盘形可调的抛光盘和抛光装置以及调控方法与流程

1.本发明涉及抛光加工技术领域，特别是涉及一种盘形可调的抛光盘和抛光装置以及调控方法。


背景技术：

2.碳化硅、单晶硅等半导体材料，以及宝石等材料，随着相关产业的发展，对其晶圆加工的平坦度要求越来越高。晶圆加工包括减薄、双抛、边抛、终抛等工艺步骤，而平面抛光工艺最终决定晶圆产品的平坦度。
3.对于抛光所得产品的平坦度来说，抛光盘的盘形是一个重要影响因素。但是，在实际应用中，晶圆平面抛光过程中会产生大量的抛光热，会影响抛光系统的稳定性，同时也会导致抛光面产生热变形；另外，盘形本身加工误差、抛光垫变形等都会对硅片平坦度产生影响。
4.目前主流市场有两种思路解决抛光盘盘形的问题：一是通过硬机械调整，如液压等方式，但是设备结构复杂，调控难度较大；二是抛光盘本身采用形变系数极低的材料，用以防止盘形产生热变形，但该方法的灵活性较低，且无法可控的调节盘形。


技术实现要素：

5.有鉴于此，针对上述技术问题，有必要提供一种盘形可调的抛光盘和抛光装置以及调控方法。
6.本发明提供的一种盘形可调的抛光盘，所述抛光盘包括：抛光模组，所述抛光模组具有一面为抛光面，所述抛光面用于抛光待抛光物；承托座，与所述抛光模组连接，并位于与所述抛光面相对的另一侧面，用于承托所述抛光模组，所述承托座转动能够带动所述抛光模组转动抛光；其中，所述抛光模组与所述承托座的热形变系数不同，调节所述抛光模组和所述承托座的温度，使所述抛光面内凹或凸出，以调节所述抛光面形状。
7.在其中一个实施例中，所述抛光模组包括：定盘，所述定盘的一侧面为所述抛光面；控温盘，所述控温盘的一面与所述定盘相对的另一侧面连接，相对的另一面与所述承托座连接；所述控温盘能够调控所述抛光盘的温度，以使所述抛光面朝靠近所述控温盘凸出或朝远离所述控温盘的方向凹陷。
8.在其中一个实施例中，所述抛光模组包括多个抛光分块，多个所述抛光分块沿所述抛光模组的径向分布，多个所述抛光分块拼接形成所述定盘和/或所述控温盘。
9.在其中一个实施例中，所述抛光分块为圆环状，抛光分块沿着抛光模组的径向，多个圆环状的所述抛光分块依次套接形成盘状，且多个所述抛光分块的圆心重合；其中，多个套设的所述抛光分块的热形变系数从内到外逐渐变小或逐渐变大。
10.在其中一个实施例中，所述控温盘内具有控温通道，用于供调温介质流动并调节温度。
11.在其中一个实施例中，所述控温通道内壁相对的两侧分别设置有多个凸块；且每
一侧内壁上的多个所述凸块关于所述控温盘的周向均匀布设，并关于所述控温盘的中心对称设置。
12.在其中一个实施例中，所述定盘、所述控温盘、所述承托座的热形变系数依次降低或增大。
13.在其中一个实施例中，所述抛光模组内设置嵌设有多圈平衡筋，多圈所述平衡筋呈环形且同心布设；多圈所述平衡筋依次套设，且从内至外套设排布的多圈所述平衡筋的直径由小到大排列。
14.本技术还提供一种抛光装置，包括抛光盘、驱动系统、控制系统，其中；所述驱动系统分别与所述抛光盘和所述控制系统连接，所述控制系统控制所述驱动系统驱动所述抛光盘转动，用以抛光待抛光物，其中，所述抛光盘为以上任意一项所述的抛光盘。
15.本技术还提供一种抛光盘的盘形调控方法，所述调控方法用于调节如以上任意一项所述的抛光盘的形变量，所述调控方法包括以下步骤：
16.向控温通道内通入调温介质，以调节抛光盘的温度；
17.监控抛光盘的内凹或凸出的变形量；
18.根据抛光盘的变形量逆向调控通入控温通道内的调温介质的温度，直至抛光盘的变形量达到预设的变形量。
19.本发明提供的一种盘形可调的抛光盘和抛光装置以及调控方法，相比于现有技术的有益效果如下：
20.本发明通过对改变调整抛光模组以及承托座的材料热形变系数，以使得两者的热形变系数按照一定的规律进行排布，从而在对抛光盘进行调温时，温度不同，抛光模组和承托座的变形量不同，通过抛光模组和承托座的相互作用，能够使抛光盘的抛光面产生凹凸变化；因此，通过控制抛光模组以及承托座的温度，能够对盘形进行精确的调控，实现对待抛光物的抛光成型后的表面形状的进行调控，并且该抛光盘简单，盘形调控简便灵活。
