[0001] 本发明属于半导体集成电路芯片制造领域，尤其是涉及一种抛光垫再利用加工装置。

[0002] 减薄与平坦化技术是晶圆加工过程中必不可少的工序，在集成电路(IC)制造中，已成为与光刻、刻蚀等技术同等重要、且相互依赖的不可缺少的技术，是提高生产效率、降低成本的晶圆全局平坦化关键技术。减薄技术有很多种，如磨削、抛光、干式抛光、电化学腐蚀、湿法腐蚀、等离子辅助化学腐蚀和常压等离子腐蚀等。平坦化技术包含化学机械平坦化、电化学机械平坦化等。

[0003] 抛光设备可用于减薄和平坦化技术。抛光设备主流技术是应用机械抛光，或者机械抛光与其他如化学、电化学等结合的方式完成晶圆抛光作业。抛光工艺过程中，晶圆持续受抛光头、抛光垫、抛光液等共同作用实现抛光，因此抛光头、抛光垫、抛光液属于长期主要的消耗品，并对晶圆的抛光成品率会产生直接影响。

[0004] 在批量生产半导体过程中，提高成品率及降低消耗成本是企业最为重点关注的两个条件。其中抛光垫即成为本专利重点讨论的对象，目前，抛光设备上抛光垫仍是更换频率高、消耗大、利用率低，影响生产成本的关键零件。

[0005] 通常抛光垫上表面具有沟槽，抛光工艺依赖于抛光垫上的沟槽填充抛光液和其他介质。当沟槽深度变浅时，抛光垫沟槽中的液体介质变少，会导致抛光过程中抛光头的功能失效或抛光工艺稳定性变差，而且抛光头的装卸稳定性变差。如果初始状态下沟槽的深度过大，则存在工艺稳定性不佳，杂质会落入沟槽中难以排出的问题。因此，实际应用过程中，设备人会通过定加工量或定沟槽深度的方法，确定抛光垫使用寿命，并进行更换新抛光垫作业。

[0081] 为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

[0082] 一种抛光垫再利用加工装置，包括抛光头81，抛光垫修整器82，供液臂83，工作台2，置于工作台2的抛光垫1，及支架3。其中抛光头81加载晶圆并可施加压力作用于晶圆和抛光垫1上，实施抛光作业。工作台2水平放置，并可周向旋转。抛光垫1的上表面带有沟槽11，抛光垫1置于工作台2的上表面，随工作台2转动，即抛光垫1的下表面与工作台2顶面相贴合，使得工作台2起到承托抛光垫1的作用；供液臂83输送抛光液于抛光垫1上，并填充于抛光垫1的上表面及沟槽11内；抛光垫修整器82修整、活化抛光垫1的上表面。如图1所示，抛光头81，抛光垫修整器82，供液臂83，工作台2共同完成整体抛光作业过程。

[0083] 在本实施例中，工作台2为抛光台，在其他实施例中，也可以是其他抛光垫再加工平台。

[0084] 支架3的长度方向形成水平滑轨31，该水平滑轨31与工作台2相平行，或者不完全平行，但是趋于平行。加工头4可以在水平滑轨31内平移，从而加工头4可以实现沿工作台2的径向平移。

[0085] 在抛光液、抛光头81、晶圆、抛光垫修整器82的共同作用下，抛光垫1持续损耗减薄，且沟槽11深度逐渐变浅。通常，抛光垫1粘接于工作台2顶面；当抛光垫1到达更换节点时，抛光头81、抛光垫修整器82、供液臂83做避让动作，为拆除抛光垫1腾空间；作业人员从边缘开始撕除抛光垫1，并更换新的抛光垫1。

