CN209579181U - 研磨环结构以及研磨头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种研磨环结构以及研磨头，包括一环形本体，环形本体具有第一圆环部和第二圆环部，第一圆环部远离环形本体中心，第二圆环部靠近环形本体中心，以及若干环设于第一圆环部上且间隔排列的研磨齿；研磨齿包括一研磨面，研磨面从靠近环形本体中心到远离环形本体中心收缩；相邻两个所述研磨齿之间设有间隙，间隙从靠近环形本体中心到远离环形本体中心扩大。本实用新型产生的碎屑会从研磨面的腰排出，其排出方向为朝向研磨环外侧进而达到了减少碎屑排向研磨环内目的，具有降低晶圆刮伤风险的优点。

Description

研磨环结构以及研磨头

技术领域

本实用新型涉及半导体设备领域，特别涉及一种研磨环结构以及研磨头。

背景技术

众所周知，封装技术其实就是一种将芯片打包的技术，这种打包对于芯片来说是必须的。因为芯片必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电气性能下降。另一方面，封装后的芯片也更便于安装和运输。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB(印制电路板)的设计和制造，因此它是至关重要的。封装包括安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁。封装还包括将芯片上的接点通过导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接。因此，封装技术是集成电路产业中非常关键的一环。

目前，对芯片的封装采用三维封装技术，三维封装技术关键制程包括：晶圆的减薄，芯片到芯片、芯片到晶圆或晶圆到晶圆之间的精确对准，低温的粘结性键合方法等。其中晶圆的减薄工艺过程主要包括：两次减薄工艺，对于第一次减薄工艺，采用化学机械研磨装置对所述晶圆表面进行机械研磨减薄，在此过程中，不向晶圆表面通入研磨液，仅通过机械研磨的方法，使得晶圆的厚度达到停止厚度；之后，进行第二次减薄工艺，即采用化学机械研磨装置对上述晶圆表面采用化学机械研磨的方法进行研磨，在此过程中，向晶圆表面通入研磨液，研磨液与晶圆表面发生化学反应，反应后的产物在研磨垫的机械研磨作用下被去除，直至使得晶圆的厚度达到预定减薄厚度，且晶圆能够具有平坦且规则的表面后停止此过研磨过程。晶圆具有平坦且规则的表面用以确保后续工艺的良率。

化学机械研磨装置一般包括研磨平台(Platen)、带有研磨环的研磨头和设置于研磨平台上的研磨垫(Pad)；其中，研磨环被吸附固定于研磨垫上，采用化学机械研磨装置对晶圆进行第一次减薄工艺时，首先，待研磨晶圆固定在研磨垫上，研磨头带动上述研磨环向下运动并使研磨环与所述晶圆表面接触；研磨头水平移动沿圆周方向运动，带动研磨环旋转，在研磨环的机械研磨作用下被去除，实现晶圆的减薄。

然而，发明人发现，在进行第一次减薄工艺时，晶圆表面上容易出现碎屑，导致划伤晶圆表面的风险存在。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种研磨环结构以及研磨头，用以解决碎屑排向研磨环内部处，导致处于晶圆的处理面上碎屑不易被水清洁，且增加划伤晶圆表面概率的问题。

为了解决上述问题，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种研磨环结构，包括一环形本体所述环形本体具有第一圆环部和第二圆环部，所述第一圆环部远离所述环形本体中心，所述第二圆环部靠近所述环形本体中心，以及若干环设于所述第一圆环部上且间隔排列的研磨齿；所述研磨齿包括一研磨面，所述研磨面从靠近环形本体中心到远离环形本体中心收缩；相邻两个所述研磨齿之间设有间隙，所述间隙从靠近环形本体中心到远离环形本体中心扩大。

可选地，所述研磨面由相对设置的两个底边以及分别用于连接所述底边的两个腰构成；所述两个底边中的第一底边靠近所述环形本体中心，第二底边远离所述环形本体中心，所述第一底边长度大于第二底边长度。

可选地，所述第二底边的长度比第一底边的长度长1cm～2cm，所述第一底边和第二底边之间的距离为1.5cm～2cm。

可选地，所述研磨面为梯形平面，所述梯形平面的下底边靠近环形本体中心，上底边远离环形本体中心；所述两个腰为直线，所述梯形平面的两个腰与所述下底边形成的夹角为锐角，与所述上底边的夹角为钝角。

