CN100429752C - 抛光装置和衬底处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抛光装置，所述抛光装置用于消除衬底的外围部分处产生的表面粗糙度，或者用于去除形成于衬底的外围部分上的膜。所述抛光装置包括：外壳(3)，其用于在其中形成抛光室(2)；旋转台(1)，其用于保持和旋转衬底(W)；抛光带供应机构(6)，其用于将抛光带(5)供应到抛光室(2)中并且收回已经供应至抛光室(2)的抛光带(5)；抛光头(35)，其用于将抛光带(5)压在衬底(W)的倾斜部分上；液体供应装置(50)，其用于将液体供应至衬底(W)的前表面和后表面上；以及调节机构(16)，其用于使抛光室(2)的内部压力被设置为低于抛光室(2)的外部压力。

Description

抛光装置和衬底处理装置

技术领域

本发明涉及抛光装置和衬底处理装置，并且更特别涉及一种抛光装置和一种具有这种抛光装置的衬底处理装置，其中该抛光装置用于消除在衬底，例如半导体晶片的外围部分(倾斜部分和边缘部分)处产生的表面粗糙度，或者用于去除形成于衬底外围部分上面的膜。

背景技术

近年来，随着半导体器件的结构越来越精密并且集成度越来越高，处理颗粒变得越来越重要。处理颗粒方面的一个主要问题是：在半导体器件的制作过程中，在半导体晶片(衬底)的倾斜部分和边缘部分处产生的表面粗糙度引起的粉尘。在这种情况下，如图11所示，倾斜部分是指在半导体晶片W的边缘的横截面中具有曲率的部分B，而边缘部分是指从晶片的倾斜部分B径向向内延伸大约几毫米的平坦部分E。倾斜部分和边缘部分在下面将统称为外围部分。

在半导体器件的制作过程中，可能在半导体晶片的外围部分上面形成大量的针状微细突起，由此产生表面粗糙度。在半导体晶片的运输或处理过程中，针状突起可能断裂并由此产生颗粒。因为这些颗粒将导致产量变低，因此需要消除形成于半导体晶片的外围部分上面的针状突起。

近来使用Cu作为半导体器件的互连材料并且使用低k材料作为电介质已经成为一种趋势。如果形成于半导体晶片外围部分上的Cu附着到传送机器人的臂上或者附着到其中容纳有半导体晶片的盒子上，那么Cu可能会扩散，从而污染其它工艺，导致所谓的交叉污染。因为低k膜具有非常低的强度，因此在CMP工艺中，其可能会从半导体晶片的外围部分脱离，并且可能损坏，例如刮伤图案化的表面。因此，从半导体晶片的外围部分完全除去Cu和低k膜非常重要。

由于这种情况，在半导体制作工艺中，使用在其表面上附着固定磨粒的抛光带来进行对衬底外围部分的抛光。在这种抛光工艺中，在旋转衬底的同时使抛光带与衬底的外围部分滑动接触，由此去除形成于衬底外围部分上的针状突起和膜。然而，当抛光带与衬底的外围部分滑动接触时，会使抛光废料(废屑)在衬底周围散开。如果这种抛光废料附着在衬底的器件部分上，那么就可能会在该器件部分上产生缺陷，导致低产量。因此，需要避免抛光废料附着在衬底上。此外，同样在抛光工艺后的清洁工艺、干燥工艺以及衬底传输工艺中，需要避免抛光过程中产生的抛光废料和颗粒附着在衬底上。

发明内容

考虑到上述缺陷而提出本发明。本发明的目的是提供一种抛光装置并且提供一种具有这种抛光装置的衬底处理装置，其中所述抛光装置能够避免在抛光工艺中产生的抛光废料和颗粒在抛光工艺以及随后的工艺，例如衬底传送工艺中附着在衬底的表面上。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种抛光装置，包括：外壳，其用于在其中形成抛光室；旋转台，其用于保持和旋转衬底，旋转台设置在抛光室的内部；抛光带供应机构，其用于将抛光带供应至所述抛光室并且收回已经供应至所述抛光室的抛光带；抛光头，其用于将所述抛光带压在衬底的倾斜部分上；液体供应装置，其用于将液体供应至衬底的前表面和后表面上；以及调节机构，其用于使所述抛光室的内部压力被设置为低于抛光室的外部压力；其中，抛光带供应机构设置在抛光室的外部。

根据本发明，由于在抛光过程中将液体供应至衬底的前表面和后表面上，因此避免了抛光废料和颗粒附着在衬底的器件部分上。此外，因为可以通过经由排气通道来抽空抛光室而使抛光室的内部压力低于抛光室的外部压力，因此，可以避免抛光废料在抛光室周围散开，并且由此避免抛光废料进入需要高清洁度的区域。此外，因为抛光带供应机构设置在抛光室外部，因此抛光室可以很小并且容易保持清洁。

在本发明的优选方面中，抛光装置还包括振动机构，其用于在衬底倾斜部分附近垂直摆动抛光头，其中所述振动机构设置在所述抛光室外部。

在本发明的优选方面中，抛光装置还包括相对移动机构，其用于沿衬底的切线方向将所述抛光头和衬底相对于彼此移动，其中所述相对移动机构设置在所述抛光室外部。

在本发明的优选方面中，抛光装置还包括：振动机构，其用于在衬底倾斜部分附近垂直摆动抛光头；以及相对移动机构，其用于沿衬底的切线方向将所述抛光头和衬底相对于彼此移动，其中所述振动机构和所述相对移动机构设置在所述抛光室外部。

