CN111805412A - 一种抛光液施配器及抛光装置 - Google Patents

一种抛光液施配器及抛光装置 Download PDF

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张月
卢一泓
刘青
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Abstract

本发明提供了一种抛光液施配器及抛光装置，该抛光液施配器用于将抛光液施配到抛光垫上。其包括位于抛光垫上方的支臂、固定在支臂上且用于输送抛光液的输液管。还包括与输液管连通以向抛光垫表面喷洒抛光液的喷头。喷头与支臂转动连接，喷头相对支臂的转动方向与抛光垫的表面垂直。还包括驱动喷头相对支臂转动的驱动装置。通过采用喷头与支臂转动连接，驱动装置驱动喷头相对支臂转动，使喷头喷洒出的抛光液不仅具有直接下落的运行方式，还具有旋转的运动方式，提高抛光液喷洒在抛光垫表面的面积。使抛光液更快速的流入到抛光垫表面的微孔结构或沟槽结构内，减少抛光液被旋转的抛光垫甩出抛光垫的量，保证流入晶圆及抛光垫之间区域的抛光液的量。

Description

一种抛光液施配器及抛光装置
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种抛光液施配器及抛光装置。
背景技术
在CMP(Chemical Mechanical Polishing，化学机械抛光)工艺中，抛光液是CMP工艺中的核心材料。因此,向抛光垫与晶圆之间供应抛光液量的连贯性和高效性是CMP工艺中非常重要的因素。
现有技术中用于向抛光垫表面喷洒抛光液的结构如图1所示，其包括一个传送臂1，在传送臂1上设置有用于向抛光垫2上喷洒抛光液的喷头3。且喷头3与传送臂1固定连接，从而使传送臂1上的喷头3相对传送臂是静止的。喷头3将抛光液喷洒到抛光垫2上，之后通过抛光垫2的旋转，使抛光液分散到抛光头4内的晶圆与抛光垫2之间，以实现对晶圆的抛光。由于抛光垫2在旋转过程中，会产生较大的离心力，从而使喷洒到抛光垫2上的抛光液向抛光垫2的边缘流动。在抛光垫2的表面设置有微孔结构及沟槽结构，使喷洒到抛光垫2表面的抛光液可以流入到微孔结构及沟槽结构内，从而减少抛光垫2在旋转过程中产生的离心力使抛光液流出抛光垫的量。但是由于采用现有技术中如图1的方式时，喷头3与传送臂1固定连接，从而使喷头1喷洒出的抛光液仅仅分散到抛光垫2的某一较为固定的区域，使抛光垫2该固定区域上的抛光液较多，使喷洒出的抛光液不能及时全部的流入到抛光垫2表面的微孔结构及沟槽结构中，从而使该部分抛光液被旋转的抛光垫2甩出抛光垫2。从而造成抛光液的大量浪费，不能保证向晶圆与抛光垫2之间的区域供应抛光液量的连贯性及高效性。
发明内容
本发明提供了一种抛光液施配器及抛光装置，使抛光液更均匀的喷洒在抛光垫表面，使抛光液能够及时的流入抛光垫表面的微孔结构及沟槽结构内，从而减少抛光液甩出抛光垫的量，提高流入晶圆及抛光垫之间区域的抛光液的量，提高抛光效率及效果。
第一方面，本发明提供了一种抛光液施配器，该抛光液施配器用于将抛光液施配到抛光垫上。该抛光液施配器包括位于抛光垫上方的支臂、以及固定在支臂上且用于输送抛光液的输液管。该抛光液施配器还包括与输液管连通以向抛光垫表面喷洒抛光液的喷头。其中，喷头与支臂转动连接，且喷头相对支臂的转动方向与抛光垫的表面垂直。该抛光液施配器还包括驱动喷头相对支臂转动的驱动装置。
在上述的方案中，通过采用喷头与支臂转动连接，且驱动装置驱动喷头相对支臂转动，从而使喷头喷洒出的抛光液不仅具有直接下落的运行方式，还具有旋转的运动方式。从而提高抛光液喷洒在抛光垫表面的面积，从而使抛光液更快速的流入到抛光垫表面的微孔结构或沟槽结构内，减少抛光液被旋转的抛光垫甩出抛光垫的量，从而保证流入晶圆及抛光垫之间区域的抛光液的量，提高抛光效率及效果。
在一个具体的实施方式中，喷头抵压在抛光垫表面，以减少喷头喷洒出的抛光液落到抛光垫表面的时间。
