CN214213444U - 一种最终抛光设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种最终抛光设备，所述设备包括：抛光台、设置在抛光台上表面的抛光垫、设置于所述抛光台下方的驱动轴、设置在所述抛光台的上方空间的抛光头和喷嘴；其中，所述喷嘴朝向所述抛光台上的抛光垫喷洒抛光液，并且喷洒范围至少覆盖所述抛光垫的中心位置至所述抛光垫边缘的区域。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种最终抛光设备。
背景技术
在生产晶圆的流程中，为了去除在双面抛光（DSP，Double Side Polishing）工艺中引入的晶圆表面损伤，并将晶圆制作成镜面同时维持改善平坦度（Flatness），通常会在DSP工艺之后进行最终抛光（FP，Final Polishing）作业。
在FP作业期间，最常用的实施方案为化学机械抛光（CMP，Chemical MechanicalPolishing）方法，而在CMP方法中，抛光液需要持续供给，目前通常采用的方案是将抛光液持续滴加在抛光垫中心，并借助抛光垫的旋转所产生的离心力将抛光液流动至晶圆和抛光垫之间以进行抛光工序，如此会造成抛光垫的中心部和边缘部的抛光液分布量不同，从而导致在化学机械抛光过程中降低晶圆平坦化的品质。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型实施例期望提供一种最终抛光设备，能够使得抛光液均匀喷洒在抛光垫上，从而提升晶圆平坦化的品质。
本实用新型的技术方案是这样实现的：
本实用新型实施例提供了一种最终抛光设备，所述设备包括：抛光台、设置在抛光台上表面的抛光垫、设置于所述抛光台下方的驱动轴、设置在所述抛光台的上方空间的抛光头和喷嘴；其中，所述喷嘴朝向所述抛光台上的抛光垫喷洒抛光液，并且喷洒范围至少覆盖所述抛光垫的中心位置至所述抛光垫边缘的区域。
在上述方案中，所述喷嘴的喷洒角度大于100度。
在上述方案中，所述喷嘴与所述抛光垫之间的喷洒距离与所述喷嘴的喷洒范围成正比。
在上述方案中，所述喷嘴喷洒出的抛光液的液体形状为均匀的全圆锥状的喷雾。
在上述方案中，所述喷嘴内的螺纹直径为1/4英寸。
在上述方案中，所述设备还包括：用于装盛有抛光液的储存罐以及将所述储存罐内的抛光液向所述喷嘴输送的抛光液管道，所述抛光液管道上设置有阀门，用于控制向所述喷嘴输送的抛光液的输送量。
在上述方案中，所述喷嘴的数量与最终抛光工序中所使用的抛光液的种类一致。
在上述方案中，所述抛光头包括：头部主体、不锈钢定盘、通过紧固件与所述头部主体和所述不锈钢定盘连接的旋转驱动件，设置在所述不锈钢定盘下方的组装式吸附垫以及真空/空气管；
其中，通过所述真空/空气管将所述不锈钢定盘内的空间抽成真空，以通过负压将待抛光晶圆吸附在所述组装式吸附垫中；所述旋转驱动件通过带动所述头部主体旋转，从而使得所述不锈钢定盘以及所述组装式吸附垫所吸附的所述待抛光晶圆对应于所述头部主体的旋转而旋转。
本实用新型实施例提供了一种最终抛光设备；通过喷嘴朝向抛光垫按照覆盖抛光垫的中心位置至抛光垫边缘的区域范围喷洒抛光液，由于在FP工序中，抛光垫会随着抛光台绕驱动轴的中心轴旋转，因此，喷嘴持续喷洒抛光液就可以使得抛光液均匀地分布在抛光垫表面，从而保证在FP工序中，待抛光晶圆的边缘区域仍然具有充分的抛光液进行抛光以提高待抛光晶圆边缘的抛光量，避免出现晶圆的中心抛光量较多，而晶圆的边缘抛光量较少的现象发生，提升了待抛光晶圆的平坦化品质。
附图说明
图1为常规方案中的最终抛光设备结构示意图。
图2为本实用新型实施例提供的一种最终抛光设备结构示意图。
图3为本实用新型实施例提供的喷嘴的喷洒角度示意图。
图4为本实用新型实施例提供的喷嘴与抛光垫之间的距离与喷洒范围之间的关系示意图。
图5为本实用新型实施例提供的喷嘴喷洒全圆锥状喷雾的示意图。
图6为本实用新型实施例提供的另一种最终抛光设备结构示意图。
