CN203092329U

CN203092329U - 一种用于化学机械抛光的抛光头

Info

Publication number: CN203092329U
Application number: CN 201320071267
Authority: CN
Inventors: 熊世伟
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2023-02-07

Abstract

本实用新型提供一种用于化学机械抛光的抛光头，所述抛光头至少包括：多腔室隔膜、缓冲区和保持环；所述缓冲区环绕于所述多腔室隔膜周围，所述多腔室隔膜底部形成有用于容纳晶圆的凹槽；所述保持环环绕于所述缓冲区，通过对缓冲区施加横向压力将晶圆限定在凹槽内，所述保持环与抛光垫直接接触，抛光垫在接触处有形变；所述缓冲区将多腔室隔膜与保持环隔开，以便晶圆与抛光垫形变处之间具有一预设距离。本实用新型提供的抛光头通过在多腔室隔膜和保持环之间增加一缓冲区，避免抛光垫的形变影响晶圆边缘处研磨液的分布，从而保证了晶圆边缘处的抛光质量。

Description

一种用于化学机械抛光的抛光头

技术领域

本实用新型涉及半导体工艺领域，特别是涉及一种用于化学机械抛光的抛光头。

背景技术

在半导体工艺流程中，化学机械抛光（Chemical Mechanical Polishing，CMP）是非常重要的一道工序，有时也称之为化学机械平坦化（Chemical Mechanical Planarization，CMP）。所谓化学机械抛光，它是采用化学与机械综合作用从半导体硅片上去除多余材料，并使其获得平坦表面的工艺过程。具体来说，这种抛光方法通常是将待抛光的晶圆由抛光头夹持，并将其以一定压力压于一高速旋转的抛光垫上，并在包含有化学抛光剂和研磨颗粒的抛光浆料的作用下通过抛光垫与晶片的相互摩擦达到平坦化的目的。由此看来，在抛光过程中，抛光头起着夹持晶圆并对其背侧施加压力的作用，是实现晶圆表面平坦化的关键部件。

现有的用于化学机械抛光的抛光头，如图1所示，其至少包括一多腔室隔1A膜（Membrane）和一保持环3A（也可称固定环或定位环，Retaining ring），保持环3A围绕在多腔室隔膜1A周围且突出多腔室隔膜1A底部，保持环3A突出多腔室隔膜1A的部分与多腔室隔1A膜底部形成凹槽，该凹槽用于容纳晶圆5A，在抛光过程中，保持环3A将晶圆5A限定在抛光头内，可避免晶圆5A从抛光头底部滑出或因离心力被甩出。但是这种抛光头结构，其保持环3A会对抛光垫6A施加比较大的压力，使抛光垫发生形变，抛光垫6A发生形变则会导致晶圆5A边缘处的研磨液分布与其他区域不同，影响晶圆边缘的抛光质量。

因此，提供一种用于化学机械抛光的改进型抛光头是本领域技术人员需要解决的课题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种用于化学机械抛光的抛光头，用于解决现有技术中抛光垫的形变影响晶圆边缘处抛光质量的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种用于化学机械抛光的抛光头，所述抛光头至少包括：多腔室隔膜、缓冲区和保持环；所述缓冲区环绕于所述多腔室隔膜周围，所述多腔室隔膜底部形成有用于容纳晶圆的凹槽；所述保持环环绕于所述缓冲区，通过对缓冲区施加横向压力将晶圆限定在凹槽内，所述保持环与抛光垫直接接触，抛光垫在接触处形成形变；所述缓冲区将多腔室隔膜与保持环隔开，以便晶圆与抛光垫形变处之间具有一预设距离。

优选地，所述缓冲区与所述多腔室隔膜相连，且与多腔室隔膜为一体成型。

优选地，所述凹槽的形貌与晶圆边缘的形貌一致。

优选地，所述凹槽的深度小于晶圆的厚度，所述凹槽的深度为500~750μm。

优选地，所述缓冲区上设有嵌入保持环的卡板。

优选地，所述缓冲区顶部还设有用于固定缓冲区的连接件，所述连接件中设有用于连接的螺纹孔。

优选地，所述缓冲区与多腔室隔膜为相同的材料，为聚酯类高分子材料。

如上所述，本实用新型的用于化学机械抛光的抛光头，具有以下有益效果：本实用新型提供的抛光头通过在多腔室隔膜和保持环之间增加一缓冲区，使晶圆与抛光垫形变之间具有一预设距离，避免了抛光垫的形变影响晶圆边缘处研磨液的分布，从而保证了晶圆边缘处的抛光质量。

附图说明

图1显示为现有技术中的用于化学机械抛光的抛光头剖面示意图。

图2显示为现有技术中的抛光头中多腔室隔膜的俯视图。

图3显示为本实用新型的用于化学机械抛光的抛光头剖面示意图。

图4显示为本实用新型的具有卡板的缓冲区剖面示意图。

元件标号说明

1,1A 多腔室隔膜

11A 腔室

2 缓冲区

21 卡板

3,3A 保持环

4 连接件

41 螺纹孔

5,5A 晶圆

6,6A 抛光垫

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图3所示，本实用新型提供一种用于化学机械抛光的抛光头，所述抛光头至少包括多腔室隔膜1（Membrane）、缓冲区2（Buffer zone）和保持环3（Retaining ring）。

