專利名稱：定位環(huán)及研磨頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及化學機械研磨設備，尤其涉及一種定位環(huán)及研磨頭。
背景技術(shù)：
化學機械平坦化(chemical mechanical polish, CMP)技術(shù)是半導體制造業(yè)中常用的平坦化技術(shù)?；瘜W機械平坦化工藝所使用的化學機械研磨設備包括研磨頭(polishing head)、轉(zhuǎn)盤(platen)、設置在所述轉(zhuǎn)盤上的研磨墊(pad)和研磨液噴嘴(slurry nozzle). 在化學機械研磨制程中，所述研磨頭吸附住晶圓背面，晶圓正面被壓在所述研磨墊的研磨表面上，所述研磨液噴嘴噴射出的研磨液置于晶圓正面與所述研磨墊的研磨表面之間，通過晶圓正面與研磨墊的研磨表面之間的相對運動將晶圓正面平坦化。圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中的研磨頭，所述研磨頭具有本體100，所述本體100內(nèi)形成加壓室101，所述加壓室101的下開口部由橡膠膜102封閉，晶圓103吸附在所述橡膠膜102 的底部，所述晶圓103的邊沿被定位環(huán)104包圍，所述定位環(huán)104固定在所述本體100的底端，用于限定所述晶圓103的位置，所述定位環(huán)104沿所述本體100的徑向向內(nèi)延伸，所述橡膠膜102的邊緣支撐于所述定位環(huán)104上。使用上述研磨頭時，研磨頭下降，將所述定位環(huán)104向研磨墊105的表面推壓，此時，向所述加壓室101供給氣體，使所述橡膠膜102膨脹，對所述晶圓103施加力的作用，使所述晶圓103壓在所述研磨墊105的表面。通過外力對所述本體100施力，從而使所述定位環(huán)104壓在所述研磨墊105的表面上，使所述晶圓103壓在所述研磨墊105表面的力由所述加壓室101內(nèi)的氣壓施加，即所述定位環(huán)104受到的力與所述晶圓103受到的力施力物體不同，因此，對所述定位環(huán)104施加的力的大小常常與對所述晶圓103施加的力的大小不同，通常，所述定位環(huán)104受到的力比所述晶圓103受到的力大，即所述定位環(huán)104對所述研磨墊105施加的力比所述晶圓103對所述研磨墊105施加的力大，這易導致所述晶圓 103邊緣處的研磨墊105變形，使該處的研磨墊105向上隆起，如圖2所示，隆起的研磨墊105使所述晶圓103邊緣受到的研磨力與所述晶圓103 中央受到的研磨力不一致(所述晶圓103邊緣受到的研磨力比所述晶圓103中央受到的研磨力大)，從而使所述晶圓103邊緣的研磨速率與所述晶圓103中央的研磨速率不一致，導致晶圓的邊緣排除區(qū)(edge exclusion)較大，所述邊緣排除區(qū)不能用于制作半導體器件， 因此，所述邊緣排除區(qū)越大，晶圓利用率越低，制造成本越高。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種定位環(huán)及研磨頭，可降低晶圓的邊緣排除區(qū)的大小，提高晶圓利用率，降低制造成本。為了達到上述的目的，本實用新型提供一種定位環(huán)，包括環(huán)形本體，所述環(huán)形本體壓在研磨墊的表面上，所述環(huán)形本體靠近所述研磨墊的一端設有凹槽，在所述環(huán)形本體靠近所述研磨墊的一端形成內(nèi)環(huán)和外環(huán)，所述內(nèi)環(huán)沿其徑向的厚度比所述外環(huán)沿其徑向的厚度小。上述定位環(huán)，其中，所述內(nèi)環(huán)沿其軸向的長度比所述外環(huán)沿其軸向的長度短。上述定位環(huán)，其中，所述內(nèi)環(huán)沿其軸向的長度與所述外環(huán)沿其軸向的長度之差為 1 3mm。上述定位環(huán)，其中，所述凹槽的深度為5 10mm。 上述定位環(huán)，其中，所述凹槽的橫截面呈矩形。上述定位環(huán)，其中，所述凹槽的橫截面呈弧形。上述定位環(huán)，其中，所述凹槽的橫截面呈半圓形。本發(fā)明提供的另一技術(shù)方案是一種研磨頭，包括本體，在所述本體的底端設有上述定位環(huán)。上述研磨頭，其中，所述本體內(nèi)形成加壓室，所述加壓室的下開口部由橡膠膜封閉，所述定位環(huán)沿所述本體的徑向向內(nèi)延伸，所述橡膠膜的邊緣支撐于所述定位環(huán)上，晶圓吸附在所述橡膠膜的底部，所述晶圓的邊沿被所述定位環(huán)包圍。