CMP设备的内外压力平衡结构制造技术

本发明专利技术公开了一种CMP设备的内外压力平衡结构，在所述的研磨腔室的顶部安装FFU，所述研磨腔室采用两层门板，内外形成夹层作为高气压区；从顶部FFU通过一块第一斜板与门板内层相接，研磨腔室排气管道中加装压缩空气喷头，高压气流从顶部沿门板夹层通道向下通过压缩空气喷头喷出；排气管道还具有一通道与研磨腔室内部环境相连，所述排气管道出口下方具有一第二斜板；第一斜板下方具有水帘，水从水帘喷出并沿着研磨腔室门板内壁流下并被收集引入到排气管道以及气液分离装置。所述第二斜板的背面处具有空气导管，经排气管道排出的气流通过空气导管排出，水沿第二斜板流下落入排水管道并被排出。并被排出。并被排出。

【技术实现步骤摘要】
CMP设备的内外压力平衡结构
[0001]

[0002]本专利技术涉及半导体器件制造领域，特别是指一种CMP设备的内外压力平衡结构。

技术介绍

[0003]随着半导体工艺的飞速发展，电子器件尺寸缩小，要求晶圆表面平整度达到纳米级，传统的平坦化技术仅能实现局部平坦化，当最小特征尺寸达到0.25μ m 以下时，必须进行全局平坦化。常见的传统平面化技术很多。如热流法、旋转玻璃法、回蚀法、电子环绕共振法、选择淀积、低压CVD、等离子增强 CVD、淀积
‑
腐蚀
‑
淀积法等。但它们都属于局部平面化工艺，不能做到全局平面化。90 年代兴起的化学机械抛光技术（CMP）则从加工性能和速度上同时满足硅片图形 加工的要求，其也是目前唯一可以实现全局平坦化的技术。
[0004]CMP 就是用化学腐蚀和机械力对加工过程中的硅晶圆或其它衬底材料进行 平滑处理。CMP的工作原理是将硅片固定在抛光头的最下面，将抛光垫放置在研磨盘上，抛光时，旋转的抛光头以一定的压力压在旋转的抛光垫上，由亚微米或纳米磨粒和化学溶 液组成的研磨液在硅片表面和抛光垫之间流动，然后研磨液在抛光垫的传输和离心力的作用下，均匀分布其上，在硅片和抛光垫之间形成一层研磨液液体薄膜。研磨液中的化学成分与硅片表面材料产生化学反应，将不溶的物质转化为易溶物质，或者将硬度高的物质进行软化，然后通过磨粒的微机械摩擦作用将这些化学 反应物从硅片表面去除，溶入流动的液体中带走，即在化学去膜和机械去膜的交 替过程中实现平坦化的目的。其反应分为两个过程：化学过程：研磨液中的化学品和硅片表面发生化学反应，生成比较容易去除 的物质；物理过程：研磨液中的磨粒和硅片表面材料发生机械物理摩擦，去除化学反 应生成的物质。
[0005]CMP设备抛光腔室内环境颗粒物杂质数量很高，为了减少其对外部环境的影响，业内抛光腔室腔体部分采用负压，且抛光腔室部分不采用完全密封，十字转架上方及门板处留有一定缝隙，从而起到从外界补充清洁空气的作用。然而一旦外部环境变差，环境中的颗粒直接进入设备内部，造成脱机和在线缺陷。
[0006]某些厂房的CMP主机台分布在支持区，支持区高架地板下无华夫孔，空气自洁循环相对较差，外界施工及人员扰动产生的颗粒来不及沉降，游动到门板附近会被吸入设备内部，已多次造成因外界施工引起的产品划伤的案例。比如某一STI CMP站点在线划伤缺陷偏高，且划伤缺陷高发时间点与CMP区域的建筑施工作业相对应。
[0007]CMP设备的抛光腔室内部空气流动性相对较差，研磨产生的各种颗粒杂质会在设备内部长时间悬浮，沉积在设备内壁及十字转架底部盖板等运动部件表面，颗粒杂质积聚、结晶、长大，然后随设备运行产生的震动而松脱，掉落在研磨台上，造成晶圆划伤。
[0008]颗粒杂质来源分析：如图1所示，抛光腔室内部空气中悬浮的研磨副产物在排出过程中，排气过程也会将一部分外界颗粒杂质吸入机台内部，其中的绝大多数颗粒杂质会直接从排气过程排走,但当十字转架快速旋转时，会形成乱涡流，导致本应排出的颗粒杂质落
在研磨盘上，造成晶圆产品划伤。
[0009]减弱抛光腔室排气压力；晶圆划伤有增加趋势。
[0010]分析原因：减少排气压后，研磨副产物不能有效排除，积聚结晶，造成划伤。
[0011]增强抛光腔室排气压力同样有增加趋势。
[0012]分析原因：增加了内外环境压力差，颗粒杂质进入抛光腔室的速度增加，更容易受到扰流作用落在晶圆上。