21.沿着抛光模组的径向，本技术的抛光模组由多个抛光分块依次拼接形成盘状结构，且多个抛光分块的热形变系数可分别设置，如此，抛光分块可单独对每一抛光分块的区域变形量进行调控；通过分别改变部分区域的抛光分块的热形变系数，从而能够调节抛光盘上不同区域的变形量，防止抛光面局部温度过热使得局部变形过大导致抛光面各个区域凹凸不平，确保抛光面的平坦度符合要求。
22.特别的，当多个抛光分块呈圆环状，且多个圆环沿抛光模组的径向依次套设并同心设置，多个套设的圆环状的抛光分块的热形变系数从内至外逐渐变小或逐渐变大时，对应的抛光面逐层变形，使抛光面呈弧度的缓慢形变，实现盘形的曲度调节，使得待抛光面的表面为平缓流畅的曲面，抛光效果更佳，满足更高的工艺要求。
附图说明
23.图1为本发明的一个实施例中抛光模组的结构示意图。
24.图2为本发明的一个实施例中抛光模组的剖视图。
25.图3为本发明的另一个实施例中抛光模组的剖视图。
26.图4为本发明的一个实施例中控温盘的剖视图。
27.图5为本发明的一个实施例中抛光装置的结构示意图。
28.图6为本发明的一实施例中下抛光盘产生形变的示意图。
29.图7为本发明的一实施例中盘面形状控制效果的仿真结果图。
30.图8为本发明的一实施例中传感器安装示意图。
31.图9为本发明中抛光盘盘形调控的流程示意图。
32.图中，1000、抛光装置；100、抛光盘；10、抛光模组；11、定盘；111、抛光面；12、控温盘；121、控温通道；122、凸块；13、抛光分块；14、平衡筋；20、承托座；30、抛光垫；40、传感器；200、驱动系统；201、驱动轴；202、转动轮。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
34.需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接装设在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
35.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
36.本发明提供一种盘形可调的抛光盘100，参阅图1-9，该抛光盘100包括抛光模组10和承托座20；其中，抛光模组10上具有一面为抛光面111，抛光面111用于抛光待抛光物；待抛光物通常为碳化硅、单晶硅等半导体材料，以及宝石等材料制成的晶圆。承托座20与抛光模组10连接，并位于与抛光面111相对的另一侧面，承托座20用于承托抛光模组10并能够带动抛光模组10转动，以使得抛光模组10高速转动，实现抛光。值得强调的是，在本技术中，抛光模组10与承托座20的热形变系数不同，且抛光模组10和承托座20自身结构上的热形变系数分布均匀，通过调节抛光模组10和承托座20的温度，使得抛光模组10和承托座20产生不同的形变，两者相互作用，以使抛光面111产生内凹或凸出，以调节抛光面111形状。其中，在本说明书中，内凹指的是抛光面111的中心朝远离待抛光物的方向凹陷，凸出指的是抛光面111的中心朝靠近待抛光物的方向凸起。
37.本技术通过改变抛光模组10与承托座20的材料，不同的材料对应不同的热形变系数，由不同的热形变系数的材料组合，以此通过改变温度能够对应的调节控制抛光面111的形变数据，从而调节盘形，确保抛光面111的平坦度合乎要求，提高抛光质量。通过改变抛光模组10与承托座20的热形变系数，相比于现有技术中通过硬机械调整的方式，本技术提供的调节方式更加简单便捷，并且盘形调节更加精准。
38.可以理解的是，为实现对晶圆双面进行抛光，对应的抛光盘100包括两组抛光模组10和两个承托座20，每组抛光模组10配备一承托座20，且两组抛光模组10对称设置，两组抛光模组10的抛光面111相对，用于对晶圆上相对的两面进行抛光。当然，也可以只设置一组
抛光模组10和一个承托座20，对应的对晶圆进行单面抛光。
39.在其中一个实施例中，参阅图1，抛光模组10包括定盘11和控温盘12，定盘11的一侧面为用于抛光的抛光面111；控温盘12的一面与定盘11上的抛光面111相对的另一侧面连接，控温盘12的另一面与承托座20连接，从而控温盘12能够随承托座20转动。其中控温盘12用于调控整个抛光盘100的温度，以使定盘11、控温盘12和承托座20受热产生形变，综合作用后使得抛光面111朝靠近控温盘12凸出或朝远离控温盘12的方向凹陷，实现盘形的调节。
