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抛光头

阅读：1034发布：2020-07-04

IPRDB可以提供抛光头专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种抛光头，所述抛光头包括盖板；基座，所述基座固定在所述盖板的下表面上，所述基座的下表面形成有环形凹槽；柔性膜，所述柔性膜固定在所述基座的下表面上且覆盖在所述环形凹槽上以形成与外界连通的下腔室；传递板，所述传递板固定在所述柔性膜的下表面上且与所述环形凹槽相对应，其中所述传递板的上表面的面积小于所述传递板的下表面的面积；和保持环，所述保持环固定在所述基座的下表面上用于保持晶圆。根据本发明实施例的抛光头可以提供更低的抛光压力。，下面是抛光头专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种抛光头，其特征在于，包括：

盖板；

基座，所述基座固定在所述盖板的下表面上，所述基座的下表面形成有环形凹槽；

柔性膜，所述柔性膜固定在所述基座的下表面上且覆盖在所述环形凹槽上以形成与外界连通的下腔室；

传递板，所述传递板固定在所述柔性膜的下表面上且与所述环形凹槽相对应，其中所述传递板的上表面的面积小于所述传递板的下表面的面积；和保持环，所述保持环固定在所述基座的下表面上用于保持晶圆。

2.根据权利要求1所述的抛光头，其特征在于，还包括垫片，所述垫片固定在所述传递板的下表面上。

3.根据权利要求1所述的抛光头，其特征在于，所述盖板和基座之间限定有与外界连通的上腔室，且所述上腔室通过连接通道与所述下腔室相连通。

4.根据权利要求3所述的抛光头，其特征在于，所述基座的上表面上设有凹部，所述盖板覆盖所述凹部以形成所述上腔室。

5.根据权利要求4所述的抛光头，其特征在于，所述上腔室通过形成在盖板内的盖板通道与外界连通。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的抛光头，其特征在于，所述环形凹槽为多个，所述多个环形凹槽顺序套设且在径向方向上彼此间隔开，所述传递板为多个，所述多个传递板顺序套设并且分别与所述多个环形凹槽对应。

7.根据权利要求1所述的抛光头，其特征在于，所述柔性膜通过内压环和外压环固定在所述基座的下表面上。

8.根据权利要求1或7所述的抛光头，其特征在于，所述柔性膜通过粘结剂固定在所述基座的下表面上。

9.根据权利要求1所述的抛光头，其特征在于，所述传递板为刚性传递板。

10.根据权利要求9所述的抛光头，其特征在于，所述柔性膜和垫片均由氯丁二烯或者硅橡胶制成，所述刚性传递板由金属、塑料或者陶瓷制成，所述保持环由聚亚苯基硫醚、聚醚醚酮或者陶瓷制成。

说明书全文

抛光头

技术领域

[0001] 本发明涉及一种抛光头，尤其涉及一种超低压力抛光头。

背景技术

[0002] 在集成电路的制造过程中，随着特征尺寸的缩小和金属互连层数的增加，对晶圆表面平整度的要求也越来越高，化学机械抛光是目前最有效的全局平坦化技术。化学机械抛光是将晶圆由旋转的抛光头夹持，并将其以一定压力压在旋转的抛光垫上，由磨粒和化学溶液组成的抛光液在晶圆和抛光垫之间流动，晶圆表面在化学和机械的共同作用下实现平坦化。抛光头起着夹持晶圆并对其背面施加压力的作用，是实现表面平坦化的关键所在。

[0003] 在实际化学机械抛光过程中，有多种原因可以引起晶圆表面或亚表面的破损、坍塌等缺陷，其中抛光头对晶圆施加的压力过高是产生缺陷的重要原因。抛光头一般通过流体压力来施加压力，并通过电气伺服阀调节流体压力的大小从而可以改变施加在晶圆上的压力的大小。然而电气伺服阀的调节是有一定范围的，在这个范围内，现有的抛光头所能达到的压力依然比较大。因此有必要提供一种改进的抛光头以实现更低的压力。迄今为止，为解决这一技术问题所做的努力尚没有取得成功。

