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一种化学机械 研磨设备

阅读：260发布：2023-01-21

专利汇可以提供一种化学机械研磨设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于半导体机械研磨设备技术领域，尤其是一种化学机械研磨设备，针对现有研磨液供应管的研磨液供应位置比较单一，单靠转台旋转的离心力不能够确保研磨头下方的研磨垫上的研磨液能够均匀分布，而研磨液的分布不均匀将直接影响到研磨头的研磨效果，导致衬底研磨结果的不均匀等缺点，现提出如下方案，一种化学机械研磨设备，包括支撑底座，所述支撑底座呈中空结构，支撑底座的内腔通过支架固定有第一驱动装置，第一驱动装置的输出轴穿过支撑底座的上侧侧壁与转盘通过法兰盘连接，转盘的横截面呈圆形，竖截面呈矩形。该化学机械研磨设备其能够使得待研磨物件被研磨液充分浸透，进而使得其被均匀研磨，提高了均匀性和平整度。，下面是一种化学机械研磨设备专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种化学机械研磨设备，包括支撑底座(4)，其特征在于：所述支撑底座(4)呈中空结构，支撑底座(4)的内腔通过支架固定有第一驱动装置(18)，第一驱动装置(18)的输出轴穿过支撑底座(4)的上侧侧壁与转盘(5)通过法兰盘连接，转盘(5)的横截面呈圆形，竖截面呈矩形，且转盘(5)的上侧焊接有第一转动轴(15)，第一转动轴(15)远离转盘(5)的一端通过法兰盘与研磨装置(14)连接，且转盘(5)的上侧焊接有圆筒(16)，圆筒(16)上靠近转盘(5)的一端侧壁上开有出液孔(19)，第一转动轴(15)和研磨装置(14)均位于圆筒(16)的内腔内；
所述支撑底座(4)的一端上侧通过螺钉固定有第一立柱(6)，另一端上侧通过螺钉固定有第二立柱(2)，第一立柱(6)的侧壁上焊接有固定环(8)，固定环(8)内固定有研磨液存储罐(7)，研磨液存储罐(7)的出液端设置有蛇形放液管(9)，蛇形放液管(9)上设置有液体流量调节阀(10)，且蛇形放液管(9)的出液端伸至于圆筒(16)的进液端的正上方，第二立柱(2)的顶端焊接有横梁(1)，横梁(1)远离第二立柱(2)的一端通过螺钉固定有第二驱动装置(11)，第二驱动装置(11)的输出轴通过法兰盘与第二转动轴(12)的一端连接，第二转动轴(12)的另一端通过法兰盘与研磨头(13)连接，研磨头(13)位于研磨装置(14)的正上方，且待研磨物件(17)位于研磨头(13)和研磨装置(14)之间；
所述研磨装置(14)包括限流装置(141)、底盘(142)、放液孔(143)和研磨垫(144)，其中研磨垫(144)贴附于底盘(142)的上侧，限流装置(141)焊接在竖截面呈等腰梯形的底盘(142)的外圈侧壁上，其中限流装置(141)的横截面呈圆环状，放液孔(143)开于限流装置(141)上。
2.根据权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述支撑底座(4)的横截面和竖截面均呈矩形，且支撑底座(4)的底部四角均通过螺钉固定有移动滚轮，且支撑底座(4)的上侧外侧壁上冲压有供给研磨液流淌的凹槽。
3.根据权利要求1所述的化学机械研磨设备，其特征在于，所述第一驱动装置(18)和第二驱动装置(11)均采用电机，且第一驱动装置(18)和第二驱动装置(11)上均设置有减速器，且第一驱动装置(18)和第二驱动装置(11)的信号输入端均与PLC控制器连接，且两驱动装置的转向相同。
4.根据权利要求1所述的一种化学机械研磨设备，其特征在于，所述第二立柱(2)与第一立柱(6)互相平行，且第二立柱(2)与横梁(1)互相垂直，且第二立柱(2)上设置有升降装置(3)，升降装置(3)采用液压气缸，升降装置(3)的信号输入端与PLC控制器连接。
5.根据权利要求1所述的一种化学机械研磨设备，其特征在于，所述圆筒(16)的直径等于限流装置(141)外切圆的直径，且圆筒(16)上靠近转盘(5)的一端侧壁上开有5-10个出液孔(19)，出液孔(19)沿圆筒(16)的轴向方向均匀排布。
6.根据权利要求1所述的一种化学机械研磨设备，其特征在于，所述第一转动轴(15)、第二转动轴(12)、研磨头(13)和研磨装置(14)的中轴线位于同一直线上。
7.根据权利要求1所述的一种化学机械研磨设备，其特征在于，所述限流装置(141)的竖截面呈等腰梯形，其高度等于待研磨物件(17)的高度的二分之一。
8.根据权利要求1所述的一种化学机械研磨设备，其特征在于，所述底盘(142)的上侧壁与限流装置(141)的底端处于同一水平面上。
9.根据权利要求1所述的一种化学机械研磨设备，其特征在于，所述研磨头(13)的横截面呈圆形，竖截面呈矩形，且研磨头(13)的直径小于底盘(142)的直径。
10.根据权利要求1所述的一种化学机械研磨设备，其特征在于，所述第一立柱(6)的侧壁上焊接有2-3个固定环(8)，且固定环(8)的内侧壁上设有橡胶环。