本實用新型的定位環(huán)及研磨頭，在定位環(huán)的環(huán)形本體靠近研磨墊的一端開設凹槽，使環(huán)形本體靠近研磨墊的一端形成內(nèi)環(huán)和外環(huán)，且內(nèi)環(huán)沿徑向的厚度比外環(huán)沿徑向的厚度小，將定位環(huán)向研磨墊的表面推壓時，作用力集中施加在外環(huán)上，內(nèi)環(huán)受到的力的作用很小，即內(nèi)環(huán)對研磨墊施加的力比較小，因此，在研磨過程中，晶圓邊緣處的研磨墊不發(fā)生形變，這樣不影響晶圓邊緣的研磨速率，能使晶圓邊緣的研磨速率與晶圓中央的研磨速率保持一致，有利于降低晶圓的邊緣排除區(qū)的大小，提高晶圓利用率，降低制造成本。

本實用新型的定位環(huán)及研磨頭由以下的實施例及附圖給出。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中研磨頭的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1中虛線圈部分的局部放大圖。圖3是本實用新型定位環(huán)實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實用新型定位環(huán)實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本實用新型研磨頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下將結(jié)合圖3 圖5對本實用新型的定位環(huán)及研磨頭作進一步的詳細描述。本實用新型的定位環(huán)包括環(huán)形本體，所述環(huán)形本體壓在研磨墊的表面上，所述環(huán)形本體靠近所述研磨墊的一端設有凹槽，在所述環(huán)形本體靠近所述研磨墊的一端形成內(nèi)環(huán)和外環(huán)，所述內(nèi)環(huán)沿徑向的厚度比所述外環(huán)沿徑向的厚度小。本實用新型的定位環(huán)在環(huán)形本體靠近所述研磨墊的一端開設凹槽，使靠近所述研磨墊的一端形成內(nèi)環(huán)和外環(huán)，且內(nèi)環(huán)沿徑向的厚度比外環(huán)沿徑向的厚度小，將定位環(huán)向研磨墊的表面推壓時，作用力集中施加在外環(huán)上，內(nèi)環(huán)受到的力的作用很小，即內(nèi)環(huán)對研磨墊施加的力比較小，因此，在研磨過程中，晶圓邊緣處的研磨墊不發(fā)生形變，這樣不影響晶圓邊緣的研磨速率，能使晶圓邊緣的研磨速率與晶圓中央的研磨速率保持一致，有利于降低晶圓的邊緣排除區(qū)的大小，提高晶圓利用率，降低制造成本。[0026]實施例一參見圖3，本實施例的定位環(huán)200包括環(huán)形本體204，所述環(huán)形本體204壓在研磨墊105的表面上，所述環(huán)形本體204靠近所述研磨墊105的一端設有凹槽201a，所述凹槽 201a將所述環(huán)形本體204靠近所述研磨墊105的一端分成兩部分，分別形成內(nèi)環(huán)202和外環(huán)203，所述內(nèi)環(huán)202沿其徑向的厚度dl比所述外環(huán)203沿其徑向的厚度d2?。痪A103的邊沿被所述內(nèi)環(huán)202包圍；較優(yōu)地，所述內(nèi)環(huán)202沿其徑向的厚度dl應遠比所述外環(huán)203沿其徑向的厚度d2 小，由于所述內(nèi)環(huán)202的端面的面積遠比所述外環(huán)203的端面的面積小，因此，將所述定位環(huán)200向研磨墊105的表面推壓時，作用力集中施加在所述外環(huán)203上，即所述內(nèi)環(huán)202對所述研磨墊105施加的力很小，遠小于所述晶圓103對所述研磨墊105施加的力，因而，在所述晶圓103的邊緣處，所述研磨墊105不會發(fā)生形變，該處的所述研磨墊105不會向上隆起，由于所述凹槽201a對所述研磨墊105沒有力的作用，所述外環(huán)203對所述研磨墊105有力的作用，因此，在所述凹槽201a處，所述研磨墊105發(fā)生形變，該處的所述研磨墊105向上隆起，如圖3所示；本實施例中，所述凹槽201a的橫截面呈矩形，較優(yōu)地，所述凹槽201a的深度H為 5 IOmm ； 本實施例中，所述內(nèi)環(huán)202沿其軸向的長度Ll與所述外環(huán)203沿其軸向的長度L2 