抛光头的制作方法
专利名称：抛光头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种抛光头，特别是一种用于半导体晶圆的化学机械 抛光设备上的抛光头。
背景技术：
化学机械抛光(CMP)是一种对半导体材料或是其它类型的材料 的衬底进行平坦化或是抛光的方法。随着超大规模集成电路的发展， 半导体晶圆直径尺寸的增大，而电路元器件尺寸的减小，使元器件体 积逐渐减小，导致电路结构的立体化，造成芯片的输入输出引线急剧 增加，芯片内部连线和连线密度迅速上升，连线的横截面积逐渐减小， 随着金属层数的增加，光刻要求每层表面必须平坦。化学机械抛光是 目前在晶圆表面实现全周平坦化的唯"的方法。在化学机械抛光过程 中，抛光头起着拾取晶圆和带动晶圆旋转在抛光垫上进行抛光的作 用，由于晶圆尺寸的不断增大以及图形线条密度不均匀等，造成抛光 去除率的不均匀情况，去除率的不均匀造成晶圆表面的不平整。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种抛光质量好、抛光平整度 高的抛光头。
解决上述问题所釆用的技术方案如下
本发明包括转动轴，沿转动轴由上至下依次设有上盖盘、传动盘、 基盘、围持环和背膜，所说传动盘与传动轴固定，上盖盘与基盘固定， 传动盘上装有弹簧顶销，弹簧顶销的上端部与上盖盘的内上表面相接 触，传动盘与基盘间设有传动销，背膜贴覆于基盘的下表面上，且其 周圈设固定环与基盘固定，围持环沿圆周均布有三个或三个以上的悬 吊杆，悬吊杆与基盘所设的悬吊孔相配合，与悬吊杆对应设置的弹簧 柱塞安装在上盖盘上，弹簧柱塞的下端顶在悬吊杆的杆体上，传动盘 与基盘间设有活动平衡关节装置。
本发明所说活动平衡关节装置包括环形水囊、球状拨块、固定板
和底盘，所说底盘与基盘固定，环形水囊置于底盘的凹槽内，环形水 囊的上表面与传动盘的下表面相接触，球状拨块固定在转动轴的端 部，球状拨块与固定板的轴孔间为过渡配合。
本发明所说基盘下表面固定有一层多孔陶瓷片，且该层陶瓷片是 由同心的圆饼多孔陶瓷块、小环形多孔陶瓷块和大环形多孔陶瓷块相 互间隔构成的三个独立的区域，每个陶瓷块均设有一个压縮空气通气 孔，每个通气孔均通过快换接头及管道各与沿转动轴轴向所设的两路 以上的压縮空气气道中的一路压縮空气气道连通。
本发明所说围持环的凹槽内设有环形气囊，环形气囊的上表面与 固定环的下表面相接触，环形气囊与转动轴轴向所设的两路以上的压 縮空气气道中的一路气道间连接有快换接头和连通管道。
本发明所说传动销与基盘固定，传动销上端与传动盘所设u形开
口槽相配合。
本发明提供了一种化学机械抛光过程中的抛光头，采用此抛光头 可以实现在抛光过程中得到均匀的去除率，实现被抛光晶圆全局的平 坦化，在此抛光头结构中采用了水囊，根据液压传动原理，水囊上受 到压力，其内部压力相等，所以通过水囊将下压力均匀的施加于晶圆 的背面。同时将作用于晶圆上的基盘进行了区域划分，每个区域都具 有独立的可以控制压力的压縮气体，实现对晶圆背面的不同的区域采 用不同的压力，来保证在抛光过程中得到均匀的抛光去除率，实现全 局的平坦化。同时采用球状零件与孔配合以及水囊形成活动关节结 构，在基盘摆动的情况下能够将下压力均匀的施加到晶圆背面，阻力 小、灵活可靠。在对晶圆起到固定作用的维持环应用气囊实现独立的 压力控制，在抛光过程中使晶圆与抛光垫全面均匀接触，减小边缘效 应，实现抛光过程中的全局平坦化。
图1为本发明一种实施例的结构示意图2为图1所示水囊的剖视结构示意图3为图1所示基盘的剖视结构示意图4为图1所示固定环的剖视结构示意图。
在附图中101转动轴、102传动盘、103传动销、104基盘、105 环形水囊、106底盘、107背膜、108围持环、109环形气囊、110上 盖盘、lll球状拨块、112固定板、113固定环、114弹簧顶销、115 压縮空气气道、116快换接头、117弹簧柱塞、118通气孔、301圆饼 形多孔陶瓷块、302小环形多孔陶瓷块、303大环形多孔陶瓷块。
具体实施例方式
