CN205799210U - 卡环结构件以及化学机械研磨装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种卡环结构件以及化学机械研磨装置，所述卡环结构件，用于一研磨头上，包括：第一卡环，所述第一卡环上设置有多个沟槽以及多个第一孔，所述沟槽位于所述第一卡环的下表面，并贯穿所述第一卡环的内、外壁，每一所述沟槽的顶壁上设置有一个第一孔，所述第一孔连通所述沟槽；多个活塞；制动机构，所述制动机构控制所述活塞在所述沟槽和所述第一孔内上下运动。本实用新型提供的所述卡环结构件，将所述卡环结构件应用于化学机械研磨装置中，能够减少或去除CMP工艺中现有沟槽内的研磨副产物，从而提高研磨液和化学用品的利用率，改善晶圆表面外观，延长研磨垫的使用寿命，提高生产产能和节约生产成本。

Description

卡环结构件以及化学机械研磨装置

技术领域

本实用新型涉及一种半导体制造设备，特别是涉及一种卡环结构件以及化学机械研磨装置。

背景技术

化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)技术在半导体器件制造过程中广泛使用，CMP也称为化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization)，CMP是一个复杂的工艺过程，其基本原理是，利用混有极小颗粒的化学溶液与加工表面发生化学反应来改变表面的化学键，生成容易以机械方式去除的产物，再通过机械摩擦去除化学反应物来获得超光滑无损伤的平坦表面。业界，通常采用化学机械研磨设备，也称为研磨机台或抛光机台来进行化学机械研磨工艺。

请参阅图1和图2所示，在现有CMP装置中，研磨头用于固定晶片，以起到机械作用，在上述研磨头中设置有卡环结构件1，且这种卡环结构件1用于固定所夹持的晶片的原位。所述卡环结构件1包括第一卡环11和第二卡环12，且在所述第一卡环11上均匀分布有数个沟槽110，在CMP工艺中上述沟槽110的角落很容易聚集一些研磨的副产物，这样会降低研磨液和化学用品的利用率，导致晶圆表面出现擦伤等缺陷，影响晶圆品质；同时也会导致研磨垫的金属损失和腐蚀等问题，影响研磨垫的使用寿命，降低生产产量，增加生产成本。

因此，针对上述技术问题，有必要对现有卡环结构件进行改进，提供一种新的卡环结构件以及化学机械研磨装置。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是减少化学机械研磨装置中副产物的残留，从而提高研磨液和化学用品的利用率，改善晶圆表面外观，延长研磨垫的使用寿命，提高生产产能，节约生产成本。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的卡环结构件，用于一研磨头上，所述卡环结构件包括：

第一卡环，所述第一卡环上设置有多个沟槽以及多个第一孔，所述沟槽位于所述第一卡环的下表面，并贯穿所述第一卡环的内、外壁，每一所述沟槽的顶壁上设置有一个第一孔，所述第一孔连通所述沟槽；

多个活塞；

制动机构，所述制动机构控制所述活塞在所述沟槽和所述第一孔内上下运动。

进一步的，所述第一孔贯穿所述沟槽的顶壁和所述第一卡环的上表面。

进一步的，所述卡环结构件还包括第二卡环，所述第二卡环位于所述第一卡环上方，所述第二卡环上设置有多个第二孔，每个所述第二孔与一个所述第一孔相导通。

进一步的，所述制动机构包括多个导气管，每个所述导气管连通一个所述第二孔，所述导气管向所述第二孔吹气或抽气，控制所述活塞在所述沟槽和所述第一孔内上下运动。

进一步的，所述导气管和所述第二孔通过一密封圈进行密封。

进一步的，所述制动机构还包括一送气管，所述送气管分别与多个所述导气管导通。

进一步的，所述活塞的横截面形状与所述第一孔的横截面形状相同。

进一步的，所述第一孔的横截面形状为方形。

进一步的，所述第二孔的横截面形状为圆形。

根据本实用新型的另一面，本实用新型还提供一种包括所述卡环结构件的化学机械研磨装置。

进一步的，所述化学机械研磨装置还包括研磨平台、研磨垫、浆料传送装置。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供一所述卡环结构件，所述卡环结构件中包括所述沟槽、所述第一孔、所述活塞和所述制动机构，将所述卡环结构件应用于化学机械研磨装置中，通过所述制动机构控制所述活塞在所述沟槽和所述第一孔内进行上下 运动，能够减少或去除CMP工艺中现有沟槽内的研磨副产物，从而提高研磨液和化学用品的利用率，改善晶圆表面外观，延长研磨垫的使用寿命，提高生产产能和节约生产成本。

