CN112706060B - 具有自清洗功能的双面抛光设备及抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有自清洗功能的双面抛光设备及抛光方法。设备包括下锭盘、上锭盘、挡板及喷洒装置；上锭盘位于下锭盘的上方，挡板绕设在下锭盘及上锭盘的周向且与下锭盘及上锭盘均有间距；喷洒装置包括安装基柱及喷嘴，安装基柱固定于上锭盘上，喷嘴设置于安装基柱上且喷嘴通过液体管路与清洁液体源相连接，喷嘴包括多个第一喷嘴和多个第二喷嘴，多个第一喷嘴和多个第二喷嘴沿上锭盘周向间隔分布；第一喷嘴用于喷洒水雾以使双面抛光设备内保持润湿氛围，第二喷嘴用于喷洒高压水流以对挡板表面进行清洗，由此可以有效避免抛光液残液及抛光废屑附着在挡板表面，有助于改善晶圆边缘缺陷，延长抛光组件的使用寿命，降低抛光成本。

Description

具有自清洗功能的双面抛光设备及抛光方法

技术领域

本发明涉及硅片制备领域，特别是涉及一种具有自清洗功能的双面抛光设备及抛光方法。

背景技术

随着集成电路器件集成度的日益提高和器件特征尺寸的日益缩小，晶圆表面的平坦度对工艺良率的影响越来越大，晶圆厂为了满足客户对晶圆表面平坦度越来越高的要求也不得不加大投入，对抛光设备和工艺越来越重视。

常见的双面抛光设备通常包括挡板、上锭盘、下锭盘、料篮和内衬；挡板在硅片抛光工艺中，可以阻挡抛光过程中的化学抛光液飞溅和遏制抛光过程中产生的碱性气体向外扩散，晶圆通过料篮(Carrier)和内衬(Insert)的固定被夹在上下锭盘之间以进行双面抛光。在双面抛光过程中，会有抛光液及抛光废屑(比如抛光垫磨损碎屑和/或硅片去除物)附着在机台挡板内壁形成结晶，附着物结晶在随上锭盘移动时，会脱落在抛光垫上造成刮伤及良率损失，且脱落的结晶粒在工艺过程中因内衬的阻拦，会凝聚在内衬与晶圆之间，会加速内衬的损耗及导致晶圆边缘缺陷更加恶化，因而需要进行清洗。清洗时，上下锭盘各自自转，同时高压水刷头会从抛光垫外侧缓慢朝抛光垫内侧行进，从而达到对抛光垫整体的清洁作用。但是刷头在对抛光垫清洁时，冲洗下来的抛光液残液及抛光废屑会溅射到挡板及挡板上，同时上下抛光垫在高速旋转时也会带动抛光液残液及抛光废屑溅射到挡板上。抛光液残液及抛光废屑在长期积累中产生的结晶附着物会像藤壶附着在鲸鱼身上一样附着在挡板内壁。挡板随上锭盘移动过程中，结晶可能脱落而掉落在抛光垫上造成刮伤及良率损失。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有自清洗功能的双面抛光设备及抛光方法，用于解决现有技术中的双面抛光设备在抛光工艺和清洗过程中，抛光液残液及抛光废屑会溅射到挡板及挡板上形成结晶附着物，挡板随上锭盘旋转的过程中，结晶附着物可能脱落而掉落在抛光垫上，造成刮伤及良率损失，且脱落的结晶粒在工艺过程中因内衬的阻拦，会凝聚在内衬与晶圆之间，会加速内衬的损耗及导致晶圆边缘缺陷更加恶化等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有自清洗功能的双面抛光设备，所述双面抛光设备包括下锭盘、上锭盘、挡板及喷洒装置；所述上锭盘位于所述下锭盘的上方，所述挡板绕设在所述下锭盘及所述上锭盘的周向且与所述下锭盘及所述上锭盘均有间距；所述喷洒装置包括安装基柱及喷嘴，所述安装基柱固定于所述上锭盘上，所述喷嘴设置于所述安装基柱上且所述喷嘴通过液体管路与清洁液体源相连接，所述喷嘴包括多个第一喷嘴和多个第二喷嘴，多个第一喷嘴和多个第二喷嘴沿所述上锭盘周向间隔分布；所述第一喷嘴用于喷洒水雾以使所述双面抛光设备内保持润湿氛围，所述第二喷嘴用于喷洒高压水流以对所述挡板表面进行清洗。

