本技術(shù)涉及半導(dǎo)體晶圓加工，具體地涉及一種化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備及化學(xué)機(jī)械拋光方法。

背景技術(shù)：

1、在大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)晶圓的平坦度要求極高。目前，通過(guò)利用化學(xué)機(jī)械拋光(cmp，chemical?mechanical?polishing)工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)晶圓的平坦化，而化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備是完成化學(xué)機(jī)械拋光工藝的主要設(shè)備。化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的關(guān)鍵性能指標(biāo)包括加工精度指標(biāo)、良品率指標(biāo)和效率指標(biāo)。加工精度指標(biāo)即平坦度指標(biāo)，通常要求拋光后的晶圓全局平坦度達(dá)到納米級(jí)甚至原子級(jí)，這要求化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的各個(gè)部件具有較高的剛度、減少變形、偏移，以及要求各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件定位精準(zhǔn)，保證整體運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性和精度；良品率指標(biāo)要求晶圓碎片、劃傷、翹曲等廢片情況降低；效率指標(biāo)可以表示為wph（waferper?hour，每小時(shí)晶圓產(chǎn)量），要求設(shè)備高效運(yùn)行。

2、目前的環(huán)形軌道式的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備通常將用于晶圓拋光的頭組件吊裝至環(huán)形軌道，使頭組件沿環(huán)形軌道滑動(dòng)以在不同拋光工位間切換，由于頭組件通常連接有動(dòng)力線纜和氣管等結(jié)構(gòu)，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)360°無(wú)限單方向自由旋轉(zhuǎn)，往往在環(huán)形軌道上設(shè)置固定限位塊來(lái)硬性限位頭組件，以避免線纜和氣管的扭住角度大于360°后產(chǎn)生纏繞和斷裂。

3、然而，由于固定限位塊本身占有一定的角度空間，導(dǎo)致頭組件從順時(shí)針或逆時(shí)針兩個(gè)方向上無(wú)法實(shí)現(xiàn)整個(gè)環(huán)形軌道360°的全覆蓋，也就是說(shuō)頭組件無(wú)法從原位出發(fā)沿一個(gè)方向滑動(dòng)回到原位，例如原位在固定限位塊的左側(cè)，頭組件從原位沿環(huán)形軌道滑動(dòng)到固定限位塊右側(cè)后無(wú)法越過(guò)固定限位塊回到原位，這導(dǎo)致頭組件從原位處的裝卸杯取晶圓、滑動(dòng)到拋光盤處拋光后，無(wú)法繼續(xù)沿同一方向繼續(xù)滑動(dòng)回到同一裝卸杯處放晶圓，而是必須原路返回到同一裝卸杯。由此，頭組件僅在環(huán)形軌道的部分范圍內(nèi)反復(fù)滑動(dòng)，導(dǎo)致環(huán)形軌道局部磨損嚴(yán)重，并且環(huán)形軌道容易局部下傾或者下塌，影響頭組件的滑動(dòng)平穩(wěn)性及其在裝卸杯、拋光盤處的定位準(zhǔn)確性，進(jìn)而導(dǎo)致晶圓加工精度降低，甚至導(dǎo)致晶圓破損降低良品率。另外，頭組件的運(yùn)動(dòng)路徑受限、僅能從單側(cè)回歸原位，尤其在具有兩個(gè)以上頭組件的實(shí)施例中，難以高效協(xié)調(diào)多個(gè)頭組件的運(yùn)動(dòng)，在相互避讓過(guò)程中，造成對(duì)晶圓拋光而言無(wú)效的移動(dòng)動(dòng)作，降低晶圓加工效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備及化學(xué)機(jī)械拋光方法，以解決或緩解以上提及的至少一些問題。

2、根據(jù)本技術(shù)的一個(gè)方面提供一種化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，用于晶圓加工，包括：

3、拋光盤，

4、位于所述拋光盤上方的頂板，其下表面設(shè)有環(huán)形軌道；

5、頭組件，包括驅(qū)動(dòng)裝置和連接到所述驅(qū)動(dòng)裝置的下端的承載頭，所述承載頭用于承載晶圓至所述拋光盤處進(jìn)行拋光，所述驅(qū)動(dòng)裝置的上端滑動(dòng)安裝到所述環(huán)形軌道以驅(qū)動(dòng)所述頭組件沿所述環(huán)形軌道滑動(dòng)；所述驅(qū)動(dòng)裝置的側(cè)部構(gòu)造有凸出的限位部；

