研磨头结构及化学机械研磨装置的制作方法

本实用新型涉及半导体装置领域，特别涉及一种研磨头结构及化学机械研磨装置。

背景技术：

随着半导体技术的不断发展，以及大规模集成电路互联层的不断增加，导电层和绝缘介质层的平坦化技术变得尤为关键。二十世纪80年代，由IBM公司首创的化学机械研磨(CMP)技术被认为是目前全局平坦化的最有效方法。

化学机械研磨技术兼具机械式研磨与化学式研磨两种作用，可以使整个晶圆表面达到平坦化，以便于后续进行薄膜沉积等工艺。在进行CMP的过程中，通过研磨头将待研磨的晶圆压在研磨垫上并带动晶圆旋转，而研磨垫则以相反的方向旋转。在进行研磨时，通过研磨液输送装置将所需要的研磨液添加到晶圆与研磨垫之间，然后，随着研磨垫和待研磨晶圆之间的高速运转，待研磨晶圆表面的反应产物被不断地剥离，反应产物随着研磨浆料被带走。待研磨晶圆的新表面又会发生化学反应，反应产物再被剥离出来，这样循环往复，在机械研磨和化学腐蚀的共同作用下，使晶圆表面平坦化。

但是在不断的机械研磨过程中，研磨所产生的颗粒或结晶会附着在化学机械研磨装置上，进而会影响研磨效果，因此，在研磨一片或多片晶圆之后，通常需要对机械研磨所产生的颗粒或结晶进行冲洗。在冲洗过程中，在研磨头的外壳上不可避免的会有水残留，而之后进行化学机械研磨，在吸附晶圆时，外壳上的水会不定时的流到研磨垫上，会造成研磨液的不定时稀释，进而对研磨效果造成影响。

因此，如何避免研磨头外壳上的水对研磨液的影响是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种研磨头结构及化学机械研磨装置，及时排除研磨头外壳上的水，提高化学机械研磨的研磨效果。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种研磨头结构，包括研磨头以及位于所述研磨头顶部的外壳，在所述外壳的上表面设置有多个导流孔，在所述外壳内设置有多个通道，在所述外壳的侧壁上设置有多个通道出口；所述通道导通所述导流孔和所述通道出口。

优选的，多个所述导流孔连通至一个所述通道。

优选的，多个所述导流孔在所述外壳的上表面上均匀分布。

优选的，所述导流孔在所述外壳的上表面上排列成多个同心的环形。

更优选的，最外层的所述环形上的每一所述导流孔均与所述环形的中心形成一连线，每一所述连线与剩余的所述环形的交点处均设置有一所述导流孔，位于同一所述连线上的所述导流孔连通至一个所述通道。

优选的，所述导流孔所在的方向与水平面具有一第一夹角，所述第一夹角大于0度，且小于等于90度。

优选的，所述通道所在的方向与水平面具有一第二夹角，所述第二夹角小于所述第一夹角。

优选的，每个所述通道出口处均设置有文丘里管。

优选的，所述文丘里管中间窄两端宽，在窄位置处设置有开口，从所述文丘里管的一端通入有压缩气体。

优选的，所述文丘里管与所述通道相垂直，且所述通道出口对应于所述文丘里管窄位置处的开口。

优选的，在所述导流孔及通道中均设置有导流管。

相应的，本实用新型还提供一种化学机械研磨装置，包含上述的研磨头结构。

与现有技术相比，本实用新型所提供的研磨头结构及化学机械研磨装置，在外壳的上表面设置有多个导流孔，在所述外壳内设置有多个通道，在所述外壳的侧壁上设置有多个通道出口；所述通道导通所述导流孔和所述通道出口；在对化学机械研磨装置进行清洗之后，残留在研磨头外壳上的水能够通过导流孔及通道流至研磨垫上，经过处理之后再开始进行化学机械研磨，从而避免了在研磨过程中外壳上的水流到研磨垫上对研磨液造成影响，从而提高了研磨的效果；并且，由于外壳上的水能够及时的排出，从而防止在研磨过程中外壳上水的流出带来的结晶或颗粒，减少了由此产生的划伤等不良。