根据本发明，可以不仅抛光衬底的倾斜部分而且抛光衬底的边缘部分。因此，可以提高抛光率(rate)(去除率)。

在本发明的优选方面中，液体供应装置包括：第一喷嘴，其用于将液体供应至抛光带与衬底之间的接触的一部分；第二喷嘴，其用于将液体供应至衬底从而在衬底的前表面上形成液体膜；以及第三喷嘴，其用于将液体供应至衬底的后表面。

根据这个结构，可以冷却正在抛光的衬底部分并且可以加速抛光废料的清除。此外，可以避免抛光废料附着在衬底的前表面和后表面上。

在本发明的优选方面中，抛光装置还包括：定位机构，其用于将衬底定位在旋转台的中心，其中所述定位机构包括：一对臂，其可以相互平行移动；以及臂驱动机构，其用于移动臂，使其彼此靠近和远离，并且所述臂中的每一个至少具有两个与衬底的倾斜部分接触的接触构件。

在本发明的优选方面中，抛光装置还包括用于检测抛光终点的终点检测器。

在本发明的优选方面中，所述终点检测器包括：图像传感器，其用于获取衬底已抛光部分的图像；以及控制器，其用于通过分析所述图像传感器获取的图像来确定已抛光部分的状况。

在本发明的优选方面中，所述抛光头包括超声波振动器。

利用上述结构，可以避免抛光废料附着在抛光带上，并且可以加速抛光工艺。

在本发明的优选方面中，抛光装置还包括纯水喷射器，其用于将纯水喷入所述抛光室中从而清洁所述抛光室。

利用上述结构，可以通过纯水冲洗掉附着在外壳内表面、旋转台、抛光头以及其它设备上的抛光废料和颗粒，并因此可以保持抛光室清洁。

根据本发明的另一个方面，衬底处理装置包括：抛光单元，其用于通过使抛光带与衬底的倾斜部分滑动接触来抛光衬底的倾斜部分；清洁单元，其用于至少清洁衬底的倾斜部分；以及干燥单元，其用于干燥已经由所述清洁单元清洁的衬底。

在本发明的优选方面中，所述抛光单元使所述抛光带与衬底的倾斜部分和边缘部分滑动接触，从而抛光倾斜部分和边缘部分。

在本发明的优选方面中，所述抛光单元使抛光带与衬底的切口部分滑动接触从而抛光该切口部分。

在本发明的优选方面中，衬底处理装置还包括：隔离物，其将所述衬底处理装置的内部空间划分成用于抛光衬底的抛光区和用于清洁衬底的清洁区，将所述抛光区的内部压力设置为低于所述清洁区的内部压力。

在本发明的优选方面中，衬底处理装置还包括：风扇单元，其用于形成清洁区中清洁空气的向下流动。

在本发明的优选方面中，衬底处理装置还包括：化学机械抛光单元，其用于通过将衬底压在抛光台上来抛光衬底的表面。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例的抛光装置的垂直横截面图；

图2是图1所示的抛光装置的横向横截面图；

图3A是示出图1所示的抛光头的放大横截面图；

图3B是图3A所示的抛光头的另一个实例的放大横截面图；

图3C是图3A所示的抛光头的另一个实例的放大横截面图；

图4A是图1所示的抛光装置一部分的放大图；

图4B是图4A所示的抛光装置的平面图；

图5是一侧视图，其示出了用于检测抛光终点的终点检测器的实例；

图6是一侧视图，其示出了用于检测抛光终点的终点检测器的另一个实例；

图7A是一侧视图，其示出了用于检测抛光终点的终点检测器的整体结构的另一个实例；

图7B是具有发光器件和光接收器件的光传感器的示意图；

图8是一平面图，其示出了根据本发明实施例的衬底处理装置的整体结构；

图9是图8所示的衬底处理装置的侧视图；

图10是一平面图，其示出了根据本发明另一个实施例的衬底处理装置的整体结构；以及

图11是示出半导体晶片的倾斜部分和边缘部分的视图。

最佳实施方式

下面将参照附图描述根据本发明实施例的抛光装置。为了抛光诸如半导体等的衬底的倾斜部分和边缘部分(即外围部分)以便去除形成于该衬底的所述外围部分上的表面粗糙度和多余膜的目的而设计了本发明的抛光装置。衬底

图1是示出根据本发明实施例的抛光装置的垂直横截面图，而图2是图1所示的抛光装置的横向横截面图。

如图1和图2所示，抛光装置包括：旋转台1，其用于保持和旋转半导体晶片W；上壳3，其具有形成于其中的抛光室2；下壳4，其设置在上壳3下面；侧壳4A，其设置成紧邻上壳3和下壳4；以及抛光带供应机构6，其用于将抛光带5供应至抛光室2并且收回已经供应至抛光室2的抛光带5。第一设备间15A形成于侧壳4A中，而抛光带供应机构6设置在第一设备间15A中。抛光室2由上壳3限定，而旋转台1设置在抛光室2中。抛光室2可以是只有上部开孔的密闭室。旋转驱动轴7与旋转台1的下部连接，并且其由固定在柱形支撑构件12的内圆周面上的轴承8旋转支撑。旋转驱动轴7具有固定在其下端部分上的皮带轮9。皮带轮9通过皮带11与皮带轮10连接，并且皮带轮10与电机14连接。采用这种布置，电机14通过皮带轮9、10和皮带11使旋转驱动轴7旋转，由此使旋转台1旋转。旋转机构包括皮带轮9、10、皮带11和电机14，该旋转机构设置在下壳4中限定的第二设备间15B中。抛光带供应机构6可以设置在第二设备间15B中。

