CN113263448B - 研磨输送设备 - Google Patents

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CN113263448B CN202010741463.9A CN202010741463A CN113263448B CN 113263448 B CN113263448 B CN 113263448B CN 202010741463 A CN202010741463 A CN 202010741463A CN 113263448 B CN113263448 B CN 113263448B
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    • B24B37/34—Accessories

Abstract

本发明公开了一种研磨输送设备，被配制成提供研磨浆料及清洗剂至研磨垫，且研磨输送设备包括输送臂、至少一个第一喷嘴、以及至少一个第二喷嘴。输送臂可旋转地连接研磨垫，且具有背对研磨垫的弧形顶面、背对弧形顶面的底面以及由底面内缩的凹槽。第一喷嘴安装于输送臂的底面上，且具有面向研磨垫的第一喷嘴头。第二喷嘴安装于输送臂的凹槽中，且具有三个第二喷嘴头，其中一个第二喷嘴头面向研磨垫，且另两个第二喷嘴头面向凹槽的侧壁。借此，研磨浆料几乎不可能变质为可于后续掉落回研磨垫上而导致晶圆产生缺陷的干燥的残余物，并可防止研磨浆料在凹槽中变质为干燥的残余物。

Description

研磨输送设备
技术领域
本发明内容是有关于一种研磨输送设备。
背景技术
半导体装置被使用于各种电子应用中，例如个人计算机、手机、数码相机及其他电子设备。半导体工业通过不断地减小最小特征尺寸来持续地提高各种电子元件(例如，晶体管、二极管、电阻器及电容器等)的集成密度，以允许将更多的元件集成至特定区域中。
在半导体装置的制造过程中，各种工艺步骤被用于在半导体晶圆上制造集成电路。一般来说，工艺步骤包括用于半导体晶圆的平坦化的化学机械研磨(chemicalmechanical polishing，CMP)工艺，以有助于在集成电路上提供更精确的结构化的装置特征。化学机械研磨工艺是结合化学移除与机械研磨的平坦化工艺。由于化学机械研磨工艺是用于形成集成电路最重要的工艺之一，因此期望提供一种机制来维持化学机械研磨工艺的可靠性及效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可防止研磨浆料在凹槽中变质为干燥的残余物的研磨输送设备。
根据本发明一实施方式，研磨输送设备被配制成提供研磨浆料及清洗剂至研磨垫，且研磨输送设备包括输送臂、至少一个第一喷嘴、以及至少一个第二喷嘴。输送臂可旋转地连接研磨垫，且具有背对研磨垫的弧形顶面、背对弧形顶面的底面以及由底面内缩的凹槽。第一喷嘴安装于输送臂的底面上，且具有面向研磨垫的第一喷嘴头。第二喷嘴安装于输送臂的凹槽中，且具有三个第二喷嘴头，其中一个第二喷嘴头面向研磨垫，且另两个第二喷嘴头面向凹槽的侧壁。
在本发明一实施方式中，面向研磨垫的第二喷嘴头与研磨垫的延伸平面之间的夹角介于85°至95°的范围中。
在本发明一实施方式中，面向凹槽的侧壁的第二喷嘴头紧密地接触凹槽的顶面。
在本发明一实施方式中，面向凹槽的侧壁的第二喷嘴头彼此相互背对。
在本发明一实施方式中，弧形顶面的曲率半径为R，输送臂的宽度为W，且R介于W/3至2W/3的范围中。
在本发明一实施方式中，研磨输送设备还包括至少一个研磨浆料输送管线以及清洗剂输送管线。研磨浆料输送管线连接第一喷嘴。清洗剂输送管线连接第二喷嘴。
在本发明一实施方式中，研磨浆料输送管线及第一喷嘴为一体成型且两者之间不具有界面。