附图说明

图1是发明人所熟知的化学机械研磨装置的结构示意图。

图2是本实用新型一实施例所提供的研磨头结构的截面图。

图3是本实用新型一实施例所提供的研磨头结构的俯视图。

图4是本实用新型一实施例所提供的研磨头结构中文丘特管的结构示意图。

具体实施方式

请参考图1所示，其为发明人所熟知的化学机械研磨装置的结构示意图。如图1所示，所述化学机械研磨装置包括研磨头11、研磨垫12、研磨液输送管13以及修正装置14。其中，所述研磨垫12置于承载台上(图1中未示出)。所述研磨液输送管13与修正装置14分别通过相应的连接装置(图1中未示出)固定在整个化学机械研磨装置的侧壁或底部。

在研磨过程中，首先，将待研磨晶圆(图1中未示出)置于所述研磨头11和所述研磨垫12之间，并通过所述研磨头11来吸附所述待研磨晶圆。然后，通过所述研磨液输送管13输送所需的研磨液，所述研磨液置于所述待研磨晶圆和所述研磨垫12之间。接着，通过与所述化学机械研磨装置相应的控制装置(图1中未示出)来驱动器工作。具体的，通过所述研磨头11对所述待研磨晶圆产生一个向下的压力，使所述待研磨晶圆与所述研磨垫12相接触，并使所述研磨头11和所述研磨垫12以同方向(如图1所示为逆时针方向)不同转速进行转动；同时，通过所述研磨液输送管13在所述研磨垫12和待研磨晶圆之间围绕所述待研磨晶圆的周边输送所需的研磨液，从而对所述待研磨晶圆进行化学机械研磨。

在不断的机械研磨过程中，研磨所产生的颗粒或结晶会附着在化学机械研磨装置上，进而会影响研磨效果，因此，在研磨一片或多片晶圆之后，通常需要对机械研磨所产生的颗粒或结晶进行冲洗。在冲洗过程中，在研磨头11的外壳上不可避免的会有水残留，而冲洗之后进行化学机械研磨，在研磨头11吸附待研磨晶圆时，外壳上的水会不定时的流到研磨垫上，会造成研磨液的不定时稀释，进而对研磨效果造成影响。

发明人经过研究，对研磨头进行设计，提出了一种研磨头结构及化学机械研磨装置，通过在研磨头的外壳的上表面设置有多个导流孔，在所述外壳内设置有多个通道，在所述外壳的侧壁上设置有多个通道出口；所述通道导通所述导流孔和所述通道出口；在对化学机械研磨装置进行清洗之后，残留在研磨头上的水能够通过导流孔及通道流至研磨垫上，然后再开始进行化学机械研磨，从而避免了在研磨过程中外壳上的水对研磨液的影响，从而提高了研磨的效果。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提供的一种研磨头结构及化学机械研磨装置进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

请参考图2，图2为本实用新型一实施例所提供的研磨头结构的截面图。如图2所示，本实用新型提供一种研磨头结构，包括研磨头100以及位于所述研磨头100顶部的外壳200，在所述外壳200的上表面设置有多个导流孔210，在所述外壳200内设置有多个通道220，在所述外壳200的侧壁上设置有多个通道出口230；所述通道220导通所述导流孔210和所述通道出口230。所述晶圆(图2中未示出)放置于所述研磨头100的底部。

多个所述导流孔210可以连通至一个所述通道220，例如，2个、3个、4个或更多个导流孔210连通至一个所述通道220。本实施例中，3个所述导流孔210连通至一个所述通道220。

在本实施例中，多个所述导流孔210在所述外壳200的上表面上均匀分布。优选的，所述导流孔210在所述外壳200的上表面上排列成多个同心的环形240，如图3所示，其为本实用新型一实施例所提供的研磨头结构的俯视图。最外层的所述环形240上的每一所述导流孔210均与所述环形的中心O形成一连线，每一所述连线与剩余的所述环形240的交点处均设置有一所述导流孔210，位于同一所述连线上的所述导流孔210连通至一个所述通道220。可以理解的是，所述连线指的是最外层的所述环形240上的每一所述导流孔210与所述环形240的中心O之间的线段。在图3中，每个环形240上均设置有4个导流孔210。每个环形240上的导流孔210的数量由实际需求决定，可以设置更多的导流孔，每个环形240上导流孔的数量保持一致。需要说明的是，本实施例仅以研磨头外壳的俯视图为圆形为例进行说明，在其他实施例中，所述研磨头及研磨头外壳可以为本领域技术人员已知的其他形状。同样的，本实施例仅以环形240为圆形为例来进行说明，在其他实施例中，所述环形240可以为正方形、长方形、四边形等形状。

