CN110666678A - 一种化学机械平坦化设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种化学机械平坦化设备,其结构包括电机、滑轨、伺服升降杆、外支架、减振支架、晶圆抛光装置、抛光液循环装置、操作台、支脚,本发明具有的效果:晶圆抛光装置和抛光液循环装置相配合,通过两者之间的结构设置,能够快速对注入研磨抛光盘内部的抛光液进行持续来回循环,过滤在抛光中混入抛光液中的金属颗粒,避免金属颗粒随抛光液在盘中运动,并且间歇性与晶圆接触,对抛光中的晶圆造成损伤,使晶圆的精度下降。

Description

一种化学机械平坦化设备
技术领域
本发明涉及工业化学领域,尤其是涉及到一种化学机械平坦化设备。
背景技术
晶圆的集成电路制造,为了降低器件热阻、提高工作散热及冷却能力、便于封装,在硅晶圆正面制作完集成电路后,需要进行背面减薄,晶圆的背面研磨工艺,是在晶圆的正面贴一层膜保护已经制作好的集成电路,然后通过研磨机来进行减薄,晶圆背面研磨减薄后,表面会形成一层损伤层,且翘曲度高,容易破片,为了解决这些问题,需要对晶圆背面进行抛光,即化学机械抛光,通过化学机械设备抛光,能够去除损伤层,释放晶圆应力,减小翘曲度及使表面平坦化,化学机械抛光技术属于化学作用和机械作用相结合的技术,在化学作用过程和机械作用过程的交替进行中完成工件表面抛光,在抛光过程中需要添加抛光液,使然后在抛光液和抛光垫的机械作用下去除软质层,使工件表面重新裸露出来,然后再进行化学反应,晶圆表面在抛光中会产生一些细小的金属颗粒并混入抛光液中,金属颗粒会随抛光液在盘中运动,并且间歇性与晶圆接触,晶圆在与金属颗粒接触时,因为两者硬度相同,且晶圆是向下施压与抛光垫接触,所以在抛光中容易损伤晶圆,使晶圆的精度下降,因此需要研制一种新型的化学机械平坦化设备,以此来解决晶圆表面通过现有的化学机械设备抛光时会产生一些细小的金属颗粒并融入抛光液中,金属颗粒会随抛光液在盘中运动,并且间歇性与晶圆接触,晶圆在与金属颗粒接触时,因为两者硬度相同,且晶圆是向下施压与抛光垫接触,所以在抛光中容易损伤晶圆,使晶圆的精度下降的问题。
本发明内容
针对现有技术的不足,本发明是通过如下的技术方案来实现:一种化学机械平坦化设备,其结构包括电机、滑轨、伺服升降杆、外支架、减振支架、晶圆抛光装置、抛光液循环装置、操作台、支脚,所述的操作台底部设有支脚,所述的支脚和操作台通过螺栓连接,所述的操作台顶部的中心位置设有晶圆抛光装置,所述的晶圆抛光装置安装在操作台上,所述的晶圆抛光装置上方设有外支架,所述的外支架和操作台采用过盈配合,所述的外支架顶部的中心位置设有伺服升降杆,所述的伺服升降杆垂直安装在外支架上且首端朝下,所述的伺服升降杆下方设有电机,所述的电机传动端朝下且底部与伺服升降杆首端连接,所述的电机下方设有减振支架,所述的减振支架和电机相配合,所述的减振支架两侧设有滑轨,所述的减振支架和滑轨采用滑动配合,所述的滑轨安装在外支架(4)上,所述的晶圆抛光装置下方设有抛光液循环装置,所述的抛光液循环装置安装在操作台上,所述的抛光液循环装置和晶圆抛光装置相配合。
作为本技术方案的进一步优化,所述的晶圆抛光装置由晶圆载体、研磨抛光盘、定位轮架、双轴电机、主动锥形齿轮、第一滚轮组成,所述的研磨抛光盘顶部设有晶圆载体,所述的晶圆载体和研磨抛光盘相配合,所述的晶圆载体和电机通过电机轴连接,所述的研磨抛光盘底部设有定位轮架,所述的定位轮架安装在操作台上,所述的定位轮架顶部中心位置设有第一滚轮,所述的定位轮架通过第一滚轮与研磨抛光盘底部活动连接,所述的研磨抛光盘底部的中心位置设有双轴电机,所述的双轴电机上轴与研磨抛光盘连接,所述的双轴电机下方设有主动锥形齿轮,所述的双轴电机下轴与主动锥形齿轮连接。
