本實用新型涉及一種半導體制造設備，特別是涉及一種卡環結構件以及化學機械研磨裝置。

背景技術：

化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)技術在半導體器件制造過程中廣泛使用，CMP也稱為化學機械平坦化(Chemical Mechanical Planarization)，CMP是一個復雜的工藝過程，其基本原理是，利用混有極小顆粒的化學溶液與加工表面發生化學反應來改變表面的化學鍵，生成容易以機械方式去除的產物，再通過機械摩擦去除化學反應物來獲得超光滑無損傷的平坦表面。業界，通常采用化學機械研磨設備，也稱為研磨機臺或拋光機臺來進行化學機械研磨工藝。

請參閱圖1和圖2所示，在現有CMP裝置中，研磨頭用于固定晶片，以起到機械作用，在上述研磨頭中設置有卡環結構件1，且這種卡環結構件1用于固定所夾持的晶片的原位。所述卡環結構件1包括第一卡環11和第二卡環12，且在所述第一卡環11上均勻分布有數個溝槽110，在CMP工藝中上述溝槽110的角落很容易聚集一些研磨的副產物，這樣會降低研磨液和化學用品的利用率，導致晶圓表面出現擦傷等缺陷，影響晶圓品質；同時也會導致研磨墊的金屬損失和腐蝕等問題，影響研磨墊的使用壽命，降低生產產量，增加生產成本。

因此，針對上述技術問題，有必要對現有卡環結構件進行改進，提供一種新的卡環結構件以及化學機械研磨裝置。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是減少化學機械研磨裝置中副產物的殘留，從而提高研磨液和化學用品的利用率，改善晶圓表面外觀，延長研磨墊的使用壽命，提高生產產能，節約生產成本。

為解決上述技術問題，本實用新型提供的卡環結構件，用于一研磨頭上，所述卡環結構件包括：

第一卡環，所述第一卡環上設置有多個溝槽以及多個第一孔，所述溝槽位于所述第一卡環的下表面，并貫穿所述第一卡環的內、外壁，每一所述溝槽的頂壁上設置有一個第一孔，所述第一孔連通所述溝槽；

多個活塞；

制動機構，所述制動機構控制所述活塞在所述溝槽和所述第一孔內上下運動。

進一步的，所述第一孔貫穿所述溝槽的頂壁和所述第一卡環的上表面。

進一步的，所述卡環結構件還包括第二卡環，所述第二卡環位于所述第一卡環上方，所述第二卡環上設置有多個第二孔，每個所述第二孔與一個所述第一孔相導通。

進一步的，所述制動機構包括多個導氣管，每個所述導氣管連通一個所述第二孔，所述導氣管向所述第二孔吹氣或抽氣，控制所述活塞在所述溝槽和所述第一孔內上下運動。

進一步的，所述導氣管和所述第二孔通過一密封圈進行密封。

進一步的，所述制動機構還包括一送氣管，所述送氣管分別與多個所述導氣管導通。

進一步的，所述活塞的橫截面形狀與所述第一孔的橫截面形狀相同。

進一步的，所述第一孔的橫截面形狀為方形。

進一步的，所述第二孔的橫截面形狀為圓形。

根據本實用新型的另一面，本實用新型還提供一種包括所述卡環結構件的化學機械研磨裝置。

進一步的，所述化學機械研磨裝置還包括研磨平臺、研磨墊、漿料傳送裝置。

與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果：

本實用新型提供一所述卡環結構件，所述卡環結構件中包括所述溝槽、所述第一孔、所述活塞和所述制動機構，將所述卡環結構件應用于化學機械研磨裝置中，通過所述制動機構控制所述活塞在所述溝槽和所述第一孔內進行上下 運動，能夠減少或去除CMP工藝中現有溝槽內的研磨副產物，從而提高研磨液和化學用品的利用率，改善晶圓表面外觀，延長研磨墊的使用壽命，提高生產產能和節約生產成本。

