CN219043816U - 一种修整装置和化学机械抛光系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种修整装置和化学机械抛光系统，所述修整装置包括摆臂、基座和修整组件，所述基座设置于所述摆臂的端部，所述修整组件通过导向轴转动连接于基座的下方；所述修整组件包括安装座和修整盘，所述修整盘设置于安装座的下方；所述安装座包括固定件、转接件和衔接件，三者一体成型，所述转接件通过衔接件设置于固定件的中心位置；所述转接件连接于所述导向轴的下端。

Description

一种修整装置和化学机械抛光系统

技术领域

本实用新型属于化学机械抛光技术领域，具体而言，涉及一种修整装置和化学机械抛光系统。

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，芯片制造涉及集成电路设计、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中的五大核心制程之一。

化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,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接抛光垫上表面，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；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。

抛光过程中，为保证抛光垫具有良好的表面特性、抛光垫表面沟槽能够容纳更多的抛光液，高效稳定地去除待抛光材料，需要使用修整装置对抛光垫表面进行修整处理。修整装置的底部配置修整盘(Disk)，修整盘的底面镶嵌有金刚石颗粒；修整装置给予修整盘一个下压力和旋转力矩，修整盘在抛光垫表面相对运动，以修整抛光垫表面。

为了提高修整盘的自适应性，现有的修整装置配置有导向轴，导向轴的下部通过凹球件和凸球件实现铰接，以通过导向轴的倾斜来调节修整盘的位置和姿态。但现有的修整装置还存在以下不足：凹球件与凸球件相互摩擦产生的热量会传导至修整盘，一定程度上影响抛光垫的修整效果；凹球件与凸球件通常由金属材料制成，两者相互摩擦会产生金属离子，若修整装置中的腔室发生泄漏，则存在金属离子污染的风险；当抛光垫的表面起伏较大时，凹球件与凸球件会发生分离，即无法通过导向轴准确反映抛光垫的表面形貌；同时，凹球件与凸球件通过分离、贴合的循环切换，两者会发生撞击而产生振动，这不利于保证修整装置的可靠运行。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种修整装置和化学机械抛光系统，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本实用新型实施例的第一方面提供了一种修整装置，包括摆臂、基座和修整组件，所述基座设置于所述摆臂的端部，所述修整组件通过导向轴转动连接于基座的下方；所述修整组件包括安装座和修整盘，所述修整盘设置于安装座的下方；所述安装座包括固定件、转接件和衔接件，三者一体成型，所述转接件通过衔接件设置于固定件的中心位置；所述转接件连接于所述导向轴的下端。

在一些实施例中，所述转接件的上部与导向轴连接，其下部通过衔接件连接于所述固定件。

在一些实施例中，所述衔接件为向上凸起的薄板结构，其与所述修整盘之间设置有间隙。

在一些实施例中，所述衔接件自所述固定件的内侧壁倾斜向上设置，并延伸至所述转接件的外部。

在一些实施例中，所述转接件为旋转构件，其与所述衔接件通过圆弧过渡为一体。

在一些实施例中，所述转接件包括转接主体，所述转接主体设置于所述衔接件的上方，所述转接主体的上部配置有凸起部，所述凸起部抵接于所述导向轴的下端面。

在一些实施例中，所述转接主体的外径小于或等于所述凸起部的外径。

在一些实施例中，修整装置还包括柔性膜，其为环状结构；所述柔性膜的一端连接于所述安装座，其另一端连接于基座中的旋转部；所述柔性膜、旋转部与所述安装座形成密封腔室。

在一些实施例中，所述柔性膜配置有褶皱部，其纵向截面为S形；所述褶皱部的数量至少一个，并沿竖直方向层叠设置。

本实用新型实施例的第二方面提供了一种化学机械抛光系统，其包括抛光盘、承载头、供液装置和上面所述的修整装置，所述承载头加载待抛光的晶圆并将其抵接于抛光盘上方的抛光垫，所述供液装置朝向抛光垫与晶圆之间供给抛光液，所述修整装置用于修整抛光垫的表面。