下面将结合实施例附图对本发明作进一步详述 参见附图，本发明包括转动轴101，沿转动轴101由上至下依次 设有上盖盘IIO、传动盘102、基盘104、围持环108和背膜107，所 说传动盘102与传动轴101固定，上盖盘110与基盘104固定，传动 盘102上装有弹簧顶销114，弹簧顶销114的上端部与上盖盘110的 内上表面相接触，传动盘102与基盘104间设有传动销103，背膜107 贴覆于基盘104的下表面上，且其周圈设固定环113与基盘104固定， 围持环108沿圆周均布有三个或三个以上的悬吊杆，悬吊杆与基盘 104所设的悬吊孔相配合，与悬吊杆对应设置的弹簧柱塞117安装在 上盖盘110上，弹簧柱塞117的下端顶在悬吊杆的杆体上，传动盘 102与基盘104间设有活动平衡关节装置。工作时，转动轴101在旋 转的同时向下具有下压力，传动盘102与转动轴紧固连接将转矩通过 传动销103传递到基盘104上，并带动基盘104以及晶圆旋转。下压 力通过传动盘102经环形水囊105传递到基盘上对晶圆施加压力，在 水囊的作用下，下压力均匀的施加到晶圆上。与转动轴101紧固连接 的球状拨块111在固定板112的孔内沿轴线方向能够移动与环形水囊 105构成活动平衡关节结构，在基盘摆动的情况下能够将下压力均匀 的施加到晶圆背面，阻力小、灵活可靠。固定环113与基盘104紧固 同时将背膜107紧固到基盘上，背膜107为软质材料氟橡胶膜，它对 晶圆具有大的摩擦系数同时吸收晶圆不平整的缺陷，保证在抛光过程 中被抛光面实现全局的平坦化。基盘104下表面固定有一层多孔陶瓷 片，且该层陶瓷片是由同心的圆饼多孔陶瓷块301、小环形多孔陶瓷 块302和大环形多孔陶瓷块303相互间隔构成的三个独立的区域，每 个陶瓷块均设有一个压縮空气通气孔118，每个通气孔118均通过快
换接头116及管道各与沿转动轴101轴向所设的两路以上的压縮空气 气道115中的一路压縮空气气道连通。这样在基盘104上进行了区域 划分，每个区域都有独立的压力气体，压力气体经多孔陶瓷对晶圆背 面形成均匀压力来达到在抛光过程中将均匀压力施加到晶圆上。在对 晶圆起到固定作用的围持环108的凹槽内设有环形气囊109,以便实 现独立的压力控制，在抛光过程中使晶圆与抛光垫全面均匀接触，减 小边缘效应，实现抛光过程中的全局平坦化。在传动盘102上安装有 弹簧顶销114,当上盖盘110与基盘104紧固连接后，弹簧顶销114 被压縮，在弹簧压力的作用下，当转动轴101向上抬起带动传动盘同 时抬起时，基盘104也同时被抬起。在上盖盘110上安装有弹簧柱塞 115，上盖盘与基盘紧固在一起后，弹簧柱塞115被压縮，在抛光头 拾取晶圆时，气囊109内无压力，在弹簧柱塞115的作用下，维持环 108沿轴向移动高出背膜1毫米，以便包围拾取的晶圆。
参见图1、 3，在本实施例中，基盘104是用陶瓷材料制作的， 固定于基盘104下表面的圆饼多孔陶瓷块301、小环形多孔陶瓷块302 和大环形多孔陶瓷块303均是与基盘104 二次烧结在一起的。
权利要求
1、一种抛光头，其特征是它包括转动轴(101)，沿转动轴(101)由上至下依次设有上盖盘(110)、传动盘(102)、基盘(104)、围持环(108)和背膜(107)，所说传动盘(102)与传动轴(101)固定，上盖盘(110)与基盘(104)固定，传动盘(102)上装有弹簧顶销(114)，弹簧顶销(114)的上端部与上盖盘(110)的内上表面相接触，传动盘(102)与基盘(104)间设有传动销(103)，背膜(107)贴覆于基盘(104)的下表面上，且其周圈设固定环(113)与基盘(104)固定，围持环(108)沿圆周均布有三个或三个以上的悬吊杆，悬吊杆与基盘(104)所设的悬吊孔相配合，与悬吊杆对应设置的弹簧柱塞(117)安装在上盖盘(110)上，弹簧柱塞(117)的下端顶在悬吊杆的杆体上，传动盘(102)与基盘(104)间设有活动平衡关节装置。
2、 根据权利要求1所述的抛光头，其特征是所说活动平衡关节装 置包括环形水囊(105)、球状拨块(111 )、固定板(112)和底盘(106)， 所说底盘(106)与基盘(104)固定，环形水囊(105)置于底盘(106) 的凹槽内，环形水囊(105)的上表面与传动盘(102)的下表面相接 触，球状拨块(111)固定在转动轴(101)的端部，球状拨块(111) 与固定板(112)的轴孔间为过渡配合。
