CN112405331A - 晶圆研磨装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种晶圆研磨装置，包括：具有研磨垫的研磨台，所述研磨垫用于研磨晶圆表面；供应手臂，所述供应手臂位于所述研磨垫上方，所述供应手臂用于输送研磨液至所述研磨垫；晶圆载具，所述晶圆载具位于所述研磨垫上方，所述晶圆载具用于将所述晶圆按压于研磨垫，所述晶圆载具具有承载面和非承载面；其中，所述承载面与所述晶圆接触；其中，所述供应手臂侧壁和/或所述晶圆载具非承载面粘贴有黏胶带，所述胶粘带表面粗糙度小于或等于预设表面粗糙度。本发明能够避免在研磨过程中飞溅的研磨液形成结晶并且结晶掉落而导致晶圆划伤，从而提高半导体生产良率。

Description

晶圆研磨装置

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种晶圆研磨装置。

背景技术

在半导体器件的制备中，多种材料在半导体晶片上反复形成为具有层叠构造的膜状，为形成该层叠结构，使半导体晶片的表面变得平坦的技术变得重要。化学机械研磨(Chemical-Mechanical Planarization，CMP)作为半导体晶片表面平坦化的手段，得到了广泛应用。

在化学机械研磨过程中，研磨垫和晶圆载具均在旋转，位于研磨垫上的研磨液会因为离心力的作用，飞溅至位于研磨垫上方的研磨液供应手臂和晶圆载具上，长时间累积后会导致研磨液结晶。结晶后的小颗粒物极易洒落在研磨垫上，造成晶圆刮伤，产生废品。

为此，寻求一种结构简单、使用方便的化学机械研磨装置，能够有效防止晶圆在研磨过程中刮伤。

发明内容

本发明解决的技术问题为如何有效防止在研磨过程中小颗粒物掉落而导致晶圆划伤。

为解决上述技术问题，本发明提供一种晶圆研磨装置，包括：具有研磨垫的研磨台，所述研磨垫用于研磨晶圆表面；供应手臂，所述供应手臂位于所述研磨垫上方，所述供应手臂用于输送研磨液至所述研磨垫；晶圆载具，所述晶圆载具位于所述研磨垫上方，所述晶圆载具用于将所述晶圆按压于研磨垫，所述晶圆载具具有承载面和非承载面；其中，所述承载面与所述晶圆接触；其中，所述供应手臂侧壁和/或所述晶圆载具非承载面粘贴有黏胶带，所述胶粘带表面粗糙度小于或等于预设表面粗糙度。

在其中一个实施例中，所述胶粘带的材料包括氟树脂。

在其中一个实施例中，所述胶粘带的粘贴方式包括层叠式；所述胶粘带的粘贴轴向为远离所述研磨垫的方向。

在其中一个实施例中，所述胶粘带包括至少一种类型，不同类型的胶粘带具有不同的宽度值。

在其中一个实施例中，每一类型的所述胶粘带分别具有对应的预设界面尺寸范围。

在其中一个实施例中，在距离所述研磨垫的预设高度范围内，所述供应手臂侧壁和/或所述晶圆载具非承载面粘贴有所述胶粘带。

在其中一个实施例中，所述晶圆研磨装置还包括清洗水枪；所述清洗水枪的使用压力小于或等于1.5MPa。

在其中一个实施例中，所述清洗水枪具有流量调节部件，通过控制所述流量调节部件调整所述清洗水枪出水口流量。

在其中一个实施例中，所述清洗水枪的出水口流量为40～290L/min。

在其中一个实施例中，所述清洗水枪的清洗距离小于或等于3m。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下优点：

本发明提供的晶圆研磨装置中，晶圆载具和供应手臂位于研磨垫上方，胶粘带粘贴在供应手臂侧壁和/或晶圆载具的不与晶圆接触的表面，胶粘带的表面粗糙度小于预设粗糙度。本发明中，胶粘带供应手臂和/或晶圆载具表面粘贴有小于预设粗糙度的胶粘带，使得研磨液无法在供应手臂和/或晶圆载具表面依附并结晶，避免在研磨过程中结晶的小颗粒物掉落而导致晶圆划伤，从而提高半导体生产良率。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本发明的一个实施例提供的晶圆研磨装置的结构示意图；

