一种研磨液输出臂及稳定研磨速率的方法与流程

1.本发明涉及半导体加工设备技术领域，具体涉及一种研磨液输出臂及稳定研磨速率的方法。


背景技术：

2.半导体制造工艺流程中化学机械平坦化(chemical mechanical planarization,后简称cmp)的作用越来越重要，对设备的工艺性能要求也越来越高，在cmp工艺性能中最关键的因素便是晶圆表面形貌，晶圆表面形貌的平整度直接影响后续工艺制程并可能影响最终芯片的电气性能，因此有效改善晶圆表面形貌是cmp设备性能优化的最重要目标之一。
3.在进行晶圆研磨时，首先通过研磨液输出臂将研磨液输出到研磨垫上，然后由研磨垫调整器将研磨液均匀分布于研磨垫表面，使研磨液中的化学物质与晶圆表面材料发生化学反应，进而改变晶圆的表面形貌，研磨液可以使晶圆更容易被研磨，可以提高研磨速度和研磨效率，但研磨液与晶圆发生化学反应也会产生相应的副产物，而这些副产物沉积在研磨垫表面的沟槽结构中，会导致晶圆出现产品缺陷，也会降低研磨垫的使用寿命，故而需要通过研磨液输出臂输送高压水对研磨垫进行冲洗，将副产物清洗掉。
4.目前，研磨液输出臂一般是固定设置的，研磨液和高压水对研磨垫的覆盖范围有限，导致研磨液输出臂输出到研磨垫上的研磨液不能均匀分布，进而会影响晶圆的研磨速度和研磨效率，同时也会造成冲洗效果不佳的问题，影响后续晶圆的研磨效果。


