專利名稱：化學機械拋光機及具有它的化學機械拋光設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及化學機械拋光設備領域，尤其是涉及一種化學機械拋光機及具有 它的化學機械拋光設備。
背景技術：
大規模集成電路生產過程中，對晶片上的沉積物進行平坦化是一道必需且頻繁的 工序。目前，完成這一道工序主要采用化學機械拋光(CMP)工藝。化學機械拋光機是完成 這道工序的主要設備。傳統的化學機械拋光機通常包括工作平臺，安裝在工作平臺上的三個拋光盤、裝 卸平臺、四個拋光頭和十字形拋光頭支架。十字形拋光頭支架的四個懸臂相鄰兩個互相垂 直且分別可以吸附一個拋光頭。每個拋光頭吸附的晶片需要依次在三個拋光盤上進行拋 光。裝卸平臺上方的拋光頭吸附待拋光晶片等待進行拋光。當有一片晶片完成拋光后，拋 光頭支架旋轉90度，吸附此晶片的拋光頭轉到裝卸平臺上面，另外三個拋光頭吸附各自的 晶片轉到下一個拋光盤的上方，開始下一道拋光工序。傳統拋光機在使用中，每個拋光頭裝 卸晶片都要從拋光盤上方移動到裝卸平臺上方。在晶片裝卸時，每個拋光頭的中心和裝卸 平臺的中心需要對齊，并且進行拋光的三個拋光頭需要分別與桑格拋光盤中心對齊，因此 控制精度要求高，而且傳統拋光機的十字形拋光頭支架重量大，結構復雜，要求精度高，制 造困難，成本高，并且四個懸臂上的拋光頭相互影響，例如，如果一個拋光頭或其攜帶的晶 片出現問題，必須停機，因此效率低。十字形拋光頭支架的懸臂對拋光頭支架的旋轉位置誤 差有放大作用，所以晶片裝卸對拋光頭支架的控制精度要求非常高。拋光頭支架每次旋轉 的造成的誤差都會不同，這又使調整拋光頭位置的難度增加。
實用新型內容本實用新型旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本實用新型的 一個目的在于提出一種結構簡單、加工簡單、控制精度要求降低、生產效率高的化學機械拋 光機。本實用新型的另一目的在于提出一種具有上述化學機械拋光機的化學機械拋光設備。根據本實用新型的化學機械拋光機包括工作平臺；拋光盤，所述拋光盤安裝在 所述工作平臺上表面上；修整器和拋光液輸送裝置，所述修整器和拋光液輸送裝置分別安 裝在工作平臺的上表面上且位于拋光盤附近；拋光頭支架，所述拋光頭支架安裝在工作平 臺上表面上且包括水平基板和支撐側板，所述水平基板形成有在其厚度方向上貫通的凹 槽，所述凹槽在水平基板的縱向一端敞開且朝向水平縱向另一端延伸，所述支撐側板分別 與水平基板相連且分別位于所述凹槽的橫向兩側用于支撐水平基板，其中所述水平基板的 所述縱向一端在縱向上延伸超出所述支撐側板以構成懸臂端，所述懸臂端伸到所述拋光盤 的上方；裝卸平臺，所述裝卸平臺安裝在所述工作平臺上且位于所述水平基板下方并與所述拋光盤相對，其中拋光頭支架的凹槽的縱向中心線通過拋光盤和裝卸平臺的中心；拋光 頭，所述拋光頭可旋轉且沿縱向可移動地設置在所述拋光頭支架上并穿過所述凹槽向下伸 出；和機械手，所述機械手設置在工作臺附近用于將晶片放置到裝卸平臺上和從裝卸平臺 上取走晶片。根據本實用新型的化學機械拋光機，結構簡單、加工簡單、控制精度要求降低、生產效率高。另外，根據本實用新型的化學機械拋光機還可以具有如下附加的技術特征在拋光頭支架的上表面上在所述凹槽的橫向兩側分別設有導軌，所述拋光頭通過 承架可移動地設置在導軌上。所述承架的下表面上的橫向兩側分別設有滑塊，所述承架通過滑塊設置在所述導 軌上。在承架上設有用于驅動拋光頭旋轉的驅動電機。在所述拋光頭支架上設有用于驅動拋光頭沿縱向移動的液壓缸或伺服電機。所述水平基板為U形，所述支撐側板通過焊接或螺栓連接安裝到所述水平基板 上。所述支撐側板包括上板部和連接在上板部下端的下板部，所述上板部從所述水平 基板的底面分別向外傾斜且所述下板部從所述上板部的下端豎直向下延伸，其中所述上板 部和下板部一體形成或通過焊接或螺栓連接相連。本實用新型的另一方面提出一種化學機械拋光設備，包括排列在一起的多個化學 機械拋光機，其中所述化學機械拋光機為上述化學機械拋光機。所述多個化學機械拋光機共用一個機械手和/或一個工作平臺。所述多個化學機械拋光機排列成多排，且相鄰兩排以背靠背或面對面的方式組I=I O本實用新型的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述 中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。