在本发明一实施方式中，研磨浆料输送管线具有主干部及分支部。研磨浆料输送管线的主干部在输送臂的延伸方向上延伸。研磨浆料输送管线的分支部连接第一喷嘴。
在本发明一实施方式中，清洗剂输送管线具有主干部及至少一个分支部。清洗剂输送管线的主干部在输送臂的延伸方向上延伸。清洗剂输送管线的分支部连接第二喷嘴。
在本发明一实施方式中，研磨输送设备还包括多个研磨浆料输送管线。研磨浆料输送管线的主干部平均地分布在清洗剂输送管线的分支部的两侧。
在本发明一实施方式中，研磨输送设备还包括至少一个第三喷嘴，安装于输送臂的边缘上。第三喷嘴具有第三喷嘴头，且第三喷嘴头与研磨垫的延伸平面之间的夹角介于125°至135°的范围中。
在本发明一实施方式中，研磨输送设备还包括至少两个清洗剂输送管线，分别连接第一喷嘴及第三喷嘴。两个清洗剂输送管线彼此耦接。
在本发明一实施方式中，研磨输送设备还包括第四喷嘴，安装于输送臂的前端。第四喷嘴具有第四喷嘴头，且第四喷嘴头与研磨垫的延伸平面之间的夹角介于125°至135°的范围中。
在本发明一实施方式中，第四喷嘴安装为高于第一喷嘴及第二喷嘴。
在本发明一实施方式中，输送臂具有凸部及主体部，且输送臂的凸部可拆卸地固定至主体部。
在本发明一实施方式中，第一喷嘴安装于输送臂的凸部的底面。
在本发明一实施方式中，研磨输送设备还包括至少一个固定元件，将输送臂的凸部固定至主体部。
在本发明一实施方式中，研磨输送设备还包括至少一个盖体元件，紧密地覆盖固定元件。
在本发明一实施方式中，研磨输送设备还包括多个第二喷嘴，且第二喷嘴在输送臂的延伸方向排列。
在本发明一实施方式中，输送臂的弧形顶面由包括铁氟龙(Teflon)的材料所制成。
根据本发明上述实施方式，由于输送臂具有背对研磨垫的弧形顶面，因此在化学机械研磨(chemical mechanical polishing，CMP)工艺期间，喷溅至输送臂的弧形顶面上的研磨浆料有较大的机会掉落回研磨垫上。因此，研磨浆料几乎不可能变质为可于后续掉落回研磨垫上而导致晶圆产生缺陷的干燥的残余物。此外，由面向凹槽的侧壁的第二喷嘴头喷射的清洗剂可在化学机械研磨工艺期间冲洗掉喷溅至凹槽中的研磨浆料，进而防止研磨浆料在凹槽中变质为干燥的残余物。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，结合附图说明如下：
图1绘示根据本发明一实施方示的化学机械研磨(chemical mechanicalpolishing，CMP)系统的俯视示意图。
图2绘示图1的研磨输送设备的示意图。
图3绘示图2的研磨输送设备的仰视图。
图4绘示图2的研磨输送设备沿线段a-a'的剖面图。
图5绘示图2的研磨输送设备的侧视图。
图6绘示图2的研磨输送设备沿线段b-b'的剖面图。
图7绘示图2的研磨输送设备的前视图。
主要附图标记说明：
1-化学机械研磨系统；5-晶圆；10-研磨垫；20-晶圆支架；30-调节组件；100-研磨输送设备；110-输送臂；110B-主体部；110C-凸部；112-弧形顶面；114-底面；116-侧壁；118-前端；120-第一喷嘴；122-第一喷嘴头；130-第二喷嘴；132,132a,132b-第二喷嘴头；140-第三喷嘴；142-第三喷嘴头；150-第四喷嘴；152-第四喷嘴头；160-研磨浆料输送管线；162-主干部；164-分支部；170,170a,170b-清洗剂输送管线；172a,172b-主干部；174a,174b-分支部；180-固定元件；190-盖体元件；C-旋转轴；W-宽度；T-顶面；S-侧壁；R1-曲率半径；D-延伸方向；θ1,θ2,θ3,θ4-夹角；R-凹槽；D-延伸方向；a-a'、b-b'-线段。
具体实施方式
