CN202796870U - 气体小环境装置以及化学机械研磨机台 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭露了一种气体小环境装置以及化学机械研磨机台，所述装置包括气源、与所述气源连接的管路以及用于将所述气源提供的气体喷吹到一晶圆表面的喷头，所述喷头与所述管路连接。所述化学机械研磨机台包括所述气体小环境装置。使用本实用新型所提供的气体小环境供应装置，在晶圆附近形成气体的小环境，隔离外环境中引起电化学腐蚀的物质，降低了电化学腐蚀所产生缺陷的发生几率，同时减少了扬起细微颗粒对产品造成影响的概率，提高产品良率，节省了能耗和生产成本。

Description

气体小环境装置以及化学机械研磨机台

技术领域

本实用新型涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种气体小环境装置以及化学机械研磨机台。

背景技术

在超大规模集成电路（ULSI）制造工艺中，随着电路尺寸的不断缩小，开始在垂直方向上进行拓展。对于小图形，其分辨率受晶片表面的条件影响很大，随着特征图形尺寸减小到亚微米级，芯片制造工艺对低缺陷密度的要求越来越迫切。在众多的缺陷中，电化学腐蚀是常见的金属腐蚀缺陷，其是指金属表面与环境组分发生电化学作用而产生的破坏。数据显示电化学腐蚀产生的缺陷常常发生在CMP（Chemical Mechanical Polishing，化学机械研磨）之后的干燥过程中。CMP工艺在80年代末由IBM公司首次引入半导体制造业中，用于解决硅片表面的平坦化的问题，主要依靠晶圆与研磨垫之间的相对运动以及研磨液的化学侵蚀，达到研磨和去除的目的。用于化学机械研磨的机台一般由芯片机械传送装置，研磨单元和清洗干燥单元等组成。晶圆被传输装置传输到研磨单元进行研磨，之后传输到清洗干燥单元进行清洗和干燥。在干燥过程中，晶圆上的金属线在潮湿的情况下极易与空气中酸性气体或其他腐蚀性气体发生电化学作用，形成鼓包突起等腐蚀缺陷，大大影响产品良率。

为了解决这个问题，目前通常是在机台上方加装风淋装置，使整个机台处于正压氛围中以达到减少与外部环境的空气交换的目的。但是，由于风淋装置是对整个机台进行不间断气流供应，一方面会将机台内其他部位由于机械磨损或其它原因产生的细微颗粒扬起，对晶圆生产造成污染，降低产品良率；另一方面，需对整个机台进行气体供应，如此将导致过多的气体消耗和不必要的能耗，增加了生产成本。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于化学机械研磨的气体小环境装置以及化学机械研磨机台，既能减少电化学腐蚀造成的缺陷，同时减少了扬起细微颗粒对产品造成影响的概率，提高产品良率，进一步的节省了能耗和生产成本。

为解决上述问题，本实用新型提出一种用于化学机械研磨机台的气体小环境装置，所述气体小环境装置包括气源、喷头和管路，其中，所述喷头将气源提供的气体喷吹到晶圆表面，所述喷头通过所述管路与所述气源相连接。

可选的，所述气体小环境装置安装于化学机械研磨机台的清洗干燥单元，所述清洗干燥单元包括：干燥槽、与所述干燥槽转动连接的载物台以及承载所述晶圆的传输臂，所述载物台包括正面以及与所述正面相对的背面，所述传输臂将所述晶圆从所述干燥槽内移动至所述载物台的正面。

可选的，所述气体小环境装置还包括一管路固定装置，所述管路固定装置包括：设置于所述干燥槽一侧的第一段，与所述第一段转动连接且设置于所述载物台背面的第二段，与所述第二段固定连接且设置于所述载物台一侧的第三段，以及与所述第三段固定连接且设置于所述载物台正面的第四段，所述喷头与所述第四段固定连接。

可选的，所述气体小环境装置安装于化学机械研磨机台的机械臂，所述机械臂包括：支撑柱、载物单元以及晶圆限位装置，所述载物单元与所述支撑柱连接，晶圆限位装置设置于所述载物单元上。

