研磨头和化学机械研磨装置的制作方法

本实用新型涉及半导体制造设备，尤其涉及一种研磨头和化学机械研磨装置。

背景技术：

在半导体制作工艺中，化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是非常重要的一道工序，有时也称之为化学机械抛光或平坦化。所谓化学机械研磨，它是采用化学与机械综合作用从半导体硅片上去除多余材料，并使其获得平坦表面的工艺过程。

化学机械研磨是通过化学机械研磨设备进行，现有的化学机械研磨设备一般包括：研磨台、研磨垫、研磨液供给端和研磨头，其中研磨垫设置于研磨台上；研磨头用于固定待研磨晶圆，使所述待研磨晶圆与研磨垫接触；研磨液供给端用于供应研磨液(Slurry)至研磨垫表面。在进行研磨时，研磨液以一定的速率流到研磨垫的表面，研磨头给待研磨晶圆施加一定的压力，使得待研磨晶圆的待研磨面与研磨垫产生机械接触，在研磨过程中，研磨头、研磨台分别以一定的速度旋转，通过机械和化学作用去除待研磨晶圆表面的薄膜，从而达到待研磨晶圆表面平坦化的目的。

现有的研磨头一般包括本体和位于本体上的吸附膜，所述吸附膜在负压下吸附待研磨的晶圆，在化学机械研磨过程结束时，研磨头需要将研磨后的晶圆卸载到晶圆控制装卸装置上，但是将晶圆从研磨头上卸载的过程存在晶圆破片的风险。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是怎样防止晶圆从研磨头上卸载时发生破片。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种研磨头，包括：

吸附膜，所述吸附膜用于吸附晶圆；

外部装置，所述外部装置包括本体部和与本体部连接的环形侧壁部，所述吸附膜位于本体部表面，且被环形侧壁部环绕；

位于侧壁部中的吹气装置，所述吹气装置包括气体喷嘴，所述气体喷嘴正对所述吸附膜与吸附膜上吸附的晶圆之间的交界面，当化学机械研磨过程结束，研磨头需要将吸附膜上的晶圆卸载到晶圆控制装卸装置上时，所述吹气装置通过气体喷嘴向吸附膜与晶圆的交界面喷射气体。

可选的，所述吹气装置还包括气体输送管道，所述气体输送管道用于输送气体，所述气体输送管道的出口与气体喷嘴连接。

可选的，吹气装置还包括设置于气体输送管道上的控制阀和流速调节阀，所述控制阀用于关闭和打开气体输送管道中的气体的路径，所述流速调节阀用于调节气体输送管道中气体的流速。

可选的，所述气体输送管道包括主管路和与主管路连通的环形管路，所述环形管路设置于环形侧壁部中，环形管路上设置有若干气体喷嘴，若干气体喷嘴与吸附膜与晶圆的交界面处于同一水平高度。

可选的，若干气体喷嘴均匀的分布在环形管路上。

可选的，所述气体为纯氮气。

可选的，所述气体为氮气和异丙醇的混合气体。

可选的，所述吸附膜和晶圆的交界面上具有水，气体喷嘴向吸附膜与晶圆的交界面喷射气体时，去除交界面上的水。

可选的，研磨头将吸附膜上的晶圆卸载到晶圆控制装卸装置上时，所述吸附膜停止对晶圆的吸附。

本发明还提供了一种化学机械研磨装置，包括如前述所述的研磨头。

与现有技术相比，本实用新型技术方案具有以下优点：

本发明的研磨头通过设置吹气装置，当化学机械研磨过程结束，研磨头需要将吸附膜上的晶圆卸载到晶圆控制装卸装置上时，所述吹气装置通过气体喷嘴向吸附膜与晶圆的交界面喷射气体，使得吸附膜与晶圆的交界面的水被迅速去除，减小了表面张力，因而使得研磨头只需要很小的压力就能使吸附膜上的晶圆顺利的落到晶圆控制装卸装置上，从而防止晶圆从研磨头上卸载时发生破片。

进一步，所述气体输送管道包括主管路和与主管路连通的环形管路，所述环形管路设置于环形侧壁部中，环形管路上设置有若干气体喷嘴，若干气体喷嘴与吸附膜与晶圆的交界面处于同一水平高度，因而主管路中输送的气体进人环形管路中，环形管路中的气体可以从若干气体喷嘴出喷出，从而使得若干气体喷嘴可以从四周向吸附膜与晶圆交界面上喷射气体，从周围多个方向同时去除吸附膜与晶圆交界面上存在的水，从而提高了交界面上水的去除速率和去除效率。

