CN215357894U - 一种抛光时同步清洁抛光垫的带式抛光装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抛光时同步清洁抛光垫的带式抛光装置，带式抛光垫循环往复地依次通过抛光区和清洁区，并于与抛光区相对的位置设有向带式抛光垫喷射抛光液的进液管和支撑抛光对象的支撑单元，于与清洁区相对的位置设有清理带式抛光垫上残留物的刷子工具、向带式抛光垫喷射超纯水的第一喷淋管、以及对带式抛光垫进行修整的整形工具。抛光时，可以在抛光区内对支撑单元上的抛光对象进行抛光，同时在清洁区内通过刷子工具、第一喷淋管以及整形工具对带式抛光垫进行刷洗、修整。

Description

一种抛光时同步清洁抛光垫的带式抛光装置

技术领域

本实用新型涉及半导体抛光设备的技术领域，特别涉及一种抛光时同步清洁抛光垫的带式抛光装置。

背景技术

化学机械抛光（CMP）技术是采用化学反应与机械摩擦的双重作用达到器件表面平整与抛光的目的。由于其化学作用的高选择性以及其可将器件表面粗糙度打磨到原子级别的优异物理特性，它目前不仅是半导体工业，尤其集成电路与芯片制造领域的首选表面平整技术，还广泛应用于半导体分立器件、光学器件、手机面板、以及要求高度表面平整化的高精密加工领域。目前，可用CMP技术所抛光研磨的器件涵盖了半导体晶片、陶瓷、玻璃、塑料、金属等不同材料。

CMP技术所使用的设备主要是圆盘式抛光机，其主要包含了一个旋转抛光平台，其上是一个平整的抛光盘，抛光垫粘附于此抛光盘的表面，被抛光的器件表面朝下在此旋转的抛光垫上，利用抛光垫的机械摩擦与抛光液的化学作用进行研磨抛光。化学机械抛光的效果跟抛光液、抛光参数、抛光垫的类型以及抛光垫的状态与洁净程度有关。

抛光时，在抛光头的重压下，抛光对象与旋转中的抛光垫紧密接触，抛光垫表面结构在其机械摩擦之下很快会被磨平而处于封闭状态，并逐渐失去活性而影响抛光效果。为此，现有的抛光设备在抛光过程中通常会采用钻石碟在抛光前或者一边抛光一边进行修整使抛光垫重新活化。

除了上述的旋转式CMP系统，有些公司还开发出了线性CMP系统，线性CMP系统主要是将抛光垫做成履带式，抛光时驱使抛光垫相对抛光对象作快速线性运动。相比于传统的旋转式CMP系统，线性CMP系统能够在在较低的压力下获得圆盘式抛光机在高压下才可获得的抛光效果。

但无论是旋转式CMP系统还是线性CMP系统，抛光过程中都可能产生许多固体颗粒，它们会填充在抛光垫的孔隙结构中，这不仅会影响抛光效率，还可能给抛光对象的表面造成刮伤。现有的清洁方式都需要等到抛光完成之后才能够对抛光垫进行清洗作业，影响抛光的连续性和效率。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型的主要目的是提供一种抛光时同步清洁抛光垫的带式抛光装置，旨在解决抛光过程中不能对抛光垫进行有效清洁的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的抛光时同步清洁抛光垫的带式抛光装置，带式抛光垫可循环往复地依次通过抛光区和清洁区，所述抛光区的抛光垫面朝上，所述清洁区的抛光垫面朝下；

与所述抛光区相对的位置设有用于向带式抛光垫喷射抛光液的进液管和用于支撑抛光对象的支撑单元；

与所述清洁区相对的位置设有用于清理所述带式抛光垫上的残留物的刷子工具、用于向所述带式抛光垫喷射超纯水的第一喷淋管、以及用于对所述带式抛光垫进行修整的整形工具，且所述刷子工具、第一喷淋管以及整形工具沿所述带式抛光垫的运动方向依次设置。

