CN109048627A - 抛光头和化学机械抛光设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抛光头和化学机械抛光设备，所述抛光头包括：基体，所述基体用于与驱动机构相连；基座，所述基座与所述基体相连；气膜，所述气膜安装于所述基座的背离所述基体的一端，所述气膜用于吸附晶圆；其中所述基座设有贯穿所述基座的冲洗孔，所述气膜和所述基座的连接处与所述冲洗孔的径向内端连通。本发明的抛光头，通过在基座的外周设置径向贯穿的冲洗孔，能够及时清洁抛光液在气膜及基座上形成的结晶，实现抛光头的完全清洁，保证抛光头的使用性能，保证良好的抛光效果。

Description

抛光头和化学机械抛光设备

技术领域

本发明属于晶圆加工技术领域，具体而言，涉及一种抛光头和具有该抛光头的化学机械抛光设备。

背景技术

在晶圆抛光过程中，抛光液中的磨粒及溶剂形成结晶并停留在抛光头上的气膜边缘，气膜边缘的结晶体会影响抛光单元的洁净度，影响晶圆抛光质量。相关技术中，一些抛光设备通过设置外置的刷头等来清洗结晶体；另一些会在保持环上设置冲洗头，直接冲洗气膜的侧面，但是无法清洁气膜的顶部，无法做到完全清洁，同样影响抛光头的使用效果。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出清洁效果好的抛光头。

根据本发明实施例的抛光头，包括：基体，所述基体用于与驱动机构相连；基座，所述基座与所述基体相连；气膜，所述气膜安装于所述基座的背离所述基体的一端，所述气膜用于吸附晶圆；其中所述基座设有贯穿所述基座的冲洗孔，所述气膜和所述基座的连接处与所述冲洗孔的径向内端连通。

根据本发明实施例的抛光头，通过在基座的外周设置径向贯穿的冲洗孔，能够及时清洁抛光液在气膜及基座上形成的结晶，实现抛光头的完全清洁，保证抛光头的使用性能，保证良好的抛光效果。

根据本发明一个实施例的抛光头，所述冲洗孔的径向内端高于所述气膜与所述基座内圈的连接处。

根据本发明一个实施例的抛光头，所述冲洗孔在第一平面的投影位于所述气膜在所述第一平面的投影的径向外侧，所述第一平面的法线与所述基座的轴线平行。

根据本发明一个实施例的抛光头，所述基座的转盘的背离所述基体的一端设有环形的凹槽，所述气膜安装于所述转盘的背离所述基体的一端，且所述气膜的外径大于所述凹槽的内周壁的直径，所述气膜的外径小于所述凹槽的外周壁的直径，所述冲洗孔的径向内端在所述凹槽的外周壁敞开。

根据本发明一个实施例的抛光头，所述气膜的朝向所述凹槽的端面到所述基体的距离大于所述凹槽的外周壁的下端到基体的距离。

根据本发明一个实施例的抛光头，所述冲洗孔为沿径向延伸的直孔型。

根据本发明一个实施例的抛光头，所述冲洗孔具有圆形或椭圆形或长圆形的截面。

根据本发明一个实施例的抛光头，所述冲洗孔为多个，多个所述冲洗孔沿所述基座的周向间隔开设置。

根据本发明一个实施例的抛光头，还包括：内盖板，所述内盖板安装于所述基座的外侧，所述冲洗孔贯穿所述内盖板。

根据本发明一个实施例的抛光头，还包括：外盖板，所述外盖板安装于所述基体的外侧；膜片，所述膜片连接在所述基体和所述基座之间以限定出密闭的腔室；保持环，所述保持环安装于所述基座的背离所述基体的一端，所述气膜位于所述保持环的径向内侧。

根据本发明一个实施例的抛光头，还包括：内盖板，所述内盖板安装于所述基座的外侧，所述外盖板罩设在所述内盖板的外侧，且所述外盖板的靠近所述内盖板的一端的径向内侧设有从上到下向外倾斜的倾斜面。

本发明还提出了一种化学机械抛光设备，具有如上述任一种所述的抛光头。

所述化学机械抛光设备与上述的抛光头相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的抛光头的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的基座与气膜的装配示意图。

附图标记：

抛光头100，基体10，轴孔11，基座20，中枢轴21，转盘22，凹槽23，膜片30，气膜40，保持环50，保持环密封圈51，外盖板60，基体密封圈61，内盖板70，第一密封圈71，第二密封圈72，冲洗孔80。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图2，描述根据本发明实施例的抛光头100。