[0086] 在本发明中，如图2所示，引入支架3和设置在支架3上的加工头4，该加工头4可以伸入沟槽11内。从而，在抛光垫1放置在工作台2的状态下，通过工作台2活动，或者通过支架3活动，或者通过加工头4活动，或者通过工作台2、支架3、加工头4中的任意两个部件活动，或者通过工作台2、支架3、加工头4三者的共同活动，使得加工头4和沟槽11沿着沟槽11的延伸方向发生相对位移，最终实现加工头4对沟槽11的加深切割，增加沟槽11的深度。因此，无需将抛光垫1撕除工作台2，即可实现对抛光垫1的再利用加工，完成加工后抛光垫1可以重新投入使用。

[0087] 抛光垫1包括上抛光垫102、下抛光垫101、沟槽11，关于沟槽11的加深切割，引用厚度说明抛光垫再利用加工方法过程。如图3所示，初始状态下，沟槽11深度为h0。如图4所示，当抛光垫1随过抛光作业的损耗，上表面逐渐下降，从而整体厚度下降，沟槽11深度降至h1。抛光垫1沟槽11深度变浅，影响抛光工艺的稳定性，并可能导致抛光头81加载晶圆功能失效。通常，抛光垫1到达更换节点时，需要拆装更换，本实施例提供抛光垫1再利用的加工方法，如图5所示。保留抛光垫1在工作台2上，加工头4移动至抛光垫1沟槽11内，对沟槽11进行加深的作业。通过沟槽11再加工作业，使抛光垫1的沟槽11深度再次达到h0，抛光垫1特征转变为整体厚度变小、下抛光垫101厚度不变、上抛光垫102厚度变小、沟槽11深度为h0，如图6所示。

[0088] 上述工作台2的活动，主要指的是工作台2绕着其轴心的周向旋转。上述支架3的活动，主要指的是支架3绕着工作台2的轴心转动，其转动部分位于工作台2的上方，且靠近工作台2的中心设置；或者是，支架3绕着工作台2的轴心转动，但是其转动部分在工作台2的径向外侧。上述加工头4的活动，主要指的是其沿着支架3在工作台2上方的平行平面内平移，或者是，加工头4在工作台2上方周向旋转，或者是，加工头4在工作台2上方以别的轨迹移动。

[0089] 一种抛光垫再利用加工方法，包括以下步骤：

[0090] 监测到抛光垫1到达更换节点；上述可以以抛光垫1的沟槽11深度作为监测因素，也可以以抛光时间作为监测因素；

[0091] 抛光垫1保持贴合在工作台2上的状态；即无需将抛光垫1从工作台2上拆除，只需要将抛光头81、抛光垫修整器82、供液臂83转动至不会对抛光垫1形成遮挡；

[0092] 加工头4的部分进入抛光垫1表面的沟槽11内；

[0093] 工作台2活动，或者支架3活动，或者加工头4活动，或者工作台2、支架3、加工头4中的任意两个部件活动，或者工作台2、支架3、加工头4三者共同活动；

[0094] 使得加工头4和沟槽11沿着沟槽11的延伸方向发生相对位移；

[0095] 从而加工头4对沟槽11进行加深切割，使得沟槽11的深度增加。

[0096] 上述工作台2活动，或者支架3活动，或者加工头4活动，或者工作台2、支架3、加工头4中的任意两个部件活动，或者工作台2、支架3、加工头4三者共同活动步骤中，1)抛光垫1粘附于工作台2的顶面，工作台2可旋转带动抛光垫1旋转；2)水平移动机构，即水平滑轨31的设置，可实现加工头4水平进刀；3)纵向移动机构，即升降轨道42的设置，可实现加工头4部分纵向进刀；三个运动自由度结合，可实现加工头4对抛光垫1沿一定轨迹进行沟槽11加工。无需将抛光垫1从工作台2上拆除即可实现加工作业。

