CN108177089A - 抛光液供给臂及抛光液供给装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种抛光液供给臂及抛光液供给装置，属于抛光设备领域，该抛光液供给臂包括臂体、喷嘴固定件、喷嘴和抛光液输送管道；臂体具有沿其长度方向设置的第一安装槽和第二安装槽，喷嘴固定件设置在第一安装槽内，抛光液输送管道设置在第二安装槽内，喷嘴固定件内部沿其长度设置有供水管道，多个喷嘴分别与喷嘴固定件内部供水管道连通，并且多个喷嘴分布在喷嘴固定件的长度方向，喷嘴能够相对于喷嘴固定件转动以调整喷射角度。从而对抛光垫进行充分清洗，消除清洗盲区，保障晶圆的抛光均匀性。该抛光液供给装置中利用驱动机构通过传动轴驱动抛光液供给臂运动，以实现对抛光液供给臂旋转位置的自动控制。

Description

抛光液供给臂及抛光液供给装置

技术领域

本发明涉及抛光设备领域，具体涉及一种抛光液供给臂及抛光液供给装置。

背景技术

在化学机械抛光(CMP)工艺过程中，抛光液是CMP的关键要素，抛光液性能直接影响着抛光后晶圆表面的质量，适宜的抛光液能够达到高材料去除速度、平面度高、膜厚均匀的效果。因此抛光液的输送装置至关重要，典型的CMP抛光液输送装置为抛光液输送臂。

CMP工艺流程为：抛光盘上表面粘贴抛光垫，以一定速度旋转；抛光头底部吸附有晶圆，与抛光盘相同方向旋转且以进行摆动；修整器底部安装砂轮圆盘也以相同方向旋转用来活化抛光垫；抛光液供给臂从零点旋转到工作位，工作中输送抛光液。同时设有高压喷洗管道，清除抛光头保持环、抛光垫研磨过程中掉下的磨料。目前的抛光液输送臂采用喷嘴喷射水液对抛光垫进行清洗，而抛光垫的清洗程度直接关系到晶圆的抛光均匀性，关系到CMP结果。但是目前的喷嘴采用固定式的，由于抛光头和修整器工作时都会经过抛光垫的中心，这必然导致抛光液供给臂无法运动到抛光盘垫中心区域，这就形成了冲洗盲区，对晶圆的抛光均匀性造成影响。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种抛光液供给臂，该抛光液供给臂中的喷嘴能够相对于喷嘴固定件转动以调整喷射角度，从而对抛光垫进行充分清洗，消除清洗盲区，保障晶圆的抛光均匀性。

本发明的第二目的在于提供一种抛光液供给装置,该抛光液供给装置中利用驱动机构通过传动轴驱动抛光液供给臂运动，以实现对抛光液供给臂旋转位置的自动控制。

基于上述第一目的，本发明提供的抛光液供给臂，包括：臂体、喷嘴固定件、喷嘴和抛光液输送管道；

所述臂体具有沿其长度方向设置的第一安装槽和第二安装槽，所述喷嘴固定件设置在所述第一安装槽内，所述抛光液输送管道设置在所述第二安装槽内，所述喷嘴固定件内部沿其长度设置有供水管道，多个所述喷嘴分别与所述喷嘴固定件内部所述供水管道连通，并且多个所述喷嘴分布在所述喷嘴固定件的长度方向，所述喷嘴能够相对于所述喷嘴固定件转动以调整喷射角度。

其中，多个喷嘴设置在喷嘴固定件的长度方向，并与供水管道连通，多个喷嘴组成喷嘴阵列，由于喷嘴能够相对于喷嘴固定件转动，因此，喷嘴的喷射角度可以调节，因此，其喷射范围可以覆盖到抛光垫的半径以上区域，进而对抛光垫进行充分清洗。