抛光室2、第一设备间15A和第二设备间15B通过出气管(调节机构)16与真空源(例如，真空泵)13连通。这个出气管16包括：垂直管16a，其具有位于抛光室2中的开口端16c；以及水平管16b，其具有位于第二设备间15B中的开口端19A。垂直管16a和水平管16b彼此连通。水平管16b的开口端19A设置有打开和关闭开口端19A的排气调节门17A。水平管16b具有位于第一设备间15A中的开口部分19B。排气调节门17B设置在开口部分19B中，从而通过操作排气调节门17B打开和关闭开口部分19B。水平管16b的另一个开口端通过管27与真空源13连接。

过滤器47设置在抛光室2的上部，这样空气通过过滤器47从而在抛光室2中形成清洁气流。该清洁气流在半导体晶片W的外围部分附近向下流动，然后从出气管16的抽吸口(开口端)16c抽出，排到外部。这种气流可以避免污染正在被抛光的半导体晶片W以及设备，例如图2中所示定位机构的臂21，在后面将对其进行说明。

形成通孔7a，以便延伸穿过旋转台1和旋转驱动轴7，并且通孔7a的上开口端位于旋转台1的上表面。通孔7a的下开口端通过设置在旋转驱动轴7的下端部分上的旋转连接器18与真空源(未示出)连接。真空源在通孔7a中产生真空，于是将半导体晶片W吸在旋转台1的上表面上。以这种方式，旋转台1可以在保持半导体晶片W的同时旋转半导体晶片W。

定位机构20设置在抛光室2中，其用于将半导体晶片W放置在旋转台1的中心。定位机构20包括：一对臂21，其可以在水平方向上相互平行移动；以及臂驱动机构22，其用于使这些臂21移动，以便彼此靠近和远离。臂驱动机构22包括分别固定在臂21上的齿条23、与这些齿条23啮合的齿轮24以及旋转齿轮24的电机26。每个臂21具有两个与半导体晶片W的倾斜部分接触的接触构件25。这些接触构件25位于与旋转台1上的半导体晶片W相同的水平面内。在抛光半导体晶片W的同时，通过移动机构(未示出)向下移动定位机构20。尽管在本实施例中在每个臂21上设置有两个接触构件25，但是可以设置三个或更多的接触构件。考虑到保持半导体晶片W的整个圆周上倾斜部分的均匀抛光区域，将半导体晶片W置于中心很重要。

在上壳3的侧面，设置有：入口3a，通过其将半导体晶片W传送到抛光室2中；关闭物30，其用于遮盖入口3a；以及气缸31，其用于上下移动关闭物30。由传送机器人(未示出)通过入口3a将待抛光的半导体晶片W传送到抛光室2中，直到半导体晶片W位于旋转台1上方。在该状态下，使臂21靠近彼此移动，以使臂21的接触构件25与半导体晶片W的倾斜部分接触，由此将半导体晶片W放置在旋转台1的中心。

抛光带供应机构6安装在上壳3的侧壁上并且设置在位于抛光室2外部的第一设备间15A中。抛光带供应机构6包括：供应卷轴6A，其用于将抛光带5供应到抛光室2中；接收卷轴6B，其用于收回已经供应到抛光室2中的抛光带5；以及电机6C，其用于旋转接收卷轴6B。上壳3的侧壁具有两个切口3b、3c，抛光带5通过该切口3b、3c。这些切口3b、3c分别位于供应卷轴6A和接收卷轴6B附近。来自供应卷轴6A的抛光带5通过上切口3b进入抛光室2中，而来自抛光室2的抛光带5通过下切口3c，由接收卷轴6B收回。

抛光带5可以包括一种带子，在该带子用作抛光表面的一个侧面上粘结有金刚石或SiC磨粒。根据半导体晶片W的类型或需要的性能来选择粘结到抛光带上的磨粒。例如，可以使用具有#4000至#11000粒度的金刚石或者具有4000至#10000粒度的SiC。也可以使用没有磨粒的带状抛光布。

在抛光室2内部，设置有用于引导抛光带5的两个主引导辊32和两个辅助引导辊33A、33B。这些主引导辊32平行于抛光台1的上表面延伸，并且彼此平行设置。此外，在半导体晶片W位于两个主引导辊32之间的中点时，这些主引导辊32垂直排列(即，沿旋转台1的旋转轴线方向)。采用这种设置，主引导辊32引导的抛光带5在半导体晶片W的倾斜部分附近垂直移动。辅助引导辊33A、33B相对于抛光带5的移动方向被设置在主引导辊32的下方。辅助引导辊33A通过弹簧(未示出)向上加载，而辅助引导辊33B固定在适当位置。

在抛光室2中，还设置有抛光头35以及用于朝半导体晶片W方向移动抛光头35的推动气缸36。图3A是示出图1所示的抛光头的放大横截面图。如图3A所示，抛光头35具有两个朝向半导体晶片W伸出的突起部分35a。这些突起部分35a垂直排列并将其设置成使半导体晶片W的倾斜部分位于突起部分35a之间。抛光头35固定在推动气缸36的杆36a上，并设置为面对抛光带5的后表面(即，位于抛光表面相对侧的表面)。采用这种结构，当通过推动气缸36向半导体晶片W移动抛光头35时，通过抛光头35将抛光带5的抛光表面压在半导体晶片W的倾斜部分上。此时，抛光带5变形，以便适应半导体晶片W的倾斜部分。

图3B是图3A所示的抛光头的另一个实例的放大横截面图。如图3B所示，抛光头35具有超声波振动器51，该超声波振动器51向抛光头35施加机械振动。采用这种结构，可以清除附着在抛光带5的抛光废料，并且可以通过振动来调节抛光带5，进而加速抛光工艺。

