一种化学机械抛光设备、供液系统及供液方法与流程

本申请属于晶圆抛光设备，更具体地说，是涉及一种化学机械抛光设备、供液系统及供液方法。

背景技术：

1、cmp抛光机化学机械抛光是一种实现晶圆全局平坦化的设备，晶圆被倒吸在抛光头上正面朝下，抛光垫安放在可旋转的平台上，当研磨工艺开始时，晶圆与抛光垫以一定的速度反向旋转，抛光头向下施加压力，而抛光液被喷洒到抛光垫上，抛光液的化学成分会与晶圆表面材料发生化学反应，软化目标材料软化的材料会被相对运动产生的机械力所去除，最终使晶圆表面达到原子级别的平整。

2、在上述工艺中，抛光液的均匀性直接影响抛光均匀性与晶圆良率：一方面，抛光垫表面的抛光液浓度与分布均匀与否，直接决定晶圆各区域的去除速率一致性；另一方面，额外液体的引入会改变抛光垫表面局部的抛光液浓度，造成局部稀释，进而破坏抛光均匀性并引入批次间工艺波动。

技术实现思路

1、基于上述问题，本申请提供了一种化学机械抛光设备、供液系统及供液方法，从而解决或者至少缓解现有技术中存在的上述问题和其他方面的问题中的一个或多个。

2、一种化学机械抛光设备，包括：

3、抛光盘，所述抛光盘上设置有抛光垫；

4、浆液输送臂，悬设于所述抛光垫上方，所述浆液输送臂内设置有流体通道；

5、喷嘴，设置在所述浆液输送臂上，所述喷嘴的进液端与所述流体通道连通，出液端朝向所述抛光垫；

6、弹性密封套，设置在所述流体通道内，所述弹性密封套内形成有空腔，所述弹性密封套的自由端能够弹性变形与所述进液端抵接或远离所述进液端，用于阻断或打开所述喷嘴与所述流体通道之间的连接；

7、在所述流体通道内通入压力流体后，所述自由端受压向内收缩打开所述进液端，流体通道内的流体经所述进液端进入，并由所述出液端喷出，所述空腔具有第一容积并与所述流体通道连通且充满流体；

8、在所述流体通道内压力降低后，所述弹性密封套能够依靠自身弹性复位至所述自由端与所述进液端抵接，阻止流体继续进入所述喷嘴，同时所述空腔容积由所述第一容积增大至第二容积，并产生回吸力，所述喷嘴内残留的液体在所述回吸力和液体表面张力作用下，停留在所述喷嘴内，避免影响抛光垫表面的抛光液的浓度的分布。

9、作为进一步的技术方案，所述化学机械抛光设备还包括：

10、固定座，设置在所述浆液输送臂上，且所述固定座一端伸入所述流体通道内，所述弹性密封套设置在所述固定座上，以避免所述弹性密封套在流体压力作用下移动，且所述固定座能够封堵所述弹性密封套的一端。

11、作为进一步的技术方案，所述弹性密封套具有安装部以及连接在所述安装部底部的变形部，所述变形部底部具有所述自由端；

12、所述变形部为圆锥形，且外径自所述安装部向所述自由端减小，所述变形部在受到所述流体通道内的径向水压作用时，所述变形部径向收缩并轴向远离所述喷嘴，以增大流体进入所述喷嘴的过流面积。

13、作为进一步的技术方案，所述安装部内壁具有卡环，所述固定座的外壁上具有与所述卡环适配的卡槽，所述卡环与所述卡槽能够限制所述安装部移动。

14、作为进一步的技术方案，所述喷嘴具有若干个，若干个所述喷嘴沿所述抛光垫径向间隔分布，若干所述喷嘴均与所述流体通道连通，所述弹性密封套的数量与所述喷嘴的数量一一对应，外部流体压力降低后，若干弹性密封套彼此独立封堵对应所述喷嘴的进液端，以避免串液、串滴。

15、作为进一步的技术方案，所述弹性密封套由硅胶材料一体成型。

16、一种晶圆化学机械抛光供液系统，用于向所述的化学机械抛光设备供送流体，包括：

17、供液管路，与所述流体通道连通，所述供液管路设有供液阀和供液泵；

18、控制器，与所述供液阀和所述供液泵分别电连接，

19、所述控制器配置为：控制所述供液阀开启以使所述供液泵供送液体至所述流体通道内，所述弹性密封套承受径向压力后所述自由端脱离所述喷嘴的进液端端面，以使流体经所述喷嘴向所述抛光垫喷淋；

20、所述控制器还配置为：控制所述供液阀关闭，所述流体通道内的压力随着喷嘴持续排出液体逐渐降低，进而使所述弹性密封套依靠自身弹性复位至所述自由端与所述进液端端面贴合以形成密封，并使所述喷嘴停止喷液。

