CN114248199A - 一种晶圆平坦化工序中作为连接件的双面吸附装置 - Google Patents

Abstract

一种晶圆平坦化工序中作为连接件的双面吸附装置，包括具有一定厚度的吸附本体，具有上下两个端面。吸附本体的上端面作为吸附抛光头的上吸附区，下端面作为吸附晶圆的下吸附区；内部设有气流通道。上吸附区开设有多组同心圆凹槽，圆凹槽均与气流通道连通；下吸附区开设有多个吸附孔，吸附孔均与气流通道连通；吸附孔呈同心圆状分布，同一圈上相邻两吸附孔之间的间距相同，且该间距由内圈向外圈梯度递减；下吸附区的边缘处设有密封圈，下端面向下凸出，作为晶圆的定位环，凸出段与下吸附区共同界定形成一用于安装晶圆的空间，凸出段的下端面高于或者持平于晶圆的下端面；密封圈与最外层吸附孔之间设有一隔离槽，隔离槽与气流通道连通。

Description

一种晶圆平坦化工序中作为连接件的双面吸附装置

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种晶圆平坦化工序中作为连接件的双面吸附装置。

背景技术

硅晶圆被广泛用作半导体器件的基板材料。通过对于单晶硅锭依序进行如下工序来制造硅晶圆：外围研磨、切片、研磨（lapping）、蚀刻、双面抛光、单面抛光、清洗等。平坦度是用于表征晶圆形貌、厚度等属性的各类参数，具体包括：翘曲度(BOW)、变形量(Warp)、关于拟合面的变形量(SORI)、最大厚度偏差(TTV)等。

其中，单面抛光工序为消除晶圆表面的凹凸或高低起伏以提高平坦度的必要工序，使用CMP（Chemical Mechanical Polishing：化学的机械抛光）法进行镜面加工。化学机械研磨技术兼具有研磨性质的机械式研磨与耐酸碱溶液的化学式研磨两种作用，可以使晶圆表面达到全面平坦化，以至于后续薄膜沉积的进行。

CMP抛光装置在衬底片行业、窗口片行业、ic制成行业和MEMS平坦化制成工艺中均有使用。CMP抛光装置通常包括抛光盘，抛光盘上贴抛光垫，抛光垫上方设置抛光头。抛光过程中，晶圆被一抛光头按压贴近抛光垫，一边在抛光垫上滴抛光液，一边使抛光盘及抛光头分别旋转，化学腐蚀和机械摩擦两种作用就这样交替、循环地进行，由此抛光晶圆的单面。

其中，通过晶圆载体如陶瓷盘等使晶圆与抛光头相对固定，在晶圆与陶瓷盘之间通过上固态蜡、融化后再凝固的方式来固定晶圆，但是这种方式加工时间较长，操作不方便，且粘贴固态蜡无法保证蜡层的均匀性，导致晶圆产生弯曲变形，使其表面不平坦，容易产生抛光过度的情况。且后续还要除蜡，容易导致晶圆破损。针对不同尺寸的晶圆，需要更换抛光装置中的抛光头，换成对应尺寸的抛光头，同时晶圆需要贴蜡，若晶圆不是非标件，是特殊尺寸，可能还需要更换贴蜡机，成本高昂。

另外，晶圆表面发生扭曲，存在翘曲（BOW）值，特别是晶圆的边缘处，翘曲度更高，影响晶圆的平坦度。在抛光前，一般通过在晶圆面向陶瓷盘的表面的凹处填充固态蜡，使晶圆的待抛光面平展，但是固态蜡无法保证蜡层的均匀性，从而无法保证晶圆的表面质量，同时还需增加清除蜡环节，操作不便。

有鉴于此，针对晶圆平坦化单面抛光处理工序如何设计一种对晶圆无损、操作方便、成本低廉的专用连接固定晶圆的装置是本发明研究的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种晶圆平坦化工序中作为连接件的双面吸附装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种晶圆平坦化工序中作为连接件的双面吸附装置，所述双面吸附装置包括具有一定厚度的吸附本体，定义所述吸附本体的厚度方向为上下方向；所述吸附本体具有上下两个端面。

