化学机械抛光机及具有它的化学机械抛光设备

摘要

本发明公开一种化学机械抛光机，包括：工作平台，抛光盘，修整器和抛光液输送装置，装卸平台，抛光头，机械手，和抛光头支架，所述抛光头支架安装在工作平台上表面上且包括水平基板和支撑侧板，所述水平基板形成有在其厚度方向上贯通的凹槽，所述凹槽在水平基板的纵向一端敞开且朝向水平纵向另一端延伸，所述支撑侧板分别与水平基板相连且分别位于所述凹槽的横向两侧用于支撑水平基板，其中水平基板的所述纵向一端在纵向上延伸超出所述支撑侧板以构成悬臂端，所述悬臂端伸到所述抛光盘的上方。本发明的化学机械抛光机结构简单，加工方便，生产效率高。本发明还提出具有上述化学机械抛光机的化学机械抛光设备。

权利要求

1.一种化学机械抛光机，其特征在于，包括：

工作平台；

抛光盘，所述抛光盘安装在所述工作平台上表面上；

修整器和抛光液输送装置，所述修整器和抛光液输送装置分别安装在工作平台的上表面上且位于抛光盘附近；

抛光头支架，所述抛光头支架安装在工作平台上表面上且包括水平基板和支撑侧板，所述水平基板形成有在其厚度方向上贯通的凹槽，所述凹槽在水平基板的纵向一端敞开且朝向水平基板的纵向另一端延伸，所述支撑侧板分别与水平基板相连且分别位于所述凹槽的两侧用于支撑水平基板，其中所述水平基板的所述纵向一端在所述水平基板的纵向上延伸超出所述支撑侧板以构成悬臂端，所述悬臂端伸到所述抛光盘的上方；

装卸平台，所述装卸平台安装在所述工作平台上且位于所述水平基板下方并与所述抛光盘相对，其中抛光头支架的凹槽的纵向中心线通过抛光盘和装卸平台的中心；

抛光头，所述抛光头可旋转且沿所述水平基板的纵向可移动地设置在所述抛光头支架上并穿过所述凹槽向下伸出；和机械手，所述机械手设置在工作平台附近用于将晶片放置到装卸平台上和从装卸平台上取走晶片。

2.根据权利要求1所述的化学机械抛光机，其特征在于，在所述抛光头支架的上表面上在所述凹槽的两侧分别设有导轨，所述抛光头通过承架可移动地设置在导轨上。

3.根据权利要求2所述的化学机械抛光机，其特征在于，所述承架的下表面上的两侧分别设有滑块，所述承架通过滑块设置在所述导轨上。

4.根据权利要求2所述的化学机械抛光机，其特征在于，在所述承架上设有用于驱动抛光头旋转的驱动电机。

5.根据权利要求1所述的化学机械抛光机，其特征在于，在所述抛光头支架上设有用于驱动抛光头沿所述水平基板的纵向移动的液压缸或伺服电机。

6.根据权利要求1所述的化学机械抛光机，其特征在于，所述水平基板为U形，所述支撑侧板通过焊接或螺栓连接安装到所述水平基板上。

7.根据权利要求1所述的化学机械抛光机，其特征在于，所述支撑侧板包括上板部和连接在上板部下端的下板部，所述上板部从所述水平基板的底面分别向外倾斜且所述下板部从所述上板部的下端竖直向下延伸，其中所述上板部和下板部一体形成或通过焊接或螺栓连接相连。

8.一种化学机械抛光设备，其特征在于，包括排列在一起的多个化学机械抛光机，其中所述化学机械抛光机为根据权利要求1-7中任一项所述的化学机械抛光机。

9.根据权利要求8所述的化学机械抛光设备，其特征在于，所述多个化学机械抛光机共用一个机械手和/或一个工作平台。

10.根据权利要求8所述的化学机械抛光设备，其特征在于，所述多个化学机械抛光机排列成多排，且相邻两排以背靠背或面对面的方式组合。

说明书

化学机械抛光机及具有它的化学机械抛光设备

技术领域

[0001] 本发明涉及化学机械抛光设备领域，尤其是涉及一种化学机械抛光机及具有它的化学机械抛光设备。

背景技术

[0002] 大规模集成电路生产过程中，对晶片上的沉积物进行平坦化是一道必需且频繁的工序。目前，完成这一道工序主要采用化学机械抛光(CMP)工艺。化学机械抛光机是完成
这道工序的主要设备。