图7为本实用新型实施例提供的一种抛光头结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
晶圆在经过DSP工艺流程后，通常会在表面遗留有细微损伤。为了去除损伤，并且将晶圆制作成镜面并持续地改善平坦度，通常会进行FP作业。常规的FP作业是将装载有晶圆的抛光头（Polishing Head）与粘贴在下定盘上的抛光垫表面相接触，晶圆表面通过研磨液管道（slurry Tube）供给的胶质研磨液（Colloidal slurry）和化学品（chemical）发生化学反应并且因机械加压所引发的物理反应的影响进行抛光。
具体来说，完成DSP工艺的硅晶圆会被放入清洗机，随后从清洗机出料后需立即开始FP作业，完整的FP作业流程包括三次抛光操作，具体如下：首先，将从清洗机取出的硅晶圆进行第一次FP步骤，也可被称之为粗抛光（Stock Polishing）步骤，该步骤用于将硅晶圆在等待时所形成的氧化硅（SiO2）膜轻微去除并制作成镜面状态；本步骤是用于调整作业过程中的研磨颗粒（Particle）以及整个硅晶圆表面的平坦度。在粗抛步骤后进行第二次FP步骤，该步骤调整研磨颗粒，通过使用最小的研磨量以调整硅晶圆表面的粗糙度。在完成第二次FP步骤，就接着进行第三次FP步骤，该步骤用于调整硅晶圆表面的微观粗糙度（microroughness）及细小颗粒（fine particle）并完成收尾工作。硅晶圆在完成以上3个步骤的FP作业后，会在设备内进行简单的表面清洗，最后放置到下料片盒（unloading cassette）中，直到下料片盒内装满硅晶圆后则进行等待的工序。
对于以上作业流程中的第一次FP步骤，即粗抛光步骤来说，在作业的过程中，常见的用于执行该步骤的最终抛光设备1如图1所示，该设备1可以包括：抛光台11、在抛光台11上表面通过粘接等方式设置的抛光垫12、设置于抛光台11下方的驱动轴13。抛光台11可以通过驱动轴13旋转，因此抛光垫12也可以对应于抛光台11的旋转而旋转。例如，当驱动轴13沿顺时针方向旋转时，抛光台11与抛光垫12一起沿顺时针方向旋转。此外，在抛光台11的上方空间设置有抛光头14，该抛光头14至少可以包括：头部主体（Head）141、定盘142、通过紧固件与头部主体（Head）141和定盘142连接的旋转驱动件143，定盘142下方为组装式吸附垫144，通过真空/空气管145将定盘142内的空间抽成真空，从而通过负压将晶圆2吸附在组装式吸附垫144中。需要说明的是，旋转驱动件143可以通过带动头部主体141旋转，从而使得定盘142以及组装式吸附垫144所吸附的待抛光晶圆2也可以对应于头部主体141的旋转而旋转。例如，当旋转驱动件143沿逆时针方向旋转时，头部主体141与待抛光晶圆2也随之一并沿逆时针方向旋转。可以理解地，驱动轴13与旋转驱动件143的旋转方向可以相同也可以不相同。此外，设备1还可以包括设置于在抛光垫12上方空间且靠近抛光垫12中心位置的抛光液管道供给口15，该供给口15可以连接用于存储抛光液的存储罐（图1中未示出），通过阀门控制抛光液的滴落流量。
基于上述设备1的结构，抛光头14在如虚线所示的方向旋转的同时，抛光液管道供给口15向粘贴有抛光垫12的抛光台11持续滴落抛光液和化学品来进行晶圆表面去除。此时使用的二氧化硅胶质研磨液的细微粒子会同时研磨去除抛光垫和硅晶圆，由此，抛光垫的毛发状态则会变成凹凸不平的状态。随着抛光垫的形貌变化，由于抛光产生的抛光垫碎屑也会积累在抛光垫上形成硅晶圆的颗粒污染源，这也是导致硅晶圆平坦度恶化的原因之一。而抛光液会滴落在抛光垫12的中心部，并通过离心力以同心圆形态从抛光垫12的中心扩散至抛光垫12的边缘部，造成抛光液在抛光垫12的分布不均匀的状态。不均匀分布的抛光液大多集中在抛光垫12的中心部，从而导致晶圆的中心研磨量较多，而晶圆的边缘研磨量较少，从而导致影响品质变化。