图2为图1所示晶圆研磨装置的局部结构示意图；

图3为本发明的另一实施例提供的晶圆研磨装置的结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有亟需提供一种晶圆研磨装置，有效防止在研磨过程中飞溅的研磨液在部件上结晶而结晶掉落而导致晶圆划伤。

为解决上述问题，本发明提供一种晶圆研磨装置，供应手臂和/或晶圆载具表面粘贴有小于预设粗糙度的胶粘带，使得研磨液无法在供应手臂和/或晶圆载具表面依附并结晶，避免在研磨过程中结晶的小颗粒物掉落而导致晶圆划伤，从而提高半导体生产良率。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

图1为本发明的一个实施例提供的晶圆研磨装置的结构示意图。

参考图1，晶圆研磨装置包括：具有研磨垫11的研磨台10，研磨垫11用于研磨晶圆12表面；供应手臂14，供应手臂14位于研磨垫11上方，供应手臂14用于输送研磨液至研磨垫11；晶圆载具13，晶圆载具13位于所述研磨垫11上方，晶圆载具13用于将晶圆12按压于研磨垫11，所述晶圆载具13具有承载面133和非承载面；其中，承载面133与晶圆12接触；其中，供应手臂14侧壁和/或晶圆载具13非承载面粘贴有胶粘带(未图示)，胶粘带表面粗糙度小于预设粗糙度。

可以理解，图1中示出的晶圆研磨装置的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的示意图，并不构成对本申请方案所应用于的晶圆研磨装置的限定，具体的晶圆研磨装置可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件分布。比如，该图中的晶圆载具13和供应手臂14可以具有不同的分布方式。

以下将结合附图对本实施例提供的晶圆搬送装置进行详细说明。在半导体制程中，进行晶圆12研磨作业的位置称为研磨台10，研磨台10沿一方向旋转。研磨垫11位于研磨台10表面，且具有粗糙表面，研磨垫11用于研磨晶圆12表面。通常，研磨台10与研磨垫11为圆形，且在一套晶圆研磨装置中包含三个或四个研磨台10。

具体地，研磨垫11用于研磨晶圆12与研磨垫11接触的表面。需要说明的是，不同研磨台10上研磨垫11的表面粗糙度不同，具有不同表面粗糙度的研磨垫11能够对晶圆12进行不同程度的研磨，使得研磨后的晶圆12具有不同粗糙程度的平坦表面。

在一实施例中，供应手臂(slurry arm)14位于研磨垫11上方，供应手臂14用于输送研磨液至研磨垫11。研磨液中通常具有化学助剂和研磨粒(abrasive particles)，化学助剂与需要进行研磨的晶圆12表面发生化学反应，使之形成易研磨层，再配合研磨粒的辅助进行机械研磨，将易研磨层的凸出部分研磨掉，进而形成平坦表面。

在一实施例中，晶圆载具13位于研磨垫11上方，用于将晶圆12按压于研磨垫11。在按压晶圆12的同时，晶圆载具13与研磨垫11进行相对运动，通过相对运动和研磨液实现对晶圆12表面的平坦化。

晶圆载具13又可称为晶圆承载器。晶圆载具13还可以用于按压晶圆12外，还能够用于载入、承载并移动晶圆12至指定区域。其中，载入方式包括真空负压吸附。

可以理解的是，指定区域可以是一个，也可以是多个；当指定区域为多个时，在前一指定区域的工艺结束后，晶圆载具13移动晶圆12至下一指定区域。

晶圆载具13包括承载手臂131和研磨头132，研磨头132具有用于承载晶圆12的承载面133，承载方式为真空负压吸附。在进行晶圆研磨处理工艺时，承载手臂131沿一方向旋转，承载手臂131带动研磨头132和晶圆12旋转，晶圆12相对研磨垫11移动。