不相等，所述內(nèi)環(huán)202沿其軸向的長度Ll比所述外環(huán)203沿其軸向的長度L2短，將所述定位環(huán)200向所述研磨墊105的表面推壓時，所述外環(huán)203靠近所述研磨墊105的一端緊壓在所述研磨墊105的表面上，所述內(nèi)環(huán)202靠近所述研磨墊105的一端與所述研磨墊105的表面之間有間隙，因此，在研磨過程中，所述內(nèi)環(huán)202對所述研磨墊105的表面沒有力的作用， 在所述晶圓103的邊緣處，所述研磨墊105不會發(fā)生形變，該處的所述研磨墊105不會向上隆起；另外，所述內(nèi)環(huán)202不與所述研磨墊105的表面接觸，可減少所述研磨墊105對所述內(nèi)環(huán)202的磨損，提高所述內(nèi)環(huán)202的使用壽命，而且有利于更好地控制所述晶圓103 ；較優(yōu)地，所述內(nèi)環(huán)202沿其軸向的長度Ll與所述外環(huán)203沿其軸向的長度了 L2 之差(L2-L1)為1 3mm。實施例二實施例二與實施例一的區(qū)別在于，所述凹槽201b的橫截面呈弧形，如圖4所示，所述凹槽201b的橫截面呈半圓形，所述凹槽201b的內(nèi)半徑為5 10mm。實施例三本實用新型還提供一種研磨頭。參見圖5，本實用新型的研磨頭具有本體301，所述本體301內(nèi)形成加壓室302，所述加壓室302的下開口部由橡膠膜303封閉，所述本體301 的底端設有上述定位環(huán)200，所述定位環(huán)200用于限定晶圓103的位置，所述定位環(huán)200沿所述本體301的徑向向內(nèi)延伸，所述橡膠膜303的邊緣支撐于所述定位環(huán)200上，所述晶圓 103吸附在所述橡膠膜303的底部，所述晶圓103的邊沿被所述定位環(huán)200包圍。
權(quán)利要求1.一種定位環(huán)，包括環(huán)形本體，所述環(huán)形本體壓在研磨墊的表面上，其特征在于，所述環(huán)形本體靠近所述研磨墊的一端設有凹槽，在所述環(huán)形本體靠近所述研磨墊的一端形成內(nèi)環(huán)和外環(huán)，所述內(nèi)環(huán)沿其徑向的厚度比所述外環(huán)沿其徑向的厚度小。
2.如權(quán)利要求1所述的定位環(huán)，其特征在于，所述內(nèi)環(huán)沿其軸向的長度比所述外環(huán)沿其軸向的長度短。
3.如權(quán)利要求2所述的定位環(huán)，其特征在于，所述內(nèi)環(huán)沿其軸向的長度與所述外環(huán)沿其軸向的長度之差為1 3mm。
4.如權(quán)利要求1所述的定位環(huán)，其特征在于，所述凹槽的深度為5 10mm。
5.如權(quán)利要求1 4中任一權(quán)利要求所述的定位環(huán)，其特征在于，所述凹槽的橫截面呈矩形。
6.如權(quán)利要求1 4中任一權(quán)利要求所述的定位環(huán)，其特征在于，所述凹槽的橫截面呈弧形。
7.如權(quán)利要求6所述的定位環(huán)，其特征在于，所述凹槽的橫截面呈半圓形。
8.一種研磨頭，包括本體，其特征在于，在所述本體的底端設有如權(quán)利要求1 7中任一權(quán)利要求所述的定位環(huán)。
9.如權(quán)利要求8所述的研磨頭，其特征在于，所述本體內(nèi)形成加壓室，所述加壓室的下開口部由橡膠膜封閉，所述定位環(huán)沿所述本體的徑向向內(nèi)延伸，所述橡膠膜的邊緣支撐于所述定位環(huán)上，晶圓吸附在所述橡膠膜的底部，所述晶圓的邊沿被所述定位環(huán)包圍。
專利摘要本實用新型涉及定位環(huán)及研磨頭，所述定位環(huán)包括環(huán)形本體，所述環(huán)形本體壓在研磨墊的表面上，所述環(huán)形本體靠近所述研磨墊的一端設有凹槽，在所述環(huán)形本體靠近所述研磨墊的一端形成內(nèi)環(huán)和外環(huán)，所述內(nèi)環(huán)沿其徑向的厚度比所述外環(huán)沿其徑向的厚度小。本實用新型涉及定位環(huán)和研磨頭可降低晶圓的邊緣排除區(qū)的大小，提高晶圓利用率，降低制造成本。
文檔編號H01L21/304GK202127000SQ201120054440
公開日2012年1月25日 申請日期2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月3日
發(fā)明者王慶玲, 邵群 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司