图3C是图3A所示的抛光头的另一个实例的放大横截面图。如图3C所示，抛光头35具有插在两个突起部分35a之间的弹性体(例如，橡胶)38，这样通过弹性体38将抛光带5压在半导体晶片W的倾斜部分上。采用这种结构，可以将抛光带5的压力均匀地分散在倾斜部分上。在这种情况下，可以在弹性体38后面设置压力测量传感器39，例如负载传感器，从而基于压力测量传感器39的输出信号来控制压力。

这里，抛光带5可以由抛光薄膜形成。此外，可以使用由具有高度柔性的材料制成的抛光带。由于将抛光薄膜用作抛光带，所以抛光带在半导体晶片W的表面，特别是在外围部分(倾斜部分和边缘部分)处没有折叠或弯曲。因此，抛光带5可以可靠地适应半导体晶片W的外围部分的曲面形状，因此可以均匀地抛光半导体晶片W的外围部分。结果，可以通过抛光均匀并稳定地去除形成于半导体晶片W表面上的针状突起或者附着在半导体晶片W表面上的多余膜。这里“抛光带”是指带状抛光工具，这种抛光带包括具有其上施加有抛光磨粒的基膜的抛光薄膜，以及带状抛光布。

如图2所示，推动气缸36通过曲柄37与振动机构40连接。振动机构40包括：皮带轮40A，其固定在曲柄37的曲轴37a上；皮带轮40B，其通过皮带40C与皮带轮40A连接；以及电机40D，其与皮带轮40B连接。电机40D可以操作为以预定周期沿正常方向和相反方向反复旋转皮带轮40B。因此，振动机构40通过曲柄37使推动气缸36和抛光头35垂直振动。在本实施例中，曲轴37a沿抛光台1上的半导体晶片W的切线方向延伸，因此抛光头35关于半导体晶片W的倾斜部分垂直摆动(转动或倾斜)。因此，使抛光带5不仅与半导体晶片W的倾斜部分接触而且与半导体晶片W的边缘部分接触。

上述振动机构40与相对移动机构41连接，所述相对移动机构41用于相对于半导体晶片W移动抛光头35。该相对移动机构41使振动机构40和曲柄37沿着曲轴37a的延伸方向往复运动。因此，与曲柄37连接的抛光头35沿着半导体晶片W的切线方向往复运动(振动)。通过这种方式，因为振动机构40与相对移动机构41连接，所以抛光头35在半导体晶片W的倾斜部分的附近摆动并且同时在半导体晶片W的切线方向上往复运动。

振动机构40和相对移动机构41设置在抛光室2的外部。气缸适合于用作相对移动机构41。这里，抛光头35与半导体晶片W之间的相对移动不仅包括抛光头35的往复运动而且包括半导体晶片W本身的旋转和旋转台1与旋转驱动机构作为整体在与抛光带5的抛光表面平行的方向上的往复运动。

如图1所示，用于将纯水喷入抛光室2中的纯水喷射器45设置在抛光头35和旋转台1的上方。从纯水喷射器45将纯水供应到几乎整个抛光室2内，由此通过纯水清洁上壳3的内表面、旋转台1、抛光头35和其它设备。已经从纯水喷射器45供应的纯水通过出液管46排放到抛光室2的外部。

图4A是图1所示的抛光装置一部分的放大图，并且图4B是图4A所示的抛光装置的平面图。

如图4A所示，抛光装置包括用于将液体供应到旋转台1上的半导体晶片W的液体供应装置50。所供应液体的例子包括纯水、用于加速抛光的化学液体以及用于降低摩擦系数的化学液体。液体供应装置50包括：第一喷嘴50A，其用于将液体喷到抛光带5与半导体晶片W之间的接触的一部分；第二喷嘴50B，其用于将液体喷到半导体晶片W的前表面(上表面)上；以及第三喷嘴50C，其用于将液体喷到半导体晶片W的后表面侧(下表面侧)处的外围部分。

第一喷嘴50A主要将液体喷到半导体晶片W的正在抛光的部分，并且用于冷却该部分，降低摩擦系数，并且快速冲掉抛光废料。如图4B中所示，从第二喷嘴50B喷出的液体形成三角形流。在该状态下，当半导体晶片W旋转时，液体散布在半导体晶片W的前表面上，从而形成覆盖半导体晶片W整个前表面的液膜。因此，通过该液膜防止半导体晶片W的前表面接触周围大气。第三喷嘴50C将液体喷到半导体晶片W的后表面(下表面)上，从而避免抛光废料进入半导体晶片W的后表面侧，并因此避免抛光废料附着在半导体晶片W的后表面和抛光台1上。从第一喷嘴50A、第二喷嘴50B和第三喷嘴50C供应的液体通过出液管46(参见图1)排放到抛光室2的外部。

接下来描述本实施例中抛光装置的工作。

起动气缸31提升关闭物30，由此打开入口3a。传送机器人(未示出)通过入口3a将待抛光的半导体晶片W传送到抛光室2中。传送半导体晶片W直到其到达旋转台1正上方的位置，然后由定位机构20的臂21保持。此时，进行半导体晶片W的定位，即居中。在保持半导体晶片W的同时降低臂21，然后将半导体晶片W放在旋转台1的上表面上。在该状态下，真空源在通孔7a中产生真空，由此将半导体晶片W吸到旋转台1的上表面。进一步降低臂21，然后在预定等待位置等待。然后，起动电机14，旋转半导体晶片W与旋转台1。