所述吸附本体的上端面作为吸附抛光头的上吸附区，所述吸附本体的下端面作为吸附晶圆的下吸附区；所述吸附本体内部设有气流通道，该气流通道开设有一用于连通真空发生器的抽真空口。

所述上吸附区开设有多组同心圆凹槽，每个所述圆凹槽均与所述气流通道连通；

所述下吸附区开设有多个吸附孔，每个所述吸附孔均与所述气流通道连通；所述吸附孔在下吸附区上呈同心圆状分布，且同一圈上相邻两所述吸附孔之间的间距相同，且该间距由同心圆的内圈向外圈梯度递减；所述气流通道、所述圆凹槽和所述吸附孔共同界定形成真空腔；

所述下吸附区的边缘处设有一密封圈，且该密封圈的下端面相对所述下吸附区向下凸出，所述密封圈的凸出段作为所述晶圆的定位环，且所述密封圈的凸出段与所述下吸附区共同界定形成一用于安装所述晶圆的空间，且所述密封圈凸出段的下端面高于或者持平于所述晶圆的下端面；所述密封圈与最外层吸附孔之间设有一隔离槽，所述隔离槽与所述气流通道连通。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1.上述方案中，本技术方案使用过程为：先将吸附本体翻转，使下吸附区朝向上方设置，将晶圆嵌入密封圈的凸出段后固定，且晶圆贴合下吸附区。再翻转吸附本体，使下吸附区朝向下方，晶圆被密封圈固定不会脱落。上吸附区朝上，对准贴合到抛光头的下表面，再抽真空。晶圆被吸附固定在吸附装置的下吸附区，吸附装置和晶圆作为一个整体，被吸附固定在抛光头上，即吸附装置作为晶圆与抛光头之间的连接件使用。再进行抛光处理。抛光完成后，停止抽真空，先将吸附装置和晶圆整体从抛光头上取下，再将吸附装置翻转，使下吸附区朝向上方设置，再将晶圆取出。

2上述方案中，根据不同的晶圆直径尺寸来设计加工不同尺寸的吸附装置，且可根据晶圆的翘曲程度，定制孔的密度，需要固定不同尺寸的晶圆时，直接更换吸附装置即可。而现有针对不同尺寸的晶圆，需要更换抛光装置中的抛光头，换成对应尺寸的抛光头，对于特殊尺寸的晶圆，甚至要定制抛光头，成本高昂且耗时长。同时晶圆需要贴蜡，若晶圆不是非标件，是特殊尺寸，可能还需要更换贴蜡机，成本高昂。另外，本技术方案的吸附装置通用性强，适用于在平坦化工序的单面抛光、研磨、MEMS平坦化制成工艺。综上，本技术方案操作方便、成本低廉、通用性强、连接稳定，且方便实现非标定制。

3.上述方案中，本技术方案采用吸附装置对晶圆进行吸附固定，且结合下吸附区上的一密封圈对晶圆进行辅助固定，操作方便，固定稳定，可实现免上蜡、免除蜡，后续晶圆采用纯水清洗去除抛光液即可，不需要再专门清洗除蜡，可以做到无损地固定晶圆。另外，下吸附区上吸附孔非均匀性分布，外层密，内层疏，可实现晶圆在吸附装置面上拉伸平展，降低翘曲度（BOW），且避免晶圆过抛的情况。

4.上述方案中，所述吸附孔在下吸附区上呈同心圆状分布，且同一圈上相邻两所述吸附孔之间的间距相同，且该间距由同心圆的内圈向外圈梯度递减。其含义为吸附孔是非均匀性分布的，外层的相邻吸附孔之间的间距小于内层吸附孔之间的间距，即外层的吸附孔分布更密，其相应的吸附力更强，内层的吸附孔更疏，其相应的吸附力更弱。晶圆的边缘部分比中间部分更翘曲，晶圆吸附于下吸附区，则其边缘受到的吸附力更强，中间受到的吸附力更弱，使晶圆从中心向边缘拉伸延展，从而降低晶圆的翘曲度。根据晶圆的翘曲度，各层与层之间的间距，以及同一层上吸附孔之间的间距均可定制化调整。