可选地，所述抛光区位于所述清洁区之上。

可选地，所述刷子工具包括能够沿所述带式抛光垫的宽度方向来回移动且能够升降的第一支架，所述第一支架上设有至少一排沿所述带式抛光垫的宽度方向分布的毛刷头。

优选地，每一所述毛刷头底部设有用于驱动该毛刷头自旋转的第一微型防水马达。

优选地，每一所述毛刷头具有刷柄，所述毛刷头通过所述刷柄与所述第一支架连接，所述刷柄内设有超声波振头。

可选地，所述整形工具包括能够沿所述带式抛光垫的宽度方向来回移动且能够升降的第二支架，所述第二支架上设有一个或者多个沿所述带式抛光垫的宽度方向排列的钻石碟修整盘。

可选地，所述进液管相对横亘于所述抛光区的抛光垫面之上，其正对所述带式抛光垫的一面或朝向所述带式抛光垫运动方向的侧面开有若干出液孔；

所述第一喷淋管相对横亘于所述清洁区的抛光垫面之下，其正对所述带式抛光垫的一面设有喷淋孔。

可选地，所述清洁区的出料侧设有向所述带式抛光垫喷射超纯水的第二喷淋管。

优选地，所述清洁区的进料侧设有溶液收集器。

可选地，还包括移动机构，其位于所述抛光区的抛光垫面之上；所述支撑单元设置在所述移动机构上，所述移动机构在抛光时能够驱使所述支撑单元沿所述带式抛光垫的宽度方向来回摆动。

根据本实用新型提供的带式抛光装置，抛光作业时，抛光区的带式抛光垫相对支撑单元作线性运动，对支撑单元上的抛光对象进行抛光研磨；与此同时，于上一抛光作业中与抛光对象接触的带式抛光垫部分被送去清洁区，并随着带式抛光垫的线性运动依次经由刷子工具刷洗、第一喷淋管冲洗以及整形工具修整，使得该部分的带式抛光垫整洁活化，该部分也会随带式抛光垫的线性运动重新回到抛光区对抛光对象进行抛光研磨，以此循环往复。

与现有技术相比，本发明能够在抛光同时对带式抛光垫的同步清洁、修整，能够及时有效地清除带式抛光垫中的残留物，并使得带式抛光垫在表面状态保持一致，为抛光的连续性和一致性提供保障。

附图说明

图1为本实用新型带式抛光装置一实施例的整体示意图；

图2为本实用新型带式抛光装置一实施例中抛光区的示意图；

图3为本实用新型带式抛光装置一实施例中清洁区的示意图；

图4为本实用新型带式抛光装置一实施例中刷子工具的俯视图；

图5为本实用新型带式抛光装置一实施例中刷子工具的侧剖示意图；

图6为本实用新型带式抛光装置另一实施例中清洁区的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅说明书附图1-6，在本实用新型实施例提出了一种带式抛光装置，其包括带式抛光垫01、用于向带式抛光垫01喷射抛光液的进液管02、用于支撑抛光对象的支撑单元03、用于清理带式抛光垫01上的残留物的刷子工具06、用于向带式抛光垫01喷射超纯水的第一喷淋管05以及用于对带式抛光垫01进行修整的整形工具04。

在本实施例中，该带式抛光垫01依次通过抛光区和清洁区，带内两端分别设置第一滚筒081和第二滚筒082以驱使带式抛光垫01作线性环形往复运动，并使抛光区的带式抛光垫01始终处于面朝上的位置。进液管02与支撑单元03沿带式抛光垫01的运动方向依次设置，且相对设置在抛光区的抛光垫面之上；带式抛光垫01经第二滚筒082后面朝下进入清洁区，此区域中刷子工具06、第一喷淋管05以及整形工具04沿带式抛光垫01的运动方向依次设置，且相对设置在清洁区的抛光垫面下方。

在本实用新型实施例中，抛光区位于清洁区之上，使得清洁区相对抛光区180°翻转，由此就能够将刷子工具06、第一喷淋管05以及整形工具04的活动区域通过带式抛光垫01隔离开来，使得带式抛光垫01的抛光作业和清洁作业互不干扰、便于同时进行。