可选地，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴均为两个，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴交叉间隔分布，所述第二喷嘴的喷射面为扇形面。

更可选地，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴均通过第一制动装置活动设置于所述安装基柱上；所述双面抛光设备还包括传感器及控制装置，所述传感器设置于所述挡板上，用于感应所述第一喷嘴和/或所述第二喷嘴的喷液方向，所述控制装置与所述传感器及所述第一制动装置相连接，以根据需要通过所述第一制动装置调整所述第一喷嘴和/或所述第二喷嘴的喷洒方向。

可选地，所述传感器通过节口卡控履带设置于所述挡板上，所述双面抛光设备还包括第二制动装置，所述第二制动装置与所述传感器及所述控制装置相连接，可选择地通过所述第二制动装置驱动所述传感器在所述节口卡控履带上上下移动以改变所述传感器的位置。

可选地，所述液体管路上设置有电动阀，所述电动阀与所述控制装置相连接，所述液体管路上设置有电动阀，所述电动阀与所述控制装置相连接，以调节液体流量。

可选地，所述双面抛光设备还包括旋转装置，与所述上锭盘和/或所述下锭盘相连接，以驱动所述上锭盘和/或所述下锭盘旋转。

可选地，所述双面抛光设备还包括内回收槽及外回收槽，所述内回收槽自所述下锭盘的下方向上延伸到所述上锭盘和所述挡板之间，所述外回收槽位于所述内回收槽的外围且向上延伸到所述挡板外围。

可选地，所述双面抛光设备还包括溢流板，所述溢流板一端与所述安装基柱相连接，另一端向外延伸到所述内回收槽与所述挡板之间的间隙上方且与所述挡板具有间距。

可选地，所述溢流板包括相互连接的第一段及第二段，所述第一段与所述第二段在导流面的连接角度大于90度以将残液引流到所述外回收槽。

本发明还提供一种抛光方法，所述抛光方法基于上述任一方案中所述的具有自清洗功能的双面抛光设备进行，所述抛光方法包括在抛光作业后半段，向所述挡板周围喷洒水雾以起到降尘和过滤空气的作用，以及在抛光作业结束后，向所述挡板表面喷洒高压水流以对所述挡板进行清洗的步骤。

如上所述，本发明的具有自清洗功能的双面抛光设备及抛光方法，具有以下有益效果：本发明经改善的结构设计，在上锭盘上设置可喷洒水雾的第一喷嘴和可喷洒高压水流的第二喷嘴，在需要时，比如在抛光作业后半段，可以向挡板周围喷洒水雾以起到降尘和过滤空气的作用，避免粉尘积聚在挡板及上下锭盘表面，以及在抛光作业结束后，向挡板表面喷洒高压水流以对挡板进行清洗，由此可以有效避免抛光液残液及抛光废屑附着在挡板表面，并由此避免因结晶物脱落导致抛光垫、内衬和晶圆等的损伤，有助于改善晶圆边缘缺陷，延长抛光组件的使用寿命，降低抛光成本。

