[发明专利]一种半导体晶圆用化学机械抛光设备

说明书

本发明涉及一种半导体晶圆用化学机械抛光设备，包括由上至下依次设置的晶圆夹持总成、研磨浆液控制装置、CMP装置。本发明结构简单，摒弃传统的磨床结构，不直接控制驱动晶圆转动的电机主轴升降，而是设置安装筒，并将晶圆的校验水平装置与电机主轴联动，一齐设置在安装筒内，通过对安装筒单独的线性驱动直接进行升降，精度更高，隔离电机震动的问题，也能够解决在接触瞬间的啃咬问题，同时通过研磨浆液控制装置在晶圆和抛光板之间形成均质的环状水膜层，既能够避免气隙的问题产生，又能够稳定抛光的过程，便于激光干涉的监测，提升抛光精度。

技术领域

本发明涉及半导体晶圆制造的技术领域，尤其是一种半导体晶圆用化学机械抛光设备。

背景技术

在公知的技术领域，化学机械抛光是半导体工艺的一个步骤，简称CMP，该技术于90年代前期开始被引入半导体硅晶片工序，化学机械抛光已经被证明是目前最佳也是唯一能够实现全局平坦化的技术。在半导体的制造过程中，通过前道工序将各层电路叠加集成至晶圆的表面，在制造过程中其表面必然会不规则，如果不进行平坦化处理，在后续的操作中将可能导致晶圆电路的失效。

在传统的CMP工艺中，类似于一般的抛光工艺，将晶圆与抛光板接触，通相互之间的传动摩擦，配合专用抛洗浆液，进行抛光处理，但是由于抛光精度级别和半导体材料本身的特性，在实际操作中主要存在以下四方面问题：

(1)晶圆在初始状态拟接触抛光前的水平度矫验问题，因为传统的结构一般为直接对驱动晶圆转动的电机直接进行升降，由于电机在工作时的震动，激光测量的状态只是在某一状态下的水平度，故校验的精度方面存在问题；

(2)国内的传动CMP抛光设备仍然移植于传统的机加工磨床结构，由于传统机加工的精度远低于晶圆加工的精度，故如果不重新设计新的结构，那传统结构转速高必然扭矩低，尤其体现在晶圆和抛光板接触的刹那，在两者端面的水平方向的剪切力会突然猛增，容易导致加工误差，经常长期的实验研究，晶圆抛光的加工误差往往是接触瞬间产生的，后续通过激光测距进行改善的余地也并不是很高；

(3)现阶段比较成熟的抛光精度解决方式一般是激光干涉测量法，现有的化学机械抛光方式中，浆液仍然是直接冲洗式，在抛光的初始阶段，在抛光板与晶圆表面之间容易产生气隙，混杂有浆液和废屑，随着抛光的进行，也会形成稳定的扰流层，这将会干扰光谱信号的振动，影响监测的效果，当晶圆尺寸越大，这种干扰就会体现的越明显；

(4)在研磨时的浆料回收一直是困扰已久的问题，如果不及时回收，对工作台的污染问题也会影响到后续的加工进行。

现阶段半导体抛光加工设备的最优商业化工艺和技术方案均为日本、美国等发达国家控制，均为商业保密状态，作为高附加值的加工，急需要研发一种新型的化学机械抛光设备的结构，摆脱传统磨穿结构的限制，更好的适应半导体晶圆的抛光处理，打破技术垄断的壁垒。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服上述问题，设计一种新型的化学抛光设备的结构方案，提供一种能够控制精度高、易于提升激光监测能力、回收废弃浆液的半导体晶圆用化学机械抛光设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种半导体晶圆用化学机械抛光设备，包括由上至下依次设置的晶圆夹持总成、研磨浆液控制装置、CMP装置，

所述晶圆夹持总成具有中空且两端开口的安装筒，在所述安装筒的上、下两端均设有密封端盖，在两个密封端盖之间转动连接有隔离套，在所述隔离套的内腔中通过轴承安装有驱动电机转轴，在所述隔离套的外壁上设有主动齿轮圈，与所述主动齿轮圈啮合设有从动齿轮圈，所述从动齿轮圈的下端设有连接端部，且所述从动齿轮圈的连接端部向下延展并贯穿位于下端的密封端盖，在所述从动齿轮圈与安装筒的内壁之间设有滚针轴承，在所述安装筒的外壁固定连接有由第一直线电机驱动的垂直位移调整滑块，以所述从动齿轮圈为中心、在其连接端部的下端边缘旋转设有若干个吊爪，在所述吊爪的下方固定有晶圆固定板，在所述晶圆固定板的下表面固定有待加工晶圆，