CN222537326U - 一种修整装置及应用其的化学机械研磨设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及半导体加工技术领域，提供一种修整装置及应用其的化学机械研磨设备，包括修整器和保湿器，修整器包括呈椭球形结构的悬臂组件，悬臂组件包括悬臂主体部和悬臂盖合部，悬臂盖合部能够盖合悬臂主体部的第一开口，保湿器包括保湿喷头和保湿管路，保湿喷头呈椭圆形漏斗结构，保湿管路的工质通路的直径满足第一关系式和第二关系式，使得保湿液能够在悬臂组件的表面形成层流，并覆盖整个悬臂组件的表面，保证对悬臂组件的保湿效果和清洗效果，避免保湿液的溅射。本申请还提供一种化学机械研磨设备，包括上述修整装置。

Description

一种修整装置及应用其的化学机械研磨设备

技术领域

本申请涉及半导体加工技术领域，尤其是涉及一种修整装置及应用其的化学机械研磨设备。

背景技术

随着电子行业的飞速发展，半导体产品的需求量也与日俱增，在半导体的制备过程中，化学机械研磨是常用的晶圆平坦化方法之一，晶圆常采用化学机械研磨设备进行研磨，其研磨精度可达到原子级超高平整度。在研磨过程中，抛光液常会溅射到修整装置上，从而在修整装置上形成结晶影响抛光质量，因此，需要给修整装置进行实时清洗和保湿。

现有的修整装置中，常设置保湿器以对修整装置的修整器进行保湿和清洗，当利用保湿器进行清洗时，保湿液常会溅射到研磨头下方的研磨垫上稀释研磨液，从而对晶圆研磨造成影响，并且为了保证保湿和清洗效果，保湿器分别设置在修整器的上方、下方以及修整器的一侧，容易造成保湿液的浪费。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种修整装置及应用其的化学机械研磨设备，能够有效的防止保湿液在清洗修整器时发生溅射，提高保湿液利用率，减少保湿液浪费。

为达到上述目的及其他相关目的，本申请提供一种修整装置，应用于化学机械研磨设备，包括：

修整器，包括修整头组件和悬臂组件，所述修整头组件连接至所述悬臂组件的一端，所述修整头组件用于修整所述化学机械研磨设备的研磨垫，其中，所述悬臂组件呈椭球形结构；

保湿器，悬置于所述悬臂组件的上方，用于喷洒保湿液至所述悬臂组件的表面。

可选地，所述悬臂组件的椭球形结构具有相互垂直的第一直径、第二直径和第三直径，所述第一直径和所述第二直径平行于第一平面，所述第三直径垂直于所述第一平面；

其中，所述第一平面为所述修整头组件与所述研磨垫的接触面所在平面。

可选地，所述第二直径的长度与所述第一直径的长度的比值介于10％～25％，所述第三直径的长度与所述第一直径的长度的比值介于10％～25％。

可选地，所述第二直径的长度与所述第三直径的长度相等。

可选地，所述悬臂组件包括悬臂主体部、悬臂盖合部，并且所述悬臂组件中设置有第一空腔，所述第一空腔使所述悬臂主体部于靠近所述悬臂盖合部的一侧形成第一开口，所述悬臂盖合部盖合所述第一开口，以使所述第一空腔密封。

可选地，所述修整器还包括驱动组件，所述驱动组件连接至所述悬臂组件远离所述修整头组件的一端。

可选地，所述保湿器包括：

保湿管路，所述保湿管路中设置有工质通路，用于为保湿液提供流动通路；

保湿喷头，位于所述悬臂组件的上方，所述保湿喷头连接至所述保湿管路，并与所述工质通路连通，以将所述保湿液喷洒至所述悬臂组件的表面。

可选地，将所述工质通路的直径记为d，所述工质通路直径d满足第一关系式Re＝ρνd/μ和第二关系式Sλ≤πd²ν/4；

其中，Re为雷诺数，ρ为所述保湿液的密度，ν为所述保湿液于所述工质通路中的流速，μ为所述保湿液的粘度系数，S为所述悬臂组件椭球形结构的表面积，λ为所述保湿液的毛细长度，并且，Re≤2000。

