CN207724098U - 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下表面，所述第一卡环侧壁上设置有第一孔，所述第一孔贯穿所述第一卡环的侧壁。

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。

在现有CMP装置中，在CMP工艺中沟槽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，减少产品凹坑、划痕等缺陷，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下表面，所述第一卡环侧壁上设置有第一孔，所述第一孔贯穿所述第一卡环的侧壁。

进一步的，所述第一孔在第一卡环内壁表面的直径大于所述第一孔在第一卡环外壁表面的直径。

进一步的，所述第一孔的直径沿所述第一卡环内壁至外壁方向逐渐减小。

进一步的，所述第一孔的孔壁中间部分向下方弯曲。

进一步的，所述第一孔的侧壁呈弧形。

进一步的，第一孔的第一边与第一卡环内壁的交点为A，与第一卡环外壁的交点为B，A点与B点的连线为AB线，所述第一孔的第一边与AB线的夹角是10°-12°。

进一步的，第一孔的第二边与第一卡环内壁的交点为C，与第一卡环外壁的交点为D，C点与D点的连线为CD线，所述第一孔的垂直界面的第二边与CD线的夹角θ2是13°-15°。

进一步的，第一卡环的圆心为O点，第一孔的第一边与第一卡环内壁的交点为A，与第一卡环外壁的交点为B，第一孔的第二边与第一卡环内壁的交点为C，与第一卡环外壁的交点为D，AB线与OA线之间具有夹角α1，CD线与OC线之间具有夹角α2。

进一步的，所述第一卡环逆时针旋转，AB线位于OA线逆时针方向，且CD线位于OC线逆时针方向。

进一步的，所述第一孔在第一卡环内壁表面的直径为3.6mm-3.8mm，所述第一孔在第一卡环外壁表面的直径为3.25mm-3.5mm。

进一步的，所述第一孔的长度为25mm-32mm。

进一步的，所述第一卡环上设置有8-9个所述第一孔。

进一步的，所述第一孔的横截面形状为圆形或方形。

本一种所述卡环结构件的化学机械研磨装置。

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，所述卡环结构件的第一卡环包含第一孔，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。

进一步的，第一孔设置为在第一卡环内壁表面的直径大于所述第一孔在第一卡环外壁表面的直径，更有利于研磨废弃物的排出。

附图说明

图1为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结构示意图；

图4为本实用新型一实施例中第一卡环中第一孔的基本结构示意图；

图5为本实用新型一实施例中第一卡环中第一孔的基本结构示意图；

图6为本实用新型一实施例中第一卡环中第一孔的基本结构示意图；

图7为本实用新型一实施例中第一卡环结构的示意图；

图8为本实用新型一实施例中第一卡环结构的侧视图。

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。

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，以起到机械研磨作用，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。

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下表面，所述第一卡环侧壁上设置有第一孔，所述第一孔贯穿所述第一卡环的侧壁。

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，将所述卡环结构件应用于化学机械研磨装置中，通过设置第一孔，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，减少了产品划痕、凹坑等缺陷，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，本实用新型提供一卡环结构件，用于研磨头上，所述卡环结构件包括：第一卡环2，所述第一卡环2上设置有多个沟槽210以及多个第一孔211，所述沟槽210位于所述第一卡环下表面201，并贯穿所述第一卡环的下表面，所述第一卡环侧壁203上设置有第一孔211，第一孔211贯穿第一卡环侧壁203。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，所述第一孔211的横截面形状可以为方形或圆形等。

在本实用新型的一个实施例中，第一孔211的截面为圆形，且在第一卡环内壁表面的直径与所述第一孔在第一卡环外壁表面的直径相等，如图4所示，直径R1＝R2，尺寸范围为3.0mm-3.2mm，在本实施例中，第一孔211的长度L为25mm-28mm，第一孔整体呈圆筒状。

为了便于CMP工艺中副产物及时从所述沟槽210内排出，在本实用新型的另一个实施例中，第一孔211在第一卡环内壁表面的直径R1大于所述第一孔在第一卡环外壁表面的直径R2，如图5所示。由于卡环的内壁表面第一孔的直径较大，有利于研磨液残留液等废弃物的排出，提升了废弃物排出的效率。

可选地，所述第一孔的直径沿所述第一卡环内壁至外壁方向逐渐减小。这样的形状不仅能实现前述的提升了废弃物排出的效率的技术效果，还工艺简便、提高卡环的生产效率。

请继续参照图5，可选地，第一孔的孔壁中间部分向下方弯曲，例如第一孔的侧壁呈弧形。设置为向下弯曲的形状，在卡环逆时针旋转时，可以使得废弃物更有效地排出。可选地，第一孔的第一边与第一卡环内壁的交点为A，与第一卡环外壁的交点为B，A点与B点的连线为AB线，所述第一孔的第一边与AB线的夹角θ1是10°-12°；第一孔的第二边与第一卡环内壁的交点为C，与第一卡环外壁的交点为D，C点与D点的连线为CD线，所述第一孔的垂直界面的第二边与CD线的夹角θ2是13°-15°，所述第一卡环外壁的切线与水平线的夹角θ3是58°-62°。

本实施例中，随着所述第一卡环在CMP过程中顺时针或逆时针旋转，第一孔的方向也具有转向。例如所述第一卡环在CMP过程中逆时针旋转时，如图6所示，第一卡环的圆心为O点，第一孔的第一边与第一卡环内壁的交点为A，与第一卡环外壁的交点为B，第一孔的第二边与第一卡环内壁的交点为C，与第一卡环外壁的交点为D，则AB线与OA线之间具有一个夹角α1，且AB线位于OA线逆时针方向。CD线与OC线之间具有一个夹角α2，且CD线位于OC线逆时针方向。通孔方向这样设置，在第一卡环旋转过程中，更有利于废弃物的排出。