40.在沿抛光盘100的径向上，抛光盘100由多个分盘组成，当每个分盘为一个整体，其各个区域热形变系数相同，从而在受热产生形变时，每个分盘整体产生形变，无法分别调控该分盘上各个不同区域的变形，有可能导致局部区域形变较大或较小导致抛光面平坦度不符合工艺要求；甚至每个分盘的变形更加平直，缺少弧度和圆润感，导致抛光形成的产品的抛光表面上带有抛光棱边等，无法满足工艺要求。
41.为此，参阅图1和图2，在本技术的一个实施例中，抛光模组10包括多个抛光分块13，抛光分块13沿抛光模组10的径向分布，并拼接成抛光模组10。其中抛光分块13的热形变系数可相同可不同。如此，可分别按需选用不同热形变系数的抛光分块13，可单独对每一抛光分块13的区域变形量进行调控；通过分别改变部分区域的抛光分块13的热形变系数，从而能够调节抛光盘100上不同区域的变形量，防止抛光面111局部温度过热使得局部变形过大导致抛光面111各个区域凹凸不平，确保抛光面111的平坦度符合要求，对盘形的调节更加精准。
42.由于抛光盘100在抛光过程中必然高速旋转，因此，抛光面111上的某一点的抛光路径必然为圆形，且多个点的圆形路径的圆心与抛光盘100的中心均位于同一直线上。为更好的调控抛光盘100各个区域的盘形，确保平坦度，在该实施例中，参阅图3，抛光分块13为圆环状，抛光分块13沿着抛光模组10的径向，多个圆环状的抛光分块13依次套接形成盘状，且多个抛光分块13的圆心重合；其中，多个套设的圆环状的抛光分块13的热形变系数从内至外逐渐变小或逐渐变大，对应的抛光面111逐层变形，且抛光面111呈弧度的缓慢形变，实现盘形的曲度调节，使得待抛光面111的表面为平缓流畅的曲面，抛光效果更佳，解决现有技术中抛光平滑度的欠缺的问题。当然在其他实施例中，抛光分块13的形状不局限于以上所述的圆环状，也可以是其他形状。另外，多个抛光分块的热形变系数的选择也不局限于以上所述的从内至外逐渐变小或逐渐变大，可依据抛光盘的热量分布而定。
43.结合以上所述，在其中一个实施例中，参阅图3，多个所述的抛光分块13依次套接形成定盘11和/或控温盘12，换言之，定盘11或控温盘12由多个圆环状的抛光分块13套接形成，构成定盘11的抛光分块13和构成控温盘12的抛光分块13可以是一体的(见图3所示)，即可以理解为抛光模组10的部分或整体由多个抛光分块13套接形成盘状结构，换言之，圆环状的抛光分块13的厚度沿其轴线方向的高度不同。具体的见图3所示，例如在本实施例中，抛光模组10包括六个圆环状的抛光分块13，依次标记为a1-a6，六个圆环状的抛光分块13相互套设并拼接形成所述抛光模组10。当六个圆环状的抛光分块13a1至a6的热形变系数依次逐渐减小时，随着温度升高，对应的抛光面111朝向待抛光物凸出，当a1至a6的热形变系数依次逐渐增大时，对应的抛光面111背向待抛光物内凹，两个方案中的多个抛光分块13均能够逐渐形变，使得抛光面形变形成圆滑的曲面，满足抛光工艺要求。在其他实施例中，构成定盘11的抛光分块13和构成控温盘12的抛光分块13也可以不是一体的。
44.在其中一个实施例中，各个抛光分块13的沿其自身径向上的厚度可以相同，以使得在产生形变时，抛光分块13受热形变均匀，进一步优化抛光面111的曲面形变效果。当然在其他实施例中，多个抛光分块13沿其自身径向上的厚度也可以部分相同或完全不同。
45.其中，多个抛光分块13之间通过焊接或粘接实现连接，当然也可以通过其他方式实现连接，此处不做限制。
46.参阅图4-6，控温盘12内具有控温通道121，用于供调温介质流动，从而可以调节流入的调温介质的温度，通过热传导，实现承托座20、控温盘12和定盘11的温度调节，进而调节三者的形变量。在抛光过程中，高速摩擦会导致产生抛光热，导致盘形受热不均影响盘形，因此通过调节流入的调温介质的温度，还能够带走抛光热，维持稳定的系统温度，也避免发生抛光盘100局部过热的现象。