可选的，所述的用于化学机械研磨机台的气体小环境装置的管路设置于所述支撑柱、载物单元和晶圆限位装置内，所述喷头与所述晶圆限位装置内的管路相连通。

可选的，所述气源为氮气源，所述喷头的数量为多个，所述喷头材质为抗腐蚀材料，比如抗腐蚀的金属。

本实用新型还提供一种化学机械研磨机台，所述化学机械研磨机台包括上述气体小环境装置。

与现有技术相比，本实用新型所提供的用于化学机械研磨机台的气体小环境装置和化学机械研磨机台，喷头能将气源提供的气体喷吹到晶圆表面，仅为晶圆附近提供气体小环境，避免了扬起机台内部的细小颗粒对生产过程造成影响，有较小的气体消耗和能耗。

进一步的，在晶圆到达处设置晶圆感应器，在气源与喷头间设置由所述晶圆感应器控制的气阀。采用这样的结构，在晶圆到达指定位置时气阀开启，既能保持晶圆的气体小环境，又能进一步减少消耗，从而减少生产成本。

附图说明

图1A为本实用新型实施例一的气体小环境装置等待晶圆时的示意图；

图1B为本实用新型实施例一的气体小环境装置晶圆移动时的示意图；

图1C为本实用新型实施例一的气体小环境装置接收晶圆后的示意图；

图2A为本实用新型实施例二的气体小环境装置等待晶圆时的示意图；

图2B为本实用新型实施例二的气体小环境装置接收晶圆后的示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心思想在于提供一种用于化学机械研磨的气体小环境装置以及化学机械研磨机台，所述气体小环境装置包括：气源，与所述气源连接的管路，以及用于将所述气源提供的气体喷吹到一晶圆表面的喷头，所述喷头与所述管路连接。所述化学机械研磨机台包括所述小环境装置。使用本实用新型提供的气体小环境能在晶圆附近形成气体小环境，隔离外环境中引起电化学腐蚀的物质，降低了电化学腐蚀所产生缺陷的发生几率，同时减少了扬起细微颗粒对产品造成影响的概率，提高产品良率，节省了能耗和生产成本。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的用于化学机械研磨机台的气体小环境装置作进一步详细说明。

实施例一

本实施例中，在化学机械研磨机台的清洗干燥单元上使用本实用新型的气体小环境装置。所述化学机械研磨机台的清洗干燥单元用于对研磨过后的晶圆进行清洗和干燥。

具体如图1A所示，所述清洗干燥单元包括：干燥槽8、载物台1、传输臂6。干燥槽8与载物台1转动连接，传输臂6用于将晶圆7从所述干燥槽8内移动至所述载物台上。

本实施例的气体小环境装置包括：气源（未图示）、与所述气源连接的管路以及用于将所述气源提供的气体喷吹到一晶圆表面的喷头2，所述喷头2与所述管路连接。

较佳的，所述气体小环境装置还包括：管路固定装置、设置于所述载物台1上的感应器3以及设置于所述管路上的气阀5，所述感应器3与所述气阀5电性连接，所述感应器3根据所述载物台1的位置控制所述气阀5的开合。

本实施例中，所述管路固定装置分为四段：设置于所述干燥槽8一侧的第一段41；与所述第一段41转动连接且设置于所述载物台1背面的第二段42，所述第二段42可随载物台1一同转动；与所述第二段42固定连接且设置于所述载物1台自由端一侧的第三段43；与所述第三段43固定连接且设置于所述载物台1正面的第四段44，所述喷头2与所述第四段44固定连接。所述管路置于所述管路固定装置内，并与所述喷头2和气源连接。

为使气体能均匀喷出，喷头2可设计为莲蓬头式。为防止锈蚀，喷头2材质优选为抗腐蚀材料，例如抗腐蚀的金属。为节约成本，所述气源优选氮气源，可采用半导体工厂内的总气源作为所述气体小环境装置的气源，即，将所述管路直接接到所述总气源上，当然，也可外接其它独立的气源装置，由该独立的气源装置为所述气体小环境装置提供气体。

结合图1A至图1C所示，本实施例的气体小环境装置工作过程如下：

如图1A所示，当清洗干燥单元的传输臂6等待晶圆7时，感应器3不触发，气阀5关闭，喷头2无气体喷出，以减少消耗；

如图1B所示，当清洗干燥单元的传输臂6上升时，感应器3触发，气阀5打开，喷头2喷出气体，此时由于晶圆7全部裸露于空气中，如不向晶圆7喷吹氮气易导致产生电化学腐蚀缺陷，因而控制所述喷头2喷出气体；

