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研磨液滴定装置

文献发布时间:2023-06-19 18:37:28


研磨液滴定装置

技术领域

本申请涉及晶圆研磨技术领域,具体涉及一种研磨液滴定装置。

背景技术

化学机械抛光(CMP),是半导体基板(Substrates)表面加工的关键技术之一。化学机械抛光能使基板表面变得更加平坦,并且还具有加工成本低及加工方法简单的优势,因而成为目前最为普遍的半导体材料表面平整技术。

在基板抛光过程中,其主要的工艺步骤为:首选研磨头吸附基板并将基板放置于研磨垫上,然后通过研磨头对基板实行下压力,与此同时,研磨液通过输送系统供应到研磨垫上,研磨垫和研磨头同向但不同轴转动,研磨液随研磨垫到达研磨头下的基板的下方,研磨液里的颗粒物对基板进行研磨抛光。

在基板抛光过程中,研磨液的使用和分布在化学机械抛光中起到决定性的作用,研磨液在化学机械抛光中主要的用途在于:首先通过氧化还原反应使基板表面形成软化层(Soft Layer),然后通过研磨液中的颗粒物对基板表面进行机械性研磨抛光,完成抛光工艺后。

为了提高研磨液在研磨垫上的分布均匀性,有设计一种研磨液滴定装置,如图1至图3所示,此研磨液滴定装置中的研磨液滴定结构为长方体或带有弧形的长方体结构,其内部有设有供研磨液流通的研磨液管路。研磨液滴定结构的末端(图2左侧所示)与设备端的机械控制臂相连通,以便研磨液滴定结构可以由机械控制臂控制做弧形运动,进而将研磨液滴定结构调整在研磨垫上方的最佳位置。研磨液滴定结构的头部位置(图2右侧所示),设计有凸出的圆柱形管路结构,其中设有四条滴定管路,四条滴定管路分别连通四条研磨液管路。此种研磨液滴定装置的优点在于:可在不同的研磨工艺过程使用不同的研磨液而无需更换研磨液滴定装置。(如图2所示)其中,研磨液滴定管路的下表面与研磨垫的上表面保持一定位置高度(Height),其中高度范围为3mm≤Height≤10mm,通过机械控制臂装置,调整研磨液的滴定范围,以确保研磨液可以有效的进入研磨头内实现基板的抛光研磨工艺。

但此种研磨液滴定装置所面临的主要问题包含:

由于研磨垫随研磨盘做圆周运动,滴定在研磨垫表面的研磨液大部分受到离心力的影响而被甩出,只有少部分研磨液参与到基板的研磨抛光工艺过程,从而降低研磨液的实际使用效率。

鉴于现有技术中的缺陷,有必要设计一种新的研磨液滴定装置。

申请内容

因此,本申请要解决的技术问题在于克服现有的滴定机构滴定于研磨垫上的研磨液实际使用率的缺陷,从而提供一种研磨液滴定装置。

为解决上述技术问题,本申请的技术方案如下:

一种研磨液滴定装置,包括:

研磨液滴定结构,其下方设有研磨液滴定腔,所述研磨液滴定腔适于和研磨垫上表面形成容纳研磨液的腔室,研磨液滴定结构上开设有与所述研磨液滴定腔连通、适于供研磨液进入所述研磨液滴定腔内的研磨液滴定口;

压板结构,包括位于所述研磨液滴定腔内的压板;

驱动结构,适于驱动所述压板在所述研磨液滴定腔内做往复运动。

进一步地,所述研磨液滴定腔的侧壁连续且均与所述研磨垫表面相接触,适于将研磨液约束于所述腔室内。

进一步地,所述研磨液滴定腔的侧壁和所述研磨垫表面的接触压力为0.1psi-0.2psi。

进一步地,所述压板的下表面和所述研磨垫上表面之间具有间隙,所述间隙的高度小于或等于0.5mm。

进一步地,所述压板和所述研磨液滴定腔均呈方形,所述压板的其中两个侧边和所述研磨液滴定腔对应侧壁之间的距离小于或等于1mm。

进一步地,所述压板上设有贯通所述压板上下表面的通孔。

进一步地,所述压板的下底面的周边设有向内侧倾斜的压板倒角。

进一步地,所述研磨液滴定腔侧壁的下底面的内侧设有向所述研磨液滴定腔内倾斜的内倒角。

进一步地,所述研磨液滴定结构设有位于所述研磨液滴定腔的顶壁上且呈直线型的通槽,所述驱动结构穿过所述通槽连接所述压板结构。

进一步地,所述研磨液滴定口设有多个,且均开设于所述研磨液滴定腔的顶壁上;多个所述研磨液滴定口位于所述通槽的一侧或相对两侧。

本申请技术方案,具有如下优点:

1.本申请提供的研磨液滴定装置,具一定粘度的研磨液自研磨液滴定口进入研磨液滴定腔后,被腔室收纳,不随研磨垫的转动而被甩出,可提高研磨液的使用率,同时,研磨液在压板的往复运动中被均匀涂布于研磨垫表面,提高研磨液在研磨垫表面的分布均匀性。另外,研磨液未被直接滴定在研磨垫上,而是经研磨液滴定装置均布后被不断的输送至基板和研磨垫之间,进而可提高研磨液的使用效率和研磨液对基板的化学机械抛光效果。

2.本申请提供的研磨液滴定装置,压板倒角可在压板往复运动过程中,将研磨液推向研磨液滴定腔的周边,保证研磨液滴定腔对应的研磨垫表面均有研磨液分布。

3.本申请提供的研磨液滴定装置,内倒角可在研磨垫转出研磨液滴定腔的过程中,对沟槽内的研磨液进行刮涂,进一步提高沟槽内的研磨液的分布均匀性。

4.本申请提供的研磨液滴定装置,压板上的通孔可避免研磨液与压板的下表面之间形成吸附张力,使压板在腔室内的的水平移动更加顺畅。

5.本申请提供的研磨液滴定装置,研磨液滴定腔的侧壁连续并均与研磨垫表面相接触,且研磨液滴定腔的侧壁和研磨垫表面的接触压力为0.1psi-0.2psi,既能保证研磨垫的正常转动,又能保证在研磨垫转动过程中,滴定于研磨液滴定腔对应的研磨垫表面的研磨液不会甩出。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本申请的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的研磨液滴定装置示意图;

图2为现有的研磨液滴定装置与研磨垫的示意图;

图3为现有的研磨头与研磨垫转动配合过程的示意图;

图4为本申请的研磨液滴定装置在基板研磨抛光系统中的位置示意图;

图5为本申请的研磨液滴定装置与抛光垫的配合示意图;

图6为本申请中的研磨液滴定结构与压板结构和驱动结构的配合示意图;

图7为本申请中的研磨液滴定结构的示意图;

图8为本申请中的压板结构的示意图;

图9为本申请中的研磨液滴定结构与压板和研磨垫配合的示意图;

图10为本申请中的驱动结构的示意图。

附图标记说明:

1、研磨液滴定装置;11、驱动结构;12、研磨液滴定结构;121、研磨液滴定腔;122、研磨液滴定口;123、通槽;124、腔室;125、内倒角;13、压板结构;131、通孔;132、压板倒角;2、研磨头;21、研磨头保持环;3、研磨垫表面;4、修整器;5、UPW管路;6、机械控制臂;7、连接杆;8、卡箍夹持结构。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,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,都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外,下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

如图4所示,基板化学机械抛光系统包括研磨垫、研磨头2、布置于研磨垫3表面的研磨液滴定装置1和修整器4以及UPW(超洁净水)管路5。

如图4至图10所示,本实施例提供一种研磨液滴定装置1,用以向研磨垫3表面滴定研磨液,并让研磨液均匀分布于研磨垫3表面,包括研磨液滴定结构12、压板结构13以及驱动结构11。

研磨液滴定结构12的一侧连接于设备端的机械控制臂6上。在本实施例中,研磨液滴定结构12通过卡箍夹持结构8连接于机械控制臂6上,当然,研磨液滴定结构12也可通过卡轴形成卡接于机械控制臂6上,在此不做具体限定。