进液管02横亘于抛光区的抛光垫面之上，其有效长度相当于或略短于带式抛光垫01的宽度。在进液管02底部或朝向带式抛光垫01运动方向的侧面开有若干均匀分布的出液孔021，且位于进液管02两端的出液孔021相对带式抛光垫01具有一定的间隔，使得进液管02能够向带式抛光垫01均匀喷射抛光液，且能够避免抛光液从带式抛光垫01的边缘溢出。可选地，出液孔021可配上阀门，以便在必要时堵塞某些孔以节省抛光液。

支撑单元03包括一个或者多个抛光头031，多个抛光头031可以沿着带式抛光垫01的运动方向纵向排列，也可以沿着带式抛光垫01的宽度方向横向排列。抛光头031的直径依需求而定，可以吸附不同尺寸的晶圆，也可以装上模具固定不同形状的样品。

作为优选地，在本实用新型实施例中，该带式抛光装置还包括移动机构，其位于抛光区的抛光垫面之上。支撑单元03设置在移动机构的摆臂032上，移动机构能够在抛光时驱动摆臂032带动支撑单元03上的抛光头031沿带式抛光垫01的宽度方向在带式抛光垫01的宽度范围来回摆动，以提高对抛光对象的抛光效率。

刷子工具06包括第一支架061，第一支架061上设有至少一排沿带式抛光垫01的宽度方向分布的毛刷头062，毛刷头062通过刷柄063连接固定于第一支架061上。每个毛刷头062的底部设有用于驱动该毛刷头062自旋转的第一微型防水马达064，毛刷头062对应的刷柄063内部设有超声波振头065。第一支架061的底部设有驱动第一支架061沿带式抛光垫01的宽度方向来回移动的第一步进电机（未图示）和驱动第一支架061升降的第一升降电机（未图示）。

当带式抛光垫01与抛光对象接触的部分随着带式抛光垫01的线性运动到刷子工具06对应的位置时，第一升降电机驱动第一支架061上升，使得毛刷头062以一定压力作用于带式抛光垫01表面，由第一微型防水马达064驱动毛刷头062高速旋转，超声波振头065驱动刷柄063带动毛刷头062高频振动，使得毛刷头062紧贴带式抛光垫01对其表面在超声波辅助下进行清洗。同时，还能够通过第二步进电机驱动毛刷头062在带式抛光垫01的宽度方向上来回移动，以增强清洁效率。

在其他的一些实施例中，还可以在每个毛刷头062的旁侧安装用于喷淋超纯水或者清洁剂的喷淋头以增强刷洗效果。

第一喷淋管05横亘于清洁区的抛光垫面之下，其正对带式抛光垫01的一面设有喷淋孔051，第一喷淋管05在施以一定气压后使超纯水从不同的喷淋口喷出，对超声刷洗后的带式抛光垫01进行冲洗。第一喷淋管05可根据需要配置一根或多根，以保证冲洗效果。

在其他的一些实施例中，每根第一喷淋管05也可以采用一排单个独立的喷淋头来替代。

整形工具04包括第二支架041，第二支架041上设有一个或者多个沿带式抛光垫01的宽度方向排列的钻石碟修整盘042，各钻石碟修整盘042的底部设有用于驱动钻石碟修整盘042自旋转的第二微型防水马达043。第二支架041的底部设有驱动第二支架041沿带式抛光垫01的宽度方向来回移动的第二步进电机（未图示）和驱动第二支架041升降的第二升降电机（未图示）。冲洗后的带式抛光垫01移动到整形工具04对应的位置后，由第二升降电机驱动第二支架041带动钻石碟修整盘042贴于带式抛光垫01的表面，钻石碟修整盘042旋转并沿带式抛光垫01的宽度方向移动对带式抛光垫01进行修整。

