CN202491166U - 提高晶圆研磨均匀性的研磨头和研磨装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种提高晶圆研磨均匀性的研磨头，包括下方带有限位环的研磨头本体，还包括一设置于所述研磨头上的限位环冷却装置。本实用新型还公开了一种提高晶圆研磨均匀性的研磨装置，包括研磨头、研磨平台以及研磨垫，所述研磨垫铺设于所述研磨平台上，所述研磨头设置于所述研磨垫上，所述研磨头采用如上所述的研磨头。本实用新型提供的提高晶圆研磨均匀性的研磨头和研磨装置，通过增设限位环冷却装置，可以在晶圆的研磨过程中对限位环的温度进行控制，使得晶圆在研磨过程中周边区域和中心区域的温度趋于一致，进而使得晶圆各个区域的研磨速率趋于一致，从而有效提高晶圆研磨均匀性，显著提高产品良率。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体制造领域，尤其涉及一种提高晶圆研磨均匀性的研磨头和研磨装置。
背景技术
CMP工艺是指化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing)工艺，或称为化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization)工艺。化学机械研磨工艺是一个复杂的工艺过程，它是将晶圆表面与研磨垫的研磨表面相接触，然后，通过晶圆表面与研磨表面之间的相对运动以及研磨液的作用将晶圆表面平坦化。
通常采用化学机械研磨设备，也称为研磨装置，来进行化学机械研磨工艺。请参阅图1和图2，其中，图1所示是现有的研磨装置的结构俯视示意图，图2所示是现有的研磨装置的结构侧视示意图。现有的研磨装置包括：下方设有限位环120的研磨头101、研磨垫102、研磨液供应管103以及研磨垫清洗液供给管104，所述研磨头101设置于所述研磨垫102的上方，所述研磨液供应管103的研磨液出液口与所述研磨垫清洗液供给管104的清洗液出液口分别设 置于所述研磨垫102的上方，所述研磨液供应管103与所述研磨垫清洗液供给管104并排设置于一横向可移动支架105内，所述研磨液供应管103用于供应研磨液，所述研磨垫清洗液供给管104用于对研磨垫102进行清洗。
当对晶圆106进行研磨工艺时，将要研磨的晶圆106附着在研磨头101上，该晶圆106的待研磨面向下并接触相对旋转的研磨垫102，研磨头101提供的下压力将该晶圆106紧压到研磨垫102上，所述研磨垫102粘贴于研磨平台(未图示)上，当该研磨平台在马达的带动下旋转时，研磨垫102跟随研磨平台转动；同时，研磨液通过研磨液供应管110输送到研磨垫102上，并通过离心力均匀地分布在研磨垫102上。研磨工艺所使用的研磨液一般包含有化学腐蚀剂和研磨颗粒，通过化学腐蚀剂和所述待研磨表面的化学反应生成较软的容易被去除的材料，然后通过机械摩擦将这些较软的物质从被研磨晶圆106的表面去掉，以达到全局平坦化的效果。
但在使用中发现，晶圆106在研磨后，晶圆106周边区域的厚度相比晶圆106中心区域的厚度有差异，使得晶圆106的研磨效果不均匀，造成产品的良率的下降。经科研人员研究，原因之一就在于，晶圆106在研磨过程中的温度不均匀，具体原因是研磨头的限位环120和研磨垫102在研磨过程中反复摩擦产生的热量，使得靠近研磨垫的晶圆106的周边区域温度相对晶圆的106中心区域有较大程度上升。而不同的温度对应的研磨液的化学反应速率是不同的，进而使得晶圆106各个区域的研磨速率不同，从而造成晶圆106研磨后的厚度 不均匀。
