CN207027220U - 一种用于化学机械抛光的抛光头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于化学机械抛光的抛光头，通过对位于抛光头最外围第五腔室的气路设计进行改进，将其气路一分为四进行腔室供气，并通过设置缓冲腔室对进入第五腔室之前的气体进行均匀化处理，因此可提供更稳定和均匀的供气压力，从而可以获得更为均匀和稳定的抛光压力和抛光速率，实现对抛光速率非均匀性(NU)的进一步降低。

Description

一种用于化学机械抛光的抛光头

技术领域

本实用新型涉及化学机械抛光技术领域，更具体地，涉及一种用于化学机械抛光的抛光头。

背景技术

随着集成电路制造的发展，化学机械抛光工艺的重要性也日趋显现出来。技术节点的微缩使得化学机械抛光工艺中的抛光均匀性变得越来越重要，其中抛光压力的稳定对抛光速率的均匀性有着直接的影响。

目前，常见的适用于12英寸硅片抛光的抛光头被设计成内部具有由内到外五个腔室的结构，这是因为通过不同的供气源向五个腔室供气，可分别独立控制由中心点至硅片边缘每个腔室所在环形区域的压力，从而可以很高地控制硅片的抛光速率非均匀性(NU，NU＝标准方差/均值)。一般认为，单腔抛光头的抛光速率非均匀性在6％以下；而该多腔室设计可以使得抛光速率非均匀性达到4％以下，这是单腔的抛光头所达不到的。

请参阅图1和图2，图1是现有的一种用于化学机械抛光的抛光头外形结构示意图；图2是图1中抛光头的结构剖视图。如图1和图2所示，抛光头上设有第一供气平台至第五供气平台101、201、301、401和501，其中，第一供气平台101为对应位于抛光头内部中心位置的第一腔室104的供气平台，位置位于抛光头表面的正中心，其他第二供气平台至第五供气平台201、 301、401和501位于第一供气平台101以外的等半径处，并分别对应抛光头内部的第二腔室至第五腔室204、304、404、504。第二腔室至第五腔室由内而外环绕第一腔室104设置，形成四个环形腔室。

以上述位于抛光头中心位置的第一腔室104和位于最外围位置的第五腔室504为例，第一腔室104的供气气路包括位于第一供气平台101底面上的第一供气口102，第一供气管103和第一腔室104；第五腔室504的供气气路包括位于第五供气平台501底面上的第五供气口502，第五供气管503和第五腔室504，因此，上述第一腔室104和第五腔室504都为单气路供气结构。

由于上述第一供气平台至第五供气平台中每个都只存在一个气路供气口，所以这种单气路供气方式对于第五腔室来说，因其周长最长、面积最小，因而存在送气不均匀的问题。

随着工艺对抛光速率非均匀性的要求变得越来越严(例如要求NU达到 2％以下)，上述这种多腔室抛光头因在供气气路设计上采用的单管单腔的设计理念，使得其环形腔室会因气路输送的远近，导致靠近气路输入点区域的抛光压力要大于远离气路输入点的最远区域的抛光压力，从而造成抛光速率非均匀性达不到要求。

当单管单腔的设计理念体现在现有抛光头上存在五个供气平台的结构时，例如上述抛光头的第一供气平台至第五供气平台，其中一个在中部，其余四个分布在等半径的位置。这样，位于外围的环形腔室、特别是位于最外圈的第五腔室，因其面积最小且气路输送距离最远，从而对抛光速率非均匀性的影响最大。

因此，亟需一种新的用于化学机械抛光的抛光头气路设计，来达到日益苛刻的抛光速率非均匀性要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种用于化学机械抛光的抛光头，可获得更为均匀和稳定的抛光压力和抛光速率，以进一步降低抛光速率非均匀性(NU)。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种用于化学机械抛光的抛光头，包括：