6、所述頂板的下表面設(shè)有限位組件，所述限位組件包括沿與所述環(huán)形軌道同心的弧形間隔設(shè)置的第一擋塊和第二擋塊以及活動(dòng)限位在二者之間的擺動(dòng)限位件，在順時(shí)針方向上所述第一擋塊位于所述第二擋塊下游，所述擺動(dòng)限位件與所述限位部在豎直方向上部分重疊，所述限位部經(jīng)由所述擺動(dòng)限位件在順時(shí)針方向上由所述第一擋塊限位、在逆時(shí)針方向上由所述第二擋塊限位，以使所述頭組件沿所述環(huán)形軌道的滑動(dòng)范圍為360至380度，使得所述頭組件沿順時(shí)針或逆時(shí)針均能回到初始位，與初始位處的交互杯對(duì)心交互。

7、可選地，所述第一擋塊和所述第二擋塊設(shè)置成：在所述限位部由所述第一擋塊限位或所述第二擋塊限位時(shí)，所述承載頭與所述拋光盤二者在水平面上的投影不重疊，以在限位時(shí)所述承載頭上的污染物掉落在所述拋光盤之外，防止污染物污染拋光盤進(jìn)而在拋光時(shí)污染或劃傷晶圓。

8、可選地，所述擺動(dòng)限位件包括與所述環(huán)形軌道同心的弧形軌道和滑動(dòng)安裝至所述弧形軌道的活動(dòng)限位塊，所述第一擋塊和所述第二擋塊分別設(shè)在所述弧形軌道兩端，所述活動(dòng)限位塊與所述限位部在豎直方向上部分重疊，所述限位部經(jīng)由所述活動(dòng)限位塊在順時(shí)針方向上由所述第一擋塊限位、在逆時(shí)針方向上由所述第二擋塊限位。

9、可選地，所述活動(dòng)限位塊包括朝向所述第一擋塊的第一側(cè)和朝向所述第二擋塊的第二側(cè)；所述限位部順時(shí)針移動(dòng)時(shí)能夠抵靠所述活動(dòng)限位塊的第二側(cè)并將所述活動(dòng)限位塊推動(dòng)至所述活動(dòng)限位塊的第一側(cè)抵靠所述第一擋塊，以被所述第一擋塊限位；所述限位部逆時(shí)針移動(dòng)時(shí)能夠抵靠所述活動(dòng)限位塊的第一側(cè)并將所述活動(dòng)限位塊推動(dòng)至所述活動(dòng)限位塊的第二側(cè)抵靠所述第二擋塊，以被所述第二擋塊限位。

10、可選地，所述活動(dòng)限位塊的第一側(cè)和第二側(cè)所在平面沿所述環(huán)形軌道的徑向延伸；所述第一擋塊和所述第二擋塊朝向彼此的側(cè)面沿所述環(huán)形軌道的徑向延伸；所述限位部與所述活動(dòng)限位塊抵靠的兩個(gè)側(cè)面與所述活動(dòng)限位塊的形狀匹配，以在所述限位部與所述活動(dòng)限位塊抵靠時(shí)二者之間形成面接觸。

11、可選地，所述擺動(dòng)限位件包括縱置設(shè)于所述第一擋塊和第二擋塊之間的限位擺桿，所述限位擺桿的第一端繞擺動(dòng)軸擺動(dòng)以使其第二端在所述第一擋塊和所述第二擋塊之間擺動(dòng)限位，所述擺動(dòng)軸不在所述第一擋塊和第二擋塊所在的弧形上，所述限位擺桿的與限位部對(duì)應(yīng)的位置處設(shè)有向下凸出的限位柱，所述限位柱與所述限位部在豎直方向上部分重疊，所述限位部經(jīng)由所述限位柱在順時(shí)針方向上由所述第一擋塊限位、在逆時(shí)針方向上由所述第二擋塊限位。

