CN111805418B - 研磨头气动装置及研磨头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种研磨头气动装置，包括：底部膜片；第一侧壁，与所述底部膜片上表面连接，沿所述底部膜片边缘呈环形设置；第二侧壁，与所述底部膜片上表面连接；所述第二侧壁在所述第一侧壁内侧并与所述第一侧壁间隔设置；分隔膜，与所述第一侧壁和所述第二侧壁连接，以使所述底部膜片、第一侧壁、第二侧壁和所述分隔膜之间形成密闭腔体；顶板，与所述第一侧壁和第二侧壁的顶部连接；所述顶板上设置有用于气体通过的通道，以使所述第一侧壁、第二侧壁、分隔膜和顶板之间形成可充气腔体。本发明能够避免相邻可充气腔体对边缘可充气腔体的干扰，提高对晶圆压力的控制能力。
Description
技术领域
本发明涉及研磨技术领域，尤其涉及一种研磨头气动装置及研磨头。
背景技术
化学机械研磨(CMP)方法是常用的晶圆平坦化方法之一，在进行化学机械研磨时，需要将晶圆固定在研磨头上，研磨头上一般设置有气动的膜结构。在研磨过程中，通过气动的膜结构将晶圆压紧在研磨垫上，然后通过研磨头和研磨垫之间的旋转运动实现晶圆的研磨。
现有技术中，气动膜片通常被由外向内的划分为多个环形的区域，每个环形的区域上对应一个可充气的腔体，通过对不同的可充气腔体冲入不同压力的气体，从而能够对晶圆的不同区域进行不同压力的压紧。但是，上述结构在研磨过程中会导致边缘的可充气腔体中容易受到邻近的腔体的干扰，难以精确控制其对晶圆的压力，因此，为了对晶圆边缘进行研磨，需要对边缘的可充气腔体施加更高的压力。但是，施加更高的压力会导致研磨液的进入受阻，研磨液的散布性下降或者晶圆的边缘因受到过大的压力而破裂。
发明内容
本发明提供的研磨头气动装置及研磨头，能够避免其他可充气腔体对边缘腔体的干扰，提高对晶圆压力的控制能力。
第一方面，本发明提供一种研磨头气动装置，包括：
底部膜片；
第一侧壁，与所述底部膜片上表面连接，沿所述底部膜片边缘呈环形设置；
第二侧壁，与所述底部膜片上表面连接；所述第二侧壁在所述第一侧壁内侧并与所述第一侧壁间隔设置；
分隔膜，与所述第一侧壁和所述第二侧壁连接，以使所述底部膜片、第一侧壁、第二侧壁和所述分隔膜之间形成密闭腔体；
顶板，与所述第一侧壁和第二侧壁的顶部连接；所述顶板上设置有用于气体通过的通道，以使所述第一侧壁、第二侧壁、分隔膜和顶板之间形成可充气腔体。
可选地，所述底部膜片、第一侧壁、第二侧壁和分隔膜分别在对应所述密闭腔体的范围内加厚设置，以使所述密闭腔体的壁厚大于所述第一侧壁和第二侧壁对应所述可充气腔体的范围的壁厚。
可选地，所述密闭腔体内填充有气体，所述气体的比重与空气的比重的比值不小于0.808。
可选地，所述密闭腔体内填充有氮气、空气或比重大于空气比重的气体中的一种或两种及以上的混合物。
可选地，所述密闭腔体内填充有固体填充物，所述固体填充物的硬度低于所述底部膜片、第一侧壁、第二侧壁和/或所述分隔膜硬度。
可选地，所述密闭腔体内填充有与第一侧壁、第二侧壁、分隔膜或顶板相同材质的硅胶。
可选地，所述第一侧壁、第二侧壁、分隔膜或顶板的材质比重小于或等于所述底部膜片的材质比重。
可选地，在所述第二侧壁内部进一步还设置有若干由外向内依次间隔设置的若干第三侧壁，所述第三侧壁与所述底部膜片连接，所述第三侧壁的顶部与顶板连接，所述顶板设置有供气体通过的通道，以使两相邻的第三侧壁之间、第二侧壁和最外侧第三侧壁之间以及最内侧第三侧壁内部形成可充气腔体。
