CN102039555B - 研磨头装置 - Google Patents

Abstract

一种研磨头装置，包括：功能台，所述功能台包括基座和吸附台，且所述吸附台位于所述基座表面；设置于吸附台表面的过渡膜；导向圈，所述导向圈包括连接部和密封部，且所述连接部位于所述密封部表面；所述连接部环绕吸附台侧面和过渡膜侧面；所述密封部包覆过渡膜的边缘。本发明避免了抛光液残留掉落衬底表面，导致衬底表面形成刮痕或者在衬底表面造成污染现象。

Description

研磨头装置

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种研磨头装置。

背景技术

20世纪70年代，多层金属化技术被引入到集成电路制造工艺中，此技术使芯片的垂直空间得到有效的利用，并提高了器件的集成度。但这项技术使得衬底表面不平整度加剧，由此引发的一系列问题(如引起光刻胶厚度不均进而导致光刻受限)严重影响了大规模集成电路(ULSI)的发展。

针对这一问题，业界先后开发了多种平坦化技术，主要有反刻、玻璃回流、旋涂膜层等，但效果并不理想。

80年代末，IBM公司将化学机械抛光(Chemical-Mechanical Planarization，CMP)技术进行了发展使之应用于衬底的平坦化，其在表面平坦化上的效果较传统的平坦化技术有了极大的改善，从而使之成为了大规模集成电路制造中有关键地位的平坦化技术。

化学机械抛光工艺使用具有研磨性和腐蚀性的抛光液，并配合使用抛光垫。抛光垫的尺寸通常比衬底要大。抛光垫和衬底被一个可活动的研磨头压在一起，衬底和抛光垫同时转动(通常是以相反的方向转)，但是它们的中心并不重合。在这个过程中衬底表面的材料和不规则结构都被除去，从而达到平坦化的目的。平坦化后的衬底表面使得干法刻蚀中的图样的成型更加容易。平滑的衬底表面还使得使用更小的金属图样成为可能，从而能够提高集成度。

参考图1，现有的研磨头通常包括：功能台100，所述功能台100包括基座101和吸附台102；设置于吸附台102表面的过渡膜103；包覆吸附台102和过渡膜103侧面的导向圈104。衬底105被吸附台102吸附在过渡膜103表面，并由导向圈104固定位置，导向圈104与衬底之间有一定的间隙106，所述间隙106用于调节衬底105的活动范围。

由于现有生产工艺的局限性，导向圈104与吸附台102存在第一空隙107以及导向圈104与过渡膜103存在第二空隙108，第一空隙107和第二空隙108导通且形成一条垂直通道，在化学机械抛光过程中，抛光液容易沿第一空隙107进入第二空隙108内，由于第一空隙107和第二空隙108都比较小，难以清理；风干的抛光液在第一空隙107和第二空隙108内形成结晶。在后续的化学机械抛光过程中，结晶的抛光液残留容易掉落在衬底表面，造成衬底表面形成刮痕或者在衬底表面造成污染。

发明内容

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

本发明解决的技术问题是避免抛光液残留掉落衬底表面，造成衬底表面形成刮痕或者在衬底表面造成污染。

为解决上述问题，本发明提供了一种研磨头装置，包括：功能台，所述功能台包括基座和吸附台，且所述吸附台位于所述基座表面；设置于吸附台表面的过渡膜；导向圈，所述导向圈包括连接部和密封部，且所述连接部位于所述密封部表面；所述连接部环绕吸附台侧面和过渡膜侧面；所述密封部包覆过渡膜的边缘。

