CN207326710U - 研磨头及化学机械研磨装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种研磨头及化学机械研磨装置。所述研磨头，包括用于限定晶圆位置的定位环，还包括嵌入所述研磨头内的传输管道；所述定位环上设置有至少一开口，所述开口与所述传输管道连通，研磨液经所述传输管道从所述开口流出至研磨垫表面。本实用新型避免了研磨液在研磨垫表面分布不均的现象，确保了晶圆表面的平整性。

Description

研磨头及化学机械研磨装置

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种研磨头及化学机械研磨装置。

背景技术

随着高科技电子消费市场的迅速发展，晶圆制造行业要求越来越高的器件密度、越来越小的线宽，随之而来，晶圆表面平坦程度的要求越来越高。化学机械研磨(ChemicalMechanical Polishing，CMP)是目前半导体制造行业最常用的晶圆表面平坦化处理方法，化学机械研磨通过化学反应过程和机械研磨过程共同作用完成平坦化处理。

附图1是现有技术中化学机械研磨装置的结构示意图。如图1所示，现有的化学机械研磨装置包括研磨头12、研磨垫13以及研磨液供给管道11。所述研磨垫13铺设于研磨平台上，所述研磨头12的下端装配有待研磨晶圆，所述待研磨晶圆与所述研磨垫13接触。在进行化学机械研磨的过程中，研磨液从所述研磨液供给管道11以一定的速率流到所述研磨垫13的表面，所述研磨头12向所述待研磨晶圆施加一定压力，使得待研磨晶圆的待研磨面与所述研磨垫13产生机械接触；在研磨过程中，所述研磨平台、所述研磨头12分别以一定的速度旋转，而研磨平台的转动同时也会带动所述研磨垫13的转动，从而通过机械和化学作用去除待研磨晶圆表面的薄膜，以达到待研磨晶圆表面平坦化的目的。

从图1可以看出，在现有的化学机械研磨装置中，研磨头与研磨液供给管道是相互分离的，且研磨头和研磨液供给管道位于研磨垫的相对两侧，研磨液滴于研磨垫的一侧后，通过研磨平台旋转的离心力作用而逐渐分布在整个研磨垫表面。但是，这种化学机械研磨装置存在以下缺陷：研磨液通过离心力的作用在研磨垫表面分布的过程中，会产生分布不均的现象，从而影响到晶圆表面的研磨速率，最终导致对晶圆的平整性造成影响。

因此，如何避免研磨液在研磨垫表面分布不均的问题，从而确保晶圆表面的平整性，是目前亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种研磨头及化学机械研磨装置，用以解决现有技术中研磨液在研磨垫表面分布不均的问题，从而确保晶圆表面的平整性。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种研磨头，包括用于限定晶圆位置的定位环，还包括嵌入所述研磨头内的传输管道；所述定位环上设置有至少一开口，所述开口与所述传输管道连通，研磨液经所述传输管道从所述开口流出至研磨垫表面。

优选的，所述至少一开口包括多个开口，且多个开口关于所述定位环的轴向对称分布。

优选的，所述研磨头还包括与所述定位环连接的研磨头本体，所述传输管道集成于所述研磨头本体内。

优选的，所述开口为贯穿所述定位环的通孔。

优选的，所述研磨头还包括与所述定位环连接的研磨头本体，所述传输管道集成于所述研磨头本体及所述定位环内。

优选的，所述开口为设置于所述定位环上的圆孔或沟槽。

优选的，所述定位环包括相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面与所述研磨头本体连接，所述开口设置于所述第二表面。

优选的，所述开口设置于所述定位环的内侧面。

优选的，所述开口的内径小于所述传输管道的内径。

为了解决上述问题，本实用新型还提供了一种化学机械研磨装置，包括上述任一项所述的研磨头。

本实用新型提供的研磨头及化学机械研磨装置，通过在研磨头内嵌用于传输研磨液的传输管道，且在用于限定晶圆位置的定位环中设置与传输管道连通的开口，研磨液经所述传输管道从所述开口流出至研磨垫表面，从而使得研磨液流出位置始终与研磨头保持相同，避免了研磨液在研磨垫表面分布不均的现象，以确保晶圆表面的平整性。