47.进一步，控温通道121呈环形布设在控温盘12内，且多条环形的控温通道121的中心重合，以使多条控温通道121均匀的布设在控温盘12内，确保介质能够均分的流经控温盘12，从而实现均匀的换热调温。当然，在其他实施例中，控温通道121的布设方式不局限于以上所述，例如多条控温通道121也可以是从控温盘的中心沿着控温盘12的径向发散设置，也可以呈螺旋状设置。
48.参阅图4，控温通道121内壁相对的两侧分别设置有多个凸块122，且每一侧内壁上的多个凸块122关于控温盘12的周向均匀布设，并关于控温盘12的中心对称设置，需说明的是，抛光盘100在高速转动时，其上的某一点随着抛光盘100转动，其转动路径为圆形，且该圆形以抛光盘100的圆心为圆心。此处，每两个关于控温盘12的中心对称的凸块122位于同一圆形(该圆形的圆心为控温盘12的圆心)上，即位于同一转动路径上，并且两个对应凸块的连线经过该圆形的圆心并垂直于该圆形的切线。在抛光过程中，位于同一圆形上的凸块122形变相等，则能够确保该圆形上的区域形变相等，实现均匀的形变，且凸块122能够带动转动路径周边的区域产生形变，当在同一圆形上设置多个热形变系数相等的凸块122，则能够辅助带动该盘形实现定向形变。
49.具体参见图4所示的实施例，位于同一侧内壁上的多个凸块122均位于同一圆形(该圆形的圆心为控温盘12的圆心)上，且多个凸块122沿着圆形均布，从而当多个凸块122的热形变系数相等，凸块122形变相等时，能够确保该圆形上的区域形变均匀，且能够带动圆形周边的区域随着凸块122定向形变，实现形变方向的可控，有利于带动对应的整个控温盘12的发生定向形变，例如带动控温盘12朝向定盘11凸出或远离定盘11内凹。
50.当然，在其他实施例中，控温通道121的形状并不局限于图4所示的方式，例如控温通道121可以是呈环形螺旋分布，也可以为直线或弧形，对应的凸块122设置的方式也对应的调整，仅需确保相对应的每两个凸块122关于控温盘12的中心对称设置。
51.作为优选的，在其中一个实施例中，参阅图5和图6，定盘11、控温盘12、承托座20的热形变系数依次减小或增大。热形变系数越大，同样温度条件下的形变更加明显，因此，当三者的热形变系数逐渐降低时，定盘11形变较大，而承托座20以及控温盘12形变较小，且控温盘12形变并作用于定盘11上，最终使得定盘11上的抛光面111朝向远离控温盘12的方向凸出；相反的，当三者的热形变系数逐渐增大时，如图6所示，承托座20形变较大，定盘11形变最小，从而通过承托座20和控温盘12对定盘11的牵拉，致使定盘11朝向靠近控温盘12的方向内凹，实现盘形的调节。
52.参阅图3，抛光模组10内设置嵌设有多圈平衡筋14，多圈平衡筋14呈环形且多圈环形的中心重合；多圈平衡筋14依次套设，且从内至外套设排布的多圈平衡筋14的直径由小到大排列。抛光模组10在形变过程中，其材料以及厚度等存在不均匀的情况，有可能导致整个盘面形变的不均匀，导致局部区域形变偏大或偏小，由此，通过设置平衡筋14，同一平衡筋14上的各个点形变量相同，从而确保该平衡筋14处区域形变均衡，以提高抛光模组10形变的均匀性，优化盘面的曲面形变效果。
53.在其中一个实施例中，平衡筋14可以设置在定盘11或控温盘12上，也可以在定盘11和控温盘12上同时设置有平衡筋14，此处不做限制。
54.参阅图1和图5，抛光盘100还包括抛光垫30，抛光垫30安装在定盘11的抛光面111上，抛光垫30能够将抛光后的碎屑等排出，保持抛光物的抛光面光滑，保持抛光过程平稳，以便获得更优的晶圆面型。
55.参阅图8，抛光盘100还包括传感器40，用于监测抛光面111的形变量。具体的，例如参阅图8，该传感器40为距离传感器40，距离传感器40分布设置在定盘11和抛光垫30之间，用于监测相对的两个抛光面111之间的间距，以该间距表征盘形内凹程度，从而得到每个抛光面111的形变量；优选的传感器设置的数量为多组，根据多组传感器的参数的分布情况综合判断整个盘形各区域内凹或凸出的量。当然，在其他实施例中，传感器40选用的类型不局限于以上所述，例如传感器40选用压力传感器40，且压力传感器40设置定盘11和抛光垫30之间，用于监测抛光面111与待抛光物之间的作用力f，将实时测量得到的数据与预设值或仿真值进行对比，获知盘形的形变程度。在其他实施例中，传感器40设置的种类不局限于以上所述，例如也可以是采用温度传感器40，针对单位温度变化量
