CN103522167A - 研磨头及研磨装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种研磨头，包括晶圆吸附空间和限位环，所述限位环环绕设于所述晶圆吸附空间的外侧，所述限位环的底部还设有研磨调节机构。本发明还提供了一种研磨装置，包括研磨垫和研磨头，所述研磨头放置于所述研磨垫上，所述研磨头采用本发明提供的研磨头。本发明通过环状结构的设计将传统研磨头和调节器巧妙地结合在一起，将两者的功能汇集到一个装置中，既达到了固定晶圆的目的，也同时完成了对研磨液与研磨颗粒的调节，进而提高了研磨的工艺的质量和效率，极大地节省了成本。

Description

研磨头及研磨装置
技术领域
本发明涉及半导体制造中的化学机械研磨技术领域，尤其涉及一种化学机械研磨中的研磨头及研磨装置。
背景技术
化学机械研磨（CMP）作为芯片加工中必不可少的一道工艺，不仅在晶圆制备阶段被采用，而且在晶圆加工工艺过程中也被用来做晶圆表面整体平整化。化学机械研磨法主要是利用机械式研磨原理，配合研磨液中的化学助剂与芯片表面高低起伏不定的轮廓加以磨平的平坦化技术。一般若各种制程的参数控制合适，化学机械研磨可提供被研磨表面达到94%以上的平坦度，但随着半导体行业的发展，集成电路制造业发展迅速，化学机械研磨作为芯片加工中不可缺少的一道工艺也面临着越来越高的挑战。
请参考图1，其为现有的化学机械研磨装置的示意图。现有化学机械研磨装置包括：研磨平台101、研磨垫102、研磨头104和调节器105，所述调节器105的底部设有钻石106，晶圆103吸附在所述研磨头104的底部。请参考图2，其为现有的研磨头104的仰视示意图，所述研磨头104的底部设有槽107与平滑表面108，从而方便研磨液的流通。
在研磨过程中，研磨平台101开始旋转，研磨垫102随之旋转，垂直方向按住研磨头104，其作用在于固定晶圆103，使得晶圆103能够得到研磨，调节器105的存在一方面可以使得研磨液的分布更均匀，另一方面在其底部设有钻石106，可以利用钻石106的硬度特点将沉积的研磨颗粒打碎，使其得到均匀的分布。
在现有的研磨过程中，研磨的残渣不易疏通，容易沉积影响研磨的效果，同样的，研磨的残渣也很容易沉积在调节器105底部的钻石106上，从而使得钻石106不能有效地打碎研磨颗粒，同时也会影响调节器105使研磨液均匀分布的功能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，在化学机械研磨装置中，提供一种成本更低、功能更多元的研磨头及研磨装置的技术问题。
为了解决这一技术问题，本发明提供了一种研磨头，包括晶圆吸附空间和限位环，所述限位环环绕设于所述晶圆吸附空间的外侧，所述限位环的底部还设有研磨调节机构。
所述研磨调节机构包括若干设置于所述限位环底部的外凸的研磨晶体
所述限位环的底部内缘设有凸环。
所述限位环的底部设有环形槽，所述环形槽绕设于所述凸环的外侧且位于所述研磨晶体的内侧。
所述凸环上设有若干个通孔，所述通孔连通所述环形槽与所述晶圆吸附空间。
若干个所述通孔在所述凸环上均匀分布。
所述限位环的底部外缘设有斜坡。
所述限位环的底部设有若干个导流槽，所述导流槽呈直线形，所述导流槽连接所述环形槽与所述斜坡。
若干个所述导流槽环绕着所述凸环均匀分布。
所述导流槽与所述凸环的半径方向形成固定的夹角。
本发明还提供了一种研磨装置，包括研磨垫和研磨头，所述研磨头放置于所述研磨垫上，所述研磨头采用本发明提供的一种研磨头。
本发明通过环状结构的设计将传统研磨头和调节器巧妙地结合在一起，将两者的功能汇集到一个装置中，并且在其表面设置了所述环形槽、导流槽、斜坡等，进一步提高了研磨液、研磨颗粒、研磨残渣的流通性，大大提高了研磨的工艺的质量和效率，极大地节省了工艺的成本，本发明既达到了固定晶圆的目的，也同时完成了对研磨液与研磨颗粒的调节，解决了所要解决的技术问题，提供一种成本更低、功能更多元的研磨头。
附图说明
图1为现有技术中的化学机械研磨装置的结构示意图；
图2为现有技术中的化学机械研磨装置中的研磨头的仰视示意图；
图3为本发明一种研磨头的一实施例的剖面示意图；
图4为本发明一种研磨头的一实施例的仰视示意图。
图中，101-研磨平台；102-研磨垫；103-晶圆；104-研磨头；105-调节器；106-钻石；107-槽；108-平滑表面；
201-研磨垫；202-晶圆吸附空间；203-晶圆；204-凸环；205-研磨晶体；206-斜坡；207-环形槽；208-导流槽；209-限位环。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
请参阅附图3和附图4，本实施例提供了一种研磨头，包括晶圆吸附空间202和限位环209，晶圆吸附空间202内设有用于吸附晶圆的晶圆吸附机构（未图示），所述限位环209环绕设于所述晶圆吸附空间202的外侧，所述限位环209的内径与晶圆203的直径匹配，所述限位环209的底部还设有研磨调节机构。本实施例通过限位环209的设计将传统研磨头和调节器巧妙地结合在一起，将两者的功能汇集到一个装置中。
所述研磨调节机构包括若干设置于所述限位环209底部的外凸的研磨晶体205。其中研磨晶体205可以使用钻石材质。
研磨过程中，研磨调节机构可以使得供应到研磨垫201上的研磨液和研磨颗粒均匀分布开来，有利于对晶圆203的研磨，此外，采用钻石材质的研磨晶体205可以利用其硬度特点将沉积的研磨颗粒打碎，避免了由于研磨颗粒的沉积带来的研磨缺陷。
所述限位环209的底部内缘设有凸环204。其中，安置于晶圆吸附空间202内的晶圆203由于凸环204的作用使其水平位置更加稳固。
所述限位环209的底部设有环形槽207，所述环形槽207绕设于所述凸环204的外侧且位于所述研磨晶体205的内侧，即所述研磨晶体205围绕着所述环形槽207呈环状均匀分布。环形槽207的设置，有利于研磨颗粒和研磨液在环形槽内循环流通，进一步增强整个研磨头的流通性能。
所述凸环204上设有若干个通孔（图未示），所述通孔连通所述环形槽207与所述晶圆吸附空间202。若干个所述通孔在所述凸环204上均匀分布。
通孔的设置使得研磨液、研磨颗粒和研磨残渣可以从晶圆吸附空间202中流通到环形槽207中，环形槽207中的研磨液、研磨颗粒也能被顺利地流通到晶圆吸附空间202中，进而对晶圆203进行有效地研磨。
所述限位环209的底部外缘设有斜坡206。斜坡206能够使得研磨液、研磨颗粒、研磨残渣的流通更流畅、平缓。
所述限位环209的底部设有若干个导流槽208，所述导流槽208呈直线形，所述导流槽208连接所述环形槽207与所述斜坡206。若干个所述导流槽208环绕着所述凸环均匀分布。在本实施例中，环形槽207中的研磨液、研磨颗粒，特别是研磨残渣可以通过导流槽208流通至斜坡206中，进而流通出本实施例中的研磨头，反之，也有利于研磨液和研磨颗粒通过导流槽208流通至环形槽207中，进而通过通孔进入晶圆吸附空间202中，有助于对晶圆203的有效研磨。
所述导流槽与所述凸环的半径方向形成固定的夹角。在本实施例中夹角的范围优选为0度到90度，在本实施例的研磨过程中，所述晶圆固定装置将以凸环204的轴心为轴自转，所以当导流槽208与凸环204的半径方向形成固定夹角时更有利于研磨液、研磨颗粒和研磨残渣的流通。
本实施例还提供了一种研磨装置，包括研磨垫201和研磨头，所述研磨头放置于所述研磨垫上，所述研磨头采用本实施例所提供的一种研磨头。
使用本实施例提供的研磨头对晶圆进行研磨的研磨过程中包括以下步骤：
S01步：将晶圆203放置于晶圆吸附空间202中；
S02步：将晶圆固定装置放置到研磨垫201上，使得研磨头的底部紧贴在研磨垫201上；
S03步：供应研磨液和研磨颗粒的同时旋转研磨平台，同时保持研磨头的位置不随研磨平台旋转；在本实施例中，研磨头以凸环204的轴心为轴自转，增强研磨的效果
S04步：研磨完成，研磨平台停止旋转；同时研磨头也停止自转。
综上所述，本发明提供的研磨头及研磨装置，通过环状结构的设计将传统研磨头和调节器巧妙地结合在一起，将两者的功能汇集到一个装置中，并且在其表面设置了所述环形槽、导流槽、斜坡等，进一步提高了研磨液、研磨颗粒、研磨残渣的流通性，大大提高了研磨的工艺的质量和效率，极大地节省了工艺的成本，本发明既达到了固定晶圆的目的，也同时完成了对研磨液与研磨颗粒的调节，解决了所要解决的技术问题，提供一种成本更低、功能更多元的研磨头。