此后，驱动抛光带供应机构6的电机6C，以低速将抛光带5供应到抛光室2中。推动气缸36向半导体晶片W方向移动抛光头35，并且通过抛光头35使抛光带5的抛光表面与半导体晶片W的倾斜部分接触，由此对半导体晶片W进行抛光。此时，驱动振动机构40和相对移动机构41使抛光头35垂直振动并且沿着半导体晶片W的切线方向往复运动。因此，同时抛光了半导体晶片W的倾斜部分和边缘部分。如果抛光头35不作往复运动，可以沿着曲轴37a的延伸方向使旋转台1往复运动。

在抛光期间，由抛光带5的张力产生的压力施加于半导体晶片W的外围部分上。即使当抛光带5与半导体晶片W之间的接触部分从倾斜部分转移到边缘部分时，该压力也保持恒定。因此，可以一直获得恒定的抛光速度(清除速度)和恒定的抛光轮廓，而不依赖于半导体晶片W的形状或尺寸变化。

在抛光半导体晶片W时，将液体，例如纯水从第一喷嘴50A、第二喷嘴50B和第三喷嘴50C供应到半导体晶片W。通过供应液体，可以冷却半导体晶片W并且降低摩擦系数。此外，因为半导体晶片W的暴露表面被液体覆盖，因此可以避免散开的抛光废料(粉末)附着在半导体晶片W的器件部分上。此外，在抛光期间，真空源13通过出气管16抽空抛光室2，使得抛光室2的内部压力(即，抛光室2内部的气体压力)低于抛光室2的外部压力(即，抛光室2外部的气体压力)。因此，可以将分散在抛光室2中的抛光废料和颗粒通过出气管16排放到外部。从而，可以保持抛光室2清洁，并且可以避免抛光废料进入需要高清洁度的区域。

优选提供如下的压力梯度：

抛光装置外部空间中的压力＞抛光室2中的压力＞设备间15A、15B中的压力。

根据本实施例，可以避免因为抛光废料和颗粒的附着而出现器件部分的缺陷。此外，根据本实施例，因为连续供应抛光带5，因此可以为与半导体晶片W外围部分的滑动接触提供新的抛光表面。因此，可以在半导体晶片W的整个外围部分上获得均匀的抛光速度和均匀的抛光轮廓。

可以根据抛光时间或者通过提供终点检测器来控制该抛光装置的抛光终点。例如，可以提供光源(例如，激光器或LED)用于对没有设置抛光头35的部分施加具有某一形状和强度的光，使得根据通过检测来自半导体晶片W的散射光所测量的倾斜部分的不规则性来检测抛光终点。在本实例中，沿着与半导体晶片的器件部分垂直的方向施加光。或者，可以监测半导体晶片的外围部分的温度变化，从而根据温度变化来检测抛光终点。下面将参照附图说明终点检测器的实例。

图5是一侧视图，其示出了用于检测抛光终点的终点检测器的实例。如图5所示，终点检测器60包括：图像传感器61，例如CCD摄像机；环形照明器62，其位于图像传感器61与待检测的半导体晶片W之间；以及控制器63，其用于根据图像传感器61获得的图像确定是否到达抛光终点。

在这种终点检测器60中，在抛光期间，环形照明器62照亮半导体晶片W的外围部分，并且图像传感器61获得半导体晶片W的外围部分的图像。然后，在控制器63中捕捉由图像传感器61获得的图像。控制器63观察半导体晶片W的外围部分的颜色变化，从而确定已抛光外围部分的状态，并且根据颜色变化检测抛光终点。当检测到抛光终点时，控制器63将终点检测信号发送给抛光控制部分(未示出)，由此移动抛光头35，使抛光带5脱离与半导体晶片W的外围部分的接触，然后停止旋转台1的旋转。

在开始抛光工艺前，可以通过图像传感器61预先将半导体晶片W的外围部分的初始轮廓存储在控制器63中，使得抛光半导体晶片W的外围部分以保持该初始轮廓。确定初始轮廓的因素包括半导体晶片W的外围部分的倾斜角、曲率和尺寸。或者，可以通过图像传感器61预先将已经抛光的成品半导体晶片的外围部分的图像存储在控制器63中作为参考图像。同样，在这种情况下，可以通过将抛光期间图像传感器61获得的图像与参考图像进行比较来检测抛光终点。

图6是一侧视图，其示出了用于检测抛光终点的终点检测器的另一个实例。如图6所示，终点检测器70包括：放大器71，其与用于旋转旋转台1的电机(伺服电机)14连接；以及控制器72，其用于根据放大器71放大的信号来确定是否到达抛光终点。

在这种终点检测器70中，在抛光半导体晶片W的外围部分时，放大器71放大来自以预定速度旋转旋转台1的电机14的信号(例如，电流值)，并且将放大的信号发送给控制器72。根据来自放大器71的信号，控制器72检测旋转电机14所需的力矩，分析力矩变化，并且检测抛光终点。当检测到抛光终点时，控制器72将终点检测信号发送给抛光控制部分(未示出)，由此移动抛光头35以使抛光带5脱离与半导体晶片W的外围部分的接触，然后停止旋转台1的旋转。

力矩仪可以设置在旋转驱动轴7上，以便直接测量旋转旋转台1的力矩。同样在这种情况下，可以通过分析力矩变化来检测抛光终点。或者，可以通过分析往复移动抛光头35的相对移动机构41的压力变化，或者通过分析往复移动旋转台1的伺服电机(未示出)的电流值的变化来检测抛光终点。

图7A是一侧视图，其示出了用于检测抛光终点的终点检测器的整体结构的另一个实例，图7B是具有发光器件和光接收器件的光传感器的示意图。如图7A和图7B所示，终点检测器80包括：光传感器81，其具有发光器件81a和光接收器件81b；测量放大器82，其用于测量和放大光传感器81的光接收器件81b接收的光；以及控制器83，其用于根据测量放大器82放大的信号确定是否到达抛光终点。

