CMP设备里的研磨头是化学机械抛光技术中的关键部件：
结构组成
• 晶圆载体：用于固定和承载晶圆，其设计要保证与晶圆表面良好接触且避免损伤，通常有真空吸附或机械夹紧等固定方式.
• 压力控制系统：能精确控制研磨头对晶圆表面施加的压力，一般具有高精度传感器和反馈机制，可实时调整压力，确保整个晶圆表面受到均匀压力，以实现均匀研磨.
• 旋转驱动系统：使研磨头能够在晶圆表面旋转，与研磨垫协同工作，其旋转速度需精确控制，保证研磨效果和工艺稳定性.
工作原理
研磨头将晶圆压在旋转的研磨垫上，研磨液输送到研磨垫和晶圆表面间。
研磨头旋转和施压，使晶圆表面材料在化学腐蚀与机械摩擦联合作用下被去除，达到平坦化效果，其中研磨头的压力和转速等参数会根据不同的晶圆材料、工艺要求等进行精确调整.
重要作用
研磨头性能直接影响晶圆平坦化质量，进而影响半导体器件性能和良率。
在半导体技术节点不断缩小的背景下，对其精度、稳定性和均匀性要求越来越高，例如在先进逻辑芯片和存储芯片制造中，晶圆表面平整度需控制在纳米级精度范围内.
一、研磨头的操作与结构设计
1. 操作方式
• 带有研磨头的机械手臂能够依据制程需求，对晶片进行抓取、卸载或移动至研磨台进行抛光操作。
2. 多研磨头设计
• 为了提高产量，很多厂商采用多个研磨头的设计。
3. 晶片固定与暴露设计
• 晶片在研磨头中的固定方式使得仅有部分晶片高于研磨头暴露在外，便于后续研磨操作。
4. 固定环设计
• 研磨头中的固定环（Retainer Ring）高度可通过垫片调节，确保晶片裸露出合适高度，防止在抛光过程中掉片。
5. 弹性高分子垫片
• 研磨头内包含弹性高分子垫片（Back Film），可起到吸附作用。
二、压力控制与研磨均匀度
1. 压力室的作用
• 压力室在抛光过程中对晶片施加压力，以此提高研磨效率。
2. 压力不均问题
• 由于晶片与弹性研磨垫接触，且研磨浆料从外侧供给等因素，晶片中央与边缘所受压力不同，导致薄膜去除率出现差异，压力越大这种差异越明显。
3. 压力均匀化措施
• 背压和固定环调整：通过背压（Back Pressure）或固定环的调整来实现更均匀的压力分布，从而达到全面研磨的目的。
• 气囊设计：
• A区气囊：通过气量控制，能够对整片晶片均匀施力。
• B区气囊：可对8 - 9成晶片均匀施力。
• C区气囊：通过气量控制推动外环盘顺推晶片。
• R区：主要通过气囊给予压力框住晶片，防止晶片滑出。这种设计能够更精确地微调压力，获得更均匀的压力分布，进而提高研磨均匀度。
4. 晶片边缘研磨均匀性控制
• 在研磨过程中，由于晶片边缘与研磨垫接触不连续，导致晶片边缘薄膜移除率难以控制。可以通过对固定环施加额外压力来增强对晶片边缘研磨均匀性的控制。