5.上述方案中，本技术方案设计双面打孔和槽方式的吸附装置，上面吸附抛光头，下面吸附晶圆。上吸附区开设圆凹槽，下吸附区开设吸附孔，且圆凹槽和吸附孔均与气流通道连通，即圆凹槽、吸附孔和气流通道共同组成一真空腔，抽真空时，上吸附区和下吸附区同时产生吸附力。圆凹槽相对吸附孔的抽气面积更大，目的是使上吸附区的吸附力更大。本技术方案上吸附区和下吸附区采用共用一个气流通道，因晶圆的尺寸较小、重量轻，其需要的吸附力较小，通常为50微米到5毫米之间，所以共用气流通道不会影响对晶圆的吸附力，若采用相互独立的气流通道，则结构较为复杂，需要将两部分进行拼接连接，本技术方案采用一个公共气流通道，简化结构，加工简单，且抛光过程中，操作也较为简单。

6.上述方案中，所述下吸附区的边缘处设有一密封圈，且该密封圈的下端面相对所述下吸附区向下凸出，所述密封圈的凸出段作为所述晶圆的定位环，且所述密封圈的凸出段与所述下吸附区共同界定形成一用于安装所述晶圆的空间。密封圈用于密封吸附装置的下吸附区，防止抛光液进入下吸附区的吸附孔，导致吸附力下降，甚至导致晶圆脱落。且密封圈的凸出段也作为晶圆的定位环，密封圈的直径一般略小于晶圆的直径，晶圆卡接在密封圈的凸出段内，对晶圆进行辅助定位。

7.上述方案中，所述密封圈与最外层吸附孔之间设有一隔离槽，所述隔离槽与所述气流通道连通。当有抛光液流入下吸附区时，抛光液经由隔离槽排出，避免抛光液进入吸附孔，影响吸附力。

8.上述方案中，相邻两圈所述吸附孔，外圈吸附孔的个数比内圈吸附孔的个数多5~15个。

9.上述方案中，所述圆凹槽的底部开设有多个通气孔，所述圆凹槽通过所述通气孔与所述气流通道连通。

10.上述方案中，所述抽真空口位于所述吸附本体的侧面。

11.上述方案中，所述气流通道沿所述吸附本体的径向布置。

12.上述方案中，所述下吸附区的边缘处设有一密封槽，所述密封圈嵌入该密封槽。所述密封槽的外槽壁的下端面低于所述密封槽的内槽壁的下端面。

本发明工作原理是：本发明将吸附装置作为晶圆与抛光头之间的连接件使用。先将吸附本体翻转，使下吸附区朝向上方设置，将晶圆嵌入密封圈的凸出段后固定，且晶圆贴合下吸附区。再翻转吸附本体，使下吸附区朝向下方，晶圆被密封圈固定不会脱落。上吸附区朝上，对准贴合到抛光头的下表面，再抽真空。晶圆被吸附固定在吸附装置的下吸附区，吸附装置和晶圆作为一个整体，被吸附固定在抛光头上。通过吸附装置的双面吸附，构成晶圆跟抛光头的相对固定，再进行抛光处理。抛光完成后，停止抽真空，先将吸附装置和晶圆整体从抛光头上取下，再将吸附装置翻转，使下吸附区朝向上方设置，再将晶圆取出。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、由于本发明在平坦化工序中采用一双面吸附装置，将晶圆与抛光头相对连接固定。针对不同尺寸的晶圆，不同翘曲度的晶圆，甚至是特殊尺寸的晶圆，均可定制不同规格的吸附装置，成本低。避免更换抛光头，或者定制抛光头，成本高昂且费时。综上，本发明双面吸附装置操作方便、成本低廉、通用性强、连接稳定，且方便实现非标定制。