技术实现要素：

5.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中研磨液输出臂位置固定，导致输出的研磨液不能均匀分布在研磨垫上、高压水冲洗范围小，影响研磨效率、清洗效果不佳的缺陷，从而提供一种能使研磨液更均匀分布在研磨垫上、高压水喷射幅度较大、清洗研磨垫效果较好的研磨液输出臂及稳定研磨速率的方法。
6.为此，本发明提供了一种研磨液输出臂，包括摆臂、回转组件和动力装置，所述摆臂设置在所述回转组件上，所述回转组件由所述动力装置驱动水平回转；所述摆臂上设置有至少一个第一研磨液喷嘴和至少一个高压水喷嘴，所述第一研磨液喷嘴和所述高压水喷嘴设置在所述摆臂的底部。
7.可选的，所述摆臂上设置有多个所述第一研磨液喷嘴和多个所述高压水喷嘴，多个所述第一研磨液喷嘴沿所述摆臂的长度方向间隔布置成一列，多个所述高压水喷嘴沿所述摆臂的长度方向间隔布置成一列。
8.可选的，多个所述第一研磨液喷嘴和多个所述高压水喷嘴在水平位置上相互交错。
9.可选的，所述摆臂上还设置有第二研磨液喷嘴，所述第二研磨液喷嘴设置在所述摆臂远离所述回转组件的一端，且所述第二研磨液喷嘴朝远离所述摆臂的方向张开。
10.可选的，所述高压水喷嘴喷出的液体呈喷雾状，所述第一研磨液喷嘴和所述第二
研磨液喷嘴喷出的液体呈液滴状。
11.可选的，所述摆臂内设置有研磨液管路和高压水管路，所述研磨液管路与所述第一研磨液喷嘴、所述第二研磨液喷嘴相通，所述高压水管路与所述高压水喷嘴相通。
12.可选的，所述回转组件包括旋转轴，所述旋转轴一端连接所述动力装置的输出端，另一端与所述摆臂相连接。
13.可选的，所述动力装置为摆动气缸。
14.一种稳定研磨速率的方法，包括以下步骤：
15.研磨垫开始转动；
16.所述研磨液输出臂摆动并输出研磨液，同时研磨垫调整器转动；
17.装载在研磨头上的晶圆与所述研磨垫接触，同时所述研磨头开始旋转，在研磨液作用下所述研磨头对所述晶圆进行研磨；
18.所述研磨头抬起离开所述研磨垫，所述研磨液输出臂停止输出研磨液，并开始输出高压水。
19.可选的，所述研磨垫的转速为90-110rpm/min，所述研磨头的转速为85-95rpm/min，所述研磨头对所述晶圆进行研磨的时间为45-55秒。
20.本发明具有以下优点：
21.1.本发明提供的研磨液输出臂，摆臂底部设置有至少一个第一研磨液喷嘴，第一研磨液喷嘴在输出研磨液到研磨垫时，摆臂在动力装置的驱动下会进行一定角度的水平回转，可以使第一研磨液喷嘴喷出的研磨液均匀分布在研磨垫上，稳定了晶圆的研磨速率且提高晶圆的研磨效率。
22.2.本发明提供的研磨液输出臂，高压水喷嘴喷出的液体呈喷雾状，喷出到研磨垫上的高压水散布范围广，冲击力强，具有较好的清洗效果。
23.3.本发明提供的研磨液输出臂，多个第一研磨液喷嘴和高压水喷嘴分别设置在两列，且第一研磨液喷嘴和高压水喷嘴在水平位置上交错设置，提高了摆臂底部的空间利用率，且可以增大研磨液和高压水的作用面积。
24.4.本发明提供的稳定研磨速率的方法，研磨液输出臂在输出研磨液时通过端部的第二研磨液喷嘴和底部的第一研磨液喷嘴同时输出研磨液，同时摆臂进行摆动，可使研磨液覆盖范围更广、分布更加均匀，进而晶圆研磨时可以一直与研磨液接触，使研磨速率保持稳定。
25.5.本发明提供的稳定研磨速率的方法，在进行晶圆研磨前，会使研磨液预流3-5秒，通过研磨垫调整器将研磨液分布至研磨垫上，使得晶圆在第一时间可以接触到研磨液，保证研磨速率的稳定，提高研磨效率。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施方式，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。
27.图1为本发明研磨液输出臂的布置示意图；
28.图2为本发明研磨液输出臂的结构示意图。
29.附图标记说明：
30.1-摆臂；2-第一研磨液喷嘴；3-高压水喷嘴；4-第二研磨液喷嘴；5-研磨液管路；6-高压水管路；7-旋转轴；8-摆动气缸；9-研磨垫；10-研磨头。
具体实施方式
31.下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
32.在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。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。
33.在本发明的描述中，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.此外，下面所描述的本发明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。
35.如图1-2所示为本发明提供的研磨液输出臂的优选实施例，其在输出研磨液和高压水时进行一定角度的水平转动，可以让研磨液在研磨垫9上均匀分布，也可以使高压水在研磨垫9上的覆盖面积更广，提升研磨和冲洗效果。
