CN109500712A - 抛光装置及半导体晶圆平坦化设备 - Google Patents

抛光装置及半导体晶圆平坦化设备 Download PDF

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CN109500712A CN201811536665.9A CN201811536665A CN109500712A CN 109500712 A CN109500712 A CN 109500712A CN 201811536665 A CN201811536665 A CN 201811536665A CN 109500712 A CN109500712 A CN 109500712A
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Abstract

本申请涉及半导体制造技术领域，尤其是涉及一种抛光装置及半导体晶圆平坦化设备。抛光装置包括摆动机构、直线行走机构和抛光头组件；摆动机构包括摆动悬臂、摆动驱动装置和减速机；摆动驱动装置和减速机连接，摆动驱动装置用于驱动减速机转动；减速机与摆动悬臂连接，减速机用于驱动摆动悬臂沿设定轨迹摆动；摆动悬臂上安装有直线行走机构，直线行走机构与抛光头组件相连接，直线行走机构使得抛光头组件能够沿摆动悬臂的长度方向往复运动。本申请提供的抛光装置可实现直线往复式Sweep方式、弧线往复式Sweep方式及直线和弧线复合的Sweep方式，解决了Sweep工艺清扫运动轨迹单一，运动距离短，晶圆抛光效率较低的技术问题。

Description

抛光装置及半导体晶圆平坦化设备
技术领域
本申请涉及半导体制造技术领域，尤其是涉及一种抛光装置及半导体晶圆平坦化设备。
背景技术
在半导体晶圆的制造过程中，CMP(Chemical Mechanical Polishing，化学机械抛光)是目前认可度最高、最有效的微晶圆全局平坦化技术，其中，抛光过程中的Sweep(清扫)工艺是其中的重要一环，抛光头的Sweep能够确保晶圆抛光过程中整体平坦化的均匀性以及晶圆与抛光液均匀接触。在现有的Sweep工艺过程中，清扫的运动轨迹单一，且运动距离较短，造成了晶圆抛光效率较低的技术问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种抛光装置及半导体晶圆平坦化设备，用于对晶圆的表面进行抛光，晶圆抛光过程中可实现多种Sweep方式，包括既可实现单独的直线往复式Sweep方式、弧线往复式Sweep方式，又可实现直线和弧线复合的Sweep方式，解决了现有技术中存在的在Sweep工艺过程中，清扫的运动轨迹单一，且运动距离较短，造成了晶圆抛光效率较低的技术问题。
本申请提供了一种抛光装置，包括摆动机构、直线行走机构和抛光头组件；
所述摆动机构包括摆动悬臂、摆动驱动装置和减速机；所述摆动驱动装置和所述减速机连接，所述摆动驱动装置用于驱动所述减速机转动；所述减速机与所述摆动悬臂连接，所述减速机用于驱动所述摆动悬臂沿设定轨迹摆动；
所述摆动悬臂上安装有所述直线行走机构，所述直线行走机构与所述抛光头组件相连接，所述直线行走机构使得所述抛光头组件能够沿所述摆动悬臂的长度方向往复运动。
在上述技术方案中，进一步地，所述摆动机构还包括固定座和转动座，所述摆动驱动装置安装于所述固定座上，所述减速机的固定端与所述固定座连接，且所述减速机的输出端与所述转动座相连接；所述固定座与所述转动座连接，所述转动座能够相对于所述固定座转动；所述转动座与所述摆动悬臂相连接，所述摆动悬臂能够相对于所述固定座转动。
在上述技术方案中，进一步地，所述固定座具有第一容纳腔，所述摆动驱动装置位于所述第一容纳腔内，且所述摆动驱动装置与所述固定座可拆卸连接；所述转动座具有第二容纳腔，所述减速机位于所述第二容纳腔内，且所述减速机与所述转动座可拆卸连接，所述减速机与所述固定座可拆卸连接。
在上述技术方案中，进一步地，所述固定座与所述转动座通过轴承连接。