2、由于本发明对晶圆主要采用吸附固定，结合一密封圈对晶圆进行辅助固定，操作方便，固定稳定，可实现免上蜡、免除蜡固定晶圆，且清洗方便，可以做到无损地固定晶圆。

3、由于本发明吸附晶圆的吸附孔为非均匀性分布，外层密，内层疏，使外层吸附力更强，内层吸附力更弱，则晶圆边缘受到的吸附力更强，中间受到的吸附力更弱，使晶圆从中心向边缘拉伸延展，降低晶圆的翘曲度（BOW），提高平坦度，且避免晶圆过抛的情况。且根据不同批次晶圆的翘曲度，吸附孔各层与层之间的间距，以及同一层上吸附孔之间的间距均可定制化调整。

4、由于本发明设置一密封圈，既可以防止抛光液进入下吸附区的吸附孔，保证吸附力，又可以作为晶圆的定位环，辅助固定晶圆，方便晶圆上料，固定到吸附装置上。

附图说明

附图1为本发明实施例吸附装置的上吸附区视角的立体图；

附图2为本发明实施例吸附装置的下吸附区视角的立体图；

附图3为本发明实施例吸附装置的上吸附区视角的立体剖视图；

附图4为本发明实施例吸附装置的下吸附区视角的立体剖视图；

附图5为本发明实施例吸附装置的剖视图；

附图6为本发明实施例吸附装置作为晶圆与抛光头之间连接件的使用状态图。

以上附图中：1、吸附本体；2、上吸附区；3、下吸附区；4、抛光头；5、晶圆；6、气流通道；7、抽真空口；8、圆凹槽；9、吸附孔；10、密封圈；11、隔离槽；12、密封槽；13、抛光垫；14、抛光盘。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：一种晶圆平坦化工序中作为连接件的双面吸附装置

参见附图1~2所示，所述双面吸附装置包括具有一定厚度的吸附本体1，定义所述吸附本体1的厚度方向为上下方向；所述吸附本体1具有上下两个端面。

参见附图3~5所示，所述吸附本体1的上端面作为吸附抛光头4的上吸附区2，所述吸附本体1的下端面作为吸附晶圆5的下吸附区3；所述吸附本体1内部设有气流通道6，该气流通道6开设有一用于连通真空发生器的抽真空口7；所述抽真空口7位于所述吸附本体1的侧面。所述气流通道6沿所述吸附本体1的径向布置。

所述上吸附区2开设有多组同心圆凹槽8，每个所述圆凹槽8均与所述气流通道6连通。所述圆凹槽8的底部开设有多个通气孔，所述圆凹槽8通过所述通气孔与所述气流通道6连通。

所述下吸附区3开设有多个吸附孔9，每个所述吸附孔9均与所述气流通道6连通；所述吸附孔9在下吸附区3上呈同心圆状分布，且同一圈上相邻两所述吸附孔9之间的间距相同，且该间距由同心圆的内圈向外圈梯度递减；所述气流通道6、所述圆凹槽8和所述吸附孔9共同界定形成真空腔。相邻两圈所述吸附孔9，外圈吸附孔9的个数比内圈吸附孔9的个数多5~15个。

所述下吸附区3的边缘处设有一密封圈10，且该密封圈10的下端面相对所述下吸附区3向下凸出，所述密封圈10的凸出段作为所述晶圆5的定位环，且所述密封圈10的凸出段与所述下吸附区3共同界定形成一用于安装所述晶圆5的空间，且所述密封圈10凸出段的下端面高于或者持平于所述晶圆5的下端面；所述密封圈10与最外层吸附孔9之间设有一隔离槽11，所述隔离槽11与所述气流通道6连通。所述下吸附区3的边缘处设有一密封槽12，所述密封圈10嵌入该密封槽12。

