CN215644439U - 一种晶圆固定装置以及晶圆加工设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种晶圆固定装置以及晶圆加工设备，其中，所述晶圆固定装置包括承载台和压盘，所述承载台用于承载晶圆；所述承载台上设有负压孔，所述负压孔用于抽真空形成负压，以吸附所述晶圆；所述压盘与所述承载台相对设置，所述压盘上朝向所述承载台的一侧设有喷气孔，所述喷气孔用于在所述压盘的表面形成气垫，以压平所述晶圆。本申请的晶圆固定装置使用时通过在承载台上形成负压，在压盘上形成气垫，共同对晶圆施压，使不平整的晶圆可以更加紧密地贴合到承载台上，全程压盘不与承载台接触，实现压平晶圆的同时，避免了对晶圆造成损伤。

Description

一种晶圆固定装置以及晶圆加工设备

技术领域

本实用新型涉及半导体加工设备技术领域，特别是涉及一种晶圆固定装置以及晶圆加工设备。

背景技术

目前，在半导体的加工制造过程中，晶圆不可避免地会受到应力作用，使晶圆的边缘部分容易翘曲，有时晶圆的边缘部分的翘曲值甚至可以达到100 微米以上，对于这样的晶圆来说，继续加工的难度大，特别是自动化作用时载台对晶圆的吸附可靠性降低，容易在载台上滑动，增加了精密化作业的难度。所以行业内常见的固定晶圆的方法是在载台上设置夹具或者压头对晶圆的边缘进行压平，使晶圆受迫靠近载台，增加贴合度。

但是，在压平晶圆的过程中，夹具或者压头与晶圆的接触不可避免地会产生接触和摩擦，容易对晶圆造成损伤。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种晶圆固定装置以及晶圆加工设备，旨在解决压平晶圆的过程中不可避免地接触晶圆，容易对晶圆造成损伤的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种晶圆固定装置以及晶圆加工设备，其中，所述晶圆固定装置包括承载台和压盘，所述承载台用于承载晶圆；所述承载台上设有负压孔，所述负压孔用于抽真空形成负压，以吸附所述晶圆；所述压盘与所述承载台相对设置，所述压盘上朝向所述承载台的一侧设有喷气孔，所述喷气孔用于在所述压盘的表面形成气垫，以压平所述晶圆。

所述的晶圆固定装置，其中，所述喷气孔设有多个，多个所述喷气孔均匀分布在所述压盘上。

所述的晶圆固定装置，其中，所述压盘包括主体和护风圈，所述主体与所述承载台相对设置，所述主体内部中空形成有压力平衡腔；所述喷气孔设于所述主体朝向所述承载台的一侧，且所述喷气孔延伸至所述压力平衡腔内；所述护风圈设于所述主体朝向所述承载台的一侧，且所述护风圈在所述承载台上的投影包围所述晶圆。

所述的晶圆固定装置，其中，所述压盘还包括连通至所述压力平衡腔的进气管道，所述进气管道设于所述主体背离所述承载台的一侧。

所述的晶圆固定装置，其中，所述进气管道位于所述主体的中心位置。

所述的晶圆固定装置，其中，所述护风圈为柔性胶圈。

所述的晶圆固定装置，其中，所述护风圈的高度小于500微米。

所述的晶圆固定装置，其中，所述负压孔设有多个，多个所述负压孔均匀分布在所述承载台上。

所述的晶圆固定装置，其中，所述晶圆固定装置还包括抽真空部件，所述抽真空部件设于所述承载台背离所述压盘的一侧，所述抽真空部件与所述负压孔连接。

本申请还公开了一种晶圆加工设备，其中，包括机架，设于所述机架上的喷气装置，以及设置于所述机架上的如上任一所述的晶圆固定装置，所述喷气装置与所述晶圆固定装置连接。

与现有技术相比，本实用新型实施例具有以下优点：

在加工晶圆之前，先将晶圆放置在承载台上，然后抽走承载台上负压孔内的空气，使承载台表面形成负压，吸附住晶圆与承载台接触的部分；当晶圆因为前段加工被迫发生了翘曲时，晶圆只有部分被吸附住，所以固定的不够牢固，本申请在承载台的上方与承载台相对设置压盘，并且通过在压盘上设置喷气孔，将高压气体从喷气孔喷出，在压盘表面形成气垫，从而当压盘移动到承载台附近时气垫对晶圆整个表面形成压力，将晶圆压平，然后结合承载台上的负压环境，使晶圆更好地贴合在承载台上，便于继续加工；整个压平和固定过程中，压盘不接触晶圆，避免了与晶圆表面的接触，从而保护晶圆的结构，防止对晶圆造成损伤。

