CN101704218A - 化学机械抛光设备硅片定位装片装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种化学机械抛光设备硅片定位装片装置，涉及化学机械抛光设备技术领域。具有装载底盘，装载底盘上固定有装载引导环，装载引导环内设有第1斜倒角和第2斜倒角；装载底盘上设有水压喷嘴，水压喷嘴与可装在第2斜倒角上的硅片间具有间隙。采用此装置可以实现硅片精确定位、顺利装片和卸片以便抛光过程的正常进行，并且整个过程对硅片不会产生划痕，有利于提高硅片的加工质量和效率。
Description
技术领域
本发明涉及化学机械抛光设备技术领域。
背景技术
集成电路(IC)是电子信息产业的核心，而用于IC制造的化学机械抛光(CMP，Chemical Mechanical Polishing)设备是半导体集成电路制造中的关键设备之一。CMP技术被认为是能兼顾硅片表面粗糙度和表面平整化要求，获得无损伤表面的最佳工艺方法。目前普遍认为，对于最小特征尺寸在0.35μm及以下的器件，必须进行全局平坦化，而化学机械抛光是作为目前唯一的可以提供在整个圆硅晶片上全面平坦化的工艺技术。要降低单元制造成本，要求硅片的直径不断增大。同时，为了提高集成电路的集成度，要求硅片的刻线宽度越来越细。硅片和芯片尺寸变化所导致的硅片加工量的增加以及对硅片加工精度、表面粗糙度、表面缺陷、表面洁净度和硅片强度等要求，对硅片的加工工艺装备提出新的挑战。
硅片定位装载是300mm硅片CMP设备上的关键技术之一。针对大直径硅片的抛光，其定位装载系统关系到机械手能否将硅片放在装片台正确位置，抛光头与硅片装载预对准程度以及硅片能否顺利地被吸附在抛光头上，所以硅片定位装载装置在硅片抛光过程中起着重要作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种化学机械抛光设备硅片定位装片装置，采用此装置可以实现硅片精确定位、顺利装片和卸片以便抛光过程的正常进行，并且整个过程对硅片不会产生划痕，有利于提高硅片的加工质量和效率。
本发明的主要技术方案是：一种化学机械抛光设备硅片定位装片装置，其特征在于具有装载底盘，装载底盘上固定有装载引导环，装载引导环内设有第1斜倒角和第2斜倒角；装载底盘上设有水压喷嘴，水压喷嘴与可装在第2斜倒角上的硅片间具有间隙。
所述的水压喷嘴可具有中央喷嘴和外围喷嘴。或为多个多组喷嘴。
所述的中央喷嘴的较佳结构为：设有中心轴式水管，中心轴式水管的外面和密封套配合，密封套固定在装载底盘上，中心轴式水管的中心通孔通过其底部间隙和第1水管通道连通，并设有限制中心轴式水管从密封套中滑出的结构。
所述的第2水管通道可为3个，进水位置与中心呈120°对称分布。亦可为其他进水结构。
所述的外围喷嘴可为3组，与中心呈120°对称分布，每组2个，每组外围喷嘴均和其对应的第2水管通道连通，3个第2水管通道还与设在中央喷嘴和外围喷嘴之间的蓄水腔连通。
所述的装载引导环内孔边沿设有一个或多个切口为佳。
所述的中央喷嘴和外围喷嘴中的一组出水附近最好设有液体压力传感器，并且液体压力传感器与进水可调节流阀相连.
本发明具有突出的有益效果：它克服了已有技术之不足，很好地解决了现有技术中长期存在且一直未解决的问题，采用此装置可以实现硅片精确定位、顺利装片和卸片以便抛光过程的正常进行，可使硅片无损伤地吸附在抛光头中，整个过程对硅片不会产生划痕，有利于提高硅片的加工质量和效率。
以下结合附图及实施例作详述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的左视图。
图3为图2的中部局部放大结构示意图。
图4为图1的水路结构框图。
在附图中：装载引导环-101，3组喷水管-102，一个或多个切口-103，装载底盘-104，中心喷水管组件-105，水管组件-106，第1水管通道-107，第2水管通道-108，第1斜倒角-109，第2斜倒角-110，中心水管轴-201，中心水管轴密封套-202，中心水管轴外套-203，O型槽-204，中心通孔-205，硅片-301，压力传感器-302，压力传感器-303，截止阀-304，截止阀-305，可调节流阀-306，可调节流阀-307，去离子水-308。
具体实施方式
参见图1～图4，该硅片化学机械抛光设备定位装片装置，具有装载底盘104，装载底盘104上固定有装载引导环101，装载引导环101内设有第1斜倒角109和第2斜倒角110；装载底盘104上还设有水压喷嘴，水压喷嘴与可装在第1斜倒角109上的硅片301间具有间隙，水压喷嘴具有中央喷嘴105和外围喷嘴102.中央喷嘴105的结构为：设有中心水管轴201，中心水管轴201的外面和密封套202配合，密封套202固定在装载底盘104上，中心水管轴201的中心通孔205通过其底部间隙和第1水管通道107连通，并设有限制中心水管轴201从密封套202中滑出的结构.第1水管通道107为1个，外围喷嘴102为3组，与中心呈120°对称分布，每组2个，3个第2水管通道108与中心呈120°对称分布，每组外围喷嘴102均和其对应的第2水管通道108连通，3个第2水管通道108还与设在中央喷嘴105和外围喷嘴102之间的蓄水腔连通.装载引导环101内边沿设有3个切口103.中央喷嘴105和外围喷嘴102中的一组连接有液体压力传感器302和303，液体压力传感器302和303与进水可调节流阀306和307相连，通过改变进水量来检测水压大小.中心水管轴201具有一中心通孔205，在有去离子水流过该中心水管轴201中的中心通孔205时，该中心水管轴201跟随水流一起上升，但为了避免在硅片301上产生划痕始终不与硅片直接接触，而是通过其中心通孔205内的水流以一定压力将硅片301向上提升.在此过程中，中心水管密封套202主要通过O型槽204实现密封作用，中心水管外套203上端带有一凸缘以限制中心水管轴201从中心水管密封套202中滑出.通过喷水管102和中心喷水管组件105向硅片301提供一定水压，使得硅片301在该装载装置中顺利地被提升到抛光头内实现装片.各喷水管102在提升硅片301过程中起辅助作用.装载底盘104中的各喷水管102的供水主要是通过水管组件106来实现的，而中心喷水管组件105的供水则是由装载底盘104底部的一供水通道107来实现的.同时在中心喷水管组件105和装载底盘104的其中一组喷水管102处均接有液体压力传感器和节流阀(图1中均未画出)，以检测在不同水流量的情况下去离子水的压力大小.该硅片定位装载装置的水路框图如图4所示.其中第2斜倒角110用来定位硅片301，第1斜倒角109与保持环中斜倒角配合用来定位抛光头位置.