附图说明

图1为现有化学机械研磨装置中研磨头的卡环结构件的基本结构示意图；

图2为现有化学机械研磨装置中研磨头的卡环结构件的剖面图；

图3为本实用新型一实施例中第一卡环和活塞的基本结构示意图；

图4为本实用新型一实施例中第一卡环、第二卡环和活塞的基本结构示意图；

图5为本实用新型一实施例中卡环结构件的剖面图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本实用新型卡环结构件以及化学机械研磨装置进行更详细的描述，其中表示了本实用新型的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型，而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本实用新型的限制。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

本实用新型的核心思想在于，本实用新型提供一卡环结构件，用于一研磨头上，所述卡环结构件包括：

第一卡环，所述第一卡环上设置有多个沟槽以及多个第一孔，所述沟槽位于所述第一卡环的下表面，并贯穿所述第一卡环的内、外壁，每一所述沟槽的顶壁上设置有一个第一孔，所述第一孔连通所述沟槽；

多个活塞；

制动机构，所述制动机构控制所述活塞在所述沟槽和所述第一孔内上下运 动。

本实用新型还提供一种包括所述卡环结构件的化学机械研磨装置。

本实用新型提供上述卡环结构件，所述卡环结构件中包括所述沟槽、所述第一孔、所述活塞和所述制动机构，将所述卡环结构件应用于化学机械研磨装置中，通过所述制动机构控制所述活塞在所述沟槽和所述第一孔内进行上下运动，能够减少或去除CMP工艺中现有沟槽内的研磨副产物，从而提高研磨液和化学用品的利用率，改善晶圆表面外观，延长研磨垫的使用寿命，提高生产产能和节约生产成本。

以下列举所述卡环结构件以及化学机械研磨装置的实施例，以清楚说明本实用新型的内容，应当明确的是，本实用新型的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本实用新型的思想范围之内。

请参阅图3至图5，本实用新型提供一卡环结构件2，用于研磨头上，所述卡环结构件2包括：第一卡环21，所述第一卡环21上均匀设置有多个沟槽210以及多个第一孔211，所述沟槽210位于所述第一卡环21的下表面，并贯穿所述第一卡环21的内、外壁，每一所述沟槽210的顶壁上设置有一个第一孔211，所述第一孔211连通所述沟槽210，所述沟槽210的形状不作限定，同样的所述第一孔211的形状也不作限定，一般的，如所述第一孔211的横截面形状可以为方形或圆形等。较佳的，本实施例中所述第一孔211贯穿所述沟槽210的顶壁和所述第一卡环21的上表面，便于本实施例后续制动机构的实现。

为了便于CMP工艺中副产物及时从所述沟槽210内排出，所述卡环结构件2中设置多个活塞22和一制动机构，每个所述沟槽210和一个所述第一孔210中设置一个所述活塞22，所述制动机构控制所述活塞22在所述沟槽210和所述第一孔211内上下运动，当所述活塞22向上运动时，所述沟槽210内可以有研磨液流动，当所述活塞22向下运动时，研磨浆从所述沟槽210内被挤出，同时副产物从所述沟槽210内排出。较佳的，从CMP工艺研磨晶圆表面外观的角度考虑，所述活塞22的材质最好与所述第一卡环21的材质一样，比如树脂材料的塑料等；为了保证所述活塞22能在所述沟槽210和所述第一孔211内上下灵活运动，所述活塞22的横截面形状与所述第一孔211的横截面形状相同。

本实施例中所述卡环结构件2还包括第二卡环23，所述第二卡环23位于所述第一卡环21上方，较佳的，所述第二卡环23上均匀设置有多个第二孔230，所述第二孔230与所述第一孔210相导通。所述制动机构包括多个导气管24和一送气管25，所述送气管25分别与多个所述导气管24导通，每个所述导气管24连通一个所述第二孔230，所述导气管24向所述第二孔230吹气或抽气，控制所述活塞22在所述沟槽210和所述第一孔211内上下运动。具体的，所述导气管24和所述第二孔230通过一密封圈26进行密封，所述密封圈26可以防止漏气或者多余液体的渗入。所述导气管24也可以穿过所述密封圈26插入所述第二孔230中。

为了更好的实现由压力控制所述活塞23的运动，所述活塞23的高度要略微高于所述沟槽210的高度。为了使所述活塞23的运动幅度可控，所述活塞23可采用常用的内嵌式或者外嵌式设置于所述沟槽210和所述第一孔211中(图中示意图省略)，这是本领域普通技术人员公知的，在此不作赘述。

