基板研磨装置和控制方法与流程

1.本发明涉及基板研磨技术领域，具体涉及一种基板研磨装置和控制方法。


背景技术：

2.集成电路，就是采用一定工艺，把一定数量的电子元器件以及这些元件之间的布线，集成在一起的具有特定功能的电路。cmp，也称为化学机械抛光技术，是集成电路制造中获得平坦化的一种手段，它通过表面化学作用和机械研磨相结合，来实现基板表面纳米级不同材料的去除。
3.在传统抛光工艺中，抛光前，基板被抛光头利用二次真空装载在抛光头中，二次真空的原理为在抛光头底部连接有弹性膜，弹性膜底部向抛光头的方向发生形变，在弹性膜的底部和基板之间形成真空区域，基板会在负压的作用下贴紧在弹性膜上，这种方式可控性差，需要消耗的时间较长，还有可能出现装载失效的情况。抛光过程中，基板会被抛光头压在抛光垫上，利用抛光液的磨料、化学液等作用，将基板进行抛光，也就是平坦化。为了防止在抛光的过程中出现滑片的情况，在抛光头上还需要设置保持环，基板位于保持环内，且保持环底部端面需要与基板底部端面保持在同一高度，因此，保持环也会接触抛光垫，和基板一起参与研磨。保持环是一种重要、成本高的耗材。这无异于提高了研磨成本。由于基板和抛光头之间存在抛光液，在抛光完成之后，基板不易被卸下，又增加了研磨工艺的整体时间。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的抛光前，抛光头不易通过二次真空装载基板，抛光后，基板不易从抛光头卸下，增加了抛光工艺的整体时间，且抛光全程需要使用保持环，提高了研磨成本。从而提供一种基板研磨装置和控制方法。
5.为了解决上述问题，本发明提供了一种基板研磨装置，包括：
6.抛光头，所述抛光头内设置有第一气路通道；吸盘，所述吸盘的顶部连接在所述抛光头的底部，所述吸盘的底部设置有与所述第一气路通道连通的气孔，以及位于所述气孔周围的接触面。
7.可选地，多个所述气孔设置在所述吸盘底部。
8.可选地，多个所述气孔在所述吸盘底部的中心位置向边缘位置均匀分布。
9.可选地，所述吸盘内设置有与第一气路通道连通的第二气路通道，以及与第二气路通道连通的多条第三气路通道，多条所述第三气路通道分别由所述吸盘底部的中心位置向边缘位置延伸，多个所述气孔依次间隔设置并与所述第三气路通道连通。
10.可选地，所述吸盘包括连接部和吸附部，所述连接部位于所述抛光头和所述吸附部之间，所述第二气路通道设置在所述连接部中，所述第三气路通道设置在所述吸附部中，多个所述气孔开设在所述吸附部的底部。
11.可选地，所述连接部和所述吸附部一体成型。
12.可选地，所述第一气路通道延伸至伸出所述抛光头的顶部，并与外部的负压设备连接。
13.可选地，所述第一气路通道上设置有气压传感器。
14.本发明提供了一种基板研磨装置的使用方法，所述使用方法包括：
15.将基板放置在吸盘的底部并与气孔接触；
16.通过第一气路通道向所述气孔提供负压；
17.所述气孔在负压的作用下将所述基板吸附住，控制抛光头开始转动。
18.可选地，还包括：
19.控制所述抛光头停止转动；
20.所述第一气路通道停止向所述气孔提供负压，或者，所述第一气路通道向所述气孔提供气压。
21.本发明具有以下优点：
22.1.本发明提供的基板研磨装置，包括抛光头和吸盘。抛光头内设置有第一气路通道；吸盘的顶部连接在抛光头的底部，吸盘的底部设置有与第一气路通道连通的气孔，以及位于气孔周围的接触面。
23.使用时，可以将基板放置在吸盘底部，吸盘底部端面与基板接触，抛光头内的第一气路通道向气孔提供负压，气孔通过负压将基板吸附住，并且可以将基板压紧在气孔周围的接触面上。那么在抛光头转动之后，吸盘与抛光头同步转动，基板在气孔的吸附力和接触面的摩擦力的作用下，不会与吸盘出现相对位移。在研磨完成之后，可以通过第一气路通道停止向气孔提供负压，或者，通过第一气路通道向气孔提供气压，那么就容易将基板卸载下来。
24.因此，本发明提供的基板研磨装置，通过气孔的负压直接吸附基板能够缩短基板装载在抛光头上的安装时间，气孔的吸附力和接触面的摩擦力可以使基板牢牢的与吸盘底部固定住，所以就不需要设置保持环，降低了研磨成本。此外，在卸载基板时，第一气路通道除了不向气孔提供负压之外，还可以向气孔提供气压，那么就能够快速的将基板卸载，减少了研磨过程整体时间，加快了研磨工艺的效率。
