一种用于化学机械研磨设备的研磨头的制作方法

1.本发明涉及半导体集成电路制造设备技术领域，具体涉及一种用于化学机械研磨设备的研磨头。


背景技术：

2.化学机械研磨(chemical mechanical polish，cmp)是一种晶圆表面平坦化的精密加工技术。研磨头广泛应用于化学机械研磨设备中，且是化学机械研磨最核心的部件。在研磨的同时需要研磨液流在研磨垫上且需钻石整理盘对研磨垫进行整理已确保研磨垫始终处于最佳工作状态。
3.在现有的研磨设备中，研磨头和钻石整理盘是独立的运动部件。钻石整理盘需要一个单独的机械手臂来控制其旋转、摆动和加压，结构设计复杂。
4.因此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种用于化学机械研磨设备的研磨头，其通过在挡圈外围设置整理环和位于所述整理环上方的环形气囊，使研磨头兼具研磨功能和整理功能，简化了结构设计。
6.本发明的另一目的是提供一种包括上述研磨头的化学机械研磨设备。
7.为了实现以上目的，本发明提供如下技术方案。
8.一种用于化学机械研磨设备的研磨头，包括：
9.研磨头本体，所述研磨头本体的下表面边缘处设置有环形腔，所述环形腔由所述研磨头本体的下表面向上或向下延伸；所述研磨头本体设置有通孔，所述通孔具有出口端和入口端，入口端面位于所述研磨头本体的上表面；
10.环形气囊，所述环形气囊设置在所述环形腔内，所述环形气囊的顶部与所述环形腔连接，并且所述环形气囊设置有环形开口，所述环形开口与所述通孔的出口端连通；
11.压力控制结构，所述压力控制结构与所述通孔直接或间接连通，用于控制所述气囊中的压力；
12.隔膜，设置在所述研磨头本体的下表面；
13.挡圈，套设在所述隔膜的外围；以及
14.整理环，所述整理环套设在所述挡圈的外围，并且所述整理环的顶部与所述环形气囊的底部连接，所述整理环的下表面镶嵌有整理结构。
15.一种化学机械研磨设备，包括上述研磨头。
16.相比现有技术，本发明的有益效果：
17.1、本发明提供了一种用于化学机械研磨设备的研磨头，其通过在挡圈外围设置整理环和位于所述整理环上方的环形气囊，使研磨头兼具研磨功能和整理功能，简化了结构设计。另外，由于本发明将整理环集成在研磨头上，因此，相比现有技术，本发明解决了整理
器与研磨头容易相撞的问题。
18.2、本发明的整理环的下表面积比现有的整理器的下表面积更大，因此，提高了对研磨垫的整理效率。
附图说明
19.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
20.图1为本发明的一个示例性研磨头的结构示意图。
21.图2为本发明的环形气囊的结构示意图。
22.图3为本发明的另一示例性研磨头的结构示意图。
23.附图标记说明
24.100为研磨头本体，101为通孔，200为环形腔，201为环形卡具，202为通气口，203为环形隔板，300为环形气囊，400为隔膜，500为挡圈，600为整理环，601为整理结构，700为传输管道，800为驱动轴，900为通道。
具体实施方式
25.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
26.在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
27.在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
28.下面将结合附图对本发明的研磨头作进一步说明。
29.图1给出了本发明的一个示例性研磨头的结构示意图。图2给出了本发明的环形气囊的结构示意图。具体地，如图1和2所示，本发明的用于化学机械研磨设备的研磨头包括：研磨头本体100，研磨头本体100的下表面边缘处设置有环形腔200，环形腔200由研磨头本体100的下表面向上或向下延伸；研磨头本体100设置有通孔101，通孔101具有出口端和入口端，入口端面位于研磨头本体100的上表面；环形气囊300，环形气囊300设置在环形腔200内，环形气囊300的顶部与环形腔200连接，并且环形气囊300设置有环形开口301，环形开口301与通孔101的出口端连通；隔膜400，设置在研磨头本体100的下表面；挡圈500，套设在隔膜400的外围；以及整理环600，整理环600套设在挡圈500的外围，并且整理环600的顶部与环形气囊300的底部连接，整理环600的下表面镶嵌有整理结构601。
