CN112847145B - 一种抛光液供给臂和化学机械抛光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抛光液供给臂和化学机械抛光装置，抛光液供给臂包括基座，其上配置有基座孔；定位轴，其设置于所述基座孔中；悬臂，其通过套筒转动连接于所述定位轴；抛光液供给管，其经由所述基座及定位轴向上延伸并沿所述悬臂的长度方向设置；锁紧组件，其包括固定件和活动件，所述固定件设置于所述定位轴的顶部，所述活动件连接于所述悬臂并位于所述定位轴的上侧；所述固定件与活动件在竖直方向上至少部分重叠，以在所述悬臂摆动至在线位置时，固定件与活动件磁吸为一体，以提升抛光液滴落位置的准确性。

Description

一种抛光液供给臂和化学机械抛光装置

技术领域

本发明属于化学机械抛光技术领域，具体而言，涉及一种抛光液供给臂和化学机械抛光装置。

背景技术

集成电路产业是信息技术产业的核心，在助推制造业向数字化、智能化转型升级的过程中发挥着关键作用。芯片是集成电路的载体，芯片制造涉及芯片设计、晶圆制造、晶圆加工、电性测量、切割封装和测试等工艺流程。其中，化学机械抛光属于晶圆制造工序。

化学机械抛光(Chemical Mechanical Planarization,CMP)是一种全局平坦化的超精密表面加工技术。化学机械抛光通常将晶圆吸合于承载头的底面，晶圆具有沉积层的一面抵压于抛光垫上表面，承载头在驱动组件的致动下与抛光垫同向旋转并给予晶圆向下的载荷；同时，抛光液供给于抛光垫的上表面并分布在晶圆与抛光垫之间，使得晶圆在化学和机械的共同作用下完成晶圆的化学机械抛光。

抛光液供给臂是化学机械抛光装置的重要组成部分，其将抛光液供给至抛光垫的上表面。抛光液滴落位置与晶圆的去除速率及抛光液的利用率有关，需要通过调节抛光液供给臂的摆动角度来调整抛光液供给位置。

现有技术的抛光液供给臂与固定基座通过定位柱销实现连接与脱开，定位柱销插入固定基座的槽孔时，抛光液供给臂固定于抛光垫的上方，即抛光液供给臂处于在线位置(供液位置)，实现抛光液的落点定位。在需要对抛光液供给臂进行预防性保养(PreventiveMaintenance，PM)时，可以将定位柱销从固定基座的槽孔中拔出，抛光液供给臂可自由旋转至抛光盘的一侧，即抛光液供给臂处于离线位置(PM位置)。PM结束后将抛光液供给臂摆到在线位置，定位柱销再次插入固定基座的槽孔中，实现抛光液落点的固定。

现有的抛光液供给臂存在以下不足之处：

(1)为提升预防性保养的便捷性，定位柱销与固定基座的槽孔需要设置较大的间隙，以便于抛光液供给臂的摆动。当外部环境变化或机台有震动时，因间隙的存在，抛光液供给臂会产生晃动而使抛光液滴落位置不准确，进而影响晶圆的抛光效果；

(2)抛光液供给臂复位位置的一致性存在偏差，即每次复位都不在同一个位置，导致抛光液落点位置不统一而影响抛光效果。

(3)抛光液供给臂进行预防性保养时，定位柱销自固定基座的槽孔拔出，抛光液供给臂在圆周方向无任何约束，抛光液供给臂可以轻易的转到任何位置，无法稳定的停在离线位置，进而干扰操作人员的正常作业。