[0003] 传统的化学机械抛光机通常包括工作平台，安装在工作平台上的三个抛光盘、装卸平台、四个抛光头和十字形抛光头支架。十字形抛光头支架的四个悬臂相邻两个互相垂
直且分别可以吸附一个抛光头。每个抛光头吸附的晶片需要依次在三个抛光盘上进行抛
光。装卸平台上方的抛光头吸附待抛光晶片等待进行抛光。当有一片晶片完成抛光后，抛
光头支架旋转90度，吸附此晶片的抛光头转到装卸平台上面，另外三个抛光头吸附各自的
晶片转到下一个抛光盘的上方，开始下一道抛光工序。传统抛光机在使用中，每个抛光头装卸晶片都要从抛光盘上方移动到装卸平台上方。在晶片装卸时，每个抛光头的中心和装卸
平台的中心需要对齐，并且进行抛光的三个抛光头需要分别与桑格抛光盘中心对齐，因此
控制精度要求高，而且传统抛光机的十字形抛光头支架重量大，结构复杂，要求精度高，制造困难，成本高，并且四个悬臂上的抛光头相互影响，例如，如果一个抛光头或其携带的晶片出现问题，必须停机，因此效率低。十字形抛光头支架的悬臂对抛光头支架的旋转位置误差有放大作用，所以晶片装卸对抛光头支架的控制精度要求非常高。抛光头支架每次旋转
的造成的误差都会不同，这又使调整抛光头位置的难度增加。

发明内容

[0004] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种结构简单、加工简单、控制精度要求降低、生产效率高的化学机械抛光机。本发明的另一目的在于提出一种具有上述化学机械抛光机的化学机械抛光设备。

[0005] 根据本发明的化学机械抛光机包括：工作平台；抛光盘，所述抛光盘安装在所述工作平台上表面上；修整器和抛光液输送装置，所述修整器和抛光液输送装置分别安装在
工作平台的上表面上且位于抛光盘附近；抛光头支架，所述抛光头支架安装在工作平台上
表面上且包括水平基板和支撑侧板，所述水平基板形成有在其厚度方向上贯通的凹槽，所
述凹槽在水平基板的纵向一端敞开且朝向水平纵向另一端延伸，所述支撑侧板分别与水平
基板相连且分别位于所述凹槽的横向两侧用于支撑水平基板，其中所述水平基板的所述纵
向一端在纵向上延伸超出所述支撑侧板以构成悬臂端，所述悬臂端伸到所述抛光盘的上
方；

[0006] 装卸平台，所述装卸平台安装在所述工作平台上且位于所述水平基板下方并与所述抛光盘相对，其中抛光头支架的凹槽的纵向中心线通过抛光盘和装卸平台的中心；抛光
头，所述抛光头可旋转且沿纵向可移动地设置在所述抛光头支架上并穿过所述凹槽向下伸
出；和机械手，所述机械手设置在工作台附近用于将晶片放置到装卸平台上和从装卸平台
上取走晶片。

[0007] 根据本发明的化学机械抛光机，结构简单、加工简单、控制精度要求降低、生产效率高。

[0008] 另外，根据本发明的化学机械抛光机还可以具有如下附加的技术特征：

[0009] 在抛光头支架的上表面上在所述凹槽的横向两侧分别设有导轨，所述抛光头通过承架可移动地设置在导轨上。

[0010] 所述承架的下表面上的横向两侧分别设有滑块，所述承架通过滑块设置在所述导轨上。

[0011] 在承架上设有用于驱动抛光头旋转的驱动电机。

[0012] 在所述抛光头支架上设有用于驱动抛光头沿纵向移动的液压缸或伺服电机。

[0013] 所述水平基板为U形，所述支撑侧板通过焊接或螺栓连接安装到所述水平基板上。

[0014] 所述支撑侧板包括上板部和连接在上板部下端的下板部，所述上板部从所述水平基板的底面分别向外倾斜且所述下板部从所述上板部的下端竖直向下延伸，其中所述上板
部和下板部一体形成或通过焊接或螺栓连接相连。

