CN114367920A - 用于化学机械抛光的抛光液防溅装置和化学机械抛光设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于化学机械抛光的抛光液防溅装置和化学机械抛光设备，其中，抛光液防溅装置包括：环形挡圈，其环绕设置于抛光盘的外周侧，其配置有升降机构，可独立沿竖直方向移动以遮挡溅射的抛光液；导流槽组件，位于所述环形挡圈和所述抛光盘的下方，与所述环形挡圈形成迷宫密封，以遮挡所述环形挡圈底部与所述抛光盘之间的间隙，从而用于收集液体。

Description

用于化学机械抛光的抛光液防溅装置和化学机械抛光设备

技术领域

本发明涉及化学机械抛光技术领域，尤其涉及一种用于化学机械抛光的抛光液防溅装置和化学机械抛光设备。

背景技术

大规模集成电路生产过程中，对晶圆表面上的物质进行去除和平坦化是一道必需且使用频繁的工序。目前，化学机械抛光是最有效的全局平坦化技术。在进行化学机械抛光的过程中，由承载头和抛光盘等运动部件旋转产生的离心力会将抛光液从抛光垫上甩出。抛光液飞溅到抛光空间的各个部位，难以完全清理。抛光液在抛光空间内结晶出颗粒，即使很微小的颗粒也会成为整个工作环境的污染源，可能会造成晶圆表面的划伤，降低晶圆的成品率。

发明内容

本发明实施例提供了一种用于化学机械抛光的抛光液防溅装置和化学机械抛光设备，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明实施例的第一方面提供了一种用于化学机械抛光的抛光液防溅装置，包括：

环形挡圈，其环绕设置于抛光盘的外周侧，其配置有升降机构，可独立沿竖直方向移动以遮挡溅射的抛光液；

导流槽组件，位于所述环形挡圈和所述抛光盘的下方，与所述环形挡圈形成迷宫密封，以遮挡所述环形挡圈底部与所述抛光盘之间的间隙，从而用于收集液体。

在一个实施例中，所述导流槽组件包括用于收集液体的导流槽、用于通水进行冲洗的进水口和用于液体排出的排水口。

在一个实施例中，所述导流槽的槽体内部具有高度差，在所述导流槽的最低处设置所述排水口。

在一个实施例中，所述进水口还设有冲洗结构，安装在导流槽的槽体内部最高处对应的侧壁顶部边沿。

在一个实施例中，所述导流槽组件还包括顶水槽和顶水孔，所述顶水槽设置在所述导流槽的底壁内部，所述顶水槽与所述进水口连通，所述顶水孔贯通所述顶水槽和所述底壁的上表面。

在一个实施例中，所述导流槽的内表面喷涂具有疏水特性的材料。

在一个实施例中，所述环形挡圈的直径为550-650mm。

在一个实施例中，所述导流槽的深度为60-100mm。

在一个实施例中，所述抛光盘、环形挡圈和导流槽组件均安装在安装平台上。

本发明实施例的第二方面提供了一种化学机械抛光设备，包括：

抛光盘，其覆盖有用于对晶圆进行抛光的抛光垫；

承载头，用于保持晶圆并将晶圆按压在所述抛光垫上；

供液部，用于提供抛光液；以及，

如上所述的抛光液防溅装置。

本发明实施例的有益效果包括：导流槽组件可以防止液体甩出环形挡圈区域，同时可以将液体控制在抛光盘周围区域，避免抛光液飞溅到其他区域形成结晶。

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，但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示出了本发明一实施例提供的化学机械抛光设备；

图2示出了本发明一实施例提供的抛光液防溅装置的立体结构；

图3示出了本发明一实施例提供的抛光液防溅装置的剖视结构；

图4和图5示出了本发明一实施例提供的导流槽组件；

图6和图7示出了本发明另一实施例提供的导流槽组件。

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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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。应当理解的是，除非特别予以说明，为了便于理解，以下对本发明具体实施方式的描述都是建立在相关设备、装置、部件等处于原始静止的未给与外界控制信号和驱动力的自然状态下描述的。

此外，还需要说明的是，本申请中使用的例如前、后、上、下、左、右、顶、底、正、背、水平、垂直等表示方位的术语仅仅是为了便于说明，用以帮助对相对位置或方向的理解，并非旨在限制任何装置或结构的取向。

为了说明本发明所述的技术方案，下面将参考附图并结合实施例来进行说明。

在本申请中，化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing)也称为化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization)，晶圆(wafer)也称为晶片、硅片、基片或基板(substrate)，其含义和实际作用等同。