在这种终点探测器80中，在对外围部分进行抛光期间，光传感器81的发光器件81a发出光到半导体晶片W的外围部分，而光接收器件81b接收来自半导体晶片W的外围部分的散射光。然后，测量放大器82测量光接收器件81b接收的散射光并且放大该信号，并且将放大信号发送给控制器83。控制器83根据来自测量放大器82的信号分析散射光，从而评估半导体晶片W的已抛光外围部分的表面粗糙度，由此检测抛光终点。

在本实施例的抛光装置中，因为沿着吸在抛光台1上的半导体晶片W的旋转方向拖拉抛光带5，因此在抛光带5中产生张力(即，张应力)。这样，在抛光期间，通过使用应变计等测量该张力(即，张应力)，从而分析张力变化，可以检测抛光终点。在这种情况下，控制器可以通过分析应变计等测量的张力变化来检测抛光终点。

尽管将上述抛光装置设计为抛光半导体晶片W的倾斜部分和边缘部分，但是抛光装置可以具有用于抛光半导体晶片W的切口部分的切口抛光装置。在这种情况下，通过圆形弹性件使抛光带与半导体晶片W的切口部分滑动接触并且将其压在切口部分上。优选的是，弹性件应该具有对应于切口部分形状的锥形圆周部分。

接下来将参照图8和图9描述根据本发明实施例的衬底处理装置。图8是示出根据本发明实施例的衬底处理装置的整体结构的平面图，图9是图8所示的衬底处理装置的侧视图。

如图8所示，衬底处理装置包括：装载/卸载台100，其上放置四个容纳多个半导体晶片(衬底)的晶片盒101；第一传送机器人(第一传送机构)102，其用于传送干的半导体晶片；第二传送机器人(第二传送机构)103，其用于传送湿的半导体晶片；临时装载台104，其上放置未处理或已处理的半导体晶片；抛光单元110A、110B，其用于抛光半导体晶片的倾斜部分和切口部分；清洁单元105A、105B，其用于清洁已抛光的半导体晶片；以及冲洗干燥单元106A、106B，其用于冲洗和干燥已清洁的半导体晶片。清洁单元105A、105B具有相同的结构，并且冲洗干燥单元106A、106B也具有相同的结构。第一传送机器人102在平行装载/卸载台100上面四个晶片盒101的设置方向上移动，并且从一个晶片盒101上取下半导体晶片。

每个抛光单元110A、110B包括：倾斜抛光机构，其具有抛光头35；推动气缸36；抛光带供应机构6，如图1所示；以及切口抛光机构(未示出)，其用于通过使抛光带与切口部分滑动接触来抛光半导体晶片的切口部分。然而，可以不设置切口抛光机构，或者可以分别在抛光单元110A、110B中单独设置倾斜抛光机构和切口抛光机构。倾斜抛光机构可以包括图2中所示的振动机构40和相对移动机构41，从而不仅抛光半导体晶片的倾斜部分而且同时抛光其边缘部分。抛光单元110A、110B的部件与图1所示抛光装置的部件完全相同，下面将不会对其进行说明。

第一传送机器人102用于在装载/卸载台100上的晶片盒101与临时装载台104之间传送半导体晶片。第二传送机器人103用于在临时装载台104，抛光单元110A、110B，清洁单元105A、105B以及冲洗干燥单元106A、106B之间传送半导体晶片。第二传送机器人103可以具有两只手臂：一个用于把持已抛光且不干净的半导体晶片，另一个用于把持已清洁的干净半导体晶片。

第一隔离物112设置在冲洗干燥单元106A、106B与第一传送机器人102之间，并且第二隔离物113设置在清洁单元105A、105B与抛光单元110A、110B之间。通过第一隔离物112和第二隔离物113，将衬底处理装置的内部空间划分成传送区120、清洁区121和抛光区122。

第一隔离物112具有门112a和关闭物112b，其用于允许在第一传送机器人102与临时装载台104之间传送半导体晶片。此外，第二隔离物113具有门113a和关闭物113b，其用于允许在第二传送机器人103与抛光单元110A、110B之间传送半导体晶片。第二传送机器人103在平行清洁区121和抛光区122的设置方向上移动。清洁单元105A、105B和冲洗干燥单元106A、106B分别被未示出的隔离物包围，其中每个隔离物具有门和关闭物，其用于允许通过第二传送机器人103传送半导体晶片。

如图9所示，衬底处理装置被隔离壁130包围。风扇单元131设置在隔离壁130的上部从而将清洁空气供应到位于风扇单元131下方的清洁区121，所述风扇单元131包括供气扇和过滤器，例如化学过滤器、HEPA过滤器或ULPA过滤器。风扇单元131从清洁区121的下部抽吸空气，并且将已经通过上述过滤器的清洁空气向下供应。以这种方式，在清洁区121内形成清洁空气向半导体晶片表面的向下气流，由此避免在半导体晶片的清洁和传送期间污染半导体晶片。风扇单元131供应的清洁空气通过形成于第二隔离物113中的排气孔113c引入抛光区122。已经供应到抛光区122的空气通过排出孔133排到外部。第一隔离物112具有排气孔112c，通过该排气孔将清洁空气从传送区120引入清洁区121。

压力梯度设置如下：传送区120中的压力＞清洁区121中的压力＞抛光区122中的压力。采用这样的压力梯度，衬底处理装置可以用作干入干出(dry-in dry-out)型外围部分抛光装置，该装置不仅在安装于清洁空间时而且在安装于没有粉尘处理的普通环境时都可以执行非常清洁的工艺。