本實用新型的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中 將變得明顯和容易理解，其中圖1是根據本實用新型實施例的化學機械拋光機的立體示意圖；圖2是圖1所示化學機械拋光機的跳臺式拋光頭支架的立體示意圖；圖3是根據本實用新型一個實施例的化學機械拋光設備的立體示意圖；圖4是根據本實用新型另一實施例的化學機械拋光設備的平面示意圖；圖5是根據本實用新型再一實施例的化學機械拋光設備的平面示意圖。
具體實施方式
下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參 考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。在本實用新型的描述中，術語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便 于描述本實用新型而不是要求本實用新型必須以特定的方位構造和操作，因此不能理解為 對本實用新型的限制。下面參考附圖描述根據本實用新型實施例的化學機械拋光機100。如圖1所示，根據本實用新型實施例的化學機械拋光機100包括工作平臺1、一個 拋光盤2、一個修整器3、一個拋光液輸送裝置4、一個裝卸平臺5、一個拋光頭6、一個拋光頭 支架9、和一個機械手13。在本實用新型一個實施例中，如圖1和2所示，拋光頭支架9包括水平基板91和 支撐側板92。水平基板91上形成有凹槽910，凹槽910在水平基板91的厚度方向上貫通 水平基板91，且凹槽910在水平基板91的縱向一端敞開且朝向水平基板91的縱向另一端 延伸。換言之，凹槽910的一端敞開而另一端封閉。兩個支撐側板92分別與水平基板91相連，在本實用新型的一個具體示例中，支撐 側板92的上端分別與水平基板91的底面相連。兩個支撐側板92在橫向上分別位于凹槽 910的兩側，水平基板91的左端沿縱向延伸超出支撐側板92的左側，從而水平基板91的左 端構成懸臂端。水平基板91的右端可以延伸出支撐側板92，也可以與它們平齊。根據本實 用新型實施例的拋光頭支架類似于跳臺的形式，因此也可以成為跳臺式拋光頭支架。支撐 側板92的底表面位于同一水平面上，由此當支撐側板92安裝到化學機械拋光機100的工 作平臺1，可以保證水平基板91水平。根據本實用新型實施例的拋光頭支架9，結構簡單，制造容易，并且使用拋光頭支 架9的拋光機的控制精度要求降低，降低了成本，拋光效率高。在本實用新型的一個實施例中，水平基板91為U形，凹槽910的封閉端為弧形。支 撐側板92包括上板部921和連接在上板部921下端的下板部922。兩個支撐側板92的上 板部921分別從水平基板91的底面向外傾斜，且下板部922從上板部921的下端豎直向下 延伸。下板部922與上板部921可以一體形成。可選地，下板部922可以單獨制成后，然后 與上板部921焊接或螺栓連接。在本實用新型的一些實施例中，支撐側板92可以通過焊接或螺栓連接到水平基 板91的底面上。可選地，支撐側板92也可以焊接或螺栓連接在水平基板91的橫向兩側面上。根據本實用新型實施例的拋光頭支架9，對零件剛度和防腐的要求比較高，在本實 用新型的一個示例中，拋光頭支架9的材料可選用不銹鋼，也可選用其他硬度比較高的材 料并噴防腐涂層。從加工和材料整體考慮，優選用不銹鋼焊接成拋光頭支架9。工作平臺1例如為大體矩形框體。拋光盤2安裝在工作平臺1上表面的左側。裝 卸平臺5安裝在工作平臺1上表面的右側并且與拋光盤2相對。修整器3和拋光液輸送裝 置4安裝在拋光盤2的旁邊的適當位置上，并且修整器3和拋光液輸送裝置4的自由端伸 入到拋光盤2上方，修整器3用于對晶片進行修整，拋光液輸送裝置4用于向拋光盤2上方 輸送拋光液。拋光頭支架9安裝在工作平臺1上，且拋光頭支架9的水平基板91的懸臂端延伸到拋光盤2的上面。裝卸平臺5安裝在工作平臺1的上表面上并且位于在拋光頭支架9下 方、兩個支撐側板92之間。優選地，拋光盤2和裝卸平臺5的中心位于水平基板91上的凹 槽910的縱向中心線上。