作为优选地，如图6所示，在其他的一些实施例中，在整形工具04的出料侧设有向带式抛光垫01喷射超纯水的第二喷淋管09，以通过第二喷淋管09冲洗掉钻石碟修整盘042修整后可能生成的碎屑。

作为优选地，如图1所示，在本实施例中，清洁区的进料侧设有溶液收集器07，具体为在带式抛光垫01经过第二滚筒082往回绕的位置设置溶液收集器07，以在带式抛光垫01经过第二滚筒082往回绕时，将带式抛光垫01表面残留的抛光液收集于溶液收集器07中，为后续抛光液回收利用提供便利。

根据本实用新型提供的带式抛光装置，抛光作业时，由第一滚筒081和第二滚筒082驱使带式抛光垫01作线性环形往复运动，由进液管02向带式抛光垫01喷射抛光液，抛光液被带至支撑单元03上的抛光对象与带式抛光垫01的接触部分，并在支撑单元03和带式抛光垫01的作用下参与抛光对象的抛光研磨；随着带式抛光带的线性移动，带式抛光垫01与抛光对象接触的部分被送到清洁区，依次经由刷子工具06刷洗、第一喷淋管05冲洗以及整形工具04修整，使得带式抛光垫01与抛光对象接触的部分整洁活化，并随着带式抛光垫01的线性运动重新回到抛光区对抛光对象进行抛光研磨，以此循环往复。

与现有技术相比，本实用新型提供的带式抛光装置具有以下优点：

1、在抛光过程中能够对带式抛光垫01的表面进行同步清洁及修整，使抛光过程不受残留物的影响，各项条件始终保持一致；

2、在毛刷头062的刷柄063中引入超声波振头065，以通过超声波辅助旋转毛刷头062刷洗，同时在毛刷头062的后侧（出料侧）设置第一喷淋管05对刷洗后的带式抛光垫01进行冲洗，能够有效地清除带式抛光垫01中的残留物，使得带式抛光垫01始终处于良好状态；

3、在清洁区的出料侧设置钻石碟修整盘042对清洁后的带式抛光垫01进行修正，使得每次回到抛光区的带式抛光垫01的表面状态是一样的，即抛光垫表面稳定性好；

4、采用横亘于带式抛光垫01的排管喷液，能够确保带式抛光垫01的表面在抛光区均匀分布新鲜研磨液，为带式抛光垫01能够同时抛光多片样品提供基础，进而有效提高产能。

为便于理解，下面对各部分的主要结构参数作进一步说明。

带式抛光垫01的宽度范围为200-2000 mm。

进液管02的长度在180-2000 mm，横截面形状包括但不限于矩形、圆形或椭圆形，横截面面积在2-80 cm²。进液管02的出液孔021孔径在2-12 mm，优选为3-5 mm；相邻出液孔021之间的间隔为20-150 mm，每个出液孔021内均带有阀门，可根据需要进行开关。进液管02材质应当符合半导体工业的要求，包括但不仅限于聚偏二氟乙烯（PVDF）、铁氟龙（PTFE）、高密度聚乙烯（HDPE）、Clean-PVC、PFA、聚全氟乙丙烯（FEP）、或聚丙烯（PP）。

第一喷淋管05和第二喷淋管09的结构一致，以第一喷淋管05为例，其横截面形状包括但不限于矩形、圆形或椭圆形，喷淋孔051孔径在2-12 mm，优选为3-5 mm；相邻出液孔021之间的间隔为20-150 mm。如果第一喷淋管05或者第二喷淋管09采用一排单个独立的喷淋头所取代，则相邻喷淋头之间的间隔为20-150 mm，优选50-100 mm。第一喷淋管05、第二喷淋管09以及喷淋头的材质应当符合半导体工业的要求，包括但不仅限于聚偏二氟乙烯（PVDF）、铁氟龙（PTFE）、高密度聚乙烯（HDPE）、Clean-PVC、PFA、聚全氟乙丙烯（FEP）、或聚丙烯（PP）。

