CN111531464A - 研磨头及研磨设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种研磨头，用于与研磨垫配合对待研磨件进行研磨，包括：用于吸附待研磨件的吸附结构，具有一吸附面；限位环，设置于所述吸附面的边缘，所述限位环的侧壁上均匀设置有多个通孔，使得研磨液可以通过多个所述通孔进入到待研磨件的研磨侧。通过在所述限位环的侧壁上设置通孔，使得研磨液可以通过多个所述通孔进入到待研磨件的研磨侧，增加研磨液进入待研磨件的研磨侧的通道，从而提升研磨速率，避免研磨液的浪费。

Description

研磨头及研磨设备

技术领域

本发明涉及研磨技术领域，尤其涉及一种研磨头及研磨设备。

背景技术

研磨设备包括具有吸附面的吸附结构和设置在吸附面的边缘的限位环，对晶圆等待研磨件进行研磨时，吸附晶圆的吸附结构、限位环与研磨垫将晶圆封闭在一个相对比较封闭的空间内，起到研磨作用的研磨液只能通过渗入到研磨垫上的沟槽后通过研磨垫转动进入到晶圆下表面，研磨垫带入的研磨液非常有限，大部分研磨液被限位环隔离在研磨区域外，导致研磨速度低，研磨液使用量大，且浪费严重。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种研磨头及研磨设备，解决研磨效率低、研磨液用量大且浪费严重的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种研磨头，用于与研磨垫配合对待研磨件进行研磨，包括：

用于吸附待研磨件的吸附结构，具有一吸附面；

限位环，设置于所述吸附面的边缘，所述限位环和所述吸附面的中部区域形成吸附容纳待研磨件的容纳空间，所述限位环的侧壁上均匀设置有多个通孔，使得研磨液可以通过多个所述通孔进入到所述容纳空间内部。

可选的，所述限位环包括连接于所述吸附面上的第一连接面，和与所述第一连接面相对设置的第二连接面，所述通孔远离所述吸附面的内侧壁与所述第二连接面之间的距离小于预设距离，能够使得研磨液通过所述通孔进入所述容纳空间内部。

可选的，所述限位环沿与所述吸附面平行的方向包括外侧面和内侧面，所述通孔包括位于所述外侧面的第一端和位于所述内侧面的第二端，从所述第一端到所述第二端、所述通孔沿着研磨时所述研磨头的旋转方向倾斜延伸设置。

可选的，所述通孔在垂直于所述吸附面的方形上的截面为三角形，所述三角形的第一底边靠近所述吸附面设置，所述三角形与所述第一底边相对设置的顶端远离所述吸附面设置。

可选的，所述限位环采用环氧树脂制成。

可选的，所述限位环在垂直于所述吸附面的方向上的厚度大于或等于待研磨件的厚度。

可选的，所述限位环的厚度大于待研磨件的厚度，且所述限位环的厚度与待研磨件的厚度之差小于预设值。

本发明实施例还提供一种研磨设备，包括上述的研磨头，还包括：

研磨垫，所述研磨垫的研磨面上设置有导流槽；

研磨液提供结构，用于在研磨时提供研磨液；

控制结构，用于控制所述研磨头和/或所述研磨垫运动，以将吸附于所述研磨头上的待研磨件压接于所述研磨面上、并使得所述研磨头和所述研磨垫相对转动、对待研磨件进行研磨。

本发明的有益效果是：通过在所述限位环的侧壁上设置通孔，使得研磨液可以通过多个所述通孔进入到待研磨件的研磨侧，增加研磨液进入待研磨件的研磨侧的通道，从而提升研磨速率，避免研磨液的浪费。

