CN204195518U - 一种研磨装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种研磨装置，包括研磨垫、研磨头、研磨液供给器、研磨垫调整器，所述研磨垫调整器包括机械手臂，水平设置于所述机械手臂下端的用于固定研磨盘的磁性基座，以及第一清洗槽及第二清洗槽，通过所述机械手臂实现所述磁性基座在所述第一清洗槽及所述第二清洗槽之间的移动；所述第一清洗槽内放置有第一研磨速率的研磨盘，所述第二清洗槽内放置有第二研磨速率的研磨盘，且所述第一研磨速率大于所述第二研磨速率。本实用新型利用磁性基座拾取研磨盘，更换简单，可根据不同的研磨速率要求随时更换不同研磨速率的研磨盘，以稳定研磨速率，提高研磨质量，同时避免螺丝对研磨垫的机械损伤。

Description

一种研磨装置

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种研磨装置。

背景技术

化学机械研磨(CMP)是一种最常见的平坦化制程。在CMP制程中，将含有研磨成分的化学研磨剂(即研磨液)对旋转的研磨垫进行润湿，并利用润湿的旋转研磨垫对待研磨表面进行化学机械研磨。

如图1及图2所示，化学机械研磨装置包括研磨垫1、研磨头2、研磨垫调整器3、研磨液供给器4以及研磨垫调整器清洗装置5。所述研磨垫调整器3包括研磨垫调整器手臂31，研磨盘32连接于所述研磨垫调整器手臂31下端，所述研磨盘32与所述研磨垫1接触；所述研磨头2的下端固定一待研磨件21，并保持所述待研磨件21的待研磨面朝下，通过所述研磨头2的旋转带动所述待研磨件21旋转。同时，所述研磨头2对所述待研磨件21施加压力，使所述待研磨件21表面与所述研磨垫1相互研磨，并通过所述研磨液供给器4给所述研磨垫1表面滴加的研磨液将所述待研磨件21的表面平坦化。

由于化学机械研磨制程是将所述待研磨件21与研磨垫的表面接触，然后，通过相对运动将所述待研磨件21的表面平坦化。因此，研磨垫的平整度对于化学机械研磨制程来说是至关重要的。目前，业界通常利用研磨垫调整器3来调整研磨垫1的平整度，同时调整研磨液与研磨垫1接触时的均匀性。所述研磨垫调整器3的下端装配有研磨盘32，可选择性地压抵研磨垫1，以使研磨垫1表面的平整度符合工艺要求。不同的研磨盘其研磨速率是不同的，新的研磨盘研磨速率就远大于旧的研磨盘。在研磨过程中，如果要求低研磨速率，同时一开始是以旧的研磨盘进行研磨的，在研磨过程中旧的研磨盘超出使用寿命必须更换(以螺丝方式固定的研磨盘32不利于更换，一般都是将一片研磨盘32从新的用至报废才替换)，那么新的研磨盘速率将大大提高，研磨速率不稳定，对于研磨的质量也将产生影响。同时，当要求高的研磨速率时，如果仍然使用研磨能力比较差的旧的研磨盘，研磨速率低、比较浪费时间效率比较低下。因此研磨盘需要根据不同的研磨要求进行替换，而目前以螺丝方式固定的研磨盘不利于更换。此外，目前研磨盘32表面的螺丝及其他杂质颗粒会使研磨垫1表面的修整特性发生改变，最终导致研磨表面产生划痕等影响研磨质量的因素。

如图1所示，为了及时清洗并去除所述研磨垫调整器3的研磨盘32，设置研磨垫调整器清洗装置5。如图3所示，所述研磨垫调整器清洗装置5包括清洗杯51，所述清洗杯51的内 壁底面为凹凸不平的粗糙面，在所述清洗杯51内盛有清洗液52。当所述研磨垫调整器3需要清洗时，将所述研磨垫调整器3移动至所述清洁杯51的上方，然后再通过所述研磨垫调整器手臂31施加压力将所述研磨盘32表面与所述清洁杯51的内壁底部相接触并浸入所述清洗液52中，再缓慢旋转所述研磨盘32使其与清洁杯51的底面产生摩擦，借助清洗液52将杂质颗粒去除。在实际生产中，采用所述研磨垫调整器清洗装置5对研磨盘32进行清洗，所述研磨盘32与清洗杯51的底面的摩擦，尽管可以清洗掉一部分污染物，但是过多的摩擦会破坏所述研磨盘32的表面，降低所述研磨盘32的使用寿命。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种清洗装置，用于解决现有技术中研磨盘使用寿命短、研磨速率不稳定、研磨质量差等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种研磨装置，包括研磨垫、研磨头、研磨液供给器，还包括研磨垫调整器，所述研磨垫调整器包括机械手臂，水平设置于所述机械手臂下端的用于固定研磨盘的磁性基座，以及第一清洗槽及第二清洗槽，通过所述机械手臂实现所述磁性基座在所述第一清洗槽及所述第二清洗槽之间的移动；所述第一清洗槽内放置有第一研磨速率的研磨盘，所述第二清洗槽内放置有第二研磨速率的研磨盘，且所述第一研磨速率大于所述第二研磨速率。