可选地，所述保湿喷头为椭圆形漏斗结构，所述悬臂组件位于所述保湿喷头的喷洒区域内，所述喷洒区域为所述保湿喷头的椭圆形漏斗结构的侧壁延长线所围成的区域。

本申请还提供一种化学机械研磨设备，包括研磨装置、机台装置以及前述实施方式所述的任一种修整装置；

其中，所述机台装置包括研磨垫，所述研磨装置位于所述研磨垫的上方并用于研磨晶圆，所述修整装置位于所述研磨垫的上方并用于修整所述研磨垫。

本申请提供的修整装置及应用其的化学机械研磨设备，至少具有以下有益效果：

本申请的修整装置，包括修整器和保湿器，修整器包括呈椭球形结构的悬臂组件，悬臂组件的椭球形结构具有第一直径、第二直径和第三直径，通过控制第二直径与第一直径的比值以及第三直径与第一直径的比值，使得悬臂组件内能够形成满足安装需求的第一空腔，同时保证悬臂组件的椭球结构具有平缓的表面，使得保湿器喷洒的保湿液能够在悬臂组件的表面形成层流，避免保湿液的溅射，保证悬臂组件的保湿效果和清洗效果；悬臂组件包括悬臂主体部和悬臂盖合部，悬臂盖合部能够可拆卸的盖合悬臂主体部的第一开口，能够便于悬臂组件以及其他辅助零件的拆卸和安装；保湿器包括保湿喷头和保湿管路，保湿喷头呈椭圆形漏斗结构，使得保湿液能够完全喷洒于悬臂组件表面，减少了保湿液的浪费；保湿管路的工质通路的直径满足第一关系式和第二关系式，从而保证保湿液能够在悬臂组件的表面形成层流，并同时保证对悬臂组件的保湿效果和清洗效果。因此，本实施例的修整装置能够保证对整个悬臂组件表面的保湿效果和清洗效果，有效地减少研磨垫上残留研磨液结晶的风险，并且易于拆卸和安装，方便了对化学机械研磨设备的保养。本申请提供的化学机械研磨设备包括前述实施方式中的任一种修整装置，因此同样具有上述实施方式的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1显示为本申请实施例一提供的修整装置的结构示意图。

图2a显示为图1所示的修整装置中悬臂组件的主视图。

图2b显示为图1所示的修整装置中悬臂组件的俯视图。

图3显示为图1所示的修整装置中悬臂组件的结构示意图。

图4显示为图3所示的悬臂组件中悬臂主体部的俯视图。

图5显示为图1所示的修整装置中保湿喷头的主视图。

图6显示为图5所示的保湿喷头的仰视图。

图7显示为本申请实施例二提供的化学机械研磨设备的结构示意图。

附图标记：

1、修整装置；11、修整器；111、修整头组件；112、悬臂组件；1121、悬臂主体部；1122、悬臂盖合部；1123、第一空腔；1124、第一开口；1125、密封环；113、驱动组件；12、保湿器；121、保湿喷头；122、保湿喷管；1221、工质通路；2、机台装置；21、研磨平台；211、研磨垫；22、传动部；23、驱动部；3、研磨装置；31、研磨部；32、研磨液传输部。

具体实施方式

为使本申请的技术目的、技术方案和技术效果更加清楚，下面将结合实施例对本申请中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。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。此外，术语“第一”、“第二”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，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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。

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。另外，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”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。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方式或示例。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方式或示例中以合适的方案结合。