作为本技术方案的进一步优化,所述的研磨抛光盘由集液环管、活动盘、通液内环、排液接头、抛光垫、进液接头组成,所述的集液环管两侧设有排液接头和进液接头,所述的排液接头和进液接头与集液环管连接,所述的集液环管内圈的中心位置设有活动盘,所述的活动盘与集液环管活动连接,所述的活动盘顶部设有抛光垫,所述的抛光垫和活动盘采用过盈配合,所述的活动盘内圈上设有通液内环,所述的通液内环和活动盘活动连接,所述的通液内环与集液环管相连接。
作为本技术方案的进一步优化,所述的通液内环由通液环、导液环管、轮架、第二滚轮、连接支杆组成,所述的通液环外圈上设有导液环管,所述的导液环管和集液环管连接,所述的通液环顶部设有轮架,所述的轮架和通液环采用过盈配合,所述的轮架顶部的中心位置设有第二滚轮,所述的第二滚轮安装在轮架上,所述的通液环通过第二滚轮与活动盘内圈活动连接,所述的第二滚轮两侧相互平行设有连接支杆,所述的连接支杆前后两端分别固定在集液环管和轮架上。
作为本技术方案的进一步优化,所述的抛光液循环装置由从动锥形齿轮、联动轴、吸液机构、导液直管、排液机构组成,所述的联动轴中段位置设有从动锥形齿轮,所述的联动轴通过从动锥形齿轮与主动锥形齿轮相啮合,所述的联动轴两端设有吸液机构和排液机构,所述的联动轴与吸液机构和排液机构相配合,所述的联动轴下方设有导液直管,所述的导液直管和联动轴相互平行,所述的导液直管两端与吸液机构和排液机构连接,所述的吸液机构和排液接头连接,所述的排液机构和进液接头连接。
作为本技术方案的进一步优化,所述的吸液机构由导液弯管、集液腔、滤液芯、压力腔、液轮、液轮罩组成,所述的集液腔内部设有滤液芯,所述的滤液芯和集液腔活动连接,所述的集液腔顶部设有导液弯管,所述的导液弯管和集液腔相连接,所述的集液腔后端设有压力腔,所述的压力腔与集液腔连接,所述的压力腔后端设有液轮罩,所述的液轮罩内部设有液轮,所述的液轮和联动轴连接。
作为本技术方案的进一步优化,所述的吸液机构和排液机构所组成的结构部件相同,且两者内部设有的液轮呈同向设置。
作为本技术方案的进一步优化,所述的通液环设于抛光垫表面上,且通液环与抛光垫的贴合端均匀分布有通孔。
有益效果
本发明一种化学机械平坦化设备,设计合理,功能性强,具有以下有益效果:
本发明晶圆抛光装置和抛光液循环装置相配合,通过两者之间的结构设置,能够快速对注入研磨抛光盘内部的抛光液进行持续来回循环,过滤在抛光中混入抛光液中的金属颗粒,避免金属颗粒随抛光液在盘中运动,并且间歇性与晶圆接触,对抛光中的晶圆造成损伤,使晶圆的精度下降;
本发明将晶圆正面安装在晶圆载体上,使晶圆背面在伺服升降杆施加的压力下与抛光垫表面接触,晶圆载体在电机的驱动下在抛光垫表面转动,活动盘在双轴电机的驱动下沿集液环管转动,在抛光之前需要往研磨抛光盘中添加抛光液,在抛光垫和晶圆载体相互进行的周向运动结合抛光液对晶圆进行抛光,因为通液内环和集液环管通过导液环管连接,且通液内环通过顶部设有的第二滚轮与活动盘内圈活动连接,当活动盘旋转时通过第二滚轮沿集液环管内圈转动,能够提高研磨抛光盘转动的灵活性以及保持抛光液能够在活动盘内持续循环;
本发明联动轴通过从动锥形齿轮与联动轴通过从动锥形齿轮与主动锥形齿轮相啮合,主动锥形齿轮安装在双轴电机下轴上,因为吸液机构和排液机构所组成的结构部件相同,且两者内部设有的液轮呈同向设置,且吸液机构和排液机构两者通过导液直管连接,且吸液机构和排液机构设有的液轮在联动轴的带动下旋转,吸液机构运作时产生的负压作用下,吸收研磨抛光盘中的抛光液并进行第一次过滤,通过导液直管排入排液机构,在排液机构运作时产生的负压作用下,对抛光液进行二次过滤,并排入研磨抛光盘中,依次反复循环,能够有效降低抛光液的使用量以及提高对晶圆的抛光精度。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明一种化学机械平坦化设备的正视结构示意图;
图2为本发明晶圆抛光装置的侧视结构示意图;