[0097] 实施例一

[0098] 在本实施例中，通过工作台2的活动，以及加工头4的活动，实现加工头4对沟槽11的加深切割，此时支架3保持相对不动。

[0099] 具体的，如图7所示，支架3的长度方向形成水平滑轨31，该水平滑轨与工作台2相平行，或者不完全平行，但是趋于平行。加工头4可以在水平滑轨31内平移。

[0100] 如图8所示，加工头包括基座41，沿着基座41的高度方向设置的升降轨道42，及活动刀头43，基座41可以沿着水平滑轨31平移，从而带动升降轨道42和活动刀头43同步水平平移，活动刀头43则可以沿着升降轨道42上下平移，且活动刀头43通过自身的旋转实现对沟槽11的切割。具体可以是活动刀头43的刀具431部分可以旋转，活动刀头43的最大外径处与沟槽11的最小宽度相当，确切地说，是刀具431的最大外径处与沟槽11的最小宽度相当，保证刀具431可以顺利伸入沟槽11。

[0101] 为了方便将活动刀头43置于沟槽11内，将支架3设计为可以上下升降的结构，从而通过该结构带着活动刀头43上下升降达到靠近或远离抛光垫1上表面的目的，支架3的上下升降结构为现有技术可以实现，不再赘述。在其他实施例中，也可以手动将活动刀头43伸入沟槽11，或者利用别的形式，不限定在利用支架3的升降结构上。

[0102] 在本实施例中，刀具431可以是利用机械力去除材料的传统刀具(如铣刀、车刀、砂轮等)以及传统刀具与流体喷射装置(通常为高压水刀装置)的组合，即利用机械力与高压冲击力结合，以实时去除加工产生的飞边和毛刺，特别是在抛光垫沟槽间距较窄，切割容易发生不平整时，用流体喷射装置可以边切边喷，保证抛光垫的平整，或是利用高能灼烧去除材料的能量施加装置(如高能激光束、等离子束等)，还可以是高频振动的刀具，通常为超声波刀具，利用刀具的高频振动及机械外力实现沟槽底部材料的加深去除和飞边的去除。刀具在本实施例中，沟槽11包括多个同心圆图案。

[0103] 另外还包括抛光垫加工节点获取单元，其用于监测抛光垫当前厚度与初始厚度的差值是否达到设定阈值。

[0104] 一种抛光垫再利用加工方法，包括以下步骤：

[0105] 抛光垫加工节点获取单元监测到抛光垫1到达更换节点；

[0106] 抛光垫1保持贴合在工作台2上的状态；

[0107] 加工头4的部分进入抛光垫1表面的沟槽11内；具体可以是，将支架3摆动至目标位置并保持在该位置，基座41沿着水平滑轨31移动至目标沟槽11的正上方，活动刀头43沿着升降轨道42向下平移，直至刀具431进入沟槽11内，且下降至目标高度；此处的目标高度指的是最终沟槽11所要达到的深度；上述为加工头4的部分上下升降实现加工头4进入抛光垫1表面沟槽11内的目的，在其他实施例中，也可以是支架3的上下升降实现加工头4进入抛光垫1表面沟槽11内的目的，此时活动刀头43不需要升降；上述刀具431进入沟槽11内下降至目标高度的步骤也可以在工作台2旋转后进行，其可以逐步下降达到目标深度；

[0108] 工作台2旋转，活动刀头43相对支架3不动，但是与沟槽11形成相对位移，即活动刀头43遍历圆形图案沟槽11的一圈，从而实现该一圈沟槽11的加深切割，使得沟槽11的深度增加；上述过程中，活动刀头43可以不发生旋转，就能实现对沟槽11的加深切割，也可以绕着自身的轴心旋转，实现对沟槽11的加深切割；

[0109] 完成一圈圆形图案沟槽11的加深切割之后，加工头3上移脱离该位置的沟槽11；此时活动刀头43可以保持旋转，也可以停止旋转；

[0110] 加工头4沿着水平滑轨31移动至另一圈沟槽11的正上方，活动刀头43沿着升降轨道42向下平移，直至刀具431进入该一圈圆形图案沟槽11内，且下降至目标高度；

[0111] 工作台2旋转，活动刀头43相对支架3不动，但是与沟槽11形成相对位移，即活动刀头43遍历该径向圆形图案沟槽11的一圈，从而实现又一圈沟槽11的加深切割，使得沟槽11的深度增加；

