专利名称：定位环及研磨头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及化学机械研磨设备，尤其涉及一种定位环及研磨头。
背景技术：
化学机械平坦化(chemical mechanical polish, CMP)技术是半导体制造业中常用的平坦化技术。化学机械平坦化工艺所使用的化学机械研磨设备包括研磨头(polishing head)、转盘(platen)、设置在所述转盘上的研磨垫(pad)和研磨液喷嘴(slurry nozzle). 在化学机械研磨制程中，所述研磨头吸附住晶圆背面，晶圆正面被压在所述研磨垫的研磨表面上，所述研磨液喷嘴喷射出的研磨液置于晶圆正面与所述研磨垫的研磨表面之间，通过晶圆正面与研磨垫的研磨表面之间的相对运动将晶圆正面平坦化。图1所示为现有技术中的研磨头，所述研磨头具有本体100，所述本体100内形成加压室101，所述加压室101的下开口部由橡胶膜102封闭，晶圆103吸附在所述橡胶膜102 的底部，所述晶圆103的边沿被定位环104包围，所述定位环104固定在所述本体100的底端，用于限定所述晶圆103的位置，所述定位环104沿所述本体100的径向向内延伸，所述橡胶膜102的边缘支撑于所述定位环104上。使用上述研磨头时，研磨头下降，将所述定位环104向研磨垫105的表面推压，此时，向所述加压室101供给气体，使所述橡胶膜102膨胀，对所述晶圆103施加力的作用，使所述晶圆103压在所述研磨垫105的表面。通过外力对所述本体100施力，从而使所述定位环104压在所述研磨垫105的表面上，使所述晶圆103压在所述研磨垫105表面的力由所述加压室101内的气压施加，即所述定位环104受到的力与所述晶圆103受到的力施力物体不同，因此，对所述定位环104施加的力的大小常常与对所述晶圆103施加的力的大小不同，通常，所述定位环104受到的力比所述晶圆103受到的力大，即所述定位环104对所述研磨垫105施加的力比所述晶圆103对所述研磨垫105施加的力大，这易导致所述晶圆 103边缘处的研磨垫105变形，使该处的研磨垫105向上隆起，如图2所示，隆起的研磨垫105使所述晶圆103边缘受到的研磨力与所述晶圆103 中央受到的研磨力不一致(所述晶圆103边缘受到的研磨力比所述晶圆103中央受到的研磨力大)，从而使所述晶圆103边缘的研磨速率与所述晶圆103中央的研磨速率不一致，导致晶圆的边缘排除区(edge exclusion)较大，所述边缘排除区不能用于制作半导体器件， 因此，所述边缘排除区越大，晶圆利用率越低，制造成本越高。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种定位环及研磨头，可降低晶圆的边缘排除区的大小，提高晶圆利用率，降低制造成本。为了达到上述的目的，本实用新型提供一种定位环，包括环形本体，所述环形本体压在研磨垫的表面上，所述环形本体靠近所述研磨垫的一端设有凹槽，在所述环形本体靠近所述研磨垫的一端形成内环和外环，所述内环沿其径向的厚度比所述外环沿其径向的厚度小。上述定位环，其中，所述内环沿其轴向的长度比所述外环沿其轴向的长度短。上述定位环，其中，所述内环沿其轴向的长度与所述外环沿其轴向的长度之差为 1 3mm。上述定位环，其中，所述凹槽的深度为5 10mm。 上述定位环，其中，所述凹槽的横截面呈矩形。上述定位环，其中，所述凹槽的横截面呈弧形。上述定位环，其中，所述凹槽的横截面呈半圆形。本发明提供的另一技术方案是一种研磨头，包括本体，在所述本体的底端设有上述定位环。上述研磨头，其中，所述本体内形成加压室，所述加压室的下开口部由橡胶膜封闭，所述定位环沿所述本体的径向向内延伸，所述橡胶膜的边缘支撑于所述定位环上，晶圆吸附在所述橡胶膜的底部，所述晶圆的边沿被所述定位环包围。本实用新型的定位环及研磨头，在定位环的环形本体靠近研磨垫的一端开设凹槽，使环形本体靠近研磨垫的一端形成内环和外环，且内环沿径向的厚度比外环沿径向的厚度小，将定位环向研磨垫的表面推压时，作用力集中施加在外环上，内环受到的力的作用很小，即内环对研磨垫施加的力比较小，因此，在研磨过程中，晶圆边缘处的研磨垫不发生形变，这样不影响晶圆边缘的研磨速率，能使晶圆边缘的研磨速率与晶圆中央的研磨速率保持一致，有利于降低晶圆的边缘排除区的大小，提高晶圆利用率，降低制造成本。
本实用新型的定位环及研磨头由以下的实施例及附图给出。图1是现有技术中研磨头的结构示意图。图2是图1中虚线圈部分的局部放大图。图3是本实用新型定位环实施例一的结构示意图。图4是本实用新型定位环实施例二的结构示意图。图5是本实用新型研磨头的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合图3 图5对本实用新型的定位环及研磨头作进一步的详细描述。本实用新型的定位环包括环形本体，所述环形本体压在研磨垫的表面上，所述环形本体靠近所述研磨垫的一端设有凹槽，在所述环形本体靠近所述研磨垫的一端形成内环和外环，所述内环沿径向的厚度比所述外环沿径向的厚度小。