如图1所示，本发明实施例提供的化学机械抛光设备1的主要构成部件包括：用于保持晶圆并带动晶圆旋转的承载头10、覆盖有抛光垫21的抛光盘20、用于修整抛光垫21的修整器30、以及用于提供抛光液的供液部40。

抛光垫21设置于抛光盘20上表面并与其一起沿中心轴旋转。可水平移动的承载头10设置于抛光垫21上方，其下表面接收有待抛光的晶圆。修整器30包括修整臂及修整头，其设置于抛光盘20的一侧，修整器30带动旋转的修整头摆动以修整抛光垫21的表面。供液部40设置于抛光垫21的上侧，以将抛光液散布于抛光垫21的表面。

抛光作业时，承载头10将晶圆的待抛光面抵压于抛光垫21的表面，承载头10做旋转运动以及沿抛光盘20的径向往复移动使得与抛光垫21接触的晶圆表面被逐渐抛除；同时抛光盘20旋转，供液部40向抛光垫21表面喷洒抛光液。在抛光液的化学作用下，通过承载头10与抛光盘20的相对运动使晶圆与抛光垫21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晶圆与抛光垫21之间流动，抛光液在抛光垫21的传输和旋转离心力的作用下均匀分布，以在晶圆和抛光垫21之间形成一层液体薄膜，液体中的化学成分与晶圆产生化学反应，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晶圆表面去除，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30用于对抛光垫21表面形貌进行修整和活化。使用修整器30可以移除残留在抛光垫21表面的杂质颗粒，例如抛光液中的研磨颗粒以及从晶圆表面脱落的废料等，还可以将由于研磨导致的抛光垫21表面形变进行平整化，保证了在抛光期间抛光垫21表面形貌的一致性，进而使抛光去除速率保持稳定。

如图2和图3所示，在本发明的一个实施例中，化学机械抛光设备1还包括用于化学机械抛光的抛光液防溅装置60，包括：

环形挡圈61，其环绕设置于抛光盘20的外周侧，其配置有升降机构62，可独立沿竖直方向移动以遮挡溅射的抛光液；

导流槽组件63，位于环形挡圈61和抛光盘20的下方，与环形挡圈61形成迷宫密封，以遮挡环形挡圈61底部与抛光盘20之间的间隙，从而用于收集液体。

其中，抛光盘20、环形挡圈61和导流槽组件63均安装在安装平台50上。

本发明实施例在环形挡圈61与抛光盘20之间区域设置一套导流槽组件63，导流槽组件63可以防止液体甩出环形挡圈61区域，同时可以将液体控制在抛光盘20周围区域。另外通过外部去离子水强制冲洗后将抛光液与去离子水的混合液导流至安装平台50的排出口。

在一个实施例中，环形挡圈61与抛光盘20外周壁之间设置一定距离，可以为20mm-70mm，以防止环形挡圈61影响抛光盘20的旋转运动。环形挡圈61的直径可以为550-650mm。

在一个实施例中，环形挡圈61由聚丙烯制成，环形挡圈61的内侧壁涂覆有亲水涂层，以吸附溅射至内侧壁的抛光液，防止抛光液再次反溅至抛光垫21。作为本实施例的一个方面，亲水涂层可以为聚乙烯吡咯烷酮涂层或二甲基乙酰胺，其涂层厚度为1-10um。作为本实施例的一个变体，环形挡圈61也可以直接由具有亲水性的材料制成，如聚氨酯、石英等。

在一个实施例中，环形挡圈61通过升降机构62安装在安装平台50上。升降机构62控制环形挡圈61沿竖直方向移动以遮挡溅射的抛光液。升降机构62可以采用气缸、直线电机、伺服电机等结构形式，实现环形挡圈61沿竖直方向运动。升降机构62能够带动环形挡圈61向上移动至高位，此时，环形挡圈61的上沿高出抛光垫21的顶面，以避免抛光液在离心力作用下甩出过远而在抛光单元的多个位置形成结晶，这不利于化学机械抛光作业环境的控制，干扰抛光过程的稳定性。并且，升降机构62能够带动环形挡圈61向下移动至低位，此时，环形挡圈61上沿低于或平齐于抛光垫21的顶面，以便于作业人员开展其他操作。

在本发明的一个实施例中，导流槽组件63包括用于收集液体的导流槽64、用于通水进行冲洗的进水口65和用于液体排出的排水口67。

其中，导流槽64与环形挡圈61形成迷宫密封，同时补偿环形挡圈61底部与安装平台50之间的间隙，使得抛光盘20侧壁上附着的液体即使从环形挡圈61底部甩出去，也会被控制在导流槽64内，避免液体甩到其他区域。