[0112] 重复上述步骤，直至完成所有圆形图案沟槽11的加深切割。

[0113] 实施例二

[0114] 在本实施例中，通过工作台2的活动，实现加工头4对沟槽11的加深切割，此时支架3和加工头4的相对位置不发生改变。此处并不是加工头4完全不动，刀具431会发生旋转，活动刀头43也会沿着升降轨道42上下平移。支架3的长度方向相对静止。在本实施例中，沟槽
11包括一个图形图案。

[0115] 一种抛光垫再利用加工方法，包括以下步骤：

[0116] 监测到抛光垫1到达更换节点；

[0117] 抛光垫1保持贴合在工作台2上的状态；

[0118] 加工头4的部分进入抛光垫1表面的沟槽11内；具体可以是，将支架3摆动至目标位置并保持在该位置，基座41沿着水平滑轨31移动至目标沟槽11的正上方，活动刀头43沿着升降轨道42向下平移，直至刀具431进入沟槽11内，且下降至目标高度；此处的目标高度指的是最终沟槽11所要达到的深度；上述活动刀头43沿着升降轨道42向下平移进入沟槽11，也可以通过工作台2的升降实现；

[0119] 工作台2旋转，活动刀头43相对支架3不动，但是与沟槽11形成相对位移，即活动刀头43遍历圆形图案沟槽11的一圈，从而实现该一圈沟槽11的加深切割，使得沟槽11的深度增加。

[0120] 其他结构与实施例一相同，不再赘述。

[0121] 沟槽11也可以不是一个完整的圆形图案，而是一个开放的半圆形或圆弧形。

[0122] 实施例三

[0123] 在本实施例中，通过支架3的活动，以及加工头4的活动，实现加工头4对沟槽11的加深切割，此时工作台2保持相对不动。

[0124] 更具体地说，是支架3在趋于平行抛光垫1的平面内移动，叠加加工头4沿着支架3长度方向的平移，从而实现加工头4和沟槽11沿着沟槽11的延伸方向发生相对位移。

[0125] 在本实施例中，沟槽11包括多个同心圆图案，或者为一个圆形图案。

[0126] 具体的，如图9所示，支架3可以绕着工作台2的轴心转动，该转动部分靠近工作台2的中心设置，或者说支架3的转动部分垂直连接在工作台2的圆心，支架3和工作台2的连接点也就位于该圆心位置，支架3远离轴心的一端悬空设置，也可以增加辅助轮或辅助轨道，具体结构不作限制，从而实现加工头4和沟槽11沿着沟槽11的延伸方向发生相对位移。

[0127] 当沟槽11包括多个同心圆图案时，加工头4沿着水平滑轨31平移至目标半径的沟槽11，完成所有沟槽11的加深切割。

[0128] 此时工作台2相对静止，也可以以与支架3旋转方向相反的方向转动。

[0129] 在其他实施例中，支架3的转动部分可以不设置在中心，而是设置在工作台2的径向外侧，即支架3的另一端绕着工作台2外周大幅度转动，实现加工头4和沟槽11的相对位移。

[0130] 只要支架3的转动部分绕着工作台2的轴心转动，就能实现加工头4对圆形图案的加深切割。

[0131] 在其他实施例中，也可以在支架3的水平滑轨31上同时设置多个加工头4，相邻加工头4之间的间距与两个同心圆之间的径向距离相适配，从而无需加工头4沿着水平滑轨31平移，通过工作台旋转，可以一次性完成多个同心圆沟槽的加深切割。

[0132] 在其他实施例中，还可以是支架3的数量增加为两个或多个，支架3分别进行不同位置的沟槽加深切割。

[0133] 对支架3和加工头4的具体数量不作限制。

[0134] 实施例四

[0135] 在本实施例中，通过支架3的活动，或者通过加工头4的活动，或者通过支架3和加工头4的叠加活动，实现加工头4对沟槽11的加深切割，此时工作台2可以保持相对不动，也可以旋转。

