CN209036274U - 一种用于研磨装置的新型研磨头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于研磨装置的新型研磨头，包括：一主体，所述主体设置有第一通道和第二通道；一第一膜，所述第一膜设置在所述主体的下侧，所述第一膜与所述主体进行连接，所述第一膜与所述主体之间形成一压力室，所述第一通道与所述压力室连通；一第二膜，所述第二膜设置在所述第一膜的下侧，所述第二膜与所述主体进行连接，所述第二膜与所述第一膜之间形成一空腔，所述空腔与所述第二通道连通；一保护环，所述保护环设置在所述主体的下侧；所述第二膜上设置有复数个孔洞。其优点在于，利用第二膜吸附晶圆，减少了保护环对晶圆施加的压力，使保护环对晶圆施加的压力小于第一膜对晶圆施加的压力；提高晶圆良率，降低生产成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种用于研磨装置的新型研磨头。
背景技术
在晶圆生产过程中，通常会对晶圆进行化学机械研磨(Chemical MechanicalPolish，CMP)，以实现晶圆大面积平坦化，并改善晶圆表面粗糙度。
现有的CMP研磨装置使用的研磨头，通常包括一层橡胶膜和一个保护环(RetainRing)。在进行打磨时，橡胶膜覆盖晶圆的大部分表面区域，保护环覆盖晶圆的边缘区域。通过向橡胶膜提供正压力，以使橡胶膜对晶圆进行打磨。而保护环对晶圆的边缘施加压力，避免在打磨过程中，晶圆脱落。因此，保护环对晶圆施加的压力要大于橡胶膜对晶圆施加的压力，导致研磨头在进行旋转打磨时，晶圆边缘的打磨速率要高于晶圆的其他部分，使得打磨后的晶圆边缘很薄。在后续的光刻过程中，无法对晶圆进行对焦，导致对焦失败，降低产品良率。此外，在打磨过程中，晶圆边缘的铜线也可能被磨断，从而造成断路，也会降低产品良率，提高生产成本。
因此，亟需一种能够控制边缘打磨速率，使保护环对晶圆施加的压力小于橡胶膜对晶圆施加的压力的用于CMP研磨的研磨头。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术中的不足，提供一种用于研磨装置的新型研磨头。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：
一种用于研磨装置的新型研磨头，包括：
一主体，所述主体设置有第一通道和第二通道；
一第一膜，所述第一膜设置在所述主体的下侧，所述第一膜与所述主体进行连接，所述第一膜与所述主体之间形成一压力室，所述第一通道与所述压力室连通；
一第二膜，所述第二膜设置在所述第一膜的下侧，所述第二膜与所述主体进行连接，所述第二膜与所述第一膜之间形成一空腔，所述空腔与所述第二通道连通；
一保护环，所述保护环设置在所述主体的下侧，所述保护环与所述主体呈倒“凹”形设置，所述第一膜与所述第二膜位于所述“凹”形的凹陷处；
所述第二膜上设置有复数个孔洞。
优选地，所述孔洞在所述第二膜上呈环形分布。
优选地，所述压力室包括：
复数个压力舱，所述压力舱呈同心圆状分布。
优选地，所述第一通道包括：
复数个分通道，一个所述分通道与一个所述压力舱连通。
优选地，所述压力室包括5个所述压力舱，分别为第一压力舱、第二压力舱、第三压力舱、第四压力舱和第五压力舱；
其中，所述第二压力舱的内径等于所述第一压力舱的直径，所述第三压力舱的内径等于所述第二压力舱的外径，所述第四压力舱的内径等于所述第三压力舱的外径，所述第五压力舱的内径等于所述第四压力舱的外径。
优选地，所述第一压力舱的半径等于或不等于所述第二压力舱的环体半径；和/或
所述第二压力舱的环体半径等于或不等于所述第三压力舱的环体半径；和/或
所述第三压力舱的环体半径等于或不等于所述第四压力舱的环体半径；和/或