在现有的对晶圆进行研磨的半导体工艺设备中，化学机械研磨设备是常用的一种研磨设备，化学机械研磨设备中设有修整装置，以对化学机械研磨设备的研磨垫进行修整，修整装置中，修整器用于对研磨垫进行修整，保湿器用于对修整器进行保湿和清洁。现有的修整装置中，在对修整器进行保湿和清洗时，保湿液常会发生溅射，使得位于研磨头下方的研磨液发生稀释，对晶圆研磨造成影响，并且，为了保证对修整器的保湿和清洗效果，保湿器分别设置在修整器的上方、下方以及修整器的一侧，容易造成保湿液的浪费，并且保湿器喷洒的保湿液无法完全覆盖整个悬臂组件表面，增加了悬臂组件表面研磨液残留结晶的风险，悬臂组件表面的研磨液结晶可能会随着保湿液溅射至研磨垫上，增加了研磨垫上残留研磨液结晶的风险；同时，在对化学机械研磨设备进行保养时，需要拆卸保湿器，妨碍了设备保养工作的进行。

针对现有技术中的上述缺陷，本申请提供一种修整装置及应用其的化学机械研磨设备，以解决上述缺陷。现通过具体实施例并结合附图详细描述本申请。

实施例一

本实施例提供一种修整装置1，应用于化学机械研磨设备，参照图1，包括修整器11和保湿器12。

本实施例的修整装置1中，修整器11包括修整头组件111和悬臂组件112，修整头组件111连接至悬臂组件112的一端，修整头组件111位于化学机械研磨设备的研磨垫211的上方，使用时，修整头组件111与研磨垫211接触以对研磨垫211进行修整，悬臂组件112悬置于研磨垫211的上方，用于支撑并调整修整头组件111的位置，可选地，悬臂组件112整体呈椭球形结构。保湿器12设置在修整器11的上方，保湿器12中流通有保湿液，并能够喷洒保湿液至悬臂组件112的表面。保湿器12喷洒的保湿液能够在修整器11悬臂组件112的表面形成层流，从而覆盖整个悬臂组件112的表面，实现对修整器11悬臂组件112的保湿和清洗。

参照图2a和图2b，本实施例中，悬臂组件112的椭球形结构具有彼此相互垂直的第一直径、第二直径和第三直径，第一直径、第二直径和第三直径分别与椭球形结构的长轴、中轴和短轴相对应(参见附图2a和图2b中的虚线)。将修整头组件111与研磨垫211的接触面记为第一平面，第一直径和第二直径均平行于第一平面，第一直径的延伸方向为悬臂组件112椭球形结构的纵向延伸方向，第三直径垂直于第一平面，第三直径的延伸方向为修整头组件111朝向研磨垫211的方向。通过调整第一直径的尺寸，能够使悬臂组件112的尺寸与研磨垫211的尺寸相配合，使得修整头能够通过悬臂组件112对研磨垫211的不同位置进行修整。

在可选实施例中，第二直径的长度与第一直径的长度的比值介于10％～25％，第三直径的长度与第一直径的长度的比值介于10％～25％，并且，第二直径的尺寸可以大于第三直径的尺寸，也可以小于第三直径的尺寸。通过调整第二直径和第三直径的尺寸，能够使悬臂组件112内形成满足安装需求的空腔，以安装辅助零件，同时保证悬臂组件112的椭球形结构具有较平缓的表面，以减少保湿液的溅射，并使保湿液充分覆盖悬臂组件112的表面。进一步地，第二直径与第三直径相等，例如，在一些具体实施例中，第一直径为60cm，第二直径和第三直径均为10cm。需要说明的是，第一直径、第二直径和第三直径的尺寸，在不违背本申请技术构思的前提下，可以根据实际需要进行适应性的设置，本实施例并非以此为限。