可选地，第一孔在第一卡环内壁表面的直径R1为3.6mm-3.8mm，所述第一孔在第一卡环外壁表面的直径R2为3.25mm-3.5mm，所述第一孔的长度L为28mm-32mm。

当然，第一孔211的截面形状不限于圆形，因此本实用新型所说的直径在其他形状的实施例中，对应于该形状的边长，例如方形的边长。

可选地，本实用新型中的卡环结构件还可以包括第二卡环，所述第二卡环位于所述第一卡环上方。可选地，第二卡环设置有多个第二孔，第二孔的形状与第一孔可以相同，也可以不同。第二孔也可设置为第二卡环内壁表面的直径大于所述第二孔在第二卡环外壁表面的直径。第二孔的存在进一步增加了研磨废弃物的排出效率。

请参考图7，在本实用新型的卡环工作时，卡环上表面202面向研磨垫方向，研磨液从卡环下表面201的沟槽210进入到卡环内部。经过研磨操作后，产生研磨废弃物，这些废弃物从本实用新型所述的第一孔211流出，从而完成对废弃物的排除。

图8是本实用新型一实施例中第一卡环结构的侧视图，第一孔211分布在第一卡环的壁上。可选地，所述第一卡环上设置有8-9个所述第一孔。

根据发明人的实际试验测试，在未采用本实用新型的第一卡环时，每月有划痕产品为30-32件，采用了本实用新型的第一卡环后，每月有划痕产品数量仅为19件，同比降低36％-41％。

另外，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包括一上面铺设研磨垫的研磨平台、以及一浆料传送装置。

研磨头包括卡环结构件和晶圆载具系统。所述晶圆载具系统下方吸附有待研磨晶圆，所述晶圆载具系统用以吸附待研磨晶圆并使所述待研磨晶圆的待研磨表面与研磨垫接触，同时在研磨过程中对待研磨晶圆施加一定的压力，使待研磨晶圆在压力和研磨液的作用下以一定速率进行研磨以去除一定厚度的待研磨层。示例性的，所述晶圆载具系统为真空载具系统。

示例性的，所述真空载具系统包括载具真空室、吸附薄膜等，所述真空室用于调整真空载具系统施加在晶圆上的压力，所述吸附薄膜用于吸附晶圆。所述晶圆载具系统可以是任意类型的用以支撑晶圆并调整施加在晶圆上压力的承载系统，本领域技术人员可以根据需要进行选择，在此并不限定。同时，需要理解的是，本实施例的研磨头具备现有技术中研磨头支撑待研磨晶圆与研磨垫接、带动待研磨晶圆旋转研磨，并对研磨中的晶圆施加不同压力以控制研磨速度的各种功能，本领域技术人员可以根据需要进行选择，在此并不一一列举。

综上，本实用新型提供一卡环结构件，所述卡环结构件中的第一卡环包括第一孔211，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，减少产品凹坑、划痕等缺陷，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 (15)

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下表面，所述第一卡环侧壁上设置有第一孔，所述第一孔贯穿所述第一卡环的侧壁。

2.如权利要求1所述的卡环结构件，其特征在于，所述第一孔在第一卡环内壁表面的直径大于所述第一孔在第一卡环外壁表面的直径。

3.如权利要求2所述的卡环结构件，其特征在于，所述第一孔的直径沿所述第一卡环内壁至外壁方向逐渐减小。

4.如权利要求1-3任一项所述的卡环结构件，其特征在于，所述第一孔的孔壁中间部分向下方弯曲。

5.如权利要求4所述的卡环结构件，其特征在于，所述第一孔的侧壁呈弧形。

6.如权利要求4所述的卡环结构件，其特征在于，第一孔的第一边与第一卡环内壁的交点为A，与第一卡环外壁的交点为B，A点与B点的连线为AB线，所述第一孔的第一边与AB线的夹角是10°-12°。

7.如权利要求4所述的卡环结构件，其特征在于，第一孔的第二边与第一卡环内壁的交点为C，与第一卡环外壁的交点为D，C点与D点的连线为CD线，所述第一孔的垂直界面的第二边与CD线的夹角θ2是13°-15°。

8.如权利要求1所述的卡环结构件，其特征在于，第一卡环的圆心为O点，第一孔的第一边与第一卡环内壁的交点为A，与第一卡环外壁的交点为B，第一孔的第二边与第一卡环内壁的交点为C，与第一卡环外壁的交点为D，AB线与OA线之间具有夹角α1，CD线与OC线之间具有夹角α2。

9.如权利要求8所述的卡环结构件，其特征在于，所述第一卡环逆时针旋转，AB线位于OA线逆时针方向，且CD线位于OC线逆时针方向。

10.如权利要求2所述的卡环结构件，其特征在于，所述第一孔在第一卡环内壁表面的直径为3.6mm-3.8mm，所述第一孔在第一卡环外壁表面的直径为3.25mm-3.5mm。

11.如权利要求1所述的卡环结构件，其特征在于，所述第一孔的长度为25mm-32mm。

12.如权利要求1所述的卡环结构件，其特征在于，所述第一卡环上设置有8-9个所述第一孔。

13.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圆形或方形。

14.一种包括如权利要求1-13中任意一种所述卡环结构件的化学机械研磨装置。

15.如权利要求14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。