所述第四压力舱的环体半径等于或不等于所述第五压力舱的环体半径。
优选地，所述孔洞在所述第二膜与所述第一膜内的复数个所述压力舱的相对应的位置上均匀分布。
优选地，所述空腔与所述第二通道的连通处设置有单向阀。
优选地，还包括：
压力提供装置，所述压力提供装置与所述第一通道连通。
优选地，还包括：
压力抽吸装置，所述压力抽吸装置与所述第二通道连通。
本实用新型采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本实用新型的一种用于研磨装置的新型研磨头，设置第二膜，并利用负压力，使第二膜紧密吸附晶圆，避免晶圆在打磨过程脱落；利用第二膜吸附晶圆，减少了保护环对晶圆施加的压力，使保护环对晶圆施加的压力小于第一膜对晶圆施加的压力，避免因保护环施加压力过大导致的晶圆边缘过度打磨；避免在晶圆打磨过程中出现边缘铜线被磨断，提高晶圆的良率，降低生产成本，提高生产效率；能够适用于现有的晶圆制程工艺，如32/28nm制程工艺、22/20nm制程工艺，也可以适用于16nm及以下的制程工艺。
附图说明
图1是本实用新型的一个示意性实施例的主视剖视图。
图2是本实用新型的一个示意性实施例的第二膜的俯视剖视图。
图3是本实用新型的一个示意性实施例的使用状态剖视图。
图4是本实用新型的一个优选实施例的主视剖视图。
图5是本实用新型的另一个优选实施例的主视剖视图。
图6是本实用新型的另一个优选实施例的第二膜的俯视剖视图。
图7是本实用新型的另一个优选实施例的使用状态剖视图。
其中的附图标记为：主体1；第一膜2；第二膜3；保护环4；压力室5；空腔6；第一通道7；第二通道8；孔洞9；压力提供装置10；压力抽吸装置11；晶圆12；第一压力舱51；第二压力舱52；第三压力舱53；第四压力舱54；第五压力舱55；第一分通道71；第二分通道72；第三分通道73；第四分通道74；第五分通道75。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。
实施例1
本实施例为本实用新型的一个示意性实施例。
本实用新型的一个示意性实施例，如图1所示，一种用于研磨装置的新型研磨头，包括主体1、第一膜2、第二膜3、保护环4，第一膜2设置在主体1的下方，第二膜3设置在第一膜2的下方，保护环4设置在主体1的下方，且第一膜2和第二膜3位于保护环4的内部。
主体1呈圆柱形，其内部设置在有第一通道7和第二通道8，由外界一用于提供正压力的装置通过第一通道7向第一膜2内提供正压力，由外界一用于提供福压力的装置通过第二通道8向第二膜3内提供负压力。
第一通道7为一圆柱形通道，第二通道8为一环形通道。
第一膜2为弹性膜，第一膜2与主体1进行连接，第一膜2与主体1之间形成压力室5，压力室5与第一通道7连通。在未使用时，压力室5内没有正压力存在，第一膜2呈收缩状态；在使用时，压力室5内充满正压力，第一膜2呈膨胀状态。
第二膜3为弹性膜，第二膜3与主体1进行连接，第二膜3与第一膜2之间形成空腔6，空腔6与第二通道8连通。在未使用时，空腔6内没有负压力存在，第二膜3呈正常状态；在使用时，空腔6内存在负压力，第二膜3紧贴晶圆，并呈轻微收缩状态。
在第二膜3的表面设置有复数个孔洞9，孔洞9为贯穿第二膜3的通孔，孔洞9在第二膜3上呈规律性分布或非规律性分布。在本实施例中，优选的，孔洞9在第二膜3上呈规律性分布。
如图2所示，孔洞9在第二膜3上呈环形对称设置，便于在空腔6内存在负压力时，第二膜3吸附晶圆的压力均匀分布，避免晶圆掉落。
保护环4为一刚性环，与主体1连接，并且与主体1形成一个倒“凹”形，第一膜2和第二膜3均位于“凹”形的凹陷处。
在本实施例中，第一膜2和第二膜3可以是橡胶膜。