以下将以附图公开本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的，因此不应用以限制本发明。此外，为简化附图起见，一些公知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。另外，为了便于读者观看，附图中各元件的尺寸并非依实际比例绘示。
图1绘示根据本发明一实施方示的化学机械研磨(chemical mechanicalpolishing，CMP)系统的俯视示意图。化学机械研磨系统1包括研磨垫10、晶圆支架20、调节组件30以及研磨输送设备100。研磨垫10可在化学机械研磨工艺期间绕着旋转轴C旋转。晶圆支架20可被放置于研磨垫10上，且被配制成固持晶圆5。调节组件30被配制成调节研磨垫10。研磨输送设备100可旋转地连接研磨垫10，且被配制成提供研磨浆料以及清洗剂至研磨垫10。
图2绘示图1的研磨输送设备100的示意图。图3绘示图2的研磨输送设备100的仰视图。请同时参阅图2及图3。研磨输送设备100包括输送臂110、至少一个第一喷嘴120以及至少一个第二喷嘴130。输送臂110具有弧形顶面112、底面114以及凹槽R。输送臂110的弧形顶面112背对研磨垫10。举例而言，弧形顶面112可相对于研磨垫10呈现倒置的“U”型。底面114背对输送臂110的弧形顶面112。换句话说，输送臂110的底面114面向研磨垫10。此外，凹槽R由输送臂110的底面114内缩。
当执行化学机械研磨时，研磨浆料可能被喷溅至输送臂110上。由于输送臂110具有背对研磨垫10的弧形顶面112，因此在化学机械研磨工艺期间，喷溅至输送臂110上的研磨浆料有较大的机会掉落回研磨垫10上。换句话说，研磨浆料几乎不可能牢固地附着在输送臂110上并变质为可于后续掉落回研磨垫10上而导致晶圆5产生缺陷的干燥的残余物。在一些实施方式中，输送臂110的弧形顶面112由包括相当光滑的铁氟龙(Teflon)的材料所制成，以避免研磨浆料牢固地附着在输送臂110上。
在一些实施方式中，弧形顶面112的曲率半径R1(请先参阅图4)被调整，使得喷溅至输送臂110的弧形顶面112上的研磨浆料具有较大的机会掉落回研磨垫10上。在一些实施方式中，弧形顶面112的曲率半径R1(见图4)介于W/3至2W/3的范围中，其中W为输送臂110的宽度。举例而言，弧形顶面112的曲率半径R1可为W/2，其中W为输送臂110的宽度。
在一些实施方式中，输送臂110具有主体部110B以及凸部110C。凸部110C由前侧可拆卸地固定至输送臂110的主体部110B。利用将凸部110C组装至主体部110B及由主体部110B拆卸可组装及拆卸设置在传送臂110中的研磨输送设备100的其他元件，此将于下文中进行说明。
在一些实施方式中，第一喷嘴120安装于输送臂110的底面114上。举例而言，第一喷嘴120可安装于输送臂110的凸部110C的底面上。在一些实施方式中，第一喷嘴120被配制成在化学机械研磨工艺期间提供研磨浆料至研磨垫10。在其他实施方式中，第一喷嘴120被配制成在化学机械研磨工艺期间依序提供研磨浆料及清洗剂至研磨垫10。第一喷嘴120具有面向研磨垫10的第一喷嘴头122。在一些实施方式中，第一喷嘴头122与研磨垫10的延伸平面之间的夹角θ1(见图5)介于85°至95°的范围中。举例而言，第一喷嘴头122与研磨垫10的延伸平面之间的夹角θ1可为90°。
在一些实施方式中，第二喷嘴130安装于输送臂110的凹槽R中，并被配制成在化学机械研磨工艺期间提供清洗剂。举例而言，第二喷嘴130可至少向研磨垫10提供清洗剂。在一些实施方式中，研磨输送设备100包括多个第二喷嘴130，且第二喷嘴130沿着输送臂110的延伸方向D在凹槽R中排列。在一些实施方式中，第二喷嘴130之间的距离d是相同的。