研磨液滴定结构12可由机械控制臂6控制,移动到研磨垫3表面上的目标位置。另外,机械控制臂6还可控制研磨液滴定结构12与研磨垫3表面之间的接触压力在0.1psi-0.5psi,防止研磨液滴定结构12与研磨垫3表面的接触压力过大,妨碍研磨垫3的转动。如图5所示,在本实施例中,研磨液滴定结构12的纵长尺寸不能小于研磨头保持环21的尺寸,具体地,研磨液滴定结构12的纵长尺寸不能小于研磨头保持环21的直径,优选地,研磨液滴定结构12的纵长尺寸与研磨头保持环21的直径基本一致,以便研磨液的覆盖范围与基板的尺寸基本一致,进而提高研磨液的使用效率,避免因为研磨液滴定结构12的纵长尺寸过大,导致研磨液浪费,同时避免因为研磨液滴定结构12的纵长尺寸小于研磨头保持环21的直径,导致部分基板下方没有研磨液,从而无法对基板进行有效研磨。

研磨液滴定结构12的下方设有研磨液滴定腔121,研磨液滴定腔121适于和研磨垫3表面形成容纳研磨液的腔室124。在本实施例中,研磨液滴定腔121呈长方形,研磨液滴定腔121的侧壁连续且均与研磨垫3表面相接触,适于将研磨液约束于腔室124内,研磨液滴定腔121的侧壁与研磨垫3表面的接触压力在0.1psi-0.5psi。由于研磨液被约束于腔室124内,具粘性的研磨液不会随研磨垫的转动而被甩出,进而可降低研磨液的浪费率和提高研磨液的使用效率。另外,为了既能保证研磨垫的转动顺畅性,又能将研磨液约束在腔室124内,而不会随研磨垫的转动从研磨液滴定腔121的侧壁流出腔室124,研磨液滴定腔121的侧壁连续且均与研磨垫3表面相接触,接触压力为0.1psi-0.2psi。腔室124内的研磨液进入研磨垫3表面上的沟槽内,随着研磨垫相对研磨液滴定结构12运动,研磨液随沟槽到达研磨头2下的基板的底面,借助研磨液中的颗粒物对基板的表面进行机械抛光。特别地,在研磨液滴定腔121侧壁的下底面的内侧设有向研磨液滴定腔121内倾斜的内倒角125,这样一来,在研磨垫相对研磨液滴定结构12转动运动过程中,内倒角125可对沟槽内的研磨液进行刮涂,提高研磨液在沟槽内的分布均匀性。

当然,为了方便根据需要随时向腔室124内滴定研磨液,研磨液滴定结构12上还开设有与研磨液滴定腔121相连通且适于供研磨液进入研磨液滴定腔121内的研磨液滴定口122。在本实施例中,研磨液滴定口122设有四个,且均开设于研磨液滴定腔121的顶壁上,以便根据不同的工艺需求,经由研磨液滴定口122向腔室124内滴入不同的研磨液,实现相应的基板抛光。

研磨液滴定结构12还设有位于研磨液滴定腔121的顶壁上且呈直线型的通槽123。四个研磨液滴定口122交错等间距设置于通槽123的两相对侧,这样以来,在研磨液滴定腔121的纵长方向(如图7中的箭头所示)上,研磨液能初步实现滴入位置的均衡化。当然,四个研磨液滴定口122也可设置于通槽123的同一侧,并且,研磨液滴定口122的数量也可不为四个,具体数量根据实际需要设置即可,在此不做具体要求。

压板结构13包括位于研磨液滴定腔121内的压板。在本实施例中,压板呈方形,压板上设有贯通压板上下表面的通孔131,具体地,通孔131呈长条状,通孔131的设置可避免研磨液与压板的下表面之间形成吸附张力,使压板在腔室124内的的水平移动更加顺畅。在图9的视角下,驱动结构11的连接杆7沿直线型的通槽123运动进而带动压板在腔室124内从左向右做水平往复运动,使腔室124内的研磨液移动并在研磨垫3表面上均匀分布。在图9视角下,压板的左右两个侧边和研磨液滴定腔121对应侧壁之间的距离小于或等于1mm,以最大幅度的带动研磨液在研磨垫3表面滑动使研磨液在研磨垫3表面上均匀分布。当然,为了避免压板与研磨液滴定腔121对应侧壁发生碰撞,压板的前述两个侧边和研磨液滴定腔121对应侧壁之间的距离也不宜为零,这就需要通过通槽123的两端与研磨液滴定腔121顶壁的两端之间的距离来控制。另外,压板的下底面的周边设有向研磨液滴定腔121的侧壁倾斜的压板倒角132,压板倒角132可对研磨液形成刮涂效应,方便压板的下底面的周边可以有效的推动研磨液向腔室124的周边运动,提高研磨液在研磨垫3表面上的分布均匀性。当然,压板的下表面和研磨垫3表面之间具有间隙,这样一来,压板不会与研磨垫3表面直接接触产生摩擦,从而避免影响压板的往复运动或缩短研磨垫3的使用寿命,在本实施例中,前述间隙的高度小于或等于0.5mm,以便压板能更好的将研磨液均匀抹开于研磨垫3表面,如果间隙过大,部分处于低位的研磨液无法得到推抹,如果间隙过小,则研磨垫3表面上的研磨液厚度过小,影响研磨垫3表面与基板之间的研磨液的量,进而影响对基板的化学机械抛光效果。