如图3所示，本示意性实施例的使用方法如下：将新型研磨头的主体1与研磨装置进行连接，研磨装置包括与第一通道7连接的提供正压力的装置，以及与第二通道8连接的提供负压力的装置；首先，将第二膜3对准晶圆12，然后提供负压力的装置工作，通过第二通道8使空腔6充满负压力，使第二膜3紧贴晶圆12，并通过均匀分布的孔洞9产生的吸附力吸附晶圆12，使晶圆12不与第二膜3分离；其次，提供正压力的装置工作，通过第一通道7使压力室5内慢慢充满正压力，并使第一膜2逐渐膨胀，并逐渐贴近晶圆12，在贴紧晶圆12后，研磨装置带动主体1旋转，以对晶圆12进行打磨。
本示意性实施例的优点在于，在使用过程中，由于通过第二膜3吸附晶圆12，减少了研磨装置向下施加的压力，即减少了保护环4向下施加的压力，使保护环4作用于晶圆12的压力小于第一膜2作用于晶圆12的压力，避免晶圆12的边缘过度打磨；使用第二膜3吸附晶圆12以及释放晶圆12，可以使研磨头具有转移晶圆的功能；通过设置第二膜3，能够使研磨装置适用于小于或等于16nm制程工艺的晶圆的研磨。
进一步地，如图4所示，在本示意性实施例的基础上，新型研磨头还包括压力提供装置10和压力抽吸装置11。
压力提供装置10设置在主体1的上部，并与第一通道7连通，用于向压力室5内提供正压力。压力提供装置10为一呈圆柱形或矩形的装置。
压力抽吸装置11设置在主体1的上部，并与第二通道8连通，用于吸取空腔6内气体，使空腔6内呈现负压力状态。压力抽吸装置11为一呈环形的装置
在本实施例中，压力提供装置10和压力抽吸装置11可以是电动气泵。
实施例2
本实施例为本实用新型的一个优选实施例。
本实用新型的一个优选实施例，如图5所示，一种用于研磨装置的新型研磨头，包括主体1、第一膜2、第二膜3、保护环4，第一膜2设置在主体1的下方，第二膜3设置在第一膜2的下方，保护环4设置在主体1的下方，且第一膜2和第二膜3位于保护环4的内部。
主体1呈圆柱形，其内部设置在有第一通道7和第二通道8，由外界一用于提供正压力的装置通过第一通道7向第一膜2内提供正压力，由外界一用于提供福压力的装置通过第二通道8向第二膜3内提供负压力。
第一通道7为一圆柱形通道，第二通道8为一环形通道。
第一膜2为弹性膜，第一膜2与主体1进行连接，第一膜2与主体1之间形成压力室5，压力室5与第一通道7连通。在未使用时，压力室5内没有正压力存在，第一膜2呈收缩状态；在使用时，压力室5内充满正压力，第一膜2呈膨胀状态。
压力室5包括复数个压力舱，以及第一通道7包括复数个分通道，其中，压力舱呈同心圆状分布，每一个压力舱对应与一个分通道进行连通，从而根据打磨要求，通过不同的分通道向不同的压力舱内提供不同的正压力。
在本实施例中，优选的，压力室5包括5个压力舱，以及第一通道7包括5个分通道。
压力室5包括第一压力舱51、第二压力舱52、第三压力舱53、第四压力舱54和第五压力舱55，以第一压力舱51为圆心向外依次设置第二压力舱52、第三压力舱53、第四压力舱54和第五压力舱55。其中，除第一压力舱51为圆柱形压力舱外，其余4个压力舱均为环形压力舱。
第二压力舱52的内径与第一压力舱51的直径相等，第三压力舱53的内径与第二压力舱52的外径相等，第四压力舱54的内径与第三压力舱53的外径相等，第五压力舱55的内径与第四压力舱54的外径相等。
可以根据打磨要求，对每个压力舱的作用范围进行调节。
具体的，第一压力舱51的半径、第二压力舱52的环体半径(圆环的外径与圆环的内径之差)、第三压力舱53的环体半径、第四压力舱54的环体半径和第五压力舱55的环体半径可以是相等的，也可以是不等的，即这5个压力舱的半径可以是互相相等，也可以是互相不相等，也可以是部分相等，换句话说，这5个压力舱的半径的数值最少是一个数值，最多是五个不同的数值。
第一通道7包括第一分通道71、第二分通道72、第三分通道73、第四分通道74和第五分通道75，以第一分通道71为圆心向外依次设置第二分通道72、第三分通道73、第四分通道74和第五分通道75，其中，除第一分通道71为圆形通道外，其余分通道均为环形分通道。