参照图3和图4，本实施例中，悬臂组件112中设置有第一空腔1123，用于安装化学机械研磨设备的辅助零件，可选地，辅助零件可以包括电线、传动带。悬臂组件112包括悬臂主体部1121和悬臂盖合部1122，悬臂盖合部1122位于悬臂主体部1121的上方，可选地，第一空腔1123可以位于悬臂主体部1121中，或者第一空腔1123部分位于悬臂主体部1121中，另一部分位于悬臂盖合部1122中。第一空腔1123使得悬臂主体部1121于靠近悬臂盖合部1122的一侧形成第一开口1124，第一开口1124与第一空腔1123连通，悬臂盖合部1122能够盖和第一开口1124，以使第一空腔1123密封，可选地，悬臂盖合部1122能够卡和至悬臂主体部1121以盖合第一开口1124。通过使悬臂盖合部1122可拆卸连接至悬臂主体部1121，能够便于悬臂组件112的拆卸和安装，并利于化学机械研磨设置辅助零件的安装和拆卸。

在可选实施例中，悬臂组件112还包括密封环1125，密封环1125呈椭圆形环状结构，并环绕第一开口1124设置在悬臂主体部1121上方，当悬臂盖合部1122盖和第一开口1124时，密封环1125位于悬臂盖合部1122与悬臂主体部1121之间，提高了第一空腔1123的密封效果。

修整头组件111包括修整本体部和修整头，修整本体部的一端连接至悬臂组件112，远离悬臂组件112的一端连接至修整头，可选地，修整头包括修整层，修整层位于修整头远离修整本体部的一侧，进一步地，修整层为金刚石盘层。使用时，修整层与研磨垫211接触，以对研磨垫211进行修整。

参照图1，本实施例中，修整器11还包括驱动组件113，用于为修整器11工作提供驱动力，驱动组件113连接至悬臂组件112远离修整头组件111的一端，可选地，驱动组件113包括摆动电机和旋转电机，摆动电机用于为悬臂组件112摆动提供驱动力，通过摆动电机能够驱动悬臂组件112发生摆动，以调整修整器11的位置，旋转电机用于为修整器11修整研磨垫211提供驱动力，进一步地，悬臂组件112中设置有传动带，旋转电机通过传动带带动修整头转动，以对研磨垫211进行修整。

保湿器12包括保湿喷头121和保湿管路122，保湿喷头121设置在悬臂组件112的上方，保湿喷头121连接至保湿管路122，保湿管路122用于传输保湿液，保湿液通过保湿喷头121能够喷洒至悬臂组件112的表面。可选地，保湿管路122中设置有用于传输保湿液的工质通路1221，工质通路1221与保湿喷头121连通；进一步地，保湿液为去离子水。

在可选实施例中，将工质通路1221的直径记为d，将第一直径、第二直径、第三直径分别记为d1、d2和d3，将悬臂组件112椭球形结构的长轴半径记为a，中轴半径记为b，短轴半径记为c，则a＝0.5d1，b＝0.5d2，c＝0.5d3，工质通路1221的直径d满足第一关系式和第二关系式，第一关系式为Re＝ρνd/μ，第二关系式为Sλ≤πd²ν/4，其中，ρ为保湿管路122中流通的保湿液的密度，ν为保湿液于工质通路1221中的流速，μ为保湿液的粘度系数，S为悬臂组件112椭球形结构的表面积，悬臂组件112椭球形结构表面积S＝(4/3)π(ab+ac+bc)，λ为保湿液的毛细长度，毛细长度为流体受表面张力与重力相当时的流体的特征长度，Re为雷诺数，雷诺数为表征流体流动情况的无量纲量，可选地，Re≤2000。当雷诺数取值为小于或等于2000的数值时，经保湿喷头121喷洒出的保湿液能够在悬臂组件112的表面形成层流，并覆盖悬臂组件112椭球形结构的整个表面，能够有效的防止清洗过程中保湿液发生溅射，降低了悬臂组件112表面的研磨液残留结晶的风险。