在上述技术方案中，进一步地，所述直线行走机构包括轨道组件；所述轨道组件包括滑块和滑轨，所述滑轨安装于所述摆动悬臂上，所述滑块能够沿所述滑轨的导向方向滑动，所述抛光头组件与所述滑块相连接。
在上述技术方案中，进一步地，所述直线行走机构还包括直行驱动装置，所述直行驱动装置与所述摆动悬臂连接，所述直行驱动装置的输出轴与所述滑块相连接，所述直行驱动装置用于驱动所述滑块沿所述滑轨的导向方向往复运动。
在上述技术方案中，进一步地，所述摆动悬臂包括间隔设置的两个支臂，所述轨道组件的数量为两个，两个所述轨道组件分别位于两个所述支臂上；所述抛光头组件位于两个所述支臂之间。
在上述技术方案中，进一步地，还包括抛光盘，所述抛光头组件包括抛光驱动装置和抛光头本体，其中，所述抛光盘与所述抛光头本体间隔设置，所述抛光盘与所述抛光头本体用于对待抛光物的表面抛光；所述抛光驱动装置的输出轴与所述抛光头本体相连接，所述抛光驱动装置用于驱动所述抛光头本体旋转。
在上述技术方案中，进一步地，所述轨道组件还包括安装座，所述安装座的一侧与所述滑块相连接，所述安装座的另一侧安装有所述抛光驱动装置。
本申请还提供了一种半导体晶圆平坦化设备，包括上述方案所述的抛光装置。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
本申请提供的抛光装置包括摆动机构、直线行走机构和抛光头组件；摆动机构包括摆动悬臂、摆动驱动装置和减速机；摆动驱动装置和减速机连接，摆动驱动装置用于驱动减速机转动；减速机与摆动悬臂连接，减速机用于驱动摆动悬臂沿设定轨迹摆动；摆动悬臂上安装有直线行走机构，直线行走机构与抛光头组件相连接，直线行走机构使得抛光头组件能够沿摆动悬臂的长度方向往复运动。
具体来说，本申请提供的抛光装置包括摆动机构、直线行走机构和抛光头组件，其中，摆动机构包括摆动悬臂、摆动驱动装置和减速机，摆动驱动装置为摆动悬臂的摆动提供动力，减速机在摆动驱动装置和摆动悬臂之间起匹配转速和传递转矩的作用，减速机为大转矩减速机，具体地，减速机为RV减速机或谐波减速机。摆动悬臂的一端与减速机相连接，摆动悬臂的另一端以减速机的旋转中心为轴摆动设定的角度，摆动悬臂的另一端的运动轨迹为一段弧线轨迹。摆动悬臂上还设置有直线行走机构，用于给晶圆表面抛光的抛光头组件安装于直线行走机构上，直线行走机构能够带动抛光头组件沿摆动悬臂的长度方向往复运动，即实现了抛光头组件的运动轨迹为直线轨迹，同时摆动悬臂摆动还可以带动抛光头组件形成弧线轨迹，所以晶圆抛光过程中可实现多种Sweep方式。
本申请提供的抛光装置用于对晶圆的表面进行抛光，晶圆抛光过程中可实现多种Sweep方式，包括既可实现单独的直线往复式Sweep方式、弧线往复式Sweep方式，又可实现直线和弧线复合的Sweep方式，解决了现有技术中存在的在Sweep工艺过程中，清扫的运动轨迹单一，且运动距离较短，造成了晶圆抛光效率较低的技术问题。
本申请还提供了半导体晶圆平坦化设备，包括上述方案所述的抛光装置。基于上述分析可知，该半导体晶圆平坦化设备在晶圆抛光过程中可实现多种Sweep方式，包括既可实现单独的直线往复式Sweep方式、弧线往复式Sweep方式，又可实现直线和弧线复合的Sweep方式，解决了现有技术中存在的在Sweep工艺过程中，清扫的运动轨迹单一，且运动距离较短，造成了晶圆抛光效率较低的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施方式，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为本申请实施例一提供的抛光装置的结构示意图；
图2为本申请实施例一提供的摆动机构的剖视结构示意图；
图3为本申请实施例一提供的图2中A处的放大示意图；
图4为本申请实施例二提供的抛光装置的结构示意图；
图5为本申请实施例二提供的图4中B处的放大示意图。
图中：
