一种抛光液供给装置和化学机械抛光设备的制作方法

1.本发明涉及化学机械抛光技术领域，尤其涉及一种抛光液供给装置和化学机械抛光设备。


背景技术：

2.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，芯片制造涉及芯片设计、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。
3.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压于抛光垫上表面，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；同时，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。
4.抛光液供给装置是化学机械抛光的重要组成部分，其将抛光液供给至抛光垫的上表面。抛光液滴落位置与晶圆的去除速率及抛光液的利用率有关，需要通过调节抛光液供给臂的摆动角度来调整抛光液供给位置。
5.现有技术的抛光液供给臂是由手动实现摆动，停机后才能由人工将其从工作位移回维护位，会影响其他机构工作。抛光液供给臂与固定基座通过定位柱销实现连接与脱开，由于定位柱销与固定基座的槽孔之间需要设置较大的间隙，当外部环境变化或机台有震动时，因间隙的存在，抛光液供给臂会产生晃动而使抛光液滴落位置不准确，并且抛光液供给臂复位位置的一致性存在偏差，即每次复位都不在同一个位置，导致抛光液落点位置不统一而影响抛光效果。


技术实现要素：

6.本发明实施例提供了一种抛光液供给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。
7.本发明实施例的第一方面提供了一种抛光液供给装置，包括：
8.转轴，其连接驱动机构以实现双向的自动旋转；
9.基座组件，套设于所述转轴的外周侧，起到支撑固定作用；
10.摆臂，其连接于所述转轴的顶部并可由转轴驱动实现双向摆动；
11.抛光液供给管，其经由所述转轴向上延伸并沿所述摆臂的长度方向设置；
12.限位组件，用于在工作位和维护位限定所述摆臂的位置；
13.标尺机构，用于在所述摆臂位于工作位时指示由所述抛光液供给管流下的抛光液落点的位置信息。
14.在一个实施例中，所述基座组件具有沿其长度方向贯通的基座孔，转轴同轴设置于所述基座孔中，转轴的顶部伸出所述基座孔并具有向外延伸的悬臂，悬臂与摆臂连接。
15.在一个实施例中，所述限位组件包括用于在工作位限定所述摆臂的第一限位机构和用于在维护位限定所述摆臂的第二限位机构。
16.在一个实施例中，所述第一限位机构包括定位件和落点调节件，落点调节件为可调件，通过调节落点调节件与定位件之间的相对位置能够改变摆臂的旋转角度。
17.在一个实施例中，所述落点调节件可调节伸缩量从而调节转轴的旋转范围进而改变抛光液的落点。
18.在一个实施例中，所述定位件固定于所述基座组件的顶部，落点调节件与所述悬臂连接并可随转轴旋转，落点调节件移动至与定位件接触以进行限位。
19.在一个实施例中，所述落点调节件安装在所述基座组件的顶部，定位件与所述悬臂连接。
20.在一个实施例中，所述标尺机构包括分别设于所述摆臂和基座组件上的指示线和刻度线。
21.在一个实施例中，所述驱动机构为气动摆台。
22.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、粘接在抛光盘上的抛光垫、吸附晶圆并带动晶圆旋转的承载头、修整抛光垫的修整器、以及向抛光垫表面提供抛光液的如上所述的抛光液供给装置。
23.本发明实施例的有益效果包括：解决了抛光液落点晃动和复位后抛光液落点位置不一致的问题。
附图说明
24.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：
25.图1为本发明一实施例提供的化学机械抛光设备的结构示意图；
26.图2为本发明一实施例提供的抛光液供给装置的立体图；
27.图3为本发明一实施例提供的不含壳体及抛光液供给管的抛光液供给装置的立体图；
28.图4为图3的俯视图；
29.图5为图3的剖视图；
30.图6示出了抛光液供给装置的工作过程；
31.图7示出了抛光液供给装置位于维护位的一实施例；
32.图8示出了抛光液供给装置位于工作位的一实施例；
33.图9示出了抛光液供给装置位于工作位的另一实施例；
34.图10示出了抛光液供给装置位于工作位的又一实施例。
具体实施方式
35.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，本技术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技术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。
36.此外，还需要说明的是，本技术中使用的例如前、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。
37.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。