需要说明的是，晶圆载具13具有承载面133和非承载面，非承载面为除承载面133以外的其余表面。

本实施例中，研磨台10的转动方向与承载手臂131的转动方向相同，转动速度不同。具体地，研磨台10的转动方向和转动手臂131的转动方向都为顺时针或逆时针。需要说明的是，在其他实施例中，研磨台与承载手臂的转动方向相反，相反的转动方向使得晶圆12与研磨垫11之间具有更大的相对转动速度，进而使得晶圆12具有更好的研磨效果。当研磨台与承载手臂的转动方向相反时，研磨台的转速和承载手臂的转速可以相同也可以不同。

通常情况下，承载手臂131和研磨头132的截面为圆形，研磨头132的界面尺寸大于承载手臂131的界面尺寸。此外，晶圆12形状为圆形，晶圆12的尺寸小于承载面133的尺寸。

在一个实施例中，研磨台10具有中心轴线，中心轴线为虚拟的、垂直于研磨台10并过研磨台10圆心的轴线。晶圆载具13的中心轴线偏离研磨台10的圆心位置，晶圆载具13的中心轴线与研磨台10圆心之间的距离由研磨台10的转速决定，使得供应手臂14输送的研磨液能够与晶圆12充分接触，进而保证晶圆12的研磨效果。供应手臂14相对晶圆载具13更靠近研磨台10的中心轴线，供应手臂14在研磨台14上方静止、在研磨台14上方平行摆动或在研磨台14上方时钟摆动。

在一个实施例中，供应手臂14侧壁和/或晶圆载具13非承载面粘贴有胶粘带，胶粘带的表面粗糙度小于或等于预设表面粗糙度。预设表面粗糙度为飞溅的研磨液不易依附的表面的不平度，当胶粘带的表面粗糙度小于或等于预设表面粗糙度时，飞溅的研磨液不易依附在胶粘带表面，进而避免在研磨过程中结晶形成的小颗粒物掉落而导致晶圆12划伤，从而提高半导体生产良率。

其中，预设表面粗糙度Ra在3μm～1.6μm之间，例如为3μm、2.4μm、2μm、1.6μm。

需要说明的是，在其他实施例中，胶粘带还具有优异的绝缘性、耐酸碱腐蚀性、耐化学品腐蚀性。其中，化学品包括研磨液中的化学助剂。

在一实施例中，胶粘带的材料包括氟树脂，氟树脂具有优异的柔软性和表面平滑性。氟树脂指的是分子结构中含有氟原子的一类热塑性树脂，氟树脂的主要品种包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)、聚氯乙烯(PVF)等。

图2为图1所示晶圆研磨装置的局部结构示意图。为了表达简要，图2中仅图示出供应手臂24、研磨垫21及粘贴在供应手臂24上的两圈胶粘带。

参考图2，在本实施例中，胶粘带环绕供应手臂24一圈后剪断，进行下一圈的粘贴，其中，环绕供应手臂24一圈的胶粘带首尾重叠。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用螺旋缠绕式等方式粘贴供应手臂。

具体地，供应手臂24上粘贴有两段胶粘带——第一胶粘带22和第二胶粘带23，第一胶粘带22具有相对的第一胶粘带上边缘222和第一胶带下边缘221，第二胶粘带23具有相对的第二胶粘带上边缘232和第二胶粘带下边缘231。其中，胶粘带具有一定的厚度，厚度范围为0.08mm～0.23mm，例如为0.08mm、0.13mm、0.18mm、0.23mm。

需要说明的是，由于胶粘带具有一定的厚度，未被覆盖的胶粘带上边缘相当于一个台阶，飞溅的研磨液能够在该台阶处聚集而结晶，而下边缘与上边缘的朝向相反，下边缘会受到重力作用，进而更小可能会累积有飞溅的研磨液。因此，在进行粘贴时，需要尽可能地覆盖胶粘带上边缘，有利于避免飞溅的研磨液的依附和累积。