101-摆动机构；102-直线行走机构；103-抛光头组件；104-摆动悬臂；105-摆动驱动装置；106-减速机；107-固定座；108-转动座；109-第一容纳腔；110-第二容纳腔；111-轴承；112-轨道组件；113-滑轨；114-滑块；115-直行驱动装置；116-支臂；117-抛光盘；118-抛光驱动装置；119-抛光头本体；120-安装座。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，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申请和简化描述，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申请的限制。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。
在本申请的描述中，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申请中的具体含义。
实施例一
参见图1至图3所示，本申请实施例一提供的抛光装置，包括摆动机构101、直线行走机构102和抛光头组件103；摆动机构101包括摆动悬臂104、摆动驱动装置105和减速机106；摆动驱动装置105和减速机106连接，摆动驱动装置105用于驱动减速机106转动；减速机106与摆动悬臂104连接，减速机106用于驱动摆动悬臂104沿设定轨迹摆动；摆动悬臂104上安装有直线行走机构102，直线行走机构102与抛光头组件103相连接，直线行走机构102使得抛光头组件103能够沿摆动悬臂104的长度方向往复运动。
具体来说，本申请提供的抛光装置包括摆动机构101、直线行走机构102和抛光头组件103。摆动机构101包括摆动悬臂104、摆动驱动装置105和减速机106，摆动驱动装置105为摆动悬臂104的摆动提供动力，减速机106在摆动驱动装置105和摆动悬臂104之间起匹配转速和传递转矩的作用，减速机106为大转矩减速机106，具体地，减速机106为RV减速机或谐波减速机。摆动悬臂104的一端与减速机106相连接，摆动悬臂104的另一端以减速机106的旋转中心为轴摆动设定的角度，摆动悬臂104的另一端的运动轨迹为一段弧线轨迹。摆动悬臂104上还设置有直线行走机构102，用于给晶圆表面抛光的抛光头组件103安装于直线行走机构102上，直线行走机构102能够带动抛光头组件103沿摆动悬臂104的长度方向往复运动，即实现了抛光头组件103的运动轨迹为直线轨迹，同时摆动悬臂104摆动还可以带动抛光头组件103形成弧线轨迹，所以晶圆抛光过程中可实现多种Sweep方式。
本申请提供的抛光装置用于对晶圆的表面进行抛光，晶圆抛光过程中可实现多种Sweep方式，包括既可实现单独的直线往复式Sweep方式、弧线往复式Sweep方式，又可实现直线和弧线复合的Sweep方式，解决了现有技术中存在的在Sweep工艺过程中，清扫的运动轨迹单一，且运动距离较短，造成了晶圆抛光效率较低的技术问题。
该实施例可选的方案中，直线行走机构102的数量为多个，抛光头组件103的数量为多个，直线行走机构102与抛光头组件103一一对应。
在该实施例中，摆动悬臂104上可以设置有多个抛光头组件103，用于对多个晶圆的表面同时抛光，直线行走机构102的数量为多个，且直线行走机构102和抛光头组件103一一对应，用于实现抛光头组件103的直线运动，可以极大的增加晶圆的抛光效率。
该实施例可选的方案中，摆动机构101还包括固定座107和转动座108，摆动驱动装置105安装于固定座107上，减速机106的固定端与固定座107连接，且减速机106的输出端与转动座108相连接；固定座107与转动座108连接，转动座108能够相对于固定座107转动；转动座108与摆动悬臂104相连接，摆动悬臂104能够相对于固定座107转动。