附图说明

图1表示本发明实施例中研磨头的结构示意图；

图2表示本发明实施例中限位环的结构示意图；

图3表示本发明实施例中的限位环的截面示意图；

图4表示本发明实施例中的研磨设备的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

传统技术中，研磨设备包括研磨垫和研磨头，研磨头包括吸附待研磨件的吸附结构，以及设置于吸附结构的吸附面的边缘内的限位环，进行研磨时，研磨头压接于研磨垫上，吸附面、限位环、研磨垫合围形成一个容纳待研磨件的空间，研磨液只能通过研磨垫上的沟槽进入待研磨件的研磨侧，研磨垫带入的研磨液非常有限，大部分研磨液被保留环隔离在研磨区域外，导致研磨速度低，研磨液使用量大，且浪费严重。

当研磨垫吸附研磨液饱和后，研磨速率将不再随着研磨液流量的变化而变化。如果通过在限位环与研磨垫接触的接触面上开槽增加研磨液流入，则会造成两个无法解决的问题，第一是限位环局部开口、限位环受力后会产生高度差，这个高度差会造成待研磨件边缘厚度的不均匀。第二是在限位环与研磨垫接触的接触面上开槽、将会导致开槽部位产生更大的摩擦力，加快对研磨垫的损耗。

针对上述问题，本实施例提供一种研磨头，通过在限位环的侧壁上均匀开设通孔，使得研磨液可以通过多个所述通孔进入到待研磨件的研磨侧，增加研磨液进入待研磨件的研磨侧的通道，提升研磨速率，且可避免研磨液的浪费，且相对于在限位环与研磨垫接触的接触面上开槽的技术方案，本实施例中的限位环与研磨垫接触的接触面是一个完整的、连续的平面结构，保证在研磨时，所述限位环的整体的强度，保证所述限位环与研磨垫接触的接触面的整体的形变的一致性，避免了待研磨件的研磨不均。

具体的，参考图1-图4，本实施例提供一种研磨头01，用于与研磨垫02配合对待研磨件进行研磨，包括：

用于吸附待研磨件的吸附结构，具有一吸附面；

限位环3，设置于所述吸附面的边缘，所述限位环3和所述吸附面的中部区域形成吸附容纳待研磨件的容纳空间，所述限位环3的侧壁上均匀设置有多个通孔31，使得研磨液可以通过多个所述通孔31进入到所述容纳空间内部。

如图1-图3所示，所述通孔31沿着平行于所述吸附面所在的平面的方向、贯穿所述限位环3的侧壁设置，这样在研磨时，研磨液不仅可以从研磨垫02上设置的导流槽进入待研磨件的研磨侧，也可以通过所述通孔31进入待研磨件的研磨侧，增加研磨液进入研磨区域的通道，提升研磨速率，避免研磨液的浪费。

需要说明的是，待研磨件可以是晶圆，也可以是其他需要研磨的器件，并不以此为限，所述研磨环的形状与待研磨件的形状一致，以对待研磨件进行限位，避免待研磨件在研磨过程中移动以致产生研磨不均等问题。

需要说明的是，所述限位环3通过连接胶粘接于所述吸附面的边缘，保证所述限位环3和所述吸附结构之间的连接稳定性，但并不以此为限。

需要说明的是，所述限位环3可以是包覆于所述吸附面的四周，也可以是所述吸附面划分为中心区域和位于中心区域外围的边缘环形区域，所述限位环3贴合连接于所述边缘环形区域，具体的可根据实际需要设定。

本实施例中，所述限位环3包括连接于所述吸附面上的第一连接面32，和与所述第一连接面32相对设置的第二连接面33，所述通孔31远离所述吸附面的内侧壁与所述第二连接面33之间的距离小于预设距离(第一预设距离)，能够使得研磨液通过所述通孔31进入到所述容纳空间内部。