为了提高抛光液在抛光垫12上的均匀分布效果，参见图2，其示出了本实用新型实施例提供的一种最终抛光设备20，该设备可以包括：抛光台21、在抛光台21上表面通过粘接等方式设置的抛光垫22、设置于抛光台21下方的驱动轴23、设置在抛光台21的上方空间的抛光头24和喷嘴25；其中，喷嘴25朝向抛光台21喷洒抛光液，并且喷洒范围至少覆盖抛光垫22的中心位置至抛光垫22边缘的区域。
通过图2所示的技术方案，抛光液不再通过持续滴加的方式向抛光垫22供给，而是通过喷嘴25朝向抛光垫22按照覆盖抛光垫22的中心位置至抛光垫22边缘的区域范围喷洒抛光液，由于在FP工序中，抛光垫22会随着抛光台21绕驱动轴23的中心轴旋转，因此，喷嘴25持续喷洒抛光液就可以使得抛光液均匀地分布在抛光垫22表面，从而保证在FP工序中，待抛光晶圆的边缘区域仍然具有充分的抛光液进行抛光以提高待抛光晶圆边缘的抛光量，避免出现晶圆的中心抛光量较多，而晶圆的边缘抛光量较少的现象发生，提升了待抛光晶圆的平坦化品质。
对于图2所示的技术方案，由于在FP工序过程中，抛光头24吸附的晶圆通过与抛光垫22相接触且相对运动所产生的微机械摩擦作用进行抛光，因此，在高度距离上，抛光头24与抛光垫22之间的距离较近，因此，同样设置于抛光台21上方空间的喷嘴25与抛光垫22之间的距离也相应地会比较接近，因此，为了在较近的距离内实现喷洒范围覆盖抛光垫22的中心位置至抛光垫22边缘的区域，参见图3，优选地，在本实用新型实施例中，所述喷嘴25的喷洒角度大于100度，可以理解地，当喷洒角度较大时，就能够在较近的距离内实现更大的喷洒范围。
在一些示例中，尽管喷嘴25与抛光垫22之间的喷洒距离较为接近，但是仍然可以在较为接近的范围里沿竖直方向移动喷嘴25，具体来说，喷嘴25与抛光垫22之间的喷洒距离与所述喷嘴的喷洒范围成正比；也就是说，如图4所示，喷嘴25与抛光垫22之间的喷洒距离越小，喷嘴25的喷洒范围越小；喷嘴25与抛光垫22之间的喷洒距离越大，喷嘴25的喷洒范围越大。在实际进行FP工序的过程中，可以按照具体的覆盖范围需求调整喷嘴25与抛光垫22之间的喷洒距离。
对于图2所示的技术方案，在一些示例中，为了能够使得喷嘴25所喷洒的抛光液均匀覆盖喷嘴25的喷洒范围，优选地，所述喷嘴25喷洒出的抛光液的液体形状为均匀的全圆锥状的喷雾。如图5所示，当喷嘴25喷洒出全圆锥状的喷雾时，被喷洒出的抛光液能够均匀地覆盖在喷嘴25的喷洒范围，从而提高了抛光垫22上抛光液的分布均匀性。
对于图2所示的技术方案，在一些示例中，优选地，所述喷嘴25内的螺纹直径为1/4英寸。
对于图2所示的技术方案，在一些示例中，参见图6，所述设备2还包括：用于装盛有抛光液的储存罐26以及将所述储存罐26内的抛光液向所述喷嘴25输送的抛光液管道27，所述抛光液管道27上设置有阀门28，用于控制向所述喷嘴25输送的抛光液的输送量。可以理解地，由于喷嘴25需要在FP工序的执行过程中持续地向抛光垫22喷洒抛光液，因此，可以将抛光液存储在储存罐26中，并在FP工序执行过程中向喷嘴25持续提供抛光液，而在实际工序执行过程中，抛光液的供给量会随着具体工序情况实时发生变化，因此，可以通过设置在抛光液管道27上的阀门28控制抛光液的供给量。
此外，在进行FP过程中，随着工艺技术的不断发展和提升，越来越多种类的抛光液被应用在抛光工艺中，比如抛光液可以包括研磨剂、钝化剂、氧化剂和螯合剂中的至少一种。举例来说，研磨剂可以包括例如SiO2、CeO2、ZrO2、Al2O3、TiO2、BaTiO2、GeO2、MnO2、MgO2及其混合物中的至少一种。钝化剂可以包括例如阳离子聚合物、阴离子聚合物、非离子聚合物、两性聚合物及其混合物中的至少一种。氧化剂可以包括例如高碘酸、氢化过氧化物、过硫酸铵硝酸、硝酸铁及其混合物中的至少一种。螯合剂可以包括例如甘氨酸、氨基酸、氨基酸衍生物及其混合物中的至少一种。对于如此多种类的抛光液，喷嘴25的数量与FP工序中所使用的抛光液的种类一致，相应地，每个喷嘴均对应于一个储存罐及抛光液管道，以在FP工序中供给对应喷嘴所需喷洒的抛光液。