可选的，所述密封部包覆过渡膜的边缘具体为所述密封部包覆过渡膜的下表面边缘20mm至50mm。

可选的，所述功能台形状是圆柱体、圆台体、立方体、长方体、不规则物体。

可选的，所述功能台材料为铁、钢、铜、耐磨合金、耐磨塑料或者陶瓷。

可选的，所述过渡膜形状为饼状。

可选的，所述导向圈材料选自耐磨塑料。

可选的，密封部与过渡膜之间的为横向接触且连接部与吸附台和过渡膜为纵向接触。

本发明还提供一种研磨头装置，包括：功能台，所述功能台包括基座和吸附台，且所述吸附台位于所述基座表面；设置于吸附台表面的过渡膜；导向圈，所述导向圈包括结合部和定位部，且所述结合部位于定位部表面；所述结合部绕吸附台侧面且与过渡膜的边缘表面接触；所述定位部环绕过渡膜侧面。

可选的，所述结合部绕吸附台侧面且与过渡膜的边缘表面接触具体为所述结合部包覆过渡膜的上表面边缘20mm至50mm。

可选的，所述功能台形状是圆柱体、圆台体、立方体、长方体、不规则物体。

可选的，所述功能台材料为铁、钢、铜、耐磨合金、耐磨塑料或者陶瓷。

可选的，所述过渡膜形状为饼状。

可选的，所述导向圈材料选自耐磨塑料。

可选的，所述结合部环绕吸附台侧面，与吸附台侧面纵向接触，结合部与所述过渡膜边缘横向接触；且所述定位部环绕过渡膜侧面，与过渡膜侧面纵向接触。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明提供的研磨头装置导向圈的连接部环绕吸附台侧面和过渡膜侧面；导向圈的密封部包覆过渡膜的部分表面，使得密封部与过渡膜之间的为横向接触且连接部与吸附台和过渡膜为纵向接触，避免了导向圈与吸附台的空隙以及导向圈与过渡膜的空隙导通且形成一条垂直通道。

本发明还提供了一种研磨头装置，其中的导向圈的结合部绕吸附台侧面且与过渡膜的部分表面接触；导向圈的定位部环绕过渡膜侧面；所述结合部环绕吸附台侧面，与吸附台侧面纵向接触，结合部与所述过渡膜边缘横向接触；且所述定位部环绕过渡膜侧面，与过渡膜侧面纵向接触，避免了导向圈与吸附台的空隙以及导向圈与过渡膜的空隙导通且形成一条垂直通道。

上述的研磨头装置的结构使得抛光液不容易进入到导向圈与吸附台的空隙中，从而避免了抛光液残留掉落衬底表面，造成衬底表面形成刮痕或者在衬底表面造成污染现象。

附图说明

图1是现有的研磨头装置示意图；

图2是本发明提供的研磨头装置一实施例的示意图；

图3是本发明提供的研磨头装置另一实施例的示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，由于现有生产工艺的局限性，导向圈与吸附台存在第一空隙以及导向圈与过渡膜存在第二空隙，第一空隙和第二空隙导通且形成一条垂直通道，在化学机械抛光过程中，抛光液容易沿第一空隙进入第二空隙内，由于第一空隙和第二空隙都比较小，难以清理；风干的抛光液在第一空隙和第二空隙内形成结晶。在后续的化学机械抛光过程中，结晶的抛光液残留容易掉落在衬底表面，造成衬底表面形成刮痕或者在衬底表面造成污染。

为此本发明的发明人经过大量的实验，提出一种优化的研磨头装置，包括：功能台，所述功能台包括基座和吸附台，且所述吸附台位于所述基座表面；设置于吸附台表面的过渡膜；导向圈，所述导向圈包括连接部和密封部，且所述连接部位于所述密封部表面；所述连接部环绕吸附台侧面和过渡膜侧面；所述密封部包覆过渡膜的边缘。

可选的，所述密封部包覆过渡膜的边缘具体为所述密封部包覆过渡膜的下表面边缘20mm至50mm。

可选的，所述功能台形状是圆柱体、圆台体、立方体、长方体、不规则物体。

可选的，所述功能台材料为铁、钢、铜、耐磨合金、耐磨塑料或者陶瓷。

可选的，所述过渡膜形状为饼状。

可选的，所述导向圈材料选自耐磨塑料。

可选的，密封部与过渡膜之间的为横向接触且连接部与吸附台和过渡膜为纵向接触。

本发明还提供一种优化的研磨头装置，包括：功能台，所述功能台包括基座和吸附台，且所述吸附台位于所述基座表面；设置于吸附台表面的过渡膜；导向圈，所述导向圈包括结合部和定位部，且所述结合部位于定位部表面；所述结合部绕吸附台侧面且与过渡膜的边缘表面接触；所述定位部环绕过渡膜侧面。