如图1-图2所示，本发明实施例的抛光头100包括：基体10、基座20、气膜40、外盖板60、膜片30、保持环50。

其中，基体10用于与驱动轴相连，基体10的上端与驱动轴连接，驱动轴带动抛光头100自由旋转，基座20与基体10相连，基座20安装于基体10。

如图1所示，基体10设有贯穿自身的轴孔11，基座20包括转盘22和中枢轴21，转盘22和中枢轴21可以形成为一体，转盘22的中轴线和中枢轴21的中轴线重合，中枢轴21从转盘22的中心向上延伸，中枢轴21可以伸入基体10的轴孔11内，从而实现基体10与基座20的配合连接，且可以实现基座20的有效定心，提高基座20的自适应性。

膜片30连接在基体10和基座20之间以限定出密闭的腔室，膜片30可以为弹性件制成，膜片30在基座20与基体10的相对运动中具有缓冲作用。膜片30的上端可以与基体10的下端面的外周相连，膜片30的下端可以与基座20的上端面相连。

保持环50安装于基座20的背离基体10的一端(下端)，保持环50安装在转盘22的下端面的外圈。保持环50与基体10的下端之间设有保持环密封圈51。

气膜40安装于基座20的背离基体10的一端，即气膜40安装于基座20的下端面，气膜40安装于转盘22的下端面，气膜40位于保持环50的径向内侧，气膜40位于保持环50间隔开，气膜40用于吸附晶圆。在抛光过程中，晶圆由气膜40真空吸附，晶圆由抛光头100设置在抛光盘上的抛光垫上，抛光液供给在抛光垫上，抛光盘与抛光头100旋转，晶圆进行化学机械抛光。

外盖板60安装于基体10的外侧，外盖板60固定于基体10，比如基体10的上端面可以设有台阶面，外盖板60顶部的环形板可以套设在基体10的台阶面。基体10与外盖板60之间无间隙，外盖板60顶部的环形板与基体10之间可以夹设有基体密封圈61，实现外盖板60与基体10的密封。外盖板60侧部的周壁向下延伸以罩设基体10、膜片30，防止抛光液、清洁流体进入到抛光头100的内部。

在一些实施例中，如图1所示，抛光头100还包括：内盖板70，内盖板70安装于基座20的外侧，内盖板70顶部的环形板可以覆盖在基座20的上端面(转盘22的靠近基座20的端面)的外周壁，内盖板70的环形顶壁可以从上方抵压膜片30的下端，从而将膜片30的下端夹设在内盖板70与转盘22之间。内盖板70侧部的周壁沿基座20的外周壁(转盘22的外周壁)向下延伸。

内盖板70与基座20之间设置有第一密封圈71，第一密封圈71可以夹设在内盖板70的内周壁与基座20的外周壁之间。内盖板70与保持环50之间设置有第二密封圈72，第二密封圈72可以夹设在内盖板70的周壁的下端面与保持环50的上端面之间。第一密封圈71与第二密封圈72综合作用，以保证内盖板70与基座20及保持环50之间的密封性。

外盖板60罩设在内盖板70的外侧，有效防止抛光液、清洁流体进入抛光头100的内部。外盖板60的靠近内盖板70的一端的径向内侧设有从上到下向外倾斜的倾斜面。对应地，内盖板70的顶壁与侧壁的连接处的径向外侧也设有从上到下向外倾斜的倾斜面。倾斜面的设置有利于外盖板60与内盖板70之间保持间隙，防止外盖板60与内盖板70之间发生干涉。

如图1-图2所示，基座20设有贯穿基座20的冲洗孔80，气膜40和基座20的连接处与冲洗孔80的径向内端连通，冲洗孔80的径向内端敞开。在抛光头100包括内盖板70的实施例中，冲洗孔80还贯穿内盖板70。这样，清洁流体通过冲洗孔80将直接冲洗气膜40和基座20的连接处。

冲洗孔80的径向内端高于气膜40与基座20内圈的连接处，冲洗孔80的径向内端高于气膜40的朝向基座20的端面。这样，清洁流体通过冲洗孔80可以冲洗气膜40的顶部。

冲洗孔80的径向内端位于气膜40的径向外侧，冲洗孔80在第一平面的投影位于气膜40在第一平面的投影的径向外侧，第一平面的法线与基座的轴线平行。冲洗孔80的径向内端敞开，且基座20(转盘22)的设有冲洗孔80的径向内端的壁面位于气膜40的外侧，清洁流体通过冲洗孔80可以冲洗气膜40的外周。

抛光过程中，抛光液中的磨粒会在气膜40与基座20的固定位置以及气膜40的顶部形成结晶，清洁流体通过冲洗孔80将形成的结晶冲洗，保证抛光头100的使用效果，保障晶圆抛光的一致性。