另外，为了避免机械压力导致局部的抛光垫磨损使其形貌变化，并引起更严重的颗粒污染和区域平坦度恶化的现象，对于图2所示的技术方案，参见图7，所述抛光头24包括：头部主体241、不锈钢定盘242、通过紧固件与所述头部主体241和所述不锈钢定盘242连接的旋转驱动件243，设置在所述不锈钢定盘242下方的组装式吸附垫244以及真空/空气管245；
其中，通过所述真空/空气管245将所述不锈钢定盘242内的空间抽成真空，以通过负压将待抛光晶圆3吸附在所述组装式吸附垫244中；所述旋转驱动件243通过带动所述头部主体241旋转，从而使得所述不锈钢定盘242以及所述组装式吸附垫244所吸附的所述待抛光晶圆3对应于所述头部主体241的旋转而旋转。
需要说明的是，定盘的材质优选为316 型号不锈钢（Stainless Steel）材质，使在进行FP作业的过程中，能够将压力的影响力从中心部扩散至边缘部，将抛光垫22内部的平坦度变化降到最低，使得抛光加工趋于稳定，从而将平整度（GBIR）以及区域平坦度受到的外部影响最小化。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种最终抛光设备，其特征在于，所述设备包括：抛光台、设置在抛光台上表面的抛光垫、设置于所述抛光台下方的驱动轴、设置在所述抛光台的上方空间的抛光头和喷嘴；其中，所述喷嘴朝向所述抛光台上的抛光垫喷洒抛光液，并且喷洒范围至少覆盖所述抛光垫的中心位置至所述抛光垫边缘的区域。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述喷嘴的喷洒角度大于100度。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述喷嘴与所述抛光垫之间的喷洒距离与所述喷嘴的喷洒范围成正比。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述喷嘴喷洒出的抛光液的液体形状为均匀的全圆锥状的喷雾。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述喷嘴内的螺纹直径为1/4英寸。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：用于装盛有抛光液的储存罐以及将所述储存罐内的抛光液向所述喷嘴输送的抛光液管道，所述抛光液管道上设置有阀门，用于控制向所述喷嘴输送的抛光液的输送量。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述喷嘴的数量与最终抛光工序中所使用的抛光液的种类一致。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述抛光头包括：头部主体、不锈钢定盘、通过紧固件与所述头部主体和所述不锈钢定盘连接的旋转驱动件，设置在所述不锈钢定盘下方的组装式吸附垫以及真空/空气管；
其中，通过所述真空/空气管将所述不锈钢定盘内的空间抽成真空，以通过负压将待抛光晶圆吸附在所述组装式吸附垫中；所述旋转驱动件通过带动所述头部主体旋转，从而使得所述不锈钢定盘以及所述组装式吸附垫所吸附的所述待抛光晶圆对应于所述头部主体的旋转而旋转。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114290231A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-08 | 西安奕斯伟材料科技有限公司 | 抛光设备和抛光方法 |
| CN117245542A (zh) * | 2023-11-17 | 2023-12-19 | 苏州博宏源机械制造有限公司 | 晶圆双面抛光设备及工艺 |
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2020
- 2020-12-01 CN CN202022835880.8U patent/CN214213444U/zh active Active
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