研磨液供给手臂及化学机械研磨装置的制作方法

本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种研磨液供给手臂及化学机械研磨装置。

背景技术：

随着智能手机、平板电脑等移动终端向小型化、智能化、节能化的方向发展，芯片的高性能、集成化趋势明显，促使芯片制造企业积极采用先进工艺，对制造出更快、更省电的芯片的追求愈演愈烈。尤其是许多无线通讯设备的主要元件需用40nm以下先进半导体技术和工艺，因此对先进工艺产能的需求较之以往显著上升，带动集成电路厂商不断提升工艺技术水平，通过缩小晶圆水平和垂直方向上的特征尺寸以提高芯片性能和可靠性，以及通过3D结构改造等非几何工艺技术和新材料的运用来影响晶圆的电性能等方式，实现硅集成的提高，以迎合市场需求。然而，这些技术的革新或改进都是以晶圆的生成、制造为基础。

化学机械研磨(Chemical Mechanical Polish，CMP)装置是一种用于晶圆平坦化的装置。化学机械研磨装置包括研磨头、研磨液供给手臂、研磨垫。在进行化学机械研磨的过程中，将要研磨的晶圆附着在研磨头上，该晶圆的研磨面向下并接触相对旋转的研磨垫，研磨头提供的向下的压力将该晶圆紧压到研磨垫上，所述研磨垫是位于一工作平台表面，当该工作平台在马达的带动下旋转时，研磨垫随之进行旋转，研磨头也作相应的旋转运动；同时，研磨液通过研磨液传输支架输送到具有凹槽的研磨垫上，并通过离心力均匀地分布在研磨垫上。

但是，化学机械研磨过程中产生的颗粒物或者研磨液结晶物经常会残留于所述研磨垫的凹槽内，在后续再次进行化学机械研磨的过程中极有可能在晶圆表面产生划痕，影响晶圆产品的良率。

因此，如何有效清除研磨垫凹槽内的残留物，避免划伤晶圆，以确保晶圆产品的良率，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型提供一种研磨液供给手臂及化学机械研磨装置，用于解决现有的化学机械研磨装置中研磨垫凹槽内残留的颗粒物难以清除的问题，以减少晶圆表面的划痕，确保晶圆产品的良率。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种研磨液供给手臂，包括：

手臂本体，能够沿竖直方向进行升降运动，用于向表面具有凹槽的研磨垫传输研磨液；

清洗刷，位于所述手臂本体的侧壁表面，且所述清洗刷沿竖直向下的方向延伸出所述手臂本体，以清除位于所述凹槽内的残留物。

优选的，还包括：

第一管道，位于所述手臂本体内部，用于传输研磨液；

喷嘴，位于所述手臂本体端部，并与所述第一管道连通，用于向所述研磨垫喷射所述研磨液。

优选的，还包括：

第二管道，位于所述手臂本体内部，用于传输清洗液；

至少一开口，设置于所述侧壁上，并与所述第二管道连通，用于向所述凹槽喷射所述清洗液。

优选的，至少一开口包括多个开口，且多个所述开口沿所述手臂本体的延伸方向均匀分布。

优选的，所述侧壁包括位于所述手臂本体相对两侧的第一子侧壁和第二子侧壁，所述清洗刷包括分别位于所述第一子侧壁和所述第二子侧壁表面的第一子清洗刷和第二子清洗刷。

优选的，所述清洗刷包括沿所述手臂本体的延伸方向排布的若干柔性的刷毛，且所有刷毛的长度相等。

优选的，所述清洗刷包括沿所述手臂本体的延伸方向交替排布的第一刷毛部和第二刷毛部，所述第一刷毛部包括若干第一刷毛，所述第二刷毛部包括若干长度小于所述第一刷毛的第二刷毛；在沿所述手臂本体的延伸方向上，所述第一刷毛部的宽度与所述凹槽的宽度相等，且所述第二刷毛部的宽度与相邻两条凹槽之间的间隔区域的宽度相等。