说明书全文

一种化学机械研磨设备

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体机械研磨设备技术领域，尤其涉及一种化学机械研磨设备。

背景技术

[0002] 随着超大规模集成电路的飞速发展，集成电路制造工艺变得越来越复杂和精细。为了提高集成度，降低制造成本，元件的特征尺寸不断变小，芯片单位面积内的元件数量不断增加，平面布线已难以满足元件高密度分布的要求，只能采用多层布线技术利用芯片的垂直空间，进一步提高器件的集成密度。但多层布线技术的应用会造成衬底表面起伏不平，对图形制作极其不利，为此，常需要对衬底进行表面平坦化处理。

[0003] 目前，化学机械研磨法是达成全局平坦化的最佳方法，尤其在半导体制作工艺进入亚微米领域后，其已成为一项不可或缺的制作工艺技术。

[0004] 化学机械抛光是利用混有极小磨粒的化学溶液与加工表面发生化学反应来改变其表面的化学健，生成容易以机械方式去除的产物，再经机械摩擦去除化学反应物获得超光滑无损伤的平坦化表面的。

[0005] 但现有技术的化学机械研磨设备上研磨液供应管的研磨液供应位置比较单一，单靠转台旋转的离心力不能够确保研磨头下方的研磨垫上的研磨液能够均匀分布，而研磨液的分布不均匀将直接影响到研磨头的研磨效果，导致衬底研磨结果的不均匀，且现在市面上存在的设备多数结构较为复杂，体积庞大，在对其进行移动时极为不方便。

[0006] 公告号为CN201960447U提出的一种化学机械设备研磨设备其上通过增设传感器以及增设多路研磨液喷射管解决上述问题，其使得设备的结构难免变的更为复杂，使之造价变高。

[0007] 因此，我们急需设计一种化学机械研磨设备以解决上述问题。

发明内容

[0008] 本发明的目的是为了解决现有技术中存在的化学机械研磨设备上研磨液供应管的研磨液供应位置比较单一，单靠转台旋转的离心力不能够确保研磨头下方的研磨垫上的研磨液能够均匀分布，而研磨液的分布不均匀将直接影响到研磨头的研磨效果，导致衬底研磨结果的不均匀等缺点，而提出的一种化学机械研磨设备。

[0009] 为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

[0010] 一种化学机械研磨设备，包括支撑底座，所述支撑底座呈中空结构，支撑底座的内腔通过支架固定有第一驱动装置，第一驱动装置的输出轴穿过支撑底座的上侧侧壁与转盘通过法兰盘连接，转盘的横截面呈圆形，竖截面呈矩形，且转盘的上侧焊接有第一转动轴，第一转动轴远离转盘的一端通过法兰盘与研磨装置连接，且转盘的上侧焊接有圆筒，圆筒上靠近转盘的一端侧壁上开有出液孔，第一转动轴和研磨装置均位于圆筒的内腔内。