可选的，所述结合部绕吸附台侧面且与过渡膜的边缘表面接触具体为所述结合部包覆过渡膜的上表面边缘20mm至50mm。可选的，所述功能台形状是圆柱体、圆台体、立方体、长方体、不规则物体。

可选的，所述功能台材料为铁、钢、铜、耐磨合金、耐磨塑料或者陶瓷。

可选的，所述过渡膜形状为饼状。

可选的，所述导向圈材料选自耐磨塑料。

可选的，所述结合部环绕吸附台侧面，与吸附台侧面纵向接触，结合部与所述过渡膜边缘横向接触；且所述定位部环绕过渡膜侧面，与过渡膜侧面纵向接触。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

图2是本发明提供的研磨头装置的一实施例的示意图，下面结合附图对本发明的研磨头装置进行说明。

参考图2，所述研磨头装置包括：功能台200，所述功能台200用于吸附需要进行化学机械抛光的衬底，通过吸附在衬底不同位置形成不同的压力来改变抛光效果，且所述功能台200能组装在其他化学机械抛光组件中，进行对衬底进行化学机械抛光。

所述功能台200形状可以是圆柱体、圆台体、立方体、长方体、不规则物体或者与化学机械抛光设备的其他组件相对应的形状，所述功能台200材料为铁、钢、铜、耐磨合金、耐磨塑料或者陶瓷；所述功能台200具体形成方法可以为车床加工工艺以及铣床加工工艺制备。

所述功能台200包括基座201和吸附台202，且所述吸附台202位于所述基座201表面；所述基座201用于支持吸附台202，且所述基座201能安装在化学机械抛光设备的其他组件上；所述基座201设置有安装部，用以安装在化学机械抛光设备上，进行化学机械抛光工艺，所述基座201形状可以是圆柱体、圆台体、立方体、长方体、不规则物体，所述基座201材料为铁、钢、铜、耐磨合金、耐磨塑料或者陶瓷。

所述吸附台202材料为铁、钢、铜、耐磨合金、耐磨塑料或者陶瓷，所述吸附台202形状可以是圆柱体、圆台体、立方体、长方体。

在具体的应用中，所述吸附台202形状较优选的方案为圆柱体，以所述吸附台202形状为圆柱体为例，所述吸附台202的工作面的直径比需要进行化学机械抛光的衬底的直径大20mm至50mm，考虑到实际生产应用，所述吸附台202的工作面的直径可以是450mm±30mm、300mm±20mm、200mm±40mm或者150mm±50mm。

所述吸附台202设置有部分的通孔2021，所述吸附台通过通孔2021产生吸附作用，用于吸附需要进行化学机械抛光的衬底；所述通孔2021能够与真空设备或者压力设备连通，在所述吸附台202的表面产生吸附作用或者压力作用。

设置于吸附台202表面的过渡膜210，所述过渡膜210形状为与吸附台202的工作面对应，在本实施例中，所述过渡膜210形状可以为饼状，所述过渡膜210的直径与所述吸附台202的工作面对应，可以是450mm±30mm、300mm±20mm、200mm±40mm或者150mm±50mm，所述过渡膜210材料可以为塑料、树脂；所述过渡膜210表面设有与吸附台通孔2021对应的通孔，所述过渡膜210用于保护吸附台202的工作面，避免在化学机械抛光工艺过程中研磨液中的研磨颗粒以及掩膜设备中的掩膜垫对吸附台202的工作面造成刮痕或者损伤。