在水平基板9的上表面上，在凹槽910的橫向兩側設有兩條平行的導軌7，拋光頭 6通過承架11支撐在導軌7上。優選地，在承架11的下方設有滑塊8，滑塊8可以移動地 支撐在導軌7上。在承架11上面設有驅動電機12，驅動電機12的輸出軸可以通過減速器 與承架11下方的拋光頭6相連，以便驅動拋光頭6旋轉。承架11由伺服電機10驅動沿縱向在導軌7上移動和擺動，在本實用新型的一個 實施例中，伺服電機10可以通過絲杠驅動承架11移動。可選地，伺服電機10可以用液壓 缸替代，從而液壓驅動承架11沿縱向移動，從而帶動拋光頭6沿縱向移動和擺動，其中將拋 光頭6連接到減速器上的豎軸61在凹槽910內移動。因此，拋光頭6可以分別移動到拋光 盤2上方和裝卸平臺5上方。機械手13設置在工作臺1附近用于將晶片放置到裝卸平臺5上和從裝卸平臺5 上取走晶片，機械手13的具體設置和控制對于本領域的普通技術人員而言是已知的，這里 不再詳細描述。下面描述根據本實用新型實施例的化學機械拋光機100的操作。首先，機械手13將待拋光晶片放置到裝卸平臺5上，然后伺服電機10驅動拋光頭 6移動到裝卸平臺5上方，裝卸平臺5上升，從而拋光頭6吸附上待拋光晶片，然后伺服電機 10驅動拋光頭6移動到拋光盤2上面，驅動電機12驅動拋光頭6旋轉，同時伺服電機10驅 動拋光頭6在縱向上擺動，以對晶片進行拋光。拋光頭6在擺動過程中存在一個擺動行程， 此行程的兩個極限位置是拋光頭6攜帶晶片的邊緣分別恰好到達拋光盤2中心和邊緣的 位置。接著，晶片拋光結束，拋光頭6攜帶晶片從拋光盤2上方平移到裝卸平臺5的上 方。拋光頭6在此過程中存在一個平移行程，此行程的兩個極限位置分別是晶片邊緣恰好 到達拋光盤2邊緣的位置；拋光頭6的中心與裝卸平臺5中心對齊的位置。拋光頭6的擺 動和平移行程均在導軌7上完成，并僅依靠伺服電機10驅動。可以理解的是，U形槽的直 線部分的長度及導軌7的長度須大于拋光頭6的擺動行程與平移行程之和。拋光頭6與裝卸平臺5的中心對齊后，裝卸平臺5上升，拋光頭6將完成拋光的晶 片卸載到裝卸平臺5上。裝卸平臺5下降，機械手13平移到裝卸平臺5上方抓取完成拋光 的晶片，輸送到指定位置。然后，機械手13攜帶待拋光的晶片，平移到裝卸平臺5上方，并將其放到裝卸平臺 5上。裝卸平臺5上升，拋光頭6吸附晶片，完成晶片裝卸。而后拋光頭6平移到拋光盤2 上方，通過伺服電機10的驅動沿縱向擺動且通過驅動電機12的驅動旋轉，以對晶片進行拋光。由于拋光頭6支撐在跳臺式拋光頭支架9上并沿設置在拋光頭支架9上的導軌7 移動，因此根據本實用新型實施例的化學機械拋光機100也可以稱為跳臺式化學機械拋光 機 100。下面描述根據本實用新型實施例的化學機械拋光設備。如圖3所示，根據本實用新型一個實施例的化學機械拋光設備包括兩個并排緊鄰設置的化學機械拋光機100，兩個化學機械拋光機100共用一個機械手13，可選地，兩個化 學機械拋光機100也可以共用一個工作平臺1，從而減少了化學機械拋光設備的零件數量， 降低成本。化學機械拋光機100獨立工作，互不影響，從而提高了工作效率。圖4示出了根據本實用新型另一實施例的化學機械拋光設備，其中包括四個化學 機械拋光機100并且設置為緊密排列的兩排，兩排化學機械拋光機100背對背設置，并且使 用了兩個機械手13，其中同一排中的兩個化學機械拋光機100共用一個機械手13。當然， 四個化學機械拋光機100可以共用一個工作平臺1。圖5示出了根據本實用新型再一實施例的化學機械拋光設備，其中包括四個化學 機械拋光機100，并且排列成兩排，兩排間隔開預定距離，即兩排化學機械拋光機100以面 對面的方式布置，四個化學機械拋光機100共用一個機械手13，當然，同一排中的兩個化學 機械拋光機100可以共用一個工作平臺1。在圖4和圖5所示的實施例中，四個化學機械拋光機100獨立工作，并且彼此不互 相影響，提高了工作效率，同時減少了零件數量，簡化了控制。當然，需要理解的是，根據本實用新型實施例的化學機械拋光設備并不限于上述 排列方式和化學機械拋光機數量，根據需要，可以方便地進行組合，提高了實用性。