发明内容

本发明旨在至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明实施例的提供了一种抛光液供给臂，其包括：

基座，其上配置有基座孔；

定位轴，其设置于所述基座孔中；

悬臂，其通过套筒转动连接于所述定位轴；

抛光液供给管，其经由所述基座及定位轴向上延伸并沿所述悬臂的长度方向设置；

锁紧组件，其包括固定件和活动件，所述固定件设置于所述定位轴的顶部，所述活动件连接于所述悬臂并位于所述定位轴的上侧；

所述固定件与活动件在竖直方向上至少部分重叠，以在所述悬臂摆动至在线位置时，固定件与活动件磁吸为一体。

作为优选实施例，所述定位轴能够绕其轴线在所述基座孔中转动，以调节连接在定位轴的所述固定件相对于所述基座的位置。

作为优选实施例，所述固定件通过连接环设置于所述定位轴的顶面，所述固定件包括连接板和第一固定块，所述第一固定块配置有放置孔，磁扣配置于所述放置孔并由所述连接板固定。

作为优选实施例，所述活动件包括第二固定块和盖板；所述第二固定块的侧部配置有耳板，所述耳板固定于所述悬臂；所述第二固定块配置有放置孔，磁扣配置于所述放置孔并由所述盖板固定。

作为优选实施例，所述定位轴的顶部设置有限位块，其由磁性金属制成；所述悬臂摆动至离线位置时，其上的活动件位于所述限位块的上侧。

作为优选实施例，所述活动件的底面与所述限位块的顶面之间设置有间隙，所述间隙为0.2mm-2mm。

作为优选实施例，还包括缓冲件，其为弧形板，其上配置有连接耳，所述缓冲件通过连接耳固定于所述定位轴的顶部。

作为优选实施例，所述缓冲件由金属材料制成，所述悬臂在离线位置和在线位置转换时，所述缓冲件切割活动件的磁扣产生的磁力线形成感应磁场，以阻碍悬臂的摆动速度。

作为优选实施例，所述连接环的顶面配置有腰形孔，所述腰形孔的内侧壁及外侧壁与所述连接环同心设置，所述连接环能够绕所述定位轴转动，以调节其上的固定件相对于所述基座的位置。

此外，本发明还公开了一种化学机械抛光装置，其包括上面所述的抛光液供给臂。

本发明的有益效果包括：

(1)在与基座连接的定位轴配置固定件，在悬臂配置活动件，两者的位置匹配设置以便磁吸固定，有效保证了抛光液供给臂在线位置的一致性，提升抛光液落点的准确性；

(2)在定位轴的上侧设置限位块，限位块与活动件存在相互的磁吸力，避免抛光液供给臂在离线位置自由摆动而影响操作人员的正常作业；

(3)在定位轴的上侧配置缓冲件，以避免悬臂摆动过快而致使活动件与固定件中的磁扣相互撞击而消磁。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：

图1是本发明所述抛光液供给臂的结构示意图；

图2是本发明所述抛光液供给臂的剖视图；

图3是本发明不含壳体及抛光液供给管的抛光液供给臂的示意图；

图4是图3中的局部放大图；

图5是固定件与活动件相互脱离的示意图；

图6是本发明所述固定件的结构示意图；

图7是图6中第一固定块及其内部磁扣设置位置的示意图；

图8是本发明所述活动件的结构示意图；

图9是图8中第二固定块及其内部磁扣设置位置的示意图；

图10是本发明所述缓冲件的结构示意图；

图11是本发明所述连接环的示意图；

图12是本发明所述一种化学机械抛光装置的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。

在本发明中，“化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)”也称为“化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization,CMP)”，晶圆(Wafer)也称基板(Substrate),其含义和实际作用等同。

图1示出了一种抛光液供给臂100的结构图，抛光液供给臂100包括基座10，其设置于抛光盘的一侧，基座10上配置有图2示出的基座孔10a。抛光液供给臂100还包括定位轴20、悬臂30和抛光液供给管50，如图2所示，定位轴20同轴设置于基座孔10a中，悬臂30通过套筒40转动连接于定位轴20，抛光液供给管50经由基座10及定位轴20向上延伸并沿所述悬臂30的长度方向设置。