图3为本发明研磨抛光盘的俯视结构示意图;
图4为本发明通液内环的俯视结构示意图;
图5为本发明抛光液循环装置的侧视剖面结构示意图;
图6为本发明吸液机构的侧视剖面结构示意图。
图中:电机-1、滑轨-2、伺服升降杆-3、外支架-4、减振支架-5、晶圆抛光装置-6、晶圆载体-61、研磨抛光盘-62、集液环管-62a、活动盘-62b、通液内环-62c、通液环-62c1、导液环管-62c2、轮架-62c3、第二滚轮-62c4、连接支杆-62c5、排液接头-62d、抛光垫-62e、进液接头-62f、定位轮架-63、双轴电机-64、主动锥形齿轮-65、第一滚轮-66、抛光液循环装置-7、从动锥形齿轮-71、联动轴-72、吸液机构-73、导液弯管-73a、集液腔-73b、滤液芯-73c、压力腔-73f、液轮-73d、液轮罩-73e、导液直管-74、排液机构-75、操作台-8、支脚-9。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式以及附图说明,进一步阐述本发明的优选实施方案。
实施例
请参阅图1-6,本发明提供一种化学机械平坦化设备的具体实施方式:
请参阅图1,一种化学机械平坦化设备,其结构包括电机1、滑轨2、伺服升降杆3、外支架4、减振支架5、晶圆抛光装置6、抛光液循环装置7、操作台8、支脚9,所述的操作台8底部均匀等距设有四个支脚9,所述的支脚9和操作台8通过螺栓连接,所述的操作台8顶部的中心位置设有晶圆抛光装置6,所述的晶圆抛光装置6安装在操作台8上,所述的晶圆抛光装置6上方设有外支架4,所述的外支架4和操作台8采用过盈配合,所述的外支架4顶部的中心位置设有伺服升降杆3,所述的伺服升降杆3垂直安装在外支架4上且首端朝下,所述的伺服升降杆3下方设有电机1,所述的电机1传动端朝下且底部与伺服升降杆3首端连接,所述的电机1下方设有减振支架5,所述的减振支架5和电机1相配合,所述的减振支架5两侧设有滑轨2,所述的减振支架5和滑轨2采用滑动配合,所述的滑轨(2)安装在外支架4上,所述的晶圆抛光装置6下方设有抛光液循环装置7,所述的抛光液循环装置7安装在操作台8上,所述的抛光液循环装置7和晶圆抛光装置6相配合。
请参阅图2,所述的晶圆抛光装置6由晶圆载体61、研磨抛光盘62、定位轮架63、双轴电机64、主动锥形齿轮65、第一滚轮66组成,所述的研磨抛光盘62顶部设有晶圆载体61,所述的晶圆载体61和研磨抛光盘62相配合,所述的晶圆载体61和电机1通过电机轴连接,所述的研磨抛光盘62底部平行等距设有四个定位轮架63,所述的定位轮架63安装在操作台8上,所述的定位轮架63顶部中心位置设有第一滚轮66,所述的定位轮架63通过第一滚轮66与研磨抛光盘62底部活动连接,所述的研磨抛光盘62底部的中心位置设有双轴电机64,所述的双轴电机64上轴与研磨抛光盘62连接,所述的双轴电机64下方设有主动锥形齿轮65,所述的双轴电机64下轴与主动锥形齿轮65连接。
请参阅图3,所述的研磨抛光盘62由集液环管62a、活动盘62b、通液内环62c、排液接头62d、抛光垫62e、进液接头62f组成,所述的集液环管62a两侧设有排液接头62d和进液接头62f,所述的排液接头62d和进液接头62f与集液环管62a连接,所述的排液接头62d和进液接头62f所组成的结构部件相同,且排液接头62d和进液接头62f以集液环管62a的对称轴呈轴对称结构,所述的集液环管62a内圈的中心位置设有活动盘62b,所述的活动盘62b呈圆形结构且与集液环管62a活动连接,所述的活动盘62b顶部设有抛光垫62e,所述的抛光垫62e和活动盘62b采用过盈配合,所述的活动盘62b内圈上设有通液内环62c,所述的通液内环62c和活动盘62b活动连接,所述的通液内环62c与集液环管62a相连接。