[0136] 在本实施例中，沟槽11为条状图案，如图10所示。

[0137] 一种抛光垫再利用加工方法，包括以下步骤：

[0138] 监测到抛光垫1到达更换节点；

[0139] 抛光垫1保持贴合在工作台2上的状态；

[0140] 加工头4的部分进入抛光垫1表面的沟槽11内；

[0141] 支架3移动，带动加工头4沿着条状沟槽11平移；或者，支架3摆放至与条状沟槽11平行的位置，加工头4沿着支架3的长度方向平移；或者，通过支架3和加工头4的同时活动，拟合得到条状沟槽11的轨迹；实现加工头4和条状图案沟槽11的相对位移；此时工作台2可以静止，也可以旋转，最终都能拟合得到条状轨迹；

[0142] 加工头4对所述条状图案沟槽11进行加深切割。

[0143] 实施例五

[0144] 沟槽11也可以为任意的图案。建立平面坐标系，实现任意图案沟槽的加深切割。在本实施例中，平面坐标系为以工作台2为旋转中心的极坐标系。

[0145] 按工作台2转动、加工头4水平移动这两个基本自由度实施，可建立以工作台2为旋转中心的极坐标系。通过工作台2的转动调节角度θ，并通过水平移动调节加工头4至工作台2旋转中心O的距离R，从而可实现参数化拟合任意图形的加工轨迹。其中水平移动可选加工头4沿水平滑轨31和也可以通过支架3调节实现，均可实现R值的调节，以实现任意图案沟槽
11的加深切。

[0146] 在其他实施例中，平面坐标系为任意原点的xy直角坐标系，工作台2旋转或者调节加工头4至工作台2上移动，实现任意图案沟槽的加深切割。

[0147] 实施例六

[0148] 一种抛光垫再利用加工装置，在实施例一‑实施例五的任意一实施例基础上，还包括有流液单元，流液单元的出口朝向抛光垫1上表面，其用于向抛光垫上表面流液，保持抛光垫1上表面湿润，或者液体可以流动至沟槽内。该流液单元的出口可以包括喷射口，将液体向抛光垫1上表面喷射，此时液体冲击力较大，对抛光垫1表面形成冲刷清洗，可以冲刷掉沟槽内和抛光垫表面的杂质。液体通常为去离子水。

[0149] 上述流液单元可以独立设置，也可以与支架3一体设置，具体结构不作限制。

[0150] 在加工抛光垫1的同时，润湿的抛光垫表面降低加工的碎屑飞扬到空中，减少加工飞溅及扬尘对抛光环境的污染；同时，加大供液的量及冲刷抛光垫的水压，可实现清洁抛光垫沟槽内部清洗，冲刷清洗抛光垫表面碎屑，最终实现抛光垫直接无需离开抛光台即进入再利用的工况。

[0151] 当抛光垫1加工过程中或加工完成后，抛光垫沟槽边存在飞边、痕迹的现象，通过抛光垫修整器82下压平整，可实现去除飞边、毛刺、加工痕迹等表面问题。在本实施例中，抛光垫修整器82可以上下升降从而靠近或远离抛光垫1，并且其可以整体摆动及前端旋转，实现对抛光垫1的修整。当抛光垫1碎屑较多或清洗作业时，修整头上升抬高，可避免抛光垫1上的污染源。

[0152] 为了及时排出冲刷抛光垫产生的杂质，在加工头4的区域还可以设置防止碎屑飞溅的防护罩821，如图16所示，该防护罩821上带有负压抽吸口822。负压抽吸口822距离抛光垫1较近，抛光垫1上的碎屑剥离抛光垫1时，负压抽吸口822启动负压抽吸功能，将碎屑、水等其他杂质抽离抛光垫1，较大程度去除抛光垫1内的异物。