发明内容

[0004] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

[0005] 为此，本发明的一个目的在于提出一种可以提供更低压力的抛光头。

[0006] 为了实现上述目的，根据本发明的实施例提出一种抛光头，所述抛光头包括：盖板；基座，所述基座固定在所述盖板的下表面上，所述基座的下表面形成有环形凹槽；柔性膜，所述柔性膜固定在所述基座的下表面上且覆盖在所述环形凹槽上以形成与外界连通的下腔室；传递板，所述传递板固定在所述柔性膜的下表面上且与所述环形凹槽相对应，其中所述传递板的上表面的面积小于所述传递板的下表面的面积；和保持环，所述保持环固定在所述基座的下表面上用于保持晶圆。

[0007] 在利用根据本发明实施例的抛光头进行化学机械抛光时，向所述环形凹槽内通入一定压力的流体，这样在所述环形凹槽内形成有流体压力。所述流体压力首先由所述柔性膜传递给设置在所述柔性膜的下表面上且与所述环形凹槽相对应的所述传递板，然后由所述传递板传递给晶圆。由于所述传递板的上表面的面积小于所述传递板的下表面的面积，因此所述晶圆受到的压力小于所述流体压力，也就是说，根据本发明实施例的抛光头可以提供更低的抛光压力。并且在所述流体压力保持不变的前提下，可以仅通过改变所述传递板的上表面和下表面的面积比来改变所述晶圆受到的压力的大小。

[0008] 另外，根据本发明实施例的抛光头可以具有如下附加的技术特征：

[0009] 根据本发明的一个实施例，抛光头还包括垫片，所述垫片固定在所述传递板的下表面上。根据本发明实施例的抛光头通过在所述传递板的下表面上设置所述垫片，从而可以吸收所述传递板对所述晶圆的冲击，以形成接近平整的表面来容纳所述晶圆，并对所述晶圆提供均匀的压力。

[0010] 根据本发明的一个实施例，所述盖板和基座之间限定有与外界连通的上腔室，且所述上腔室通过连接通道与所述下腔室相连通。

[0011] 根据本发明的一个实施例，所述基座的上表面上设有凹部，所述盖板覆盖所述凹部以形成所述上腔室。

[0012] 根据本发明的一个实施例，所述上腔室通过形成在盖板内的盖板通道与外界连通。

[0013] 根据本发明的一个实施例，所述环形凹槽为多个，所述多个环形凹槽顺序套设且在径向方向上彼此间隔开，所述传递板为多个，所述多个传递板顺序套设并且分别与所述多个环形凹槽对应。根据本发明实施例的抛光头通过设置多个所述环形凹槽和传递板，从而可以根据晶圆去除量的要求来对所述晶圆的不同区域施加不同的压力，以保证在化学机械抛光结束时使所述晶圆的表面接近平整。

[0014] 根据本发明的一个实施例，所述柔性膜通过内压环和外压环固定在所述基座的下表面上。

[0015] 根据本发明的一个实施例，所述柔性膜通过粘结剂固定在所述基座的下表面上。

[0016] 根据本发明的一个实施例，所述传递板为刚性传递板。

[0017] 根据本发明的一个实施例，所述柔性膜和垫片均由氯丁二烯或者硅橡胶制成，所述刚性传递板由金属、塑料或者陶瓷制成，所述保持环由聚亚苯基硫醚、聚醚醚酮或者陶瓷制成。

[0018] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

[0019] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

[0020] 图1是根据本发明的一个实施例的抛光头的结构示意图；

[0021] 图2是根据本发明的另一个实施例的抛光头的结构示意图。

[0022] 附图标记说明：

[0023] 抛光头100、盖板110、基座120、环形凹槽121、连接通道122、柔性膜130、上腔室140、传递板150、上表面151、下表面152、保持环160、垫片170、内压环180、外压环190、晶圆200。

具体实施方式

[0024] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0025] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0026] 在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

[0027] 下面参照图1描述根据本发明一个实施例的抛光头。如图1所示，根据本发明实施例的抛光头100包括盖板110、基座120、柔性膜130、传递板150和保持环160。基座120固定在盖板110的下表面上，基座120的下表面形成有环形凹槽121。柔性膜130固定在基
座120的下表面上且覆盖在环形凹槽121上以形成与外界连通的下腔室140。传递板150
固定在柔性膜130的下表面上且与环形凹槽121相对应，其中传递板150的上表面的面积
小于传递板150的下表面的面积。保持环160固定在基座120的下表面上用于保持晶圆
200。