[0015] 本发明的另一方面提出一种化学机械抛光设备，包括排列在一起的多个化学机械抛光机，其中所述化学机械抛光机为上述化学机械抛光机。

[0016] 所述多个化学机械抛光机共用一个机械手和/或一个工作平台。

[0017] 所述多个化学机械抛光机排列成多排，且相邻两排以背靠背或面对面的方式组合。

[0018] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

[0019] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

[0020] 图1是根据本发明实施例的化学机械抛光机的立体示意图；

[0021] 图2是图1所示化学机械抛光机的跳台式抛光头支架的立体示意图；

[0022] 图3是根据本发明一个实施例的化学机械抛光设备的立体示意图；

[0023] 图4是根据本发明另一实施例的化学机械抛光设备的平面示意图；

[0024] 图5是根据本发明再一实施例的化学机械抛光设备的平面示意图。

具体实施方式

[0025] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0026] 在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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而不是要求本发明必须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。

[0027] 下面参考附图描述根据本发明实施例的化学机械抛光机100。

[0028] 如图1所示，根据本发明实施例的化学机械抛光机100包括工作平台1、一个抛光盘2、一个修整器3、一个抛光液输送装置4、一个装卸平台5、一个抛光头6、一个抛光头支架
9、和一个机械手13。

[0029] 在本发明一个实施例中，如图1和2所示，抛光头支架9包括水平基板91和支撑侧板92。水平基板91上形成有凹槽910，凹槽910在水平基板91的厚度方向上贯通水平
基板91，且凹槽910在水平基板91的纵向一端敞开且朝向水平基板91的纵向另一端延伸。
换言之，凹槽910的一端敞开而另一端封闭。

[0030] 两个支撑侧板92分别与水平基板91相连，在本发明的一个具体示例中，支撑侧板92的上端分别与水平基板91的底面相连。两个支撑侧板92在横向上分别位于凹槽910的
两侧，水平基板91的左端沿纵向延伸超出支撑侧板92的左侧，从而水平基板91的左端构
成悬臂端。水平基板91的右端可以延伸出支撑侧板92，也可以与它们平齐。根据本发明实
施例的抛光头支架类似于跳台的形式，因此也可以成为跳台式抛光头支架。支撑侧板92的
底表面位于同一水平面上，由此当支撑侧板92安装到化学机械抛光机100的工作平台1，可
以保证水平基板91水平。

[0031] 根据本发明实施例的抛光头支架9，结构简单，制造容易，并且使用抛光头支架9的抛光机的控制精度要求降低，降低了成本，抛光效率高。

[0032] 在本发明的一个实施例中，水平基板91为U形，凹槽910的封闭端为弧形。支撑侧板92包括上板部921和连接在上板部921下端的下板部922。两个支撑侧板92的上板
部921分别从水平基板91的底面向外倾斜，且下板部922从上板部921的下端竖直向下延
伸。下板部922与上板部921可以一体形成。可选地，下板部922可以单独制成后，然后与
上板部921焊接或螺栓连接。

[0033] 在本发明的一些实施例中，支撑侧板92可以通过焊接或螺栓连接到水平基板91的底面上。可选地，支撑侧板92也可以焊接或螺栓连接在水平基板91的横向两侧面上。

[0034] 根据本发明实施例的抛光头支架9，对零件刚度和防腐的要求比较高，在本发明的一个示例中，抛光头支架9的材料可选用不锈钢，也可选用其他硬度比较高的材料并喷防腐涂层。从加工和材料整体考虑，优选用不锈钢焊接成抛光头支架9。

[0035] 工作平台1例如为大体矩形框体。抛光盘2安装在工作平台1上表面的左侧。装卸平台5安装在工作平台1上表面的右侧并且与抛光盘2相对。修整器3和抛光液输送装
置4安装在抛光盘2的旁边的适当位置上，并且修整器3和抛光液输送装置4的自由端伸
入到抛光盘2上方，修整器3用于对晶片进行修整，抛光液输送装置4用于向抛光盘2上方
输送抛光液。

[0036] 抛光头支架9安装在工作平台1上，且抛光头支架9的水平基板91的悬臂端延伸到抛光盘2的上面。装卸平台5安装在工作平台1的上表面上并且位于在抛光头支架9下
方、两个支撑侧板92之间。优选地，抛光盘2和装卸平台5的中心位于水平基板91上的凹
槽910的纵向中心线上。

[0037] 在水平基板9的上表面上，在凹槽910的横向两侧设有两条平行的导轨7，抛光头6通过承架11支撑在导轨7上。优选地，在承架11的下方设有滑块8，滑块8可以移动地
支撑在导轨7上。在承架11上面设有驱动电机12，驱动电机12的输出轴可以通过减速器
与承架11下方的抛光头6相连，以便驱动抛光头6旋转。