本发明的化学机械研磨装置，由于包括前述研磨头，因而化学机械研磨过程结束时，晶圆从研磨头上卸载时，能防止晶圆发生破片。

附图说明

图1为本实用新型实施例研磨头的结构示意图；

图2为图1中部分结构的放大示意图；

图3为实用新型一实施例气体喷嘴和气体输送管道的结构示意图。

具体实施方式

如背景技术所言，现有研磨头在卸载晶圆时通常存在晶圆破片的风险。

研究发现，在化学机械研磨工艺后，研磨头上的吸附膜和晶圆的接触面上有水的存在，水的表面张力使得研磨头需要额外施加很大的压力才能使晶圆顺利的落到晶圆控制装卸装置上，这种方式会增加晶圆碎裂的风险。

为此，本实用新型提供了一种研磨头和化学机械研磨装置，其中所述研磨头通过设置吹气装置，当化学机械研磨过程结束，研磨头需要将吸附膜上的晶圆卸载到晶圆控制装卸装置上时，所述吹气装置通过气体喷嘴向吸附膜与晶圆的交界面喷射气体，使得吸附膜与晶圆的交界面的水被迅速去除，减小了表面张力，因而使得研磨头只需要很小的压力就能使吸附膜上的晶圆顺利的落到晶圆控制装卸装置上，从而防止晶圆从研磨头上卸载时发生破片。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在详述本实用新型实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型的保护范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

图1为本实用新型实施例研磨头的结构示意图；图2为图2中部分结构的放大示意图；图3为实用新型一实施例气体喷嘴和气体输送管道的结构示意图。

参考图1和图2，所述研磨头31，包括：

吸附膜201，所述吸附膜201用于吸附晶圆21；

外部装置210，所述外部装置210包括本体部203和与本体部203连接的环形侧壁部202，所述吸附膜201位于本体部203表面，且被环形侧壁部202环绕；

位于侧壁部202中的吹气装置，所述吹气装置包括气体喷嘴206，所述气体喷嘴206正对所述吸附膜201与吸附膜201上吸附的晶圆21之间的交界面，当化学机械研磨过程结束，研磨头需要将吸附膜201上的晶圆21卸载到晶圆控制装卸装置上时，所述吹气装置通过气体喷嘴206向吸附膜201与晶圆21的交界面喷射气体209。

具体的，在一实施例中，所述吸附膜201通过负压将晶圆21吸附到吸附膜201的表面。所述负压通过负压产生器以及与负压产生器连接的负压管道产生，所述吸附膜201中可以具有若干负压管道，负压管道穿过外部装置210的本体部203与负压产生器连接。

所述外部装置210的本体部203用于支撑吸附膜201以及吹气装置的部分气体输送管路，所述外部装置21的环形侧壁部202用于固定吹气装置的部分气体输送管道以及气体喷嘴206。所述本体部203还连接驱动部204，所述驱动部204用于驱动所述外部装置210旋转，从而使得吸附膜201上的晶圆也随之旋转，进行化学机械研磨过程，在一实施例中，所述驱动部204包括步进电机，步进电机的转轴与本体部连接。

所述环形侧壁部202顶部表面(远离本体部203的一个表面)高于吸附膜201的表面(吸附晶圆21的表面)，以使得气体喷嘴206易于设置成正对所述吸附膜201与吸附膜201上吸附的晶圆21之间的交界面。

所述吹气装置还包括气体输送管道205，所述气体输送管道205用于输送气体209(参考图2)，所述气体输送管道205的出口与气体喷嘴206连接。所述气体输送管道205穿过外部装置210的本体部203和环形侧壁部202，将气体输送管道205的出口设置于吸附膜201与晶圆21之间的交界面对面的环形侧壁部202的侧壁上，气体喷嘴206与出口连接，气体输送管道205中的气体209通过气体喷嘴206喷出，喷出的气体209能将吸附膜201与晶圆21的交界面上的水去除，以利于晶圆的从研磨头上卸载。