图4绘示图2的研磨输送设备100沿线段a-a'的剖面图。请参阅图4。第二喷嘴130安装于凹槽R的顶面T中。在一些实施方式中，第二喷嘴130具有三个第二喷嘴头132，其中一个第二喷嘴头132面向研磨垫10并被称为“第二喷嘴头132a”，另两个第二喷嘴头132面向凹槽R的侧壁S并各自被称为“第二喷嘴头132b”。第二喷嘴头132a被配制成提供清洗剂至研磨垫10，以执行化学机械研磨工艺。在一些实施方式中，第二喷嘴头132a与研磨垫10的延伸平面之间的夹角θ2介于85°至95°的范围中。举例而言，第二喷嘴头132a与研磨垫10的延伸平面之间的夹角θ2可为90°。
在一些实施方式中，每一个第二喷嘴头132b被配制成提供清洗剂至凹槽R的侧壁S，以避免研磨浆料附着至凹槽R中。举例而言，朝着凹槽R的侧壁S喷射的清洗剂可在化学机械研磨工艺期间冲洗掉喷溅至凹槽R中的研磨浆料，进而防止研磨浆料在凹槽R中变质为可能掉落回晶圆5上并造成晶圆缺陷的干燥的残余物。在一些实施方式中，第二喷嘴头132b与凹槽R的顶面T紧密接触，使得由第二喷嘴头132b喷射的清洗剂可冲洗掉附着在凹槽R的顶面T的研磨浆料。换句话说，清洗剂可沿着凹槽R的顶面T及侧壁S流动，以彻底冲洗掉研磨浆料。在一些实施方式中，两个第二喷嘴头132b彼此相互背对，亦即两个第二喷嘴头132b朝着两个相反的方向喷射清洗剂。
图5绘示图2的研磨输送设备100的侧视图。请参阅图5。研磨输送设备100还包括至少一个第三喷嘴140，安装于输送臂110的边缘上，并被配制成在化学机械研磨工艺期间提供清洗剂至研磨垫10。举例而言，第三喷嘴140可安装于输送臂110的侧壁116与底面114之间的边缘上，以提供清洗剂。在一些实施方式中，第三喷嘴140具有第三喷嘴头142，清洗剂由第三喷嘴头142喷射，且第三喷嘴头142与研磨垫10的延伸平面之间的夹角θ3介于125°至135°的范围中，使得由第三喷嘴头142喷射的清洗剂可抵达研磨垫10的远端。在一些实施方式中，第三喷嘴140的数量为多个，且第三喷嘴140沿着输送臂110的延伸方向D在输送臂110的一个边缘上排列。
在一些实施方式中，研磨输送设备100还包括至少一个第四喷嘴150，安装于输送臂110的前端118，并被配制成在化学机械研磨工艺期间提供清洗剂至研磨垫10。举例而言，第四喷嘴150可安装于位在输送臂110的凸部110C上方的前端118，以提供清洗剂。在一些实施方式中，第四喷嘴150具有第四喷嘴头152，清洗剂由第四喷嘴头152喷射，且第四喷嘴头154与研磨垫10的延伸平面之间的夹角θ4介于125°至135°的范围中，使得由第四喷嘴头152喷射的清洗剂可抵达研磨垫10的远端。
在一些实施方式中，第一喷嘴120、第二喷嘴130、第三喷嘴140以及第四喷嘴150以不同的高度安装，使得研磨垫10的不同区域可被提供清洗剂。举例而言，第四喷嘴150可被安装为高于第一喷嘴120、第二喷嘴130以及第三喷嘴140。举另一例而言，第三喷嘴140以及第四喷嘴150可被安装为高于第一喷嘴120以及第二喷嘴130。由于第一喷嘴120、第二喷嘴130、第三喷嘴140以及第四喷嘴150被设计为以不同的高度与角度进行安装，因此可确保化学机械研磨工艺被完整且良好地实现。此外，第三喷嘴140以及第四喷嘴150可通过由包括聚醚醚酮(polyether ether ketone，PEEK)的材料制成的各种固定元件(例如，螺丝及螺母等)安装于输送臂110上。此种材料可防止固定元件生锈，进而增加研磨输送设备100的结构强度。