所述导流孔210所在的方向与水平面具有一第一夹角A，所述第一夹角A大于0度，且小于等于90度，例如，所述第一夹角为30度、45度、60度或90度，优选的为45度，以方便外壳200上的水流至所述导流孔210内。所述通道200所在的方向与水平面具有一第二夹角，所述第二夹角小于所述第一夹角，以方便流至所述导流孔210内的水通过所述通道220流至研磨垫。本实施例中，所述第一夹角A为90度，所述第二夹角为0度，即所述导流孔210与水平面垂直，所述通道220与水平面平行。

每个所述通道出口230处均设置有文丘里管300，所述文丘里管300中间窄两端宽，如图4所示，其为本实用新型一实施例所提供的研磨头结构中文丘特管的结构示意图。所述文丘里管300包括第一管310与位于两端的第二管320，以及连接所述第一310与第二管320的连接管330，所述第一管310与第二320的横截面为长方形，且所述第二管320的直径大于所述第一管310的直径；所述连接管330的横截面为梯形。从所述文丘里管300的一端通入有压缩气体，如图中箭头所示，在所述第一管310的侧壁上设置有开口311。

文丘里效应，也称文氏效应，其原理是当风吹过阻挡物时，在阻挡物的背风面上方端口附件气压相对较低，从而产生吸附作用并导致空气的流动。这种效应制作出出的管称为文丘里管。请参考图4所示，在所述文丘里管300的一端通入压缩气体，气体由直径比较大的第二管320流入直径比较小的第一管310，气体的流速加快，在开口311处形成一个真空区，从而产生吸附作用。

所述文丘里管300与所述通道220相垂直，且所述通道出口230对应于所述文丘里管300窄位置处的开口，即所述通道出口230对应于所述文丘里管300中第一管310侧壁上的开口311。在所述文丘里管300的一端通入压缩气体，在所述开口311处形成一个真空区，从而产生吸附作用，使得与之相邻的所述通道220内的水从所述通道出口230处流出。

本实用新型所提供的研磨头结构，在研磨头结构的外壳的上表面设置有多个导流孔，在所述外壳内设置有多个通道，在所述外壳的侧壁上设置有多个通道出口；所述通道导通所述导流孔和所述通道出口；在对化学机械研磨装置进行清洗之后，残留在研磨头外壳上的水能够通过导流孔及通道流至研磨垫上，经过处理之后再开始进行化学机械研磨，从而避免了在研磨过程中外壳上的水流到研磨垫上对研磨液造成影响，从而提高了研磨的效果。

同时，由于外壳上的水能够及时的排出，从而避免了在研磨过程中由于水流到研磨垫上而携带的结晶或颗粒，可以定时清洁外壳上的结晶或颗粒，从而减少了由此产生的划伤等不良。

在所述导流孔210及所述通道220中可以设置有导流管(图中未示出)，所述导流管用于防止水流至所述外壳的内部对所述外壳造成影响，以保护所述外壳。

相应的，本实用新型还提供一种化学机械研磨装置，包括研磨头、研磨垫、研磨液输送管以及修正装置等结构，其中所述研磨头采用上述的研磨头结构。所述研磨头结构在外壳的上表面设置有多个导流孔，在所述外壳内设置有多个通道，在所述外壳的侧壁上设置有多个通道出口；所述通道导通所述导流孔和所述通道出口。

采用化学机械研磨装置对待研磨晶圆进行研磨，在研磨一片或多片晶圆之后，对所述化学机械研磨装置进行清洗，以去除在研磨过程中形成的颗粒或结晶。当研磨头结构的外壳上有溅射到水时，残留在研磨头外壳上的水能够通过导流孔及通道流至研磨垫上，经过处理之后再开始进行化学机械研磨，从而避免了在研磨过程中外壳上的水流到研磨垫上对研磨液造成影响，从而提高了研磨的效果。

综上所述，本实用新型所提供的研磨头结构及化学机械研磨装置，在外壳的上表面设置有多个导流孔，在所述外壳内设置有多个通道，在所述外壳的侧壁上设置有多个通道出口；所述通道导通所述导流孔和所述通道出口；在对化学机械研磨装置进行清洗之后，残留在研磨头外壳上的水能够通过导流孔及通道流至研磨垫上，经过处理之后再开始进行化学机械研磨，从而避免了在研磨过程中外壳上的水流到研磨垫上对研磨液造成影响，从而提高了研磨的效果；并且，由于外壳上的水能够及时的排出，从而防止在研磨过程中外壳上水的流出带来的结晶或颗粒，减少了由此产生的划伤等不良。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。