附圖說明

圖1為現有化學機械研磨裝置中研磨頭的卡環結構件的基本結構示意圖；

圖2為現有化學機械研磨裝置中研磨頭的卡環結構件的剖面圖；

圖3為本實用新型一實施例中第一卡環和活塞的基本結構示意圖；

圖4為本實用新型一實施例中第一卡環、第二卡環和活塞的基本結構示意圖；

圖5為本實用新型一實施例中卡環結構件的剖面圖。

具體實施方式

下面將結合示意圖對本實用新型卡環結構件以及化學機械研磨裝置進行更詳細的描述，其中表示了本實用新型的優選實施例，應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的本實用新型，而仍然實現本實用新型的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛知道，而并不作為對本實用新型的限制。

在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本實用新型。根據下面說明和權利要求書，本實用新型的優點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本實用新型實施例的目的。

本實用新型的核心思想在于，本實用新型提供一卡環結構件，用于一研磨頭上，所述卡環結構件包括：

第一卡環，所述第一卡環上設置有多個溝槽以及多個第一孔，所述溝槽位于所述第一卡環的下表面，并貫穿所述第一卡環的內、外壁，每一所述溝槽的頂壁上設置有一個第一孔，所述第一孔連通所述溝槽；

多個活塞；

制動機構，所述制動機構控制所述活塞在所述溝槽和所述第一孔內上下運 動。

本實用新型還提供一種包括所述卡環結構件的化學機械研磨裝置。

本實用新型提供上述卡環結構件，所述卡環結構件中包括所述溝槽、所述第一孔、所述活塞和所述制動機構，將所述卡環結構件應用于化學機械研磨裝置中，通過所述制動機構控制所述活塞在所述溝槽和所述第一孔內進行上下運動，能夠減少或去除CMP工藝中現有溝槽內的研磨副產物，從而提高研磨液和化學用品的利用率，改善晶圓表面外觀，延長研磨墊的使用壽命，提高生產產能和節約生產成本。

以下列舉所述卡環結構件以及化學機械研磨裝置的實施例，以清楚說明本實用新型的內容，應當明確的是，本實用新型的內容并不限制于以下實施例，其他通過本領域普通技術人員的常規技術手段的改進亦在本實用新型的思想范圍之內。

請參閱圖3至圖5，本實用新型提供一卡環結構件2，用于研磨頭上，所述卡環結構件2包括：第一卡環21，所述第一卡環21上均勻設置有多個溝槽210以及多個第一孔211，所述溝槽210位于所述第一卡環21的下表面，并貫穿所述第一卡環21的內、外壁，每一所述溝槽210的頂壁上設置有一個第一孔211，所述第一孔211連通所述溝槽210，所述溝槽210的形狀不作限定，同樣的所述第一孔211的形狀也不作限定，一般的，如所述第一孔211的橫截面形狀可以為方形或圓形等。較佳的，本實施例中所述第一孔211貫穿所述溝槽210的頂壁和所述第一卡環21的上表面，便于本實施例后續制動機構的實現。

為了便于CMP工藝中副產物及時從所述溝槽210內排出，所述卡環結構件2中設置多個活塞22和一制動機構，每個所述溝槽210和一個所述第一孔210中設置一個所述活塞22，所述制動機構控制所述活塞22在所述溝槽210和所述第一孔211內上下運動，當所述活塞22向上運動時，所述溝槽210內可以有研磨液流動，當所述活塞22向下運動時，研磨漿從所述溝槽210內被擠出，同時副產物從所述溝槽210內排出。較佳的，從CMP工藝研磨晶圓表面外觀的角度考慮，所述活塞22的材質最好與所述第一卡環21的材質一樣，比如樹脂材料 的塑料等；為了保證所述活塞22能在所述溝槽210和所述第一孔211內上下靈活運動，所述活塞22的橫截面形狀與所述第一孔211的橫截面形狀相同。