该预设距离的设置可根据实际需要设定，只要保证研磨时研磨液可以进入所述通孔31、并通过所述通孔31、流入所述限位环3与待研磨件之间、最终进入到待研磨件的研磨侧(待研磨件与研磨垫02的研磨面之间)，在实际应用中，研磨液先被滴落于研磨垫的研磨面上，研磨液随着研磨垫02的旋转而旋转的，即会受到靠近所述限位环3的方向的力，研磨垫02与研磨头01相对旋转过程中，限位环3的外表面与研磨液接触的接触区域较大，只要所述通孔31的设置位置至少覆盖部分所述接触区域，即可使得研磨液进入所述通孔31。

本实施例的一实施方式中，在所述限位环3压接于研磨垫02上时，所述限位环3发生形变，使得所述通孔31靠近所述第二连接面33的内侧壁(即所述通孔31远离所述吸附面的内侧壁)与研磨垫02所在的平面基本持平。

为了保证研磨液可以顺利的进入所述通孔31，所述通孔31远离所述吸附面的内侧壁与所述第二连接面33之间的距离越小越好，但是为了保证所述限位环3的整体强度，以及保证所述限位环3与研磨垫02接触的接触面的整体的形变的一致性，所述通孔31远离所述吸附面的内侧壁与所述第二连接面33之间的距离不能太小，不小于第二预设距离，本实施例的一实施方式中，所述通孔31远离所述吸附面的内侧壁与所述第二连接面33之间的距离为0.15-0.2mm，但并不以此为限。

本实施例的一实施方式中，所述通孔31远离所述吸附面的内侧壁与所述第一连接面32之间的距离为0.15-0.2mm，但并不以此为限。

本实施例中，所述限位环3沿与所述吸附面平行的方向包括外侧面和内侧面，所述通孔31包括位于所述外侧面的第一端和位于所述内侧面的第二端，从所述第一端到所述第二端、所述通孔31沿着研磨时所述研磨头01的旋转方向倾斜延伸设置。

所述通孔31在平行于所述吸附面所在的平面的方向上的截面形状为矩形，该矩形从所述第一端到所述第二端、所述通孔31沿着研磨时所述研磨头01的旋转方向倾斜延伸设置，研磨时，所述研磨头01一般是逆时针旋转的，当研磨头01逆时针选旋转时，所述通孔31的延伸方向与研磨液的流动方向趋于相同，利于研磨液进入所述通孔31。

所述通孔31在垂直于所述吸附面的方向上的截面的形状可以有多种，本实施例中，为了保证所述限位环3的强度，所述通孔31在垂直于所述吸附面的方向上的截面为三角形，所述三角形倒置，即所述三角形的第一底边靠近所述吸附面设置，所述三角形与所述第一底边相对设置的顶端远离所述吸附面设置。

需要说明的是，所述通孔31的数量以及相邻两个所述通孔31之间的距离可根据实际需要设定，所述通孔31的大小也可根据实际需要设定，本实施例的一实施方式中，相邻两个通孔31之间的弧面所对应的弧心角为10-20度(即相邻两个所述通孔31的中心点到所述限位环3之间的中心点之间的连接的夹角)，但并不以此为限。

需要说明的是，附图1-4均为示意图，为了保证所述限位环3的第二连接面33的形变的一致性，所述限位环3的侧壁上的多个所述通孔31的设置方式是相同的(包括形状、大小、与所述限位环的相对位置关系等)。

本实施例中，所述限位环3采用高强度环氧树脂制成，在保证所述限位环3的强度的同时，避免所述限位环3对待研磨件的损伤，减缓对研磨垫02的损耗，但并不以此为限。

在研磨时，所述研磨头01与研磨垫02相对旋转，待研磨件的边缘线速度快，受力较大，如果限位环3的厚度小于待研磨件的厚度，容易造成待研磨件的研磨不均，因此，本实施例中，所述限位环3在垂直于所述吸附面的方向上的厚度大于或等于待研磨件的厚度，借助所述限位环3受压形变，减小待研磨件边缘收到的压力，从而保证待研磨件的研磨均匀性。

