CN208256622U - 一种激光化学晶圆平坦化加工裝置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光化学晶圆平坦化加工装置，包括晶圆固定与操作整合装置、晶圆进出端口、化学品注入装置、位移与传动装置、清洗与干燥装置、激光与控制装置，进行晶圆平坦化工作，本实用新型是一种解决芯片线幅细微化、金属层剥离的问题，实现平坦化制程精准可靠的激光化学晶圆平坦化的加工装置，同时也简化工序解决平坦化处理效率、提升晶圆制造良率等问题，并改善集成电路制造中机械化学研磨(CMP)对于金属层剥离、产生损伤、低介电质(Low‑k)薄膜的关键性制程等实现了简化工序解决平坦化处理效率、提升晶圆制造良率等问题。

Description

一种激光化学晶圆平坦化加工裝置

技术领域

本实用新型涉及电子领域集成电路制造技术，具体涉及一种激光化学晶圆平坦化加工裝置。

背景技术

集成电路技术蓬勃发展，为了提升产能并降低成本，制程工艺上必须朝向积层化与细微化；因此平坦化(Planarization)制程工艺技术为集成电路芯片的制造中不可或缺的一种工艺技术，由于电路线幅设计细小化需求，技术越朝高集成密度而日新月异，针对晶圆表面当一系列的薄膜被沉积与蚀刻后，微细铜电路或是钨电路、多晶硅、氧化膜介质电层等出现不平坦现象，早期利用湿刻蚀工艺技术将晶圆上的堆叠或凹陷进行平坦化，其技术发展过程还包括SOG、 Re-flow、Etch Back等，自1983年IBM研发部门铜制程及晶圆表面平坦化首创采用化学机械研磨(简称CMP)工艺技术。至2000年CMP设备市场占有率明显的变化，早期AMAT认为CMP属于污染制程，集成电路厂不易采用CMP与铜制程，然而却逐步起飞，有可能成为集成电路制造的主流，AMAT才快速切入CMP 设备，目前AMAT成为主流。因此利用化学机械抛光平坦化工艺以达到晶圆表面平坦后，有利于下一个工艺进行，解决电路微影工艺因平坦度变差使曝光聚焦困难，甚至无法进行聚焦等的问题。从此化学机械研磨工艺平坦化技术更形重要，其主要操作组件有化学研磨液(Slurry)、研磨垫(Polishing Pad)、研磨垫整修器(Pad Conditioner)，化学机械研磨平坦化的过程，必须通过研磨液混合系统(Slurry Mixing System)与化学品供应输送系统(Slurry Dispense System)稳定均匀的输送抛光液到晶圆与抛光垫之间，研磨垫表面充满抛光液，此液体含有化学剂(酸液、氧化剂)用以侵蚀新片表面薄膜，同时液体内悬浮着无数个纳米级抛光粒(SiO₂、Al₂O₃、CeO₂)，它们会深入刮除微量膜层，与化学侵蚀与机械研磨相互作用，达到平坦化的目标。

近年来集成电路制造在多层电路间的连线构建上，在光刻制程前必要的工艺是利用CMP化学机械研磨进行平坦化制程。这些年由于铜制程应用技术的发展方向，与Low-k介电质层、双嵌入式制程(Dual-Damascene Process)等需求趋势，CMP对于Cu薄膜层间造成剥离(Delaminating)，且会产生损伤 (Damages)，因此CMP技术难度增高，低介电质(Low-k)薄膜的CMP相对变成关键性制程，CMP机台厂商开始以芯片施以较低的下压力、提高转速等设计改善并试图来解决问题，但是效能有限、而且效率是降低的现象。

实用新型内容

为了克服现有技术中存在的上述不足之处，本实用新型的目的在于提供一种解决集成电路制造上芯片线幅细微化、金属层剥离的问题，是实现平坦化制程精准可靠的激光化学晶圆平坦化的加工装置，同时也简化工序解决平坦化处理效率、提升芯片制造良率等问题，并改善芯片制造中机械化学研磨(CMP)对于金属层剥离、产生损伤、低介电质(Low-k)薄膜的关键性制程等，这些问题虽然CMP机台制造厂商开始以在晶圆上施以较低的下压力、提高转速等设计改善并试图来解决问题，但都效能有限、而且有效率降低现象。

本实用新型通过下述技术方案实现：一种激光化学晶圆平坦化加工装置，包括晶圆固定与操作整合装置、晶圆进出端口、化学品注入装置、位移与传动装置、清洗与干燥装置、激光与控制装置，所述晶圆进出端口连接晶圆固定与操作整合装置，输入晶圆加工并于完成加工后输出晶圆，所述化学品注入装置连接晶圆固定与操作整合装置，给予晶圆表面注入化学品，所述位移与传动装置连接晶圆固定与操作整合装置，作对准定位及传动、调节转速，所述清洗与干燥装置连接晶圆固定与操作整合装置，当晶圆平坦化加工完成后给予清洗及干燥，所述激光与控制装置连接晶圆固定与操作整合装置，包括激光频率、能量、波长、侦测、监控及输出装置。