在一个具体的实施方式中，喷头包括一圆盘结构，圆盘结构具有相对的两个表面以及连接两个表面的侧面。在圆盘结构的中心位置设置有与输液管连通的喷孔。在圆盘结构上朝向抛光垫的表面设置有多个沟槽。每个沟槽的一端与喷孔连通，另一端延伸到圆盘结构的侧面。通过采用在圆盘结构的中心位置设置喷孔，在圆盘结构表面设置多个沟槽，且每个沟槽均延伸到圆盘结构的侧面，从而使从喷孔喷出的抛光液，沿沟槽及抛光垫之间的空间通道向远离喷孔方向流通。随着喷头的旋转，可以提高抛光液流经抛光垫表面的面积，从而扩大抛光液流入到抛光垫表面的微孔结构或沟槽结构的量，减少抛光液被旋转的抛光垫甩出抛光垫的量。
在一个具体的实施方式中，多个沟槽环绕喷孔均匀分布，以提高抛光液喷洒的均匀性。
在一个具体的实施方式中，每个沟槽为直线型沟槽或曲线型沟槽，使多个沟槽呈放射状的分布在圆盘结构表面，提高抛光液喷洒到抛光垫上的面积。
在一个具体的实施方式中，多个沟槽中相邻的两个沟槽之间的部分形成凸起结构，凸起结构的材料为树脂材料或陶瓷材料，以根据凸起结构的磨损情况进行更换。
在一个具体的实施方式中，树脂材料选用聚醚酮树脂(poly(etherketone)，PEK)或聚苯硫醚树脂(Polyphenylene sulfide，PPS)。
在一个具体的实施方式中，喷头还包括延伸方向与抛光垫表面垂直的管体结构。管体结构的一端与支臂转动连接，另一端与圆盘结构上背离抛光垫的表面固定连接。且管体结构上靠近支臂的一端与输液管连通，管体结构上靠近圆盘结构的一端与喷孔连通。通过采用在圆盘结构上设置与支臂连接管体结构，以便于实现喷头与支臂之间的转动连接，同时便于输液管向圆盘结构中的喷孔输送抛光液。
在一个具体的实施方式中，支臂为具有中空腔体的壳体，输液管穿设中空腔体后，与管体结构连通。通过采用中空腔体的壳体作为支臂，以便于输液管的走线，节省空间。同时便于输液管与管体结构连通。
在一个具体的实施方式中，驱动装置为设置在支臂上且用于驱动管体结构转动的电机，以便于设置。
第二方面，本发明还提供了一种抛光装置，该抛光装置包括支撑结构、装配在支撑结构上的抛光垫、以及装配在支撑结构上的上述任意一种抛光液施配器。通过采用喷头与支臂转动连接，且驱动装置驱动喷头相对支臂转动，从而使喷头喷洒出的抛光液不仅具有直接下落的运行方式，还具有旋转的运动方式，从而提高抛光液喷洒在抛光垫表面的面积，从而使抛光液更快速的流入到抛光垫表面的微孔结构或沟槽结构内，减少抛光液被旋转的抛光垫甩出抛光垫的量，从而保证流入晶圆及抛光垫之间区域的抛光液的量，提高抛光效率及效果。
在一个具体的实施方式中，支臂上远离喷头的一端与支撑结构摆动连接，以提高喷头喷洒出的抛光液流经抛光垫的面积，从而使抛光液更快速的流入到抛光垫表面的微孔结构或沟槽结构内，减少抛光液被旋转的抛光垫甩出抛光垫的量。
附图说明
图1为现有技术中的用于向抛光垫表面喷洒抛光液的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的抛光液施配器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的喷头的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的抛光液施配器从侧面看时的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的圆盘结构上朝向抛光垫表面的结构示意图。
附图标记：
10-抛光垫 11-抛光头 20-支臂
30-输液管 40-喷头 41-圆盘结构
411-喷孔 412-沟槽 413-凸起结构
42-管体结构 50-驱动装置 60-抛光垫修整器
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
为了方便理解本发明实施例提供的抛光液施配器，下面首先说明一下本发明实施例提供的抛光液施配器的应用场景，该抛光液施配器应用于采用CMP方法抛光晶圆的过程中，用于将抛光液施配到抛光垫上。下面结合附图对该抛光液施配器进行详细的叙述。