本實施例中所述卡環結構件2還包括第二卡環23，所述第二卡環23位于所述第一卡環21上方，較佳的，所述第二卡環23上均勻設置有多個第二孔230，所述第二孔230與所述第一孔210相導通。所述制動機構包括多個導氣管24和一送氣管25，所述送氣管25分別與多個所述導氣管24導通，每個所述導氣管24連通一個所述第二孔230，所述導氣管24向所述第二孔230吹氣或抽氣，控制所述活塞22在所述溝槽210和所述第一孔211內上下運動。具體的，所述導氣管24和所述第二孔230通過一密封圈26進行密封，所述密封圈26可以防止漏氣或者多余液體的滲入。所述導氣管24也可以穿過所述密封圈26插入所述第二孔230中。

為了更好的實現由壓力控制所述活塞23的運動，所述活塞23的高度要略微高于所述溝槽210的高度。為了使所述活塞23的運動幅度可控，所述活塞23可采用常用的內嵌式或者外嵌式設置于所述溝槽210和所述第一孔211中(圖中示意圖省略)，這是本領域普通技術人員公知的，在此不作贅述。

另外，本實用新型還提供一種包括所述卡環結構件2的化學機械研磨裝置，進一步的，所述化學機械研磨裝置包括一上面鋪設研磨墊的研磨平臺、以及一漿料傳送裝置。

化學機械研磨裝置進行研磨工藝時，將要研磨的晶圓附著在研磨頭上，該晶圓的待研磨面向下并接觸相對旋轉的研磨墊，并將該晶圓緊壓到研磨墊上，研磨墊粘貼于研磨平臺上，當該研磨平臺在馬達的帶動下旋轉時，研磨頭也進行相應運動，研磨液通過漿料傳送裝置輸送到研磨墊上，并通離心力均勻地分布在研磨墊上。結合圖3至圖5，研磨頭上設置有一卡環結構件2，在上述研磨工藝開始時，所述卡環結構件2中的所述活塞22處于所述第一孔211的頂部，在研磨的過程中，通過所述送氣管25對所述導氣管24送入氣體，較佳的送入氣體的壓力約1.5～2磅/平方英寸，使所述活塞22從所述第一孔211的頂部向下作勻速運動，直至所述溝槽210的底部，通過這樣的一個過程，所述活塞22會將殘留在所述溝槽210的副產物擠壓出去，緊接著對所述送氣管25和所述導氣 管24進行抽壓，使所述活塞22從所述溝槽210的底部向上做勻速運動，直至回到所述第一孔211的頂部。較佳的，所述活塞22經過一個向下和向上運動的周期后，所述活塞22在所述第一孔211的頂部停留一定時間，如10秒、20秒等，然后再重復所述活塞22向下和向上勻速運動的動作。如此反復研磨以實現晶圓表面平滑化，同時通過所述制動機構的壓力控制所述活塞22的反復上下運動，以減少和去除所述溝槽210中殘留的副產物。

本實施例中所述制動機構是采用壓力控制所述活塞22的上下運動的，顯然，在其他實施例中，只要是能夠實現所述活塞22上下運動的制動機構都屬于本實用新型的精神和范圍，例如：連桿式等制動機構，這些制動機構都是本領域普通技術人員公知的，在此不作贅述。

綜上，本實用新型提供一卡環結構件2，所述卡環結構件2中包括所述溝槽210、所述第一孔211、所述活塞22和所述制動機構，將所述卡環結構件2應用于化學機械研磨裝置中，通過所述制動機構控制所述活塞22在所述溝槽210和所述第一孔211內進行上下運動，能夠減少或去除CMP工藝中現有溝槽內的研磨副產物，從而提高研磨液和化學用品的利用率，改善晶圓表面外觀，延長研磨墊的使用壽命，提高生產產能和節約生產成本。

顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權利要求及其等同技術的范圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。