导流槽64设置在抛光盘20和环形挡圈61下方，抛光盘20上的抛光液和去离子水等液体会被限制在导流槽64中，不会到其他区域，可以避免液体掉到安装平台50后再二次飞溅到其他区域。

在一个实施例中，导流槽64的基体材料选用316L等熔点大于450℃且便于特氟龙喷涂的材料。为了避免液体附着，导流槽64的内表面喷涂具有疏水特性的材料，例如特氟龙。导流槽64的深度为60-100mm。

如图4和图6所示，在一个实施例中，导流槽64的槽体内部具有高度差，在导流槽64的最低处设置排水口67，导流槽64收集的液体在高度差的作用下会被导流到排水口67，统一从排水口67排出。

如图4和图5所示，作为本发明的一个实施例，导流槽组件63包括导流槽64、位于导流槽64顶部的进水口65和位于导流槽64底部的排水口67。进水口65设有冲洗结构66，安装在导流槽64的槽体内部最高处对应的侧壁顶部边沿，从而提高冲水效果。

本实施例中，在槽体内部最高处的顶部边沿设置冲洗结构66，接外部去离子水。冲洗结构66通水后借助槽体内部的高度差，可将导流槽64内的液体带到槽体最低处的排水口67处，进而从排水口67排出。外部的去离子水不需要一直开启，定时开启即可，可避免浪费。

如图6和图7所示，作为本发明的另一个实施例，导流槽组件63包括导流槽64、进水口65、排水口67、顶水槽68和顶水孔69。顶水槽68设置在导流槽64的底壁内部，顶水槽68与进水口65连通，顶水孔69贯通顶水槽68和底壁的上表面，从而提高冲洗的冲击力，使得冲水更均匀。

本实施例中，在导流槽64底部设置进水口65、顶水槽68和顶水孔69，三者结构上导通。外部去离子水通过进水口65进到顶水槽68内部，再通过顶水孔69进到导流槽64的槽体内部，可以通过外部去离子水强制冲洗槽体内的抛光液，并将其导流至排水口67处。

综上，本发明实施例能够将抛光液限制在抛光盘20周围，防止抛光液甩出和二次飞溅到其他区域，避免结晶；另外，通过导流槽64的高度差和外部进水强制冲洗，可以将抛光液主动导流至排水口67处排出，避免抛光液堆积。

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 (10)

1.一种用于化学机械抛光的抛光液防溅装置，其特征在于，包括：

环形挡圈，其环绕设置于抛光盘的外周侧，其配置有升降机构，可独立沿竖直方向移动以遮挡溅射的抛光液；

导流槽组件，位于所述环形挡圈和所述抛光盘的下方，与所述环形挡圈形成迷宫密封，以遮挡所述环形挡圈底部与所述抛光盘之间的间隙，从而用于收集液体。

2.如权利要求1所述的抛光液防溅装置，其特征在于，所述导流槽组件包括用于收集液体的导流槽、用于通水进行冲洗的进水口和用于液体排出的排水口。

3.如权利要求2所述的抛光液防溅装置，其特征在于，所述导流槽的槽体内部具有高度差，在所述导流槽的最低处设置所述排水口。

4.如权利要求2所述的抛光液防溅装置，其特征在于，所述进水口还设有冲洗结构，安装在导流槽的槽体内部最高处对应的侧壁顶部边沿。

5.如权利要求2所述的抛光液防溅装置，其特征在于，所述导流槽组件还包括顶水槽和顶水孔，所述顶水槽设置在所述导流槽的底壁内部，所述顶水槽与所述进水口连通，所述顶水孔贯通所述顶水槽和所述底壁的上表面。

6.如权利要求2所述的抛光液防溅装置，其特征在于，所述导流槽的内表面喷涂具有疏水特性的材料。

7.如权利要求1所述的抛光液防溅装置，其特征在于，所述环形挡圈的直径为550-650mm。

8.如权利要求2所述的抛光液防溅装置，其特征在于，所述导流槽的深度为60-100mm。

9.如权利要求1至8任一项所述的抛光液防溅装置，其特征在于，所述抛光盘、环形挡圈和导流槽组件均安装在安装平台上。

10.一种化学机械抛光设备，其特征在于，包括：

抛光盘，其覆盖有用于对晶圆进行抛光的抛光垫；

承载头，用于保持晶圆并将晶圆按压在所述抛光垫上；

供液部，用于提供抛光液；以及，

如权利要求1至9任一项所述的抛光液防溅装置。

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