优选地，所述第一清洗槽及所述第二清洗槽均包括清洗区域及储藏区域，所述清洗区域位于所述储藏区域的上方，所述储藏区域中垂直设置有多个用于放置研磨盘的托盘，通过连接于各托盘上的传送装置控制各托盘的上下移动，所述储藏区域的端口设置有夹取所述研磨盘的夹持装置，所述夹持装置连接有控制所述夹持装置开合的线性磁轴电机。

更优选地，所述第一清洗槽及所述第二清洗槽内盛放有作为清洗液的去离子水。

更优选地，托盘的数量设定为5～10个。

更优选地，还包括控制所述夹持装置在水平方向上旋转的第一旋转电机。

优选地，所述机械手臂包括水平设置的连接杆以及垂直连接所述连接杆及所述磁性基座的伸缩杆。

更优选地，所述伸缩杆连接压缩空气产生装置，通过所述压缩空气产生装置通入所述伸缩杆内气体的气压大小来控制所述伸缩杆的伸展或收缩，以此控制所述研磨盘的升降。

优选地，还包括控制所述机械手臂水平移动的第二旋转电机。

优选地，所述磁性基座的下表面设置有凸起部件，所述研磨盘的上表面设置有凹槽，所 述凸起部件与所述凹槽卡合，用于固定所述磁性基座与所述研磨盘的相对位置。

如上所述，本实用新型的研磨装置，具有以下有益效果：

本实用新型的研磨装置利用磁性基座拾取研磨盘，避免使用常规螺丝固定的方式，更换简单，可根据不同的研磨速率要求随时更换不同研磨速率的研磨盘，以稳定研磨速率，提高研磨质量，同时避免常规螺丝固定方式带来的螺丝对研磨垫的机械损伤，可有效提高研磨质量。此外，本实用新型的研磨装置利用清洗液对研磨盘进行清洗，然后将研磨盘存放于清洗液中，可同时实现对研磨盘的清洗和储藏，可有效提高研磨盘的使用寿命。

附图说明

图1显示为现有技术中的化学机械研磨装置结构示意图。

图2显示为现有技术中的化学机械研磨装置研磨原理示意图。

图3显示为现有技术中的研磨垫调整器清洗原理示意图。

图4显示为本实用新型的研磨装置结构示意图。

图5显示为本实用新型的研磨装置的研磨垫调整器结构示意图。

图6显示为本实用新型的研磨装置的清洗槽结构示意图。

元件标号说明

1                      研磨垫

2                      研磨头

21                     待研磨件

3                      研磨垫调整器

31                     研磨垫调整器手臂

32                     研磨盘

4                      研磨液供给器

5                      研磨垫调整器清洗装置

51                     清洗杯

52                     清洗液

6                      研磨垫调整器

61                     机械手臂

611                    连接杆

612                    伸缩杆

62                     磁性基座

621a                   凸起部件

621b                   凹槽

7                      清洗槽

701                    第一清洗槽

702                    第二清洗槽

711                    清洗区域

712                    储藏区域

713                    托盘

714                    传送装置

715                    夹持装置

716                    线性磁轴电机

717                    第一旋转电机

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图4～图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图4所示，本实用新型提供一种研磨装置，包括研磨垫1、研磨头2、研磨液供给器4，还包括研磨垫调整器6，所述研磨垫调整器6包括机械手臂61，水平设置于所述机械手臂61下端的用于固定研磨盘32的磁性基座62，以及第一清洗槽701及第二清洗槽702，通过所述机械手臂61实现所述磁性基座62在所述第一清洗槽701及所述第二清洗槽702之间的移动；所述第一清洗槽701内放置有第一研磨速率的研磨盘，所述第二清洗槽702内放置有第二研磨速率的研磨盘，且所述第一研磨速率大于所述第二研磨速率。

所述第一清洗槽701及所述第二清洗槽702均包括清洗区域711及储藏区域712，所述清洗区域711位于所述储藏区域712的上方，所述储藏区域712中垂直设置有多个用于放置研磨盘的托盘713，通过连接于各托盘713上的传送装置控制714各托盘713的上下移动，所述储藏区域712的端口设置有夹取所述研磨盘的夹持装置715，所述夹持装置715连接有控制所述夹持装置715开合的线性磁轴电机716(Shaft Motor)。