[0011] 所述支撑底座的一端上侧通过螺钉固定有第一立柱，另一端上侧通过螺钉固定有第二立柱，第一立柱的侧壁上焊接有固定环，固定环内固定有研磨液存储罐，研磨液存储罐的出液端设置有蛇形放液管，蛇形放液管上设置有液体流量调节阀，且蛇形放液管的出液端伸至于圆筒的进液端的正上方，第二立柱的顶端焊接有横梁，横梁远离第二立柱的一端通过螺钉固定有第二驱动装置，第二驱动装置的输出轴通过法兰盘与第二转动轴的一端连接，第二转动轴的另一端通过法兰盘与研磨头连接，研磨头位于研磨装置的正上方，且待研磨物件位于研磨头和研磨装置之间。

[0012] 所述研磨装置包括限流装置、底盘、放液孔和研磨垫，其中研磨垫贴附于底盘的上侧，限流装置焊接在竖截面呈等腰梯形的底盘外圈侧壁上，其中限流装置的横截面呈圆环状，放液孔开于限流装置上。

[0013] 优选的，所述支撑底座的横截面和竖截面均呈矩形，且支撑底座的底部四角均通过螺钉固定有移动滚轮，且支撑底座的上侧外侧壁上冲压有供给研磨液流淌的凹槽。

[0014] 优选的，所述第一驱动装置和第二驱动装置均采用电机，且第一驱动装置和第二驱动装置上均设置有减速器，且第一驱动装置和第二驱动装置的信号输入端均与PLC控制器连接，且两驱动装置的转向相同。

[0015] 优选的，所述第二立柱与第一立柱互相平行，且第二立柱与横梁互相垂直，且第二立柱上设置有升降装置，升降装置采用液压气缸，升降装置的信号输入端与PLC控制器连接。

[0016] 优选的，所述圆筒的直径等于限流装置外切圆的直径，且圆筒上靠近转盘的一端侧壁上开有5-10个出液孔，出液孔沿圆筒的轴向方向均匀排布。

[0017] 优选的，所述第一转动轴、第二转动轴、研磨头和研磨装置的中轴线位于同一直线上。

[0018] 优选的，所述限流装置的竖截面呈等腰梯形，其高度等于待研磨物件的高度的二分之一。

[0019] 优选的，所述底盘的上侧壁与限流装置的底端处于同一水平面上。

[0020] 优选的，所述研磨头的横截面呈圆形，竖截面呈矩形，且研磨头的直径小于底盘的直径。

[0021] 优选的，所述第一立柱的侧壁上焊接有2-3个固定环，且固定环的内侧壁上设有橡胶环。

[0022] 本发明有益效果：

[0023] 1.该化学机械研磨设备其上设置了由圆筒、限流装置、底盘、放液孔和研磨垫等部件构成的研磨装置，其能够使得待研磨物件被研磨液充分浸透，进而使得其被均匀研磨，提高了均匀性和平整度。

[0024] 2.该化学机械研磨设备其呈框架式结构，移动方便，，且其结构简单，避免了传感器等电子元件的加入，使得整个设备造价低，使用起来也更为方便，维护起来更为简单。附图说明

[0025] 图1为本发明提出的一种化学机械研磨设备的结构示意图；

[0026] 图2为本发明提出的一种化学机械研磨设备的支撑底座的内部结构示意图；

[0027] 图3为本发明提出的一种化学机械研磨设备的研磨装置的结构示意图；

[0028] 图4为本发明提出的一种化学机械研磨设备的研磨装置的俯视图；

[0029] 图5为本发明提出的一种化学机械研磨设备的圆筒的俯视图。

[0030] 图中：1横梁、2第二立柱、3升降装置、4支撑底座、5转盘、6第一立柱、7研磨液存储罐、8固定环、9蛇形放液管、10液体流量调节阀、11第二驱动装置、12第二转动轴、13研磨头、14研磨装置、15第一转动轴、16圆筒、17待研磨物件、18第一驱动装置、19出液孔、141限流装置、142底盘、143放液孔、144研磨垫。

具体实施方式

[0031] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

[0032] 参照图1、图2和图5，一种化学机械研磨设备，包括支撑底座4，支撑底座4呈中空结构，支撑底座4的内腔通过支架固定有第一驱动装置18，第一驱动装置18的输出轴穿过支撑底座4的上侧侧壁与转盘5通过法兰盘连接，转盘5的横截面呈圆形，竖截面呈矩形，且转盘5的上侧焊接有第一转动轴15，第一转动轴15远离转盘5的一端通过法兰盘与研磨装置14连接，且转盘5的上侧焊接有圆筒16，圆筒16上靠近转盘5的一端侧壁上开有出液孔19，第一转动轴15和研磨装置14均位于圆筒16的内腔内。