25.2.本发明提供的基板研磨装置，多个气孔设置在吸盘底部。多个气孔均与第一气路连通，多个气孔均可以提供负压，以提高对基板吸附的稳定性。
26.3.本发明提供的基板研磨装置，多个气孔在吸盘底部的中心位置向边缘位置均匀分布。多个气孔从吸盘底部中心位置向边缘位置均匀分布，也即是形成了对基板均匀的吸附力，有利于保证基板在转动的过程中各个位置的受力平衡，防止基板与吸盘脱离。
27.4.本发明提供的基板研磨装置，吸盘内设置有与第一气路通道连通的第二气路通道，以及与第二气路通道连通的多条第三气路通道，多条第三气路通道分别由吸盘底部的中心位置向边缘位置延伸，多个气孔依次间隔设置并与第三气路通道连通。
28.第一气路通道提供的负压会通过第二气路通道进入各第三气路通道，多个气孔与第三气路通道连通可以保证每个气孔的负压相同，由此保证基板的各个位置受到的吸附力相同。
29.5.本发明提供的基板研磨装置，吸盘包括连接部和吸附部，连接部位于抛光头和吸附部之间，第二气路通道设置在连接部中，第三气路通道设置在吸附部中，多个气孔开设
在吸附部的底部。连接部的顶部可以与抛光头的顶部连接，第一气路通道和第二气路通道连通，第三气路通道位于吸附部与第二气路通道连通。连接部仅设置第二气路通道，有利于保证连接部结构的稳定性，有利于保证连接部随抛光头同步转动。
30.6.本发明提供的基板研磨装置，连接部和吸附部一体成型，有利于保证吸盘的整体强度。
31.7.本发明提供的基板研磨装置，第一气路通道延伸至伸出抛光头的顶部，并与外部的负压设备连接。负压设备向第一气路通道提供负压。
32.8.本发明提供的基板研磨装置，第一气路通道上设置有气压传感器。一般情况下，在基板研磨过程中，气压传感器检测到的气压信号保持不变或者是在规定阈值范围内，如气压传感器检测到的气压信号出现超出阈值范围的变化，那么就证明此时基板与气孔发生脱离，由此可以及时的发现基板是否出现滑片的情况，及时控制抛光头停止转动。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1是本发明实施例中基板研磨装置的结构示意图；
35.图2是本发明实施例中吸盘与基板分离的结构示意图；
36.图3是本发明实施例中吸盘底部的结构示意图；
37.图4是本发明实施例中基板与吸盘滑动的结构示意图。
38.附图标记说明：
39.1、抛光头；11、第一气路通道；12、第二气路通道；13、第三气路通道；2、吸盘；21、连接部；22、吸附部；3、气孔；31、接触面；4、基板。
具体实施方式
40.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
42.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
44.参考图1和图2，在本发明的一个实施例中，基板研磨装置包括抛光头1和吸盘2。抛光头1内设置有第一气路通道11；吸盘2的顶部连接在抛光头1的底部，吸盘2的底部设置有与第一气路通道连通的气孔3，以及位于气孔周围的接触面31。
45.详细地，抛光头1的顶部可以与转轴连接，转轴连接在外部驱动电机上，驱动电机通过转轴可以带动抛光头1转动，方便后续对基板4进行研磨。吸盘2可以具有弹性，例如吸盘2可以通过橡胶、硅胶、塑料等具有一定弹性的材料制成。气孔3开设在吸盘2的底部并且可以延伸至与第一气路通道11连通，由此方便第一气路通道11向气孔3提供负压。基板4可以为晶圆。
46.使用时，参考图1，可以将基板4放置在吸盘2底部，吸盘2底部端面与基板4接触，抛光头1内的第一气路通道11向气孔3提供负压，气孔3通过负压将基板4吸附住，并且可以将基板4压紧在气孔3周围的接触面31上。那么在抛光头1转动之后，吸盘2与抛光头1同步转动，基板4在气孔3的吸附力和接触面31的摩擦力的作用下，不会与吸盘2出现相对位移。此外，由于吸盘2具有弹性，那么气孔3吸附基板4时，基板4对接触面31的压力会让接触面31发生轻微的形变，更有利于提高基板4与接触面31之间的摩擦力。
47.参考图2，在研磨完成之后，可以通过第一气路通道11停止向气孔3提供负压，或者，通过第一气路通道11向气孔3提供气压，那么就容易将基板卸载下来。
