CN215092904U

CN215092904U - 抛光头及抛光装置

Info

Publication number: CN215092904U
Application number: CN202120984387.4U
Authority: CN
Inventors: 马成斌; 季文明
Original assignee: Zing Semiconductor Corp
Current assignee: Zing Semiconductor Corp
Priority date: 2021-05-10
Filing date: 2021-05-10
Publication date: 2021-12-10
Anticipated expiration: 2031-05-10

Abstract

本实用新型提供了一种抛光头及抛光装置，其中，所述抛光头包括抛光盘，所述抛光盘的第一表面依次设置有背膜和限位环，且所述限位环设置于所述第一表面的边缘，所述限位环与所述背膜围成晶圆容纳空间；所述限位环的内壁上设置有与晶圆的开槽口相配合的卡槽。本实用新型通过在抛光头的限位环的内壁上设置卡槽以卡住晶圆的开槽口，避免晶圆相对于抛光头发生自转，从而确保化学机械平坦化工艺中不同批次晶圆的单片抛光去除量的一致性。

Description

抛光头及抛光装置

技术领域

本实用新型涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种抛光头及抛光装置。

背景技术

半导体集成电路芯片制造过程中，平坦化技术已成为不可缺少的关键技术之一。化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization，CMP)工艺是目前最有效、最成熟的平坦化技术。化学机械平坦化设备是完全自动化的，保证晶圆在生产过程中每一模块每一环节的安全性，对于安全生产、降低损耗、提高生产效率具有重要的意义。

图1为一抛光装置的结构示意图，参阅图1，化学机械平坦化工艺的抛光装置通常包括旋转平台4、设置于所述旋转平台4的抛光垫3和抛光头1。抛光头1包括旋转轴11、抛光盘12以及吸附式组合垫(Template Assembly，TA)，所述吸附式组合垫包括限位环13和背膜14，其中，所述旋转轴11固定连接所述抛光盘12，且能够围绕自身旋转以带动所述抛光盘12旋转；所述抛光盘12具有面向抛光垫3的底面，所述限位环13和所述背膜14设置于所述抛光盘12的底面且所述限位环13与所述背膜14围成晶圆容纳空间(即图1中晶圆2所在的空间)。在进行化学机械平坦化工艺的过程中，晶圆2被吸附在所述晶圆容纳空间内，所述限位环13的底面与所述抛光垫3相接触，以防止晶圆2滑出至外界。

在化学机械平坦化工艺后，可以通过测量晶圆的单片抛光去除量及其他相关参数检验抛光效果，单片抛光去除量＝晶圆相对速度×抛光压力×抛光时间，其中，所述晶圆相对速度即所述晶圆相对于所述抛光垫的自转速度。然而，参阅图2，在晶圆的单片抛光去除量的统计过程控制(Statistical Process Control，SPC)的过程中，不同批次的晶圆对应的单片抛光去除量的数据波动较大，因此，如何控制单片抛光去除量成为一个急需解决的技术问题。为了探究单片抛光去除量的数据波动较大的原因，研究人员在抛光头上与晶圆的开槽点相对应的位置处做了标记，在进行化学机械平坦化工艺后，所述晶圆上的开槽点相对于所述标记处发生了位移，说明在化学机械平坦化工艺过程中，随着抛光头对晶圆施加的压力逐渐增大，晶圆受到的来自抛光垫的摩擦力也逐渐增大，导致晶圆相对于所述抛光头存在一定的自转。

鉴于此，需要一种装置来解决晶圆相对于抛光头存在自转的问题，控制晶圆的单片抛光去除量。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种抛光头及抛光装置，避免晶圆相对于抛光头发生自转，从而确保化学机械平坦化工艺中不同批次晶圆的单片抛光去除量的一致性。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种抛光头，包括抛光盘，所述抛光盘的第一表面依次设置有背膜和限位环，且所述限位环设置于所述第一表面的边缘，所述限位环与所述背膜围成晶圆容纳空间；所述限位环的内壁上设置有与晶圆的开槽口相配合的卡槽。

可选的，所述卡槽的厚度小于或等于所述晶圆的厚度。

可选的，所述背膜的远离所述抛光盘的一面设置有绒毛层，且所述背膜的材料包括碳纤维或玻璃纤维。

可选的，还包括第一旋转轴，所述第一旋转轴设置于所述抛光盘的第二表面。

可选的，所述抛光盘和所述背膜之间还设置有卡盘，所述卡盘与所述抛光盘之间形成有加压腔。

可选的，所述卡盘包括中心镂空的支架，所述支架的远离所述抛光盘的表面覆盖一膜层，所述膜层的材料包括橡胶。

可选的，所述卡盘与所述抛光盘之间通过螺丝固定，所述背膜与所述卡盘和所述限位环之间均通过胶粘固定。

可选的，所述第一旋转轴的远离所述抛光盘的一侧设置有加压装置，所述第一旋转轴和所述抛光盘上均设置有中心通孔，一通气管的一端连接所述加压装置，另一端依次穿过所述第一旋转轴和所述抛光盘的中心通孔并连接所述加压腔。

