CN102642174B

CN102642174B - 提供用于夹持阶段的空气区域的系统和方法

Info

Publication number: CN102642174B
Application number: CN201210040190.0A
Authority: CN
Inventors: 蔡蕙婷; 巫丰印
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2011-02-21
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2032-02-20
Also published as: CN102642174A; TWI459504B; US8939815B2; US20120214383A1; TW201236105A

Abstract

一种系统，包括：夹具，在夹具的第一表面上具有固定环，第一表面和固定环为环形，固定环具有第一内圆周；压盘，具有第二表面，第二表面面向第一表面，并且能够通过操作与第一表面一起移动；以及空气区域，由第一内圆周进行限定，并且提供有效内圆周，有效内圆周与第一内圆周不同。本发明还公开了提供用于夹持阶段的空气区域的系统和方法。

Description

提供用于夹持阶段的空气区域的系统和方法

技术领域

本发明基本上涉及带有固定环的机械夹具。更具体地来说，本发明涉及在夹具组件中的固定环的内直径提供空气区域的系统和方法。

背景技术

许多传统的系统使用夹具组件进行化学机械抛光(CMP)。抛光头位于顶部上，并且在水平面中具有环形形状。固定环包围着抛光头的圆周。通过利用真空将晶圆固定在抛光头上，将圆形的半导体晶圆装载到夹具中，其中，晶圆位于固定环中。然后，通过将晶圆暴露出的表面接触压盘(platen)上的抛光垫，闭合夹具系统。然后，将晶圆相对于抛光垫移动，从而实施抛光。

在一些实施例中，固定环由塑料构成。在传统的CMP系统中，在晶圆的边和固定环的边之间存在有大约1mm的间隙。换言之，固定环的内直径略大于晶圆的内直径，该间隙的目的是使得晶圆便于装载到抛光头中。

在抛光期间，上述间隙会造成晶圆相对于固定环移动。这种移动会导致CMP工艺期间产生接触应力，从而在固定环的内圆周上产生了凹痕。如果在凹痕中产生了副产品，则可能增加划损缺陷的可能性，增加坡口损坏(bevel damage)的可能性，并且可能降低产量。因此，亟需一种更为有效的CMP技术。

发明内容

本发明提供了许多不同的实施例。在一个实施例中，一种系统，包括：夹具，在夹具的第一表面上具有固定环，第一表面和固定环为环形，固定环具有第一内圆周；压盘，具有第二表面，第二表面面向第一表面，并且能够通过操作与第一表面一起移动；以及空气区域，由第一内圆周限定，并且提供有效内圆周，有效内圆周与第一内圆周不同。

在另一实施例中，一种用于在夹持阶段固定制造对象的方法，包括：将制造对象装载到夹具上，夹具包括固定环，固定环包围制造对象，固定环的第一内圆周大于制造对象的圆周，第一内圆周和制造对象的圆周之间的差距形成了第一间隙；在夹具上施加真空，从而将制造对象固定到夹具；以及将空气施加到制造对象的圆周和固定环的第一内圆周之间的空气区域，从而产生出有效第一间隙，有效第一间隙与第一间隙不同。

在另一实施例中，一种系统，包括：夹具，具有作用于接触表面的真空系统，真空系统用于将制造对象固定到夹具；固定环，限定出将制造对象固定在接触表面的区域，固定环具有第一内圆周；以及装置，用于在制造工艺期间，将压缩空气施加在第一内圆周处，从而将第一内圆周减小到有效内圆周，有效内圆周小于第一内圆周。

附图说明

根据以下结合附图的详细描述可以最好地理解本发明。需要强调的是，根据工业中的标准实践，各种不同部件没有按比例绘制，并且只是用于图示的目的。实际上，为了使论述清晰，可以任意增加或减小各种部件的数量和尺寸。

图1示出了根据一个实施例的示例性CMP系统。

图2是示出了晶圆圆周和固定环内圆周的未按比例绘制的概念上的顶视图。

图3-图5示出了根据一个示例性实施例的图1的抛光头的使用方法。

图6示出了根据一个实施例的抛光半导体晶圆的示例性方法。

具体实施方式

本发明基本上涉及制造工艺。更具体地来说，本发明涉及减小固定环和通过固定环进行限制的制造产品之间的间隙的系统和方法。尽管本文描述的实例将该技术应用到了CMP工艺，但是，应该注意，本文所描述的技术通常可以应用到使用了夹具系统的系统和方法，无论是否是半导体工业中的夹具系统。