其中，第一分通道71与第一压力舱51进行连通，第二分通道72与第二压力舱52进行连通，第三分通道73与第三压力舱53进行连通，第四分通道74与第四压力舱54进行连通，第五分通道75与第五压力舱55进行连通。
第二膜3为弹性膜，第二膜3与主体1进行连接，第二膜3与第一膜2之间形成空腔6，空腔6与第二通道8连通。在未使用时，空腔6内没有负压力存在，第二膜3呈正常状态；在使用时，空腔6内存在负压力，第二膜3紧贴晶圆，并呈轻微收缩状态。
在第二膜3的表面设置有复数个孔洞9，孔洞9为贯穿第二膜3的通孔，孔洞9在第二膜3上呈规律性分布或非规律性分布。在本实施例中，优选的，孔洞9在第二膜3上呈规律性分布。
如图6所示，在第二膜3与第一膜2内的5个压力舱相对应的位置上，呈环形对称设置有复数个孔洞9，便于在不同压力舱内的正压力作用时，第二膜3的相应区域能够紧密吸附晶圆。
保护环4为一刚性环，与主体1连接，并且与主体1形成一个倒“凹”形，第一膜2和第二膜3均位于“凹”形的凹陷处。
在本实施例中，第一膜2和第二膜3可以是橡胶膜。
如图7所示，本优选实施例的使用方法如下：将新型研磨头的主体1与研磨装置进行连接，研磨装置包括与第一通道7连接的提供正压力的装置，以及与第二通道8连接的提供负压力的装置；首先，将第二膜3对准晶圆12，然后提供负压力的装置工作，通过第二通道8使空腔6充满负压力，使第二膜3紧贴晶圆12，并通过均匀分布的孔洞9产生的吸附力吸附晶圆12，使晶圆12不与第二膜3分离；其次，提供正压力的装置工作，分别通过第一分通道71、第二分通道72、第三分通道73、第四分通道74和第五分通道75分别向第一压力舱51、第二压力舱52、第三压力舱53、第四压力舱54和第五压力舱55内提供不同的正压力，并使第一膜2逐渐膨胀，并逐渐贴近晶圆12，在贴紧晶圆12后，研磨装置带动主体1旋转，以对晶圆12进行打磨。
本优选实施例的优点在于，将压力室5分为多个压力舱，并分别向不同的压力舱提供不同的正压力，对晶圆12的不同位置进行针对性打磨。
以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于研磨装置的新型研磨头，其特征在于，包括：
一主体(1)，所述主体(1)设置有第一通道(7)和第二通道(8)；
一第一膜(2)，所述第一膜(2)设置在所述主体(1)的下侧，所述第一膜(2)与所述主体(1)进行连接，所述第一膜(2)与所述主体(1)之间形成一压力室(5)，所述第一通道(7)与所述压力室(5)连通；
一第二膜(3)，所述第二膜(3)设置在所述第一膜(2)的下侧，所述第二膜(3)与所述主体(1)进行连接，所述第二膜(3)与所述第一膜(2)之间形成一空腔(6)，所述空腔(6)与所述第二通道(8)连通；
一保护环(4)，所述保护环(4)设置在所述主体(1)的下侧，所述保护环(4)与所述主体(1)呈倒“凹”形设置，所述第一膜(2)与所述第二膜(3)位于所述“凹”形的凹陷处；
所述第二膜(3)上设置有复数个孔洞(9)。
2.根据权利要求1所述的用于研磨装置的新型研磨头，其特征在于，所述孔洞(9)在所述第二膜(3)上呈环形分布。
3.根据权利要求1所述的用于研磨装置的新型研磨头，其特征在于，所述压力室(5)包括：
复数个压力舱，所述压力舱呈同心圆状分布。
4.根据权利要求3所述的用于研磨装置的新型研磨头，其特征在于，所述第一通道(7)包括：
复数个分通道，一个所述分通道与一个所述压力舱连通。
5.根据权利要求3所述的用于研磨装置的新型研磨头，其特征在于，所述压力室(5)包括5个所述压力舱，分别为第一压力舱(51)、第二压力舱(52)、第三压力舱(53)、第四压力舱(54)和第五压力舱(55)；