[0028] 在利用根据本发明实施例的抛光头100进行化学机械抛光时，向环形凹槽121内通入一定压力的流体，这样在环形凹槽121内形成有流体压力。所述流体压力首先由柔性膜130传递给设置在柔性膜130的下表面上且与环形凹槽121相对应的传递板150，然后
由传递板150传递给晶圆200。由于传递板150的上表面151的面积小于传递板150的下
表面152的面积，根据牛顿定律可知，晶圆200受到的压力与所述流体压力之比等于传递板
150的上表面151的面积与传递板150的下表面152的面积之比，因此晶圆200受到的压力
小于所述流体压力。也就是说，根据本发明实施例的抛光头100可以提供更低的抛光压力。
并且在所述流体压力保持不变的前提下，可以仅通过改变传递板150的上表面151和下表
面152的面积比来改变所述晶圆200受到的压力的大小。

[0029] 在本发明的一些实施例中，如图1所示，抛光头100还可以包括垫片170，垫片170可以固定在传递板150的下表面152上。抛光头100通过在传递板150的下表面152上设置垫片170，从而可以吸收传递板150对晶圆200的冲击，以形成接近平整的表面来容纳晶圆200，并对晶圆200提供均匀的压力。

[0030] 在本发明的一个具体示例中，垫片170可以是圆形，且垫片170的直径可以与晶圆200的直径相等，从而可以容纳整个晶圆200，并对整个晶圆200提供均匀的压力。

[0031] 如图2所示，在本发明的另一个实施例中，环形凹槽121可以是多个，多个环形凹槽121可以顺序套设且在径向方向上彼此间隔开，传递板150可以是多个，多个传递板150可以顺序套设并且分别与多个环形凹槽121对应。多个传递板150可以在径向方向上彼此间隔开。其中，多个传递板150分别与多个环形凹槽121对应是指传递板150的数量和位
置分别与环形凹槽121对应。因为所述下腔室是由环形凹槽121和覆盖在环形凹槽121上
的柔性膜130构成，所以所述下腔室也可以是多个，且多个传递板150可以分别与所述多个下腔室对应。

[0032] 在利用具有多个环形凹槽121的抛光头100进行化学机械抛光时，可以根据晶圆去除量的要求向不同的环形凹槽121内通入不同压力的流体，这样在不同的环形凹槽121
内形成有不同的流体压力，所述不同的流体压力通过传递板150传递给晶圆200，从而对晶圆200的不同区域施加不同的压力，以保证在化学机械抛光结束时使晶圆200的表面接近
平整。

[0033] 在本发明的一个实施例中，如图2所示，多个环形凹槽121可以是多个同心的圆环形凹槽，多个传递板150的上表面151均可以是圆环形，最内侧的传递板150的下表面152可以是圆环形或者圆形，其他的传递板150的下表面152可以是圆环形。在本发明的一个具体示例中，传递板150的圆环形的上表面151可以位于对应的圆环形的环形凹槽121的正
下方，其中传递板150的上表面151的内径大于对应的环形凹槽121的内径，且传递板150
的上表面151的外径小于对应的环形凹槽121的外径。最外侧的传递板150的下表面152
的外径与晶圆200的直径相等。

[0034] 可选地，环形凹槽121可以是一个，且环形凹槽121可以是圆环形凹槽，传递板150可以是一个，且传递板150的上表面151可以是圆环形，传递板150的下表面152可以是圆环形或者圆形。在本发明的一个具体示例中，传递板150的圆环形的上表面151可以位于
圆环形的环形凹槽121的正下方，其中传递板150的上表面151的内径大于环形凹槽121
的内径，且传递板150的上表面151的外径小于环形凹槽121的外径。传递板150的下表
面152的外径或者直径与晶圆200的直径相等。

[0035] 在本发明的一些实施例中，盖板110可以设置有盖板通道，基座120可以设置有基座通道，且所述基座通道可以分别与所述盖板通道和环形凹槽121相连通，从而可以使环形凹槽121与外界连通，也就是说可以使所述下腔室与外界连通。这样可以利用例如流体伺服阀通过所述盖板通道和基座通道向环形凹槽121内通入一定压力的流体。