因此，如何提供一种可以提高晶圆研磨均匀性的研磨头和研磨装置是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种提高晶圆研磨均匀性的研磨头和研磨装置，通过对限位环进行温度控制，使得晶圆在研磨过程中各个区域的温度趋于一致，提高晶圆研磨的均匀性。
为了达到上述的目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种提高晶圆研磨均匀性的研磨头，包括下方带有限位环的研磨头本体，还包括一设置于所述研磨头上的限位环冷却装置。
优选的，在上述的提高晶圆研磨均匀性的研磨头中，所述限位环冷却装置包括从上至下依次叠置于所述研磨头本体上的冷却液供应盘与冷却液收集盘、冷却液供应管以及设置于所述限位环内部的环形冷却通道，所述冷却液供应管的出液口间隔设置于所述冷却液供应盘的底板上方，所述环形冷却通道的两侧分别通过连接管道与所述冷却液供应盘和所述冷却液收集盘连通。
优选的，在上述的提高晶圆研磨均匀性的研磨头中，所述限位环冷却装置还包括冷却液排放管与阀门，所述冷却液排放管连接于所述冷却液收集盘的侧壁下部，所述阀门设置于所述冷却液排放管上。
优选的，在上述的提高晶圆研磨均匀性的研磨头中，所述环形冷却通道的横截面形状是矩形或圆形或椭圆形。
优选的，在上述的提高晶圆研磨均匀性的研磨头中，所述冷却液供应盘具有开口向上的第一圆形容置空间，所述冷却液供应盘包括第一圆形底板以及围设于所述第一圆形底板上方的第一环形侧板，所述第一圆形底板和所述第一环形侧板围成所述第一圆形容置空间。
优选的，在上述的提高晶圆研磨均匀性的研磨头中，所述冷却液收集盘内具有第二圆形容置空间，所述冷却液收集盘包括第二圆形底板以及围设于所述第二圆形底板上方的第二环形侧板，所述第二圆形底板和所述第二环形侧板围成所述第二圆形容置空间。
优选的，在上述的提高晶圆研磨均匀性的研磨头中，所述提高晶圆研磨均匀性的研磨头还包括研磨头驱动轴，所述研磨头驱动轴依次穿经所述冷却液供应盘与所述冷却液收集盘后与所述研磨头本体固定连接。
本实用新型还公开了一种提高晶圆研磨均匀性的研磨装置，包括研磨头、研磨平台以及研磨垫，所述研磨垫铺设于所述研磨平台上，所述研磨头设置于所述研磨垫上，所述研磨头采用如上所述的研磨头。
优选的，在上述的提高晶圆研磨均匀性的研磨装置中，还包括研磨液供应管与研磨垫清洗液供给管，所述研磨液供应管的研磨液出液口与所述研磨垫清洗液供给管的清洗液出液口分别设置于所述研磨垫的上方，研磨液供应管与研 磨垫清洗液供给管并排设置于一横向可移动支架内。
本实用新型提供的提高晶圆研磨均匀性的研磨头和研磨装置，通过增设限位环冷却装置，可以在晶圆的研磨过程中对限位环的温度进行控制，使得晶圆在研磨过程中周边区域和中心区域的温度趋于一致，进而使得晶圆各个区域的研磨速率趋于一致，从而有效提高晶圆研磨均匀性，显著提高产品良率。
附图说明
本实用新型的提高晶圆研磨均匀性的研磨头和研磨装置由以下的实施例及附图给出。
图1是现有的研磨装置的结构俯视示意图；
图2是现有的研磨装置的结构侧视示意图；
图3是本实用新型一实施例的提高晶圆研磨均匀性的研磨装置的结构示意图；
图4是本实用新型一实施例的提高晶圆研磨均匀性的研磨头及研磨垫的放大示意图；
图5是本实用新型一实施例中环形冷却通道的俯视分布示意图。
图中，101、201-研磨头，102、202-研磨垫，103、203-研磨液供给管，104、204-研磨垫清洗液供给管，105、205-横向可移动支架，106、206-晶圆、207- 研磨头驱动轴、210-研磨头本体，120、220-限位环，221-环形冷却通道，230-冷却液供应盘，240-冷却液收集盘，250-冷却液供应管，260-冷却液排放管，270-第一连接管路，280-第二连接管路。