导向圈220，所述导向圈220用于限制进行化学机械抛光的衬底，避免衬底活动范围过大影响抛光效果，所述研磨头装置包括导向圈220，所述导向圈220材料选自耐磨塑料。

所述导向圈220包括连接部221和密封部222，且所述连接部221位于所述密封部222表面；所述连接部221环绕吸附台202侧面和过渡膜210侧面，并与功能台200的基座201接触，使得导向圈能够固定在功能台200上。

所述密封部222包覆过渡膜210的部分表面，在本实施例中，所述密封部包覆过渡膜210的下表面边缘20mm至50mm，所述密封部包覆过渡膜210的下表面的大小可以根据实际抛光工艺的需求而进行调节。

在本发明中，发明人经过大量的实验，使得所述密封部222与过渡膜220之间形成横向接触，能够有效避免研磨液进入导向圈220与吸附台202的空隙以及导向圈220与过渡膜210的空隙。

具体的，由于密封部材料与导向圈220材料密封性能比较良好，能够有效避免在化学机械抛光过程中，研磨液进入密封部222与过渡膜210之间的间隙，而密封部和过渡膜220之间的横向接触以及连接部221与吸附台202和过渡膜210的纵向接触的设计，使得研磨液更加难以进入导向圈220与吸附台202的空隙以及导向圈220与过渡膜210的空隙。

需要特别指出的是，为了取得更好的密封效果，所述密封部222与过渡膜220之间还可以加入密封环。

本发明的优点具体包括：本发明提供的研磨头装置导向圈的连接部环绕吸附台侧面和过渡膜侧面；导向圈的密封部包覆过渡膜的部分表面，使得密封部与过渡膜之间的为横向接触且连接部与吸附台和过渡膜为纵向接触，避免了导向圈与吸附台的空隙以及导向圈与过渡膜的空隙导通且形成一条垂直通道，避免了现有的导向圈与吸附台存在第一空隙以及导向圈与过渡膜存在第二空隙，第一空隙和第二空隙导通且形成一条垂直通道的缺点，现有的研磨头装置在化学机械抛光过程中，抛光液容易沿第一空隙进入第二空隙内，由于第一空隙和第二空隙都比较小，难以清理；风干的抛光液在第一空隙和第二空隙内形成结晶。在后续的化学机械抛光过程中，结晶的抛光液残留容易掉落在衬底表面，造成衬底表面形成刮痕或者在衬底表面造成污染。

图3是本发明提供的研磨头装置的另一实施例的示意图，下面结合附图对本发明的研磨头装置进行说明。

参考图3，所述研磨头装置包括：功能台300，所述功能台300用于吸附需要进行化学机械抛光的衬底，通过吸附在衬底不同位置形成不同的压力来改变抛光效果，且所述功能台300能组装在其他化学机械抛光组件中，进行对衬底进行化学机械抛光。

所述功能台300形状可以是圆柱体、圆台体、立方体、长方体、不规则物体或者与化学机械抛光设备的其他组件相对应的形状，所述功能台300材料为铁、钢、铜、耐磨合金、耐磨塑料或者陶瓷；所述功能台300具体形成方法可以为车床加工工艺以及铣床加工工艺制备。

所述功能台300包括基座301和吸附台302，且所述吸附台302位于所述基座301表面；所述基座301用于支持吸附台302，且所述基座301能安装在化学机械抛光设备的其他组件上；所述基座301设置有安装部，用以安装在化学机械抛光设备上，进行化学机械抛光工艺，所述基座301形状可以是圆柱体、圆台体、立方体、长方体、不规则物体，所述基座301材料为铁、钢、铜、耐磨合金、耐磨塑料或者陶瓷。

所述吸附台302材料为铁、钢、铜、耐磨合金、耐磨塑料或者陶瓷，所述吸附台302形状可以是圆柱体、圆台体、立方体、长方体。

在具体的应用中，所述吸附台302形状较优选的方案为圆柱体，以所述吸附台302形状为圆柱体为例，所述吸附台302的工作面的直径比需要进行化学机械抛光的衬底的直径大20mm至50mm，考虑到实际生产应用，所述吸附台302的工作面的直径可以是450mm±30mm、300mm±20mm、200mm±40mm或者150mm±50mm。