下面，将描述具有上述结构的衬底处理装置执行的工艺步骤。

通过未示出的盒子传送装置将容纳有半导体晶片的晶片盒101传送到衬底处理装置，并放在装载/卸载台100上，其中所述半导体晶片已经进行了CMP处理或Cu形成处理。第一传送机器人102从装载/卸载台100上的晶片盒101中取出半导体晶片，并且将半导体晶片放到临时装载台104上。第二传送机器人103将临时装载台104上的半导体晶片传送到抛光单元110A(或110B)。然后，在抛光单元110A中进行切口部分和/或倾斜部分的抛光。

在这种抛光单元110A中，在抛光期间或抛光后，设置在半导体晶片附近的液体供应装置50(参见图4A和图4B)将纯水或化学液体供应到半导体晶片的上表面、外围部分以及下表面。从而，冷却半导体晶片并且降低摩擦系数。此外，在半导体晶片的表面上形成液体膜，由此避免抛光废料和颗粒附着在半导体晶片的表面上。液体的供应不仅出于上述目的而且也出于保持抛光单元110A中半导体晶片表面上的材料的目的(例如，在避免特性变化，例如因为化学液体等而在晶片表面发生不均匀氧化的同时形成均匀的氧化物膜)。

第二传送机器人103将已抛光的半导体晶片从抛光单元110A传送到清洁单元105A(或105B)。在这种清洁单元105A中，四个可旋转辊子140保持并且旋转已抛光的半导体晶片，其中至少一个辊子由驱动源(未示出)旋转。在旋转半导体晶片的同时，将纯水从纯水喷嘴(未示出)供应到半导体晶片，并将具有截锥形的辊子海绵141与半导体晶片的外围部分接触以便进行擦洗清洁。此外，在清洁单元105A中，将柱形辊子海绵142移动到半导体晶片上方和下方的位置，并且分别与半导体晶片的上表面和下表面接触。在该状态下，设置在半导体晶片上方和下方的纯水供应喷嘴(未示出)将纯水供应给半导体晶片，并且旋转辊子海绵142，由此擦洗半导体晶片的整个上表面和下表面。

第二传送机器人103将已擦洗的半导体晶片从清洁单元105A传送到冲洗干燥单元106A(或106B)。在该冲洗干燥单元106A中，将半导体晶片放置在旋转台144上并且由旋转卡盘145保持。然后，以每分钟100至500转的低速旋转半导体晶片，并且将纯水供应到半导体晶片的整个表面上进行冲洗。之后，停止纯水供应，并且以每分钟1500至5000转的高速旋转半导体晶片。此时，如果需要，可以将清洁惰性气体供应给半导体晶片。以这种方式，进行半导体晶片的旋转干燥。

然后，第二传送机器人103将已经由冲洗干燥单元106A干燥的半导体晶片传送到临时装载台104。此外，第一传送机器人102通过门112a将放在临时装载台104上的半导体晶片传送到装载/卸载台100上的晶片盒101。或者，第一传送机器人102通过门(未示出)将半导体晶片直接从冲洗干燥单元106A(或160B)传送到晶片盒101。在清洁单元105A、105B和冲洗干燥单元106A、106B中，如果需要，可以结合接触式清洁(例如，采用铅笔(pencil)或卷轴形式的PVA海绵进行清洁)和非接触式清洁(例如，采用气穴喷射或施加超声波的液体进行清洁)。

在上述工艺中，在抛光单元110A中对半导体晶片的倾斜部分和/或切口部分进行抛光，并且在清洁单元105A和冲洗干燥单元106A中清洁和干燥半导体晶片。在该情况下，可以在两条处理线中同时处理两个半导体晶片，其中一条处理线包括抛光单元110A、清洁单元105A和冲洗干燥单元106A，并且另一条处理线包括抛光单元110B、清洁单元105B和冲洗干燥单元106B。以这种方式，可以在两条处理线上并行处理两个半导体晶片，因此可以提高处理性能(生产量)。

在抛光单元110A中对切口部分进行抛光后，可以将半导体晶片传送到抛光单元110B，从而在抛光单元110B中抛光倾斜部分。或者，可以在抛光单元110A中粗抛光倾斜部分和切口部分，然后可以在抛光单元110B中进行精抛光。以这种方式，可以分别使用抛光单元110A和抛光单元110B，从而进行顺序处理。

下面，将参照图10描述根据本发明另一个实施例的衬底处理装置。图10是示出根据本发明另一个实施例的衬底处理装置的整体结构的平面图。本实施例的衬底处理装置包括图1和图2所示的抛光装置作为抛光单元110A、110B。下面将不会重复说明该实施例中与图8和图9所示衬底处理装置相同的部件和操作。

如图10所示，本实施例的衬底处理装置与图8所示衬底处理装置的不同之处在于：在抛光区122中设置有CMP(化学机械抛光)单元150并且在清洁区121中设置有抛光单元110A、110B。在本实施例中，同样由第一隔离物112和第二隔离物113将衬底处理装置的内部空间划分成传送区120、清洁区121和抛光区122，其中每个隔离物具有门和关闭物，并且这些区域中的压力如下设置：传送区120＞清洁区121＞抛光区122。为了抛光半导体晶片的表面，提供如图10所示的CMP单元150。在该CMP单元150中，在将抛光液体供应到抛光表面151a上的同时，由未示出的抛光头将半导体晶片压在设置于抛光台151上的抛光表面151a上。