附图说明

附图1是现有技术中化学机械研磨装置的结构示意图；

附图2是本实用新型第一具体实施方式中研磨头的结构示意图；

附图3是本实用新型第一具体实施方式中定位环的结构示意图；

附图4是本实用新型第二具体实施方式中研磨头的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的研磨头及化学机械研磨装置的具体实施方式做详细说明。

第一具体实施方式

本具体实施方式提供了一种研磨头，附图2是本实用新型第一具体实施方式中研磨头的结构示意图。如图2所示，本具体实施方式提供的研磨头，包括用于限定晶圆位置的定位环22。与现有技术中的定位环相同，本具体实施方式中的定位环22置于研磨头本体21的下方，由所述定位环形成一容纳空间；在所述研磨头本体21朝向所述定位环22的一侧还设置有吸附膜；在进行化学机械研磨的过程中，待研磨的晶圆置于所述容纳空间内，且由所述吸附膜吸附。本具体实施方式的研磨头还包括嵌入所述研磨头内的传输管道23，所述传输管道23用于传输研磨液。所述定位环22上设置有至少一开口221，所述开口221与所述传输管道23连通，研磨液经所述传输管道23从所述开口221流出至研磨垫表面。即在进行化学机械研磨的过程中，研磨液从外界进入位于所述研磨头内部的传输管道23，经所述传输管道23传输到达所述开口221、并从所述开口221喷出。采用这种结构，可以确保在化学机械研磨的过程中，研磨液出口位置与研磨头的相对位置是固定不变的，研磨液的滴落位置相对于所述晶圆是固定的，即研磨液的滴落点始终位于所述晶圆外周边缘，避免了研磨液在研磨垫表面分布不均的现象，确保了晶圆表面的平整性；而且缩短了研磨液在研磨垫表面的流经路径，减少了研磨液的浪费，节省了研磨液的用量，进而降低了化学机械研磨的成本。其中，所述传输管道23的具体材质，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如根据研磨液的性质，本具体实施方式对此不作限定。

附图3是本实用新型第一具体实施方式中定位环的结构示意图。设置于所述定位环22上的开口221的具体数量，本领域技术人员可以根据实际需要进行确定。为了进一步提高研磨液在研磨垫表面分布的均匀性，从而进一步提高化学机械研磨的质量，优选的，如图3所示，所述至少一开口221包括多个开口221，且多个开口221关于所述定位环22的轴向对称分布。由于在化学机械研磨过程中，固定于研磨头中的待研磨晶圆的中心轴与定位环的中心轴重合，因此，采用本具体实施方式提供的上述结构在进行化学机械研磨时，研磨液的滴落点也会相对于所述待研磨晶圆的轴向对称分布，故而更有利于提高研磨液在研磨垫表面分布的均匀性。

如图2所示，在本具体实施方式中，所述研磨头还包括与所述定位环22连接的研磨头本体21，所述传输管道23集成于所述研磨头本体21及所述定位环22内。即在本具体实施方式中，所述传输管道23贯穿于研磨头本体21及定位环22，这样有利于控制研磨液在研磨头内部的流动路径，且避免了研磨液对研磨头本体、定位环内部组件的影响。举例来说，在本具体实施方式中，所述传输管道23可以是仅嵌入于所述研磨头本体21与所述定位环22内，即所述传输管道23先直接从外界嵌入所述研磨头本体21内、再经所述研磨头本体21延伸至所述定位环22内，研磨液从外界直接进入位于所述研磨头本体21内的传输管道，经所述传输管道的传输后从所述开口流出；或者，所述传输管道23不仅嵌入于所述研磨头本体21、所述定位环22内，还嵌入与所述研磨头本体21连接的驱动轴24中，即所述传输管道23先直接从外界嵌入所述驱动轴24内、再经所述驱动轴24延伸至所述研磨头本体21内、最后经所述研磨头本体21延伸至所述定位环22内，研磨液从外界进入位于所述驱动轴24内的传输管道，经所述传输管道的传输后从所述开口流出。

为了简化研磨头的制造工艺，更优选的，所述开口221为设置于所述定位环22上的圆孔或沟槽。本领域技术人员还可以根据实际需要设置其他的开口形状，本具体实施方式对此不作限定。

