[发明专利]一种化学机械抛光机用抛光头装置

说明书

本发明公开了一种化学机械抛光机用抛光头装置，包括固定部和抛光头，固定部包括相互固定连接的连接轴和外壳罩，外壳罩设有下开口腔，下开口腔内设有环状气囊，抛光头与外壳罩为可拆卸连接，抛光头轴向浮动设置于下开口腔内，抛光头包括抛光头本体和弹性金属贴附板，弹性金属贴附板的四周与抛光头本体的下表面密封固定连接，弹性金属贴附板与抛光头本体间构成压力可变腔，抛光头本体设有与压力可变腔连通的气路通道，固定部设有气路接头，气路接头通过连接管与气路通道连接，弹性金属贴附板随压力可变腔内压力变化在上凹至下凸状态之间变化，环状气囊用于向抛光头本体施加下压力。本发明简化气路结构可实现快速拆换适应不同尺寸晶圆的抛光加工。

技术领域

本发明涉及一种抛光头，特别是涉及一种化学机械抛光机用抛光头装置。

背景技术

在半导体晶圆的抛光过程中，需要对晶圆的正面或背面进行化学机械抛光（CMP）处理。 CMP抛光头用于晶圆的吸附与固定，并在CMP加工过程中对晶圆压力进行控制，经过CMP处理后的晶圆表面能达到一定的材料去除量，很好的表面光洁度，以及很好的表面一致性和平整度。

现有技术的CMP抛光头采用下压力及晶圆背面多区压力控制。晶圆背面的多区气囊能对晶圆进行直接加压控制。如公开号为CN112605786A的中国专利公开的一种可分段调压的气囊头机构及气囊抛光装置。这类多区加压的CMP抛光头内部气路多，结构繁杂，导致整体的气路控制部件多并且复杂。而且多区气囊对材料要求高，容易被污染和损坏，更换成本较高。另外传统的CMP抛光头是一体设计，晶圆的上片及下片通过手动晶圆托举放入/取出或是自动晶圆放入/取出，放入/取出的过程中系统或操作人员对晶圆的整体吸附状态及气囊表面状态都不易了解，这样容易造成晶圆的污染或损坏。并且对于传统的CMP抛光，抛光头只针对一种尺寸的晶圆，如果晶圆直径发生变化，则需要将整个抛光头进行更换。抛光头更换过程通常也费时费力。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种化学机械抛光机用抛光头装置，目的是在实现多区压力控制的前提下简化气路结构，同时便于适应不同晶圆尺寸的化学机械抛光。

本发明技术方案如下：一种化学机械抛光机用抛光头装置，包括固定部和抛光头，所述固定部包括相互固定连接的连接轴和外壳罩，所述外壳罩设有下开口腔，所述下开口腔内设有环状气囊，所述抛光头与所述外壳罩为可拆卸连接，所述抛光头轴向浮动设置于所述下开口腔内，所述抛光头包括抛光头本体和弹性金属贴附板，所述弹性金属贴附板的四周与所述抛光头本体的下表面密封固定连接，所述弹性金属贴附板与所述抛光头本体间构成压力可变腔，所述抛光头本体设有与所述压力可变腔连通的气路通道，所述固定部设有气路接头，所述气路接头通过连接管与所述气路通道连接，所述弹性金属贴附板随所述压力可变腔内压力变化在上凹至下凸状态之间变化，所述环状气囊用于向所述抛光头本体施加下压力。

进一步地，所述弹性金属贴附板在上凹或下凸时，所述弹性金属贴附板的上凹或下凸程度由中心向四周递减。

进一步地，所述抛光头包括吸附垫和抛光模板，所述抛光模板和所述吸附垫固定设置于所述弹性金属贴附板的下表面，所述抛光模板为环状并围绕所述吸附垫设置。吸附垫用于吸附晶圆，抛光模板用于固定晶圆，防止晶圆跑出，以及控制晶圆上表面突出模板表面的高度。

进一步地，所述下开口腔中部设有用于压紧所述环状气囊内圈的限位环，所述抛光头本体的顶部由所述限位环进行径向限位。在抛光过程中限位环可以限制抛光头的偏移运动。

进一步地，所述抛光头与所述外壳罩间通过销槽结构浮动连接，所述销槽结构包括径向销钉和倒J形槽，所述径向销钉和所述倒J形槽分别设置于所述下开口腔的腔壁和所述抛光头本体的侧壁。

进一步地，所述气路通道设有快插接头，所述连接管为螺旋软管。

进一步地，所述连接轴伸入所述外壳罩并与所述外壳罩之间形成环形腔，所述环形气囊设置于所述环形腔，所述气路接头设置于所述连接轴的底端。