本申請屬于化學機械拋光，具體涉及一種化學機械拋光用保持環(huán)、承載頭和化學機械拋光設備。

背景技術(shù)：

1、化學機械拋光（cmp）工藝是用于半導體晶圓表面拋光和平坦化的重要工藝。在該工藝中，保持環(huán)用于防止晶圓從承載頭下方滑脫，同時通過與拋光墊接觸實現(xiàn)對晶圓邊緣壓力調(diào)整，改善拋光效果。然而，隨著高硬度材料如氮化鎵（gan）、碳化硅（sic）等難加工材料的廣泛應用，cmp工藝面臨越來越大的挑戰(zhàn)。這些材料所需的拋光壓力較大，導致保持環(huán)和拋光墊之間的摩擦力顯著增大，導致保持環(huán)的磨損加劇，需要頻繁更換。這使得加工效率降低，使用成本增加。

2、除此之外，與拋光墊形成面接觸的保持環(huán)磨損速度快，保持環(huán)上用于通過拋光液的溝槽變淺，使得拋光液的注入量減少，引起晶圓的去除速率異常。并且，由于保持環(huán)與拋光墊之間存在較大摩擦，會導致承載頭和保持環(huán)發(fā)生傾斜，使得保持環(huán)的徑向磨損速率存在差異，進而引起晶圓邊緣的過拋或欠拋。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本申請?zhí)峁┝艘环N化學機械拋光用保持環(huán)、承載頭和化學機械拋光設備，從而解決或者至少緩解了現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題和其它方面的問題中的一個或多個。

2、為了實現(xiàn)前述目的，本申請的第一方面提供了一種化學機械拋光用保持環(huán)，其中，所述保持環(huán)具有環(huán)狀基體，所述環(huán)狀基體具有頂面和與所述頂面相背的底面，所述頂面適于安裝在承載頭上，并且，在所述底面上分布有多個萬向的第一滾珠，所述第一滾珠能夠沿各個方向自由滾動并且適于與拋光墊滾動接觸。

3、在如前所述的保持環(huán)中，可選地，所述第一滾珠由塑料制成，或所述第一滾珠的外側(cè)包覆耐腐蝕性保護層。

4、在如前所述的保持環(huán)中，可選地，每個所述第一滾珠通過對應的底座安裝于所述底面，所述底座具有用于容置所述第一滾珠的空腔，所述空腔具有朝向所述拋光墊的開口，所述第一滾珠的一部分從所述開口裸露至所述空腔外部，并且所有所述第一滾珠的裸露部分自所述底面凸出的距離相同，所述開口用于限制所述第一滾珠從所述底座中脫出。

5、在如前所述的保持環(huán)中，可選地，所述開口包含環(huán)繞于所述第一滾珠外側(cè)的球面環(huán)帶，所述球面環(huán)帶的原始球面直徑與所述第一滾珠的直徑相匹配，所述開口用于實現(xiàn)所述第一滾珠相對于所述底座的自由轉(zhuǎn)動。

6、在如前所述的保持環(huán)中，可選地，每個所述底座內(nèi)設置有多個第二滾珠，多個所述第二滾珠位于所述第一滾珠和所述空腔的內(nèi)壁之間，用于實現(xiàn)所述第一滾珠與所述內(nèi)壁之間的滾動摩擦。

7、在如前所述的保持環(huán)中，可選地，所述底面設置多個有安裝孔，用于安裝所述底座，所述底座包括安裝柱和凸臺，所述開口位于所述凸臺處。

8、在如前所述的保持環(huán)中，可選地，所述安裝柱和所述凸臺之間設有頸部，所述頸部構(gòu)造成環(huán)形凹槽。

9、在如前所述的保持環(huán)中，可選地，所述安裝柱配置成過盈地嵌入所述安裝孔至所述凸臺抵靠所述底面以用于限位。

10、在如前所述的保持環(huán)中，可選地，所述安裝柱容置于所述安裝孔內(nèi)，所述凸臺焊接或螺接于所述底面以用于限位和固定。

11、在如前所述的保持環(huán)中，可選地，在所述底面上分布有多圈所述第一滾珠，各圈中包含相同數(shù)量的所述第一滾珠，所述各圈中對應的所述第一滾珠徑向?qū)R從而在所述底面上呈輻射狀分布，在周向相鄰的所述第一滾珠之間形成徑向直槽，所述直槽構(gòu)成拋光液通道，用于引導拋光液通過。