本实用新型的有益效果包括：

a.配置有一体化结构的安装座，其能够解决现有技术中凹球件和凸球件摩擦生热以及相互撞击带来的稳定性下降的问题，保证修整作业的稳定性；

b.一体化的安装座由塑料材料制成，以防止液体进入修整装置的内部，避免修整装置内部金属件的锈蚀，延长修整装置的使用寿命；

c.修整组件内部配置具有褶皱部的柔性膜，褶皱部的纵向截面为S形，以增强柔性膜的回弹能力，解决柔性膜回弹力集中的问题，提升柔性膜的使用寿命。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本实用新型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，并不限制本实用新型的保护范围，其中：

图1是本实用新型一实施例提供的化学机械抛光系统的示意图；

图2是本实用新型一实施例提供的修整装置的示意图；

图3是本实用新型一实施例提供的修整组件的示意图；

图4是本实用新型一实施例提供的安装座的示意图；

图5是本实用新型另一实施例提供的安装座的示意图；

图6是本实用新型一实施例提供的柔性膜的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本实用新型所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本实用新型实施方式及本实用新型保护范围的限制。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，辅助说明本实用新型的构思，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实用新型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。

在本实用新型中，“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,W)也称基板(Substrate)，其含义和实际作用等同。

本实用新型公开的实施例，总体上涉及在半导体器件制造工业中使用的化学机械抛光(CMP)系统。

化学机械抛光时，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之间流动，抛光液在抛光垫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。

图1是本实用新型一实施例提供的化学机械抛光系统1000的示意图，化学机械抛光系统1000包括修整装置100、抛光盘200、抛光垫、承载头300以及供液装置400。其中，抛光垫设置于抛光盘200上表面，抛光垫与抛光盘200一起旋转；可水平移动的承载头300设置于抛光垫上方，承载头300的底部吸合有待抛光的晶圆；修整装置100绕固定点摆动，其上配置的修整组件130(图2和图3示出)自身旋转并施加向下的载荷，以修整抛光垫表面；供液装置400设置于抛光垫上方，以将抛光液散布于抛光垫表面。

抛光作业时，承载头300将晶圆的待抛光面抵接抛光垫表面，承载头300做旋转运动以及沿抛光盘200的径向往复移动，使得与抛光垫接触的晶圆表面被逐渐抛除；同时抛光盘200旋转，供液装置400向抛光垫表面喷洒抛光液。在抛光液的化学作用下，通过承载头300与抛光盘200的相对运动使晶圆与抛光垫摩擦以实施材料去除。

修整装置100用于对抛光垫表面的修整和活化。使用修整装置100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晶圆表面脱落的废料等，以修整和活化抛光垫表面。

图2是本实用新型一实施例提供的修整装置100的示意图，修整装置100包括摆臂110、基座120和修整组件130，摆臂110转动连接于抛光盘200的外侧，基座120设置于摆臂110的端部，修整组件130设置于基座120的下部。基座120内部设置有绕轴线旋转的驱动机构，以带动修整组件130绕轴线旋转。修整组件130的底部配置有镶嵌有金刚石颗粒的修整盘20(图3示出)，以对抛光垫表面进行修整和活化。

图3是本实用新型一实施例提供的修整组件130的示意图，修整组件130通过导向轴30转动连接于基座120的下方。修整组件130包括安装座10和修整盘20，修整盘20设置于安装座10的下方。

具体地，基座120的内部配置有能够绕轴线转动的旋转部40，旋转部40的内部配置有贯通孔，导向轴30同轴设置于旋转部40的贯通孔中。旋转部40朝向下侧延伸并与修整组件130的安装座10连接，使得修整组件130能够绕轴线转动。

图4是本实用新型一实施例提供的安装座10的示意图，安装座10包括固定件11和转接件12。其中，固定件11为环状结构，转接件12设置于固定件11的中心位置。

进一步地，转接件12的上部与导向轴30连接，转接件12的下部通过衔接件13连接于固定件11。

图4中，固定件11、转接件12和衔接件13一体成型，以形成上端开口的半封闭结构。如此设置，能够避免修整作业过程中的液体经由安装座10的下侧进入修整组件130的内部，防止修整组件130内部的金属部件发生锈蚀。