如图6所示，所述清洗区域711的口径大于所述储藏区域712的口径。如图4所示，所述清洗区域711位于所述储藏区域712的上方，所述储藏区域712的口径大于所述研磨盘32的口径，便于所述研磨盘32水平放置到所述托盘713上。所述清洗区域711的口径大于所述储藏区域712的口径，便于所述研磨盘32水平放置入所述清洗区域711进行清洗。

如图6所示，所述清洗液72用于清洁所述研磨盘32，可以是任意具有清洁功能的液体，在本实施例中，所述清洗液72为去离子水，所述研磨盘32在去离子水中的旋转，通过水流冲刷去所述研磨盘32表面的杂质微粒，减小对所述研磨盘32表面的损伤；同时，将所述研磨盘32浸泡在去离子水中，可避免所述研磨盘32与其他污染物接触。

如图6所示，所述托盘713的数量设定为5～10个，在本实施例中，设置有5个托盘713。多个托盘叠放可增加储藏所述研磨盘32的数量，提高利用率。

如图6所示，还包括控制所述夹持装置715在水平方向上旋转的第一旋转电机717。配合所述线性磁轴电机716，首先所述线性磁轴电机716将所述夹持装置715分开，当所述研磨盘32位于所述夹持装置715平面时，所述线性磁轴电机716控制所述夹持装置715闭合，将所述研磨盘32紧紧夹住。所述第一旋转电机717控制所述夹持装置715水平旋转，通过旋力将所述研磨盘32从所述磁性基座62上取下。

如图5所示，所述机械手臂61包括水平设置的连接杆611以及垂直连接所述连接杆611及所述磁性基座62的伸缩杆612。所述伸缩杆612连接压缩空气产生装置(图中未显示)，通过所述压缩空气产生装置通入所述伸缩杆612内气体的气压大小来控制所述伸缩杆612的伸展或收缩，以此控制所述研磨盘32的升降。

如图4所示，还包括控制所述机械手臂61水平移动的第二旋转电机(图中未显示)。通过所述第二旋转电机控制所述机械手臂61拾取所述研磨盘32后在研磨和清洗工作区域内移动。

如图5所示，所述研磨盘32的材质为金属，在本实施例中，所述研磨盘32的材质为钢，所述磁性基座72可通过磁性将所述研磨盘32吸取。所述磁性基座72的下表面设置有与所述研磨盘32卡合的凸起部件712a，所述研磨盘32的上表面设置有与所述磁性基座6272卡合 的凹槽712b，用于固定所述磁性基座62与所述研磨盘32的相对位置，便于吸取时的对准。

所述研磨装置的工作原理如下：

如图4所示，所述研磨液供给器4向所述研磨垫1表面提供研磨液，所述研磨垫1、所述研磨头2及所述研磨垫调整器6按同一方向旋转，开始研磨，待研磨结束后，所述压缩空气产生装置(图中未显示)将所述研磨盘32抬起，所述第二旋转电机(图中未显示)控制所述机械手臂61将所述研磨盘32移动至第一清洗槽701和第二清洗槽702中的任意一个的正上方进行研磨盘32的更换、清洗及保存。在本实施例中，所述第一清洗槽701内存放新的研磨盘，所述第二清洗槽702中存放使用过的旧的研磨盘。

当要求高研磨速率时需要更换新的研磨盘，所述机械手臂61将所述磁性基座62上的研磨盘32移动至所述第二清洗槽702(存放旧研磨盘)的正上方，如图6所示，所述磁性基座62慢慢下降，所述研磨盘32被浸没到所述清洗液72中，下降至所述夹持装置715水平面时停止，利用所述线性磁轴电机716控制所述夹持装置715闭合，将所述研磨盘32紧紧夹住。所述第一旋转电机717控制所述夹持装置715水平旋转，通过旋转的扭力将所述研磨盘32从所述磁性基座62上取下。并被放置在最上层的闲置托盘713上，所述托盘713的位置可以通过所述传送装置714进行调节，确保最上层的托盘713上没有研磨盘32。所述磁性基座62上升后通过机械手臂61水平移动至所述第二清洗槽702正上方，所述磁性基座62下降至所述第二清洗槽702的储藏区域712，通过所述传送装置714进行调节所述托盘713的位置，确保最上层的托盘713上有研磨盘32，使磁性基座62不断靠近所述研磨盘32，通过所述磁性基座62的磁性将所述研磨盘32吸附到所述磁性基座62上，所述磁性基座62及所述研磨盘32上设置的凸起部件621a及凹槽621b能帮助所述磁性基座62与所述研磨盘32固定相对位置，便于吸取时的对准，提高效率。然后所述磁性基座62带动所述研磨盘32上升，可以在所述清洗区域711停留一会儿，通过所述研磨盘32自身的旋转，带动水流冲洗所述研磨盘32的下表面，这种清洗不会带来机械损伤，相较于传统的清洗方式更安全。清洗完成后，所述磁性基座62带动所述研磨盘32继续上升，当确保不会碰到所述清洗槽7的侧壁时，水平移动至所述研磨垫1上，通过所述压缩空气产生装置调节所述研磨盘32的高度，使其与所述研磨垫1接触。然后滴入研磨液、旋转所述研磨垫1、所述研磨头2、所述研磨垫调整器6，开始高速率的研磨。