毛刷头062的外径为40-300 mm，优选60-160 mm，其转速可在10-1000转/分钟（RPM）范围内调节，优选100-500 RPM。毛刷头062的材质应为防静电材料，包括但不仅限于尼龙PA6、PA612、PA66等。

针对采用上述参数限定的部件，对本实用新型提供的带式抛光装置的具体实施方式作进一步说明。

实施方式一：

选用宽度为400 mm的带式抛光垫01，驱动带式抛光垫01以800 m/min的速度运动。支撑单元03采用单抛光头031，由其吸附一片直径300 mm的硅晶圆。采用长度400 mm，直径为25 mm的圆管作为进液管02，于进液管02朝向带式抛光垫01运动方向的侧面开设9个直径4 mm的出液孔021，相邻出液孔021的间隔为35 mm，起讫两个出液孔021离带式抛光垫01的边缘各60毫米。

刷子工具06上毛刷头062为单排设置，共五个，每个毛刷头062的直径为75 mm。整形工具04上的钻石碟修整盘042设置为三个，沿带式抛光垫01的宽度方向设置，每个钻石碟修整盘042的直接为130 mm。

抛光时，进液管02以120 ml/min的速率将抛光液自其出液孔021均匀喷射到带式抛光带上。抛光头031所加到硅晶圆的压强为100g/cm²，同时抛光头031以50 RPM的转速顺时针自转，并由移动机构控制以2s一个来回的速率沿带式抛光垫01的宽度方向摆动，对硅晶圆进行抛光。

带式抛光垫01在经过第二滚筒082后，带式抛光垫01上的绝大部分抛光液将注入溶液收集器07中，以供后续循环使用。随后带式抛光垫01进入了清洗区，五个毛刷头062升起并以300 RPM的速率旋转，紧贴着带式抛光垫01的表面，在超声波辅助下对带式抛光垫01进行清洗。接着，由单根第一喷淋管05在气压的驱动下向带式抛光垫01喷射出高速超纯水，对刚刚超声波刷洗过的带式抛光垫01的表面进行冲洗。清洁后的带式抛光垫01再被串联在一起的三个钻石碟修整盘042进行修整，每个钻石碟修整盘042以50 RPM的转速顺时针旋转，其贴着带式抛光垫01的压强为50g/cm²。最后，由布置在钻石碟修整盘042后的第二喷淋管09冲洗掉钻石碟修整盘042修整后可能产生的碎屑，使焕然一新的带式抛光垫01被第一滚筒081重新带入抛光区。

实施方式二：

选用宽度为1200 mm的带式抛光垫01，驱动带式抛光垫01以800 m/min的速度运动。于支撑单元03上设置四个沿带式抛光垫01的宽度方向并排设置的抛光头031，分别装载两片直径为300 mm和两片200 mm的硅晶圆。这四个抛光头031均处于固定位置并由上方的压缩空气提供80g/cm²的压强。取一根长度1200 mm、截面积为25cm²的扁矩形管作为进液管02，于进液管02底部（即朝向带式抛光垫01的一面）开设21个直径为6 mm的出液孔021，相邻出液孔021的间隔为50 mm，起讫两个出液孔021离带式抛光垫01的边缘各100毫米。

刷子工具06上毛刷头062为单排设置，共十个，每个毛刷头062的直径为115 mm。整形工具04上的钻石碟修整盘042设置为五个，沿带式抛光垫01的宽度方向设置，每个钻石碟修整盘042的直接为220 mm。