采用水悬浮装载方式，避免了硅片直接与定位装片装置接触以产生划痕。考虑到300mm硅片直径范围较大，现采用如图1所示的6个周向均布喷水管和1个中心喷水管组件对硅片进行水悬浮装片，避免了硅片直接与喷水管接触以产生划痕，中心水管轴跟随水流一起向上运动一定距离，但在整个硅片提升过程中该中心水管轴始终不与硅片接触，而是通过从中心通孔喷出的水注和硅片直接接触以此实现提升过程，该喷水管组件在提升硅片的过程中起主要作用，周围6个喷水管起辅助作用。采用斜倒角边缘接触的方式实现了硅片与装载引导环之间以及抛光头与装载引导环之间的定位和预对准。同时装载引导环还包括周向分布的一个或多个切口，其作用主要是提供附加的区域，抛光头中的保持环由于吸收流体或热量扩散会引起其膨胀，在从硅片装载装置取回硅片其间保持环可以弯曲或凸出到该区域内，同时还可以减小保持环和装载引导环之间的摩擦，使得更容易从装载引导环中移出保持环，减小保持环嵌入并卡在装载引导环内的可能性。
工作时：首先机械手通过真空吸附方式将硅片301放在装载引导环101中的第2斜倒角110内，以此实现边缘定位，此时各喷水管与硅片之间存在一定距离。当空载抛光头下降到装载引导环101以内时，由于装载引导环101内的第2斜倒角109恰好与抛光头中保持环的斜倒角配合，从而实现了抛光头与装载引导环101之间的定位对准。之后，通过水管组件106和装载底盘104中的水管通道107同时给各喷水管102和中心喷水管组件105供水，硅片301在去离子水压力作用下将其向上提升，其中中心喷水管组件105在提升硅片301过程中是通过具有中心通孔205的中心水管轴201来完成的，其跟随水注共同运动适当距离，作用是使水注保持一定水压，但自身并未与硅片301直接接触以避免产生划痕，该中心喷水管组件105在硅片提升过程中起主要作用，其余各水管102起辅助作用。在中心喷水管组件105和装载底盘104的其中一组喷水管102处均接有液体压力传感器和节流阀，以检测在不同水流量的情况下去离子水的压力大小。适当调整水压直到将硅片301平稳的提升到抛光头合适位置以方便抛光头将硅片301顺利吸附在其内部，从而完成硅片的装载过程。同理，当抛光过程结束以后，硅片卸载过程正好相反，整个装卸片过程水路框图如图4所示。可用作300mm硅片化学机械抛光设备中的定位装载装置，实现300mm硅片的精确定位；采用此装置可实现硅片在装载过程中的精确定位，为抛光头吸附硅片做好准备；并可将硅片无损伤地吸附在抛光头中，以便抛光过程的顺利进行。
Claims (6)
1.一种化学机械抛光设备硅片定位装片装置，其特征在于具有装载底盘(104)，装载底盘(104)上固定有装载引导环(101)，装载引导环(101)内设有第1斜倒角(109)和第2斜倒角(110)；装载底盘(104)上设有水压喷嘴，水压喷嘴与可装在第2斜倒角(110)上的硅片间具有间隙。
2.根据权利要求1所述的化学机械抛光设备硅片定位装片装置，其特征在于所述的水压喷嘴具有中央喷嘴和外围喷嘴。
3.根据权利要求2所述的化学机械抛光设备硅片定位装片装置，其特征在于所述的中央喷嘴的结构为：设有中心轴式水管(201)，中心轴式水管(201)的外面和密封套(202)配合，密封套(202)固定在装载底盘(104)上，中心轴式水管(201)的中心通孔205通过其底部间隙和第1水管通道(107)连通，并设有限制中心轴式水管(201)从密封套(202)中滑出的结构。
4.根据权利要求2所述的化学机械抛光设备硅片定位装片装置，其特征在于所述的外围喷嘴为3组，与中心呈120°对称分布，每组2个，3个第2水管通道(108)与中心呈120°对称分布，每组外围喷嘴均和其对应的第2水管通道(108)连通，3个第2水管通道(108)还与设在中央喷嘴和外围喷嘴之间的蓄水腔连通。
5.根据权利要求1所述的化学机械抛光设备硅片定位装片装置，其特征在于所述的装载引导环(101)内孔边沿设有一个或多个切口(103)。
6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的化学机械抛光设备硅片定位装片装置，其特征在于所述的中央喷嘴和外围喷嘴出水附近接有液体压力传感器，液体压力传感器与进水可调节流阀相连。
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