一种研磨头和化学机械研磨装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种研磨头和化学机械研磨装置，所述研磨头包括限位环，所述限位环底部设置为沿半径方向由内而外向下倾斜的斜面。根据本发明专利技术的研磨头和化学机械研磨装置，将限位环底部设置为沿半径方向由内而外向下倾斜的斜面，有效减少了化学机械研磨过程中，限位环底部表面与研磨垫的接触，减少了限位环底部表面微小起伏对研磨垫的刮擦损伤，从而减少了研磨垫刮擦损伤对半导体晶圆的化学机械研磨的影响，提升了化学机械研磨质量，有效提升了产品良率，同时也减少了生产成本。同时，也减少了研磨副产物在限位环内侧或导流槽入口端的累积，减少了研磨副产物对化学机械研磨的影响，进一步提升了化学机械研磨的质量。

A Grinding Head and Chemical Mechanical Grinding Device

【技术实现步骤摘要】
一种研磨头和化学机械研磨装置
本专利技术涉及半导体制造领域，具体而言涉及一种研磨头和化学机械研磨装置。
技术介绍
随着集成电路制造过程中特征尺寸的缩小和金属互联的增加，对晶圆表面平整度的要求也越来越高。化学机械研磨(CMP)是将机械研磨和化学腐蚀结合的技术，是目前最有效的晶圆平坦化方法。化学机械研磨采用旋转的研磨头夹持住晶圆，并将其以一定压力压在旋转的研磨垫上，通过研磨浆料的作用，使晶圆表面在化学和机械的共同作用下实现平坦化。通常，半导体领域所使用的研磨装置包括研磨垫及设置于研磨垫上的研磨头。在对晶圆进行化学机械研磨时，研磨头吸附待研磨晶圆使待研磨晶圆的待研磨表面与研磨垫接触，在研磨头带动下，待研磨晶圆相对研磨垫旋转，同时在研磨液的作用下，完成对晶圆的研磨，其中研磨头通过限位环对研磨晶圆进行限制和固定。然而，限位环上往往存在微小起伏，这些微小起伏与研磨垫接触的过程中对研磨垫产生不同程度的刮擦损伤，使得研磨垫对后续晶圆的化学机械研磨造成损伤。同时，在限位环底部往往设置有用于将研磨副产物由晶圆表面从限位环内导出到限位环外的导流槽，在化学机械研磨过程中，往往在其倒流入口处形成不同程度的研磨副产物的累积，累积的副产物在后续研磨过程中不同程度的脱落，也对半导体晶圆化学机械研磨的研磨质量产生重要影响。为此，本专利技术提供了一种新的研磨头和化学机械研磨装置，用以解决现有技术中的问题。
技术实现思路
在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本专利技术的
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。本专利技术提供了一种研磨头，所述研磨头包括限位环，所述限位环的底部设置为沿半径方向由内而外向下倾斜的斜面。示例性的，所述限位环的底部的外端部设置为弧形。示例性的，所述斜面相对于水平面倾斜的角度为2°-5°。示例性的，所述斜面相对于水平面倾斜的角度为3.5°-3.8°。示例性的，所述限位环的内径设置为较待研磨晶圆的直径大0.1mm-0.2mm。示例性的，所述限位环底部设置有导流槽。示例性的，所述导流槽设置为均匀分布在所述限位环底部的若干直线凹槽。示例性的，所述导流槽设置为与限位环半径成一定夹角的直线凹槽，所述导流槽螺旋排布在所述限位环的底部。示例性的，所述导流槽螺旋排布的方向与化学机械研磨过程中所述研磨头的转动方向一致。本专利技术还提供了一种化学机械研磨装置，所述装置包括研磨头，所述研磨头包括底部设置为沿半径方向由内而外向下倾斜的斜面的限位环。根据本专利技术的研磨头和化学机械研磨装置，将限位环底部设置为沿半径方向由内而外向下倾斜的斜面，有效减少了化学机械研磨过程中，限位环底部表面与研磨垫的接触，减少了限位环底部表面微小起伏对研磨垫的刮擦损伤，从而减少了研磨垫刮擦损伤对半导体晶圆的化学机械研磨的影响，提升了化学机械研磨质量，有效提升了产品良率，同时也减少了生产成本。同时，将限位环底部表面设置成沿半径方向由内而外向下倾斜的斜面也减少了研磨副产物在限位环内侧或导流槽入口端的累积，减少了研磨副产物对化学机械研磨的影响，进一步提升了化学机械研磨的质量。附图说明本专利技术的下列附图在此作为本专利技术的一部分用于理解本专利技术。附图中示出了本专利技术的实施例及其描述，用来解释本专利技术的原理。