请参阅图4,所述的通液内环62c由通液环62c1、导液环管62c2、轮架62c3、第二滚轮62c4、连接支杆62c5组成,所述的通液环62c1设于抛光垫62e表面上,且通液环62c1与抛光垫62e的贴合端均匀分布有通孔,所述的通液环62c1外圈上设有导液环管62c2,所述的导液环管62c2和集液环管62a连接,所述的通液环62c1顶部均匀等距设有四个轮架62c3,所述的轮架62c3和通液环62c1采用过盈配合,所述的轮架62c3顶部的中心位置设有第二滚轮62c4,所述的第二滚轮62c4安装在轮架62c3上,所述的通液环62c1通过第二滚轮62c4与活动盘62b内圈活动连接,所述的第二滚轮62c4两侧相互平行设有连接支杆62c5,所述的连接支杆62c5前后两端分别固定在集液环管62a和轮架62c3上。
请参阅图5,所述的抛光液循环装置7由从动锥形齿轮71、联动轴72、吸液机构73、导液直管74、排液机构75组成,所述的联动轴72中段位置设有两个从动锥形齿轮71并且呈轴对称结构,所述的联动轴72通过从动锥形齿轮71与主动锥形齿轮65相啮合,所述的联动轴72两端设有吸液机构73和排液机构75,所述的联动轴72与吸液机构73和排液机构75相配合,所述的联动轴72下方设有导液直管74,所述的导液直管74和联动轴72相互平行,所述的导液直管74两端与吸液机构73和排液机构75连接,所述的吸液机构73和排液接头62d连接,所述的排液机构75和进液接头62f连接,所述的吸液机构73和排液机构75所组成的结构部件相同,且两者内部设有的液轮73d呈同向设置,从而实现抛光液在活动盘62b中持续循环。
请参阅图6,所述的吸液机构73由导液弯管73a、集液腔73b、滤液芯73c、压力腔73f、液轮73d、液轮罩73e组成,所述的集液腔73b内部设有滤液芯73c,所述的滤液芯73c和集液腔73b活动连接,所述的集液腔73b顶部设有导液弯管73a,所述的导液弯管73a和集液腔73b相连接,所述的集液腔73b后端设有压力腔73f,所述的压力腔73f呈圆锥形结构并且与集液腔73b连接,所述的压力腔73f后端设有液轮罩73e,所述的液轮罩73e内部设有液轮73d,所述的液轮73d和联动轴72连接。
其具体实现原理如下:
晶圆正面安装在晶圆载体61上,使晶圆背面在伺服升降杆3施加的压力下与抛光垫62e表面接触,晶圆载体61在电机1的驱动下在抛光垫62e表面转动,活动盘62b在双轴电机64的驱动下沿集液环管62a转动,在抛光之前需要往研磨抛光盘62中添加抛光液,在抛光垫62e和晶圆载体61相互进行的周向运动结合抛光液对晶圆进行抛光,因为通液内环62c和集液环管62a通过导液环管62c2连接,且通液内环62c通过顶部设有的第二滚轮62c4与活动盘62b内圈活动连接,当活动盘62b旋转时通过第二滚轮62c4沿集液环管62a内圈转动,能够提高研磨抛光盘62转动的灵活性以及保持抛光液能够在活动盘62b持续循环,因为联动轴72通过从动锥形齿轮71与联动轴72通过从动锥形齿轮71与主动锥形齿轮65相啮合,主动锥形齿轮65安装在双轴电机64下轴上,因为吸液机构73和排液机构75所组成的结构部件相同,且两者内部设有的液轮73d呈同向设置,且吸液机构73和排液机构75两者通过导液直管74连接,且吸液机构73和排液机构75设有的液轮73d在联动轴72的带动下旋转,在吸液机构73运作时产生的负压作用下,吸收研磨抛光盘62中的抛光液并进行第一次过滤,通过导液直管74排入排液机构75,在排液机构75运作时产生的负压作用下,对抛光液进行二次过滤,并将抛光液排入研磨抛光盘62中,依次反复循环,能够有效降低抛光液的使用量以及提高对晶圆的抛光精度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点,本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神或基本特征的前提下,不仅能够以其他的具体形式实现本发明,还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围,因此本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定,而不是上述说明限定。