3、 根据权利要求1或2所述的抛光头，其特征是所说基盘(104) 下表面固定有一层多孔陶瓷片，且该层陶瓷片是由同心的圆饼多孔陶 瓷块(301)、小环形多孔陶瓷块(302)和大环形多孔陶瓷块(303) 相互间隔构成的三个独立的区域，每个陶瓷块均设有一个压縮空气通 气孔(118)，每个通气孔(118)均通过快换接头(116)及管道各与 沿转动轴(101)轴向所设的两路以上的压縮空气气道(115)中的一 路压縮空气气道连通。
4、 根据权利要求1所述的抛光头，其特征是所说围持环(108) 的凹槽内设有环形气囊(109)，环形气囊(109)的上表面与固定环(113)的下表面相接触，环形气囊(109)与转动轴(101)轴向所 设的两路以上的压縮空气气道(115)中的一路气道间连接有快换接 头(116)和连通管道。
5、根据权利要求1所述的抛光头，其特征是所说传动销(103) 与基盘(104)固定，传动销(103)上端与传动盘(102)所设U形 开口槽相配合。
全文摘要
本发明涉及一种用于半导体晶圆的化学机械抛光设备上的抛光头。本发明包括转动轴，沿转动轴由上至下依次设有上盖盘、传动盘、基盘、围持环和背膜，传动盘与传动轴固定，上盖盘与基盘固定，传动盘上装有弹簧顶销，弹簧顶销的上端部与上盖盘的内上表面相接触，传动盘与基盘间设有传动销，背膜贴覆于基盘的下表面上，且其周圈设固定环与基盘固定，围持环悬吊于基盘上，传动盘与基盘间设有活动平衡关节装置，本抛光头抛光质量好、抛光平整度高。
文档编号H01L21/02GK101342681SQ20081007927
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月28日 优先权日2008年8月28日
发明者周国安, 滨 柳, 种宝春 申请人:中国电子科技集团公司第四十五研究所
技术领域：
本发明涉及一种抛光头，特别是一种用于半导体晶圆的化学机械 抛光设备上的抛光头。
背景技术：
化学机械抛光(CMP)是一种对半导体材料或是其它类型的材料 的衬底进行平坦化或是抛光的方法。随着超大规模集成电路的发展， 半导体晶圆直径尺寸的增大，而电路元器件尺寸的减小，使元器件体 积逐渐减小，导致电路结构的立体化，造成芯片的输入输出引线急剧 增加，芯片内部连线和连线密度迅速上升，连线的横截面积逐渐减小， 随着金属层数的增加，光刻要求每层表面必须平坦。化学机械抛光是 目前在晶圆表面实现全周平坦化的唯"的方法。在化学机械抛光过程 中，抛光头起着拾取晶圆和带动晶圆旋转在抛光垫上进行抛光的作 用，由于晶圆尺寸的不断增大以及图形线条密度不均匀等，造成抛光 去除率的不均匀情况，去除率的不均匀造成晶圆表面的不平整。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种抛光质量好、抛光平整度 高的抛光头。
解决上述问题所釆用的技术方案如下
本发明包括转动轴，沿转动轴由上至下依次设有上盖盘、传动盘、 基盘、围持环和背膜，所说传动盘与传动轴固定，上盖盘与基盘固定， 传动盘上装有弹簧顶销，弹簧顶销的上端部与上盖盘的内上表面相接 触，传动盘与基盘间设有传动销，背膜贴覆于基盘的下表面上，且其 周圈设固定环与基盘固定，围持环沿圆周均布有三个或三个以上的悬 吊杆，悬吊杆与基盘所设的悬吊孔相配合，与悬吊杆对应设置的弹簧 柱塞安装在上盖盘上，弹簧柱塞的下端顶在悬吊杆的杆体上，传动盘 与基盘间设有活动平衡关节装置。
本发明所说活动平衡关节装置包括环形水囊、球状拨块、固定板
和底盘，所说底盘与基盘固定，环形水囊置于底盘的凹槽内，环形水 囊的上表面与传动盘的下表面相接触，球状拨块固定在转动轴的端 部，球状拨块与固定板的轴孔间为过渡配合。
本发明所说基盘下表面固定有一层多孔陶瓷片，且该层陶瓷片是 由同心的圆饼多孔陶瓷块、小环形多孔陶瓷块和大环形多孔陶瓷块相 互间隔构成的三个独立的区域，每个陶瓷块均设有一个压縮空气通气 孔，每个通气孔均通过快换接头及管道各与沿转动轴轴向所设的两路 以上的压縮空气气道中的一路压縮空气气道连通。