38.在本技术中，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。
39.如图1所示，本发明一实施例提供的化学机械抛光设备1包括抛光盘10、粘接在抛光盘10上的抛光垫20、吸附晶圆并带动晶圆旋转的承载头30、修整抛光垫20的修整器40、以及向抛光垫20表面提供抛光液的抛光液供给装置50。
40.在抛光开始前，机械手将晶圆搬运至存片部处，承载头30从存片部装载晶圆后沿抛光盘10的径向移动至抛光盘10的上方。在化学机械抛光过程中，承载头30将晶圆按压在抛光盘10表面覆盖的抛光垫20上，抛光垫20的尺寸大于待抛光的晶圆的尺寸，例如为晶圆尺寸的1.2倍或更大，由此保证均匀地对晶圆进行抛光。承载头30做旋转运动以及沿抛光盘10的径向往复移动使得与抛光垫20接触的晶圆表面被逐渐抛除，同时抛光盘10旋转，抛光液供给装置50向抛光垫20表面喷洒抛光液。在抛光液的化学作用下，通过承载头30与抛光盘10的相对运动使晶圆与抛光垫20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20之间流动，抛光液在抛光垫20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20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。在抛光期间，修整器40用于对抛光垫20表面形貌进行修整和活化。使用修整器40可以移除残留在抛光垫20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20表面形变进行平整化，保证了在抛光期间抛光垫20表面形貌的一致性，进而使抛光去除速率保持稳定。在抛光完成后，承载头30吸附晶圆以将其放置在存片部上，机械手从存片部取得晶圆后将晶圆运送至后处理单元。
41.在抛光过程中，需要对抛光液的落点进行准确控制。下面参考图2至图10描述根据本发明实施例的抛光液供给装置50。
42.如图2至图10所示，根据本发明实施例的抛光液供给装置50，包括：
43.转轴52，其连接驱动机构51以实现双向的自动旋转；
44.基座组件54，套设于转轴52的外周侧，起到支撑固定作用；
45.摆臂60，其连接于转轴52的顶部并可由转轴52驱动实现双向摆动；
46.抛光液供给管，其经由转轴52向上延伸并沿摆臂60的长度方向设置；
47.限位组件，用于在工作位和维护位限定摆臂60的位置；
48.标尺机构80，用于在摆臂60位于工作位时指示由抛光液供给管流下的抛光液落点的位置信息。
49.本发明实施例在驱动机构51和限位组件共同作用下，可以实现摆臂60在工作位的定位，且不会晃动，解决了抛光液落点晃动和复位后落点位置不一致的两个问题。同时增加了维护位的定位功能，解决了维护时摆臂60无定位的问题，维护时不再需要辅助人员，方便了现场人员操作。
50.如图2所示，在一个实施例中，驱动机构51连接转轴52，转轴52连接摆臂60，转轴52外设有基座组件54，基座组件54固定在安装平台上。抛光盘10也固定在安装平台上。
51.在一个实施例中，驱动机构51为自动转动机构，不需要人工手动转动，具体可为气动摆台或电动转台。驱动机构51设置在抛光液供给装置50的底部，驱动机构51通过转轴52可以自动驱动顶部的摆臂60顺时针或逆时针双向摆动，以此可以控制摆臂60将其固定在两个位置：工作位和维护位。
52.如图6所示，工作位为化学机械抛光设备1执行化学机械抛光作业时摆臂60的位置，在抛光盘10上方区域。维护位为摆臂60在抛光盘10以外区域，以便于实施预防性维护保养。
53.如图2所示，在一个实施例中，为了防止抛光液或清洗液溅射至抛光液供给装置50的内部，保证其内部的传动部件的正常运行，特在摆臂60的上部配置壳体。同时，壳体的设置也能够防止内部的润滑油或其他杂物游离至抛光液供给装置50的外侧而引起抛光环境的污染。
54.如图5所示，在一个实施例中，基座组件54具有沿其长度方向贯通的基座孔55，转轴52同轴设置于基座孔55中。
55.如图3和图4所示，转轴52的顶部伸出基座孔55并具有向四周延伸的悬臂53，悬臂53与摆臂60连接。摆臂60在转轴52的带动下实现摆动，以调节设置于摆臂60上侧的抛光液供给管末端的位置，从而控制抛光液落点。
56.如图5所示，在一个实施例中，基座组件54包括基座56和固定轴57。基座56固定在安装平台上，固定轴57与基座56固定连接并向上延伸。基座56为柱状结构，其中部配置有沿长度方向设置的基座孔55，抛光液供给管穿过基座孔55。固定轴57位于基座56上方，固定轴57为内部设置通孔的柱状结构。
57.如图5所示，在一个实施例中，抛光液供给装置50还包括套筒58，套筒58的上端与摆臂60相连且与摆臂60相对静止。套筒58可转动地设在固定轴57的外部，并位于基座56上方，套筒58可在摆臂60的带动下相对基座组件54转动。
58.如图5所示，在一个实施例中，固定轴57与套筒58之间通过轴承59连接。