可选地，所述下底边的长度比上底边的长度长1cm～2cm；所述梯形平面的高为1.5cm～2cm。

可选地，所述研磨面的两个腰为向研磨齿内侧弯曲的曲线边；或者，所述研磨面的两个腰为由曲线和直线交替连接构成。

可选地，所述研磨环结构还设有若干螺孔，所述螺孔环设在所述第二圆环部上。

可选地，所述第一圆环部上设有安装槽，所述研磨齿通过与所述安装槽相配合可拆卸地设于所述第一圆环部上。

可选地，所述研磨齿和所述安装槽之间设有用于密封所述研磨齿和安装槽的橡胶层。

另一方面，为实现上述目的以及其他相关目的，本实用新型提供了包括如上任意一项所述的研磨环的研磨头。

本实用新型设有的研磨齿的研磨面的底边中的下底边靠近环形本体中心；上底边远离环形本体中心；所述下底边长度大于上底边长度；连接所述上下底边的两个腰本身或其切线与所述下底边形成的夹角为锐角，与所述上底边的夹角为钝角。因此当研磨环逆时针或顺时针转动时对晶圆进行研磨时，产生的碎屑会从梯形的腰排出，其排出方向为朝向研磨环外侧。研磨排屑朝向研磨环外侧排出，达到了减少碎屑排向研磨环内目的，进而降低晶圆刮伤风险。

特别的，由于研磨齿的研磨面的形状从长方形变成上底边与原来的长方形的长相等，下底边大于上底边，因此梯形面的面积大于原长方形研磨面的面积，研磨面的面积的增大可以提升研磨切削力，加快研磨速度，提升研磨效率。

附图说明

图1为一种化学机械研磨装置的截面结构示意图；

图2为一种研磨环的仰视示意图；

图3为沿图2所示的一种研磨环的A-A’方向的部分结构的剖面正视示意图；

图4为本实用新型一实施例的研磨环的仰视示意图；

图5为沿图4所示的研磨环A-A’方向的部分结构的剖面正视示意图；

图6为图4所示的研磨环在进行研磨晶圆作业时，碎屑排出方向示意图；

图7为本实用新型在另一实施例中进行研磨晶圆作业时，碎屑排出方向示意图。

具体实施方式

下面将参照附图对本实用新型进行更详细的描述，其中表示了本实用新型的优选一实施例，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。

为了清楚，不描述实际一实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本实用新型由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际一实施例的开发中，必须作出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个一实施例改变为另一个一实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

为使本实用新型的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。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率，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型一实施例的目的。

图1示出了该化学机械研磨装置的截面结构示意图，如图1所示，该化学机械研磨装置包括：研磨头10；与研磨头10相连的轴杆11；设置于研磨头10上的用于研磨晶圆13的研磨环12；位于研磨头10下方的研磨台14；与研磨台14相连的传动件15；固定于研磨台14上的研磨垫16。上述化学机械研磨装置还包含设置在研磨头10上的用于向晶圆13表面引入清洁液的管道(图中未示出)，该清洁液用于清洗晶圆13表面，移除晶圆表面的研磨碎屑。该清洁液可以是去离子水，但不限于此，例如：该清洁液还可以是超纯水或蒸馏水。

在进行化学机械研磨工艺时，将晶圆13被吸附固定于研磨垫16上，轴杆11对研磨头10提供向下的下压力，使得研磨环12与晶圆13的表面接触，轴杆11带动研磨头10沿研磨头10的轴线旋转，传动件15带动研磨台14及研磨垫16沿研磨台14的轴线旋转，同时管道向晶圆13表面喷淋清洁液，用以清洁晶圆表面产生的碎屑。

请参考图2和图3，其中，图2为一种研磨环的仰视示意图，图3为沿图2所示的一种研磨环的A-A’方向的部分结构的剖面正视示意图。结合图2和图3所示，所述研磨环至少包括一环形本体120，所述环形本体120具有第一圆环部1210和第二圆环部1211，所述第一圆环部1210远离所述环形本体120中心，所述第二圆环部1211靠近所述环形本体120中心，以及若干环设于所述第一圆环部1210上且间隔排列的研磨齿121，研磨环12的单个研磨齿121的形状为长方体，单个研磨齿121的研磨面的形状为长方形。其中单个研磨齿121的长为3cm～5cm，宽为1.5cm～2cm和高为5cm～7cm。研磨环12进一步设有设置在所述环形本体120中心的轴孔123以及设置在所述第二圆环部1211上的若干螺孔122，所述螺孔122围绕所述环形本体120的轴孔123排布。当对晶圆进行第一次减薄工艺时，研磨环12进行旋转运动，研磨齿121切削晶圆形成碎屑130。发明人研究发现，采用这种结构，碎屑130排向研磨环12内部处或研磨环12外部处具有均等概率，即，研磨环12内部也会存在很多碎屑130，而位于研磨环12内部的碎屑130不易被清洁液清洁，位于研磨环12内部的碎屑130容易划伤晶圆。