48.因此，本发明提供的基板研磨装置，通过气孔3的负压直接吸附基板4能够缩短基板4装载在抛光头1上的安装时间，气孔3的吸附力和接触面31的摩擦力可以使基板4牢牢的与吸盘2底部固定住，所以就不需要设置保持环，降低了研磨成本。此外，在卸载基板4时，第一气路通道11除了可以撤去气孔3的负压之外，还可以向气孔3提供气压，那么就能够快速的将基板4卸载，减少了研磨过程整体时间，加快了研磨工艺的效率。
49.参考图1和图3，在本发明的一个实施例中，多个气孔3设置在吸盘2底部。在多个气孔3的周围均为接触面31。多个气孔3均与第一气路通道11连通，多个气孔3均可以提供负压，以提高对基板4吸附的稳定性。
50.参考图1和图3，在本发明的一个实施例中，多个气孔3在吸盘2底部的中心位置向边缘位置均匀分布。例如，多个气孔3由吸盘2底部中心向边缘沿直线均匀的分布，将一条直线向的多个气孔3记为一组气孔，多组气孔环绕中心均匀分布在吸盘2的底部。由此，可以在吸盘2底部形成按照矩阵排布的多个气孔3、按照环形分布的多个气孔3或者是形成对称形状的多个气孔3，本实施例对气孔3的分布方式不做具体限制。
51.多个气孔3从吸盘2底部中心位置向边缘位置均匀分布，那么第一气路通道11提供负压时，多个气孔3的吸附力相同，基板与气孔3对应的位置受到的吸引力也相同，也即是形成了对基板4均匀的吸附力。进而保证接触面31与基板4的压力及摩擦力也相同，使得在基板4转动的过程中各个位置的受力平衡，防止基板4与吸盘2脱离。
52.参考图1和图3，在本发明的一个实施例中，吸盘2内设置有与第一气路通道11连通的第二气路通道12，以及与第二气路通道12连通的多条第三气路通道13，多条第三气路通道13分别由吸盘2底部的中心位置向边缘位置延伸，多个气孔3依次间隔设置并与第三气路通道13连通。例如，六条第三气路通道13均匀环绕吸盘2中心设置，每一条第三气路通道13
对应的吸盘2底部间隔设置有多个气孔3，多个气孔3分别于第三气路通道13连通。第二气路通道12设置在吸盘2的中心，多条第三气路通道13分与第二气路通道12连通，第二气路通道12与第一气路通道11连通，那么第一气路通道11就可以通道第二气路通道12、第三气路通道13向各个气孔3提供负压。
53.第一气路通道11提供的负压会通过第二气路通道12进入各第三气路通道13，多个气孔3与第三气路通道13连通可以保证每个气孔3的负压相同，由此保证基板4的各个位置受到的吸附力相同。
54.参考图1，在本发明的一个实施例中，吸盘2包括连接部21和吸附部22，连接部21位于抛光头1和吸附部22之间，第二气路通道12设置在连接部21中，第三气路通道13设置在吸附部22中，多个气孔3开设在吸附部22的底部。
55.连接部21的顶部可以与抛光头1的顶部连接，例如利用胶粘接在一起。第一气路通道11和第二气路通道12连通，第三气路通道13位于吸附部22与第二气路通道12连通。由于连接部21直接连接在抛光头1的底部，抛光头1在转动的过程中会产生巨大的转动力，连接部21仅设置第二气路通道12，有利于保证连接部21的强度，进而保证抛光头1与连接部21连接结构的稳定性，防止连接部21从抛光头1上脱落，有利于保证连接部21随抛光头1同步转动。
56.在本发明的一个实施例中，连接部21和吸附部22一体成型。例如通过一体成型工艺或者通过3d打印，均可按照设计好的尺寸生产吸盘2，以及构造位于吸盘2中的气体通道，从而有利于保证吸盘的整体强度。
57.在本发明的一个实施例中，第一气路通道11延伸至伸出抛光头1的顶部，并与外部的负压设备连接。负压设备可以向第一气路通道11提供负压。
58.参考图4，在本发明的一个实施例中，第一气路通道11上设置有气压传感器。一般情况下，在基板研磨过程中，气压传感器检测到的气压信号保持不变或者是在规定阈值范围内，如气压传感器检测到的气压信号出现超出阈值范围的变化，那么就证明此时基板4与气孔3发生脱离，由此可以及时的发现基板4出现滑片的情况，及时控制抛光头停止转动。
59.本发明提供了一种基板研磨装置的使用方法，应用于上文中的基板研磨装置，该方法包括：
60.将基板放置在吸盘的底部并与气孔接触。基板按照操作规范放置在吸盘底部的对应位置，并且与气孔对应。
61.通过第一气路通道向气孔提供负压。第一气路通道向气孔提供负压，气孔在负压的作用下牢牢地将吸盘吸附住，通过吸附的方式能够减少基板的安装时间，加快了工作效率。