应该理解，以下公开内容提供了许多用于实施所公开的不同特征的不同实施例或实例。以下描述组件和配置的具体实例以简化本发明。当然，这仅仅是实例，并不是用于限制本发明。另外，本公开的内容可以在不同实例中重复参考标号和/或字母。这种重复是为了简化和清晰的目的，并且没有在本质上表示各个实施例和/或所讨论配置之间的关系。

现在参考附图，图1示出了根据一个实施例的示例性CMP系统100。图1示出了抛光头或者夹具110和压盘150的横截面。抛光头110的外圆周以横截面的方式通过直径d1示出。直径d1在本实例中还对应于固定环120的外圆周。固定环120的内圆周以横截面的方式由直径d2示出。

抛光头110还包括真空组件，该真空组件具有端口111和接触表面114。端口111用于形成真空，从而将晶圆(未示出)固定到接触表面114。在CMP工艺完成之后，该端口111还可以用于将真空去除，从而将晶圆“去夹持”。

端口112和113提供了穿过抛光头110和固定环120的主体的空气通道。在各个实施例中，将加压空气施加穿过端口112和113，从而形成空气区域115和116，进而形成由直径d3以横截面的方式示出的固定环120的有效内圆周。在各个实施例中，抛光头110和固定环120可以包括多于两个端口(类似于端口112和113)，这些端口围绕着固定环120的内圆周提供了附加的空气区域。

系统100还包括面向抛光头110的压盘150。压盘150包括位于其上的抛光垫160，在使用过程中，该抛光垫160接触在固定环120的边界中固定的晶圆。抛光头110和压盘150可以相互之间在用于产生接触的z轴上相对移动，在x-y平面中进行旋转。在一个实例中，在抛光工艺开始时，抛光头110和/或压盘150在z轴上方向上移动，从而使得晶圆与抛光垫160相接触。抛光头110和/或压盘150旋转，从而通过抛光垫160对晶圆实施研磨运动。抛光头110和/或压盘150还可以在x-y平面上产生平移运动，从而提高晶圆表面上的研磨均匀性。而且，晶圆可以围绕着多个轴旋转，同样提高了研磨的均匀性。

尽管未在本文中示出，但是系统100还可以包括其他部分。例如，为了更利于CMP工艺，其他实施例可以包括垫调节器、浆液敷料器(slurryapplicator)等等。另外，一些实施例包括与端口111-113相连通的空气压缩机/真空系统，以提供真空，用于固定晶圆并且在端口112、113中提供压缩空气。而且，一些实施例可以包括用于控制系统移动和晶圆定位的控制系统。另外，图1未按比例绘制，并且在一些实施例中，压盘150的直径可以比抛光头110的外直径大若干倍。

图2示出了间隙的概念，有助于解释晶圆如何根据一个实施例与固定环相配合。图2是示出了晶圆圆周202和固定环内圆周201的未按比例绘制的概念上的顶视图。在一些实施例中，202小于201，从而使得在抛光期间，晶圆能够相对于固定环移动。

图2中所示出的间隙为晶圆和固定环的内表面之间的最大距离。在本文中，各个实施例都通过在抛光期间使用空气区域减小了有效的固定环内直径201，从而减小了间隙。该实施例可以减小晶圆和固定环之间的接触应力，该接触应力基本上足以减少接触环的凹坑。在一个实例中，降低了有效的内圆周，从而将间隙从1mm(通常是一些传统系统中的大小)降低到大约0.5mm。

图3-图5示出了根据一个示例性实施例的抛光头110的使用方法。在图3中，将晶圆300置于抛光头110下。在图4中，通过施加真空将晶圆300固定到接触表面114。尽管未在图4中示出，但是在一些实施例中，接触表面114中有小洞，从而将晶圆300暴露到真空，有利于图4中的固定。端口111用于降低抛光头110中的气压来供应真空。

在图5中，施加压缩空气穿过端口112、113，从而在固定环120的内圆周处形成空气区域115、116。空气区域115、116所包含的空气被压缩为高于环境压力，从而对晶圆300的边施加了一些作用力，进而减少了在抛光期间的晶圆300的移动。因此，压缩空气有效地减小了固定环120的内圆周，从而有效地减小了固定环120和晶圆300之间的间隙。

另外，根据抛光垫160(图1)的透视图，空气区域115、116形成了“无缝”表面。例如，如果没有空气区域115、116，则晶圆300和固定环120之间的间隙在抛光垫160与通过间隙形成的缝隙相接触的位置上会缺少平滑。然而，空气区域115、116在通过间隙形成的缝隙处形成了压力，该压力还影响了晶圆300的边和抛光垫的表面。空气区域115、116增加了平滑性，从而使得由固定环120和晶圆130形成的表面相对于抛光垫表面近似齐平和光滑。