图6绘示图2的研磨输送设备100沿线段b-b'的剖面图。请同时参阅图4及图6。研磨输送设备100还包括连接第一喷嘴120的至少一个研磨浆料输送管线160。在一些实施方式中，研磨浆料输送管线160具有主干部162以及分支部164，主干部162在输送臂110的延伸方向D上延伸，且分支部164连接第一喷嘴120。在一些实施方式中，研磨浆料输送管线160耦接研磨浆料的源头以将研磨浆料输送至第一喷嘴120。在其他实施方式中，研磨浆料输送管线160耦接研磨浆料的源头以及清洗剂的源头，以依序将研磨浆料以及清洗剂输送至第一喷嘴120。此外，可根据第一喷嘴120的数量来调整研磨浆料输送管线160的数量。举例而言，可将研磨浆料输送管线160的数量调整为与第一喷嘴120的数量相同，且其中每个研磨浆料输送管线160连接一个第一喷嘴120。
在一些实施方式中，研磨浆料输送管线160及第一喷嘴120为一体成型且两者之间不具有界面，以避免提供使研磨浆料聚积的界面。换句话说，研磨浆料输送管线160及第一喷嘴120可一起形成为穿过输送臂110的底面114(例如，输送臂110的凸部110C的底面)的管线。
在一些实施方式中，研磨输送设备100还包括至少两个清洗剂输送管线170，其中一个清洗剂输送管线170连接第二喷嘴130及第四喷嘴150，并被称为“清洗剂输送管线170a”，另一个清洗剂输送管线170连接第三喷嘴140，并被称为“清洗剂输送管线170b”。清洗剂输送管线170a具有主干部172a及至少一个分支部174a，主干部172a在输送臂110的延伸方向D上延伸并连接第四喷嘴150，且分支部174a连接第二喷嘴130。此外，清洗剂输送管线170b亦具有主干部172b及至少一个分支部174b，主干部172b在输送臂110的延伸方向D上延伸，且主干部172b及分支部174b可各自连接一个第三喷嘴140。在一些实施方式中，清洗剂输送管线170a及170b彼此耦接，并进一步耦接清洗剂的源头以将清洗剂输送至第二喷嘴140、第三喷嘴140以及第四喷嘴150。
在一些实施方式中，当研磨浆料输送管线160的数量为多个时，研磨浆料输送管线160的主干部162平均地分布在清洗剂输送管线170a的分支部174a的两侧。在一些实施方中，研磨浆料输送管线160的主干部162在清洗剂输送管线170a的分支部174a的两侧对称地分布。如此一来，可轻易地实现研磨浆料输送管线160及清洗剂输送管线170a的对齐。
图7绘示图2的研磨输送设备100的前视图。在一些实施方式中，研磨输送设备100还包括至少一个固定元件180，将凸部110C固定至输送臂110的主体部110B，使得凸部110C可拆卸地固定至输送臂110的主体部110B。当将凸部110C由主体部110B拆卸时，研磨浆料输送管线160(见图6)及第一喷嘴120可由输送臂110中移除，以进行清洁与更换。此外，研磨输送设备100还包括至少一个盖体元件190，紧密地覆盖固定元件180。如此一来，喷溅至研磨输送设备100的研磨浆料几乎不可能积聚在固定元件180的边缘上，以进一步避免由研磨浆料变质而成的干燥的残余物的形成。
根据本发明上述实施方式，由于输送臂具有背对研磨垫的弧形顶面，因此在化学机械研磨工艺期间，喷溅至输送臂的弧形顶面上的研磨浆料有较大的机会掉落回研磨垫上。因此，研磨浆料几乎不可能变质为可于后续掉落回研磨垫上而导致晶圆产生缺陷的干燥的残余物。此外，由面向凹槽的侧壁的第二喷嘴头喷射的清洗剂可在化学机械研磨工艺期间冲洗掉喷溅至凹槽中的研磨浆料，进而防止研磨浆料在凹槽中变质为干燥的残余物。
虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (20)

1.一种研磨输送设备，被配制成提供研磨浆料及清洗剂至研磨垫，其特征在于，所述研磨输送设备包括：