本发明提供的研磨头气动装置，通过在边缘的第一侧壁和第二侧壁中间设置分隔膜，从而形成了密闭的腔体，能够减少可充气腔体的侧壁面积，从而减少可充气腔体侧壁的流动性，最大程度的降低了相邻可充气腔体对边缘可充气腔体的干扰。并且，由于排除了其他可充气腔体的对边缘腔体的干扰，因此，可以通过调节边缘可充气腔体的压力调节研磨液的散布性和控制晶圆的边缘研磨。
第二方面，本发明提供一种研磨头，包括：
承载结构，
如上述任意一项所述研磨头气动装置，所述研磨头气动装置与所述承载结构连接。
可选地，还包括固定环，环绕所述研磨头气动装置设置，所述固定环与所述承载结构连接。
本发明提供的研磨头，由于使用了上述的研磨头气动装置，通过在边缘的第一侧壁和第二侧壁中间设置分隔膜，从而形成了密闭的腔体，能够减少可充气腔体的侧壁面积，从而减少可充气腔体侧壁的流动性，最大程度的降低了相邻可充气腔体对边缘可充气腔体的干扰。并且，由于排除了其他可充气腔体的对边缘腔体的干扰，因此，可以通过调节边缘可充气腔体的压力调节研磨液的散布性和控制晶圆的边缘研磨。
附图说明
图1为本发明一实施例研磨头气动装置的断面示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
本实施例提供一种研磨头气动装置，如图1所示，包括：底部膜片41；第一侧壁42，与底部膜片41上表面连接，沿底部膜片41边缘呈环形设置；第二侧壁43，与底部膜片41上表面连接；第二侧壁43在第一侧壁42内侧并与第一侧壁42间隔设置；分隔膜44，与第一侧壁42和第二侧壁43连接，以使底部膜片41、第一侧壁42、第二侧壁43和分隔膜44之间形成密闭腔体；顶板45，与第一侧壁42和第二侧壁43的顶部连接；顶板45上设置有用于气体通过的通道，以使第一侧壁42、第二侧壁43、分隔膜44和顶板45之间形成可充气腔体。在本实施例中，首先需要底部膜片41，底部膜片41在晶圆2研磨过程中是压紧在晶圆2上表面的，通过底部膜片41对晶圆2施加压力，使晶圆2对研磨垫1施加一定的压力；在底部膜片41的边缘竖直设置第一侧壁42，第一侧壁42为环形的侧壁，第一侧壁42的底部与底部膜片41的边缘连接；在第一侧壁42内侧需要设置第二侧壁43，第二侧壁43也为环形并且与第一侧壁42间隔设置，第二侧壁43底部与底部膜片41连接，从而，第一侧壁42、第二侧壁43和底部膜片41形成底部封闭而顶部开放的腔体，在第一侧壁42和第二侧壁43的中部设置分隔膜44，分隔膜44与第一侧壁42和第二侧壁43连接，这样，在第一侧壁42、第二侧壁43、底部膜片41和分隔膜44之间就形成了封闭的腔体；再在第一侧壁42和第二侧壁43的顶部设置顶板45，顶板45与第一侧壁42和第二侧壁43连接，并且，顶板45上设置有供气体通过的通道，这样，在第一侧壁42、第二侧壁43、分隔膜44和顶板45之间形成了可充气腔体。
在本实施例中，将第一侧壁42、第二侧壁43、分隔膜44和底部膜片41形成密闭的腔体，然后将第一侧壁42、第二侧壁43、分隔膜44和顶板45形成可充气腔体，形成密闭腔体和可充气腔体叠放的结构。在对晶圆2进行压紧时，由于在底部膜片41上形成了密闭腔体，密闭腔体相比与单层的膜来说，更不容易变形和位移，也就避免了相邻的腔体对密闭腔体对应的底部膜片41的范围的压力形成干扰。避免了相邻腔体对密闭腔体对应底部膜片41的范围形成干扰后，密闭腔体对应的底部膜片41范围的压力仅仅受上方叠放的可充气腔体的压力影响，从而，能够通过调节上方的可充气腔体的压力实现对晶圆2压力的精确调节。从而，能够通过调节上方可充气腔体的压力能够调节研磨液的散布性以及晶圆2边缘的研磨质量。