参照图5和图6，在可选实施例中，保湿喷头121为椭圆形漏斗结构，保湿喷头121椭圆形漏斗结构的侧壁延长线所围成的区域为保湿喷头121的喷洒区域，可选地，悬臂组件112位于保湿喷头121的喷洒区域内，进一步地，保湿喷头121椭圆形漏斗结构的侧壁延长线与悬臂组件112的表面相切。通过将保湿喷头121设置为椭圆形漏斗结构，并使保湿喷头121椭圆形漏斗结构的侧壁延长线与悬臂组件112的表面相切，使得经保湿喷头121喷洒的保湿液能够完全喷洒在悬臂组件112的表面，并覆盖悬臂组件112的上表面，以利于保湿液在悬臂组件112表面形成层流，之后保湿液自悬臂组件112的上表面流向悬臂组件112的下表面，直至完全覆盖悬臂组件112下表面，多余的保湿液于悬臂组件112椭球形结构的最下方处自悬臂组件112表面流出，有效地防止了保湿液溅射至研磨垫211上，同时能够保证悬臂组件112的保湿与清洁效果，降低了研磨垫211上残留研磨液结晶的风险，并节约了保湿液的使用，避免了资源的浪费。

本实施例提供的修整装置1，包括修整器11和保湿器12，修整器11包括呈椭球形结构的悬臂组件112，悬臂组件112的椭球形结构具有第一直径、第二直径和第三直径，通过控制第二直径与第一直径的比值以及第三直径与第一直径的比值，使得悬臂组件112内能够形成满足安装需求的第一空腔1123，同时保证悬臂组件112的椭球结构具有平缓的表面，使得保湿器12喷洒的保湿液能够在悬臂组件112的表面形成层流，避免保湿液的溅射，保证悬臂组件112的保湿效果和清洗效果；悬臂组件112包括悬臂主体部1121和悬臂盖合部1122，悬臂盖合部1122能够可拆卸的盖合悬臂主体部1121的第一开口1124，能够便于悬臂组件112以及其他辅助零件的拆卸和安装；保湿器12包括保湿喷头121和保湿管路122，保湿喷头121呈椭圆形漏斗结构，且保湿喷头121椭圆形漏斗结构的侧壁延长线与悬臂组件112的表面相切，使得保湿液能够完全喷洒于悬臂组件112表面，减少了保湿液的浪费；保湿管路122的工质通路1221的直径满足第一关系式和第二关系式，从而保证保湿液能够在悬臂组件112的表面形成层流，并同时保证对悬臂组件112的保湿效果和清洗效果。因此，本实施例的修整装置1能够保证对整个悬臂组件112表面的保湿效果和清洗效果，有效地减少研磨垫211上残留研磨液结晶的风险，并且易于拆卸和安装，方便了对化学机械研磨设备的保养。

实施例二

本实施例提供一种化学机械研磨设备，应用于晶圆研磨工艺中，包括研磨装置3、机台装置2以及前述实施方式中的任一种修整装置1。

参数图7，机台装置2包括自上向下依次设置的研磨平台21、传动部22和驱动部23，传动部22的一端连接至研磨平台21，并能够带动研磨平台21发生转动，传动部22远离研磨平台21的一端连接至驱动部23，驱动部23能够驱动传动部22转动，从而带动研磨平台21转动，可选地，研磨平台21上设置有用于研磨晶圆的研磨垫211，研磨垫211设置在研磨平台21远离传动部22的一侧，使用时，研磨垫211能够跟随研磨平台21发生转动，以对晶圆进行研磨。

研磨装置3包括用于进行晶圆研磨的研磨部31以及用于传输研磨液的研磨液传输部32，研磨液传输部32能够将研磨液喷洒于研磨垫211上，研磨部31包括研磨头，研磨头位于研磨平台21的上方，研磨头靠近研磨平台21的一侧吸附有晶圆，使用时，研磨液分布于研磨垫211表面，研磨头朝向研磨垫211移动，以使晶圆与研磨垫211接触，从而对晶圆进行研磨。