图6示出了根据实施例的抛光半导体晶圆的示例性的方法600。在一些实例中，方法600可以由一个或者多个人和/或机器在一个制造地点或者多个制造地点实施。

在框610中，将晶圆装载到夹具上。在本实例中，夹具具有固定环，该固定环的内直径大于晶圆的外圆周。固定环和晶圆之间的间隙使得晶圆能够可靠地装载到夹具上。在一些实例中，该间隙为大约1毫米，然而实施例的范围并没有限制为间隙的任何特定范围。

在框620中，在夹具处施加真空，从而将半导体晶圆固定到夹具上。例如，如图3-图5所示，带有端口的真空系统施加真空穿过端口，从而将晶圆固定在固定环中的接触表面上。

在一个实施例中，通过控制真空系统，在抛光工艺期间将晶圆固定在平坦轮廓上。将图4作为一个实例，晶圆示出为侧面图，并且对齐在x-y平面中。然而，晶圆可能变得未对齐并且在z方向上倾斜，从而在抛光期间造成不均匀研磨。在一些实施例中，可以利用真空端口控制轮廓对齐，从而通过单独调整各个端口处的真空，可以获得精确的轮廓对齐。

在框630中，将空气区域施加在固定环的内圆周和晶圆的边缘之间。该空气区域将作用力施加到晶圆的边缘，从而有效地降低了固定环的内圆周，并且有效地减小了间隙。在一个实例中，间距被减小到0.5毫米，然而，实施例的范围并没有限制在任何范围的有效间隙。

如上所述，在一些实施例中，使用真空系统控制了晶圆的轮廓，从而在晶圆的整个表面形成了平坦抛光。在一些实施例中，附加地使用了空气区域，从而通过将晶圆相对于x-y平面中的固定环移动，进一步控制轮廓对齐。

尽管本文中的实例涉及空气区域，但是实施例的范围并没有限制到使用大气空气。在各个实施例中，可以使用处于适当压力的任何适当气体来减小晶圆和固定环之间的有效间隙。

在一些实施例中，框640包括通过将夹具相对于抛光平面移动，从而抛光半导体晶圆。随着夹具移动，晶圆还可以相对于固定环移动。通过将作用力施加到x-y平面中的晶圆的边缘，空气区域起到了减小上述运动的作用，从而降低了接触应力。另外，空气区域在晶圆和固定环之间的间隙处形成了较为平滑和平坦的表面。

在框650中，将晶圆从夹具上移除。例如，在一些实施例中，随着夹具的接触表面处为真空，空气区域处的压缩空气被移除。当空气区域处的压力变回环境压力时，有效间隙变回原始间隙，从而便于晶圆的可靠移除。

方法600是示例性的，实施例的范围并没有仅仅限制在图6中所示出的方法。在其他实施例中，可以增加、忽略、修改、或者重置一些步骤。例如，一些实施例包括对晶圆的进一步处理，比如沉积、蚀刻、以及进一步的抛光步骤。在其他实例中，使用空气间隙将制造对象置于夹具中，该过程并不包括半导体抛光工艺。例如，可以在制造工艺的一个或者多个部分期间将光盘(例如，DVD)固定在夹具组件中的适当位置，而可以使用如上述方法所示出的空气区域固定该对象。实际上，实施例的范围包括为了各种目的而将任何制造对象置于夹具上。

各个实施例相对于不带有空气区域的固定环的其他技术可以具有多个优点。例如，一些实施例提供了有效无缝表面，用于接触抛光垫。这种表面可以减小晶圆和固定环之间的接触应力。减小了的接触应力可以有助于提高固定环的使用寿命。

另外，接触应力可能会导致晶圆相对较薄的边缘损坏(即，坡口损坏)。各个实施例通过降低接触应力，降低了发生坡口损坏的几率。

而且，一些实施例通过在x-y平面中进行附加调整，可以提高对于晶圆轮廓的控制。在一些实例中，对于一些传统尺寸的晶圆(例如，从145mm到147mm)，将空气区域增加2毫米或者更多，可以在增强晶圆轮廓控制。

上面论述了多个实施例的部件，使得本领域普通技术人员可以更好地理解本发明的各个方面。本领域普通技术人员应该理解，可以很容易地使用本发明作为基础来设计或修改其他用于执行与本文所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点的处理和结构。本领域普通技术人员还应该意识到，这种等效构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。