作为可选地实施方式，底部膜片41、第一侧壁42、第二侧壁43和分隔膜分别在对应密闭腔体的范围内加厚设置，以使密闭腔体的壁厚大于第一侧壁42和第二侧壁43对应可充气腔体的范围的壁厚。在本实施例中，通过对密闭腔体对应范围内的底部膜片41、第一侧壁42、第二侧壁43和分隔膜分别进行加厚，从而，进一步加强密闭腔体的强度，降低密闭腔体的变形能力，从而能够进一步降低相邻的可充气腔体对边缘可充气腔体对应的底部膜片41范围的干扰，能够进一步提高本实施例的调节研磨液散布性以及晶圆2边缘研磨质量的能力。
作为可选地实施方式，密闭腔体内填充有气体，气体的比重与空气的比重的比值不小于0.808。在该密闭腔体内，需要填充气体以确保该密闭腔体的抗变形能力，从而提高对应该密闭腔体对应的底部膜片41的抗干扰能力，作为优选的实施例，密闭腔体内填充有氮气、空气或比重大于空气比重的气体中的一种或两种及以上的混合物。由于氮气、空气的等气体的制备或收集成本较低，因此，可以优选氮气或空气两者之一，或者可以选择两者的混合气体，也可以选择两者之一与其他气体的混合气体，或者两者与其他气体的混合气体。当然，也可以选择不包括两者的其他气体。作为本实施方式的优选，可以将气体的压力控制在不大于1atm，从而，能够确保密闭腔体的抗变形能力，同时还能够确保该腔体具有充足的柔性。
作为可选地实施方式，密闭腔体内填充有固体填充物，固体填充物的硬度低于底部膜片、第一侧壁、第二侧壁和/或分隔膜硬度。在密闭腔体中填充固体的情况下，为避免对于晶圆2的损伤，通常应当填充硬度较低的固体，从而确保密闭腔体对晶圆2进行柔性施压而非刚性施压。在本实施方式中，采用硬度低于底部膜片、第一侧壁、第二侧壁和/或分隔膜硬度固体确保在对晶圆2施压是不会对晶圆2造成损伤。作为优选的实施方式，密闭腔体内填充有与第一侧壁42、第二侧壁43、分隔膜44或顶板45相同材质的硅胶。将密闭腔体中填充的材料选用与第一侧壁42、第二侧壁43、分隔膜或者顶板45相同材质的硅胶，减少材料的种类，并且，在成型过程中能够减少填充工序，可以与第一侧壁42、第二侧壁43或者分隔膜一次成型，从而减少加工成本。
作为可选地实施方式，第一侧壁42、第二侧壁43、分隔膜44或顶板45的材质比重小于或等于底部膜片41的材质比重。将第一侧壁42、第二侧壁43、分隔膜44或顶板45的材质选用比重小于底部膜片41材质，能够尽可能减少由于第一侧壁42、第二侧壁43、分隔膜44或顶板45的材质对晶圆2施加压力的影响，从而能够更加精确的通过调整气体压力对晶圆2施压。
作为可选地实施方式，在第二侧壁43内部进一步还设置有若干由外向内依次间隔设置的若干第三侧壁46，第三侧壁46与底部膜片41连接，第三侧壁46的顶部与顶板45连接，顶板45设置有供气体通过的通道，以使两相邻的第三侧壁46之间、第二侧壁43和最外侧第三侧壁46之间以及最内侧第三侧壁46内部形成可充气腔体。在本实施例中，通过在第二侧壁43内侧形成若干个第三侧壁46，从而，形成多个可充气腔体，在对晶圆2进行研磨时，由于对不同的区域需要施加不同的压力，因此，可以通过控制多个可充气腔体的气体压力控制对晶圆2不同区域施加的压力。
本实施例提供的研磨头气动装置，通过在边缘的第一侧壁42和第二侧壁43中间设置分隔膜44，从而形成了密闭的腔体，能够减少可充气腔体的侧壁面积，从而减少可充气腔体侧壁的流动性，最大程度的降低了相邻可充气腔体对边缘可充气腔体的干扰。并且，由于排除了其他可充气腔体的对边缘腔体的干扰，因此，可以通过调节边缘可充气腔体的压力调节研磨液的散布性和控制晶圆2的边缘研磨。