本实用新型的定位环在环形本体靠近所述研磨垫的一端开设凹槽，使靠近所述研磨垫的一端形成内环和外环，且内环沿径向的厚度比外环沿径向的厚度小，将定位环向研磨垫的表面推压时，作用力集中施加在外环上，内环受到的力的作用很小，即内环对研磨垫施加的力比较小，因此，在研磨过程中，晶圆边缘处的研磨垫不发生形变，这样不影响晶圆边缘的研磨速率，能使晶圆边缘的研磨速率与晶圆中央的研磨速率保持一致，有利于降低晶圆的边缘排除区的大小，提高晶圆利用率，降低制造成本。[0026]实施例一参见图3，本实施例的定位环200包括环形本体204，所述环形本体204压在研磨垫105的表面上，所述环形本体204靠近所述研磨垫105的一端设有凹槽201a，所述凹槽 201a将所述环形本体204靠近所述研磨垫105的一端分成两部分，分别形成内环202和外环203，所述内环202沿其径向的厚度dl比所述外环203沿其径向的厚度d2小；晶圆103的边沿被所述内环202包围；较优地，所述内环202沿其径向的厚度dl应远比所述外环203沿其径向的厚度d2 小，由于所述内环202的端面的面积远比所述外环203的端面的面积小，因此，将所述定位环200向研磨垫105的表面推压时，作用力集中施加在所述外环203上，即所述内环202对所述研磨垫105施加的力很小，远小于所述晶圆103对所述研磨垫105施加的力，因而，在所述晶圆103的边缘处，所述研磨垫105不会发生形变，该处的所述研磨垫105不会向上隆起，由于所述凹槽201a对所述研磨垫105没有力的作用，所述外环203对所述研磨垫105有力的作用，因此，在所述凹槽201a处，所述研磨垫105发生形变，该处的所述研磨垫105向上隆起，如图3所示；本实施例中，所述凹槽201a的横截面呈矩形，较优地，所述凹槽201a的深度H为 5 IOmm ； 本实施例中，所述内环202沿其轴向的长度Ll与所述外环203沿其轴向的长度L2 不相等，所述内环202沿其轴向的长度Ll比所述外环203沿其轴向的长度L2短，将所述定位环200向所述研磨垫105的表面推压时，所述外环203靠近所述研磨垫105的一端紧压在所述研磨垫105的表面上，所述内环202靠近所述研磨垫105的一端与所述研磨垫105的表面之间有间隙，因此，在研磨过程中，所述内环202对所述研磨垫105的表面没有力的作用， 在所述晶圆103的边缘处，所述研磨垫105不会发生形变，该处的所述研磨垫105不会向上隆起；另外，所述内环202不与所述研磨垫105的表面接触，可减少所述研磨垫105对所述内环202的磨损，提高所述内环202的使用寿命，而且有利于更好地控制所述晶圆103 ；较优地，所述内环202沿其轴向的长度Ll与所述外环203沿其轴向的长度了 L2 之差(L2-L1)为1 3mm。实施例二实施例二与实施例一的区别在于，所述凹槽201b的横截面呈弧形，如图4所示，所述凹槽201b的横截面呈半圆形，所述凹槽201b的内半径为5 10mm。实施例三本实用新型还提供一种研磨头。参见图5，本实用新型的研磨头具有本体301，所述本体301内形成加压室302，所述加压室302的下开口部由橡胶膜303封闭，所述本体301 的底端设有上述定位环200，所述定位环200用于限定晶圆103的位置，所述定位环200沿所述本体301的径向向内延伸，所述橡胶膜303的边缘支撑于所述定位环200上，所述晶圆 103吸附在所述橡胶膜303的底部，所述晶圆103的边沿被所述定位环200包围。
权利要求1.一种定位环，包括环形本体，所述环形本体压在研磨垫的表面上，其特征在于，所述环形本体靠近所述研磨垫的一端设有凹槽，在所述环形本体靠近所述研磨垫的一端形成内环和外环，所述内环沿其径向的厚度比所述外环沿其径向的厚度小。
2.如权利要求1所述的定位环，其特征在于，所述内环沿其轴向的长度比所述外环沿其轴向的长度短。
3.如权利要求2所述的定位环，其特征在于，所述内环沿其轴向的长度与所述外环沿其轴向的长度之差为1 3mm。
4.如权利要求1所述的定位环，其特征在于，所述凹槽的深度为5 10mm。
5.如权利要求1 4中任一权利要求所述的定位环，其特征在于，所述凹槽的横截面呈矩形。
6.如权利要求1 4中任一权利要求所述的定位环，其特征在于，所述凹槽的横截面呈弧形。
7.如权利要求6所述的定位环，其特征在于，所述凹槽的横截面呈半圆形。
8.一种研磨头，包括本体，其特征在于，在所述本体的底端设有如权利要求1 7中任一权利要求所述的定位环。
9.如权利要求8所述的研磨头，其特征在于，所述本体内形成加压室，所述加压室的下开口部由橡胶膜封闭，所述定位环沿所述本体的径向向内延伸，所述橡胶膜的边缘支撑于所述定位环上，晶圆吸附在所述橡胶膜的底部，所述晶圆的边沿被所述定位环包围。
专利摘要本实用新型涉及定位环及研磨头，所述定位环包括环形本体，所述环形本体压在研磨垫的表面上，所述环形本体靠近所述研磨垫的一端设有凹槽，在所述环形本体靠近所述研磨垫的一端形成内环和外环，所述内环沿其径向的厚度比所述外环沿其径向的厚度小。本实用新型涉及定位环和研磨头可降低晶圆的边缘排除区的大小，提高晶圆利用率，降低制造成本。
文档编号H01L21/304GK202127000SQ201120054440
公开日2012年1月25日 申请日期2011年3月3日 优先权日2011年3月3日
发明者王庆玲, 邵群 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司