输送臂，可旋转地连接所述研磨垫，其中所述输送臂具有背对所述研磨垫的弧形顶面、背对所述弧形顶面的底面以及由所述底面内缩的凹槽；
至少一个第一喷嘴，安装于所述输送臂的所述底面上，其中所述第一喷嘴具有面向所述研磨垫的第一喷嘴头；以及
至少一个第二喷嘴，安装于所述输送臂的所述凹槽中，其中所述第二喷嘴具有三个第二喷嘴头，所述三个第二喷嘴头中的一个面向所述研磨垫，且所述三个第二喷嘴头中的另两个面向所述凹槽的侧壁。
2.如权利要求1所述的研磨输送设备，其特征在于，面向所述研磨垫的所述第二喷嘴头与所述研磨垫的延伸平面之间的夹角介于85°至95°的范围中。
3.如权利要求1所述的研磨输送设备，其特征在于，面向所述凹槽的所述侧壁的所述两个第二喷嘴头紧密地接触所述凹槽的顶面。
4.如权利要求1所述的研磨输送设备，其特征在于，面向所述凹槽的所述侧壁的所述两个第二喷嘴头彼此相互背对。
5.如权利要求1所述的研磨输送设备，其特征在于，所述弧形顶面的曲率半径为R，所述输送臂的宽度为W，且R介于W/3至2W/3的范围中。
6.如权利要求1所述的研磨输送设备，其特征在于，还包括：
至少一个研磨浆料输送管线，连接所述第一喷嘴；以及
清洗剂输送管线，连接所述第二喷嘴。
7.如权利要求6所述的研磨输送设备，其特征在于，所述研磨浆料输送管线及所述第一喷嘴为一体成型且两者之间不具有界面。
8.如权利要求6所述的研磨输送设备，其特征在于，所述研磨浆料输送管线具有主干部及分支部，所述研磨浆料输送管线的所述主干部在所述输送臂的延伸方向上延伸，且所述研磨浆料输送管线的所述分支部连接所述第一喷嘴。
9.如权利要求8所述的研磨输送设备，其特征在于，所述清洗剂输送管线具有主干部及至少一个分支部，所述清洗剂输送管线的所述主干部在所述输送臂的所述延伸方向上延伸，且所述清洗剂输送管线的所述分支部连接所述第二喷嘴。
10.如权利要求9所述的研磨输送设备，还包括多个所述研磨浆料输送管线，其特征在于，所述多个研磨浆料输送管线的所述多个主干部平均地分布在所述清洗剂输送管线的所述分支部的两侧。
11.如权利要求1所述的研磨输送设备，其特征在于，还包括：
至少一个第三喷嘴，安装于所述输送臂的边缘上，其中所述第三喷嘴具有第三喷嘴头，且所述第三喷嘴头与所述研磨垫的延伸平面之间的夹角介于125°至135°的范围中。
12.如权利要求11所述的研磨输送设备，其特征在于，还包括：
至少两个清洗剂输送管线，分别连接所述第一喷嘴及所述第三喷嘴，其中所述至少两个清洗剂输送管线彼此耦接。
13.如权利要求1所述的研磨输送设备，其特征在于，还包括第四喷嘴，安装于所述输送臂的前端，其中所述第四喷嘴具有第四喷嘴头，且所述第四喷嘴头与所述研磨垫的延伸平面之间的夹角介于125°至135°的范围中。
14.如权利要求13所述的研磨输送设备，其特征在于，所述第四喷嘴安装为高于所述第一喷嘴及所述第二喷嘴。
15.如权利要求1所述的研磨输送设备，其特征在于，所述输送臂具有凸部及主体部，且所述输送臂的所述凸部可拆卸地固定至所述主体部。
16.如权利要求15所述的研磨输送设备，其特征在于，所述第一喷嘴安装于所述输送臂的所述凸部的底面上。
17.如权利要求15所述的研磨输送设备，其特征在于，还包括至少一个固定元件，将所述输送臂的所述凸部固定至所述主体部。
18.如权利要求17所述的研磨输送设备，其特征在于，还包括至少一个盖体元件，紧密地覆盖所述固定元件。
19.如权利要求1所述的研磨输送设备，其特征在于，还包括多个所述第二喷嘴，且所述多个第二喷嘴在所述输送臂的延伸方向排列。
20.如权利要求1所述的研磨输送设备，其特征在于，所述输送臂的所述弧形顶面由包括铁氟龙的材料所制成。
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