12、在如前所述的保持環(huán)中，可選地，在所述底面上分布有多圈所述第一滾珠，各圈中對應的所述第一滾珠徑向錯位在所述底面上呈交錯狀分布，在周向相鄰的所述第一滾珠之間形成彎槽，所述彎槽構(gòu)成拋光液通道，用于引導拋光液通過。

13、在如前所述的保持環(huán)中，可選地，在所述底面上分布有多圈所述第一滾珠，并且各圈所述第一滾珠分別分組，每個分組中具有相同數(shù)量的所述第一滾珠，各分組中對應所述第一滾珠沿徑向?qū)R，在周向相鄰的各分組之間形成徑向直槽，所述直槽構(gòu)成拋光液通道，用于引導拋光液通過。

14、在如前所述的保持環(huán)中，可選地，在所述底面上分布有多圈所述第一滾珠，并且各圈所述第一滾珠分別分組，每個分組中具有相同數(shù)量的所述第一滾珠，各分組中對應的所述第一滾珠在徑向上依次順時針錯位或者依次逆時針錯位，在周向相鄰的各分組之間形成斜槽，所述斜槽構(gòu)成拋光液通道用于引導拋光液通過。

15、在如前所述的保持環(huán)中，可選地，所述斜槽相對于其內(nèi)端所在的徑向呈20度至60度傾斜。

16、在如前所述的保持環(huán)中，可選地，

17、在所述底面上分布有多圈的所述第一滾珠，并且最外圈的所述第一滾珠和最內(nèi)圈的所述第一滾珠比中間各圈的所述第一滾珠密集；或者

18、在所述底面上分布有多圈的所述第一滾珠，并且最外圈的所述第一滾珠和最內(nèi)圈的所述第一滾珠比中間各圈的所述第一滾珠稀疏。

19、為了實現(xiàn)前述目的，本申請的第二方面提供了一種用于晶圓加工的承載頭，所述承載頭具有如前述第一方面中任一項所述的化學機械拋光用保持環(huán)。

20、為了實現(xiàn)前述目的，本申請的第三方面提供了一種化學機械拋光設備，所述拋光設備具有如前述第二方面中所述的用于晶圓加工的承載頭。

21、本申請?zhí)峁┝艘环N化學機械拋光用保持環(huán)、承載頭和化學機械拋光設備。

22、本申請的化學機械拋光用保持環(huán)通過在底面設置第一滾珠，減少了保持環(huán)與拋光墊之間的摩擦力，顯著降低了保持環(huán)的磨損速度，從而延長其使用壽命，有效解決了傳統(tǒng)保持環(huán)在處理難加工材料時磨損過快、拋光不均的技術(shù)難題，進而減小承載頭的傾斜狀態(tài)，提升保持環(huán)徑向的磨損均勻性，提高拋光的穩(wěn)定性。

23、在本申請進一步的技術(shù)方案中，通過采用靈活的滾珠排布方式，獲得了眾多形式的拋光液通道，保證拋光液進入量均勻可控，減少晶圓邊緣拋光效率分布不均勻的問題。

技術(shù)特征：

1.一種化學機械拋光用保持環(huán)，其特征在于，所述保持環(huán)具有環(huán)狀基體（31），所述環(huán)狀基體（31）具有頂面（311）和與所述頂面（311）相背的底面（312），所述頂面（311）適于安裝在承載頭上，并且，在所述底面（312）上分布有多個萬向的第一滾珠（321），所述第一滾珠（321）能夠沿各個方向自由滾動并且適于與拋光墊（20）滾動接觸。

2.如權(quán)利要求1所述的保持環(huán)，其特征在于，所述第一滾珠（321）由塑料制成，或所述第一滾珠（321）的外部包覆耐腐蝕性保護層。

3.如權(quán)利要求1所述的保持環(huán)，其特征在于，每個所述第一滾珠（321）通過對應的底座（322）安裝于所述底面（312），所述底座（322）具有用于容置所述第一滾珠（321）的空腔（325），所述空腔（325）具有朝向所述拋光墊（20）的開口（326），所述第一滾珠（321）的一部分從所述開口（326）裸露至所述空腔（325）外部，并且所有所述第一滾珠（321）的裸露部分自所述底面（312）凸出的距離相等，所述開口（326）用于限制所述第一滾珠（321）從所述底座（322）中脫出。

4.如權(quán)利要求3所述的保持環(huán)，其特征在于，所述開口（326）包含環(huán)繞于所述第一滾珠（321）外側(cè)的球面環(huán)帶，所述球面環(huán)帶的原始球面直徑與所述第一滾珠（321）的直徑相匹配，所述開口（326）用于實現(xiàn)所述第一滾珠（321）相對于所述底座（322）的自由轉(zhuǎn)動。