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种化学机械平坦化设备,其结构包括电机(1)、滑轨(2)、伺服升降杆(3)、外支架(4)、减振支架(5)、晶圆抛光装置(6)、抛光液循环装置(7)、操作台(8)、支脚(9),其特征在于:
所述的操作台(8)底部设有支脚(9),所述的操作台(8)顶部设有晶圆抛光装置(6),所述的晶圆抛光装置(6)上方设有外支架(4),所述的外支架(4)顶部设有伺服升降杆(3),所述的伺服升降杆(3)下方设有电机(1),所述的电机(1)下方设有减振支架(5),所述的减振支架(5)两侧设有滑轨(2),所述的晶圆抛光装置(6)下方设有抛光液循环装置(7)。
2.根据权利要求1所述的一种化学机械平坦化设备,其特征在于:所述的晶圆抛光装置(6)由晶圆载体(61)、研磨抛光盘(62)、定位轮架(63)、双轴电机(64)、主动锥形齿轮(65)、第一滚轮(66)组成,所述的研磨抛光盘(62)顶部设有晶圆载体(61),所述的研磨抛光盘(62)底部设有定位轮架(63),所述的定位轮架(63)顶部设有第一滚轮(66),所述的研磨抛光盘(62)底部设有双轴电机(64),所述的双轴电机(64)下方设有主动锥形齿轮(65)。
3.根据权利要求2所述的一种化学机械平坦化设备,其特征在于:所述的研磨抛光盘(62)由集液环管(62a)、活动盘(62b)、通液内环(62c)、排液接头(62d)、抛光垫(62e)、进液接头(62f)组成,所述的集液环管(62a)两侧设有排液接头(62d)和进液接头(62f),所述的集液环管(62a)内圈上设有活动盘(62b),所述的活动盘(62b)顶部设有抛光垫(62e),所述的活动盘(62b)内圈上设有通液内环(62c)。
4.根据权利要求3所述的一种化学机械平坦化设备,其特征在于:所述的通液内环(62c)由通液环(62c1)、导液环管(62c2)、轮架(62c3)、第二滚轮(62c4)、连接支杆(62c5)组成,所述的通液环(62c1)外圈上设有导液环管(62c2),所述的通液环(62c1)顶部设有轮架(62c3),所述的轮架(62c3)顶部设有第二滚轮(62c4),所述的第二滚轮(62c4)两侧设有连接支杆(62c5)。
5.根据权利要求1所述的一种化学机械平坦化设备,其特征在于:所述的抛光液循环装置(7)由从动锥形齿轮(71)、联动轴(72)、吸液机构(73)、导液直管(74)、排液机构(75)组成,所述的联动轴(72)中段位置设有从动锥形齿轮(71),所述的联动轴(72)两端设有吸液机构(73)和排液机构(75),所述的联动轴(72)下方设有导液直管(74)。
6.根据权利要求5所述的一种化学机械平坦化设备,其特征在于:所述的吸液机构(73)由导液弯管(73a)、集液腔(73b)、滤液芯(73c)、压力腔(73f)、液轮(73d)、液轮罩(73e)组成,所述的集液腔(73b)内部设有滤液芯(73c),所述的集液腔(73b)顶部设有导液弯管(73a),所述的集液腔(73b)后端设有压力腔(73f),所述的压力腔(73f)后端设有液轮罩(73e),所述的液轮罩(73e)内部设有液轮(73d)。
7.根据权利要求5所述的一种化学机械平坦化设备,其特征在于:所述的吸液机构(73)和排液机构(75)所组成的结构部件相同,且两者内部设有的液轮(73d)呈同向设置。
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