[实用新型]用于研磨装置的研磨头及使用的弹性环以及晶元的研磨装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于化学机械研磨装置的研磨头及使用的弹性环以及晶元的研磨装置，详细地涉及一种用于化学机械研磨装置的研磨头，其使得在研磨头类似于螺栓 (bolt)的磨损性部件的使用最小化，并防止由于颗粒(particle)而导致的工艺的恶化，并抑制在研磨工艺中晶元的研磨面因护环(retainer ring)的加压力而使得研磨品质变得不均匀。

背景技术

化学机械研磨(CMP)装置是一种为了实现全面平坦化与由用于形成电路的接触 (contact)/布线膜分离以及高度集成的元件化而产生的晶元表面粗糙度的改善等而使用于对晶元的表面进行精细研磨加工的装置，所述全面平坦化是清除在半导体元件制造过程中反复进行掩蔽(masking)、刻蚀(etching)及布线工艺等的同时生成的晶元表面的凹凸而导致的单元(cell)区域与周围电路区域间的高度差。

就所述CMP装置而言，研磨头在研磨工艺前后，在晶元的研磨面与研磨垫相面对的状态下，对所述晶元进行加压并进行研磨工艺，同时，若完成研磨工艺，则将晶元以直接及间接地进行真空吸附并抓握的状态移动至下一个的工艺。

图1是化学机械研磨装置9的概略平面图。如图1及图2所示，化学机械研磨装置 9包括：研磨头1，其在使得晶元W位于底面的状态下对晶元W加压并进行自转；研磨垫2，其在与晶元W的研磨面进行接触的同时，进行旋转2d；研磨液供给部3，其将研磨液供给于研磨垫2上并使得通过到达至晶元W的研磨液的化学研磨得以进行；调节器 (conditioner)4，其对研磨垫2的表面进行改质。

如图3所示，所述研磨头1包括：本体部10，其通过外部的驱动部来得到旋转驱动；膜30，其固定于与本体部10一同旋转的基底20，并且在与基底20的之间形成多个被分割的压力室C1、C2、C3；护环40，其以环形态配置于晶元W的周围，在化学机械研磨工艺中底面加压研磨垫2并防止其包围的晶元W的脱离；压力控制部50，其通过空气压力供给通道55将空气压力施加至压力室C1、C2、C3或者排出。

在此，膜30形成有底板、侧面、隔壁，所述底板对晶元W进行加压，所述侧面在底板的边缘末端向上侧延长，隔壁35以环形态形成于底板的中心与侧面之间，侧面与隔壁35的末端30a固定于基底20，在膜底板与基底20之间形成多个被分割的压力室C1、 C2、C3。

并且，护环40设置为通过驱动部M可向上下进行移动40d。驱动部M也可以是使用电作为驱动源的马达，也可以使用空气压力或液压作为驱动源。护环40在化学机械研磨工艺中通过驱动部M在研磨垫2上用规定的力Pr被加压的状态得到保持。

据此，在化学机械研磨工艺中，空气压力从压力控制部50供给于压力室C1、C2、 C3，从而压力室C1、C2、C3膨胀，同时成为通过膜底板将晶元按压至研磨垫的状态。与此同时，感知到通过驱动部M使得护环40向下方移动并在晶元W的周围加压研磨垫，从而晶元W在化学机械研磨工艺中向研磨头1的外部脱离。

但是，如图4所示，若配置于晶元W的周围的护环40向下方移动40d并加压研磨垫 2，则在研磨垫2通过护环40的底面40a被按压的区域40x中被按压的变形产生于研磨垫2，由此，产生被按压的变形的周边产生得到反弹的反弹(rebound)变形99。但是，存在的问题在于，由于护环40与晶元W的边缘e以相互接近的形式配置，因此由于研磨垫2的反弹变形99而导致晶元的边缘e以更加高的加压力紧贴于反弹的研磨垫2的凸出部，由此，在晶元W的边缘e的研磨量无意中上升。

尤其，护环40的底面在与自转的研磨垫2进行接触的同时，朝向研磨垫2得到加压力Pr的引入的护环40通过来自研磨垫11的摩擦力F1在与自转的研磨垫2相抵抗的部分55中受到倾斜旋转M20的力。

由此，如图5所示，也会产生的问题在于，护环40的底面产生半径内侧部分40i 与半径外侧部分40o的磨损量的偏差，同时使用时间越长，护环40与研磨垫2进行接触的接触面积越不同，同时对晶元的边缘产生的影响也变动，从而难以确保均匀的研磨品质。作为在图中未说明的标号42是在晶元的研磨工艺中生成的研磨液排出至外部的槽。