下面，将描述本实施例中衬底处理装置进行的工艺步骤。第一传送机器人102将待抛光的半导体晶片从装载/卸载台100上的晶片盒101传送到临时装载台104上，然后由第二传送机器人103从临时装载台104传送到CMP单元150。在CMP单元150中，通过化学和机械方式抛光半导体晶片的表面。第二传送机器人103将已经由CMP单元150抛光的半导体晶片按照顺序传送到抛光单元110A(或110B)、清洁单元105A(或105B)、冲洗干燥单元106A(或106B)以及临时装载台104，从而在各个单元中连续处理半导体晶片。然后，将已处理的半导体晶片从临时装载台104，或者直接从冲洗干燥单元106A(或106B)传送到装载/卸载台100上的晶片盒101。

可以根据需要修改半导体晶片的工艺顺序。例如，可以将半导体晶片按照顺序传送到临时装载台104、抛光单元110A(或110B)、CMP单元150、清洁单元105A(或105B)、冲洗干燥单元106A(或106B)以及临时装载台104。或者，可以将半导体晶片按照顺序传送到临时装载台104、抛光单元110A、CMP单元150、抛光单元110B、清洁单元105A(或105B)、冲洗干燥单元106A(或106B)以及临时装载台104。此外，可以提供两个CMP单元用于使用两条处理线进行并行处理和顺序处理。

工业实用性

本发明适用于抛光装置和具有这种抛光装置的衬底处理装置，其中该抛光装置用于消除在衬底，例如半导体晶片的外围部分(倾斜部分和边缘部分)处产生的表面粗糙度，或者用于去除形成于衬底外围部分上的膜。

Claims (16)

1、一种抛光装置，包括：

外壳，该外壳用于在其中形成抛光室；

旋转台，其用于保持和旋转衬底，所述旋转台设置在所述抛光室内部；

抛光带供应机构，其用于将抛光带供应至所述抛光室并且收回已经供应至所述抛光室的所述抛光带；

抛光头，其用于将所述抛光带压在该衬底的倾斜部分上；

液体供应装置，其用于将液体供应至该衬底的前表面和后表面上；以及

调节机构，其用于使所述抛光室的内部压力被设置为低于所述抛光室的外部压力；

其中，所述抛光带供应机构设置在所述抛光室外部。

2、如权利要求1所述的抛光装置，还包括在该衬底的倾斜部分附近垂直摆动所述抛光头的振动机构，

其中，所述振动机构设置在所述抛光室外部。

3、如权利要求1所述的抛光装置，还包括用于沿该衬底的切线方向将所述抛光头和该衬底相对于彼此移动的相对移动机构，

其中所述相对移动机构设置在所述抛光室外部。

4、如权利要求1所述的抛光装置，还包括：

振动机构，其用于在该衬底的倾斜部分附近垂直摆动所述抛光头；和

相对移动机构，其用于沿该衬底的切线方向将所述抛光头和该衬底相对于彼此移动；

其中所述振动机构和所述相对移动机构设置在所述抛光室外部。

5、如权利要求1至4中任一项所述的抛光装置，其中，所述液体供应装置包括：第一喷嘴，其用于将液体供应至所述抛光带与该衬底之间的接触的一部分；第二喷嘴，其用于将液体供应至该衬底以便在该衬底的前表面上形成液体膜；以及第三喷嘴，其用于将液体供应至该衬底的后表面。

6、如权利要求1所述的抛光装置，还包括定位机构，其用于将该衬底定位在所述旋转台的中心，

其中，所述定位机构包括：一对臂，其可以相互平行移动；以及臂驱动机构，其用于使所述臂移动，以彼此靠近和远离，并且所述臂中每一个至少具有两个与该衬底的倾斜部分接触的接触构件。

7、如权利要求1所述的抛光装置，还包括用于检测抛光终点的终点检测器。

8、如权利要求7所述的抛光装置，其中，所述终点检测器包括：图像传感器，其用于获取该衬底的已抛光部分的图像；以及控制器，其用于通过分析所述图像传感器获取的图像来确定已抛光部分的状况。

9、如权利要求1所述的抛光装置，其中，所述抛光头包括超声波振动器。

10、如权利要求1所述的抛光装置，还包括纯水喷射器，用于将纯水喷入所述抛光室中以便清洁所述抛光室。

11、一种衬底处理装置，包括：

抛光单元，其用于通过使抛光带与衬底的倾斜部分滑动接触从而抛光该衬底的倾斜部分；

清洁单元，其用于至少清洁该衬底的倾斜部分；和

干燥单元，其用于干燥已经由所述清洁单元清洁的该衬底；

其中所述抛光单元具有位于其中的抛光室，并且将所述抛光室的内部压力设置为低于所述抛光室的外部压力。

12、如权利要求11所述的衬底处理装置，其中，所述抛光单元使所述抛光带与该衬底的倾斜部分和边缘部分滑动接触，以便抛光该倾斜部分和该边缘部分。

13、如权利要求11或12所述的衬底处理装置，其中，所述抛光单元使抛光带与该衬底的切口部分滑动接触，以便抛光该切口部分。

14、如权利要求11所述的衬底处理装置，还包括隔离物，所述隔离物将所述衬底处理装置的内部空间划分成用于抛光该衬底的抛光区和用于清洁该衬底的清洁区，将所述抛光区的内部压力设置为低于所述清洁区的内部压力。

15、如权利要求14所述的衬底处理装置，还包括风扇单元，用于在所述清洁区中形成向下流动的清洁空气。

16、如权利要求11所述的衬底处理装置，还包括化学机械抛光单元，用于通过将该衬底压在抛光台上来抛光该衬底的表面。

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