本实施例的一实施方式中，所述限位环3的厚度大于待研磨件的厚度，且所述限位环3的厚度与待研磨件的厚度之差小于预设值。

该预设值的设置可根据实际需要设定，但不宜过大，以免影响待研磨件的研磨，一般设置为几个毫米，但并不以此为限。

本发明实施例还提供一种研磨设备，包括上述的研磨头01，还包括：

研磨垫02，所述研磨垫02的研磨面上设置有导流槽；

研磨液提供结构，用于在研磨时提供研磨液；

控制结构，用于控制所述研磨头01和/或所述研磨垫02运动，以将吸附于所述研磨头01上的待研磨件压接于所述研磨面上、并使得所述研磨头01和所述研磨垫02相对转动、对待研磨件进行研磨。

通过在限位环3的侧壁上均匀开设通孔31，使得研磨液可以通过多个所述通孔31进入到待研磨件的研磨侧，增加研磨液进入待研磨件的研磨侧的通道，提升研磨速率，且可避免研磨液的浪费。

传统技术中，研磨液用量为1L/min，研磨速度在1000A/min，本实施例中，保持其他条件不变、在所述限位环3的侧壁上贯穿设置多个通孔31，当进入更多的研磨液后，在维持相同的研磨速度下，研磨液用量减少。

所述控制结构的具体结构形式可以有多种，例如，所述吸附结构可以包括一吸附台2，所述控制结构可以包括通过控制连接于所述吸附台上的传动轴1转动，进而控制所述吸附台转动的电机，所述控制结构还可以包括控制所述研磨垫02旋转的电机，所述吸附台与研磨垫02的旋转速度不同，以对待研磨件进行研磨。

以上所述为本发明较佳实施例，需要说明的是，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以进行若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围。

Claims (8)

1.一种研磨头，用于与研磨垫配合对待研磨件进行研磨，其特征在于，包括：

用于吸附待研磨件的吸附结构，具有一吸附面；

限位环，设置于所述吸附面的边缘，所述限位环和所述吸附面的中心区域形成吸附容纳待研磨件的容纳空间，所述限位环的侧壁上均匀设置有多个通孔，使得研磨液可以通过多个所述通孔进入到所述容纳空间内部。

2.根据权利要求1所述的研磨头，其特征在于，所述限位环包括连接于所述吸附面上的第一连接面，和与所述第一连接面相对设置的第二连接面，所述通孔远离所述吸附面的内侧壁与所述第二连接面之间的距离小于预设距离，能够使得研磨液通过所述通孔进入所述容纳空间内部。

3.根据权利要求1所述的研磨头，其特征在于，所述限位环沿与所述吸附面平行的方向包括外侧面和内侧面，所述通孔包括位于所述外侧面的第一端和位于所述内侧面的第二端，从所述第一端到所述第二端、所述通孔沿着研磨时所述研磨头的旋转方向倾斜延伸设置。

4.根据权利要求1所述的研磨头，其特征在于，所述通孔在垂直于所述吸附面的方向上的截面为三角形，所述三角形的第一底边靠近所述吸附面设置，所述三角形与所述第一底边相对设置的顶端远离所述吸附面设置。

5.根据权利要求4所述的研磨头，其特征在于，所述限位环采用环氧树脂制成。

6.根据权利要求1所述的研磨头，其特征在于，所述限位环在垂直于所述吸附面的方向上的厚度大于或等于待研磨件的厚度。

7.根据权利要求1所述的研磨头，其特征在于，所述限位环的厚度大于待研磨件的厚度，且所述限位环的厚度与待研磨件的厚度之差小于预设值。

8.一种研磨设备，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的研磨头，还包括：

研磨垫，所述研磨垫的研磨面上设置有导流槽；

研磨液提供结构，用于在研磨时提供研磨液；

控制结构，用于控制所述研磨头和/或所述研磨垫运动，以将吸附于所述研磨头上的待研磨件压接于所述研磨面上、并使得所述研磨头和所述研磨垫相对转动、对待研磨件进行研磨。

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