在一实施例中，所述气体209为纯氮气，在另一实施例中所述气体为氮气和异丙醇的混合气体。

所述吹气装置还包括设置于气体输送管道205上的控制阀207和流速调节阀208，所述控制阀207用于关闭和打开气体输送管道205中的气体的路径，即控制阀207打开时，气体输送管道205中的气体可以从气体喷嘴206喷出，控制阀207关闭时，气体输送管道205中没有气体流动，气体喷嘴206中没有气体喷出，所述流速调节阀208用于调节气体输送管道205中气体的流速。所述控制阀207为通过电信号控制其打开和关闭控制阀，所述流速调节阀208为通过电信号控制其调节气体的流速的调节阀。具体的可以由控制单元向控制阀207和流速调节阀208发送电信号，单元向控制阀207和流速调节阀208在接收到电信号时，控制阀207进行打开和关闭的操作，流速调节阀208进行相应的流量调节操作。

在进行化学机械研磨时，研磨液和清洗液中都存在水，在化学机械研磨过程结束时，所述吸附膜201和晶圆的交界面会存在水，水产生的张力会影响晶圆从研磨头上卸载到晶圆控制装卸装置上。本实施例中，通过设置吹气装置，当化学机械研磨过程结束，研磨头需要将吸附膜201上的晶圆21卸载到晶圆控制装卸装置上时，所述吹气装置通过气体喷嘴206向吸附膜201与晶圆21的交界面喷射气体209，使得吸附膜201与晶圆21的交界面的水被迅速去除，减小了表面张力，因而研磨头只需要很小的压力就能使吸附膜201上的晶圆21顺利的落到晶圆控制装卸装置上，从而防止晶圆从研磨头上卸载时发生破片。

本实施例中，在化学机械研磨过程结束，研磨头将吸附膜201上的晶圆21卸载到晶圆控制装卸装置上时，所述吸附膜201停止对晶圆21的吸附。

在一实施例中，请参考图3，所述气体输送管道205包括主管路212和与主管路212连通的环形管路211，所述环形管路211设置于环形侧壁部202(参考图1)中，环形管路211上设置有若干气体喷嘴206，若干气体喷嘴206与吸附膜201(参考图1)与晶圆21(参考图1)的交界面处于同一水平高度，因而主管路212中输送的气体进人环形管路206中，环形管路206中的气体可以从若干气体喷嘴206出喷出，从而使得若干气体喷嘴206可以从四周向吸附膜201与晶圆21交界面上喷射气体，从周围多个方向同时去除吸附膜201与晶圆21交界面上存在的水，从而提高了交界面上水的去除速率和去除效率。

所述环形管道211在环形侧壁部202中的位置靠近吸附膜201(参考图1)与晶圆21(参考图1)的交界面，所述环形管道211与环形侧壁部202的形状保持一致，本实施例中所述形管道211与环形侧壁部202均呈圆环型。所述主管路212可以部分位于环形侧壁部202中，部分位于本体部203中。

若干气体喷嘴206均匀的分布在环形管路211上，以进一步提高了交界面上水的去除速率和去除效率。在具体的实施例中，若干气体喷嘴206呈等角度均匀的分布在环形管路211上。所述气体喷嘴206的数量大于等于2个，比如可以为2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个，本实施例中环形管路211上等角度的分布8个气体喷嘴206。

本发明另一实施例中还提供了一种化学机械研磨装置，包括前述所述的研磨头31(参考图1)。

采用化学机械研磨装置在进行研磨时，由于研磨液和清洗液中都存在水，在化学机械研磨过程结束时，所述吸附膜201和晶圆21的交界面会存在水，水会影响晶圆的卸载，本实施例的化学机械研磨装置由于包括前述所述的研磨头，通过在研磨头上设置吹气装置，当化学机械研磨过程结束，研磨头需要将吸附膜201上的晶圆21卸载到晶圆控制装卸装置上时，所述吹气装置通过气体喷嘴206向吸附膜201与晶圆21的交界面喷射气体209，使得吸附膜201与晶圆21的交界面的水被迅速去除，减小了表面张力，使研磨头只需要很小的压力就能使吸附膜201上的晶圆21顺利的落到晶圆控制装卸装置上，防止晶圆从研磨头上卸载时发生破片。

关于研磨头的具体限定和描述，在本实施例中不再赘述，具体请参考前述实施例中相应部分的限定和描述。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。