具体实施方式
以下将对本实用新型的提高晶圆研磨均匀性的研磨头和研磨装置作进一步的详细描述。
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。
请参阅图3和图4，其中，图3所示是本实用新型一实施例的提高晶圆研磨均匀性的研磨装置的结构示意图，图4所示是本实用新型一实施例的提高晶圆研磨均匀性的研磨头及研磨垫的放大示意图。本实施例提供的提高晶圆研磨均匀性的研磨装置，包括研磨头201、研磨平台(未图示)以及研磨垫202，所述研磨垫202铺设于所述研磨平台上，所述研磨头201设置于所述研磨垫202上，所述研磨头201采用提高晶圆研磨均匀性的研磨头。
所述提高晶圆研磨均匀性的研磨头201包括下方带有限位环220的研磨头本体210，还包括一设置于所述研磨头201的限位环冷却装置。本实施例通过 增设限位环冷却装置，可以在晶圆206的研磨过程中对限位环220的温度进行控制，使得晶圆206在研磨过程中周边区域和中心区域的温度趋于一致，进而使得晶圆206各个区域的研磨速率趋于一致，从而有效提高晶圆206研磨均匀性，显著提高产品良率。
较佳的，在本实施例中，所述限位环冷却装置具体包括从上至下依次叠置于所述研磨头本体210上的冷却液供应盘230与冷却液收集盘240、冷却液供应管250以及设置于所述限位环220内部的环形冷却通道221，请参阅图5，图5所示是本实用新型一实施例中环形冷却通道的俯视分布示意图。所述冷却液供应管250的出液口间隔设置于所述冷却液供应盘230的底部上方，即所述冷却液供应管250与所述冷却液供应盘230不接触，所述环形冷却通道221的两侧分别通过连接管道(即第一连接管道270与第二连接管道280)与所述冷却液供应盘230和所述冷却液收集盘240连通。所述限位环冷却装置还包括冷却液排放管260和阀门(未图示)，所述冷却液排放管260连接于所述冷却液收集盘240的侧壁下部，所述阀门设置于所述冷却液排放管260上，通过控制阀门可以对所述冷却液收集盘240内的冷却液进行排放，通常是批次晶圆研磨工作完成后进行冷却液的排放。
其中，所述环形冷却通道221的横截面形状可以是矩形或者圆形的或者椭圆形或者梯形。本实施例中，所述环形冷却通道221的横截面形状与限位环的横截面形状相对应，即采用矩形截面形式。采用矩形截面形式的环形冷却通道 221，可以使得环形冷却通道221对限位环220各个区域的冷却更加均匀，提高晶圆206周边区域各个部位的温度均匀性，从而进一步提高晶圆206研磨均匀性。
在本实施例中，所述冷却液供应盘230具有开口向上的第一圆形容置空间(未图示)。具体地，所述冷却液供应盘230包括第一圆形底板以及围设于所述第一圆形底板上方的第一环形侧板，所述冷却液供应管250的出液口间隔设置于所述冷却液供应盘230的底板即第一圆形底板上方，所述第一圆形底板和所述第一环形侧板围成所述第一圆形容置空间。所述冷却液收集盘240内具有第二圆形容置空间(未图示)。具体地，所述冷却液收集盘240包括第二圆形底板以及围设于所述第二圆形底板上方的第二环形侧板，所述第二圆形底板和所述第二环形侧板围成所述第二圆形容置空间。由于所述冷却液供应盘230和所述冷却液收集盘240结构比较简单，故未作图进行详细说明。另外，冷却液供应盘230与冷却液收集盘240的结构不限于上述结构，上述结构的冷却液供应盘230与冷却液收集盘240具有结构及制造工艺比较简单的优点。