在一实施例中，胶粘带的粘贴方式为层叠式，第二胶粘带23与第一胶粘带22有部分重叠，使得供应手臂24的上边缘能够被覆盖，避免研磨液在供应手臂24上依附并结晶。

在一实施例中，胶粘带的粘贴轴向为远离研磨垫21的方向，第一胶粘带22先于第二胶粘带23粘贴于供应手臂24上，如此，使得第一胶粘带上边缘222被第二胶粘带23覆盖，进而避免飞溅的研磨液在第一胶粘带上边缘222处结晶。

可以理解的是，当供应手臂24上存在N(N为大于1的自然数)圈依次部分重叠的胶粘带，且粘贴轴向为远离研磨垫21的方向时，仅存在一未被覆盖的胶粘带上边缘，即最后粘贴的第N胶粘带上边缘。如此，可以减少粘胶带边缘处所依附并结晶的飞溅研磨液，进而避免在研磨过程中结晶的小颗粒物掉落而导致晶圆划伤，从而提高半导体生产良率。

在一实施例中，在距离研磨垫21的预设高度范围内，供应手臂24侧壁和/或晶圆载具非承载面粘贴有胶粘带。具体地，胶粘带相对于研磨垫21表面存在最大高度值d，在小于最大高度值的范围内，供应手臂24侧壁和/或晶圆载具非承载面上粘贴有胶粘带；其中，高度值d的具体数值可以由研磨液在预设时间内飞溅的最大高度得到，预设时间应当大于或等于晶圆和研磨台的相对转动周期，而相对转动周期由晶圆载具和研磨台的转动速度和方向确定。

根据预设时间内研磨液飞溅的最大高度，在最大高度范围内粘贴胶粘带，既可以避免研磨液在器件表面形成结晶小颗粒物，又可以节约成本。

在一实施例中，胶粘带包括至少一种类型，不同类型的胶粘带具有不同的宽度值。其中，宽度值范围为13mm～420mm，例如为13mm、30mm、50mm、150mm、300mm、350mm、420mm。不同宽度的胶粘带能够适应具有不同实体尺寸的粘贴对象部件，提升粘贴效果和粘贴效率。

此外，每一类型的胶粘带分别具有对应的预设截面尺寸范围，即根据粘贴对象部件的截面尺寸确定粘贴用胶粘带的类型。

本实施例中，粘贴对象部件的截面尺寸越大，对应使用的胶粘带的宽度值越大。需要说明的是，在其他实施例中，粘贴对象部件的界面尺寸越小，对应使用的胶粘带的宽度值越大。

可以理解的是，当粘贴对象部件的界面尺寸处于一确定值时，可对应不止一个类型的胶粘带，也就是说，每一类型的胶粘带分别对应的预设界面尺寸范围可能存在重合。如此，可以通过其他因素决定最终使用的胶粘带的类型，例如为对象部件相对于研磨垫21表面的高度。

在一实施例中，两个截面尺寸相同的对象部件中，相对于研磨垫21表面的高度较低的对象部件采用较宽的胶粘带。由于相对于研磨垫表面的高度越低，可能接触到的研磨液越多，可能依附于胶粘带边缘处的研磨液越多，因此采用较宽的胶粘带，使得胶粘对象部件高度相同、相邻胶粘带重叠宽度相同的情况下，胶粘带所具有的边缘处更少。如此，使得可能依附于胶粘带边缘处的研磨液更少，有利于避免研磨液在胶粘带边缘处依附并结晶。其中，边缘处包括上边缘和下边缘。

可以理解的是，对于一截面尺寸不变的对象部件，不同高度可以粘贴有不同宽度的胶粘带。

图3为本发明的另一实施例提供的晶圆研磨装置的结构示意图。

参考图3，晶圆研磨装置还包括清洗水枪25。通常情况下，清洗水枪25用于为清洗研磨垫21、晶圆载具23、供应手臂24，在一些实施例中，清洗水枪25也用于清洗晶圆22。需要说明的是，为了避免从清洗水枪25中喷出的水流对清洗对象造成损伤，清洗水枪的使用压力小于或等于1.5MPa。