进一步地，本实用新型所述晶圆固定与操作整合装置包括平坦化操作台、晶圆固定维持环、存取机械手臂、洁净正压操作环境等装置。

进一步地，本实用新型所述晶圆进出端口连接晶圆固定与操作整合装置，输入晶圆加工并于完成加工后输出晶圆，所述进出端口可为FOUP、FOSB、RSP、 MRSP、SMIF等各种晶圆输送载具界面。

进一步地，本实用新型所述化学品注入装置连接晶圆固定与操作整合装置，给予晶圆表面注入化学品，所述化学品注入装置包括化学品供应桶槽、注入滴头，以及流量控制等装置与系统，化学品可以采用酸、碱、研磨液、超纯水或其他对平坦化材料作用的物质,针对铜薄膜层制程的化学品为铜研磨液或是过氧化氢、硝酸铁、铁氰化钾、硫酸铵等氧化剂。

进一步地，本实用新型所述位移与传动装置连接晶圆固定与操作整合装置，作对准定位及传动、调节转速，所述位移与传动装置包括定位、对准、位移电动机、转动电动机、变速器、转速控制、制动器等装置与系统。

进一步地，本实用新型所述清洗与干燥装置连接晶圆固定与操作整合装置，当晶圆平坦化加工完成后给予清洗及干燥，所述清洗与干燥装置包括超纯水、二氧化碳、有机溶剂等供应系统，及其流量、压力控制系统，以及洁净干燥热空气、氮气供应系统，及其温度、时间、风量控制等系统。

进一步地，本实用新型所述激光与控制装置连接晶圆固定与操作整合装置，包括激光频率、能量、波长、侦测、监控及输出装置，所述整合装置包括激光与控制装置，所述所述激光与控制装置包括激光光源、电源供应器、光束引导装置、扫描器、反射镜、透镜和激光多波长输出、激光脉冲波输出、脉冲波驱动器、激光共振、激光模态数据接收器、能量分布分析器、能量输出调配器等装置与系统。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

1、本实用新型提供通过激光平坦化装置输出各种需求波长与能量的脉冲波激光，将晶圆上芯片制程被沉积的薄膜与蚀刻后表面上的微细电路，金属层的铜层电路或是其他金属层电路等晶圆不平坦表面，配合对应金属层材质的化学品给于平坦化处理，进行晶圆平坦化加工的方法。

2、本实用新型是一种解决芯片线幅细微化、金属层剥离的问题，实现平坦化制程精准可靠的激光化学晶圆平坦化的加工装置，同时也简化工序解决平坦化处理效率、提升晶圆制造良率等问题，并改善集成电路制造中机械化学研磨(CMP)对于金属层剥离、产生损伤、低介电质(Low-k)薄膜的关键性制程等实现了简化工序解决平坦化处理效率、提升晶圆制造良率等问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其他特征、目的和优点将会变得更为明显：

图1为本实用新型的系统框图；

图2为本实用新型晶圆平坦化操作的铜薄膜层结构示意图；

图3为本实用新型激光化学晶圆平坦化操作的工作示意图；

图4为本实用新型激光化学晶圆平坦化操作的另一个工作示意图；

其中：1—激光化学晶圆平坦化加工装置，2—晶圆固定与操作整合装置， 3—晶圆进出端口，4—化学品注入装置，5—位移与传动装置，6—清洗与干燥装置，7—激光与控制装置。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实施例的一种激光化学晶圆平坦化加工装置1，如图1、图2、图3及图 4所示，包括晶圆固定与操作整合装置2、晶圆进出端口3、化学品注入装置4、位移与传动装置5、清洗与干燥装置6、激光与控制装置7。

所述晶圆进出端口3连接晶圆固定与操作整合装置2，输入晶圆加工并于完成加工后输出晶圆，所述化学品注入装置4连接晶圆固定与操作整合装置2，给予晶圆表面注入化学品，所述位移与传动装置5连接晶圆固定与操作整合装置2，作对准定位及传动、调节转速，所述清洗与干燥装置6连接晶圆固定与操作整合装置2，当晶圆平坦化加工完成后给予清洗及干燥，所述激光与控制装置7连接晶圆固定与操作整合装置2，包括激光频率、能量、波长、侦测、监控及输出装置。

晶圆固定与操作整合装置2内设置平坦化操作台、晶圆固定维持环、存取机械手臂、洁净正压操作环境等装置。

晶圆进出端口3内设置有晶圆输入与输出端口的晶圆输送载具界面，可为 FOUP、FOSB、RSP、MRSP、SMIF等各种晶圆输送载具界面。

化学品注入装置4内设置有化学品供应桶槽、注入滴头，以及流量控制装置与系统，化学品可以为酸、碱、研磨液、超纯水或其他对平坦化材料作用的物质，针对铜薄膜层制程的化学品为铜研磨液或是过氧化氢、硝酸铁、铁氰化钾、硫酸铵等氧化剂。