基于上述研究，本实用新型的研磨环包括一环形本体及若干环设于所述环形本体外缘且间隔排列的研磨齿；所述研磨齿包括一研磨面，所述研磨面从靠近环形本体中心到远离环形本体中心收缩；相邻两个所述研磨齿之间设有间隙，所述间隙从靠近环形本体中心到远离环形本体中心扩大。因此当研磨环逆时针或顺时针转动对晶圆进行研磨时，产生的碎屑的排出方向为朝向研磨环外侧。研磨排屑方向朝向研磨环的外侧，达到了减少碎屑排向研磨环内目的，进而降低晶圆刮伤风险。另研磨齿的研磨面的形状从长方形变成上底边与原来的长方形的长相等，下底边大于上底边。因此梯形面的面积大于原长方形研磨面的面积，研磨面的面积的增大可以提升研磨切削力，加快研磨速度，提升研磨效率。

以下结合附图4至附图7和具体实施例对本实用新型提出的研磨环以及研磨头作进一步详细说明。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。

图4为本实用新型提供一种研磨环结构的仰视示意图，如图4所示，所述研磨环结构至少包括一环形本体1200，所述环形本体1200具有第一圆环部12001和第二圆环部12002，所述第一圆环部12001远离所述环形本体1200中心，所述第二圆环部12002靠近所述环形本体1200中心，以及若干环设于所述第一圆环部12001上且间隔排列的研磨齿1201。所述研磨齿1201包括一研磨面，所述研磨面从靠近环形本体1200中心到远离环形本体1200中心收缩；相邻两个所述研磨齿1201之间设有间隙1204，所述间隙1204从靠近环形本体1200中心到远离环形本体1200中心扩大。相邻的两个研磨齿1201之间形成一间隙1204，所述间隙1204的作用是便于研磨过程中产生的碎屑及杂质随着研磨液经由该间隙排出研磨环外，避免研磨齿1201受到这些碎屑及杂质的堆积而使研磨齿1201的研磨效能降低，进而保证研磨出的晶圆表面光滑。

所述环形本体1200中心设有轴孔1203。所述研磨环结构还设有若干螺孔1202，若干螺孔1202环设在所述第二圆环部12002上，所述螺孔1202围绕所述环形本体1200的轴孔1203排布。使用时，所述环形本体1200以所述轴孔1203套设于化学机械研磨装置的研磨头10的轴杆11上，并以螺丝穿设过所述螺孔1202，将所述研磨环固定于研磨头10上，并在所述轴杆11的带动下使得所述研磨环转动，对晶圆进行研磨。

可选地，所述环形本体1200的第一圆环部12001上设有用于安装固定研磨齿1201的安装槽，所述安装槽的数目与所述研磨齿1201的数目相同，且一一对应。优选地，所述研磨齿1201可拆卸的固定于所述安装槽中，当所述研磨齿1201磨损严重时可方便进行更换。所述研磨齿1201和所述安装槽之间还设有橡胶层。该橡胶层用于密封研磨齿1201和安装槽。

所述环形本体1200设有阶梯状结构，以方便环形本体1200安装在研磨头10上。在其它实施例中，所述环形本体1200的具体结构还可以作其它改变，此处不应过分限制本实用新型的保护范围。

结合图4～图6所示，如图6所示，单个所述研磨齿1201的研磨面其与晶圆表面相接触，该研磨面整体呈梯形面，该梯形面的底边中的下底边12011靠近轴孔1203；上底边12012远离轴孔1203。梯形面的两个腰12013与下底边12011形成的夹角为锐角，与上底边12012形成的夹角为钝角。因此当研磨环逆时针或顺时针转动对晶圆进行研磨时，产生的碎屑1300会从梯形的腰排出。其排出方向为朝向研磨环外侧。研磨排屑方向向研磨环的外侧，达到了减少碎屑排向研磨环内目的，进而降低晶圆刮伤风险。另研磨齿的研磨面的形状从长方形变成上底边12012与原来的长方形的长相等，下底边12011大于上底边12012。即上底边12012的长度范围例如为3cm～5cm，下底边12011的长度范围例如为4cm～6cm，且下底边减去上底边的长度差范围例如为1cm～2cm。上底边12012和下底边12011之间的距离例如为1.5cm～2cm，因此梯形面的面积大于原长方形研磨面的面积，研磨面的面积的增大可以提升研磨切削力，加快研磨速度，提升研磨效率。