如图1C所示，当载物台1接受到晶圆后，转到水平位置，等待下一步传输，此时，喷头2位于所述晶圆7的正上方，并向所述晶圆7继续喷出气体，以保证晶圆7处于氮气氛围中，防止产生电化学腐蚀缺陷；

当晶圆从载物台1传送走后，如图1A所示，载物台1回复到等待晶圆的位置，传输臂6回到干燥槽内接受下一片晶圆，此时，感应器3不触发，气阀5关闭，喷头2停止喷出气体，以减少消耗，进而减小生产成本。

实施例二

本实施例中，在化学机械研磨机台的机械臂上使用本实用新型气体小环境装置。所述化学机械研磨机台内的机械臂用来完成晶圆在各个单元间的传输。

具体如图2A所示，所述清洗干燥单元包括：支撑柱6’，载物单元1’以及晶圆限位装置7’。所述载物单元1’与所述支撑柱连接6’，所述晶圆限位装置7’设置于所述载物单元1’上，用于限定晶圆8’的位置。

本实施例的气体小环境装置包括：气源（未图示）、与所述气源连接的管路4’以及用于将所述气源提供的气体喷吹到晶圆8’表面的喷头2’，所述喷头2’与所述管路4’连接。

较佳的，所述气体小环境装置还包括：设置于所晶圆限位装置7’内的感应器3’以及设置于所述管路上的气阀5’，所述感应器3’与所述气阀5’电性连接，所述感应器3’根据所述载物单元1’是否承载晶圆来控制所述气阀5的开合。所述管路4’设置于所述支撑柱6’、载物单元1’和晶圆限位装置7’内，所述喷头2’位于所述晶圆限位装置7’上与所述晶圆限位装置7’内的管路相连通。

为不影响传输，喷头2’应选用小体积喷头，为保证气体足够形成小环境，优选采用多个喷头，最优选是2到6个喷头（本示意图中画出两处）。为防止锈蚀，喷头2’材质优选为抗腐蚀材料，例如抗腐蚀的金属。为节约成本，所述气源优选氮气源，可采用半导体工厂内的总气源作为所述气体小环境装置的气源，即，将所述管路直接接到所述总气源上，当然，也可外接其它独立的气源装置，由该独立的气源装置为所述气体小环境装置提供气体。

结合图2A至图2B所示，本实施例的气体小环境装置工作过程如下：

如图2A所示，当机械臂等待晶圆时，晶圆感应器3’不触发，气阀5’关闭，喷头2’无气体喷出，以减少消耗；

如图2B所示，当机械臂接收到晶圆8’以及在其传输途中时，晶圆感应器3’触发，气阀5’打开，喷头2’喷出气体,此时由于晶圆8’全部裸露于空气中，如不向晶圆8’喷吹氮气易导致产生电化学腐蚀缺陷，因而控制所述喷头2喷出气体；

如图2A所示，当机械臂将晶圆传送至下一单元后，机械臂回复到等待晶圆的位置，此时，感应器3’不触发，气阀5’关闭，喷头2’停止喷出气体，以减少消耗，进而减小生产成本。

实施例三

本实施例提供一种化学机械研磨机台。所述化学机械研磨机台可包括实施例一中所述的气体小环境装置，或者，包括实施例二中所述的气体小环境装置，再或者，同时包括实施例一和实施例二中所述的气体小环境装置。

综上所述，本实用新型提供一种用于化学机械研磨机台的气体小环境装置以及化学机械研磨机台，能为晶圆提供气体小环境，从而减少CMP干燥过程中晶圆与外环境中的空气接触的时间，既能减少晶圆的金属线因发生电化学腐蚀造成的缺陷，又避免扬起机台内部其他角落的微尘，同时使用较少的气体，节约了生产成本。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (17)