图2所示的实施例中，基座10为柱状结构，其中部配置有沿长度方向设置的贯通孔，抛光液供给管50穿过所述贯通孔设置。基座10的上部配置有与所述贯通孔同心的基座孔10a。定位轴20为内部设置通孔的柱状结构，其外径与基座孔10a匹配设置，定位轴20的长度大于基准孔10a的深度，定位轴20外突设置于基座孔10a中。

进一步地，定位轴20与套筒40之间设置有轴承，连接于定位轴20上部的悬臂30绕定位轴20自由转动，以调节设置于悬臂30上侧的抛光液供给管50末端的位置，控制抛光液的落点。

为了防止抛光液及其清洗液溅射至抛光液供给臂的内部，保证其内部的传动部件的正常运行，特在悬臂30的上部配置壳体30a，如图1及图2所示。同时，壳体30a的设置也能够防止内部的润滑油及其他杂物游离至抛光液供给臂的外侧而引起抛光环境的污染。

为了限定抛光液供给臂的在抛光盘上侧的设置位置，抛光液供给臂1还包括锁紧组件60，如图2所示。抛光液供给臂的供液位置也称为在线位置，即抛光液供给臂设置在抛光盘的上侧；抛光液供给臂对应的PM位置也称为离线位置，此时，抛光液供给臂设置于抛光盘的外侧，以便于实施预防性维护保养。锁紧组件60包括固定件61和活动件62，如图3所示，固定件61设置于定位轴20的顶部，活动件62连接于悬臂30并位于所述定位轴20的上侧；所述固定件61与活动件62在竖直方向上至少部分重叠，以在悬臂30摆动至在线位置时，固定件61与活动件62磁吸为一体。具体地，固定件61在定位轴20的设置位置是确定的，悬臂30绕定位轴20转动时，悬臂30上的活动件62与固定件61的吸合位置是确定的，有效保证了抛光液供给臂在抛光盘设置位置的准确性，保障了抛光液落点的准确性。

图3所示的实施例中，悬臂30包括杆部及环部，两者一体成型，所述环部同心设置于套筒40的顶面，活动件62设置于所述环部的内侧，以便于活动件62与固定件61准确吸合。图3中，活动件62的外侧面与固定件61的外侧面在吸合状态时完全重合，以保证两者的磁吸力，防止化学机械抛光装置在运行中发生振动而使两者脱开。

作为本发明的一个实施例，定位轴20的直径略小于所述基座孔10a的内径，定位轴20能够绕其轴线在所述基座孔10a中转动，以调节连接在定位轴20的所述固定件61相对于所述基座10的位置，即可以调节活动件62与固定件61的吸合位置，实现悬臂30的位置调整。

图2中，基座10的外周侧配置有销孔，顶销10b经由所述销孔与定位轴20的外周壁抵接，以便将定位轴20与基座10锁紧。在需要调整抛光液的滴落位置时，可以将顶销10b旋转松开，旋转定位轴20，调节其上的固定件62相对于基座10的位置，即实现了悬臂30的活动件61与固定件62的吸合位置。

图4是图3所示抛光液供给臂的局部放大图，固定件61通过连接环70设置于所述定位轴20的顶面，所述固定件61包括连接板61a和第一固定块61b，如图6所示。连接板61a为L形折弯板，其短边固定于连接环70，其长边通过螺钉与第一固定块61b连接。所述第一固定块61b配置有安装磁扣63的放置孔，磁扣63配置于所述放置孔并由所述连接板61a固定，如图7所示。放置孔的数量为多个，其内径与磁扣63的外径相匹配。

图6所示的实施例中，第一固定块61b由聚四氟乙烯制成，放置孔的孔深为第一固定块61b厚度的80％-95％，以增加固定件61与活动件62之间的磁吸力。

图8是本发明所述活动件的结构示意图，活动件62包括第二固定块62a和盖板62b，所述第二固定块62a的侧部配置有耳板62c，所述耳板62c固定于所述悬臂30的环部。

