本技術涉及半導體晶圓加工，具體地涉及一種化學機械拋光設備及化學機械拋光方法。

背景技術：

1、在大規模集成電路的生產過程中，對晶圓的平坦度要求極高。目前，通過利用化學機械拋光(cmp，chemical?mechanical?polishing)工藝來實現晶圓的平坦化，而化學機械拋光設備是完成化學機械拋光工藝的主要設備。化學機械拋光設備的關鍵性能指標包括加工精度指標、良品率指標和效率指標。加工精度指標即平坦度指標，通常要求拋光后的晶圓全局平坦度達到納米級甚至原子級，這要求化學機械拋光設備的各個部件具有較高的剛度、減少變形、偏移，以及要求各個運動部件定位精準，保證整體運行的穩定性、可靠性和精度；良品率指標要求晶圓碎片、劃傷、翹曲等廢片情況降低；效率指標可以表示為wph（waferper?hour，每小時晶圓產量），要求設備高效運行。

2、目前的環形軌道式的化學機械拋光設備通常將用于晶圓拋光的頭組件吊裝至環形軌道，使頭組件沿環形軌道滑動以在不同拋光工位間切換，由于頭組件通常連接有動力線纜和氣管等結構，因此無法實現360°無限單方向自由旋轉，往往在環形軌道上設置固定限位塊來硬性限位頭組件，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，導致頭組件從順時針或逆時針兩個方向上無法實現整個環形軌道360°的全覆蓋，也就是說頭組件無法從原位出發沿一個方向滑動回到原位，例如原位在固定限位塊的左側，頭組件從原位沿環形軌道滑動到固定限位塊右側后無法越過固定限位塊回到原位，這導致頭組件從原位處的裝卸杯取晶圓、滑動到拋光盤處拋光后，無法繼續沿同一方向繼續滑動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，頭組件僅在環形軌道的部分范圍內反復滑動，導致環形軌道局部磨損嚴重，并且環形軌道容易局部下傾或者下塌，影響頭組件的滑動平穩性及其在裝卸杯、拋光盤處的定位準確性，進而導致晶圓加工精度降低，甚至導致晶圓破損降低良品率。另外，頭組件的運動路徑受限、僅能從單側回歸原位，尤其在具有兩個以上頭組件的實施例中，難以高效協調多個頭組件的運動，在相互避讓過程中，造成對晶圓拋光而言無效的移動動作，降低晶圓加工效率。

技術實現思路

1、本技術提供一種化學機械拋光設備及化學機械拋光方法，以解決或緩解以上提及的至少一些問題。

2、根據本技術的一個方面提供一種化學機械拋光設備，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，其下表面設有環形軌道；

5、頭組件，包括驅動裝置和連接到所述驅動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行拋光，所述驅動裝置的上端滑動安裝到所述環形軌道以驅動所述頭組件沿所述環形軌道滑動；所述驅動裝置的側部構造有凸出的限位部；

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

7、可選地，所述第一擋塊和所述第二擋塊設置成：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，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而在拋光時污染或劃傷晶圓。

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

9、可選地，所述活動限位塊包括朝向所述第一擋塊的第一側和朝向所述第二擋塊的第二側；所述限位部順時針移動時能夠抵靠所述活動限位塊的第二側并將所述活動限位塊推動至所述活動限位塊的第一側抵靠所述第一擋塊，以被所述第一擋塊限位；所述限位部逆時針移動時能夠抵靠所述活動限位塊的第一側并將所述活動限位塊推動至所述活動限位塊的第二側抵靠所述第二擋塊，以被所述第二擋塊限位。

10、可選地，所述活動限位塊的第一側和第二側所在平面沿所述環形軌道的徑向延伸；所述第一擋塊和所述第二擋塊朝向彼此的側面沿所述環形軌道的徑向延伸；所述限位部與所述活動限位塊抵靠的兩個側面與所述活動限位塊的形狀匹配，以在所述限位部與所述活動限位塊抵靠時二者之間形成面接觸。

11、可選地，所述擺動限位件包括縱置設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軸擺動以使其第二端在所述第一擋塊和所述第二擋塊之間擺動限位，所述擺動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應的位置處設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，所述限位部經由所述限位柱在順時針方向上由所述第一擋塊限位、在逆時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和朝向所述第二擋塊的第二側在所述第二端處分別構造成向內凹進的弧形凹口，所述弧形凹口與所述圓柱形的半徑相匹配，所述限位部順時針移動時能夠抵靠所述限位柱以將所述限位擺桿推動至所述限位擺桿的第一側的弧形凹口抵靠所述第一擋塊，以被所述第一擋塊限位；所述限位部逆時針移動時能夠抵靠所述限位柱以將所述限位擺桿推動至所述限位擺桿的第二側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置成使得所述限位部從由所述第一擋塊限位處逆時針移動至由所述第二擋塊限位處的滑動范圍為360度至380度。