当要求低研磨速率时，需要将所述研磨垫调整器上新研磨盘更换为研磨速率较低的旧研磨盘，方法与旧研磨盘更换新研磨盘一致，在此不一一赘述。

本实用新型可利用磁性基座方便地在两个清洗槽中更换不同研磨速率的研磨盘，以确保 同一待研磨件或同一批待研磨件研磨速率的稳定性，提高研磨质量。同时，磁性基座固定的研磨盘表面不存在螺丝，不会产生刮痕，影响研磨质量。此外，本实用新型的研磨装置的清洗槽能同时清洗及储存研磨盘，研磨盘的清洗依靠水流的冲刷，不会对研磨盘表面带来机械伤害，能有效提高研磨盘的使用寿命，进一步提高研磨质量。

本实用新型的研磨设备可根据不同的研磨速率的要求更换所述研磨盘，在提高研磨速率、研磨均匀性的同时提高研磨质量，充分利用所述研磨盘，节约成本。

综上所述，本实用新型提供一种研磨装置，包括研磨垫、研磨头、研磨液供给器、研磨垫调整器，所述研磨垫调整器包括机械手臂，水平设置于所述机械手臂下端的用于固定研磨盘的磁性基座，以及第一清洗槽及第二清洗槽，通过所述机械手臂实现所述磁性基座在所述第一清洗槽及所述第二清洗槽之间的移动；所述第一清洗槽内放置有第一研磨速率的研磨盘，所述第二清洗槽内放置有第二研磨速率的研磨盘，且所述第一研磨速率大于所述第二研磨速率。本实用新型利用磁性基座拾取研磨盘，更换简单，可根据不同的研磨速率要求随时更换不同研磨速率的研磨盘，以稳定研磨速率，提高研磨质量，同时避免螺丝对研磨垫的机械损伤。本实用新型的研磨装置利用清洗液对研磨盘进行清洗，然后将研磨盘存放于清洗液中，可同时实现对研磨盘的清洗和储藏，可有效提高研磨盘的使用寿命。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种研磨装置，包括研磨垫、研磨头、研磨液供给器，其特征在于，还包括研磨垫调整器，所述研磨垫调整器包括机械手臂，水平设置于所述机械手臂下端的用于固定研磨盘的磁性基座，以及第一清洗槽及第二清洗槽，通过所述机械手臂实现所述磁性基座在所述第一清洗槽及所述第二清洗槽之间的移动；所述第一清洗槽内放置有第一研磨速率的研磨盘，所述第二清洗槽内放置有第二研磨速率的研磨盘，且所述第一研磨速率大于所述第二研磨速率。

2.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于：所述第一清洗槽及所述第二清洗槽均包括清洗区域及储藏区域，所述清洗区域位于所述储藏区域的上方，所述储藏区域中垂直设置有多个用于放置研磨盘的托盘，通过连接于各托盘上的传送装置控制各托盘的上下移动，所述储藏区域的端口设置有夹取所述研磨盘的夹持装置，所述夹持装置连接有控制所述夹持装置开合的线性磁轴电机。

3.根据权利要求2所述的研磨装置，其特征在于：所述第一清洗槽及所述第二清洗槽内盛放有作为清洗液的去离子水。

4.根据权利要求2所述的研磨装置，其特征在于：托盘的数量设定为5～10个。

5.根据权利要求2所述的研磨装置，其特征在于：还包括控制所述夹持装置在水平方向上旋转的第一旋转电机。

6.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于：所述机械手臂包括水平设置的连接杆以及垂直连接所述连接杆及所述磁性基座的伸缩杆。

7.根据权利要求6所述的研磨装置，其特征在于：所述伸缩杆连接压缩空气产生装置，通过所述压缩空气产生装置通入所述伸缩杆内气体的气压大小来控制所述伸缩杆的伸展或收缩，以此控制所述研磨盘的升降。

8.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于：还包括控制所述机械手臂水平移动的第二旋转电机。

9.根据权利要求1所述的研磨装置，其特征在于：所述磁性基座的下表面设置有凸起部件，所述研磨盘的上表面设置有凹槽，所述凸起部件与所述凹槽卡合，用于固定所述磁性基座与所述研磨盘的相对位置。