12、可選地，所述第一擋塊和所述第二擋塊構(gòu)造成尺寸相同的圓柱形，所述限位擺桿朝向所述第一擋塊的第一側(cè)和朝向所述第二擋塊的第二側(cè)在所述第二端處分別構(gòu)造成向內(nèi)凹進(jìn)的弧形凹口，所述弧形凹口與所述圓柱形的半徑相匹配，所述限位部順時(shí)針移動(dòng)時(shí)能夠抵靠所述限位柱以將所述限位擺桿推動(dòng)至所述限位擺桿的第一側(cè)的弧形凹口抵靠所述第一擋塊，以被所述第一擋塊限位；所述限位部逆時(shí)針移動(dòng)時(shí)能夠抵靠所述限位柱以將所述限位擺桿推動(dòng)至所述限位擺桿的第二側(cè)的弧形凹口抵靠所述第二擋塊，以被所述第二擋塊限位。

13、可選地，所述第一擋塊與所述第二擋塊之間的間距設(shè)置成使得所述限位部從由所述第一擋塊限位處逆時(shí)針移動(dòng)至由所述第二擋塊限位處的滑動(dòng)范圍為360度至380度。

14、可選地，所述頭組件在所述環(huán)形軌道上的滑動(dòng)范圍為365度至375度。

15、可選地，所述限位部配置成分別與所述第一擋塊和第二擋塊磁性相斥，以形成磁性緩沖限位。

16、可選地，所述驅(qū)動(dòng)裝置配置成驅(qū)動(dòng)所述頭組件沿所述環(huán)形軌道滑動(dòng)并控制所述頭組件停止在初始位；在所述頭組件處于所述初始位時(shí)，所述限位部位于所述第一擋塊和所述第二擋塊之間的原點(diǎn)位，所述限位部配置成能夠沿所述環(huán)形軌道移動(dòng)360度以回到所述原點(diǎn)位，以使所述頭組件沿所述環(huán)形軌道滑動(dòng)360度回到所述初始位。

17、可選地，所述化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備包括處于所述初始位且位于所述頭組件下方的裝卸杯；所述裝卸杯用于與所述承載頭交互，以向所述承載頭提供晶圓或接收從所述承載頭卸載的晶圓。

18、可選地，所述頭組件配置成：從所述裝卸杯取晶圓，沿所述環(huán)形軌道滑動(dòng)以將所述晶圓承載至所述拋光盤進(jìn)行拋光，然后在同一滑動(dòng)方向上繼續(xù)沿所述環(huán)形軌道滑動(dòng)回到所述裝卸杯卸載晶圓。

19、可選地，所述第一擋塊和所述第二擋塊的朝向彼此的側(cè)面均設(shè)置有壓力傳感器，所述壓力傳感器與所述驅(qū)動(dòng)裝置通信連接；所述壓力傳感器配置成在檢測(cè)到由所述擺動(dòng)限位件施加的壓力時(shí)發(fā)出硬限位信號(hào)，所述驅(qū)動(dòng)裝置基于接收到所述硬限位信號(hào)而以與前一次驅(qū)動(dòng)時(shí)相反的方向和比前一次驅(qū)動(dòng)的速度低的速度驅(qū)動(dòng)所述頭組件滑動(dòng)至所述初始位。

20、可選地，所述第一擋塊和所述第二擋塊之一的朝向所述擺動(dòng)限位件的側(cè)面設(shè)置有測(cè)距傳感器，所述測(cè)距傳感器與所述驅(qū)動(dòng)裝置通信連接；所述測(cè)距傳感器配置成檢測(cè)所述限位部限位在所述第一擋塊與所述第二擋塊之間時(shí)所述測(cè)距傳感器與所述限位部之間的檢測(cè)距離，并在所述檢測(cè)距離大于所述限位部位于所述原點(diǎn)位時(shí)所述測(cè)距傳感器與所述限位部之間的距離時(shí)發(fā)出偏移信號(hào)；所述驅(qū)動(dòng)裝置基于所述偏移信號(hào)以比前一次驅(qū)動(dòng)的速度低的速度驅(qū)動(dòng)所述頭組件滑動(dòng)至所述初始位。

21、可選地，所述化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備包括兩個(gè)以上的頭組件，所述頂板的下表面設(shè)置有與所述頭組件一一對(duì)應(yīng)的限位組件；每個(gè)限位組件的擺動(dòng)限位件與所述限位部重疊的部分所在的水平位置與其對(duì)應(yīng)的頭組件的限位部自驅(qū)動(dòng)裝置凸出的水平距離匹配，并且每個(gè)限位組件的擺動(dòng)限位件與所述限位部重疊的部分所在的豎直位置與對(duì)應(yīng)頭組件的限位部距所述驅(qū)動(dòng)裝置的上端的豎直距離匹配；