另外，本实用新型还提供一种包括所述卡环结构件2的化学机械研磨装置，进一步的，所述化学机械研磨装置包括一上面铺设研磨垫的研磨平台、以及一浆料传送装置。

化学机械研磨装置进行研磨工艺时，将要研磨的晶圆附着在研磨头上，该晶圆的待研磨面向下并接触相对旋转的研磨垫，并将该晶圆紧压到研磨垫上，研磨垫粘贴于研磨平台上，当该研磨平台在马达的带动下旋转时，研磨头也进行相应运动，研磨液通过浆料传送装置输送到研磨垫上，并通离心力均匀地分布在研磨垫上。结合图3至图5，研磨头上设置有一卡环结构件2，在上述研磨工艺开始时，所述卡环结构件2中的所述活塞22处于所述第一孔211的顶部，在研磨的过程中，通过所述送气管25对所述导气管24送入气体，较佳的送入气体的压力约1.5～2磅/平方英寸，使所述活塞22从所述第一孔211的顶部向下作匀速运动，直至所述沟槽210的底部，通过这样的一个过程，所述活塞22会将残留在所述沟槽210的副产物挤压出去，紧接着对所述送气管25和所述导气 管24进行抽压，使所述活塞22从所述沟槽210的底部向上做匀速运动，直至回到所述第一孔211的顶部。较佳的，所述活塞22经过一个向下和向上运动的周期后，所述活塞22在所述第一孔211的顶部停留一定时间，如10秒、20秒等，然后再重复所述活塞22向下和向上匀速运动的动作。如此反复研磨以实现晶圆表面平滑化，同时通过所述制动机构的压力控制所述活塞22的反复上下运动，以减少和去除所述沟槽210中残留的副产物。

本实施例中所述制动机构是采用压力控制所述活塞22的上下运动的，显然，在其他实施例中，只要是能够实现所述活塞22上下运动的制动机构都属于本实用新型的精神和范围，例如：连杆式等制动机构，这些制动机构都是本领域普通技术人员公知的，在此不作赘述。

综上，本实用新型提供一卡环结构件2，所述卡环结构件2中包括所述沟槽210、所述第一孔211、所述活塞22和所述制动机构，将所述卡环结构件2应用于化学机械研磨装置中，通过所述制动机构控制所述活塞22在所述沟槽210和所述第一孔211内进行上下运动，能够减少或去除CMP工艺中现有沟槽内的研磨副产物，从而提高研磨液和化学用品的利用率，改善晶圆表面外观，延长研磨垫的使用寿命，提高生产产能和节约生产成本。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种卡环结构件，用于一研磨头上，其特征在于，包括：

第一卡环，所述第一卡环上设置有多个沟槽以及多个第一孔，所述沟槽位于所述第一卡环的下表面，并贯穿所述第一卡环的内、外壁，每一所述沟槽的顶壁上设置有一个第一孔，所述第一孔连通所述沟槽；

多个活塞；

制动机构，所述制动机构控制所述活塞在所述沟槽和所述第一孔内上下运动。

2.如权利要求1所述的卡环结构件，其特征在于，所述第一孔贯穿所述沟槽的顶壁和所述第一卡环的上表面。

3.如权利要求2所述的卡环结构件，其特征在于，所述卡环结构件还包括第二卡环，所述第二卡环位于所述第一卡环上方，所述第二卡环上设置有多个第二孔，每个所述第二孔与一个所述第一孔相导通。

4.如权利要求3所述的卡环结构件，其特征在于，所述制动机构包括多个导气管，每个所述导气管连通一个所述第二孔，所述导气管向所述第二孔吹气或抽气，控制所述活塞在所述沟槽和所述第一孔内上下运动。

5.如权利要求4所述的卡环结构件，其特征在于，所述导气管和所述第二孔通过一密封圈进行密封。

6.如权利要求4所述的卡环结构件，其特征在于，所述制动机构还包括一送气管，所述送气管分别与多个所述导气管导通。

7.如权利要求1所述的卡环结构件，其特征在于，所述活塞的横截面形状与所述第一孔的横截面形状相同。

8.如权利要求1所述的卡环结构件，其特征在于，所述第一孔的横截面形状为方形。

9.如权利要求3所述的卡环结构件，其特征在于，所述第二孔的横截面形状为圆形。

10.一种包括如权利要求1-9中任意一种所述卡环结构件的化学机械研磨装置。

11.如权利要求10所述的化学机械研磨装置，其特征在于，所述化学机械研 磨装置还包括研磨平台、研磨垫、浆料传送装置。