技术实现思路

[0013]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种CMP设备的内外压力平衡结构，能减少CMP设备研磨腔室内外侧的压力差，减少外界颗粒杂质进入研磨腔室内部造成污染。
[0014]为解决上述问题，本专利技术所述的CMP设备的内外压力平衡结构，针对CMP的研磨腔室，在所述的研磨腔室的顶部安装工业用空气净化器FFU，对进入研磨腔室的空气进行过滤。
[0015]所述研磨腔室采用两层门板，内外形成夹层，从顶部工业用空气净化器FFU通过一块第一斜板与门板内层相接，将顶部流过工业用空气净化器FFU的部分气流引入两层门板之间的夹层通道，所述两层门板之间的夹层通道作为高气压区。
[0016]研磨腔室排气管道中加装压缩空气喷头，所述排气管道位于门板夹层的下方，高压气流从顶部沿门板夹层通道向下通过压缩空气喷头喷出。
[0017]所述研磨腔室排气管道还具有一通道与研磨腔室内部环境相连，所述压缩空气喷头伸出长度突出于排气管道出口，向下喷出高压空气。
[0018]所述排气管道出口下方具有一第二斜板，所述第二斜板从排气管道壁向压缩空气喷头倾斜，压缩空气喷头喷出的高压空气打在第二斜板的正面然后向下方。
[0019]所述第一斜板下方具有水帘，水从水帘喷出并沿着研磨腔室门板内壁流下并被收集引入到排气管道中，向下流到第二斜板的正面并被压缩空气喷头喷出的高压空气冲入下方的气液分离装置。
[0020]所述气液分离装置位于排气管道出口下方，所述第二斜板的背面处具有空气导管，经排气管道排出的气流通过空气导管排出。
[0021]所述第二斜板的下方的气液分离装置还具有排水管道，水沿第二斜板流下落入排水管道并被排出。
[0022]进一步的改进是，所述的在研磨腔室的内部还安装有气压感应装置，用于监测研磨腔室内部气压。
[0023]进一步的改进是，所述FFU能加快研磨腔室内部的环境净化速度，减少研磨水雾悬浮现象,平衡内外压差，减少外部环境颗粒杂质射入速度。
[0024]进一步的改进是，所述的第一斜板使两层门板之间的夹层通道区域的压力大于研磨腔室内部，保证研磨腔室内部区域的空气完全为净化空气；即便两层门板中的外层门板密封处泄露，也不会导致外部环境对内部环境的污染。
[0025]进一步的改进是，所述研磨腔室采用气液分离模式，水帘的排水直接从此处排走，水帘水流经过的区域，带走门板上所能聚集的研磨副产物，形成的水墙也起到隔离外部可能进入设备的颗粒杂质。
[0026]进一步的改进是，所述压缩空气喷头能与FFU联动，当研磨腔室部分的气压等于或大于有水帘影响的湿区的气压时FFU转速减弱，同时压缩空气喷头喷压缩空气；在伯努利效应下，由于压缩空气喷头长度突出于排气管道出口，从压缩空气喷头两侧带走排气管道更多空气，能及时降低研磨腔室内部的气压。
[0027]进一步的改进是，在压缩空气喷头区域形成风墙，即使外部环境的颗粒杂质进入内层也直接被风墙阻隔、带走，不会影响内部的研磨工作区域。
[0028]本专利技术还提供一种CMP设备的内外压力平衡结构，所述的结构为一集风箱；所述的集风箱包含：一箱体，所述箱体的顶部具有一空气接头，外部进气管道与空气接头对接，从外界接入新鲜空气引入下箱体内。
[0029]所述空气接头下方的箱体的上部具有FFU，外界新鲜空气首先通过FFU过滤之后形成干净的空气进入到箱体内部。
[0030]所述箱体的各个侧壁下部具有多个排气孔，形成多个排气接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CMP设备的内外压力平衡结构，其特征在于：针对CMP的研磨腔室，在所述的研磨腔室的顶部安装工业用空气净化器，对进入研磨腔室的空气进行过滤；所述研磨腔室采用两层门板，内外形成夹层，从顶部工业用空气净化器通过一块第一斜板与门板内层相接，将顶部流过工业用空气净化器的部分气流引入两层门板之间的夹层通道，所述两层门板之间的夹层通道作为高气压区；研磨腔室排气管道中加装压缩空气喷头，所述排气管道位于门板夹层的下方，高压气流从顶部沿门板夹层通道向下通过压缩空气喷头喷出；所述研磨腔室排气管道还具有一通道与研磨腔室内部环境相连，所述压缩空气喷头伸出长度突出于排气管道出口，向下喷出高压空气；所述排气管道出口下方具有一第二斜板，所述第二斜板从排气管道壁向压缩空气喷头倾斜，压缩空气喷头喷出的高压空气打在第二斜板的正面然后向下方；所述第一斜板下方具有水帘，水从水帘喷出并沿着研磨腔室门板内壁流下并被收集引入到排气管道中，向下流到第二斜板的正面并被压缩空气喷头喷出的高压空气冲入下方的气液分离装置；所述气液分离装置位于排气管道出口下方，所述第二斜板的背面处具有空气导管，经排气管道排出的气流通过空气导管排出；所述第二斜板的下方的气液分离装置还具有排水管道，水沿第二斜板流下落入排水管道并被排出。2.如权利要求1所述的CMP设备的内外压力平衡结构，其特征在于：所述的在研磨腔室的内部还安装有气压感应装置，用于监测研磨腔室内部气压。3.如权利要求1所述的CMP设备的内外压力平衡结构，其特征在于：所述工业用空气净化器能加快研磨腔室内部的环境净化速度，减少研磨水雾悬浮现象,平衡内外压差，减少外部环境颗粒杂质射入速度。4.如权利要求1所述的CMP设备的内外压力平衡结构，其特征在于：所述的第一斜板通过对气流引流使两层门板之间的夹层通道区域的压力大于研磨腔室内部，保证研磨腔室内部区域的空气完全为净化空气；即便两层门板中的外层门板密封处泄露，也不会导致外部环境对内部环境的污染。5.如权利要求4所述的CMP设备的内外压力平衡结构，其特征在于：所述的第一斜板的主要目的是使夹层通道区的气压大于研磨腔室内部，也能采用直通甲板，加大夹层通道区顶部的工业用空气净化器的排风量的其他形式来实现所述目的。6.如权利要求1所述的CMP设备的内...

【专利技术属性】
技术研发人员：张守龙，倪立华，瞿治军，夏金伟，郭志田，王大帮，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：