抛光液输送管道设置在第二安装槽内，第二安装槽对抛光液输送管道起到容置和导向作用。

进一步的，所述喷嘴包括球座、球体、锁紧环和喷头；所述球座一端具有用以容纳所述球体的第一容纳槽，所述球体设置在所述第一容纳槽内，所述锁紧环具有用以容纳球体的第二容纳槽，所述锁紧环与所述球座连接，所述球体能够在所述第一容纳槽和第二容纳槽形成的空间内转动，所述球体与所述球座具有相贯通的流体通道，所述喷头与所述流体通道相连接。

其中，球座和球体两者构成球面副，达到光滑密封。球体内部流体通道一端与球座的流体通道相贯通，并且球体的流体通道另一端直接连接喷头。球体能够带动该喷头相对于球座自由旋转。调整好位置后，将锁紧环与球座螺纹旋紧。锁紧环内部第二容纳槽与球体相匹配，从而达到锁紧球体的作用。

通过旋转喷头，可达到对抛光垫喷射大范围覆盖，使得抛光垫无清洗盲区。

锁紧环能确保喷头在剧烈震动时保持原有位置，保证高压水的落点一致性，从而有利于控制喷射清洗稳定性。

进一步的，所述喷头的出水口采用扇形。

扇形出水口能够有效扩大喷射的范围。

进一步的，所述第二安装槽具有用于容纳所述抛光液输送管道的导向孔。

上述的导向孔，可以对第二安装槽中的抛光液输送管道进行导向，保证抛光液落点一致性；同时，还能够防止各路抛光液输送管道之间的黏连和挂壁，从而保证落点的惟一性和稳定性，保障晶圆的抛光均匀性。

基于上述第二目的，本发明提供的一种抛光液供给装置，包括驱动机构、传动轴以及上述的抛光液供给臂；

所述驱动机构与所述传动轴连接，所述传动轴与所述抛光液供给臂中的臂体连接，所述传动轴内部设置通道用以容纳水液供给管和抛光液供给管，所述水液供给管与所述喷嘴固定件内部供水管道连通，所述抛光液供给管道与所述抛光液输送管道连通。