附图中：图1A为一种化学机械研磨装置中的研磨头的结构示意图；图1B为一种研磨头的限位环在化学机械研磨过程中和研磨垫接触状态示意图；图1C为一种限位环底部导流槽在化学机械研磨过程中累积副产物的状态示意图；图2A为根据本专利技术的一个实施例的研磨头的结构示意图；图2B为根据本专利技术的一个实施例的限位环的底部示意图；图3A为一种研磨头的限位环在化学机械研磨过程中与晶圆碰撞示意图；图3B为根据本专利技术的一个实施例的限位环在化学机械研磨过程中与晶圆碰撞示意图。具体实施方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。为了彻底理解本专利技术，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本专利技术所述研磨头和化学机械研磨装置。显然，本专利技术的施行并不限于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本专利技术的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本专利技术还可以具有其他实施方式。应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。现在，将参照附图更详细地描述根据本专利技术的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本专利技术的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。在对晶圆进行化学机械研磨时，研磨头吸附待研磨晶圆使晶圆的待研磨表面与研磨垫接触，在研磨头带动下，待研磨晶圆相对研磨垫旋转，在研磨液的作用下，完成对晶圆的研磨。图1A示出了一种化学机械研磨装置中的研磨头的结构示意图，研磨头通过设置在研磨头上的晶圆载具系统102支撑晶圆100，使晶圆100的待研磨表面与研磨垫接触，同时通过限位环101将晶圆100固定以防止晶圆在研磨头内的位置发生偏移，其中限位环101与研磨头本体(未示出)相连。然而，限位环的底部表面不可避免的有一些微观上的微小起伏，这些微小起伏并不能通过制作工艺完全避免，从而在化学机械研磨过程中与研磨垫的接触过程中对研磨垫造成损伤。图1B示出了一种研磨头的限位环在化学机械研磨过程中和研磨垫接触状态示意图，如图1B所示，限位环101与研磨垫103接触的表面1011上不可避免的存在微观上的微小起伏10111，这些微小起伏与研磨垫103接触的过程中对研磨垫103产生不同程度的刮擦损伤，使得研磨垫对后续晶圆的化学机械研磨造成损伤。同时，现有化学机械研磨的过程中，研磨产生的副产物需要及时从研磨晶圆的表面排出到研磨晶圆表面以外，往往通过设置在限位环底部的导流槽实现。然而，研磨过程中往往形成研磨副产物排除不及时或受阻，造成在晶圆边缘的堆积，这些堆积副产物导致后续研磨过程中对晶圆边缘造成不同程度损伤，从而导致晶圆边缘的过研磨，导致产品良率降低。如图1C所述，1012为设置在限位环101底部的导流槽，其入口端10121(即研磨副产物由研磨晶圆的表面从限位环内部排出端)往往形成导流槽输入端的拐角处副产物堆积，如图1C所示的副产物颗粒A。这些堆积副产物导致后续研磨过程中不同程度的脱落，也对后续化学机械研磨造成不同程度损伤，从而导致晶圆边缘的过研磨，导致产品良率降低。为此，本专利技术提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种研磨头，其特征在于，所述研磨头包括限位环，所述限位环的底部设置为沿半径方向由内而外向下倾斜的斜面。

【技术特征摘要】
1.一种研磨头，其特征在于，所述研磨头包括限位环，所述限位环的底部设置为沿半径方向由内而外向下倾斜的斜面。2.如权利要求1所述的研磨头，其特征在于，所述限位环的底部的外端部设置为弧形。3.如权利要求1所述的研磨头，其特征在于，所述斜面相对于水平面倾斜的角度为2°-5°。4.如权利要求1所述的研磨头，其特征在于，所述斜面相对于水平面倾斜的角度为3.5°-3.8°。5.如权利要求1所述的研磨头，其特征在于，所述限位环的内径设置为较待研磨晶圆的直径大0.1mm-0.2mm。6.如权利要求1所述的研磨头，...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐强，马智勇，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31