在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示 例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特 點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表 述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在 任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。盡管已經示出和描述了本實用新型的實施例，本領域的普通技術人員可以理解 在不脫離本實用新型的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換 和變型，本實用新型的范圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求1.一種化學機械拋光機，其特征在于，包括工作平臺；拋光盤，所述拋光盤安裝在所述工作平臺上表面上；修整器和拋光液輸送裝置，所述修整器和拋光液輸送裝置分別安裝在工作平臺的上表 面上且位于拋光盤附近；拋光頭支架，所述拋光頭支架安裝在工作平臺上表面上且包括水平基板和支撐側板， 所述水平基板形成有在其厚度方向上貫通的凹槽，所述凹槽在水平基板的縱向一端敞開且 朝向水平縱向另一端延伸，所述支撐側板分別與水平基板相連且分別位于所述凹槽的橫向 兩側用于支撐水平基板，其中所述水平基板的所述縱向一端在縱向上延伸超出所述支撐側 板以構成懸臂端，所述懸臂端伸到所述拋光盤的上方；裝卸平臺，所述裝卸平臺安裝在所述工作平臺上且位于所述水平基板下方并與所述拋 光盤相對，其中拋光頭支架的凹槽的縱向中心線通過拋光盤和裝卸平臺的中心；拋光頭，所述拋光頭可旋轉且沿縱向可移動地設置在所述拋光頭支架上并穿過所述凹 槽向下伸出；和機械手，所述機械手設置在工作臺附近用于將晶片放置到裝卸平臺上和從裝卸平臺上 取走晶片。
2.根據權利要求1所述的化學機械拋光機，其特征在于，在拋光頭支架的上表面上在 所述凹槽的橫向兩側分別設有導軌，所述拋光頭通過承架可移動地設置在導軌上。
3.根據權利要求2所述的化學機械拋光機，其特征在于，所述承架的下表面上的橫向 兩側分別設有滑塊，所述承架通過滑塊設置在所述導軌上。
4.根據權利要求2所述的化學機械拋光機，其特征在于，在承架上設有用于驅動拋光 頭旋轉的驅動電機。
5.根據權利要求1所述的化學機械拋光機，其特征在于，在所述拋光頭支架上設有用 于驅動拋光頭沿縱向移動的液壓缸或伺服電機。
6.根據權利要求1所述的化學機械拋光機，其特征在于，所述水平基板為U形，所述支 撐側板通過焊接或螺栓連接安裝到所述水平基板上。
7.根據權利要求1所述的化學機械拋光機，其特征在于，所述支撐側板包括上板部和 連接在上板部下端的下板部，所述上板部從所述水平基板的底面分別向外傾斜且所述下板 部從所述上板部的下端豎直向下延伸，其中所述上板部和下板部一體形成或通過焊接或螺 栓連接相連。
8.一種化學機械拋光設備，其特征在于，包括排列在一起的多個化學機械拋光機，其中 所述化學機械拋光機為根據權利要求1-7中任一項所述的化學機械拋光機。
9.根據權利要求8所述的化學機械拋光設備，其特征在于，所述多個化學機械拋光機 共用一個機械手和/或一個工作平臺。
10.根據權利要求8所述的化學機械拋光設備，其特征在于，所述多個化學機械拋光機 排列成多排，且相鄰兩排以背靠背或面對面的方式組合。
專利摘要本實用新型公開一種化學機械拋光機，包括工作平臺，拋光盤，修整器和拋光液輸送裝置，裝卸平臺，拋光頭，機械手，和拋光頭支架，所述拋光頭支架安裝在工作平臺上表面上且包括水平基板和支撐側板，所述水平基板形成有在其厚度方向上貫通的凹槽，所述凹槽在水平基板的縱向一端敞開且朝向水平縱向另一端延伸，所述支撐側板分別與水平基板相連且分別位于所述凹槽的橫向兩側用于支撐水平基板，其中水平基板的所述縱向一端在縱向上延伸超出所述支撐側板以構成懸臂端，所述懸臂端伸到所述拋光盤的上方。本實用新型的化學機械拋光機結構簡單，加工方便，生產效率高。本實用新型還提出具有上述化學機械拋光機的化學機械拋光設備。
文檔編號H01L21/304GK201833275SQ20102028345
公開日2011年5月18日 申請日期2010年8月5日 優先權日2010年8月5日
發明者何永勇, 張連清, 梅赫賡, 沈攀, 王同慶, 裴召輝, 許振杰, 趙德文, 路新春, 雒建斌 申請人:清華大學