[0153] 实施例七

[0154] 如图11所示，一种抛光垫再利用加工装置，在实施例一‑实施例六的任意一实施例基础上，还包括定位装置6，其用于确定加工头4相对沟槽11的位置。加工头4相对沟槽11的位置还可以包括深度位置，换句话说，确定刀具431进入沟槽11内后是否下降至目标高度。

[0155] 抛光垫1在工作台2上安装位置、沟槽11的分布位置等尺寸具备一定的公差范围，因此加工头4需要优选确认沟槽11的位置及加工头4移动轨迹。本实施例，在加工头4上可放置定位装置6，该定位装置6为特征识别系统，其可以为图像识别系统，其具体可以是摄像头或沟槽检测装置，其与光纤连接，利用图像识别向外输出深度相对值。

[0156] 当摄像头反馈沟槽11的轨迹及位置信息，通过图像处理后，可识别出当前的加工头4相对抛光垫1及沟槽11的位置，从而可实时确认沟槽11的位置及加工头4的移动位置。同时，加工头4上也可设置沟槽深度检测装置，由此可准确判断加工沟槽的纵向进刀量及移动距离。

[0157] 如图17，为沟槽修整的实时控制方法流程图。工作台2停止旋转，抛光垫修整器82启动，位于顶部的摄像头开始记录抛光垫沟槽11的图案，经过图像处理计算出某一圆形沟槽11的轮廓及轮廓所有像素点的坐标位置，进一步的，计算出与支架3垂直投影相交的沟槽11中心位置的坐标，为刀具431落刀点。刀具431移动到落刀位置，并下降到沟槽11中，根据升降轨道42的力反馈判断刀具431是否触底，并向下移动预设需要切割的深度。工作台2开始旋转，摄像头实时计算视野中沟槽11的位置，标记出即将到达刀具431的沟槽11上5x5个像素点群的位置，并计算出这些像素点的平均位置。对比刀具431位置坐标与即将到达的像素点群的平均位置点，其差值即为刀具431下一时刻需要移动的位置。由PID算法控制刀具
431运动达到相应像素位置。刀具431调整位置后，循环上述步骤，直至沟槽修整完毕。

[0158] 实施例八

[0159] 如图12所示，一种抛光垫再利用加工装置，在实施例一‑实施例七的任意一实施例基础上，还包括喷射装置7，其用于向抛光垫1所在方向喷射流体，从而在加工头4和抛光垫1之间形成流体垫层。

[0160] 喷射的流体可以是气体，相应的流体垫层可以是气垫层。

[0161] 当加工头4进入抛光垫1表面的沟槽11内，喷射装置7贴近抛光垫1的喷嘴持续输出流体，该流体可以是气体，即流体垫层为气垫层，此时在加工头4和抛光垫1之间形成稳定的气流空间，可以使得加工头4类似气垫悬浮状态，稳定保持在一定高度，从而保持加工头4相对沟槽11位于目标高度，即流体垫层向上承托加工头4。同时也可通过调整流体输出量调节稳定高度，并可实现金属加工头4与抛光垫1的隔离，避免引入其他金属污染等。

[0162] 实施例九

[0163] 如图13所示，在本实施例中，抛光垫1上的沟槽11包括多个同心圆图案。

[0164] 此时可以用上述实施例一到实施例八中的任意一种方法或多种方法组合进行加深切割，例如实施例五的极坐标系，具体不作限制。

[0165] 实施例十

[0166] 如图14所示，在本实施例中，抛光垫1上的沟槽11包括多个同心圆图案，以及从工作台2中心向外延伸的条状图案。

[0167] 此时可以用上述实施例一到实施例八中的任意一种方法或多种方法组合进行加深切割，例如实施例五的极坐标系，具体不作限制。

[0168] 实施例十一

[0169] 如图15所示，在本实施例中，抛光垫1上的沟槽11包括多个呈井字形交叉布设的条状图案。

[0170] 此时可以用上述实施例一到实施例八中的任意一种方法或多种方法组合进行加深切割，例如实施例五的xy直角坐标系，具体不作限制。

[0171] 上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。