驱动结构11适于驱动压板在研磨液滴定腔121内做往复运动。在本实施例中,驱动结构11的连接杆7的一端与压板螺纹连接,另一端与水平移动滑台相连。在图9视角下,水平移动滑台带动连接杆7、与连接杆7固定连接的压板从左向右做水平往复运动。在本实施例中,水平移动滑台为气动滑台。在本实施例中,水平移动滑台的位移量程所选取的最大移动位移为250mm,以满足压板的往复运动量程,当然,水平移动滑台的最大移动位移也可以为其他数值,具体根据研磨液滴定腔121的尺寸和压板的往复运动量程来决定。在本实施例中,水平移动滑台与设备端的机械控制臂6顶部相连接,以便能由机械控制臂6控制水平移动滑台做弧形摆动,以与研磨液滴定结构12的位置相适应,可扩大研磨液滴定结构12在研磨垫3表面上设置的范围,进而可扩大研磨液在研磨垫3表面上均匀分布的范围。

下面介绍本实施例中的研磨液滴定装置1的工作过程:

通过机械控制臂6将研磨液滴定结构12和水平移动滑台定位到研磨垫3表面上的目标位置,此过程中,研磨垫3处于静止状态;

通过研磨液输送管道(未图示)经由研磨液滴定口122向研磨液滴定腔121内滴入研磨液,在此过程中,研磨垫3处于静止状态,且研磨液预流时间为7s-10s,这样一来,可以在腔室124内形成有效的研磨液堆积厚度,以便腔室124对应的研磨垫3表面始终有研磨液存留;

研磨液预流结束后,开启驱动结构11,带动压板在研磨液滴定腔121内水平往复运动,压板的底面将研磨液抹开于研磨垫3表面,在往复运动过程中,压板倒角132将压板的侧边与对应侧壁之间的研磨液向研磨液滴定腔121的对应侧壁推动,避免研磨液滴定腔121的周边处没有研磨液分布,这样一来,通过压板在研磨液滴定腔121内的往复运动,让研磨液均匀分布于研磨垫3表面,经研磨液滴定装置1均布后的研磨液被不断的输送至基板和研磨垫3之间,进而可提高研磨液的使用效率和研磨液对基板的化学机械抛光效果;

基板研磨过程中,研磨垫3转动,研磨垫3表面在自研磨液滴定腔121转出过程中,内倒角125,尤其是研磨液滴定腔121的纵长侧壁对应的内倒角125对研磨垫3表面上的沟槽内的研磨液再次进行刮涂,进一步提高沟槽内的研磨液的分布均匀性,沟槽内和研磨垫3表面上研磨液被带入研磨头2下方的基板底面,通过研磨垫和基板的相对运动,对基板进行化学机械抛光;

完成化学机械抛光结束后,研磨液结束滴定;

使用超洁净水或去离子水对研磨垫3进行冲刷,以去除在基板研磨过程中的所产生的的颗粒污染物,在本实施例中,如图4所示,研磨液滴定装置1位于UPW管路5之后,且与UPW管路5呈夹角设置,夹角朝研磨垫3的中心,在UPW管路5朝向研磨液滴定装置1冲洗研磨垫的过程中,由于研磨液滴定腔121的侧壁连续且与研磨垫3表面完全接触,一来,可以阻止大量UPW冲洗形成的污水流向研磨头2下方的研磨基板区域,二来,可以防止污水与新进入研磨液滴定腔121内的研磨液混合而导致研磨液被污染。

显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。

技术分类

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