较佳的，在本实施例中，所述提高晶圆研磨均匀性的研磨头201还包括研磨头驱动轴207，所述研磨头驱动轴207依次穿经所述冷却液供应盘230与所述冷却液收集盘240后与所述研磨头本体210固定连接。
在晶圆206的研磨过程中，研磨平台带动研磨垫202转动，研磨头驱动轴207带动研磨头本体210、冷却液供应盘230以及冷却液收集盘240转动，研 磨液供应管203向研磨垫202供应研磨液，由于所述冷却液供应管250的出液口间隔设置于所述冷却液供应盘230的上方，因此，从冷却液供应管250出来的冷却液首先流到冷却液供应盘230内，然后，该冷却液经第一连接管道270流入限位环220中的环形冷却通道221内；接着，该冷却液再经第二连接管道280流入冷却液收集盘240中，通常，冷却液收集盘240的容量足够供一批晶圆研磨所需的冷却液。冷却液在流经环形冷却通道221的过程中带走限位环220与研磨垫202摩擦产生的多余热量，将限位环220的温度控制在合理范围内，使得晶圆206在研磨过程中周边区域和中心区域的温度趋于一致，进而使得晶圆206各个区域的研磨速率趋于一致，从而有效提高晶圆206研磨均匀性，最终显著提高产品良率。
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 (10)
1.一种提高晶圆研磨均匀性的研磨头，包括下方带有限位环的研磨头本体，其特征在于，还包括一设置于所述研磨头上的限位环冷却装置。
2.根据权利要求1所述的提高晶圆研磨均匀性的研磨头，其特征在于，所述限位环冷却装置包括从上至下依次叠置于所述研磨头本体上的冷却液供应盘与冷却液收集盘、冷却液供应管、以及设置于所述限位环内部的环形冷却通道，所述冷却液供应管的出液口间隔设置于所述冷却液供应盘的底板上方，所述环形冷却通道的两侧分别通过连接管道与所述冷却液供应盘和所述冷却液收集盘连通。
3.根据权利要求2所述的提高晶圆研磨均匀性的研磨头，其特征在于，所述限位环冷却装置还包括冷却液排放管和阀门，所述冷却液排放管连接于所述冷却液收集盘的侧壁下部，所述阀门设置于所述冷却液排放管上。
4.根据权利要求2所述的提高晶圆研磨均匀性的研磨头，其特征在于，所述环形冷却通道的横截面形状是矩形或圆形或椭圆形。
5.根据权利要求2所述的提高晶圆研磨均匀性的研磨头，其特征在于，所述冷却液供应盘具有开口向上的第一圆形容置空间。
6.根据权利要求5所述的提高晶圆研磨均匀性的研磨头，其特征在于，所述冷却液供应盘包括第一圆形底板以及围设于所述第一圆形底板上方的第一环形侧板，所述第一圆形底板和所述第一环形侧板围成所述第一圆形容置空间。
7.根据权利要求2所述的提高晶圆研磨均匀性的研磨头，其特征在于，所述冷却液收集盘内具有第二圆形容置空间。
8.根据权利要求7所述的提高晶圆研磨均匀性的研磨头，其特征在于，所述冷却液收集盘包括第二圆形底板以及围设于所述第二圆形底板上方的第二环形侧板，所述第二圆形底板和所述第二环形侧板围成所述第二圆形容置空间。
9.根据权利要求2所述的提高晶圆研磨均匀性的研磨头，其特征在于，还包括研磨头驱动轴，所述研磨头驱动轴依次穿经所述冷却液供应盘与所述冷却液收集盘后与所述研磨头本体固定连接。
10.一种提高晶圆研磨均匀性的研磨装置，包括研磨头、研磨平台以及研磨垫，所述研磨垫铺设于所述研磨平台上，所述研磨头设置于所述研磨垫上，其特征在于，所述研磨头采用如权利要求1～9中任意一项所述的研磨头。
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