位移与传动装置5内设置定位、对准、位移电动机、转动电动机、变速器、转速控制、制动器等装置与系统。

清洗与干燥装置6内设置超纯水、二氧化碳、有机溶剂等供应系统，及其流量、压力控制系统，以及洁净干燥热空气、氮气供应系统，及其温度、时间、风量控制等装置与系统。

激光与控制装置7内设置激光光源、电源供应器、光束引导装置、扫描器、反射镜、透镜、以及频率、能量、多波长输出、侦测、控制等激光装置与系统。

本实用新型一种激光化学晶圆平坦化装置1，其操作包括以下步骤：

S1：晶圆由晶圆进出端口3界面送进晶圆固定与操作整合装置2，将晶圆以维持环固定在操作台上；

S2：通过位移与传动装置5定位、调速旋转；

S3：通过化学品注入装置4将需要的化学品由晶圆上方滴入，旋布在晶圆表面，同时激光与控制装置7，调控输出调变功率、多波长脉冲波的激光；

S4：用激光在化学品浸润的晶圆表面进行铜薄膜层8平坦化制程；

S5：完成后清洗与干燥装置6注入超纯水、有机液、二氧化碳等冲洗、并以洁净热气、氮气干燥完成制程；

S6：晶圆从晶圆固定与操作整合装置2经由晶圆进出端口3界面送出。

晶圆固定与操作整合装置2为一种洁净正压操作环境，保护晶圆不受污染干扰的空间，并将激光在化学品浸润中作加工，移除不要的金属薄膜层表面，晶圆进出端口3系将前制程的晶圆通过输送载具界面，把晶圆送进晶圆固定与操作整合装置2并以维持环加以固定在操作台上；通过化学品注入装置4将需要的化学品(范例为：铜研磨液/罗门哈斯EPL2361)，由晶圆上方滴入，旋布在晶圆表面，晶圆的铜薄膜层厚度为1100nm，同时激光与控制装置7，调控输出激光点0.25微米调变功率200mW、多波长脉冲波的激光波长285纳米，以频率1赫兹来回在32微米间。

位移与传动装置5包括伺服电动机、齿轮与制动、位移定位、调变旋转速度传动到晶圆固定与操作整合装置2以同一圆心旋转，以30RPM～120RPM转动速度和激光与控制装置7相互运动，转速与位置均可调变。

清洗与干燥装置6，超纯水供应源，其电阻值18.2MΩ，通过二氧化碳容器与开关注入二氧化碳气泡，控制其流量在:10LPM～90LPM、导电率: 5uS/cm～50uS/cm、电阻值:0.2MΩ～0.02MΩ，由超纯水冲洗头输出冲刷，不带静电也能消除晶圆上的静电，再视需要或加以有机液、表面活性剂等清洗，再用超纯水清洗，最后以洁净热空气与氮气干燥。

完成后晶圆从晶圆固定与操作整合装置2经由晶圆进出端口3界面送出。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种激光化学的晶圆平坦化加工装置，其特征在于：包括晶圆固定与操作整合装置、晶圆进出端口、化学品注入装置、位移与传动装置、清洗与干燥装置、激光与控制装置，所述晶圆进出端口连接晶圆固定与操作整合装置，输入晶圆加工并于完成加工后输出晶圆，所述化学品注入装置连接晶圆固定与操作整合装置，所述位移与传动装置连接晶圆固定与操作整合装置，所述清洗与干燥装置连接晶圆固定与操作整合装置，所述激光与控制装置连接晶圆固定与操作整合装置。

2.根据权利要求1所述的一种激光化学的晶圆平坦化加工装置，其特征在于：所述晶圆固定与操作整合装置包括平坦化操作台、晶圆固定维持环、存取机械手臂、洁净正压操作环境装置。

3.根据权利要求1所述的一种激光化学的晶圆平坦化加工装置，其特征在于：所述晶圆进出端口包括晶圆输入与输出端口的晶圆输送载具界面。

4.根据权利要求1所述的一种激光化学的晶圆平坦化加工装置，其特征在于：所述化学品注入装置包括化学品供应桶槽、注入滴头，以及流量控制装置与系统。

5.根据权利要求1所述的一种激光化学的晶圆平坦化加工装置，其特征在于：所述位移与传动装置包括定位、对准、位移电动机、转动电动机、变速器、转速控制、制动器。

6.根据权利要求1所述的一种激光化学的晶圆平坦化加工装置，其特征在于：所述清洗与干燥装置包括超纯水、二氧化碳、有机溶剂，及其流量、压力控制系统，以及洁净干燥热空气、氮气供应系统，及其温度、时间、风量控制装置。

7.根据权利要求1所述的一种激光化学的晶圆平坦化加工装置，其特征在于：所述激光与控制装置包括激光光源、电源供应器、光束引导装置、扫描器、反射镜、透镜、以及频率、能量、多波长输出、侦测、控制系统。