CN203993507U - 一种晶圆清洗抛光装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种晶圆清洗抛光装置，至少包括：真空晶圆吸附器及相对于其设置的研磨垫承载器；所述研磨垫承载器包括承载盘及承载杆；所述承载盘正面设有液体收容腔；所述液体收容腔正面设有若干通孔；所述承载杆旁设置有一穿通所述承载盘并与所述液体收容腔连通的液体供应管道；所述液体收容腔正面设有研磨垫；所述研磨垫中设有若干间隙；所述真空晶圆吸附器及所述研磨垫承载器连接于一控制器。本实用新型可将清洗液通过液体收容腔正面的通孔直接从研磨垫的间隙喷洒到晶圆表面，大幅提高清洗效率并减少清洗液的用量，并减少晶圆划伤缺陷，从而提高半导体晶圆的良率。

Description

一种晶圆清洗抛光装置

技术领域

本实用新型属于半导体制造领域，涉及一种晶圆清洗抛光装置。

背景技术

在半导体的生产工艺中，经常需要进行化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)工艺，化学机械研磨也称为化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization)。化学机械研磨工艺是一个复杂的工艺过程，它是将晶圆表面与研磨垫的研磨表面接触，然后，通过晶圆表面与研磨表面之间的相对运动将晶圆表面平坦化，通常采用化学机械研磨设备，也称为研磨机台或抛光机台来进行化学机械研磨工艺。

请参阅图1，其是研磨机台的结构示意图，现有的研磨机台，一般包括多个研磨装置，每个研磨装置包括一个上面铺设研磨垫101的研磨平台、研磨头102和清洗装置系统103，即一片晶圆通常经过几个研磨平台进行研磨并进入清洗装置系统进行清洗。现有的清洗装置系统103依次包括超声清洗机、第一清洗刷、第二清洗刷及干燥机。

随着先进工艺中晶体管尺寸越来越小，对化学机械研磨后晶圆表面颗粒去除的要求越来越高。即使是纳米级别的颗粒(小于50微米)也将导致后续沉积薄膜后出现鼓包(hump)现象，影响下一层的光刻及图形化。

在现有的化学机械研磨装置中，通常在最后一个研磨平台上进行一个去离子水/化学清洗及抛光的步骤，该步骤将有效帮助清除颗粒并减小清洗刷的负担。被带入清洗刷的颗粒将导致晶圆划伤并降低清洗刷的清洗能力。化学抛光步骤将帮助保护晶圆表面，特别是在金属层的研磨工艺中。但是，上述方法将一个珍贵的研磨平台用于清洗和化学抛光，浪费了研磨机台的产能。超声波清洗机能够帮助去除颗粒，减小清洗刷的负担。但是，超声清洗机的清洁效率很低，并且容易造成其他缺陷，如腐蚀等。

现有的解决方法是采用一种新的去离子水/化学清洗抛光装置代替超声清洗机在清洗刷清洗之前进行预清洗。如图2所示，该装置包括：用于吸附晶圆105的真空晶圆吸附器104、用于承载研磨垫107的研磨垫承载器106及用于向晶圆表面供应清洗液109的清洗液供应装置108，所述清洗液可以是去离子水或化学液体等。如图3所示，使用时，研磨垫107紧贴在晶圆105上，晶圆及研磨垫均旋转，同时研磨垫107在晶圆105表面来回移动(如图3中双向箭头所示)。但是，用该装置进行清洗时，清洗液109不容易进入晶圆105和研磨垫107之间的间隙，且清洗液不易停留在晶圆表面，导致清洗及化学抛光效率降低。

因此，提供一种新的晶圆清洗抛光装置以解决上述问题实属必要。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种晶圆清洗抛光装置，用于解决现有技术中晶圆清洗抛光装置清洗液使用量大，清洗效率低，并导致清洗刷寿命缩短、晶圆划伤的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种晶圆清洗抛光装置，用于晶圆化学机械研磨之后及清洗刷刷洗之前，起预清洗作用，该装置至少包括：

用于吸附晶圆的真空晶圆吸附器；

相对于所述真空晶圆吸附器设置的研磨垫承载器；所述研磨垫承载器包括承载盘及连接于所述承载盘背面的承载杆；

设置于所述承载盘正面的液体收容腔；所述液体收容腔正面设有若干通孔；所述承载杆旁设置有一穿通所述承载盘并与所述液体收容腔连通的的液体供应管道；

设置于所述液体收容腔正面的研磨垫；所述研磨垫中设有若干间隙；

与所述真空晶圆吸附器及所述研磨垫承载器连接的控制器，用于控制所述晶圆吸附器带动晶圆旋转、控制所述研磨垫承载器带动所述研磨垫旋转并在晶圆表面来回移动及控制所述液体供应管道的开启与关闭。