在一实施例中，清洗水枪25具有流量调节部件251，通过控制流量调节部件251调整清洗水枪25出水口流量。具体地，通过控制清洗水枪在当前压力情况下的流量，实现对清洗对象进行不同程度的清洗，在保证不对清洗对象造成损伤的情况下，提高清洗效率。

在一实施例中，清洗水枪25的出水口流量为40～290L/min。具体地，在清洗水枪25的使用压力为0.5MPa时，清洗水枪25的出水口流量为40～290L/min，例如为40L/min、90L/min、140L/min、190L/min、240L/min、290L/min。出水口流量在此范围内时，出水口的水流既能保证将研磨液或研磨液形成的结晶从待清洗部件上清洗掉，又能保证不会对待清洗部件造成损伤。

在一实施例中，清洗水枪25的清洗距离小于或等于2m，例如为0.2m、0.5m、1m、1.5m、2m。清洗距离指的是以清洗水枪25的出水口为起点，清洗水枪25所喷出的水流能达到的最远距离，具有该清洗距离的清洗水枪25，能够对晶圆研磨装置进行全面清洁，避免存在清洗盲区，使得飞溅的研磨液无法结晶形成小颗粒，保证了晶圆在研磨过程中不会被刮伤。

在任一研磨工序完成后，清洗水枪25对晶圆研磨装置中的其他部件进行清洗，在不损伤部件表面的情况下，清除位于部件及胶粘带表面的研磨液，避免在研磨过程中研磨液结晶形成的小颗粒物掉落而导致晶圆划伤，从而提高半导体生产良率。

本实施例提供的晶圆研磨装置，使得研磨液无法在供应手臂和/或晶圆载具表面依附并结晶，避免在研磨过程中结晶的小颗粒物掉落而导致晶圆划伤，从而提高半导体生产良率。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各自更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种晶圆研磨装置，其特征在于，包括：

具有研磨垫的研磨台，所述研磨垫用于研磨晶圆表面；

供应手臂，所述供应手臂位于所述研磨垫上方，所述供应手臂用于输送研磨液至所述研磨垫；

晶圆载具，所述晶圆载具位于所述研磨垫上方，所述晶圆载具用于将所述晶圆按压于研磨垫，所述晶圆载具具有承载面和非承载面，所述承载面用于与所述晶圆接触；

其中，所述供应手臂侧壁和/或所述晶圆载具非承载面粘贴有胶粘带，所述胶粘带表面粗糙度小于或等于预设表面粗糙度。

2.根据权利要求1所述的晶圆研磨装置，其特征在于，所述胶粘带的材料包括氟树脂。

3.根据权利要求1所述的晶圆研磨装置，其特征在于，所述胶粘带的粘贴方式包括层叠式；所述胶粘带的粘贴轴向为远离所述研磨垫的方向。

4.根据权利要求1所述的晶圆研磨装置，其特征在于，所述胶粘带包括至少两种类型，不同类型的胶粘带具有不同的宽度值。

5.根据权利要求1所述的晶圆研磨装置，其特征在于，每一类型的所述胶粘带分别具有对应的预设截面尺寸范围。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的晶圆研磨装置，其特征在于，在距离所述研磨垫的预设高度范围内，所述供应手臂侧壁和/或所述晶圆载具非承载面粘贴有所述胶粘带。

7.根据权利要求1所述的晶圆研磨装置，其特征在于，还包括：清洗水枪，所述清洗水枪的使用压力小于或等于1.5MPa。

8.根据权利要求7所述的晶圆研磨装置，其特征在于，所述清洗水枪具有流量调节部件，通过控制所述流量调节部件调整所述清洗水枪出水口流量。

9.根据权利要求8所述的晶圆研磨装置，其特征在于，所述清洗水枪的出水口流量为40～290L/min。

10.根据权利要求7所述的晶圆研磨装置，其特征在于，所述清洗水枪的清洗距离小于或等于3m。

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