5.如權(quán)利要求3所述的保持環(huán)，其特征在于，每個所述底座（322）內(nèi)設置有多個第二滾珠（323），多個所述第二滾珠（323）位于所述第一滾珠（321）和所述空腔（325）的內(nèi)壁之間，用于實現(xiàn)所述第一滾珠（321）與所述內(nèi)壁之間的滾動摩擦。

6.如權(quán)利要求3至5中任一項所述的保持環(huán)，其特征在于，所述底面（312）設置多個有安裝孔，用于安裝所述底座（322），所述底座（322）包括安裝柱（327）和凸臺（328），所述開口（326）位于所述凸臺（328）處。

7.如權(quán)利要求6所述的保持環(huán)，其特征在于，所述安裝柱（327）和所述凸臺（328）之間設有頸部，所述頸部構(gòu)造成環(huán)形凹槽。

8.如權(quán)利要求6所述的保持環(huán)，其特征在于，所述安裝柱（327）配置成過盈地嵌入所述安裝孔至所述凸臺抵靠所述底面（312）以用于限位。

9.如權(quán)利要求6所述的保持環(huán)，其特征在于，所述安裝柱（327）容置于所述安裝孔內(nèi)，所述凸臺（328）焊接或螺接于所述底面（312）以用于限位和固定。

10.如權(quán)利要求1所述的保持環(huán)，其特征在于，在所述底面（312）上分布有多圈所述第一滾珠（321），各圈中包含相同數(shù)量的所述第一滾珠（321），所述各圈中對應的所述第一滾珠（321）徑向?qū)R從而在所述底面（312）上呈輻射狀分布，在周向相鄰的所述第一滾珠（321）之間形成徑向直槽，所述直槽構(gòu)成拋光液通道，用于引導拋光液通過。

11.如權(quán)利要求1所述的保持環(huán)，其特征在于，在所述底面（312）上分布有多圈所述第一滾珠（321），各圈中對應的所述第一滾珠（321）徑向錯位在所述底面（312）上呈交錯狀分布，在周向相鄰的所述第一滾珠（321）之間形成彎槽，所述彎槽構(gòu)成拋光液通道，用于引導拋光液通過。

12.如權(quán)利要求1所述的保持環(huán)，其特征在于，在所述底面（312）上分布有多圈所述第一滾珠（321），并且各圈所述第一滾珠（321）分別分組，每個分組（33）中具有相同數(shù)量的所述第一滾珠（321），各分組（33）中對應所述第一滾珠（321）沿徑向?qū)R，在周向相鄰的各分組（33）之間形成徑向直槽，所述直槽構(gòu)成拋光液通道，用于引導拋光液通過。

13.如權(quán)利要求1所述的保持環(huán)，其特征在于，在所述底面（312）上分布有多圈所述第一滾珠（321），并且各圈所述第一滾珠（321）分別分組，每個分組（33）中具有相同數(shù)量的所述第一滾珠（321），各分組（33）中對應的所述第一滾珠（321）在徑向上依次順時針錯位或者依次逆時針錯位，在周向相鄰的各分組（33）之間形成斜槽，所述斜槽構(gòu)成拋光液通道，用于引導拋光液通過。

14.如權(quán)利要求13所述的保持環(huán)，其特征在于，所述斜槽相對于其內(nèi)端所在的徑向呈20度至60度傾斜。

15.?如權(quán)利要求8至9中任一項所述的保持環(huán)，其特征在于，

16.一種用于晶圓加工的承載頭（10），其特征在于，所述承載頭（10）具有如前述權(quán)利要求1至15中任一項所述的化學機械拋光用保持環(huán)。

17.一種化學機械拋光設備，其特征在于，所述拋光設備具有如前述權(quán)利要求16所述的用于晶圓加工的承載頭（10）。

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及化學機械拋光用保持環(huán)、用于晶圓加工的承載頭及化學機械拋光設備。所述保持環(huán)具有環(huán)狀基體，所述環(huán)狀基體具有頂面和與所述頂面相背的底面，所述頂面適于安裝在承載頭上，并且，在所述底面上分布有多個萬向的第一滾珠，所述第一滾珠能夠沿各個方向自由滾動并且適于與拋光墊滾動接觸。本申請的化學機械拋光用保持環(huán)通過在底面設置第一滾珠，減少了保持環(huán)與拋光墊之間的摩擦力，顯著降低了保持環(huán)的磨損速度，從而延長其使用壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：孟松林,程子政,溫世乾,張洪蛟,趙德文
受保護的技術(shù)使用者：華海清科股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19