相应地，本发明还提供一种抛光装置，包括所述抛光头。

可选的，还包括自对准模块、旋转平台、设置于所述旋转平台的抛光垫，所述自对准模块采用激光寻角以对准所述限位环的卡槽和所述晶圆的开槽口，所述旋转平台的远离所述抛光垫的一面与第二旋转轴相连，以控制所述旋转平台旋转并带动所述抛光垫旋转。

综上所述，本实用新型提供一种抛光头及抛光装置，其中，所述抛光头包括抛光盘，所述抛光盘的第一表面依次设置有背膜和限位环，且所述限位环设置于所述第一表面的边缘，所述限位环与所述背膜围成晶圆容纳空间；所述限位环的内壁上设置有与晶圆的开槽口相配合的卡槽。本实用新型通过在抛光头的限位环的内壁上设置卡槽以卡住晶圆的开槽口，避免晶圆相对于抛光头发生自转，从而确保化学机械平坦化工艺中不同批次晶圆的单片抛光去除量的一致性。

附图说明

图1为一抛光装置的结构示意图；

图2为SPC过程中不同批次晶圆的单片抛光去除量的变化情况示意图；

图3为本实用新型一实施例提供的抛光头的结构示意图；

图4为图3中所述抛光头沿AA’方向的剖面结构示意图；

图5为本实用新型一实施例提供的抛光装置的结构示意图；

其中，附图标记如下：

1-抛光头；11-旋转轴；12-抛光盘；13-限位环；14-背膜；

2-晶圆；3-抛光垫；4-旋转平台；

5-抛光头；51-第一旋转轴；52-抛光盘；53-卡盘；531-加压腔；54-背膜；55-限位环；551-卡槽；56-通气管；

6-晶圆；61-开槽口；7-抛光垫；8-旋转平台；81-第二旋转轴；9-抛光液管。

具体实施方式

下面将结合示意图对本实用新型的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，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3为本实用新型一实施例提供的抛光头的结构示意图，图4为图3中所述抛光头沿AA’方向的剖面结构示意图。参阅图3和图4，本实施例所述的抛光头5包括抛光盘52，所述抛光盘52的第一表面(即下表面)依次设置有背膜54和限位环55，且所述限位环55设置于所述第一表面的边缘，所述限位环55与所述背膜54围成晶圆容纳空间；所述限位环55的内壁上设置有与晶圆6的开槽口61相配合的卡槽551。

具体的，所述抛光盘52的形状为圆形，且所述抛光盘52的半径与所述限位环55的外环半径相同，所述卡槽551的厚度小于或等于所述晶圆6的厚度。所述背膜54的远离所述抛光盘52的一面设置有绒毛层(图中未示出)，以保护晶圆6不受损伤，所述背膜54的材料包括碳纤维、玻璃纤维或其他硬质纤维材料。

本实施例中，所述抛光头5还包括第一旋转轴51和卡盘53，所述第一旋转轴51设置于所述抛光盘52的第二表面(即上表面)，所述卡盘53设置于所述抛光盘52和所述背膜54之间，且所述卡盘53与所述抛光盘52之间形成有加压腔531。可选的，所述第一旋转轴51的远离所述抛光盘52的一侧设置有加压装置(图中未示出)，所述第一旋转轴51和所述抛光盘52上均设置有中心通孔(图中未示出)，一通气管56的一端连接所述加压装置，另一端依次穿过所述第一旋转轴51和所述抛光盘52的中心通孔并连接所述加压腔531，以对所述背膜54进行加压。可选的，所述卡盘53包括中间镂空的支架(图中未示出)，所述支架的远离所述抛光盘52的表面覆盖一膜层(图中未示出)，且所述膜层为可形变的软质橡胶层。本实施例中，所述卡盘53与所述抛光盘52之间通过螺丝固定，所述背膜54与所述卡盘53和所述限位环55之间均通过胶粘固定，在本实用新型的其他实施例中，所述膜层和所述背膜54的材料以及各个组件之间的连接方式可以根据实际需要进行调整，本实用新型对此不作限制。

在进行化学机械研磨工艺的过程中，晶圆6设置在所述晶圆容纳空间内，且所述晶圆6的开槽口61卡入所述限位环55的卡槽551；所述第一旋转轴51旋转并带动所述抛光盘52旋转，所述抛光盘52带动所述卡盘53、所述背膜54、所述限位环55及所述晶圆6同步转动；所述加压装置通过所述通气管56向所述加压腔531内通入气体，使得所述背膜54对所述晶圆6施加压力，使所述晶圆6与所述抛光头5下方的抛光垫相接触，从而研磨所述晶圆6。在上述过程中，由于所述晶圆6的开槽口61卡入所述限位环55的卡槽551，因此，所述晶圆6相对于所述抛光头5不会发生自转。