[0033] 支撑底座4的一端上侧通过螺钉固定有第一立柱6，另一端上侧通过螺钉固定有第二立柱2，第一立柱6的侧壁上焊接有固定环8，固定环8内固定有研磨液存储罐7，研磨液存储罐7的出液端设置有蛇形放液管9，蛇形放液管9上设置有液体流量调节阀10，且蛇形放液管9的出液端伸至于圆筒16的进液端的正上方，第二立柱2的顶端焊接有横梁1，横梁1远离第二立柱2的一端通过螺钉固定有第二驱动装置11，第二驱动装置11的输出轴通过法兰盘与第二转动轴12的一端连接，第二转动轴12的另一端通过法兰盘与研磨头13连接，研磨头13位于研磨装置14的正上方，且待研磨物件17位于研磨头13和研磨装置14之间。

[0034] 支撑底座4的横截面和竖截面均呈矩形，且支撑底座4的底部四角均通过螺钉固定有移动滚轮，且支撑底座4的上侧外侧壁上冲压有供给研磨液流淌的凹槽，第一驱动装置18和第二驱动装置11均采用电机，且第一驱动装置18和第二驱动装置11上均设置有减速器，且第一驱动装置18和第二驱动装置11的信号输入端均与PLC控制器连接，且两驱动装置的转向相同。

[0035] 第二立柱2与第一立柱6互相平行，且第二立柱2与横梁1互相垂直，且第二立柱2上设置有升降装置3，升降装置3采用液压气缸，升降装置3的信号输入端与PLC控制器连接，圆筒16的直径等于限流装置141外切圆的直径，且圆筒16上靠近转盘5的一端侧壁上开有5-10个出液孔19，出液孔19沿圆筒16的轴向方向均匀排布，第一转动轴15、第二转动轴12、研磨头13和研磨装置14的中轴线位于同一直线上，限流装置141的竖截面呈等腰梯形，其高度等于待研磨物件17的高度的二分之一，底盘142的上侧壁与限流装置141的底端处于同一水平面上，研磨头13的横截面呈圆形，竖截面呈矩形，且研磨头13的直径小于底盘142的直径，第一立柱6的侧壁上焊接有2-3个固定环8，且固定环8的内侧壁上设有橡胶环。

[0036] 参照图3-4，研磨装置14包括限流装置141、底盘142、放液孔143和研磨垫144，其中研磨垫144贴附于底盘142的上侧，限流装置141焊接在竖截面呈等腰梯形的底盘142的外圈侧壁上，其中限流装置141的横截面呈圆环状，放液孔143开于限流装置141上。

[0037] 工作原理：参照图1-5，使用时，通过控制升降装置3，使得研磨头13与研磨装置14之间的距离变大，然后再将待研磨物件17置于研磨装置14上，然后再次控制升降装置3，使得研磨头13压在待研磨物件17上，再启动第一驱动装置18和第二驱动装置11，然后通过调整液体流量调节阀10，使得研磨液从研磨液存储罐7内流出，并顺着蛇形放液管9流到圆筒16内，流到圆筒16内的研磨液在限流装置141的作用下将待研磨物件17淹没，限流装置141上开有放液孔143，进而使得多出来的研磨液流向圆筒16的底部，再从开于圆筒底部的出液孔19流出。

[0038] 研磨时，先将待研磨物件17的待研磨面向下附着在研磨头13上，通过在研磨头13上施加下压力，使衬底紧压到研磨装置14的研磨垫144上；然后，转盘5的转动使得研磨装置14转动，研磨头13也进行同向转动，实现机械研磨；同时，研磨液存放在研磨装置14上，利用转盘旋转的离心力分布在研磨垫144上，在待研磨物件17和研磨垫14之间形成一层液体薄膜，该薄膜与待研磨物件17的表面发生化学反应，生成易去除的产物，这一过程结合机械作用和化学反应将衬底表面的材料去除。

[0039] 以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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