该抛光液供给装置中利用驱动机构通过传动轴驱动抛光液供给臂运动，以实现对抛光液供给臂旋转位置的自动控制。

进一步的，所述驱动机构包括摆动气缸和带轮传动机构，所述摆动气缸通过所述带轮传动机构驱动所述传动轴转动。

由于不同工艺或者不同厂家使用中，抛光液的落点不完全一样。摆动气缸相对于手动、气缸连杆结构，摆动角度柔顺控制，调整方便；

采用摆动气缸作为旋转执行部件，通过调整摆动气缸下端调整螺丝，从而使得抛光液落点有很大的调整空间，以使抛光液落点能够满足不同工艺需要。

采用同步带轮传送机构，解决摆动气缸轴径小，但内部必须设有1路高压冲水管道，至少2路抛光液输送管道的刚性需求。同时，也方便抛光液输送管道的装配需求。

进一步的，所述驱动机构包括伺服电机和减速机构，所述伺服电机通过减速机构驱动所述传动轴转动。

采用伺服电机配合减速结构驱动传动轴的形式，能够满足在一些工作场合需要更为精确的控制旋转角度时应用。

进一步的，该抛光液供给装置还包括密封装置，其包括轴端压盖和轴端保护罩，所述轴端压盖用以固定套设在传动轴上的轴承，所述轴端保护罩与所述轴端压盖连接。

轴端保护罩起到对传动轴的密封作用，以满足在浸满抛光液的恶劣使用环境。

进一步的，该抛光液供给装置还包括第一密封圈，其设置在所述传动轴上，所述第一密封圈采用特氟龙自润滑密封圈。

传动轴由上到下依次为防护盖—特氟龙自润滑密封圈，通过设置的多重密封，以满足在传动轴浸满抛光液的恶劣使用环境。

进一步的，该抛光液供给装置还包括第二密封圈，其设置在所述传动轴上，所述第二密封圈采用格莱圈。

传动轴由上到下依次为轴端保护罩—特氟龙自润滑密封圈—格莱圈密封，以满足在浸满抛光液的恶劣使用环境。

有益效果：

本发明提供的抛光液供给臂包括：臂体、喷嘴固定件、喷嘴和抛光液输送管道；臂体具有沿其长度方向设置的第一安装槽和第二安装槽，喷嘴固定件设置在第一安装槽内，抛光液输送管道设置在第二安装槽内，喷嘴固定件内部沿其长度设置有供水管道，多个喷嘴分别与喷嘴固定件内部供水管道连通，并且多个喷嘴分布在喷嘴固定件的长度方向，喷嘴能够相对于喷嘴固定件转动以调整喷射角度。其中，多个喷嘴设置在喷嘴固定件的长度方向，并与供水管道连通，多个喷嘴组成喷嘴阵列，由于喷嘴能够相对于喷嘴固定件转动，因此，喷嘴的喷射角度可以调节，因此，其喷射范围可以覆盖到抛光垫的半径以上区域，进而对抛光垫进行充分清洗。抛光液输送管道设置在第二安装槽内，第二安装槽对抛光液输送管道起到容置和导向作用。

本发明提供的一种抛光液供给装置，包括驱动机构、传动轴以及上述的抛光液供给臂，驱动机构与所述传动轴连接，传动轴与所述抛光液供给臂中的臂体连接，传动轴内部设置通道用以容纳水液供给管和抛光液供给管，所述水液供给管与所述喷嘴固定件内部供水管道连通，所述抛光液供给管道与所述抛光液输送管道连通。

该抛光液供给装置中利用驱动机构通过传动轴驱动抛光液供给臂运动，以实现对抛光液供给臂旋转位置的自动控制。

附图说明

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。

图1为本发明实施例提供的抛光液供给臂的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的抛光液供给臂的底面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的抛光液供给臂中的喷嘴的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的抛光液供给装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的抛光液供给装置中的密封装置的结构示意图。

图标：101-抛光液供给臂；102-传动轴；103-轴端压盖；104-摆动气缸；105-带轮传动机构；106-轴端保护罩；107-第一密封圈；108-第二密封圈；109-流体通道；301-臂体；302-喷嘴固定件；303-喷嘴；304-第一安装槽，305-水液供给管和抛光液供给管；306、307-抛光液输送管道；308-第二安装槽；309-供水管道；401-球座；402-球体；403-锁紧环；404-喷头；405-第一容纳槽；406-第二容纳槽；310-导向孔。

具体实施方式

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。

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。

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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参照图1-图3所示；本发明实施例中提供的抛光液供给臂包括：臂体301、喷嘴固定件302、喷嘴303和抛光液输送管道(306、307)。

臂体301具有沿其长度方向设置的第一安装槽304和第二安装槽308，喷嘴固定件302设置为长方体，喷嘴固定件302设置在第一安装槽304内，优选地，喷嘴固定件302焊接在第一安装槽304内，当然，两者也可以采用螺钉、卯榫等常用方式可拆卸连接，这样便于对喷嘴固定件302进行更换。

抛光液输送管道(306、307)设置在第二安装槽308内，喷嘴固定件302内部沿其长度设置有供水管道309，多个喷嘴303分别与喷嘴固定件302内部供水管道309连通，并且多个喷嘴303分布在喷嘴固定件302的长度方向，喷嘴303能够相对于喷嘴固定件302转动以调整喷射角度。

其中，多个喷嘴303设置在喷嘴固定件302的长度方向，并与供水管道309连通，多个喷嘴303组成喷嘴303阵列，由于喷嘴303能够相对于喷嘴固定件302转动，因此，喷嘴303的喷射角度可以调节，因此，其喷射范围可以覆盖到抛光垫的半径以上区域，进而对抛光垫进行充分清洗。

抛光液输送管道(306、307)设置在第二安装槽308内，第二安装槽308对抛光液输送管道(306、307)起到容置和导向作用。

如图3所示，本发明的一个优选实施方案中，喷嘴303包括球座401、球体402、锁紧环403和喷头404；球座401一端具有用以容纳球体402的第一容纳槽405，球体402设置在第一容纳槽405内，锁紧环403具有用以容纳球体402的第二容纳槽406，锁紧环403与球座401连接，球体402能够在第一容纳槽405和第二容纳槽406形成的空间内转动，球体402与球座401具有相贯通的流体通道109，喷头404与流体通道109相连接。