30.在本发明中，环形腔200的横截面优选为长方形或正方形。在对环形气囊300充气时，环形腔200的侧壁用于限定环形气囊的形状，从而使环形气囊规则膨胀。
31.优选地，环形腔200的顶部设置有环形卡具201，环形卡具201设置有通气口202，通气口202与通孔101和环形气囊300连通；环形卡具201的横截面呈倒t形，其顶部与研磨头本体100连接，其底部设置在环形开口203的下方，并且底部宽度大于环形开口203的宽度；环形气囊300通过环形开口301套箍在环形卡具201上，使得环形气囊300的顶部与环形腔200连接。环形气囊300的顶部与环形腔200固定连接，确保环形气囊300不从研磨头上脱落。环形卡具201不仅起到连接作用，还起到密封环形开口203的作用。
32.优选地，环形卡具201与研磨头本体100为一体成型。
33.优选地，研磨头本体100设置有1个通孔101，环形卡具201设置有1个通气口201。这样设计可以降低研磨头的结构复杂度，有利于集成。
34.根据环形腔200与研磨头本体100的相对位置，本发明可包括如下所述的第一优选实施方案和第二优选实施方案。下面将结合附图对两种优选实施方案做详细描述。
35.在第一优选实施方案中，环形腔200位于研磨头本体100的下方，如图3所示，环形腔200由研磨头本体100的下表面向下延伸，环形腔200的两个侧壁为两个环形隔板203，两个环形隔板203均与研磨头本体100的下表面连接。优选地，两个环形隔板203与研磨头本体100为一体成型。
36.在第二优选实施方案中，环形腔200位于研磨头本体100的内，如图2所示，环形腔200由研磨头本体100的下表面向上延伸，环形腔200为开设在研磨头本体100的下表面边缘处的环形凹槽。环形凹槽优选与研磨头本体100一体成型。本发明优选将环形腔200设置在研磨头本体100内部，这样既能够节约材料，又可避免环形腔200的侧壁因充气加压而发生形变。
37.优选地，本发明的研磨头还包括：压力控制结构，所述压力控制结构与通孔101直接或间接连通，用于控制环形气囊300中的压力。所述压力控制结构可为控制阀。在研磨的过程中，根据研磨垫的表面状况，通过调节控制阀，可以给环形气囊充气或抽气，从而对整理环进行加压、减压，或者将其提起，使其完全脱离研磨垫表面。
38.优选地，环形气囊300的材质可为弹性材料，例如橡胶。环形气囊300的底部设置有至少一个连接孔，整理环600的上表面开设有至少一个螺纹孔，每个所述螺纹孔与每个所述连接孔一一对应。本发明的研磨头还包括紧固件，用于连接环形气囊和整理环。所述紧固件可为螺栓。通过所述螺栓，可将环形气囊的底部和整理环连接起来。
39.优选地，整理环600的宽度小于环形气囊300的宽度。在整理研磨垫的过程中，由于压力原因，整理环600会将环形气囊300的下表面略微向上顶起，形成凸起结构。此外，根据研磨垫的表面状况，通过对环形气囊300抽气或充气，可选择性地对整理环600施加特定压力，以达到有效整理研磨垫的目的。在不需要对研磨垫整理时，通过将环形气囊300中的气体抽出，可以将整理环600提起，使其脱离研磨垫的下表面。
40.优选地，本发明的研磨头还包括：传输管道700，传输管道700具有输入端和输出端，所述输出端与通孔101连通，并且传输管道700从所述输出端开始经由通孔101向上延伸。在本发明的研磨头还包括传输管道700时，所述压力控制结构优选与传输管道700连通。
41.优选地，本发明的研磨头还包括：驱动轴800，驱动轴800设置有通道900，通道900
具有流入端和流出端，流入端面位于驱动轴800的上表面，所述流出端与传输管道700的输入端连通。在本发明的研磨头还包括驱动轴800时，所述压力控制结构优选与通道900连通。
42.优选地，整理结构601为钻石。
43.本发明的研磨头通过在挡圈外围设置整理环600和位于整理环600上方的环形气囊300，使研磨头兼具研磨功能和整理功能，简化了结构设计。另外，由于本发明将整理环集成在研磨头上，因此，相比现有技术，本发明解决了整理器与研磨头容易相撞的问题。
44.本发明的整理环的下表面积比现有的整理器的下表面积更大，因此，提高了对研磨垫的整理效率。
45.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。