(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211118499.7 (22)申请日 2022.09.14 (71)申请人 大连理工大 学 地址 116024 辽宁省大连市高新园区凌工 路2号 (72)发明人 康仁科　朱祥龙　张高振　董志刚　 鲍岩　 (74)专利代理 机构 大连东方专利代理有限责任 公司 21212 专利代理师 鲁保良　李洪福 (51)Int.Cl. B24B 1/00(2006.01) B24B 29/02(2006.01) B24B 7/22(2006.01) B24B 49/10(2006.01)B24B 41/06(2012.01) H01L 21/306(2006.01) (54)发明名称 一种光电化学机械抛光装置及材料高效去 除调整方法 (57)摘要 本发明公开了一种光电化学机械抛光装置 及材料高效去除调整方法， 所述装置包括底座、 工作台、 水槽、 龙门单元、 抛光盘单元、 工作主轴 单元。 本发 明通过采用电化学工作站进行晶片抛 光过程中电压施加与电流测量， 调节 监控晶片的 氧化速率并配合比例阀和气缸， 在工控机的控制 下调节晶片的抛光压力， 构成一个闭环控制系 统， 可以实现压力的精准调节以及晶片化学氧化 速度与机械去除速度协调控制， 能够通过调节电 场电压实现晶片氧化速率最大， 再调节加载压力 使机械去除速率与氧化速率匹配， 进而提高晶片 的材料去除率， 此外， 本发明的装置左右布置两 套工作主轴单元， 能有效减小一套工作主轴单元 带来的倾覆力矩， 进 而提高晶片表面质量。 权利要求书2页 说明书5页 附图5页 CN 115415857 A 2022.12.02 CN 115415857 A 1.一种光电化学机械抛光装置， 其特征在于： 包括底座(1)、 工作台(2)、 水槽(42)、 龙门 单元(44)、 抛光盘单元(45)、 工作主轴单元(46)； 所述抛光盘单元(45)安装在龙门单元(44) 上， 位于工作主轴单元(46)上方； 所述工作主轴单元(46)有两套， 按左右方向并排安装在工 作台(2)上， 两套工作主轴单元(46)的真空吸盘(27)中心距离L小于抛光盘(19)的直径D减 去2倍晶片(41)的直径d， 即L＜D ‑2d； 工作时， 两套工作主轴分别吸附一片晶片(41)， 抛光盘 (19)对晶片(41)施加压力， 并左右 移动， 左右 移动距离S＜D ‑L‑d； 所述抛光盘单元(45)包括直线模组底座(11)、 导轨II(12)、 气缸(13)、 气缸安装板 (14)、 浮动头(15)、 滑台II(16)、 加载板(17)、 中空转台I(18)、 抛光盘(19)、 抛光盘防护罩 (20)、 导电滑环(21)、 绝缘垫(22)、 绝缘套(23)、 紫外光灯(24)、 抛光垫(2 5)、 滑块II(2 6)、 电 化学工作站(38)、 上位机(39)和比例阀(40)； 所述气缸(13)通过浮动头(15)与滑台II(16) 固定连接， 所述导电滑环(21)穿过加载板(17)、 中空转台I(18)的中孔固定在抛光盘(19)顶 部； 所述抛光盘防护罩(20)固定在加载板(17)上， 并且 抛光盘防护罩(20)开有矩形孔， 紫外 光灯(24)固定在抛光盘防护罩(20)的矩形孔 正上方； 所述工作主轴单元(46)包括真空吸盘(27)、 转接盘I(28)、 压力传感器(29)、 转接盘II (30)、 气浮平台(31)、 挡柱(32)、 转接盘III(33)、 中空转台II(34)、 气电滑环(35)、 旋转固定 架(36)、 固定架(37)和挡 板(43)； 所述气浮平台(31)浮动部分通过转接盘II(30)与压力传 感器(29)固定连接， 压力传感器(29)通过转接盘I(28)与真空吸盘(27)固定连接； 所述真空 吸盘(27)的导电端子与气电滑环(35)连接， 气电滑环(35)引出导线与电化学工作站(38)的 工作电极连接作为阳极， 压力传感器(29)经过气电滑环(35)与上位机(39)连接； 所述气浮 