相应地，本实施例还提供一种抛光装置，包括所述抛光头。图5为本实施例所述的抛光装置的结构示意图。

所述抛光装置还包括自对准模块(图中未示出)，所述自对准模块采用激光寻角技术实现所述限位环55的卡槽551和所述晶圆6的开槽口61之间的对准。参阅图5，所述抛光装置还包括旋转平台8、设置于所述旋转平台8的抛光垫7以及抛光液管9。其中，所述旋转平台8的远离所述抛光垫7的一面与第二旋转轴81相连，以控制所述旋转平台8旋转并带动所述抛光垫7旋转；所述抛光液管9用于将抛光浆液输送至所述抛光垫7上，以抛光所述晶圆6。可选的，所述抛光垫7的材料包括聚氨酯。

在进行化学机械平坦化工艺的过程中，通过对所述加压腔531抽气使所述晶圆6被吸附在所述抛光头5的晶圆容纳空间内，且所述限位环55的卡槽551卡入所述晶圆6的开槽口61；向下移动所述抛光头5直至所述限位环55的底面接触所述抛光垫7，通过对所述加压腔531充气使所述背膜54对所述晶圆6施加压力，使所述晶圆6抵压在所述抛光垫7上；所述第一旋转轴51带动所述抛光盘52、所述背膜54、所述限位环55及所述晶圆6进行同步旋转，所述第二旋转轴81带动所述旋转平台8及所述抛光垫7进行同步旋转，同时所述抛光液管9将抛光浆液输送至所述抛光垫7上，以抛光所述晶圆6。在上述过程中，由于所述限位环55的卡槽551卡入所述晶圆6的开槽口61，因此，所述晶圆6相对所述抛光头5不会发生自转，从而确保化学机械平坦化工艺中不同批次晶圆的单片抛光去除量的一致性。

综上，本实用新型提供一种抛光头及抛光装置，其中，所述抛光头包括抛光盘，所述抛光盘的第一表面依次设置有背膜和限位环，且所述限位环设置于所述第一表面的边缘，所述限位环与所述背膜围成晶圆容纳空间；所述限位环的内壁上设置有与晶圆的开槽口相配合的卡槽。本实用新型通过在抛光头的限位环的内壁上设置卡槽以卡住晶圆的开槽口，避免晶圆相对于抛光头发生自转，从而确保化学机械平坦化工艺中不同批次晶圆的单片抛光去除量的一致性。

上述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不对本实用新型起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的技术方案的范围内，对本实用新型揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本实用新型的技术方案的内容，仍属于本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种抛光头，其特征在于，包括抛光盘，所述抛光盘的第一表面依次设置有背膜和限位环，且所述限位环设置于所述第一表面的边缘，所述限位环与所述背膜围成晶圆容纳空间；所述限位环的内壁上设置有与晶圆的开槽口相配合的卡槽。

2.如权利要求1所述的抛光头，其特征在于，所述卡槽的厚度小于或等于所述晶圆的厚度。

3.如权利要求1所述的抛光头，其特征在于，所述背膜的远离所述抛光盘的一面设置有绒毛层，且所述背膜的材料包括碳纤维或玻璃纤维。

4.如权利要求1所述的抛光头，其特征在于，还包括第一旋转轴，所述第一旋转轴设置于所述抛光盘的第二表面。

5.如权利要求4所述的抛光头，其特征在于，所述抛光盘和所述背膜之间还设置有卡盘，所述卡盘与所述抛光盘之间形成有加压腔。

6.如权利要求5所述的抛光头，其特征在于，所述卡盘包括中心镂空的支架，所述支架的远离所述抛光盘的表面覆盖一膜层，所述膜层的材料包括橡胶。

7.如权利要求5所述的抛光头，其特征在于，所述卡盘与所述抛光盘之间通过螺丝固定，所述背膜与所述卡盘和所述限位环之间均通过胶粘固定。

8.如权利要求5所述的抛光头，其特征在于，所述第一旋转轴的远离所述抛光盘的一侧设置有加压装置，所述第一旋转轴和所述抛光盘上均设置有中心通孔，一通气管的一端连接所述加压装置，另一端依次穿过所述第一旋转轴和所述抛光盘的中心通孔并连接所述加压腔。

9.一种抛光装置，其特征在于，包括如权利要求1～8中任一项所述的抛光头。

10.如权利要求9所述的抛光装置，其特征在于，还包括自对准模块、旋转平台、设置于所述旋转平台的抛光垫，所述自对准模块采用激光寻角以对准所述限位环的卡槽和所述晶圆的开槽口，所述旋转平台的远离所述抛光垫的一面与第二旋转轴相连，以控制所述旋转平台旋转并带动所述抛光垫旋转。