附图说明

图1显示为本发明提供的具有自清洗功能的双面抛光设备的结构示意图。

元件标号说明

11 下锭盘

12 上锭盘

13 挡板

14 安装基柱

15 喷嘴

16 液体管路

17 清洁液体源

18 分流盘

19 传感器

20 节口卡控履带

21 内回收槽

22 外回收槽

23 溢流板

24 回收管路

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质技术内容的变更下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本发明提供一种具有自清洗功能的双面抛光设备，所述双面抛光设备包括下锭盘11、上锭盘12、挡板13及喷洒装置；所述上锭盘12位于所述下锭盘11的上方，晶圆可通过料篮(Carrier)和内衬(Insert)的固定被夹在上下锭盘11之间以进行双面抛光，所述挡板13绕设在所述下锭盘11及所述上锭盘12的周向且与所述下锭盘11及所述上锭盘12均有间距，且所述挡板13至少绕设在所述上锭盘12与下锭盘11之间的间隙外围，即所述挡板13至少包覆在抛光区域外围，以防止抛光作业过程中的抛光液飞溅及阻挡碱性气体向外扩散；所述喷洒装置包括安装基柱14及喷嘴15，所述安装基柱14固定于上锭盘12上，所述喷嘴15设置于所述安装基柱14上且喷嘴15通过液体管路16与清洁液体源17，比如与去离子水源相连接，所述喷嘴15包括多个第一喷嘴和多个第二喷嘴，多个第一喷嘴和多个第二喷嘴沿所述上锭盘12周向间隔分布；第一喷嘴用于喷洒水雾以使所述双面抛光设备内保持润湿氛围，所述第二喷嘴用于喷洒高压水流以对挡板13表面进行清洗。本发明经改善的结构设计，在上锭盘上设置可喷洒水雾的第一喷嘴和可喷洒高压水流的第二喷嘴，在需要时，比如在抛光作业后半段，可以向挡板周围喷洒水雾，以利用过水雾的表面张力作用不断聚集下达起到降尘和过滤空气(比如抑制碱性气流上升)的作用，避免粉尘积聚在挡板及上下锭盘表面，以及在抛光作业结束后，向挡板表面喷洒高压水流以对挡板进行清洗，由此可以有效避免抛光液残液及抛光废屑附着在挡板表面，并由此避免因结晶物脱落导致抛光垫、内衬和晶圆等的损伤，有助于改善晶圆边缘缺陷，延长抛光组件的使用寿命，降低抛光成本。

在一示例中，所述第一喷嘴和第二喷嘴均为两个，第一喷嘴和第二喷嘴交叉间隔分布，各喷嘴15的高度可以根据需要调节，比如在所述上锭盘12盘面上方3cm处，但为确保喷洒范围的全面覆盖，相邻喷嘴15之间的水平距离优选相同，即4个喷嘴15在同一水平面的正投影位于正方形的四个点上。在较优的示例中，第二喷嘴的喷射面为扇形面以确保其具有较大的喷洒面，而第一喷嘴的喷洒面上均匀间隔分布有多个细孔以确保喷洒出的水雾细腻均匀，比如细孔孔径小于等于0.01mm。当然，在其他示例中，第一喷嘴和第二喷嘴的数量还可以为3个或以上，第一喷嘴和第二喷嘴的数量可以相同或不同，具体不限。在一示例中，所述上锭盘12上设置有分流盘18，液体管路16包括主管路和支路，各喷嘴15通过支路连接至所述分流盘18，而分流盘18则通过主管路连接至所述清洁液体源17(主管路可以沿上锭盘12的运动轴设置)，主管路和各支路上均可设置电动阀以根据需要调节液体流量及压力，且电动阀可与控制装置相连接，以由控制装置根据需要调节液体流量，整个双面抛光设备可通过同一控制装置，比如PLC控制器或上位机等控制器进行统一控制。

在一示例中，所述第一喷嘴和第二喷嘴均通过第一制动装置(未示出，比如可以包括旋转式接口及驱动旋转式接口旋转的驱动装置)活动设置于所述安装基柱14上，所述安装基柱14可以为可升降柱，所述双面抛光设备还包括传感器19及控制装置，所述传感器19设置于所述挡板13上，用于感应第一喷嘴和/或第二喷嘴的喷液方向，即所述传感器19可以为单个或多个，比如至少设置一一对应所述第二喷嘴的多个传感器19，或者设置一一对应所述第一喷嘴和第二喷嘴的多个传感器19，所述控制装置与所述传感器19及所述第一制动装置相连接，以根据需要通过所述第一制动装置调整所述第一喷嘴和/或第二喷嘴的喷洒方向，由此实现对喷液轨迹的管控。所述双面抛光设备可以进一步包括报警装置，当所述传感器19感应到水流时触发警报并反馈至第一喷嘴和/或第二喷嘴，并由控制装置自动调节安装基柱14位置和/或第一制动装置以达到规定的喷洒范围高度。