[0038] 承架11由伺服电机10驱动沿纵向在导轨7上移动和摆动，在本发明的一个实施例中，伺服电机10可以通过丝杠驱动承架11移动。可选地，伺服电机10可以用液压缸替
代，从而液压驱动承架11沿纵向移动，从而带动抛光头6沿纵向移动和摆动，其中将抛光头
6连接到减速器上的竖轴61在凹槽910内移动。因此，抛光头6可以分别移动到抛光盘2
上方和装卸平台5上方。

[0039] 机械手13设置在工作台1附近用于将晶片放置到装卸平台5上和从装卸平台5上取走晶片，机械手13的具体设置和控制对于本领域的普通技术人员而言是已知的，这里
不再详细描述。

[0040] 下面描述根据本发明实施例的化学机械抛光机100的操作。

[0041] 首先，机械手13将待抛光晶片放置到装卸平台5上，然后伺服电机10驱动抛光头6移动到装卸平台5上方，装卸平台5上升，从而抛光头6吸附上待抛光晶片，然后伺服电机
10驱动抛光头6移动到抛光盘2上面，驱动电机12驱动抛光头6旋转，同时伺服电机10驱
动抛光头6在纵向上摆动，以对晶片进行抛光。抛光头6在摆动过程中存在一个摆动行程，
此行程的两个极限位置是：抛光头6携带晶片的边缘分别恰好到达抛光盘2中心和边缘的
位置。

[0042] 接着，晶片抛光结束，抛光头6携带晶片从抛光盘2上方平移到装卸平台5的上方。抛光头6在此过程中存在一个平移行程，此行程的两个极限位置分别是：晶片边缘恰好到达抛光盘2边缘的位置；抛光头6的中心与装卸平台5中心对齐的位置。抛光头6的摆
动和平移行程均在导轨7上完成，并仅依靠伺服电机10驱动。可以理解的是，U形槽的直
线部分的长度及导轨7的长度须大于抛光头6的摆动行程与平移行程之和。

[0043] 抛光头6与装卸平台5的中心对齐后，装卸平台5上升，抛光头6将完成抛光的晶片卸载到装卸平台5上。装卸平台5下降，机械手13平移到装卸平台5上方抓取完成抛光
的晶片，输送到指定位置。

[0044] 然后，机械手13携带待抛光的晶片，平移到装卸平台5上方，并将其放到装卸平台5上。装卸平台5上升，抛光头6吸附晶片，完成晶片装卸。而后抛光头6平移到抛光盘2
上方，通过伺服电机10的驱动沿纵向摆动且通过驱动电机12的驱动旋转，以对晶片进行抛
光。

[0045] 由于抛光头6支撑在跳台式抛光头支架9上并沿设置在抛光头支架9上的导轨7移动，因此根据本发明实施例的化学机械抛光机100也可以称为跳台式化学机械抛光机
100。

[0046] 下面描述根据本发明实施例的化学机械抛光设备。

[0047] 如图3所示，根据本发明一个实施例的化学机械抛光设备包括两个并排紧邻设置的化学机械抛光机100，两个化学机械抛光机100共用一个机械手13，可选地，两个化学机
械抛光机100也可以共用一个工作平台1，从而减少了化学机械抛光设备的零件数量，降低
成本。化学机械抛光机100独立工作，互不影响，从而提高了工作效率。

[0048] 图4示出了根据本发明另一实施例的化学机械抛光设备，其中包括四个化学机械抛光机100并且设置为紧密排列的两排，两排化学机械抛光机100背对背设置，并且使用了
两个机械手13，其中同一排中的两个化学机械抛光机100共用一个机械手13。当然，四个
化学机械抛光机100可以共用一个工作平台1。

[0049] 图5示出了根据本发明再一实施例的化学机械抛光设备，其中包括四个化学机械抛光机100，并且排列成两排，两排间隔开预定距离，即两排化学机械抛光机100以面对面
的方式布置，四个化学机械抛光机100共用一个机械手13，当然，同一排中的两个化学机械抛光机100可以共用一个工作平台1。

[0050] 在图4和图5所示的实施例中，四个化学机械抛光机100独立工作，并且彼此不互相影响，提高了工作效率，同时减少了零件数量，简化了控制。

[0051] 当然，需要理解的是，根据本发明实施例的化学机械抛光设备并不限于上述排列方式和化学机械抛光机数量，根据需要，可以方便地进行组合，提高了实用性。

[0052] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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。

[0053] 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。