本实施例上料过程为：先将吸附本体1翻转，使下吸附区3朝向上方设置，将晶圆5嵌入密封圈10的凸出段后固定，且晶圆5贴合下吸附区3。再翻转吸附本体1，使下吸附区3朝向下方，晶圆5被密封圈10固定不会脱落。上吸附区2朝上，对准贴合到抛光头4的下表面，再抽真空。晶圆5被吸附固定在吸附装置的下吸附区3，吸附装置和晶圆5作为一个整体，被吸附固定在抛光头4上。通过吸附装置的双面吸附，构成晶圆5跟抛光头4的相对固定，再进行抛光处理。抛光完成后，停止抽真空，先将吸附装置和晶圆5整体从抛光头4上取下，再将吸附装置翻转，使下吸附区3朝向上方设置，再将晶圆5取出。

参见附图6所示，本实施例工作时，吸附装置双面吸附，下吸附区3吸附固定晶圆5，上吸附区2吸附固定于抛光头4，吸附装置作为一个连接件，连接固定晶圆5和抛光头4。抛光盘14上贴抛光垫13，晶圆5被抛光头4按压贴近抛光垫13，一边在抛光垫13上滴抛光液，一边使抛光盘14及抛光头4分别旋转，化学腐蚀和机械摩擦两种作用就这样交替、循环地进行，由此抛光晶圆5的下表面。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种晶圆平坦化工序中作为连接件的双面吸附装置，其特征在于：所述双面吸附装置包括具有一定厚度的吸附本体（1），定义所述吸附本体（1）的厚度方向为上下方向；所述吸附本体（1）具有上下两个端面；

所述吸附本体（1）的上端面作为吸附抛光头（4）的上吸附区（2），所述吸附本体（1）的下端面作为吸附晶圆（5）的下吸附区（3）；所述吸附本体（1）内部设有气流通道（6），该气流通道（6）开设有一用于连通真空发生器的抽真空口（7）；

所述上吸附区（2）开设有多组同心圆凹槽（8），每个所述圆凹槽（8）均与所述气流通道（6）连通；

所述下吸附区（3）开设有多个吸附孔（9），每个所述吸附孔（9）均与所述气流通道（6）连通；所述吸附孔（9）在下吸附区（3）上呈同心圆状分布，且同一圈上相邻两所述吸附孔（9）之间的间距相同，且该间距由同心圆的内圈向外圈梯度递减；所述气流通道（6）、所述圆凹槽（8）和所述吸附孔（9）共同界定形成真空腔；

所述下吸附区（3）的边缘处设有一密封圈（10），且该密封圈（10）的下端面相对所述下吸附区（3）向下凸出，所述密封圈（10）的凸出段作为所述晶圆（5）的定位环，且所述密封圈（10）的凸出段与所述下吸附区（3）共同界定形成一用于安装所述晶圆（5）的空间，且所述密封圈（10）凸出段的下端面高于或者持平于所述晶圆（5）的下端面；所述密封圈（10）与最外层吸附孔（9）之间设有一隔离槽（11），所述隔离槽（11）与所述气流通道（6）连通。

2.根据权利要求1所述的晶圆平坦化工序中作为连接件的双面吸附装置，其特征在于：相邻两圈所述吸附孔（9），外圈吸附孔（9）的个数比内圈吸附孔（9）的个数多5~15个。

3.根据权利要求1所述的晶圆平坦化工序中作为连接件的双面吸附装置，其特征在于：所述圆凹槽（8）的底部开设有多个通气孔，所述圆凹槽（8）通过所述通气孔与所述气流通道（6）连通。

4.根据权利要求1所述的晶圆平坦化工序中作为连接件的双面吸附装置，其特征在于：所述抽真空口（7）位于所述吸附本体（1）的侧面。

5.根据权利要求1所述的晶圆平坦化工序中作为连接件的双面吸附装置，其特征在于：所述气流通道（6）沿所述吸附本体（1）的径向布置。

6.根据权利要求1所述的晶圆平坦化工序中作为连接件的双面吸附装置，其特征在于：所述下吸附区（3）的边缘处设有一密封槽（12），所述密封圈（10）嵌入该密封槽（12）。

7.根据权利要求6所述的晶圆平坦化工序中作为连接件的双面吸附装置，其特征在于：所述密封槽（12）的外槽壁的下端面低于所述密封槽（12）的内槽壁的下端面。

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