进一步地，所述第二固定块62a配置有放置孔，如图9所述，磁扣63配置于所述放置孔并由所述盖板62b固定。第二固定块62a的上部设置有多个放置孔，以安装多个磁扣63，增加固定件61与活动件62之间的磁吸力。

本发明中，固定件61与活动件62将磁扣63设置在内部，有效防止磁扣63直接撞击而产生碎屑，避免碎屑对抛光环境的污染，保证化学机械抛光的正常运行。

作为本发明的另一个实施例，定位轴20的顶部设置有限位块80，如图5所示，限位块80由磁性金属制成，或者，其含有铁磁性材料，如Q235，其具有较高的磁导率；所述悬臂30摆动至离线位置时，其上的活动件62位于所述限位块80的上侧。

本发明中，限位块80的设置能够使悬臂30的活动件62与定位轴20的固定件61脱离时，悬臂30能够准确停留在PM位置，提高作业的便捷性。图9所示的实施例中，活动件62的下部配置安装磁扣63的放置孔，以便磁扣63与限位块80通过磁力吸引。

图4所示的实施例中，限位块80为长条结构，其通过螺钉固定于连接环70，限位块80的长度方向上配置有长条孔，以便灵活调整限位块80的设置位置，调节抛光液供给臂的PM位置。

作为本实施例的一个方面，所述活动件62的底面与所述限位块80的顶面之间设置有间隙，所述间隙为0.2mm-2mm，以便避免悬臂30摆动时其上的活动件62与限位块80发生干涉，同时保证活动件62与限位块80有一定的磁吸力，而使悬臂30停留在PM位置。

作为本发明的另一个实施例，抛光液供给臂1还包括缓冲件90，其为弧形板，其上配置有连接耳90a，如图10所示，缓冲件90通过连接耳90a固定于定位轴20的顶部。

进一步地，缓冲件90由金属材料制成，如缓冲件90可以由铜制成，铜具有较低的电阻率，悬臂30在离线位置和在线位置转换时，所述缓冲件90切割活动件62的磁扣产生的磁力线形成感应磁场，以阻碍悬臂30的摆动速度，防止活动件62与固定件61撞击而消磁。具体地，悬臂30绕定位轴20摆动时，悬臂30的活动件62绕缓冲件90摆动，活动件62与缓冲件90的外侧壁的距离为1mm-5mm，以增强活动件62与感应磁场的吸合力，减缓悬臂30的摆动速度。

本发明中，连接环70的顶面可以配置有腰形孔70a，如图11所示，腰形孔70a的内侧壁及外侧壁与所述连接环70同心设置，所述连接环70能够绕所述定位轴20转动，以调节其上的活动件62相对于所述基座10的位置，而无需旋松顶销10b来调整定位轴20相对于基座10的位置。这样，基座10和定位轴20可一体加工设置，以减少零部件数量，提高抛光液供给臂运行的可靠性。

此外，本发明还公开了一种化学机械抛光装置1000，如图12所示。化学机械抛光装置1000包括上面所述的抛光液供给臂100，化学机械抛光装置1000还包括抛光盘500、抛光垫200、承载头300、修整器400；抛光垫200设置于抛光盘500上表面并与其一起沿轴线旋转；可水平移动的承载头300设置于抛光垫200上方，其下表面接收有待抛光的基板；修整器400包括修整臂及修整头，其设置于抛光盘500的一侧，修整臂带动旋转的修整头摆动以修整抛光垫200的表面；抛光液供给臂100设置于抛光垫200的上侧，以将抛光液散布于抛光垫200的表面。

抛光作业时，承载头300将基板的待抛光面抵压于抛光垫200的表面，承载头300做旋转运动以及沿抛光盘500的径向往复移动使得与抛光垫200接触的基板表面被逐渐抛除；同时抛光盘500旋转，抛光液供给臂100向抛光垫200表面喷洒抛光液。在抛光液的化学作用下，通过承载头300与抛光盘500的相对运动使基板与抛光垫200摩擦以进行抛光。