1.一种用于化学机械研磨机台的气体小环境装置，其特征在于，包括：

气源；

与所述气源连接的管路；以及

用于将所述气源提供的气体喷吹到一晶圆表面的喷头，所述喷头与所述管路连接。

2.如权利要求1所述的用于化学机械研磨机台的气体小环境装置，其特征在于，所述化学机械研磨机台包括一清洗干燥单元，所述清洗干燥单元包括：

干燥槽；

与所述干燥槽转动连接的载物台，所述载物台包括正面以及与所述正面相对的背面；以及

承载所述晶圆的传输臂，所述传输臂将所述晶圆从所述干燥槽内移动至所述载物台的正面。

3.如权利要求2所述的用于化学机械研磨机台的气体小环境装置，其特征在于，所述气体小环境装置还包括一管路固定装置，所述管路固定装置包括：

设置于所述干燥槽一侧的第一段；

与所述第一段转动连接且设置于所述载物台背面的第二段；

与所述第二段固定连接且设置于所述载物台一侧的第三段；以及

与所述第三段固定连接且设置于所述载物台正面的第四段，所述喷头与所述第四段固定连接。

4.如权利要求3所述的用于化学机械研磨机台的气体小环境装置，其特征在于，所述气体小环境装置还包括：

设置于所述载物台上的感应器；以及

设置于所述管路上的气阀，所述感应器控制所述气阀的开合。

5.如权利要求1所述的用于化学机械研磨机台的气体小环境装置，其特征在于，所述化学机械研磨机台包括一机械臂，所述机械臂包括：

支撑柱；

承载所述晶圆的载物单元，所述载物单元与所述支撑柱连接；以及

设置于所述载物单元上的晶圆限位装置。

6.如权利要求5所述的用于化学机械研磨机台的气体小环境装置，其特征在于，所述管路设置于所述支撑柱、载物单元和晶圆限位装置内，所述喷头与所述晶圆限位装置内的管路相连通。

7.如权利要求5所述的用于化学机械研磨机台的气体小环境装置，其特征在于，所述气体小环境装置还包括：

设置于所述晶圆限位装置上的感应器；以及

设置于所述管路上的气阀，所述感应器控制所述气阀的开合。

8.如权利要求1至7中任意一项所述的用于化学机械研磨机台的气体小环境装置，其特征在于，所述气源为氮气源。

9.如权利要求1至7中任意一项所述的用于化学机械研磨机台的气体小环境装置，其特征在于，所述喷头的数量为多个。

10.如权利要求1至7中任意一项所述的用于化学机械研磨机台的气体小环境装置，其特征在于，所述喷头的材质为抗腐蚀材料。

11.一种化学机械研磨机台，其特征在于，包括如权利要求1所述的气体小环境装置。

12.如权利要求11所述的化学机械研磨机台，其特征在于，所述化学机械研磨机台包括一清洗干燥单元，所述清洗干燥单元包括：

干燥槽；

与所述干燥槽转动连接的载物台，所述载物台包括正面以及与所述正面相对的背面；以及

承载所述晶圆的传输臂，所述传输臂将所述晶圆从所述干燥槽内移动至所述载物台的正面。

13.如权利要求12所述的化学机械研磨机台，其特征在于，所述气体小环境装置还包括一管路固定装置，所述管路固定装置包括：

设置于所述干燥槽一侧的第一段；

与所述第一段转动连接且设置于所述载物台背面的第二段；

与所述第二段固定连接且设置于所述载物台一侧的第三段；以及

与所述第三段固定连接且设置于所述载物台正面的第四段，所述喷头与所述第四段固定连接。

14.如权利要求13所述的化学机械研磨机台，其特征在于，所述气体小环境装置还包括：

设置于所述载物台上的感应器；以及

设置于所述管路上的气阀，所述感应器控制所述气阀的开合。

15.如权利要求11所述的化学机械研磨机台，其特征在于，所述化学机械研磨机台包括一机械臂，所述机械臂包括：

支撑柱；

承载所述晶圆的载物单元，所述载物单元与所述支撑柱连接；以及

设置于所述载物单元上的晶圆限位装置。

16.如权利要求15所述的化学机械研磨机台，其特征在于，所述管路设置于所述支撑柱、载物单元和晶圆限位装置内，所述喷头与所述晶圆限位装置内的管路相连通。

17.如权利要求15所述的化学机械研磨机台，其特征在于，所述气体小环境装置还包括：

设置于所述晶圆限位装置上的感应器；以及

设置于所述管路上的气阀，所述感应器控制所述气阀的开合。

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