本实施例提供一种研磨头，包括：承载结构，如上述任意一项研磨头气动装置，研磨头气动装置与承载结构连接。本实施例中的研磨头，具有一承载结构，承载结构优选的可以为压盘，研磨头气动装置连接在承载结构上，并且，通过供气装置向研磨头气动装置供气，通过调节供气的气压，即可调节研磨头气动装置对晶圆2的下压压力。
作为可选的实施方式，本实施例还包括固定环3，环绕研磨头气动装置设置，固定环3与承载结构连接。在晶圆2研磨过程中，由于需要对晶圆2进行旋转运动，为了避免在旋转过程中晶圆2发生位置跑偏，在研磨头气动装置的周围环绕设置固定环3，固定环3的下表面通常低于晶圆2的下表面，从而，能够通过对晶圆2的周向环绕实现对晶圆2的径向定位，确保晶圆2在旋转的过程中不会发生位置的跑偏。
本实施例提供的研磨头，由于使用了上述的研磨头气动装置，通过在边缘的第一侧壁42和第二侧壁43中间设置分隔膜44，从而形成了密闭的腔体，能够减少可充气腔体的侧壁面积，从而减少可充气腔体侧壁的流动性，最大程度的降低了相邻可充气腔体对边缘可充气腔体的干扰。并且，由于排除了其他可充气腔体的对边缘腔体的干扰，因此，可以通过调节边缘可充气腔体的压力调节研磨液的散布性和控制晶圆2的边缘研磨。
在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种研磨头气动装置，其特征在于，包括：
底部膜片；
第一侧壁，与所述底部膜片上表面连接，沿所述底部膜片边缘呈环形设置；
第二侧壁，与所述底部膜片上表面连接；所述第二侧壁在所述第一侧壁内侧并与所述第一侧壁间隔设置；
分隔膜，与所述第一侧壁和所述第二侧壁连接，以使所述底部膜片、第一侧壁、第二侧壁和所述分隔膜之间形成密闭腔体；
顶板，与所述第一侧壁和第二侧壁的顶部连接；所述顶板上设置有用于气体通过的通道，以使所述第一侧壁、第二侧壁、分隔膜和顶板之间形成可充气腔体；
其中，所述密闭腔体内填充有固体填充物，所述固体填充物的硬度低于所述底部膜片、第一侧壁、第二侧壁和/或所述分隔膜硬度。
2.如权利要求1所述研磨头气动装置，其特征在于，所述底部膜片、第一侧壁、第二侧壁和分隔膜分别在对应所述密闭腔体的范围内加厚设置，以使所述密闭腔体的壁厚大于所述第一侧壁和第二侧壁对应所述可充气腔体的范围的壁厚。
3.如权利要求1所述研磨头气动装置，其特征在于：所述密闭腔体内填充有与第一侧壁、第二侧壁、分隔膜或顶板相同材质的硅胶。
4.如权利要求1所述研磨头气动装置，其特征在于：所述第一侧壁、第二侧壁、分隔膜或顶板的材质比重小于或等于所述底部膜片的材质比重。
5.如权利要求1所述研磨头气动装置，其特征在于：在所述第二侧壁内部进一步还设置有若干由外向内依次间隔设置的若干第三侧壁，所述第三侧壁与所述底部膜片连接，所述第三侧壁的顶部与顶板连接，所述顶板设置有供气体通过的通道，以使两相邻的第三侧壁之间、第二侧壁和最外侧第三侧壁之间以及最内侧第三侧壁内部形成可充气腔体。
6.一种研磨头，其特征在于，包括：
承载结构，
如权利要求1-5任意一项所述研磨头气动装置，所述研磨头气动装置与所述承载结构连接。
7.如权利要求6所述研磨头，其特征在于：还包括固定环，环绕所述研磨头气动装置设置，所述固定环与所述承载结构连接。
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