平台(31)浮动部分侧面具有挡柱(32)， 气浮平台(31)固定部分侧面具有限位孔， 挡柱(32) 在限位孔里， 限位 孔的尺寸大于挡柱(32)的尺寸； 所述绝缘垫(22)完全覆盖中空转 台I(18)转子连接面， 绝缘套(23)隔绝连接中空转台I (18)的转子的螺栓与抛光盘(19)， 抛光盘(19)与导电滑环(21)连接， 导电滑环(21)引出导 线与电化学工作站(38)对电极连接作为阴极； 导电多孔薄片与导电柱连接， 导电柱贯穿真 空吸盘(27)在真空吸盘(27)底部引出导电接线端子连接导线， 导线与气电滑环(35)连接， 气电滑环(35)引出导线与电化学工作站(38)工作电极连接作为阳极， 电化学工作 站(38)与 上位机(39)连接； 在加工时， 真空吸盘(27)吸附晶片(41)， 抛光盘(19)在气缸(13)作用下进 行压力加载， 电流由电化学工作站(38)阳极流向气电滑环(35)、 气电滑环(35)流向导电柱、 导电柱流向真空吸盘(27)上表 面导电多孔薄片、 真空吸盘(27)上表面导电多孔薄片流向晶 片(41)、 晶片(41)流向抛光液、 抛光液流向抛光盘(19)、 抛光盘(19)流向导电滑环(21)、 导 电滑环(21)流回电化学工作站(38)阴极构成闭合回路， 紫外光灯(24)发射紫外光线透过防 护罩的矩形孔、 抛光盘(19)和抛光垫(25)上叶序分布的通孔， 照射到晶片(41)上表 面， 在晶 片(41)上表面 生成氧化层。 2.根据权利要求1所述一种光电化学机械抛光装置， 其特征在于： 所述抛光盘(19)和抛 光垫(25)上 叶序分布的通孔的极坐标表示为 其中 为第n个孔 的极角、 n 为孔序号、 α0为叶序发散角、 rn为第n个孔的极径、 kp为叶序分布参数。 3.根据权利要求2所述一种光电化学机械抛光装置， 其特征在于： 所述抛光盘(19)和抛 光垫(25)上叶序分布的通孔的个数为280， 叶序发散角α0取1387.508 °， 叶序分布参数kp取权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115415857 A 210。 4.根据权利要求1所述一种光电化学机械抛光装置， 其特征在于： 所述抛光盘(19)的材 质为导电材质， 绝缘垫(22)、 绝缘套(23)的材质均为绝缘材质； 所述真空吸盘(27)上表 面的 材质为导电多孔薄片材质， 真空吸盘(27)内部材质为多孔陶瓷材质， 基体材质为绝缘的陶 瓷材质， 真空吸盘(27)上表面 为导电多孔薄片材质。 5.一种如权利要求1所述的光电化学机械抛光装置的材料高效去除调整方法， 包括以 下步骤： A、 加工开始， 电化学工作站(38)按照电压线性加载进行电压施加， 电化学工作站(38) 将电压线性加载测得电压 ‑电流即U‑I数据反馈给 上位机(39)； B、 上位机(39)根据电化学工作站(38)反馈的U ‑I数据， 取电流数据I1、 I2、 I3、 I4……， 比 较是否I1＜I2， 若小于， 则比较是否I2＜I3， 若大于， 则比较是否I1＜I3， 以此类推， 取得电流I 最大值Imax， 确定此时的电压值Ui， 设定电化学工作站(38)的电压为Ui； C、 电化学工作站(38)电压恒定， 电化学工作站(38 )将测得电流I数据反馈给上位机 (39)； D、 上位机(39)根据电化学工作站(38)反馈的电流I数据， 取电流数据I1、 I2、 I3、 I4……， 判断前后时刻|I2‑I1|、 |I3‑I2|、 |I4‑I3|……是否小于设定值 IS； E、 若步骤D中|I2‑I1|≤IS， 上位机(39)无动作； 若I1＞I2， 则上位机(39)采用PID调节比 例阀(40)进行气缸(13)进气压力调节， 将加载压力减小； 若I1＜I2， 上位机(39)采用PID调节 比例阀(40)进行气缸(13)进气压力调节， 将加载压力加大， 同理|I3‑I2|、 |I4‑I3|……以此 类推。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115415857 A 3