本发明所说围持环的凹槽内设有环形气囊，环形气囊的上表面与 固定环的下表面相接触，环形气囊与转动轴轴向所设的两路以上的压 縮空气气道中的一路气道间连接有快换接头和连通管道。
本发明所说传动销与基盘固定，传动销上端与传动盘所设u形开
口槽相配合。
本发明提供了一种化学机械抛光过程中的抛光头，采用此抛光头 可以实现在抛光过程中得到均匀的去除率，实现被抛光晶圆全局的平 坦化，在此抛光头结构中采用了水囊，根据液压传动原理，水囊上受 到压力，其内部压力相等，所以通过水囊将下压力均匀的施加于晶圆 的背面。同时将作用于晶圆上的基盘进行了区域划分，每个区域都具 有独立的可以控制压力的压縮气体，实现对晶圆背面的不同的区域采 用不同的压力，来保证在抛光过程中得到均匀的抛光去除率，实现全 局的平坦化。同时采用球状零件与孔配合以及水囊形成活动关节结 构，在基盘摆动的情况下能够将下压力均匀的施加到晶圆背面，阻力 小、灵活可靠。在对晶圆起到固定作用的维持环应用气囊实现独立的 压力控制，在抛光过程中使晶圆与抛光垫全面均匀接触，减小边缘效 应，实现抛光过程中的全局平坦化。
图1为本发明一种实施例的结构示意图2为图1所示水囊的剖视结构示意图3为图1所示基盘的剖视结构示意图4为图1所示固定环的剖视结构示意图。
在附图中101转动轴、102传动盘、103传动销、104基盘、105 环形水囊、106底盘、107背膜、108围持环、109环形气囊、110上 盖盘、lll球状拨块、112固定板、113固定环、114弹簧顶销、115 压縮空气气道、116快换接头、117弹簧柱塞、118通气孔、301圆饼 形多孔陶瓷块、302小环形多孔陶瓷块、303大环形多孔陶瓷块。
具体实施例方式
下面将结合实施例附图对本发明作进一步详述 参见附图，本发明包括转动轴101，沿转动轴101由上至下依次 设有上盖盘IIO、传动盘102、基盘104、围持环108和背膜107，所 说传动盘102与传动轴101固定，上盖盘110与基盘104固定，传动 盘102上装有弹簧顶销114，弹簧顶销114的上端部与上盖盘110的 内上表面相接触，传动盘102与基盘104间设有传动销103，背膜107 贴覆于基盘104的下表面上，且其周圈设固定环113与基盘104固定， 围持环108沿圆周均布有三个或三个以上的悬吊杆，悬吊杆与基盘 104所设的悬吊孔相配合，与悬吊杆对应设置的弹簧柱塞117安装在 上盖盘110上，弹簧柱塞117的下端顶在悬吊杆的杆体上，传动盘 102与基盘104间设有活动平衡关节装置。工作时，转动轴101在旋 转的同时向下具有下压力，传动盘102与转动轴紧固连接将转矩通过 传动销103传递到基盘104上，并带动基盘104以及晶圆旋转。下压 力通过传动盘102经环形水囊105传递到基盘上对晶圆施加压力，在 水囊的作用下，下压力均匀的施加到晶圆上。与转动轴101紧固连接 的球状拨块111在固定板112的孔内沿轴线方向能够移动与环形水囊 105构成活动平衡关节结构，在基盘摆动的情况下能够将下压力均匀 的施加到晶圆背面，阻力小、灵活可靠。固定环113与基盘104紧固 同时将背膜107紧固到基盘上，背膜107为软质材料氟橡胶膜，它对 晶圆具有大的摩擦系数同时吸收晶圆不平整的缺陷，保证在抛光过程 中被抛光面实现全局的平坦化。基盘104下表面固定有一层多孔陶瓷 片，且该层陶瓷片是由同心的圆饼多孔陶瓷块301、小环形多孔陶瓷 块302和大环形多孔陶瓷块303相互间隔构成的三个独立的区域，每 个陶瓷块均设有一个压縮空气通气孔118，每个通气孔118均通过快