62.气孔在负压的作用下将基板吸附住，控制抛光头开始转动。结合上文中对基板研磨装置结构的描述，气孔吸附住基板后，基板与接触面接触，那么基板在吸附力和摩擦力的作用下就难以与吸盘发生相对位移。
63.需要说明的是，本实施例中基板研磨装置与上文中说明的基板研磨装置在结构上完全相同，本领域技术人员可以参考上文中的记载推导出各部件之间具体的运动关系，本实施例在此不再详细描述。
64.在本发明的一个实施例中，该控制方法还包括：
65.控制抛光头停止转动。可以通过控制驱动电机停止工作来控制抛光头停止转动。
66.第一气路通道停止向气孔提供负压，或者，第一气路通道向气孔提供气压。在抛光头完全停止转动之后，就可以开始进行基板的卸载工作。第一气路通道可以停止向气孔提供负压，或者，第一气路通道可以向气孔提供气压。无论哪种方式，气孔将不再吸附基板，后者还可以通过气压加快基板与吸盘的分离。
67.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种基板研磨装置，其特征在于，包括：抛光头(1)，所述抛光头(1)内设置有第一气路通道(11)；吸盘(2)，所述吸盘(2)的顶部连接在所述抛光头(1)的底部，所述吸盘(2)的底部设置有与所述第一气路通道(11)连通的气孔(3)，以及位于所述气孔(3)周围的接触面(31)。2.根据权利要求1所述的基板研磨装置，其特征在于，多个所述气孔(3)设置在所述吸盘(2)底部。3.根据权利要求2所述的基板研磨装置，其特征在于，多个所述气孔(3)在所述吸盘(2)底部的中心位置向边缘位置均匀分布。4.根据权利要求3所述的基板研磨装置，其特征在于，所述吸盘(2)内设置有与第一气路通道(11)连通的第二气路通道(12)，以及与第二气路通道(12)连通的多条第三气路通道(13)，多条所述第三气路通道(13)分别由所述吸盘(2)底部的中心位置向边缘位置延伸，多个所述气孔(3)依次间隔设置并与所述第三气路通道(13)连通。5.根据权利要求4所述的基板研磨装置，其特征在于，所述吸盘(2)包括连接部(21)和吸附部(22)，所述连接部(21)位于所述抛光头(1)和所述吸附部(22)之间，所述第二气路通道(12)设置在所述连接部(21)中，所述第三气路通道(13)设置在所述吸附部(22)中，多个所述气孔(3)开设在所述吸附部(22)的底部。6.根据权利要求5所述的基板研磨装置，其特征在于，所述连接部(21)和所述吸附部(22)一体成型。7.根据权利要求1所述的基板研磨装置，其特征在于，所述第一气路通道(11)延伸至伸出所述抛光头(1)的顶部，并与外部的负压设备连接。8.根据权利要求2所述的基板研磨装置，其特征在于，所述第一气路通道(11)上设置有气压传感器。9.一种基板研磨装置的使用方法，其特征在于，应用于权利要求1至8任意一项所述的基板研磨装置，所述使用方法包括：将基板放置在吸盘的底部并与气孔接触；通过第一气路通道向所述气孔提供负压；所述气孔在负压的作用下将所述基板吸附住，控制抛光头开始转动。10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于，还包括：控制所述抛光头停止转动；所述第一气路通道停止向所述气孔提供负压，或者，所述第一气路通道向所述气孔提供气压。

技术总结
本发明涉及基板研磨技术领域，提供了一种基板研磨装置和控制方法，该基板研磨装置包括抛光头和吸盘。抛光头内设置有第一气路通道；吸盘的顶部连接在抛光头的底部，吸盘的底部设置有与第一气路通道连通的气孔，以及位于气孔周围的接触面。通过气孔的负压直接吸附基板能够缩短基板装载在抛光头上的安装时间，气孔的吸附力和接触面的摩擦力可以使基板牢牢的与吸盘底部固定住，就不需要设置保持环，降低了研磨成本。此外，在卸载基板时，第一气路通道除了不向气孔提供负压之外，还可以向气孔提供气压，那么就能够快速的将基板卸载，减少了研磨过程整体时间，加快了研磨工艺的效率。加快了研磨工艺的效率。加快了研磨工艺的效率。


技术研发人员：边润立 庞浩 尹影 李婷 司马超 于然
受保护的技术使用者：北京晶亦精微科技股份有限公司
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/7/25