可选地，所述间隙与所述通孔的形状相同且位置相对应。

可选地，所述间隙的面积大于或等于所述通孔的面积。

可选地，所述间隙为长条状，所述通孔分布于所述间隙中。

可选地，所述通孔呈辐射型、方格型或中心方格型排列。

可选地，所述研磨垫承载器在所述控制器的控制下带动所述研磨垫顺时针及逆时针交替旋转并在晶圆表面来回移动。

可选地，所述液体供应管道包括去离子水管道及化学清洗液管道。

可选地，所述研磨垫背面具有一粘附层，所述研磨垫通过所述粘附层固定于所述液体收容腔表面。

如上所述，本实用新型的晶圆清洗抛光装置，具有以下有益效果：本实用新型的晶圆清洗抛光装置用于晶圆化学机械研磨之后及清洗刷刷洗之前，起预清洗作用。由于清洗液通过液体收容腔正面的通孔直接从研磨垫的间隙喷洒到晶圆表面，可以增加研磨面上清洗液的量及清洗液的停留时间，从而大幅提高清洗效率，并减少清洗液如去离子水及化学液体的用量。后续采用清洗刷刷洗晶圆时，由于晶圆表面已经经过有效预清洗，颗粒大幅减少，可以减少清洗刷的负担，延长其使用寿命。且由于颗粒的减少，刷洗过程中晶圆表面产生的划伤缺陷也相应减少，从而提高半导体晶圆的良率。

附图说明

图1显示为现有技术中研磨机台的结构示意图。

图2显示为现有技术中清洗抛光装置的结构示意图。

图3显示为现有技术中清洗时研磨垫与晶圆的相对运动示意图。

图4显示为本实用新型的晶圆清洗抛光装置的结构示意图。

图5显示为利用本实用新型的晶圆清洗抛光装置对晶圆进行预清洗时研磨垫与晶圆的相对运动示意图。

图6显示为液体收容腔正面的若干通孔呈辐射型的示意图。

图7显示为液体收容腔正面的若干通孔呈方格型的示意图。

图8显示为液体收容腔正面的若干通孔呈中心方格型的示意图。

图9显示为研磨垫中的若干间隙与液体收容腔正面的若干通孔形状相同且位置相对应的示意图。

图10显示为研磨垫中的若干间隙为长条状的示意图。

图11显示为研磨垫中的若干间隙为长条状且液体收容腔正面的若干通孔分布于所述间隙中的示意图。

元件标号说明

101,107,205 研磨垫

102 研磨头

103 清洗装置系统

104,201 真空晶圆吸附器

105,207 晶圆

106,202 研磨垫承载器

108 清洗液供应装置

109 清洗液

2021 承载盘

2022 承载杆

203 液体收容腔

204 液体供应管道

206 控制器

208 通孔

209 间隙

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，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实用新型的其他优点及功效。

请参阅图4至图11。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，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，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，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。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，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

本实用新型提供一种晶圆清洗抛光装置，用于晶圆在研磨平台上进行化学机械研磨之后及进入清洗刷刷洗之前，起预清洗作用，请参阅图4，显示为该装置的剖面结构示意图，至少包括：

用于吸附晶圆的真空晶圆吸附器201；

相对于所述真空晶圆吸附器201设置的研磨垫承载器202；所述研磨垫承载器202包括承载盘2021及连接于所述承载盘2021背面的承载杆2022；

设置于所述承载盘2021正面的液体收容腔203；所述液体收容腔203正面设有若干通孔；所述承载杆2022旁设置有一穿通所述承载盘2021并与所述液体收容腔203连通的的液体供应管道204；

设置于所述液体收容腔203正面的研磨垫205；所述研磨垫205中设有若干间隙；

与所述真空晶圆吸附器201及所述研磨垫承载器202连接的控制器206，用于控制所述晶圆吸附器201带动晶圆207旋转、控制所述研磨垫承载器202带动所述研磨垫205旋转并在晶圆207表面来回移动及控制所述液体供应管道204的开启与关闭。

请参阅图5，显示为利用本实用新型的晶圆清洗抛光装置对晶圆进行预清洗时研磨垫205与晶圆207的相对运动示意图，其中，工作时，所述控制器206通过马达驱动所述晶圆吸附器201带动晶圆207在竖直平面上沿顺时针旋转或沿逆时针旋转，而所述研磨垫承载器202在所述控制器206的控制下带动所述研磨垫205沿顺时针及逆时针交替旋转并在晶圆表面来回移动，如图5中双向箭头所示。此处，所述研磨垫205沿顺时针及逆时针交替旋转的目的是为了防止所述承载盘2021背面的液体供应管道204及相关线路缠绕。

具体的，所述液体供应管道204包括去离子水管道及化学清洗液管道等，用于根据需要供应不同的清洗液对晶圆进行清洗抛光。工作时，所述液体供应管道204供应的清洗液首先进入所述液体收容腔203，并通过设置于所述液体收容腔203正面的若干通孔喷出，喷出的清洗液通过所述研磨垫205中的空隙流到所述晶圆207表面，从而达到清洗作用。