所述多腔室隔膜1呈圆盘状，在圆盘状平面上设置有多个同心环，多腔室隔膜1与抛光头中基座（未予以图示）的下表面形成多个相互独立的同心环腔室11A。对于200mm规格的晶圆5，同心环腔室11A优选为三个；对于300mm规格的晶圆5，同心环腔室11A优选为5个。本实施例是应用于300mm的晶圆5，选用的同心环腔室11A为5个，即五腔室隔膜，如图2所示。

所述缓冲区2环绕于所述多腔室隔膜1的周围，优选地，所述缓冲区2与所述多腔室隔膜1相连，相连的方式包括一体成型或其他连接方式。本实用新型中，所述缓冲区2与多腔室隔膜1为一体成型，使缓冲区2和多腔室隔膜1的制造更加方便。

其中，所述缓冲区2与多腔室隔膜1为相同的材料，为聚酯类高分子材料。需要说明的是，所抛光的晶圆5半径不同，需要用到的缓冲区2的硬度也不同，例如，抛光300mm晶圆所用到的缓冲区2要比200mm晶圆用到的缓冲区2的硬度大，这样才能更好地保证晶圆5抛光时不会滑出。缓冲区2高度和宽度的设计也以保证晶圆5不滑出且缓冲区2不与抛光垫6接触为准。

所述多腔室隔膜1底部形成用于容纳晶圆5的凹槽。优选地，所述缓冲区2与多腔室隔膜1的底部形成凹槽，所述凹槽的形貌与晶圆5边缘的形貌一致，以刚好能容纳晶5圆为最佳，这样可以避免在抛光过程中晶圆5与凹槽碰撞导致磨损。而且凹槽的深度小于晶圆5的厚度，所述凹槽深度为500~750μm，这样抛光垫6可以有效地抛光晶圆5但又不会磨损缓冲区2。所述多腔室隔膜1的圆盘状下表面与晶圆5未抛光一侧是直接接触的，通过多个相互独立的同心环腔室11对晶圆5施加压力，对不同腔室11施加不同的压力，进而能够对晶圆5的不同区域施加不同的压力，使晶圆5的抛光质量更加符合工艺的要求。

所述保持环3环绕于所述缓冲区2，通过对缓冲区2施加横向压力将晶圆5限定在凹槽内，使晶圆5不容易滑出。进一步地，所述缓冲区2顶部还设有连接件4，用于固定缓冲区2，防止向下加压时缓冲区2底部与抛光垫6接触造成抛光垫6的形变。本实施例中，所述连接件4中设有用于连接螺纹孔41，优选地，螺纹孔为四个，缓冲区2采用螺钉连接方式与其他部件相连。更进一步地，所述缓冲区2上设有嵌入保持环3的卡板21，如图4所示，当有自上而下的压力施加在缓冲区2上时，因为有嵌入保持环3的卡板21的反向作用，即使所施加的压力比较大，缓冲区2的底部也不会和抛光垫6接触而引起抛光垫6形变。而抛光头中所述的保持环3底部是突出于缓冲区2的，因此保持环3与抛光垫6是直接接触。保持环3的作用是使抛光垫6上的研磨液分布均匀，另一方面它也会使抛光6在接触处会发生形变，如果晶圆5边缘与抛光垫6形变处离的很近，则会影响晶圆5边缘的抛光情况，如图1所示的传统抛光头。本实用新型中所述缓冲区2将多腔室隔膜1与保持环3隔开，使晶圆5与抛光垫6形变处之间具有一预设距离，这一预设距离的存在可使抛光垫6的形变不会影响到晶圆5边缘的抛光。

需要说明的是，化学机械抛光工艺用的抛光头，除了包括上述的多腔室隔膜1、缓冲区2和保持环3以外，还应包括基底、上盖及动力杆等部件，但这些部件都是本领域技术人员所熟知的，在此不再一一赘述。

综上所述，本实用新型提供的用于化学机械抛光的抛光头，通过在多腔室隔膜和保持环之间增加一缓冲区，避免抛光垫的形变影响晶圆边缘处研磨液的分布，从而保证了晶圆边缘处的抛光质量。

所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种用于化学机械抛光的抛光头，其特征在于，所述抛光头至少包括：多腔室隔膜、缓冲区和保持环；

所述缓冲区环绕于所述多腔室隔膜周围，所述多腔室隔膜底部形成有用于容纳晶圆的凹槽；

所述保持环环绕于所述缓冲区，通过对缓冲区施加横向压力将晶圆限定在凹槽内，所述保持环与抛光垫直接接触，抛光垫在接触处有形变；

所述缓冲区将多腔室隔膜与保持环隔开，以便晶圆与抛光垫形变处之间具有一预设距离。

2.根据权利要求1所述的用于化学机械抛光的抛光头，其特征在于：所述缓冲区与所述多腔室隔膜相连，且与多腔室隔膜为一体成型。

3.根据权利要求1所述的用于化学机械抛光的抛光头，其特征在于：所述凹槽的形貌与晶圆边缘的形貌一致。

4.根据权利要求3所述的用于化学机械抛光的抛光头，其特征在于：所述凹槽的深度小于晶圆的厚度，所述凹槽的深度为500~750μm。

5.根据权利要求1所述的用于化学机械抛光的抛光头，其特征在于：所述缓冲区上设有嵌入保持环的卡板。

6.根据权利要求1所述的用于化学机械抛光的抛光头，其特征在于：所述缓冲区顶部还设有用于固定缓冲区的连接件，所述连接件中设有用于连接的螺纹孔。

7.根据权利要求1所述的用于化学机械抛光的抛光头，其特征在于：所述缓冲区与多腔室隔膜为相同的材料，为聚酯类高分子材料。