21、作为进一步的技术方案，所述控制器还配置为，在控制所述供液阀关闭之前，先控制所述供液管路以阶梯式降压方式将所述流体通道压力降至预设低压阈值，再关闭所述供液阀，以避免所述供液阀关闭后，所述弹性密封套复位过程中持续推送液体自所述喷嘴排出，从而提升瞬停效果。

22、一种晶圆化学机械抛光供液方法，利用所述的晶圆化学机械抛光供液系统供液，包括以下步骤：

23、s100，控制所述供液泵和所述供液阀打开，利用所述供液管路向所述流体通道供送液体；

24、s200，若干所述弹性密封套同时受到径向的液体压力并收缩变形，以使液体自所述喷嘴喷出；

25、s300，所述抛光垫清洗完成后，同步关闭所述供液泵和所述供液阀；

26、s400，所述弹性密封套依靠自身弹性复位至抵接于所述喷嘴的进液端，以切断所述喷嘴的液体供应。

27、作为进一步的技术方案，在所述s300中，所述抛光垫清洗完成前，控制所述供液泵和所述供液阀提前关闭，提前时间量为t。

28、作为进一步的技术方案，设定所述供液管路的过流面积为a，所述供液管路内的液体流速为v，所述喷嘴的数量为n，设定供送液体时和自然状态下，所述空腔的体积变化为δt，所述供液泵和所述供液阀关闭的提前时间量为t=（n·δt）/（a·v）。

29、本申请实施例的有益效果在于：弹性密封套设置在浆液输送臂的流体通道内，并使其自由端直接抵接喷嘴的进液端，从喷嘴进水端的源头位置阻断流体通道与喷嘴之间的连接；供液压力消失后弹性密封套依靠自身弹性瞬时复位封堵进液端，流体通道内的残留液体无法继续进入喷嘴，同时弹性密封套的空腔体积变大形成微负压腔，喷嘴内残留的少量液体在微负压腔和液体表面张力作用下稳定停留在喷嘴内，实现瞬时止滴、近乎零滴漏。由此彻底消除了现有技术中关阀后残留液体从喷嘴口不规律缓慢滴落的问题，避免额外滴液造成抛光垫上局部液体过多、局部抛光液被稀释，使抛光垫表面的抛光液浓度与分布保持稳定：一方面，晶圆各区域的去除速率一致性得到保障，晶圆面内膜厚均匀性显著提升；另一方面，消除了滴液量不可控引入的额外工艺变量，避免一盒晶圆内片间膜厚波动以及批次间膜厚漂移，晶圆抛光表面膜厚度的稳定性与批次一致性显著提高，晶圆良率得到提升。

1.一种化学机械抛光设备，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种化学机械抛光设备，其特征在于，所述化学机械抛光设备还包括：

3.根据权利要求2所述的一种化学机械抛光设备，其特征在于，所述弹性密封套具有安装部以及连接在所述安装部底部的变形部，所述变形部底部具有所述自由端；

4.根据权利要求3所述的一种化学机械抛光设备，其特征在于，所述安装部内壁具有卡环，所述固定座的外壁上具有与所述卡环适配的卡槽，所述卡环与所述卡槽能够限制所述安装部移动。

5.根据权利要求1所述的一种化学机械抛光设备，其特征在于，所述喷嘴具有若干个，若干个所述喷嘴沿所述抛光垫径向间隔分布，若干所述喷嘴均与所述流体通道连通，所述弹性密封套的数量与所述喷嘴的数量一一对应，外部流体压力降低后，若干弹性密封套彼此独立封堵对应所述喷嘴的进液端，以避免串液、串滴。

6.根据权利要求1所述的一种化学机械抛光设备，其特征在于，所述弹性密封套由硅胶材料一体成型。

7.一种晶圆化学机械抛光供液系统，用于向权利要求1~6任一项所述的化学机械抛光设备供送流体，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的一种晶圆化学机械抛光供液系统，其特征在于，所述控制器还配置为，在控制所述供液阀关闭之前，先控制所述供液管路以阶梯式降压方式将所述流体通道压力降至预设低压阈值，再关闭所述供液阀，以避免所述供液阀关闭后，所述弹性密封套复位过程中持续推送液体自所述喷嘴排出，从而提升瞬停效果。

9.一种晶圆化学机械抛光供液方法，利用权利要求7所述的晶圆化学机械抛光供液系统供液，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种晶圆化学机械抛光供液方法，其特征在于，在所述s300中，所述抛光垫清洗完成前，控制所述供液泵和所述供液阀提前关闭，提前时间量为t。

11.根据权利要求10所述的一种晶圆化学机械抛光供液方法，其特征在于，设定所述供液管路的过流面积为a，所述供液管路内的液体流速为v，所述喷嘴的数量为n，设定供送液体时和自然状态下，所述空腔的体积变化为δt，所述供液泵和所述供液阀关闭的提前时间量为t=（n·δt）/（a·v）。