具体的，所述液体收容腔203正面的若干通孔可有多种排列方式，作为示例，图6显示为所述液体收容腔203正面的若干通孔208呈辐射型排列的示意图，当然，在其它实施例中，所述液体收容腔203正面的若干通孔208也可呈方格型(如图7所示)或中心方格型(如图8所示)排列等。所述通孔的截面形状可以为圆形、方形等。

所述研磨垫205设置于所述液体收容腔203正面，为了使清洗液能够流出，所述研磨垫205中设有若干间隙。所述间隙可以与所述液体收容腔203正面的通孔的形状相同且位置相对应。请参阅图9，显示为研磨垫205中设有若干间隙209的平面示意图，本实施例中，所述间隙209呈辐射状，与图6所示液体收容腔203正面的通孔的形状相同且位置相对应。当然在其它实施例中，当所述液体收容腔203正面的若干通孔208呈方格型或中心方格型等，所述研磨垫205中的若干间隙209也相应呈方格型或中心方格型等形式排列。所述间隙209的面积大于或等于所述通孔208的面积。

具体的，所述间隙也可以为长条状，所述通孔分布于所述间隙中。请参阅图10，显示为所述研磨垫205中的若干间隙209为长条状的示意图。再请参阅图11，显示为所述研磨垫205中的若干间隙209为长条状且液体收容腔正面的若干通孔208分布于所述间隙209中的示意图。本实施例中，所述研磨垫205中的若干长条形间隙209相交并将所述研磨垫205分割为若干扇性部分，其对应于所述液体收容腔203正面的若干通孔208呈辐射型的情形。在其它实施例中，当所述液体收容腔203正面的若干通孔208呈方格型或中心方格型等时，所述研磨垫205中的若干长条形间隙可以平行排列。

具体的，所述研磨垫205背面可具有一粘附层，所述研磨垫205通过所述粘附层固定于所述液体收容腔203表面。所述液体收容腔203可通过卡固、粘附、焊接等方式固定于所述承载盘2021表面。

综上所述，本实用新型的晶圆清洗抛光装置用于晶圆化学机械研磨之后及清洗刷刷洗之前，起预清洗作用。由于清洗液通过液体收容腔正面的通孔直接从研磨垫的间隙喷洒到晶圆表面，可以增加研磨面上清洗液的量及清洗液的停留时间，从而大幅提高清洗效率，并减少清洗液如去离子水及化学液体的用量。后续采用清洗刷刷洗晶圆时，由于晶圆表面已经经过有效预清洗，颗粒大幅减少，可以减少清洗刷的负担，延长其使用寿命。且由于颗粒的减少，刷洗过程中晶圆表面产生的划伤缺陷也相应减少，从而提高半导体晶圆的良率。所以，本实用新型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实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，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实用新型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，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种晶圆清洗抛光装置，其特征在于，至少包括：

用于吸附晶圆的真空晶圆吸附器；

相对于所述真空晶圆吸附器设置的研磨垫承载器；所述研磨垫承载器包括承载盘及连接于所述承载盘背面的承载杆；

设置于所述承载盘正面的液体收容腔；所述液体收容腔正面设有若干通孔；所述承载杆旁设置有一穿通所述承载盘并与所述液体收容腔连通的的液体供应管道；

设置于所述液体收容腔正面的研磨垫；所述研磨垫中设有若干间隙；

与所述真空晶圆吸附器及所述研磨垫承载器连接的控制器，用于控制所述晶圆吸附器带动晶圆旋转、控制所述研磨垫承载器带动所述研磨垫旋转并在晶圆表面来回移动及控制所述液体供应管道的开启与关闭。

2.根据权利要求1所述的晶圆清洗抛光装置，其特征在于：所述间隙与所述通孔的形状相同且位置相对应。

3.根据权利要求2所述的晶圆清洗抛光装置，其特征在于：所述间隙的面积大于或等于所述通孔的面积。

4.根据权利要求1所述的晶圆清洗抛光装置，其特征在于：所述间隙为长条状，所述通孔分布于所述间隙中。

5.根据权利要求1所述的晶圆清洗抛光装置，其特征在于：所述通孔呈辐射型、方格型或中心方格型排列。

6.根据权利要求1所述的晶圆清洗抛光装置，其特征在于：所述研磨垫承载器在所述控制器的控制下带动所述研磨垫顺时针及逆时针交替旋转并在晶圆表面来回移动。

7.根据权利要求1所述的晶圆清洗抛光装置，其特征在于：所述液体供应管道包括去离子水管道及化学清洗液管道。

8.根据权利要求1所述的晶圆清洗抛光装置，其特征在于：所述研磨垫背面具有一粘附层，所述研磨垫通过所述粘附层固定于所述液体收容腔表面。