第一腔室至第五腔室，设于抛光头内部，其中，第一腔室位于中心位置，第二腔室至第五腔室依次环绕第一腔室设置；

第一供气平台至第五供气平台，设于抛光头上表面，其中，第一供气平台位于中心位置，第二供气平台至第五供气平台位于第一供气平台周围对称设置；

第一供气口至第四供气口，分设于第一供气平台至第四供气平台上，并对应连接至第一腔室至第四腔室；

环状缓冲腔室，对应设于第五腔室上方位置，沿所述缓冲腔室圆周对称设有第一进气孔至第四进气孔和第一出气孔至第四出气孔，所述第一出气孔至第四出气孔分别连接至第五腔室；

第五供气口至第八供气口，对称分设于第二供气平台至第五供气平台上，所述第五供气口至第八供气口分别对应连接至所述缓冲腔室的第一进气孔至第四进气孔。

优选地，所述第一供气平台至第五供气平台为设于抛光头上表面的凹槽结构。

优选地，所述第一供气口至第四供气口分设于第一供气平台至第四供气平台的凹槽底面上。

优选地，所述第五供气口至第八供气口对称分设于第二供气平台至第五供气平台的凹槽侧面上。

优选地，所述第一供气口至第四供气口分别通过第一供气管至第四供气管对应连接第一腔室至第四腔室。

优选地，所述第五供气口至第八供气口分别通过第五供气管至第八供气管对应连接所述缓冲腔室的第一进气孔至第四进气孔。

优选地，所述第一进气孔至第四进气孔和第一出气孔至第四出气孔沿所述缓冲腔室圆周交错设置。

优选地，任意一个进气孔位于其相邻两个出气孔的中间位置。

优选地，所述缓冲腔室的第一出气孔至第四出气孔分别通过第一出气管至第四出气管连接第五腔室。

优选地，所述第一供气口至第四供气口分别连接至第一供气源至第四供气源；所述第五供气口、第六供气口分别连接至第一三通接头的两个出口，所述第七供气口、第八供气口分别连接至第二三通接头的两个出口，所述第一三通接头、第二三通接头的进口分别连接至第三三通接头的两个出口，所述第三三通接头的进口连接至第五供气源。

从上述技术方案可以看出，本实用新型通过对位于抛光头最外围第五腔室的气路设计进行改进，将其气路一分为四进行腔室供气，并通过设置缓冲腔室对进入第五腔室之前的气体进行均匀化处理，因此可提供更稳定和均匀的供气压力，从而可以获得更为均匀和稳定的抛光压力和抛光速率，实现对抛光速率非均匀性(NU)的进一步降低。

附图说明

图1是现有的一种用于化学机械抛光的抛光头外形结构示意图；

图2是图1中抛光头的结构剖视图；

图3是本实用新型一较佳实施例的一种用于化学机械抛光的抛光头结构剖视图；

图4是本实用新型一较佳实施例的一种用于化学机械抛光的抛光头外形结构示意图；

图5是图3中缓冲腔室的结构俯视图；

图6是图3中缓冲腔室的结构仰视图；

图7是图3中第五腔室的供气气路一分为四时的分配状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本实用新型的实施方式时，为了清楚地表示本实用新型的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本实用新型的限定来加以理解。

在以下本实用新型的具体实施方式中，请参阅图3和图4，图3是本实用新型一较佳实施例的一种用于化学机械抛光的抛光头结构剖视图，图4是本实用新型一较佳实施例的一种用于化学机械抛光的抛光头外形结构示意图。如图3和图4所示，本实用新型的一种用于化学机械抛光的抛光头，包括第一腔室至第五腔室104、204、304、404、504，第一供气平台至第五供气平台101、201、301、401、501，缓冲腔室505等几个主要部分。

请参阅图3和图4。第一腔室至第五腔室104、204、304、404、504设于抛光头内部；其中，第一腔室104位于抛光头内部的中心位置，第二腔室至第五腔室204、304、404、504为环状腔室，并由内向外依次环绕第一腔室 104设置。

第一供气平台至第五供气平台101、201、301、401、501设于抛光头上表面；其中，第一供气平台101位于抛光头表面的中心位置，第二供气平台至第五供气平台201、301、401、501可位于第一供气平台101周围的等半径位置，并对称设置。所述第一供气平台至第五供气平台可采用设于抛光头上表面的凹槽结构。