由亚微米或纳米磨粒和化学溶液组成的抛光液在基板与抛光垫200之间流动，抛光液在抛光垫200的传输和旋转离心力的作用下均匀分布，以在基板和抛光垫200之间形成一层液体薄膜，液体中的化学成分与基板产生化学反应，将不溶物质转化为易溶物质，然后通过磨粒的微机械摩擦将这些化学反应物从基板表面去除，溶入流动的液体中带走，即在化学成膜和机械去膜的交替过程中去除表面材料实现表面平坦化处理，从而达到全局平坦化的目的。

在化学机械抛光期间，修整器400用于对抛光垫200表面形貌进行修整和活化。使用修整器400可以移除残留在抛光垫表面的杂质颗粒，例如抛光液中的研磨颗粒以及从基板表面脱落的废料等，还可以将由于研磨导致的抛光垫200表面形变进行平整化，保证了在抛光期间抛光垫200表面形貌的一致性，进而使抛光去除速率保持稳定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种抛光液供给臂，其特征在于，包括：

基座，其上配置有基座孔；

定位轴，其设置于所述基座孔中；

悬臂，其通过套筒转动连接于所述定位轴；

抛光液供给管，其经由所述基座及定位轴向上延伸并沿所述悬臂的长度方向设置；

锁紧组件，其包括固定件和活动件，所述固定件设置于所述定位轴的顶部，所述活动件连接于所述悬臂并位于所述定位轴的上侧；

所述固定件与活动件在竖直方向上至少部分重叠，以在所述悬臂摆动至在线位置时，固定件与活动件磁吸为一体；还包括固定于定位轴顶部的缓冲件，所述缓冲件与活动件之间设置有间隙；

所述定位轴的顶部设置有限位块，其由磁性金属制成；所述悬臂摆动至离线位置时，其上的活动件位于所述限位块的上侧；所述固定件及活动件的内部配置有磁扣，活动件底部磁扣的中轴线垂直于所述限位块的上表面。

2.如权利要求1所述的抛光液供给臂，其特征在于，所述定位轴能够绕其轴线在所述基座孔中转动，以调节连接在定位轴的所述固定件相对于所述基座的位置。

3.如权利要求1所述的抛光液供给臂，其特征在于，所述固定件通过连接环设置于所述定位轴的顶面，所述固定件包括连接板和第一固定块，所述第一固定块配置有放置孔，磁扣配置于所述放置孔并由所述连接板固定。

4.如权利要求1所述的抛光液供给臂，其特征在于，所述活动件包括第二固定块和盖板；所述第二固定块的侧部配置有耳板，所述耳板固定于所述悬臂；所述第二固定块配置有放置孔，磁扣配置于所述放置孔并由所述盖板固定。

5.如权利要求1所述的抛光液供给臂，其特征在于，所述活动件的底面与所述限位块的顶面之间设置有间隙，所述间隙为0.2mm-2mm。

6.如权利要求1所述的抛光液供给臂，其特征在于，所述缓冲件为弧形板，其上配置有连接耳，所述缓冲件通过连接耳固定于所述定位轴的顶部。

7.如权利要求6所述的抛光液供给臂，其特征在于，所述缓冲件由金属材料制成，所述悬臂在离线位置和在线位置转换时，所述缓冲件切割活动件的磁扣产生的磁力线形成感应磁场，以阻碍悬臂的摆动速度。

8.如权利要求3所述的抛光液供给臂，其特征在于，所述连接环的顶面配置有腰形孔，所述腰形孔的内侧壁及外侧壁与所述连接环同心设置，所述连接环能够绕所述定位轴转动，以调节其上的固定件相对于所述基座的位置。

9.一种化学机械抛光装置，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的抛光液供给臂。

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