Claims

1.一种用于在夹持阶段固定制造对象的系统，包括：

夹具，在所述夹具的第一表面上具有固定环，所述第一表面和所述固定环为环形，所述固定环具有第一内圆周；

压盘，具有第二表面，所述第二表面面向所述第一表面，并且能够通过操作与所述第一表面一起移动；以及

空气区域，由所述第一内圆周进行限定，并且提供有效内圆周，所述有效内圆周与所述第一内圆周不同，

其中，所述空气区域位于半导体晶圆的圆周和所述固定环的所述第一内圆周之间，所述有效内圆周小于所述第一内圆周。

2.根据权利要求1所述的用于在夹持阶段固定制造对象的系统，其中，所述夹具和固定环包括端口，所述端口用于将压缩空气传送到所述固定环的所述内圆周。

3.根据权利要求1所述的用于在夹持阶段固定制造对象的系统，其中，所述系统包括化学机械抛光(CMP)系统。

4.根据权利要求1所述的用于在夹持阶段固定制造对象的系统，其中，所述夹具包括真空系统，所述真空系统将真空施加到所述第一内圆周中。

5.根据权利要求1所述的用于在夹持阶段固定制造对象的系统，其中，所述夹具的第一外圆周大于所述固定环的第一内圆周。

6.根据权利要求1所述的用于在夹持阶段固定制造对象的系统，其中，所述有效内圆周容纳半导体晶圆且所述有效内圆周和所述半导体晶圆之间具有0.5mm的间隙。

7.根据权利要求1所述的用于在夹持阶段固定制造对象的系统，进一步包括：

抛光垫，位于所述第二表面上。

8.根据权利要求1所述的用于在夹持阶段固定制造对象的系统，进一步包括：

用于使所述夹具和所述压盘相互之间移动的装置。

9.根据权利要求1所述的用于在夹持阶段固定制造对象的系统，进一步包括：

半导体晶圆，通过真空固定在所述夹具上，并且通过所述有效内圆周进行限定。

10.一种用于在夹持阶段固定制造对象的方法，所述方法包括：

将所述制造对象装载到夹具上，所述夹具包括固定环，所述固定环包围所述制造对象，所述固定环的第一内圆周大于所述制造对象的圆周，所述第一内圆周和所述制造对象的圆周之间的差形成了第一间隙；

在所述夹具上施加真空，从而将所述制造对象固定至所述夹具；以及

将空气施加到所述制造对象的圆周和所述固定环的所述第一内圆周之间的空气区域，从而产生出有效第一间隙，所述有效第一间隙与所述第一间隙不同。

11.根据权利要求10所述的用于在夹持阶段固定制造对象的方法，其中，施加空气到所述空气区域包括：

在端口处将压缩空气传送到所述固定环的所述内圆周中。

12.根据权利要求11所述的用于在夹持阶段固定制造对象的方法，其中，所述端口穿过所述夹具的至少一部分延伸到所述固定环的内表面。

13.根据权利要求10所述的用于在夹持阶段固定制造对象的方法，进一步包括：

将所述空气区域和所述真空减压；以及

从所述夹具移除所述制造对象。

14.根据权利要求10所述的用于在夹持阶段固定制造对象的方法，进一步包括：

在夹持期间，使用所述空气区域控制所述制造对象的轮廓。

15.根据权利要求10所述的用于在夹持阶段固定制造对象的方法，其中，所述制造对象包括半导体晶圆，所述方法进一步包括：

通过使所述夹具相对于抛光表面进行移动，从而将所述半导体晶圆抛光。

16.根据权利要求15所述的用于在夹持阶段固定制造对象的方法，其中，所述抛光包括化学机械抛光(CMP)。

17.一种用于在夹持阶段固定制造对象的系统，包括：

夹具，具有作用于接触表面的真空系统，所述真空系统用于将制造对象固定到所述夹具；

固定环，限定出将所述制造对象固定在所述接触表面的区域，所述固定环具有第一内圆周；以及

装置，用于在制造工艺期间，将压缩空气施加在所述制造对象的圆周和所述固定环的所述第一内圆周之间的空气区域处，从而将所述第一内圆周减小到有效内圆周，所述有效内圆周小于所述第一内圆周。

18.根据权利要求17所述的用于在夹持阶段固定制造对象的系统，进一步包括：

多个端口，位于所述真空系统中，用于将真空提供到所述接触表面。

19.根据权利要求17所述的用于在夹持阶段固定制造对象的系统，其中，用于施加压缩空气的所述装置包括：

端口，从所述第一内圆周延伸穿过抛光头的至少一部分。

20.根据权利要求17所述的用于在夹持阶段固定制造对象的系统，其中，所述夹具包括抛光头。