作为示例，所述传感器19通过节口卡控履带20设置于所述挡板13上，所述双面抛光设备还包括第二制动装置，第二制动装置与所述传感器19及所述控制装置相连接，以在需要时通过所述第二制动装置驱动所述传感器19在所述节口卡控履带20上上下移动(即节口卡控履带20沿挡板13纵向设置)以改变传感器19的位置。

作为示例，所述双面抛光设备还包括旋转装置，与所述上锭盘12和/或下锭盘11相连接，以驱动上锭盘12和/或下锭盘11旋转，优选上锭盘12和下锭盘11均旋转且旋转方向相反，以改善抛光效果。

作为示例，所述双面抛光设备还包括内回收槽21及外回收槽22，连接至不同的回收管路24，所述内回收槽21自所述下锭盘11的下方向上延伸到上锭盘12和挡板13之间，所述外回收槽22位于所述内回收槽21的外围且向上延伸到所述挡板13外围。内回收槽21和外回收槽22的尺寸可以根据需要设置，比如在一示例中，外回收槽22的槽壁和挡板13的间距为14cm，而所述上锭盘12外周面和内回收槽21的槽壁之间的间距为3cm。

所述双面抛光设备还包括溢流板23，所述溢流板23一端与所述安装基柱14相连接，另一端向外延伸到所述内回收槽21与挡板13之间的间隙上方，以确保喷嘴15处有遗留水珠滴落不会影响到抛光液的纯度，但溢流板23需与挡板13具有间距，以确保溢流水可以通过双面抛光设备外侧通用的纯水排放系统排放。溢流板23可以直接插设在安装基柱14上，需确保溢流板23不会在上下锭盘11合并时碰撞下锭盘11边壁。

作为示例，所述溢流板23包括相互连接的第一段及第二段，第一段与第二段在导流面的连接角度大于90度以将残液引流到外回收槽。溢流板23的导流面可以为两头窄中间宽的叶片状。

本发明的双面抛光设备可以通过自清洁以提高设备的清洁度，从而有助于避免结晶物附着在挡板及上下锭盘的表面，有助于提高抛光良率，延长抛光组件的使用寿命及降低抛光成本。同时，自清洁过程无需设备停机，有助于提高设备产出率。

本发明还提供一种抛光方法，所述抛光方法基于上述任一方案中所述的具有自清洗功能的双面抛光设备进行，故对所述双面抛光设备的介绍还请参考前述内容，出于简洁的目的不赘述。所述抛光方法包括在抛光作业后半段，向挡板周围喷洒水雾以起到降尘和过滤空气的作用，以及在抛光作业结束后，向挡板表面喷洒高压水流以对挡板进行清洗的步骤，本发明的抛光方法，通过提高抛光作业过程中的环境清洁度，可以有效提高抛光作业良率。