其中，球座401和球体402两者构成球面副，两者表面经过配研加工，从而达到光滑密封。球体402内部流体通道109一端与球座401的流体通道109相贯通，并且球体402的流体通道109另一端直接连接喷头404。球体402能够带动该喷头404相对于球座401自由旋转。调整好位置后，将锁紧环403与球座401螺纹旋紧。锁紧环403内部第二容纳槽406与球体402相匹配，从而达到锁紧球体402的作用。

通过旋转喷头404，可达到对抛光垫喷射大范围覆盖，使得抛光垫无清洗盲区。

锁紧环403能确保喷头404在剧烈震动时保持原有位置，保证高压水的落点一致性，从而有利于控制喷射清洗稳定性。

喷嘴303与喷嘴固定件302采用如下方式连接：喷嘴固定件302设置多个与其内部供水通道连通的安装孔(附图并未示意)，该安装孔优选采用螺纹孔，球座401远离球体402的一端能够与该安装孔螺纹连接，以方便两者进行安装和拆卸。

本发明的一个优选实施方案中，喷头404的出水口采用扇形。

扇形出水口能够有效扩大喷射的范围。

本发明的一个优选实施方案中，第二安装槽308具有用于容纳抛光液输送管道(306、307)的导向孔310。

上述的导向孔310，可以对第二安装槽308中的抛光液输送管道(306、307)进行导向，保证抛光液落点一致性；同时，还能够防止各路抛光液输送管道(306、307)之间的黏连和挂壁，从而保证落点的惟一性和稳定性，保障晶圆的抛光均匀性。具体实施时，上述的抛光液输送管道(306、307)优选设置2-4根，每1根抛光液输送管道(306、307)对应一个导向孔310。

此外，还设置有PVC材质的防护罩(图中并未示意)，该防护罩用以对第二安装槽308进行封闭，使抛光液输送管道(306、307)与外界隔离。

如图4所示，本发明还提供了一种抛光液供给装置，抛光液供给装置包括驱动机构、传动轴102以及上述的抛光液供给臂10。

驱动机构与传动轴102连接，传动轴102与抛光液供给臂10中的臂体301连接，传动轴102内部设置通道用以容纳水液供给管和抛光液供给管305，水液供给管与喷嘴固定件302内部供水管道309连通，抛光液供给管道与抛光液输送管道(306、307)连通。

该抛光液供给装置中利用驱动机构通过传动轴102驱动抛光液供给臂10运动，以实现对抛光液供给臂旋转位置的自动控制。

本发明的一个优选实施方案中，驱动机构包括摆动气缸104和带轮传动机构105，摆动气缸104通过带轮传动机构105驱动传动轴102转动。

由于不同工艺或者不同厂家使用中，抛光液的落点不完全一样。摆动气缸104相对于手动、气缸连杆结构，摆动角度柔顺控制，调整方便；

采用摆动气缸104作为旋转执行部件，通过调整摆动气缸104下端调整螺丝，从而使得抛光液落点有很大的调整空间，以使抛光液落点能够满足不同工艺需要。

采用带轮传动机构105，解决摆动气缸104轴径小，但内部必须设有1路高压冲水管道，至少2路抛光液输送管道(306、307)的刚性需求。同时，也方便抛光液输送管道(306、307)的装配需求。

摆动气缸104具有方便、灵活调整旋转角度的特点，,带轮传动机构105包括用以连接摆动气缸104的输出轴的第一同步带轮、用以连接传动轴102的第二同步带轮和同步齿形带，其中，第一同步带轮与摆动气缸104输出轴通过螺钉连接在一起，第二同步带轮优选免键带轮，直接和传动轴102锁紧，连接为一体，能够保障传动的稳定性。