参考图2，本发明实施例提供的抛光液施配器包括位于抛光垫10上方的支臂20、固定在支臂20上且用于输送抛光液的输液管30、以及与输液管30连通以向抛光垫10表面喷洒抛光液的喷头40。在设置支臂20时，支臂20为部分悬空于抛光垫10上方的支撑结构，以支撑输液管30及喷头40，将喷头40设置在抛光垫10的上方，从而使喷头40中喷出的抛光液喷洒在抛光垫10表面。具体的，支臂20可以为具有中空腔体的壳体，输液管30穿设于中空腔体后与喷头40连通。通过采用中空腔体的壳体作为支臂20，以便于输液管30的走线，节省空间。同时便于输液管30与喷头40连通。应当注意的是，支臂20的设置方式并不限于上述示出的为具有中空腔体的壳体结构，除此之外，还可以为其他具有支撑输液管30及喷头40的结构。
参考图2、图4及图5，本发明实施例中的喷头40与支臂20转动连接，且喷头40相对支臂20的转动方向与抛光垫10的表面垂直。该抛光液施配器还包括驱动喷头40相对支臂20转动的驱动装置50。在应用时，驱动装置50驱动喷头40相对支臂20转动，使从喷头40中喷洒出的抛光液不仅具有由于重力及喷头40中的压力所产生的下落运动方式，还具有由于喷头40旋转所产生的惯性使从喷头40中喷出的抛光液具有旋转的运动方式。从而提高抛光液喷洒在抛光垫10表面的面积，从而使抛光液更快速的流入到抛光垫10表面的微孔结构或沟槽结构内，减少抛光液被旋转的抛光垫10甩出抛光垫10的量，从而保证流入抛光头11内的晶圆及抛光垫10之间区域的抛光液的量，提高抛光效率及效果。
在应用时，可以使喷头40抵压在抛光垫10表面上，使喷头40与抛光垫10之间具有一定的挤压力，以减少喷头40喷洒出的抛光液落到抛光垫10表面的时间。应当理解的是，喷头40并不限于抵压在抛光垫10表面的设置方式，除此之外，还可以采用喷头40与抛光垫10表面之间不接触的设置方式，使喷头40中的抛光液通过重力通过喷头40与抛光垫10表面之间的空间距离后，分散在抛光垫10表面。
在设置喷头40时，参考图2、图3、图4及图5，喷头40可以包括一个圆盘结构41，该圆盘结构41具有相对的两个表面以及连接两个表面的侧面。圆盘结构41的两个表面分别为朝向抛光垫10的下表面、以及背离抛光垫10的上表面。参考图2及图5，在圆盘结构41的中心位置设置有与输液管30连通的喷孔411，输液管30中的抛光液从喷孔411中流出。参考图4及图5，在圆盘结构41上朝向抛光垫10的表面设置有多个沟槽412。每个沟槽412的一端与喷孔411连通，另一端延伸到圆盘结构41的侧面。通过采用在圆盘结构41的中心位置设置喷孔411，在圆盘结构41表面设置多个沟槽412，且每个沟槽412均延伸到圆盘结构41的侧面，从而使从喷孔411喷出的抛光液，沿沟槽412及抛光垫10之间的空间通道向远离喷孔411方向流通。随着喷头40的旋转，可以提高抛光液流经抛光垫10表面的面积，从而扩大抛光液流入到抛光垫10表面的微孔结构或沟槽结构的量，减少抛光液被旋转的抛光垫10甩出抛光垫10的量。
在确定沟槽412的个数时，沟槽412的个数可以为2个、3个、5个、7个、9个、12个等大于两个的任意值。如图2及图5示出的圆盘结构41，沟槽412的个数为5个。应当理解的是，沟槽412的个数具体与圆盘结构41的尺寸大小、抛光垫10的尺寸大小等有关。
在确定多个沟槽412的分布时，参考图2及图5，多个沟槽412可以环绕喷孔411均匀分布，以提高抛光液喷洒的均匀性。应当理解的是，多个沟槽412沿喷孔411的分布方式并不限于均匀分布的排列方式，除此之外，还可以采用其他的分布方式。例如，可以采用多个沟槽412环绕喷孔411非均匀分布的方式。即只有能够满足每个沟槽412的一端与喷孔411连通，另一端与圆盘结构41的侧面连通的方式，都在本发明实施例的保护范围之内。
在具体确定每个沟槽412的形状时，每个沟槽412为直线型沟槽412或曲线型沟槽412，使多个沟槽412呈放射状的分布在圆盘结构41表面，提高抛光液喷洒到抛光垫10上的面积。在沟槽412为直线型沟槽412时，沟槽412的延伸方向可以为沿圆盘的径向延伸，使沟槽412的长度较短，从而使抛光液更快速的通过沟槽412后流到圆盘结构41外。沟槽412的延伸方向也可以沿与圆盘的径向具有一定夹角的方向延伸，从而延长沟槽412的长度。在沟槽412为曲线型沟槽412时，沟槽412可以为弧线形沟槽412，沟槽412还可以为波浪形沟槽412，以进一步延长沟槽412的长度。