59.如图3和图4所示，在一个实施例中，摆臂60包括杆部62及环部61，两者一体成型，环部61同心设置于套筒58的顶面，环部61设于转轴52顶部的外圈，环部61与悬臂53连接。
60.如图5所示，抛光液供给装置50中的转动部件包括：驱动机构51、转轴52、摆臂60、轴承外圈以及套筒58，这些部件依次连接实现共同运动。
61.抛光液供给装置50中起到支撑固定作用并且保持不动的部件包括：基座56、固定轴57以及轴承内圈。
62.如图7至图10所示，在一个实施例中，限位组件包括用于在工作位限定摆臂60的第一限位机构和用于在维护位限定摆臂60的第二限位机构。
63.其中，第一限位机构包括定位件71和落点调节件72，落点调节件72为可调件，通过调节落点调节件72与定位件71之间的相对位置，可以改变摆臂60的旋转角度。落点调节件72可以由可伸缩的、弧形或锥形等能够改变位置的方式实现。具体地，调节落点调节件72，直至摆臂60摆至所需位置，将落点调节件72锁紧，该位置便可固定下来。
64.作为一种可实施方式，定位件71固定于基座组件54的顶部，落点调节件72与悬臂53连接并可随转轴52旋转，落点调节件72移动至与定位件71接触以进行限位，落点调节件72可调节伸缩量从而调节转轴52的旋转范围进而改变抛光液的落点。
65.具体地，定位件71固定于固定轴57的顶面，落点调节件72与悬臂53螺纹连接，如图8所示，摆臂60逆时针旋转带动落点调节件72移动，落点调节件72与定位件71抵住实现限位。
66.落点调节件72可以由螺杆实现，其与定位件71接触的一端为弧形。通过旋进旋出螺杆，可调节螺杆伸出悬臂53一侧的长度，改变与螺杆连接的悬臂53距定位件71的距离，从而改变摆臂60的旋转角度。
67.作为另一种可实施方式，落点调节件72安装在基座组件54的顶部，定位件71与悬臂53连接。
68.在一个实施例中，第二限位机构可以为定位销73，定位销73设置在基座组件54的顶部，具体地，定位销73固定在固定轴57的顶面，
69.如图7所示，驱动机构51顺时针转动时，带动摆臂60顺时针摆动，转轴52顶部的悬臂53与定位销73贴紧，此时摆臂60被固定在维护位。
70.如图8和图9所示，驱动机构51逆时针转动时，带动摆臂60逆时针摆动，落点调节件72与定位件71贴紧，此时摆臂60被固定在工作位。
71.如图7至图10所示，在一个实施例中，标尺机构80包括分别设于摆臂60和基座组件54上的指示线81和刻度线82，用于指示相对位置。具体地，指示线81设在摆臂60的环部61的顶面、刻度线82设在固定轴57的顶面，或者，指示线81设在固定轴57的顶面、刻度线82设在摆臂60的环部61的顶面。
72.其中，刻度线82用于指示当前位置下抛光液落点距抛光盘中心的距离l。
73.如图7至图10所示，在固定轴57顶面上刻有刻度线82，范围在100-160之间，摆臂60上刻有指示线81。刻度线82和指示线81的位置，可以根据图6所示的抛光盘10中心和转轴52中心的相对位置准确的计算出来。当摆臂60上的指示线81与某一个刻度线82重合时，该刻度线82的读数就是此时抛光液落点的位置，即图6中所示的抛光液落点到抛光盘中心的距离l。图8中所示的状态为抛光液落点在100mm的位置。如果工艺有需求，需要调整抛光液落点的位置，例如抛光液落点的位置需要从100mm调整到140mm。只需要调整落点调节件72与悬臂53配合螺纹的旋合长度，将摆臂60上的指示线81与读数为140的刻度线82重合即可。图9中所示的状态为抛光液落点在140mm的位置。
74.其中，指示线81和刻度线82以及相关定位零件都是通过机加工得到，理论计算精度和加工精度足够高，可以解决手动量取抛光液落点位置不准确的问题。
75.进一步地，如图10所示，实际使用中抛光液供给装置50可能会提供多路抛光液，例
如切换到第2路抛光液时，抛光液落点的相对位置与第1路不同。如图10所示，“s1”、“s2”指示出了两路抛光液落点的位置信息。
76.具体地，根据抛光盘10中心位置、转轴52中心位置以及两路抛光液落点的相对位置，在摆臂60上计算出第2路抛光液落点位置对应的指示线位置，记为“s2”。第1路抛光液落点位置对应的指示线记为s1。如图10所示，当指示线s2与某一个刻度线82重合时，该刻度线82的读数就是此时第2路抛光液落点的位置。图10所示状态为第2路抛光液落点在120的位置。同理，依次可以设置“s3”、“s4”指示线的位置，用于确定第3路、第4路抛光液落点的位置。
77.综上，本发明实施例提供的抛光液供给装置50可以实现以下几个功能：
78.1.在位位置精确，抛光液落点的实际位置与理论位置一致，无偏差；
79.2.工作时抛光液落点固定，不晃动；
80.3.维护或者其他操作后摆臂60的复位位置一致，抛光液落点位置统一；
81.4.增加了维护位，方便机台维护时的操作。
82.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。
83.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。
84.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。