由于修整盘20可拆卸地固定于安装座10的下部，两者之间设置有密封圈，以保证修整盘20与安装座10之间的密封性。但两者也存在密封失效的问题。若安装座10由金属材料制成，则液体可能进入安装座10与修整盘20之间的间隙而引起锈蚀问题。

为解决上面所述的技术问题，安装座10可以由塑料材料制成，如聚四氟乙烯、聚甲醛树脂等，以防止修整盘20与安装座10之间密封失效而发生锈蚀，延长修整组件10内部的金属部件的使用寿命。

图4中，衔接件13为向上凸起的薄板结构，衔接件13的底部与图3示出的修整盘20之间设置有间隙，以增强安装座10的柔性，保证修整组件130具有良好的自适应性。

进一步地，衔接件13自固定件11的内侧壁倾斜向上设置，衔接件13朝向转接件12所在位置延伸，并且延伸至转接件12的外部。

作为本实施例的一个方面，衔接件13与水平面的夹角为2-10°。优选地，衔接件13与水平面的夹角为5-8°，以增强安装座10内部的转接件12和衔接件13的弯曲变形的能力。

作为本实用新型的一个实施例，衔接件13为薄壁结构，其厚度为1-4mm。优选地，衔接件13的厚度为2-3mm。图4所示的实施例中，衔接件13在半径方向的厚度相等，并且，衔接件13的厚度为2mm。作为图4实施例的一个变体，衔接件13的厚度可以逐渐变化。具体地，衔接件13的厚度可以设置为：由外向内逐渐变小，以保证衔接件13具有良好的柔性；如衔接件13的厚度由外向内逐渐减小至原厚度的50％，以保证安装座10具有良好的柔性。

图4所示的实施例中，转接件12为旋转构件，转接件12与衔接件13通过直角过渡为一体，使得转接件12能够通过倾斜的衔接件13进行适应性改变转接件12的位置和姿态，进而调节修整盘20的位姿，以适应起伏的抛光垫表面。

图5中，转接件12包括转接主体12a，转接主体12a设置于衔接件13的上方，转接主体12a的上部配置有凸起部12b。凸起部12b抵接于导向轴30的下端面。

图5中，转接主体12a的上部还配置有支撑盘12c，而凸起部12b设置于支撑盘12c的顶部。支撑盘12c主要用于连接限位件50(图3示出)。具体地，限位件50的一端卡接于支撑盘12c的外侧，其另一端设置于安装座10的固定件11，以防止转接件12的位置和姿态变化过大而影响修整组件130的正常作业。

图3中，图5示出的凸起部12b和支撑盘12c设置于导向轴30的下端，安装座10通过凸起部12b与导向轴30紧密贴合，以通过导向轴30的倾斜变化间接反映修整盘20的位置。

图5是本实用新型另一实施例提供的安装座10的示意图，在该实施例中，转接件12的外侧壁向内凹陷，以保证转接件12的弯曲变形能力，提升安装座10的自适应性。图5中，转接主体12a的外径小于凸起部12b的外径，以增强安装座10的弯曲变形能力，保证设置于修整组件130下部的修整盘20的位姿调节能力。

此外，图1中，安装座10为一体化结构，使得安装座10的重心适当下移，负责自适应调节的安装座10更加贴近修整盘20。如此设置，有利于减弱修整组件130的振动，减少或避免修整过程中发生跳动，控制修整压力的波动，保证修整作业的稳定性。

图1所示的实施例中，修整装置100还包括柔性膜60，柔性膜60为环状结构，其设置于安装座10的上部。具体地，柔性膜60的一端连接于安装座10，其另一端连接于基座120中的旋转部40。

图1中，旋转部40的下端配置有连接件70，连接件70同心设置于旋转部40的外周侧。柔性膜60的一端通过卡环80固定于连接件70的下端，柔性膜60的另一端设置于安装座10的卡槽中，并由设置在安装座10上侧的连接法兰90抵压固定。

图1所示的实施例中，柔性膜60、旋转部40、连接件70与安装座10形成一个密封腔室。气流可以通过沿导向轴30长度方向设置的通气孔输送至所述密封腔室，以调节修整组件130施加的修整载荷。