△
t，对应存在单位盘形变化量
△
s，通过
△
t和单位盘形变化量
△
s的计算映射关系，根据该映射关系在温度变化后可计算出单位盘形变化量。当然也可以采用多种传感器40共同使用，更佳精确的测量盘形变化，以便于优化盘形调节的过程。
56.本技术还提供一种抛光装置1000，参阅图5，包括抛光盘100、驱动系统200、控制系统(图中未示出)，驱动系统200分别与抛光盘100和控制系统连接，控制系统控制驱动系统200驱动抛光盘100转动，用以抛光待抛光物。其中抛光盘100为以上所述的抛光盘100；控制系统包括温控机构(图中未示出)以及供给机构(图中未示出)，供给机构与控温盘12的通道连通，用于提供调温介质，温控机构加热或冷却供给机构内的调温介质的温度，以使得供给机构能够输出较高温度的调温介质或较低温度的调温介质，从而达到调节控温盘12以及相连的定盘11和承载座的温度。其中，温控机构具体的可以是冰机，也可以是其他可调节调温介质的机构，可根据实际应用场景确定。供给机构通常包括泵体、调温介质的储存容器以及连接泵体、储存容器和控温通道121的管路等，控制系统控制泵体的启/闭，实现调温介质的输送并实现抛光盘100的温度调节。
57.另外，控制系统还包括plc控制器(图中未示出)，plc控制器用于接收传感器40监测到的数据信号，并将该数据运算转换，所需的调温介质的温度值，进而向冰机发送控制指令，以控制冰机调节供给机构内调温介质的温度达到所需的温度值，进而控制抛光盘100的温度，实现盘形的调节。
58.参阅图5，驱动系统200包括驱动轴201以及转动轮202，驱动轴201与转动轮202的一端连接，转动轮202的另一端与承托座20连接，驱动轴201驱动转动轮202转动，进而带动
承托座20以及与之连接的抛光模组10高速转动，完成抛光。在其他实施例中，驱动系统200的具体结构不局限于以上所述或图中所示，也可以是其他驱动组件等。
59.本技术还提供一种抛光盘100的盘形调控方法，参阅图9，该调控方法是基于以上所述的抛光盘100进行盘形调节，实现可控的抛光盘100的形变量，精确的调节抛光盘100的盘形。该调控方法具体包括以下步骤：
60.s1:向控温通道121内通入调温介质，以调节抛光盘100的温度；
61.s2:监测抛光盘100的内凹或凸出的变形量；
62.s3:根据抛光盘100的变形量逆向调控通入控温通道121内的调温介质的温度，直至抛光盘100的变形量达到预设的变形量。
63.具体的，在步骤s2中，采用上述的距离传感器40、压力传感器40、或温度传感器40等中的一种或多种传感器40对相应的数据进行测量，通过计算得到的数据表征抛光盘100盘形的变形量。
64.参阅图7，图7为根据该调控方法以及结合抛光盘100进行的仿真试验，其中进行仿真的定盘11(该定盘为位于待抛光物上方的定盘)、控温盘12、承托座20的热形变系数依次增大，通过仿真得到盘面形状控制效果的仿真结果图。
65.图中，z表示定盘11的纵向分量变化，x表示定盘11径向分量变化，x轴的0点为定盘11的中心点。
66.其中，仿真图中未考虑摩擦生热的因素，变量仅为通入的调温介质的温度。图中可看出通入的调温介质的温度分别为15℃、20℃、25℃，对应的两个对称设置的定盘11的盘形产生了变化，通入的调温介质温度较高时盘形朝向控温盘12内凹，表现为z分量增大，温度较低时盘形朝远离控温盘12的方向凸出，表现为z分量的减小。
67.通过本技术提供的调控方法，能够精确的控制盘形的形变，从而起到精确的调控盘形的目的，调控方法简单便捷，为工艺工程师提供一个简单有效的盘形工艺调节的窗口。
68.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
69.以上实施方式的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施方式中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
70.本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围内。