，用于向所述抛光台输入扭矩，使得所述抛光台旋转；

所述抛光台上设置有抛光垫，用于对通过所述抛光固定装置固定的所述硅片进行抛光。

本发明实施例的抛光系统，通过所述抛光固定装置的固定个，能够提高对硅片固定的牢固性，同时还能够提高硅片边缘的平坦度，提高硅片抛光的质量和效率。

本发明实施例中，通过所述抛光系统对硅片进行抛光的方法如下：

将待抛光硅片放置于所述抛光头的吸附垫内；

调节所述抛光固定装置，使其与所述抛光台上的抛光垫贴合；

向所述第一导流通道内传输气体，同时向所述第二导流通道内传输气体；

调整正所述第一导流通道内气体的第一压力以及所述第二导流通道内气体的第二压力，使得所述第一压力与所述第二压力不同；

启动所述旋转机构，对所述硅片进行抛光。

需要说明，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于实施例而言，由于其基本相似于产品实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见产品实施例的部分说明即可。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准