换接头116及管道各与沿转动轴101轴向所设的两路以上的压縮空气 气道115中的一路压縮空气气道连通。这样在基盘104上进行了区域 划分，每个区域都有独立的压力气体，压力气体经多孔陶瓷对晶圆背 面形成均匀压力来达到在抛光过程中将均匀压力施加到晶圆上。在对 晶圆起到固定作用的围持环108的凹槽内设有环形气囊109,以便实 现独立的压力控制，在抛光过程中使晶圆与抛光垫全面均匀接触，减 小边缘效应，实现抛光过程中的全局平坦化。在传动盘102上安装有 弹簧顶销114,当上盖盘110与基盘104紧固连接后，弹簧顶销114 被压縮，在弹簧压力的作用下，当转动轴101向上抬起带动传动盘同 时抬起时，基盘104也同时被抬起。在上盖盘110上安装有弹簧柱塞 115，上盖盘与基盘紧固在一起后，弹簧柱塞115被压縮，在抛光头 拾取晶圆时，气囊109内无压力，在弹簧柱塞115的作用下，维持环 108沿轴向移动高出背膜1毫米，以便包围拾取的晶圆。
参见图1、 3，在本实施例中，基盘104是用陶瓷材料制作的， 固定于基盘104下表面的圆饼多孔陶瓷块301、小环形多孔陶瓷块302 和大环形多孔陶瓷块303均是与基盘104 二次烧结在一起的。
权利要求
1、一种抛光头，其特征是它包括转动轴(101)，沿转动轴(101)由上至下依次设有上盖盘(110)、传动盘(102)、基盘(104)、围持环(108)和背膜(107)，所说传动盘(102)与传动轴(101)固定，上盖盘(110)与基盘(104)固定，传动盘(102)上装有弹簧顶销(114)，弹簧顶销(114)的上端部与上盖盘(110)的内上表面相接触，传动盘(102)与基盘(104)间设有传动销(103)，背膜(107)贴覆于基盘(104)的下表面上，且其周圈设固定环(113)与基盘(104)固定，围持环(108)沿圆周均布有三个或三个以上的悬吊杆，悬吊杆与基盘(104)所设的悬吊孔相配合，与悬吊杆对应设置的弹簧柱塞(117)安装在上盖盘(110)上，弹簧柱塞(117)的下端顶在悬吊杆的杆体上，传动盘(102)与基盘(104)间设有活动平衡关节装置。
2、 根据权利要求1所述的抛光头，其特征是所说活动平衡关节装 置包括环形水囊(105)、球状拨块(111 )、固定板(112)和底盘(106)， 所说底盘(106)与基盘(104)固定，环形水囊(105)置于底盘(106) 的凹槽内，环形水囊(105)的上表面与传动盘(102)的下表面相接 触，球状拨块(111)固定在转动轴(101)的端部，球状拨块(111) 与固定板(112)的轴孔间为过渡配合。
3、 根据权利要求1或2所述的抛光头，其特征是所说基盘(104) 下表面固定有一层多孔陶瓷片，且该层陶瓷片是由同心的圆饼多孔陶 瓷块(301)、小环形多孔陶瓷块(302)和大环形多孔陶瓷块(303) 相互间隔构成的三个独立的区域，每个陶瓷块均设有一个压縮空气通 气孔(118)，每个通气孔(118)均通过快换接头(116)及管道各与 沿转动轴(101)轴向所设的两路以上的压縮空气气道(115)中的一 路压縮空气气道连通。
4、 根据权利要求1所述的抛光头，其特征是所说围持环(108) 的凹槽内设有环形气囊(109)，环形气囊(109)的上表面与固定环(113)的下表面相接触，环形气囊(109)与转动轴(101)轴向所 设的两路以上的压縮空气气道(115)中的一路气道间连接有快换接 头(116)和连通管道。
5、根据权利要求1所述的抛光头，其特征是所说传动销(103) 与基盘(104)固定，传动销(103)上端与传动盘(102)所设U形 开口槽相配合。
全文摘要
本发明涉及一种用于半导体晶圆的化学机械抛光设备上的抛光头。本发明包括转动轴，沿转动轴由上至下依次设有上盖盘、传动盘、基盘、围持环和背膜，传动盘与传动轴固定，上盖盘与基盘固定，传动盘上装有弹簧顶销，弹簧顶销的上端部与上盖盘的内上表面相接触，传动盘与基盘间设有传动销，背膜贴覆于基盘的下表面上，且其周圈设固定环与基盘固定，围持环悬吊于基盘上，传动盘与基盘间设有活动平衡关节装置，本抛光头抛光质量好、抛光平整度高。
文档编号H01L21/02GK101342681SQ20081007927
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月28日 优先权日2008年8月28日
发明者周国安, 滨 柳, 种宝春 申请人:中国电子科技集团公司第四十五研究所
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