14、可選地，所述頭組件在所述環形軌道上的滑動范圍為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，所述驅動裝置配置成驅動所述頭組件沿所述環形軌道滑動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，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位，所述限位部配置成能夠沿所述環形軌道移動360度以回到所述原點位，以使所述頭組件沿所述環形軌道滑動360度回到所述初始位。

17、可選地，所述化學機械拋光設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，沿所述環形軌道滑動以將所述晶圓承載至所述拋光盤進行拋光，然后在同一滑動方向上繼續沿所述環形軌道滑動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面均設置有壓力傳感器，所述壓力傳感器與所述驅動裝置通信連接；所述壓力傳感器配置成在檢測到由所述擺動限位件施加的壓力時發出硬限位信號，所述驅動裝置基于接收到所述硬限位信號而以與前一次驅動時相反的方向和比前一次驅動的速度低的速度驅動所述頭組件滑動至所述初始位。

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限位件的側面設置有測距傳感器，所述測距傳感器與所述驅動裝置通信連接；所述測距傳感器配置成檢測所述限位部限位在所述第一擋塊與所述第二擋塊之間時所述測距傳感器與所述限位部之間的檢測距離，并在所述檢測距離大于所述限位部位于所述原點位時所述測距傳感器與所述限位部之間的距離時發出偏移信號；所述驅動裝置基于所述偏移信號以比前一次驅動的速度低的速度驅動所述頭組件滑動至所述初始位。

21、可選地，所述化學機械拋光設備包括兩個以上的頭組件，所述頂板的下表面設置有與所述頭組件一一對應的限位組件；每個限位組件的擺動限位件與所述限位部重疊的部分所在的水平位置與其對應的頭組件的限位部自驅動裝置凸出的水平距離匹配，并且每個限位組件的擺動限位件與所述限位部重疊的部分所在的豎直位置與對應頭組件的限位部距所述驅動裝置的上端的豎直距離匹配；

22、一個頭組件的限位部自驅動裝置凸出的水平距離和距所述驅動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動裝置凸出的水平距離和距所述驅動裝置的上端的豎直距離，以使頭組件在沿所述環形軌道滑動時不被其他頭組件的限位組件干涉。

23、可選地，所述化學機械拋光設備包括兩個以上的頭組件，所述頂板的下表面設置有與所述頭組件一一對應的限位組件；每個限位組件尺寸相同且間隔設置在同一圓周上；每個頭組件的限位部設置成可內外伸縮或可上下移動，以在經過與其不對應的限位組件時收縮或向下移動進行避讓，以及在經過與其對應的限位組件時伸出或向上移動進行限位。

24、可選地，所述化學機械拋光設備包括三個頭組件、兩個拋光盤和三個交互杯；三個頭組件分別為第一頭組件、第二頭組件、第三頭組件，三者可相對移動；兩個所述拋光盤為粗拋光盤和精拋光盤；三個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；每個頭組件各自依次移動到所述粗拋光盤和所述精拋光盤處對晶圓進行拋光；

25、每個頭組件均配置成能夠沿所述環形軌道滑動360度至380度，三個所述頭組件中的一個或多個在沿所述環形軌道滑動一圈進行晶圓拋光的過程中在所述環形軌道的局部范圍內往復滑動以配合其他頭組件的滑動。

26、根據本技術的另一方面，提供一種化學機械拋光方法，用于如前述方面所述的化學機械拋光設備，所述方法包括：

27、控制所述頭組件從裝卸杯取晶圓；

28、驅動所述頭組件沿環形軌道滑動到拋光盤處，以在所述拋光盤處進行晶圓拋光；

29、在拋光完后，驅動所述頭組件沿所述環形軌道滑動回到所述裝卸杯處，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，所述頭組件承載當前晶圓沿所述環形軌道滑動的方向與承載上一片晶圓沿所述環形軌道滑動的方向相反。

31、根據本技術的化學機械拋光設備及化學機械拋光方法,第一擋塊和第二擋塊能夠為頭組件沿環形軌道的滑動提供硬限位，防止頭組件滑動范圍過大而導致與頭組件連接的線纜和氣管扭轉過多而纏繞或斷裂。并且通過限位組件的擺動限位件與第一擋塊和第二擋塊的擺動配合，實現了限位部在第一擋塊與第二擋塊之間的擺動限位，使得頭組件能夠沿環形軌道滑動至少360度，從而在滑動一圈之后能夠回到初始位，保證環形軌道受力均勻、水平度高，從而頭組件滑動平穩、位置精度高，提高晶圓拋光精度。另外，本技術的技術方案還能夠優化頭組件工作時的滑動路線，擴大頭組件的滑動范圍、增加路線的可選擇性，顯著提高化學機械拋光設備的運行效率，提高wph。