优选的，所述第一刷毛和所述第二刷毛之间的长度差与所述凹槽的深度相等。

优选的，还包括用于驱动所述手臂本体沿竖直方向进行升降运动的驱动器，且所述驱动器与所述喷嘴分布于所述手臂本体的相对两端。

为了解决上述问题，本实用新型还提供了一种化学机械研磨装置，包括表面具有凹槽的研磨垫，还包括如上述任一项所述的研磨液供给手臂。

本实用新型提供的研磨液供给手臂及化学机械研磨装置，通过在研磨液供给手臂的手臂本体侧面设置清洗刷，且所述清洗刷沿竖直向下的方向延伸出所述手臂本体，使得所述研磨液供给手臂在实现研磨液供给功能的同时，还能通过所述清洗刷清除残留于研磨垫凹槽内的污染物，改善了研磨垫的清洗效果，有效避免了残留于凹槽内的污染物划伤晶圆，确保了晶圆产品的良率。

附图说明

附图1是本实用新型具体实施方式中研磨垫与研磨液供给手臂的俯视结构示意图；

附图2是本实用新型具体实施方式中一研磨液供给手臂未清洗凹槽时的截面示意图；

附图3是本实用新型具体实施方式中一研磨液供给手臂清洗凹槽时的截面示意图；

附图4是本实用新型具体实施方式中另一研磨液供给手臂的截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的研磨液供给手臂及化学机械研磨装置的具体实施方式做详细说明。

本具体实施方式提供了一种研磨液供给手臂，附图1是本实用新型具体实施方式中研磨垫与研磨液供给手臂的俯视结构示意图，附图2是本实用新型具体实施方式中一研磨液供给手臂未清洗凹槽时的截面示意图，附图3是本实用新型具体实施方式中一研磨液供给手臂清洗凹槽时的截面示意图。

如图1-图3所示，本具体实施方式提供的研磨液供给手臂包括手臂本体12和清洗刷22。所述手臂本体12能够沿竖直方向进行升降运动，用于向表面具有凹槽11的研磨垫10传输研磨液；所述清洗刷22位于所述手臂本体12的侧壁表面，且所述清洗刷22沿竖直向下的方向延伸出所述手臂本体12，以清除位于所述凹槽11内的残留物。

在实施化学机械研磨工艺时，如图2所示，所述手臂本体12向所述研磨垫10传输研磨液，随着所述研磨垫10的旋转，所述研磨液沿所述凹槽11均匀分布于整个所述研磨垫10表面。在化学机械研磨工艺开始之前或者结束之后，所述手臂本体12竖直向下(例如沿图2、图3中的Z轴负方向)运动，利用设置于所述手臂本体12的侧壁表面的清洗刷22刷洗所述凹槽11；而且，所述清洗刷22沿竖直向下(例如图2、图3中的Z轴负方向)的方向延伸出所述手臂本体12，可以确保所述清洗刷与所述凹槽11的充分接触，实现对所述凹槽11残留的颗粒物、研磨废液等污染物的清除，避免对后续进行化学机械研磨工艺的晶圆造成划伤，确保了晶圆产品的良率。在完成所述凹槽11的清洗工序之后，所述手臂本体12竖直向上(例如沿图2、图3中的Z轴正方向)运动，恢复至初始位置(即向所述研磨垫10传输研磨液的位置)。

优选的，所述研磨液供给手臂还包括：第一管道，位于所述手臂本体12内部，用于传输研磨液；喷嘴20，位于所述手臂本体12端部，并与所述第一管道连通，用于向所述研磨垫10喷射所述研磨液。更优选的，所述研磨液供给手臂还包括用于驱动所述手臂本体12沿竖直方向进行升降运动的驱动器13，且所述驱动器13与所述喷嘴20分布于所述手臂本体12的相对两端。

具体来说，所述手臂本体12包括相对分布的前端和尾端，所述喷嘴20设置于所述手臂本体12的前端，所述手臂本体12的尾端与所述驱动器13连接，以避免影响所述手臂本体12向所述研磨垫10传输研磨液。其中，所述驱动器13可以包括马达或者气缸。所述清洗刷22设置于所述前端与所述尾端之间的侧壁表面。