修整装置1设置在研磨垫211上方，可以在晶圆研磨过程中或者晶圆研磨之前，对研磨垫211进行修整。修整装置1的保湿器12能够对修整器11进行保湿，当研磨液溅射到修整装置1的悬臂组件112上时，保湿器12通过喷洒保湿液对悬臂组件112表面的研磨液进行冲洗，防止研磨液在悬臂组件112表面结晶并落在研磨垫211上，降低研磨垫211残留研磨液结晶的风险。

本实施例提供的化学机械研磨设备，包括前述实施方式中的任一种修整装置1，因此同样具有前述实施方式的有益效果。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰、改变或组合。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种修整装置，应用于化学机械研磨设备，其特征在于，包括：

修整器，包括修整头组件和悬臂组件，所述修整头组件连接至所述悬臂组件的一端，所述修整头组件用于修整所述化学机械研磨设备的研磨垫，其中，所述悬臂组件呈椭球形结构；

保湿器，悬置于所述悬臂组件的上方，用于喷洒保湿液至所述悬臂组件的表面。

2.根据权利要求1所述的修整装置，其特征在于，所述悬臂组件的椭球形结构具有相互垂直的第一直径、第二直径和第三直径，所述第一直径和所述第二直径平行于第一平面，所述第三直径垂直于所述第一平面；

其中，所述第一平面为所述修整头组件与所述研磨垫的接触面所在平面。

3.根据权利要求2所述的修整装置，其特征在于，所述第二直径的长度与所述第一直径的长度的比值介于10％～25％，所述第三直径的长度与所述第一直径的长度的比值介于10％～25％。

4.根据权利要求2所述的修整装置，其特征在于，所述第二直径的长度与所述第三直径的长度相等。

5.根据权利要求1所述的修整装置，其特征在于，所述悬臂组件包括悬臂主体部、悬臂盖合部，并且所述悬臂组件中设置有第一空腔，所述第一空腔使所述悬臂主体部于靠近所述悬臂盖合部的一侧形成第一开口，所述悬臂盖合部盖合所述第一开口，以使所述第一空腔密封。

6.根据权利要求1所述的修整装置，其特征在于，所述修整器还包括驱动组件，所述驱动组件连接至所述悬臂组件远离所述修整头组件的一端。

7.根据权利要求1所述的修整装置，其特征在于，所述保湿器包括：

保湿管路，所述保湿管路中设置有工质通路，用于为保湿液提供流动通路；

保湿喷头，位于所述悬臂组件的上方，所述保湿喷头连接至所述保湿管路，并与所述工质通路连通，以将所述保湿液喷洒至所述悬臂组件的表面。

8.根据权利要求7所述的修整装置，其特征在于，将所述工质通路的直径记为d，所述工质通路直径d满足第一关系式Re＝ρνd/μ和第二关系式Sλ≤πd²ν/4；

其中，Re为雷诺数，ρ为所述保湿液的密度，ν为所述保湿液于所述工质通路中的流速，μ为所述保湿液的粘度系数，S为所述悬臂组件椭球形结构的表面积，λ为所述保湿液的毛细长度，并且，Re≤2000。

9.根据权利要求7所述的修整装置，其特征在于，所述保湿喷头为椭圆形漏斗结构，所述悬臂组件位于所述保湿喷头的喷洒区域内，所述喷洒区域为所述保湿喷头的椭圆形漏斗结构的侧壁延长线所围成的区域。

10.一种化学机械研磨设备，其特征在于，包括研磨装置、机台装置以及如权利要求1～9中任一项所述的修整装置；

其中，所述机台装置包括研磨垫，所述研磨装置位于所述研磨垫的上方并用于研磨晶圆，所述修整装置位于所述研磨垫的上方并用于修整所述研磨垫。