[0036] 基座120可以设置有与外界连通的基座通道，且所述基座通道可以与环形凹槽121相连通，从而可以使环形凹槽121与外界连通，也就是说可以使所述下腔室与外界连
通。这样可以利用例如流体伺服阀通过所述基座通道向环形凹槽121内通入一定压力的流体。

[0037] 当抛光头100设置有多个环形凹槽121时，盖板110可以设置有多个盖板通道，基座120可以设置有多个基座通道，所述多个基座通道可以分别与所述多个盖板通道和多个环形凹槽121对应地相连通，从而可以使多个环形凹槽121与外界连通，也就是说可以使多个所述下腔室与外界连通。这样可以利用例如流体伺服阀通过相对应的所述盖板通道
和基座通道向每个环形凹槽121内通入一定压力的流体。在本发明的另一些实施例中，基座120可以设置有多个与外界连通的基座通道，且所述多个基座通道分别与多个环形凹槽
121对应地相连通，从而可以使多个环形凹槽121与外界连通，也就是说可以使多个所述下腔室与外界连通。这样可以利用例如流体伺服阀通过相对应的所述基座通道向每个环形凹槽121内通入一定压力的流体。

[0038] 在本发明的一些实施例中，盖板110和基座120之间可以限定有与外界连通的上腔室140，且上腔室140可以通过连接通道122与所述下腔室相连通。通过设置上腔室140
可以使向环形凹槽121内通入一定压力的流体更加简便。特别是当抛光头100设置有多个
环形凹槽121时，通过设置上腔室140可以使盖板110或者基座120只需设置一个盖板通道
或者基座通道。具有一定压力的流体通过所述盖板通道或者基座通道进入上腔室140后，再通过连接通道122进入与连接通道122相连通的所述下腔室内，即通过连接通道122进
入与连接通道122相连通的环形凹槽121内。

[0039] 如图1和图2所示，在本发明的一个示例中，基座120的上表面上可以设置有凹部，盖板110可以覆盖所述凹部以形成上腔室140。在本发明的一个具体示例中，盖板110内可以形成有盖板通道，上腔室140可以通过所述盖板通道与外界连通。

[0040] 在本发明的一些实施例中，如图1和2所示，柔性膜130可以通过内压环180和外压环190固定在基座120的下表面上。其中，内压环180可以设置在靠近环形凹槽121的
内环处，外压环190可以设置在靠近环形凹槽121的外环处，这样可以使柔性膜130更好地密封环形凹槽121。在本发明的一个示例中，内压环180和外压环190可以通过螺栓将柔性膜130固定在基座120的下表面上，也就是说螺栓依次穿过内压环180或者外压环190、柔
性膜130和基座120。

[0041] 具体地，柔性膜130可以通过粘结剂固定在基座120的下表面上。在本发明的一个具体示例中，为了使柔性膜130更好地密封环形凹槽121，柔性膜130可以通过内压环180和外压环190固定在基座120的下表面上，且柔性膜130还可以通过粘结剂固定在基座120
的下表面上。

[0042] 当抛光头100设置有多个环形凹槽121时，可以利用一个柔性膜130密封多个环形凹槽121，柔性膜130可以通过粘结剂固定在基座120的下表面上，柔性膜130还可以通
过多个内压环180和外压环190固定在基座120的下表面上。在本发明的一个示例中，柔
性膜130可以是圆形。在本发明的另一个示例中，为了使柔性膜130更好地密封多个环形
凹槽121，在靠近每一个环形凹槽121的内环处和外环处均分别设置有内压环180和外压环
190。可选地，可以利用多个环形的柔性膜130密封多个环形凹槽121。

[0043] 具体地，柔性膜130和垫片170可以由弹性材料制成，例如可以由氯丁二烯或者硅橡胶制成。传递板150可以是刚性传递板。在本发明的一个具体示例中，传递板150可以由金属、塑料或者陶瓷制成。保持环160可以由为耐腐蚀、耐磨材料制成，例如保持环160可以由聚亚苯基硫醚、聚醚醚酮或者陶瓷制成。

[0044] 根据本发明实施例的抛光头100可以提供更低的抛光压力，从而有效地避免了由于抛光压力过高而导致晶圆200的表面产生缺陷。

[0045] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0046] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

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