优选的，所述研磨液供给手臂还包括：第二管道，位于所述手臂本体12内部，用于传输清洗液；至少一开口，设置于所述侧壁上，并与所述第二管道连通，用于向所述凹槽11喷射所述清洗液。更优选的，至少一开口包括多个开口，且多个所述开口沿所述手臂本体12的延伸方向均匀分布。

例如，所述手臂本体12沿X轴方向延伸，多个所述开口可以沿X轴方向等间隔分布。其中，所述清洗液可以是化学清洗液，也可以是去离子水。在所述清洗刷22刷洗所述凹槽11的过程中，可以通过所述侧壁上的开口向所述凹槽11喷射清洗液，从而进一步改善凹槽清洗效果。而且，当所述清洗液为去离子水时，可以通过加压，使得高压去离子水从所述开口喷向所述凹槽11，进一步提高了所述凹槽的清洗效果。

为了提高清洗刷的清洗效率，优选的，所述侧壁可以包括位于所述手臂本体12相对两侧的第一子侧壁和第二子侧壁，所述清洗刷22包括分别位于所述第一子侧壁和所述第二子侧壁表面的第一子清洗刷和第二子清洗刷。

具体来说，所述第一子侧壁与所述第二子侧壁在沿图2、图3中的Y轴方向分布于所述手臂本体12的相对两侧，所述第一子清洗刷与所述第二子清洗刷分别位于所述第一子侧壁、所述第二子侧壁表面，从而在单次清洗过程中，可以增大所述清洗刷22与所述凹槽11的接触面积，提高清洗效率。其中，所述第一子清洗刷与所述第二子清洗刷可以对应设置，也可以错开设置，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

为了简化制造工艺，优选的，所述清洗刷22包括沿所述手臂本体12的延伸方向排布的若干柔性的刷毛21，且所有刷毛21的长度相等。其中，所述刷毛21的具体材质，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

附图4是本实用新型具体实施方式中另一研磨液供给手臂的截面示意图。由于所述研磨垫10表面通常包括与所述研磨垫10同轴、且沿所述研磨垫10的径向方向依次排布的多条环形的凹槽11，为了在实现对多条凹槽11同步清洗的同时，进一步改善清洗效果，在其他具体实施方式中，如图4所示，所述清洗刷22还可以包括沿所述手臂本体12的延伸方向交替排布的第一刷毛部和第二刷毛部，所述第一刷毛部包括若干第一刷毛401，所述第二刷毛部包括若干长度小于所述第一刷毛401的第二刷毛402；在沿所述手臂本体12的延伸方向上，所述第一刷毛部的宽度W1与所述凹槽11的宽度相等，且所述第二刷毛部W2的宽度与相邻两条凹槽11之间的间隔区域的宽度相等。优选的，所述第一刷毛401和所述第二刷毛402之间的长度差与所述凹槽11的深度相等。

具体来说，所述手臂本体12沿X轴方向延伸，所述第一刷毛部与所述第二刷毛部沿X轴方向交替排列。所述第一刷毛401沿Z轴方向的长度大于所述第二刷毛402，且所述第一刷毛401与所述第二刷毛402沿Z轴方向的长度差与所述凹槽11的深度相等。所述第一刷毛部用于清洗所述凹槽11，所述第二刷毛部用于清洗所述研磨垫10表面。

不仅如此，本具体实施方式还提供了一种化学机械研磨装置，包括表面具有凹槽的研磨垫，还包括如上述任一项所述的研磨液供给手臂。

本具体实施方式提供的研磨液供给手臂及化学机械研磨装置，通过在研磨液供给手臂的手臂本体侧面设置清洗刷，且所述清洗刷沿竖直向下的方向延伸出所述手臂本体，使得所述研磨液供给手臂在实现研磨液供给功能的同时，还能通过所述清洗刷清除残留于研磨垫凹槽内的污染物，改善了研磨垫的清洗效果，有效避免了残留于凹槽内的污染物划伤晶圆，确保了晶圆产品的良率。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。