在所述第一供气平台至第四供气平台101、201、301、401上分别对应设有第一供气口至第四供气口102、202、302、402，并通过第一供气口至第四供气口102、202、302、402对应连接至第一腔室至第四腔室104、204、 304、404。所述第一供气口至第四供气口可分设于第一供气平台至第四供气平台的凹槽底面上。并且，所述第一供气口至第四供气口可分别通过第一供气管至第四供气管(图示为第一供气管、第二供气管103、203)对应连接第一腔室至第四腔室。

请参阅图3、图5和图6。缓冲腔室505为环状，对应设于第五腔室504 上方的位置。沿所述缓冲腔室505圆周对称设有第一进气孔至第四进气孔 5051和第一出气孔至第四出气孔5052，例如，所述第一进气孔至第四进气孔可设于缓冲腔室的顶部、所述第一出气孔至第四出气孔可设于缓冲腔室的底部。为了避免供气气流直接通过进气孔、出气孔进入第五腔室，可将所述第一进气孔至第四进气孔5051和第一出气孔至第四出气孔5052沿所述缓冲腔室505圆周交错进行设置；并且，可将任意一个进气孔设置在位于其相邻两个出气孔的中间位置，也就是使得所述进气孔和出气孔以环状缓冲腔室中心为顶点互相成45度角设置，以便更均匀地供气。通过设置缓冲腔室对进入第五腔室之前的气体进行均匀化处理，可提供更稳定和均匀的供气压力，并可获得更为均匀和稳定的抛光压力和抛光速率。

所述缓冲腔室505的第一出气孔至第四出气孔5052可分别通过第一出气管至第四出气管(图示为第四出气管5064)连接第五腔室504。

在所述第二供气平台至第五供气平台201、301、401、501上还设有第五供气口至第八供气口5021-5024，并可将所述第五供气口至第八供气口对称分设于第二供气平台至第五供气平台的凹槽侧面上，以减少凹槽的使用面积且不影响其他腔室的供气气路。所述第五供气口至第八供气口5021-5024 可分别通过第五供气管至第八供气管(图示为第五供气管5031)对应连接所述缓冲腔室的第一进气孔至第四进气孔5051，从而使气体可从四个进气孔均匀进入缓冲腔室505。

以第五腔室的供气气路为例，第五腔室504的供气气路依次包括位于第二供气平台至第五供气平台201-501上的第五供气口至第八供气口 5021-5024，第五供气管至第八供气管(图示为第五供气管5031)，第一进气孔至第四进气孔5051，缓冲腔室505，第一出气孔至第四出气孔5052，第一出气管至第四出气管(图示为第四出气管5064)，以及第五腔室504。因此，本实用新型的第五腔室采用的是具有四个气路的供气结构，使得气体可同时进入抛光头腔室的各部分，从而使得抛光压力更加均匀。

请参阅图7，其显示本实用新型第五腔室所采用的一分四供气气路结构。可采用三个T型三通接头，通过气管与接头的连接方式，将第五腔室连接供气源的供气气路分成四路，并分别连接第二供气平台至第五供气平台侧壁上第五供气口至第八供气口的气管接头，以分为四路向抛光头中的第五腔室均匀供气。其中，可将所述第一供气口至第四供气口维持现状结构，并分别通过气管与接头连接至第一供气源至第四供气源，以分别向第一腔室至第四腔室供气进行压力单独控制(图略)；可将所述第五供气口、第六供气口分别通过气管连接至三个T型三通接头中第一三通接头的两个出口，将所述第七供气口、第八供气口分别通过气管连接至第二三通接头的两个出口，再将所述第一三通接头、第二三通接头的进口分别通过气管连接至第三三通接头的两个出口，最后将所述第三三通接头的进口通过气管连接至第五供气源；第五供气源可通过第三三通接头、第一三通接头、第二三通接头向第五供气口至第八供气口均匀供气，从而可保证第五腔室整个环形底面压力的高度一致。各接头采用一般的气管接头即可。