图6是本实用新型一实施例提供的柔性膜60的示意图，柔性膜60配置有褶皱部60a。进一步地，褶皱部60a的纵向截面为S形，以保证柔性膜60的回弹能力，使得柔性膜60的回弹力与修整组件130给予抛光垫的载荷基本一致，以扩大修整组件130载荷施加的范围，提高修整装置100的适用性。

图6中，褶皱部60a大致按照S形轨迹设置，即先水平向内延伸，再水平向外延伸，以形成具有多层折弯的、回弹性良好的柔性膜60。

具体地，修整组件130下压时，柔性膜60的回弹力与修整组件130的行程曲线大致呈线性关系，使得修整组件130施加的修整载荷能够接近于零，以扩大修整载荷的范围。

本实用新型中，柔性膜60上配置的褶皱部60a的数量至少一个，其沿竖直方向层叠设置，以保证柔性膜60具有良好的回弹能力，解决回弹力集中的问题，提升柔性膜60的寿命。

进一步地，柔性膜60可以由橡胶材料制成，如氟橡胶、硅橡胶等材料制成，以保证柔性膜60具有一定的柔性和回弹性。

此外，本实用新型还提供了一种化学机械抛光系统1000，其示意图，如图1所示。化学机械抛光系统1000包括抛光盘200、承载头300、供液装置400和上面所述的修整装置100，承载头300加载待抛光的晶圆，并将其抵接于抛光盘200上方的抛光垫，供液装置400朝向抛光垫与晶圆之间供给抛光液，修整装置100用于修整抛光垫的表面。

修整装置100配置有一体化结构的安装座10，其能够解决现有技术中凹球件和凸球件摩擦生热带来的问题，以及相互撞击带来的稳定性下降的问题，保证修整作业的稳定性。

同时，一体化的安装座10由塑料材料制成，以防止液体进入修整装置100的内部，避免修整装置100内部的金属件的锈蚀，延长修整装置100的使用寿命。

此外，修整组件100内部配置具有褶皱部60a的柔性膜60，褶皱部60a的纵向截面为S形，以增强柔性膜60的回弹能力，解决柔性膜60回弹力集中的问题，提升柔性膜60的使用寿命。

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实用新型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实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种修整装置，其特征在于，包括摆臂、基座和修整组件，所述基座设置于所述摆臂的端部，所述修整组件通过导向轴转动连接于基座的下方；所述修整组件包括安装座和修整盘，所述修整盘设置于安装座的下方；所述安装座包括固定件、转接件和衔接件，三者一体成型，所述转接件通过衔接件设置于固定件的中心位置；所述转接件连接于所述导向轴的下端。

2.如权利要求1所述的修整装置，其特征在于，所述转接件的上部与导向轴连接，其下部通过衔接件连接于所述固定件。

3.如权利要求1所述的修整装置，其特征在于，所述衔接件为向上凸起的薄板结构，其与所述修整盘之间设置有间隙。

4.如权利要求1所述的修整装置，其特征在于，所述衔接件自所述固定件的内侧壁倾斜向上设置，并延伸至所述转接件的外部。

5.如权利要求1所述的修整装置，其特征在于，所述转接件为旋转构件，其与所述衔接件通过圆弧过渡为一体。

6.如权利要求1所述的修整装置，其特征在于，所述转接件包括转接主体，所述转接主体设置于所述衔接件的上方，所述转接主体的上部配置有凸起部，所述凸起部抵接于所述导向轴的下端面。

7.如权利要求6所述的修整装置，其特征在于，所述转接主体的外径小于或等于所述凸起部的外径。

8.如权利要求1所述的修整装置，其特征在于，还包括柔性膜，其为环状结构；所述柔性膜的一端连接于所述安装座，其另一端连接于基座中的旋转部；所述柔性膜、旋转部与所述安装座形成密封腔室。

9.如权利要求8所述的修整装置，其特征在于，所述柔性膜配置有褶皱部，其纵向截面为S形；所述褶皱部的数量至少一个，并沿竖直方向层叠设置。

10.一种化学机械抛光系统，其特征在于，包括抛光盘、承载头、供液装置和权利要求1至9任一项所述的修整装置，所述承载头加载待抛光的晶圆并将其抵接于抛光盘上方的抛光垫，所述供液装置朝向抛光垫与晶圆之间供给抛光液，所述修整装置用于修整抛光垫的表面。

Images