所述吸附台302设置有部分的通孔3021，所述吸附台通过通孔3021产生吸附作用，用于吸附需要进行化学机械抛光的衬底；所述通孔3021能够与真空设备或者压力设备连通，在所述吸附台302的表面产生吸附作用或者压力作用。

设置于吸附台302表面的过渡膜310，所述过渡膜310形状为与吸附台302的工作面对应，在本实施例中，所述过渡膜310形状可以为饼状，所述过渡膜310的直径比所述吸附台302的工作面大40mm至50mm，所述过渡膜310材料可以为塑料、树脂；所述过渡膜310表面设有与吸附台通孔3021对应的通孔，所述过渡膜310用于保护吸附台302的工作面，避免在化学机械抛光工艺过程中研磨液中的研磨颗粒以及掩膜设备中的掩膜垫对吸附台302的工作面造成刮痕或者损伤。

导向圈320，所述导向圈320用于限制进行化学机械抛光的衬底，避免衬底活动范围过大影响抛光效果，所述导向圈320材料选自耐磨塑料。

所述导向圈包括结合部321和定位部322，且所述结合部321位于定位部322表面；所述结合部321的上表面与基座301的下表面边缘接触，且所述结合部321环绕吸附台302侧面，与吸附台302侧面纵向接触，结合部321的下表面与所述过渡膜310的上表面边缘横向接触，所述结合部绕吸附台侧面且与过渡膜的边缘表面接触具体为所述结合部包覆过渡膜的上表面边缘20mm至50mm。

所述定位部322环绕过渡膜310侧面，与过渡膜310侧面纵向接触，所述定位部322还能够控制进行化学机械抛光的衬底的活动范围，避免进行化学机械抛光的衬底活动范围过大而影响化学机械抛光效果。

本发明提供的研磨头装置，其中的导向圈的结合部绕吸附台侧面且与过渡膜的部分表面接触；导向圈的定位部环绕过渡膜侧面；所述结合部环绕吸附台侧面，与吸附台侧面纵向接触，结合部与所述过渡膜边缘横向接触；且所述定位部环绕过渡膜侧面，与过渡膜侧面纵向接触，避免了导向圈与吸附台的空隙以及导向圈与过渡膜的空隙导通且形成一条垂直通道。

上述的研磨头装置的结构使得抛光液不容易进入到导向圈与吸附台的空隙中，从而避免了抛光液残留掉落衬底表面，造成衬底表面形成刮痕或者在衬底表面造成污染。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (6)

1.一种研磨头装置，其特征在于，包括：

功能台，所述功能台包括基座和吸附台，且所述吸附台位于所述基座表面；

设置于吸附台表面的过渡膜；

导向圈，所述导向圈包括结合部和定位部，且所述结合部位于定位部表面；所述结合部绕吸附台侧面且与过渡膜的边缘表面接触；所述定位部环绕过渡膜侧面，其中所述结合部环绕吸附台侧面，与吸附台侧面纵向接触，结合部与所述过渡膜边缘横向接触；且所述定位部环绕过渡膜侧面，与过渡膜侧面纵向接触。

2.如权利要求1所述的研磨头装置，其特征在于，所述结合部绕吸附台侧面且与过渡膜的边缘表面接触具体为所述结合部包覆过渡膜的上表面边缘20mm至50mm。

3.如权利要求1所述的研磨头装置，其特征在于，所述功能台形状是圆台体、长方体。

4.如权利要求1所述的研磨头装置，其特征在于，所述功能台材料为铁、钢、铜、耐磨合金、耐磨塑料或者陶瓷。

5.如权利要求1所述的研磨头装置，其特征在于，所述过渡膜形状为饼状。

6.如权利要求1所述的研磨头装置，其特征在于，所述导向圈材料选自耐磨塑料。

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