在该实施例中，摆动机构101还包括固定座107和转动座108，转动座108能够相对于固定座107转动。其中，固定座107用于固定摆动驱动装置105，摆动驱动装置105的输出轴与减速机106的输入端相连接，减速机106用于对摆动驱动装置105输出的转速进行减速，减速机106的输出端与转动座108连接，即实现了带动转动座108转动，转动座108与摆动悬臂104相连接，转动座108能够带动摆动悬臂104相对于固定座107转动。固定座107起到了固定摆动驱动装置105的作用，而转动座108用于传递减速机106输出的扭转力，进而转动座108带动摆动悬臂104转动。
该实施例可选的方案中，固定座107具有第一容纳腔109，摆动驱动装置105位于第一容纳腔109内，且摆动驱动装置105与固定座107可拆卸连接；转动座108具有第二容纳腔110，减速机106位于第二容纳腔110内，且减速机106与转动座108可拆卸连接，减速机106与固定座107可拆卸连接。
在该实施例中，摆动驱动装置105位于第一容纳腔109内，减速机106位于第二容纳腔110内，固定座107与转动座108起到保护摆动驱动装置105和减速机106的同时，也起到了传动的作用。摆动驱动装置105与固定座107可拆卸连接，减速机106与转动座108、固定座107可拆卸连接，即可以根据实际工况需求，更换不同参数的摆动驱动装置105和减速机106。
该实施例可选的方案中，固定座107与转动座108通过轴承111连接。
在该实施例中，轴承111可以为交叉滚子轴承，交叉滚子轴承因被分割为内环或外环，在装入滚柱和间隔保持器后，与交叉滚柱轴环固定在一起，以防止互相分离，故安装交叉滚柱轴环时操作简单。由于滚柱为交叉排列，因此只用一套交叉滚柱轴环就可承受各个方向的负荷，与传统型号相比，刚性提高3～4倍。同时，因交叉滚子轴承内圈或外圈是两分割的构造，其间隙可调整，即使被施加预载，也能获得高精度地旋转运动。
实施例二
该实施例二中的抛光装置是在上述实施例基础上的改进，上述实施例中公开的技术内容不重复描述，上述实施例中公开的内容也属于该实施例二公开的内容。
参见图4和图5所示，该实施例可选的方案中，直线行走机构102包括轨道组件112；轨道组件112包括滑块114和滑轨113，滑轨113安装于摆动悬臂104上，滑块114能够沿滑轨113的导向方向滑动，抛光头组件103与滑块114相连接。
在该实施例中，直线行走机构102包括轨道组件112，通过轨道组件112可以上实现抛光头组件103沿直线轨迹运动。具体地，轨道组件112包括滑块114和滑轨113，滑轨113安装于摆动悬臂104上，滑块114上设置有滑槽，滑槽的形状与滑轨113的形状相适配，滑轨113位于滑槽内，且滑块114可以相对于滑轨113滑动，滑动方向为摆动悬臂104的长度方向。抛光头组件103与滑块114相连接，抛光头组件103可以沿摆动悬臂104的长度方向运动。
该实施例可选的方案中，直线行走机构102还包括直行驱动装置115，直行驱动装置115与摆动悬臂104连接，直行驱动装置115的输出轴与滑块114相连接，直行驱动装置115用于驱动滑块114沿滑轨113的导向方向往复运动。
在该实施例中，直线行走机构102还包括直行驱动装置115，直行驱动装置115固定于摆动悬臂104上，直行驱动装置115的输出轴与滑块114相连接，直行驱动装置115可以推动滑块114沿滑轨113的导向方向运动，即直行驱动装置115为抛光头组件103进行直线运动提供动力。
该实施例可选的方案中，摆动悬臂104包括间隔设置的两个支臂116，轨道组件112的数量为两个，两个轨道组件112分别位于两个支臂116上；抛光头组件103位于两个支臂116之间。
在该实施例中，由两个轨道组件112承担抛光头组件103的重量，受力更加均匀，使得抛光头组件103运动更加平稳，防止抛光头组件103发生倾斜，影响晶圆的抛光质量。
该实施例可选的方案中，抛光装置还包括抛光盘117，抛光头组件103包括抛光驱动装置118和抛光头本体119，其中，抛光盘117与抛光头本体119间隔设置，抛光盘117与抛光头本体119用于对待抛光物的表面抛光；抛光驱动装置118的输出轴与抛光头本体119相连接，抛光驱动装置118用于驱动抛光头本体119旋转。