换言之，通过设置冲洗孔80，能够及时清洁抛光液在气膜40及基座20上形成的结晶，保证抛光头100的使用性能，保证良好的抛光效果。

在另一些实施例中，抛光头100可以不设有内盖板70，外盖板60的周壁直接向下延伸至基座20的外侧，即外盖板60罩设在基体10及基座20的外侧。在抛光头100不设有内盖板70的实施例中，可以直接在基座20上设置贯穿基座20的冲洗孔80即可。抛光头100的其他结构与上述包括内盖板70的实施例基本一致，在此就不再赘述。

根据本发明实施例的抛光头100，通过在基座20的外周设置径向贯穿的冲洗孔80，能够及时清洁抛光液在气膜40及基座20上形成的结晶，实现抛光头100的完全清洁，保证抛光头100的使用性能，保证良好的抛光效果。

如图1所示，基座20的转盘22的背离基体10的一端设有环形的凹槽23，凹槽23朝下敞开，环形的凹槽23包括顶壁、内周壁和外周壁，气膜40安装于转盘22的背离基体10的一端，且气膜40的外径大于凹槽23的内周壁的直径，气膜40的外径小于凹槽23的外周壁的直径，也就是说，气膜40的一部分伸到凹槽23的敞开端的下方。冲洗孔80的径向内端在凹槽23的外周壁敞开。清洁流体通过冲洗孔80可以朝凹槽23冲清洁流体，并喷在气膜40的顶端，清洁流体从气膜40与保持环50之间的间隙流出。上述结构形式的凹槽23，提供了冲洗气膜40顶部的冲洗空间。

气膜40的朝向凹槽23的端面到基体10的距离大于凹槽23的外周壁的下端到基体10的距离。这样可以保证在凹槽23的外周壁敞开的冲洗孔80位于气膜40的顶部的上方。

在一些实施例中，如图1所示，冲洗孔80为沿径向延伸的直孔型，直孔型的冲洗孔80可以降低清洁流体的压力损失。

在一些实施例中，冲洗孔80的截面形状为圆形，冲洗孔80的截面形状也可以为椭圆形，或者如图2所示，冲洗孔80的截面形状也可以为长圆形。冲洗孔80的截面形状只要能够方便清洁流体进入冲洗孔80即可。

在一些实施例中，冲洗孔80为多个，多个冲洗孔80沿基座20的周向间隔开设置。多个冲洗孔80沿基座20的周向均匀间隔开设置。在抛光头100包括内盖板70的实施例中，多个冲洗孔80均布在基座20与内盖板70形成的组件的周。

本发明还公开了一种化学机械抛光设备。

本发明实施例的化学机械抛光设备，具有如上述任一种实施例的抛光头100。根据本发明实施例的化学机械抛光设备的其他构成例如抛光垫等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种抛光头，其特征在于，包括：

基体，所述基体用于与驱动机构相连；

基座，所述基座与所述基体相连；

气膜，所述气膜安装于所述基座的背离所述基体的一端，所述气膜用于吸附晶圆；其中

所述基座设有贯穿所述基座的冲洗孔，所述气膜和所述基座的连接处与所述冲洗孔的径向内端连通。

2.根据权利要求1所述的抛光头，其特征在于，所述冲洗孔的径向内端高于所述气膜与所述基座内圈的连接处。

3.根据权利要求1所述的抛光头，其特征在于，所述冲洗孔在第一平面的投影位于所述气膜在所述第一平面的投影的径向外侧，所述第一平面的法线与所述基座的轴线平行。

4.根据权利要求1所述的抛光头，其特征在于，所述基座的转盘的背离所述基体的一端设有环形的凹槽，所述气膜安装于所述转盘的背离所述基体的一端，且所述气膜的外径大于所述凹槽的内周壁的直径，所述气膜的外径小于所述凹槽的外周壁的直径，所述冲洗孔的径向内端在所述凹槽的外周壁敞开。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的抛光头，其特征在于，所述冲洗孔为沿径向延伸的直孔型。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的抛光头，其特征在于，所述冲洗孔具有圆形或椭圆形或长圆形的截面。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的抛光头，其特征在于，所述冲洗孔为多个，多个所述冲洗孔沿所述基座的周向间隔开设置。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的抛光头，其特征在于，还包括：内盖板，所述内盖板安装于所述基座的外侧，所述冲洗孔贯穿所述内盖板。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的抛光头，其特征在于，还包括：

外盖板，所述外盖板安装于所述基体的外侧；

膜片，所述膜片连接在所述基体和所述基座之间以限定出密闭的腔室；

保持环，所述保持环安装于所述基座的背离所述基体的一端，所述气膜位于所述保持环的径向内侧。

10.一种化学机械抛光设备，其特征在于，具有如权利要求1-9中任一项所述的抛光头。