Claims (12)

1.一种研磨头，其特征在于：包括晶圆吸附空间和限位环，所述限位环环绕设于所述晶圆吸附空间的外侧，所述限位环的底部还设有研磨调节机构。
2.如权利要求1所述的研磨头，其特征在于：所述研磨调节机构包括若干设置于所述限位环底部的外凸的研磨晶体。
3.如权利要求2所述的研磨头，其特征在于：所述限位环的底部内缘设有凸环。
4.如权利要求3所述的研磨头，其特征在于：所述限位环的底部设有环形槽，所述环形槽绕设于所述凸环的外侧且位于所述研磨晶体的内侧。
5.如权利要求4所述的研磨头，其特征在于：所述凸环上设有若干个通孔，所述通孔连通所述环形槽与晶圆吸附空间。
6.如权利要求5所述的研磨头，其特征在于：若干个所述通孔在所述凸环上均匀分布。
7.如权利要求1所述的研磨头，其特征在于：所述限位环的底部外缘设有斜坡。
8.如权利要求7所述的研磨头，其特征在于：所述限位环的底部设有若干个导流槽，所述导流槽呈直线形，所述导流槽连接所述环形槽与所述斜坡。
9.如权利要求8所述的研磨头，其特征在于：若干个所述导流槽环绕着所述凸环均匀分布。
10.如权利要求9所述的研磨头，其特征在于：所述导流槽与所述凸环的半径方向形成固定的夹角。
11.如权利要求10所述的研磨头，其特征在于：所述夹角的范围为0到90度。
12.一种研磨装置，包括研磨垫和研磨头，所述研磨头放置于所述研磨垫上，其特征在于，所述研磨头采用如权利要求1～10中任意一项所述的研磨头。
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