在该实施例中，抛光头组件103包括抛光驱动装置118和抛光头本体119，抛光驱动装置118驱动抛光头本体119旋转，抛光装置还包括旋转的抛光盘117，晶圆安装于抛光头本体119上，且与抛光盘117相贴，晶圆在抛光头本体119的作用下高速旋转，并与抛光盘117产生相对运动，即实现了对晶圆表面的抛光过程。
该实施例可选的方案中，轨道组件112还包括安装座120，安装座120的一侧与滑块114相连接，安装座120的另一侧安装有抛光驱动装置118。
在该实施例中，轨道组件112还包括安装座120，安装座120用于将抛光驱动装置118固定在滑块114上。可选地，安装座120与抛光驱动装置118可拆卸连接。
实施例三
本申请实施例三提供了一种半导体晶圆平坦化设备，包括上述任一实施例所述的抛光装置，因而，具有上述任一实施例所述的抛光装置的全部有益技术效果，在此，不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的范围。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

Claims (10)

1.一种抛光装置，其特征在于，包括摆动机构、直线行走机构和抛光头组件；
所述摆动机构包括摆动悬臂、摆动驱动装置和减速机；所述摆动驱动装置和所述减速机连接，所述摆动驱动装置用于驱动所述减速机转动；所述减速机与所述摆动悬臂连接，所述减速机用于驱动所述摆动悬臂沿设定轨迹摆动；
所述摆动悬臂上安装有所述直线行走机构，所述直线行走机构与所述抛光头组件相连接，所述直线行走机构使得所述抛光头组件能够沿所述摆动悬臂的长度方向往复运动。
2.根据权利要求1所述的抛光装置，其特征在于，所述摆动机构还包括固定座和转动座，所述摆动驱动装置安装于所述固定座上，所述减速机的固定端与所述固定座连接，且所述减速机的输出端与所述转动座相连接；所述固定座与所述转动座连接，所述转动座能够相对于所述固定座转动；所述转动座与所述摆动悬臂相连接，所述摆动悬臂能够相对于所述固定座转动。
3.根据权利要求2所述的抛光装置，其特征在于，所述固定座具有第一容纳腔，所述摆动驱动装置位于所述第一容纳腔内，且所述摆动驱动装置与所述固定座可拆卸连接；所述转动座具有第二容纳腔，所述减速机位于所述第二容纳腔内，且所述减速机与所述转动座可拆卸连接，所述减速机与所述固定座可拆卸连接。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的抛光装置，其特征在于，所述固定座与所述转动座通过轴承连接。
5.根据权利要求1所述的抛光装置，其特征在于，所述直线行走机构包括轨道组件；所述轨道组件包括滑块和滑轨，所述滑轨安装于所述摆动悬臂上，所述滑块能够沿所述滑轨的导向方向滑动，所述抛光头组件与所述滑块相连接。
6.根据权利要求5所述的抛光装置，其特征在于，所述直线行走机构还包括直行驱动装置，所述直行驱动装置与所述摆动悬臂连接，所述直行驱动装置的输出轴与所述滑块相连接，所述直行驱动装置用于驱动所述滑块沿所述滑轨的导向方向往复运动。
7.根据权利要求6所述的抛光装置，其特征在于，所述摆动悬臂包括间隔设置的两个支臂，所述轨道组件的数量为两个，两个所述轨道组件分别位于两个所述支臂上；所述抛光头组件位于两个所述支臂之间。
8.根据权利要求5所述的抛光装置，其特征在于，还包括抛光盘，所述抛光头组件包括抛光驱动装置和抛光头本体，其中，所述抛光盘与所述抛光头本体间隔设置，所述抛光盘与所述抛光头本体用于对待抛光物的表面抛光；所述抛光驱动装置的输出轴与所述抛光头本体相连接，所述抛光驱动装置用于驱动所述抛光头本体旋转。
9.根据权利要求8所述的抛光装置，其特征在于，所述轨道组件还包括安装座，所述安装座的一侧与所述滑块相连接，所述安装座的另一侧安装有所述抛光驱动装置。
10.一种半导体晶圆平坦化设备，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的抛光装置。
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