本发明的一个优选实施方案中，驱动机构还可以采用伺服电机和减速机构，伺服电机通过减速机构驱动传动轴转动。

采用伺服电机配合减速结构驱动传动轴的形式，能够满足在一些工作场合需要更为精确的控制旋转角度时应用。

如图5所示，本发明的一个优选实施方案中，该抛光液供给装置还包括密封装置，其包括轴端压盖103和轴端保护罩106，轴端压盖103用以固定套设在传动轴102上的轴承，轴端保护罩106与轴端压盖103连接。

轴端保护罩106起到对传动轴102的密封作用，以满足在浸满抛光液的恶劣使用环境。

本发明的一个优选实施方案中，该抛光液供给装置还包括第一密封圈107，其设置在传动轴102上，第一密封圈107采用特氟龙自润滑密封圈。

传动轴102由上到下依次为防护盖—特氟龙自润滑密封圈，通过设置的多重密封，以满足在传动轴102浸满抛光液的恶劣使用环境。

本发明的一个优选实施方案中，该抛光液供给装置还包括第二密封圈108，其设置在传动轴102上，第二密封圈108采用格莱圈。

传动轴102由上到下依次为轴端保护罩—特氟龙自润滑密封圈—格莱圈密封，以满足在浸满抛光液的恶劣使用环境。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种抛光液供给臂，其特征在于，包括：臂体、喷嘴固定件、喷嘴和抛光液输送管道；所述臂体具有沿其长度方向设置的第一安装槽和第二安装槽，所述喷嘴固定件设置在所述第一安装槽内，所述抛光液输送管道设置在所述第二安装槽内，所述喷嘴固定件内部沿其长度设置有供水管道，多个所述喷嘴分别与所述喷嘴固定件内部所述供水管道连通，并且多个所述喷嘴分布在所述喷嘴固定件的长度方向，所述喷嘴能够相对于所述喷嘴固定件转动以调整喷射角度。

2.根据权利要求1所述的抛光液供给臂，其特征在于，所述喷嘴包括球座、球体、锁紧环和喷头；所述球座一端具有用以容纳所述球体的第一容纳槽，所述球体设置在所述第一容纳槽内，所述锁紧环具有用以容纳球体的第二容纳槽，所述锁紧环与所述球座连接，所述球体能够在所述第一容纳槽和第二容纳槽形成的空间内转动，所述球体与所述球座具有相贯通的流体通道，所述喷头与所述流体通道相连接。

3.根据权利要求2所述的抛光液供给臂，其特征在于，所述喷头的出水口采用扇形。

4.根据权利要求1-3任一项所述的抛光液供给臂，其特征在于，所述第二安装槽具有用于容纳所述抛光液输送管道的导向孔。

5.一种抛光液供给装置，其特征在于，包括驱动机构、传动轴以及权利要求1-4任一项所述的抛光液供给臂；

所述驱动机构与所述传动轴连接，所述传动轴与所述抛光液供给臂中的臂体连接，所述传动轴内部设置通道用以容纳水液供给管和抛光液供给管，所述水液供给管与所述喷嘴固定件内部供水管道连通，所述抛光液供给管道与所述抛光液输送管道连通。

6.根据权利要求5所述的抛光液供给装置，其特征在于，所述驱动机构包括摆动气缸和带轮传动机构，所述摆动气缸通过所述带轮传动机构驱动所述传动轴转动。

7.根据权利要求5所述的抛光液供给装置，其特征在于，所述驱动机构包括伺服电机和减速机构，所述伺服电机通过减速机构驱动所述传动轴转动。

8.根据权利要求5所述的抛光液供给装置，其特征在于，还包括密封装置，其包括轴端压盖和轴端保护罩，所述轴端压盖用以固定套设在传动轴上的轴承，所述轴端保护罩与所述轴端压盖连接。

9.根据权利要求8所述的抛光液供给装置，其特征在于，还包括第一密封圈，其设置在所述传动轴上，所述第一密封圈采用特氟龙自润滑密封圈。

10.根据权利要求9所述的抛光液供给装置，其特征在于，还包括第二密封圈，其设置在所述传动轴上，所述第二密封圈采用格莱圈。