参考图4及图5，多个沟槽412中相邻的两个沟槽412之间的部分形成凸起结构413，或者说，沟槽412的形成方式为由多个凸起结构413间隔设置，在相邻的两个凸起结构413之间围成沟槽412。在喷头40抵压在抛光垫10表面时，圆盘结构41上的凸起结构413抵压在抛光垫10表面。由于凸起结构413抵压在抛光垫10上时，随着抛光垫10的旋转，凸起结构413会产生磨损，在应用时，需要根据凸起结构413的磨损情况进行更换。在确定凸起结构413的材料时，凸起结构413的材料可以为树脂材料或陶瓷材料。在选用树脂材料作为凸起结构413的材料时，树脂材料可以选用聚醚酮树脂(poly(etherketone)，PEK)或聚苯硫醚树脂(Polyphenylene sulfide，PPS)。应当理解的是，凸起结构413的材料并不限于上述示出的树脂材料或陶瓷材料，更不限于上述示出的采用聚醚酮树脂或聚苯硫醚树脂的方式，除此之外，还可以采用其他能够抵压在抛光垫10表面的材料。
在具体实现喷头40与支臂20之间的转动连接时，参考图4，喷头40还可以包括延伸方向与抛光垫10表面垂直的管体结构42，即管体结构42的轴线与抛光垫10的表面垂直。管体结构42的一端与支臂20转动连接，另一端与圆盘结构41上背离抛光垫10的表面固定连接。且管体结构42上靠近支臂20的一端与输液管30连通，管体结构42上靠近圆盘结构41的一端与喷孔411连通。通过采用在圆盘结构41上设置与支臂20连接管体结构42，以便于实现喷头40与支臂20之间的转动连接，同时便于输液管30向圆盘结构41中的喷孔411输送抛光液。
在支臂20采用具有中空腔体的壳体时，可以使位于支臂20内的输液管30直接与管体结构42连通，以便于设置。在具体实现管体结构42与支臂20转动连接时，可以在支臂20上开设一个开口，管体结构42的一端插入支臂20的开口处，且管体结构42可以在开口中旋转。还可以在管体结构42与支臂20的开口之间设置一轴承，以减小管体结构42与支臂20的开口边缘之间的摩擦力。应当理解的是，上述仅仅示出了管体结构42与支臂20转动连接的一种方式，除此之外，还可以采用其他能够实现管体结构42与支臂20之间转动连接的方式。
在具体实现管体结构42与圆盘结构41固定连接时，可以采用管体结构42与圆盘结构41为一体结构的设置方式，以简化管体结构42与圆盘结构41的制造及连接。还可以采用管体结构42与圆盘结构41通过螺钉紧固、卡接等可拆卸的连接方式，以便于管体结构42与圆盘结构41之间的装配与拆卸。还可以采用管体结构42与圆盘结构41之间焊接连接的方式，以简化管体结构42与圆盘结构41之间的连接。应当注意的是，管体结构42与圆盘结构41之间固定连接的方式并不限于上述示出的设置方式，除此之外，还可以采用其他的方式。
应当注意的是，上述仅仅示出了喷头40与支臂20之间转动连接的一种方式，除此之外，还可以采用其他能够实现喷头40与支臂20之间转动连接的方式。例如，可以采用圆盘结构41直接与支臂20转动连接的设置方式。
在设置驱动装置50时，驱动装置50可以为电机。在采用由管体结构42及圆盘结构41共同组成喷头40的设置方式时，可以在支臂20上设置用于驱动管体结构42转动的电机，以便于设置。具体设置时，电机可以通过螺钉紧固、卡接等方式固定在支臂20上，电机的输出轴上设置有输出齿轮，在管体结构42上通过螺钉紧固、过盈装配、卡接等方式固定连接一个齿轮，使电机上的输出齿轮与管体结构42上的齿轮相啮合。在电机转动时，输出齿轮带动管体结构42上的齿轮转动，从而带动管体结构42转动。应当理解的是，实现驱动喷头40相对支臂20转动的方式并不限于上述的设置方式，除此之外，还可以采用其他的设置方式。另外，应当注意的是，驱动装置50并不限于上述示出的电机，除此之外，还可以采用其他能够驱动喷头40相对支臂20转动的方式。
通过采用喷头40与支臂20转动连接，且驱动装置50驱动喷头40相对支臂20转动，从而使喷头40喷洒出的抛光液不仅具有直接下落的运行方式，还具有旋转的运动方式。从而提高抛光液喷洒在抛光垫10表面的面积，从而使抛光液更快速的流入到抛光垫10表面的微孔结构或沟槽结构内，减少抛光液被旋转的抛光垫10甩出抛光垫10的量，从而保证流入晶圆及抛光垫10之间区域的抛光液的量，提高抛光效率及效果。