其中，所述第二压力舱(52)的内径等于所述第一压力舱(51)的直径，所述第三压力舱(53)的内径等于所述第二压力舱(52)的外径，所述第四压力舱(54)的内径等于所述第三压力舱(53)的外径，所述第五压力舱(55)的内径等于所述第四压力舱(54)的外径。
6.根据权利要求5所述的用于研磨装置的新型研磨头，其特征在于，所述第一压力舱(51)的半径等于或不等于所述第二压力舱(52)的环体半径；和/或
所述第二压力舱(52)的环体半径等于或不等于所述第三压力舱(53)的环体半径；和/或
所述第三压力舱(53)的环体半径等于或不等于所述第四压力舱(54)的环体半径；和/或
所述第四压力舱(54)的环体半径等于或不等于所述第五压力舱(55)的环体半径。
7.根据权利要求3所述的用于研磨装置的新型研磨头，其特征在于，所述孔洞(9)在所述第二膜(3)与所述第一膜(2)内的复数个所述压力舱的相对应的位置上均匀分布。
8.根据权利要求1所述的用于研磨装置的新型研磨头，其特征在于，所述空腔(6)与所述第二通道(8)的连通处设置有单向阀。
9.根据权利要求1所述的用于研磨装置的新型研磨头，其特征在于，还包括：
压力提供装置(10)，所述压力提供装置(10)与所述第一通道(7)连通。
10.根据权利要求1所述的用于研磨装置的新型研磨头，其特征在于，还包括：
压力抽吸装置(11)，所述压力抽吸装置(11)与所述第二通道(8)连通。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201821675862.4U CN209036274U (zh) | 2018-10-16 | 2018-10-16 | 一种用于研磨装置的新型研磨头 |
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| CN201821675862.4U CN209036274U (zh) | 2018-10-16 | 2018-10-16 | 一种用于研磨装置的新型研磨头 |
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| CN209036274U true CN209036274U (zh) | 2019-06-28 |
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| CN (1) | CN209036274U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113601298A (zh) * | 2021-10-08 | 2021-11-05 | 邳州市欢乐木业有限公司 | 一种胶合板加工用智能型打磨工装及其打磨方法 |
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2018
- 2018-10-16 CN CN201821675862.4U patent/CN209036274U/zh active Active
Cited By (2)
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| CN113601298A (zh) * | 2021-10-08 | 2021-11-05 | 邳州市欢乐木业有限公司 | 一种胶合板加工用智能型打磨工装及其打磨方法 |
| CN113601298B (zh) * | 2021-10-08 | 2022-02-08 | 邳州市欢乐木业有限公司 | 一种胶合板加工用智能型打磨工装及其打磨方法 |
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