如图7所示，根据本发明的一个实施例，单个所述研磨齿1201的研磨面呈类梯形面：其中该类梯形面包括一上底边12012和下底边12011以及连接上下底边的两个腰12013，作为研磨面中的下底边12011靠近轴孔1203；上底边12012远离轴孔1203。其中下底边12011的长度大于上底边12012。研磨面中连接上下底边的腰12013为向研磨齿内侧弯曲的曲线边。因此当研磨环逆时针或顺时针转动对晶圆进行研磨时，产生的碎屑1300会从研磨面的腰排出。其排出方向为朝向研磨环外侧。研磨排屑方向朝向研磨环的外侧，达到了减少碎屑排向研磨环内目的，进而降低晶圆刮伤风险。另研磨齿的研磨面的形状从长方形变成上底边与原来的长方形的长相等，下底边大于上底边。因此研磨面的面积大于原长方形研磨面的面积，研磨面的面积的增大可以提升研磨切削力，加快研磨速度，提升研磨效率。

综上所述，本实用新型的单个所述研磨齿的研磨面由两个相对的设置的两个底边以及分别用于连接所述底边的两个腰构成；所述两个底边中的第一底边靠近所述环形本体中心，第二底边远离所述环形本体中心，所述第一底边长度大于第二底边长度。可选地，连接所述底边的两个腰可以为直线或者是弧线，但不应以此为限，例如：两个腰中还可以为其中一个腰是直线，另一个腰是弧线；上述两个腰还可以是曲线、波浪线以及直线中任意一组合连接而成。

进一步，本实施例还提供了一种包括上述研磨环的研磨头，在化学机械研磨时，所述研磨环固定到所述研磨头上。由于本实施例的研磨头采用了上述实施例的研磨环，故而，由研磨环带来的有益效果请相应参考研磨环部分的描述。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种研磨环结构，其特征在于，包括一环形本体，所述环形本体具有第一圆环部和第二圆环部，所述第一圆环部远离所述环形本体中心，所述第二圆环部靠近所述环形本体中心，以及若干环设于所述第一圆环部上且间隔排列的研磨齿；所述研磨齿包括一研磨面，所述研磨面从靠近环形本体中心到远离环形本体中心收缩；相邻两个所述研磨齿之间设有间隙，所述间隙从靠近环形本体中心到远离环形本体中心扩大；

所述研磨面由相对设置的两个底边以及分别用于连接所述底边的两个腰构成；所述两个底边中的第一底边靠近所述环形本体中心，第二底边远离所述环形本体中心，所述第一底边长度大于第二底边长度。

2.如权利要求1所述的研磨环结构，其特征在于，所述第二底边的长度比第一底边的长度长1cm～2cm，所述第一底边和第二底边之间的距离为1.5cm～2cm。

3.如权利要求1所述的研磨环结构，其特征在于，所述研磨面为梯形平面，所述梯形平面的下底边靠近环形本体中心，上底边远离环形本体中心；所述两个腰为直线，所述梯形平面的两个腰与所述下底边形成的夹角为锐角，与所述上底边的夹角为钝角。

4.如权利要求3所述的研磨环结构，其特征在于，所述下底边的长度比上底边的长度长1cm～2cm；所述梯形平面的高为1.5cm～2cm。

5.如权利要求1所述的研磨环结构，其特征在于，所述研磨面的两个腰为向研磨齿内侧弯曲的曲线边；或者，所述研磨面的两个腰为由曲线和直线交替连接构成。

6.如权利要求1所述的研磨环结构，其特征在于，所述研磨环结构还设有若干螺孔，所述螺孔环设在所述第二圆环部上。

7.如权利要求1所述的研磨环结构，其特征在于，所述第一圆环部上设有安装槽，所述研磨齿通过与所述安装槽相配合可拆卸地设于所述第一圆环部上。

8.如权利要求7所述的研磨环结构，其特征在于，所述研磨齿和所述安装槽之间设有用于密封所述研磨齿和安装槽的橡胶层。

9.一种研磨头，其特征在于，包括如权利要求1～8中任意一项所述的研磨环结构。