所述开口221在定位环上的具体位置，本领域技术人员也可以根据实际需要进行选择。为了简化研磨头的结构，且使得研磨液更加顺畅的从所述开口流出，优选的，如图2所示，所述定位环22包括相对设置的第一表面222和第二表面223，所述第一表面222与所述研磨头本体21连接，所述开口221设置于所述第二表面223。

优选的，所述开口221设置于所述定位环22的内侧面225。这样，研磨液的滴落位置可以进一步的靠近待研磨的晶圆，进一步节省了研磨液的用量，且提高了研磨效率。

为了使得研磨液平稳、均匀的滴落于研磨垫表面，优选的，在本具体实施方式中，所述开口221的内径小于所述传输管道23的内径。

不仅如此，本具体实施方式还提供了一种化学机械研磨装置，包括上述任一项所述的研磨头。

本具体实施方式提供的研磨头及化学机械研磨装置，通过在研磨头内嵌用于传输研磨液的传输管道，且在用于限定晶圆位置的定位环中设置与传输管道连通的开口，研磨液经所述传输管道从所述开口流出至研磨垫表面，从而使得研磨液流出位置始终与研磨头保持相同，避免了研磨液在研磨垫表面分布不均的现象，以确保晶圆表面的平整性。

第二具体实施方式

本具体实施方式提供了一种研磨头，附图4是本实用新型第二具体实施方式中研磨头的结构示意图。对于与第一具体实施方式相同之处，本具体实施方式不再赘述，以下主要叙述与第一具体实施方式的不同之处。

如图4所示，在本具体实施方式中，所述研磨头还包括与所述定位环42连接的研磨头本体41，所述传输管道43集成于所述研磨头本体41内。即在本具体实施方式中，所述传输管道43贯穿于研磨头本体41，但并未延伸至所述定位环42，这样有利于缩短传输管道43的长度，节省传输管道43的用料，降低了研磨头整体结构的复杂性。举例来说，在本具体实施方式中，所述传输管道43可以是仅嵌入于所述研磨头本体41内，即所述传输管道43直接从外界嵌入所述研磨头本体41内，研磨液从外界直接进入位于所述研磨头本体41内的传输管道，经所述传输管道的传输后从所述定位环42上的所述开口421流出；或者，所述传输管道43不仅嵌入于所述研磨头本体41内，还嵌入与所述研磨头本体41连接的驱动轴44中，即所述传输管道43先直接从外界嵌入所述驱动轴44内、再经所述驱动轴44延伸至所述研磨头本体41内，研磨液从外界进入位于所述驱动轴44内的传输管道，经所述传输管道的传输后从所述开口流出。

为了简化研磨头的制造工艺，更优选的，所述开口421为贯穿所述定位环的通孔。本领域技术人员还可以根据实际需要设置其他的开口形状，本具体实施方式对此不作限定。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种研磨头，包括用于限定晶圆位置的定位环，其特征在于，还包括嵌入所述研磨头内的传输管道；所述定位环上设置有至少一开口，所述开口与所述传输管道连通，研磨液经所述传输管道从所述开口流出至研磨垫表面。

2.根据权利要求1所述的研磨头，其特征在于，所述至少一开口包括多个开口，且多个开口关于所述定位环的轴向对称分布。

3.根据权利要求1所述的研磨头，其特征在于，所述研磨头还包括与所述定位环连接的研磨头本体，所述传输管道集成于所述研磨头本体内。

4.根据权利要求3所述的研磨头，其特征在于，所述开口为贯穿所述定位环的通孔。

5.根据权利要求1所述的研磨头，其特征在于，所述研磨头还包括与所述定位环连接的研磨头本体，所述传输管道集成于所述研磨头本体及所述定位环内。

6.根据权利要求5所述的研磨头，其特征在于，所述开口为设置于所述定位环上的圆孔或沟槽。

7.根据权利要求3或5所述的研磨头，其特征在于，所述定位环包括相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面与所述研磨头本体连接，所述开口设置于所述第二表面。

8.根据权利要求1所述的研磨头，其特征在于，所述开口设置于所述定位环的内侧面。

9.根据权利要求1所述的研磨头，其特征在于，所述开口的内径小于所述传输管道的内径。

10.一种化学机械研磨装置，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的研磨头。