综上所述，本发明提供一种具有自清洗功能的双面抛光设备及抛光方法。所述双面抛光设备包括下锭盘、上锭盘、挡板及喷洒装置；所述上锭盘位于所述下锭盘的上方，所述挡板绕设在所述下锭盘及所述上锭盘的周向且与下锭盘及上锭盘均有间距；所述喷洒装置包括安装基柱及喷嘴，安装基柱固定于上锭盘上，喷嘴设置于所述安装基柱上且喷嘴通过液体管路与清洁液体源相连接，所述喷嘴包括多个第一喷嘴和多个第二喷嘴，多个第一喷嘴和多个第二喷嘴沿上锭盘周向间隔分布；第一喷嘴用于喷洒水雾以使所述双面抛光设备内保持润湿氛围，所述第二喷嘴用于喷洒高压水流以对挡板表面进行清洗。本发明经改善的结构设计，在上锭盘上设置可喷洒水雾的第一喷嘴和可喷洒高压水流的第二喷嘴，在需要时，比如在抛光作业后半段，可以向挡板周围喷洒水雾以起到降尘和过滤空气的作用，避免粉尘积聚在挡板及上下锭盘表面，以及在抛光作业结束后，向挡板表面喷洒高压水流以对挡板进行清洗，由此可以有效避免抛光液残液及抛光废屑附着在挡板表面，并由此避免因结晶物脱落导致抛光垫、内衬和晶圆等的损伤，有助于改善晶圆边缘缺陷，延长抛光组件的使用寿命，降低抛光成本。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种具有自清洗功能的双面抛光设备，其特征在于，所述双面抛光设备包括下锭盘、上锭盘、挡板及喷洒装置；所述上锭盘位于所述下锭盘的上方，所述挡板绕设在所述下锭盘及所述上锭盘的周向且与所述下锭盘及所述上锭盘均有间距；所述喷洒装置包括安装基柱及喷嘴，所述安装基柱固定于所述上锭盘上，所述喷嘴设置于所述安装基柱上且所述喷嘴通过液体管路与清洁液体源相连接，所述喷嘴包括多个第一喷嘴和多个第二喷嘴，多个第一喷嘴和多个第二喷嘴沿所述上锭盘周向间隔分布；所述第一喷嘴用于喷洒水雾以使所述双面抛光设备内保持润湿氛围，所述第二喷嘴用于喷洒高压水流以对所述挡板表面进行清洗。

2.根据权利要求1所述的具有自清洗功能的双面抛光设备，其特征在于，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴均为两个，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴交叉间隔分布，所述第二喷嘴的喷射面为扇形面。

3.根据权利要求1所述的具有自清洗功能的双面抛光设备，其特征在于，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴均通过第一制动装置活动设置于所述安装基柱上；所述双面抛光设备还包括传感器及控制装置，所述传感器设置于所述挡板上，用于感应所述第一喷嘴和/或所述第二喷嘴的喷液方向，所述控制装置与所述传感器及所述第一制动装置相连接，以根据需要通过所述第一制动装置调整所述第一喷嘴和/或所述第二喷嘴的喷洒方向。

4.根据权利要求3所述的具有自清洗功能的双面抛光设备，其特征在于，所述传感器通过节口卡控履带设置于所述挡板上，所述双面抛光设备还包括第二制动装置，所述第二制动装置与所述传感器及所述控制装置相连接，可选择地通过所述第二制动装置驱动所述传感器在所述节口卡控履带上上下移动以改变所述传感器的位置。

5.根据权利要求3所述的具有自清洗功能的双面抛光设备，其特征在于，所述液体管路上设置有电动阀，所述电动阀与所述控制装置相连接，以调节液体流量。

6.根据权利要求1所述的具有自清洗功能的双面抛光设备，其特征在于，所述双面抛光设备还包括旋转装置，与所述上锭盘和/或所述下锭盘相连接，以驱动所述上锭盘和/或所述下锭盘旋转。

7.根据权利要求1所述的具有自清洗功能的双面抛光设备，其特征在于，所述双面抛光设备还包括内回收槽及外回收槽，所述内回收槽自所述下锭盘的下方向上延伸到所述上锭盘和所述挡板之间，所述外回收槽位于所述内回收槽的外围且向上延伸到所述挡板外围。

8.根据权利要求7所述的具有自清洗功能的双面抛光设备，其特征在于，所述双面抛光设备还包括溢流板，所述溢流板一端与所述安装基柱相连接，另一端向外延伸到所述内回收槽与所述挡板之间的间隙上方且与所述挡板具有间距。

9.根据权利要求8所述的具有自清洗功能的双面抛光设备，其特征在于，所述溢流板包括相互连接的第一段及第二段，所述第一段与所述第二段在导流面的连接角度大于90度以将残液引流到所述外回收槽。

10.一种抛光方法，其特征在于，所述抛光方法基于权利要求1-9任一项所述的具有自清洗功能的双面抛光设备进行，所述抛光方法包括在抛光作业后半段，向所述挡板周围喷洒水雾以起到降尘和过滤空气的作用，以及在抛光作业结束后，向所述挡板表面喷洒高压水流以对所述挡板进行清洗的步骤。

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