第一喷淋管05采用两排单个独立的喷淋头替代。

抛光时，进液管02以300 ml/min的速率将抛光液自其出液孔021均匀喷射到带式抛光垫01上。抛光头031以60 RPM的转速逆时针自转，对硅晶圆进行抛光。

带式抛光垫01在经过第二滚筒082后，带式抛光垫01上的绝大部分抛光液将注入溶液收集器07中，以供后续循环使用。随后带式抛光垫01进入了清洗区，十个毛刷头062升起并以400 RPM的速率旋转，紧贴着带式抛光垫01的表面，在超声波辅助下对带式抛光垫01进行清洗。在每个超声波旋转毛刷的旁侧配置一个喷淋头朝带式抛光垫01表面喷射清洁剂辅助清洗，且在清洗过程中，毛刷头062沿带式抛光垫01的宽度方向来回摆动以增进清洗效率。接着，由两排喷淋头组成的喷淋装置在气压的驱动下向带式抛光垫01喷射出高速超纯水，对刚刚超声波刷洗过的带式抛光垫01的表面进行冲洗。清洁后的带式抛光垫01再被串联在一起的五个钻石碟修整盘042进行修整，每个钻石碟修整盘042以60 RPM的转速顺时针旋转，其贴着带式抛光垫01的压强为50g/cm²。最后，由布置在钻石碟修整盘042后的长为1200 mm的第二喷淋管09冲洗掉钻石碟修整盘042修整后可能产生的碎屑，使焕然一新的带式抛光垫01被第一滚筒081重新带入抛光区。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神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，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种抛光时同步清洁抛光垫的带式抛光装置，其特征在于，包括：

带式抛光垫，其循环往复地依次通过抛光区和清洁区，处在所述抛光区的抛光垫面朝上，所述清洁区的抛光垫面朝下；

与所述抛光区相对的位置设有用于向带式抛光垫喷射抛光液的进液管和用于支撑抛光对象的支撑单元；

与所述清洁区相对的位置设有用于清理所述带式抛光垫上的残留物的刷子工具、用于向所述带式抛光垫喷射超纯水的第一喷淋管、以及用于对所述带式抛光垫进行修整的整形工具，且所述刷子工具、第一喷淋管以及整形工具沿所述带式抛光垫的运动方向依次设置。

2.如权利要求1所述的抛光时同步清洁抛光垫的带式抛光装置，其特征在于，所述刷子工具包括能够沿所述带式抛光垫的宽度方向来回移动且能够升降的第一支架，所述第一支架上设有至少一排沿所述带式抛光垫的宽度方向分布的毛刷头。

3.如权利要求2所述的抛光时同步清洁抛光垫的带式抛光装置，其特征在于，每一所述毛刷头底部设有用于驱动该毛刷头自旋转的第一微型防水马达。

4.如权利要求2或3所述的抛光时同步清洁抛光垫的带式抛光装置，其特征在于，每一所述毛刷头具有刷柄，所述毛刷头通过所述刷柄与所述第一支架连接，所述刷柄内设有超声波振头。

5.如权利要求1所述的抛光时同步清洁抛光垫的带式抛光装置，其特征在于，所述整形工具包括能够沿所述带式抛光垫的宽度方向来回移动且能够升降的第二支架，所述第二支架上设有一个或者多个沿所述带式抛光垫的宽度方向排列的钻石碟修整盘。

6.如权利要求1所述的抛光时同步清洁抛光垫的带式抛光装置，其特征在于，所述进液管相对横亘于所述抛光区的抛光垫面之上，其正对所述带式抛光垫的一面或朝向所述带式抛光垫运动方向的侧面开有若干出液孔；

所述第一喷淋管相对横亘于所述清洁区的抛光垫面之下，其正对所述带式抛光垫的一面设有喷淋孔。

7.如权利要求1所述的抛光时同步清洁抛光垫的带式抛光装置，其特征在于，所述清洁区的出料侧设有向所述带式抛光垫喷射超纯水的第二喷淋管。

8.如权利要求1所述的抛光时同步清洁抛光垫的带式抛光装置，其特征在于，所述清洁区的进料侧设有溶液收集器。

9.如权利要求1、2、3、5、6、7、8任意一项所述的抛光时同步清洁抛光垫的带式抛光装置，其特征在于，还包括移动机构，其位于所述抛光区的抛光垫面之上；所述支撑单元设置在所述移动机构上，所述移动机构在抛光时能够驱使所述支撑单元沿所述带式抛光垫的宽度方向来回摆动。

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