还可采用其他可接受的气路连接方式，或将气路一分为更多气路，或对其他腔室采用与第五腔室同样的多路供气方式。比如，可将上述一分四的气路换成一分六、一分八；将第四腔室也进行类似的气路优化等。

在以上实施例中所提供的化学机械抛光头第五腔室的气路设计，使得该腔室的气路供应更具实时性和均匀性，由此，使得抛光的均匀性得到进一步的提高，进一步提高了产品的性能。

综上所述，本实用新型通过对位于抛光头最外围第五腔室的气路设计进行改进，将其气路一分为四进行腔室供气，并通过设置缓冲腔室对进入第五腔室之前的气体进行均匀化处理，因此可提供更稳定和均匀的供气压力，并可获得更为均匀和稳定的抛光压力和抛光速率，从而解决了现有技术中因单管单腔的设计，使得环形腔室会因气路输送远近，导致靠近气路输入点区域的抛光压力要大于远离气路输入点的最远区域的抛光压力，而造成抛光速率非均匀性(NU)不能进一步降低的问题，并因此实现了对抛光速率非均匀性(NU)的进一步降低。

以上所述的仅为本实用新型的优选实施例，所述实施例并非用以限制本实用新型的专利保护范围，因此凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于化学机械抛光的抛光头，其特征在于，包括：

第一腔室至第五腔室，设于抛光头内部，其中，第一腔室位于中心位置，第二腔室至第五腔室依次环绕第一腔室设置；

第一供气平台至第五供气平台，设于抛光头上表面，其中，第一供气平台位于中心位置，第二供气平台至第五供气平台位于第一供气平台周围对称设置；

第一供气口至第四供气口，分设于第一供气平台至第四供气平台上，并对应连接至第一腔室至第四腔室；

环状缓冲腔室，对应设于第五腔室上方位置，沿所述缓冲腔室圆周对称设有第一进气孔至第四进气孔和第一出气孔至第四出气孔，所述第一出气孔至第四出气孔分别连接至第五腔室；

第五供气口至第八供气口，对称分设于第二供气平台至第五供气平台上，所述第五供气口至第八供气口分别对应连接至所述缓冲腔室的第一进气孔至第四进气孔。

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，所述第一供气平台至第五供气平台为设于抛光头上表面的凹槽结构。

3.根据权利要求2所述的用于化学机械抛光的抛光头，其特征在于，所述第一供气口至第四供气口分设于第一供气平台至第四供气平台的凹槽底面上。

4.根据权利要求2所述的用于化学机械抛光的抛光头，其特征在于，所述第五供气口至第八供气口对称分设于第二供气平台至第五供气平台的凹槽侧面上。

5.根据权利要求1或3所述的用于化学机械抛光的抛光头，其特征在于，所述第一供气口至第四供气口分别通过第一供气管至第四供气管对应连接第一腔室至第四腔室。

6.根据权利要求1或4所述的用于化学机械抛光的抛光头，其特征在于，所述第五供气口至第八供气口分别通过第五供气管至第八供气管对应连接所述缓冲腔室的第一进气孔至第四进气孔。

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，所述第一进气孔至第四进气孔和第一出气孔至第四出气孔沿所述缓冲腔室圆周交错设置。

8.根据权利要求1或7所述的用于化学机械抛光的抛光头，其特征在于，任意一个进气孔位于其相邻两个出气孔的中间位置。

9.根据权利要求1或7所述的用于化学机械抛光的抛光头，其特征在于，所述缓冲腔室的第一出气孔至第四出气孔分别通过第一出气管至第四出气管连接第五腔室。

10.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，所述第一供气口至第四供气口分别连接至第一供气源至第四供气源；所述第五供气口、第六供气口分别连接至第一三通接头的两个出口，所述第七供气口、第八供气口分别连接至第二三通接头的两个出口，所述第一三通接头、第二三通接头的进口分别连接至第三三通接头的两个出口，所述第三三通接头的进口连接至第五供气源。