22、一個(gè)頭組件的限位部自驅(qū)動(dòng)裝置凸出的水平距離和距所述驅(qū)動(dòng)裝置的上端的豎直距離分別均大于或均小于另一頭組件的限位部自驅(qū)動(dòng)裝置凸出的水平距離和距所述驅(qū)動(dòng)裝置的上端的豎直距離，以使頭組件在沿所述環(huán)形軌道滑動(dòng)時(shí)不被其他頭組件的限位組件干涉。

23、可選地，所述化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備包括兩個(gè)以上的頭組件，所述頂板的下表面設(shè)置有與所述頭組件一一對(duì)應(yīng)的限位組件；每個(gè)限位組件尺寸相同且間隔設(shè)置在同一圓周上；每個(gè)頭組件的限位部設(shè)置成可內(nèi)外伸縮或可上下移動(dòng)，以在經(jīng)過(guò)與其不對(duì)應(yīng)的限位組件時(shí)收縮或向下移動(dòng)進(jìn)行避讓，以及在經(jīng)過(guò)與其對(duì)應(yīng)的限位組件時(shí)伸出或向上移動(dòng)進(jìn)行限位。

24、可選地，所述化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備包括三個(gè)頭組件、兩個(gè)拋光盤和三個(gè)交互杯；三個(gè)頭組件分別為第一頭組件、第二頭組件、第三頭組件，三者可相對(duì)移動(dòng)；兩個(gè)所述拋光盤為粗拋光盤和精拋光盤；三個(gè)所述交互杯分別為位于第一頭組件、第二頭組件、第三頭組件的初始位處的第一裝卸杯、第二裝卸杯、保濕杯；每個(gè)頭組件各自依次移動(dòng)到所述粗拋光盤和所述精拋光盤處對(duì)晶圓進(jìn)行拋光；

25、每個(gè)頭組件均配置成能夠沿所述環(huán)形軌道滑動(dòng)360度至380度，三個(gè)所述頭組件中的一個(gè)或多個(gè)在沿所述環(huán)形軌道滑動(dòng)一圈進(jìn)行晶圓拋光的過(guò)程中在所述環(huán)形軌道的局部范圍內(nèi)往復(fù)滑動(dòng)以配合其他頭組件的滑動(dòng)。

26、根據(jù)本技術(shù)的另一方面，提供一種化學(xué)機(jī)械拋光方法，用于如前述方面所述的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，所述方法包括：

27、控制所述頭組件從裝卸杯取晶圓；

28、驅(qū)動(dòng)所述頭組件沿環(huán)形軌道滑動(dòng)到拋光盤處，以在所述拋光盤處進(jìn)行晶圓拋光；

29、在拋光完后，驅(qū)動(dòng)所述頭組件沿所述環(huán)形軌道滑動(dòng)回到所述裝卸杯處，并控制所述頭組件將拋光后的晶圓卸載到所述裝卸杯；

30、其中，所述頭組件承載當(dāng)前晶圓沿所述環(huán)形軌道滑動(dòng)的方向與承載上一片晶圓沿所述環(huán)形軌道滑動(dòng)的方向相反。

31、根據(jù)本技術(shù)的化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備及化學(xué)機(jī)械拋光方法,第一擋塊和第二擋塊能夠?yàn)轭^組件沿環(huán)形軌道的滑動(dòng)提供硬限位，防止頭組件滑動(dòng)范圍過(guò)大而導(dǎo)致與頭組件連接的線纜和氣管扭轉(zhuǎn)過(guò)多而纏繞或斷裂。并且通過(guò)限位組件的擺動(dòng)限位件與第一擋塊和第二擋塊的擺動(dòng)配合，實(shí)現(xiàn)了限位部在第一擋塊與第二擋塊之間的擺動(dòng)限位，使得頭組件能夠沿環(huán)形軌道滑動(dòng)至少360度，從而在滑動(dòng)一圈之后能夠回到初始位，保證環(huán)形軌道受力均勻、水平度高，從而頭組件滑動(dòng)平穩(wěn)、位置精度高，提高晶圓拋光精度。另外，本技術(shù)的技術(shù)方案還能夠優(yōu)化頭組件工作時(shí)的滑動(dòng)路線，擴(kuò)大頭組件的滑動(dòng)范圍、增加路線的可選擇性，顯著提高化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的運(yùn)行效率，提高wph。