另外，本发明实施例还提供了一种抛光装置，参考图2，该抛光装置包括支撑结构(图中未示出)、装配在支撑结构上的抛光垫10、以及装配在支撑结构上的上述任意一种抛光液施配器。通过采用喷头40与支臂20转动连接，且驱动装置50驱动喷头40相对支臂20转动，从而使喷头40喷洒出的抛光液不仅具有直接下落的运行方式，还具有旋转的运动方式。从而提高抛光液喷洒在抛光垫10表面的面积，从而使抛光液更快速的流入到抛光垫10表面的微孔结构或沟槽结构内，减少抛光液被旋转的抛光垫10甩出抛光垫10的量，从而保证流入晶圆及抛光垫10之间区域的抛光液的量，提高抛光效率及效果。
在具体将支臂20装配在支撑结构上时，支臂20上远离喷头40的一端可以与支撑结构摆动连接，且支臂20在与抛光垫10表面平行的平面内摆动，以提高喷头40喷洒出的抛光液流经抛光垫10的面积，从而使抛光液更快速的流入到抛光垫10表面的微孔结构或沟槽结构内，减少抛光液被旋转的抛光垫10甩出抛光垫10的量。具体设置时，支臂20的一端装配在支撑结构上，支臂20的另一端装配有喷头40，且该喷头40悬空于抛光垫10上方。可以在支撑结构上设置一驱动支臂20相对支撑结构摆动的驱动装置(图中未示出)，该驱动装置可以为电机，以驱动支臂20相对支撑结构摆动。
另外，该抛光装置还可以包括控制装置(图中未示出)，该控制装置用于控制支臂20相对支撑结构的摆动速度、以及摆动幅度。该控制装置还可以用于控制喷头40相对支臂20的转动速度。该控制装置还可以用于控制输液管30中抛光液的流速、以及压力等参数。
继续参考图2，可以在支撑结构上设置一抛光垫修整器60，在抛光完成后，利用抛光垫修整器60上面的金刚石修整抛光垫10表面。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种抛光液施配器，用于将抛光液施配到抛光垫上，其特征在于，包括：
位于所述抛光垫上方的支臂；
固定在所述支臂上且用于输送抛光液的输液管；
与所述输液管连通以向所述抛光垫表面喷洒抛光液的喷头；
其中，所述喷头与所述支臂转动连接，且所述喷头相对所述支臂的转动方向与所述抛光垫的表面垂直；
还包括：驱动所述喷头相对所述支臂转动的驱动装置。
2.如权利要求1所述的抛光液施配器，其特征在于，所述喷头抵压在所述抛光垫表面。
3.如权利要求2所述的抛光液施配器，其特征在于，所述喷头包括圆盘结构，所述圆盘结构具有相对的两个表面以及连接所述两个表面的侧面；
所述圆盘结构的中心位置设置有与所述输液管连通的喷孔；
所述圆盘结构上朝向所述抛光垫的表面设置有多个沟槽；每个沟槽的一端与所述喷孔连通，另一端延伸到所述圆盘结构的侧面。
4.如权利要求3所述的抛光液施配器，其特征在于，所述多个沟槽环绕所述喷孔均匀分布。
5.如权利要求3所述的抛光液施配器，其特征在于，所述多个沟槽中相邻的两个沟槽之间的部分形成凸起结构，所述凸起结构的材料为树脂材料或陶瓷材料。
6.如权利要求5所述的抛光液施配器，其特征在于，所述树脂材料为聚醚酮树脂或聚苯硫醚树脂。
7.如权利要求3所述的抛光液施配器，其特征在于，所述喷头还包括延伸方向与所述抛光垫表面垂直的管体结构；
所述管体结构的一端与所述支臂转动连接，另一端与所述圆盘结构上背离所述抛光垫的表面固定连接；
且所述管体结构上靠近所述支臂的一端与所述输液管连通，所述管体结构上靠近所述圆盘结构的一端与所述喷孔连通。
8.如权利要求7所述的抛光液施配器，其特征在于，所述支臂为具有中空腔体的壳体；所述输液管穿设所述中空腔体后，与所述管体结构连通。
9.一种抛光装置，其特征在于，包括：
支撑结构；
装配在所述支撑结构上的抛光垫；
装配在所述支撑结构上的如权利要求1～8任一项所述的抛光液施配器。
10.如权利要求9所述的抛光装置，其特征在于，所述支臂上远离所述喷头的一端与所述支撑结构摆动连接。
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