36.本发明的研磨液输出臂包括：摆臂1、回转组件和动力装置，回转组件由动力装置驱动进行水平回转，具体的，本实施例中动力装置为摆动气缸8，摆动气缸8可控制回转组件进行一定角度的回转。
37.摆臂1设置在所述回转组件上，回转组件包括旋转轴7，旋转轴7一端连接摆动气缸8的输出端，另一端与摆臂1相连接，摆动气缸8带动旋转轴7回转，进而带动摆臂1进行左右摆动。
38.摆臂1上设置有至少一个第一研磨液喷嘴2和至少一个高压水喷嘴3，第一研磨液喷嘴2和高压水喷嘴3的设置数量可根据摆臂1底部空间大小决定，本发明对此不做限制。第一研磨液喷嘴2和高压水喷嘴3均设置在摆臂1的底部。
39.在本实施例中，多个第一研磨液喷嘴2沿摆臂1的长度方向间隔布置成一列，且多个高压水喷嘴3沿摆臂1的长度方向间隔布置成一列，多个第一研磨液喷嘴2和多个高压水喷嘴3在水平位置上相互交错。具体的，本实施例中设置有五个第一研磨液喷嘴2和五个高压水喷嘴3，五个第一研磨液喷嘴2布置在一列，五个高压水喷嘴3布置在另一列，从摆臂1的宽度方向看，第一研磨液喷嘴2和高压水喷嘴3左右布置在两列，从摆臂1的长度方向看，第一研磨液喷嘴2和高压水喷嘴3为间隔交错布置。
40.为提升研磨效果，摆臂1上还设置有第二研磨液喷嘴4，第二研磨液喷嘴4设置在摆臂1远离回转组件的一端，且第二研磨液喷嘴4朝远离摆臂1的方向张开，第二研磨液喷嘴4数量为一个。
41.在摆臂1的内部还设置有研磨液管路5和高压水管路6，研磨液管路5与第一研磨液喷嘴2、第二研磨液喷嘴4相通，高压水管路6与高压水喷嘴3相通，通过研磨液管路5供给研磨液至第一研磨液喷嘴2、第二研磨液喷嘴4，通过高压水管路6供给高压水至高压水喷嘴3。高压水喷嘴3喷出的液体呈喷雾状，高压水喷嘴3输出的高压水主要用于清洗研磨垫9，喷出的高压水呈喷雾状其散布面积大，清洗效果好。第一研磨液喷嘴2和第二研磨液喷嘴4喷出的液体呈液滴状，第一研磨液喷嘴2和第二研磨液喷嘴4用于输出研磨液，喷出的研磨液不需要太高的压力和太大的流量，使研磨液呈液滴状滴落在研磨垫9上即可。
42.在摆臂1两侧还设置有防护盖板，通过防护盖板对内部的研磨液管路5、高压水管路6以及底部的第一研磨液喷嘴2和高压水喷嘴3进行防护。
43.本实施例还提供一种稳定研磨速率的方法，包括以下步骤：
44.(1)研磨垫9开始转动；
45.研磨垫9的转速为90-110rpm/min，具体的，本实施例中研磨垫9转速为100rpm/min。
46.在本步骤前，还可包括将晶圆装载在研磨头10上，并进入到研磨垫9上方，等待研磨晶圆的步骤。
47.(2)研磨液输出臂摆动并输出研磨液，同时研磨垫调整器转动；
48.研磨液输出臂输出研磨液至研磨垫9上，使研磨液预流3-5秒，具体的，本实施例中研磨液预流时间为5秒，研磨液输出臂在输出研磨液时还会进行一定角度范围内的摆动，摆动范围为研磨垫9的15-35格沟槽，具体的，本实施例中研磨液输出臂摆动范围设置为研磨垫9的25格沟槽，同时研磨垫调整器也开始摆动，将研磨液均匀分布在研磨垫9上。
49.(3)装载在研磨头10上的晶圆与研磨垫9接触，同时研磨头10开始旋转，在研磨液作用下，研磨头10对晶圆进行研磨；
50.晶圆由研磨头10下压至研磨垫9上，同时研磨头10开始旋转，转速为85-95rpm/min，具体的，本实施例中研磨头10转速为90rpm/min，晶圆与研磨垫9以及研磨液接触，在研磨液的辅助作用下，通过研磨垫9对晶圆进行研磨，研磨时间为45-55秒，具体的，本实施例研磨时间为50秒，在研磨过程中研磨液输出臂持续摆动并输出研磨液，保证晶圆在研磨时可以持续接触到研磨液，研磨液输出流量为130-135ml/min，具体的，本实施例中研磨液输出流量为130l/min。
51.(4)研磨头10抬起离开研磨垫9，研磨液输出臂停止输出研磨液，并开始输出高压水。
52.当晶圆在研磨完成后，需要对研磨垫9进行清洗，研磨头10抬起离开研磨垫9，将研磨完成的晶圆转至下一工序，研磨液输出臂停止输出研磨液，通过高压水管路输送高压水，对研磨垫9进行5-8秒的冲洗，具体的，本实施例中冲洗时间设置为8秒，通过高压水将沟槽中存留的副产物冲洗干净，以便于下一晶圆进行研磨工作。
53.在其他实施例中，摆臂1上也可不设置第二研磨液喷嘴4，通过底部设置的第一研磨液喷嘴2也可以使研磨液均匀分布在研磨垫9上。
54.在其他实施例中，设置在摆臂1底部的第一研磨液喷嘴2和高压水喷嘴3的数量可以为四个、六个、八个等，本发明不做具体限制。
55.在其他实施例中，可以调整研磨垫9的转速为90rpm/min、110rpm/min等，研磨头10的转速为85rpm/min、95rpm/min等，研磨头10对晶圆进行研磨的时间还可以为45秒、55秒等，摆臂1的摆动范围可以为研磨垫9的15格沟槽、20格沟槽、30格沟槽、35格沟槽等，研磨液预流时间可以为3秒、4秒等，研磨液输出流量可以为132l/min、135l/min等，高压水冲洗时间可以为5秒、6秒、7秒等。
56.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发明创造的保护范围之中。