附图说明

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型中承载台的俯视图；

图2为本实用新型中晶圆固定装置的截面图；

图3为本实用新型中晶圆固定装置的另一截面图。

其中，10、承载台；11、负压孔；20、压盘；21、喷气孔；22、主体； 221、压力平衡腔；23、护风圈；24、进气管道；30、晶圆。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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、完整的描述，显然，所描述的实施例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。

现有的半导体技术中，随着集成电路制造技术的发展，晶圆的使用也越来越多。晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片，其原始材料是硅。高纯度的多晶硅溶解后掺入硅晶体晶种，然后慢慢拉出，形成圆柱形的单晶硅。硅晶棒在经过研磨，抛光，切片后，形成硅晶圆片，也就是晶圆。由于要实现多层布线，所以晶圆表面必须保持极高的平整度、光滑度和洁净度，所以在加工过程中需要时刻注意晶圆的状态。

晶圆的加工工艺包括外延，刻蚀，镀膜，退火等等步骤，在每一次的加工过程中，随着晶圆受到应力的作用、环境温度变化的影响，晶圆总是无法避免地会发生边缘翘曲的情况，有时候翘曲值甚至可以达到100微米以上，而晶圆翘曲之后，对于后续的加工来说就比较困难。因为目前的加工生产线上，为了保证晶圆的表面洁净度和光滑度，一般都是自动化作业，尽量避免人体触碰，自动化生产线上固定晶圆的方式通常是在载台上设置吸附结构，将晶圆吸附并固定住，所以，当晶圆发生翘曲后，晶圆与载台的接触面积减小，所以载台上的固定效果减弱，使得晶圆不够稳定，在加工过程中容易移位，造成加工的误差，增加了需要精密化作业的工艺难度，例如光刻、精密量测，降低了作业精度，影响产品品质，降低产品良率；如果机台上设置了真空报警结构的时候，还会增加真空报警触发的频率，影响生产线的生产效率。

所以，现有的很多生产线上还设置了固定装置来增加晶圆在载台上的固定效果。一般的固定装置是在载台吸附晶圆的同时，在载台上方设置夹具或者压头对晶圆进行按压，使晶圆翘曲的部分靠近载台，从而被载台吸附，增加晶圆上被吸附的面积占比，增加晶圆的固定效果；但是，这样的挤压过程中，晶圆表面容易受到摩擦，影响晶圆的光洁度，如果应力过大还有晶圆破损的风险。

参阅图1和图2，本实用新型申请的一实施例中，公开了一种晶圆固定装置以及晶圆30加工设备，其中，所述晶圆固定装置包括承载台10和压盘20，所述承载台10用于承载晶圆30；所述承载台10上设有负压孔11，所述负压孔11用于抽真空形成负压，以吸附所述晶圆30；所述压盘20与所述承载台 10相对设置，所述压盘20上朝向所述承载台10的一侧设有喷气孔21，所述喷气孔21用于在所述压盘20的表面形成气垫，以压平所述晶圆30。

在加工晶圆30之前，先将晶圆30放置在承载台10上，然后抽走承载台 10上负压孔11内的空气，使承载台10表面形成负压，吸附住晶圆30与承载台10接触的部分；当晶圆30因为前段加工被迫发生了翘曲时，晶圆30只有部分被吸附住，所以固定的不够牢固，而且由于加工过程中的翘曲无法预测，所以如图2和图3所示，有可能晶圆30会中间隆起，而边缘部分贴紧承载台 10，也有可能晶圆30的边缘部分翘起而中间部分贴紧承载台10；本申请在承载台10的上方与承载台10相对设置压盘20，并且通过在压盘20上设置喷气孔21，将高压气体从喷气孔21喷出，在压盘20表面形成气垫，从而当压盘 20移动到承载台10附近时气垫对晶圆30整个表面形成压力，不论晶圆30处于以上那种情况，都可以将晶圆30压平，然后结合承载台10上的负压环境，使晶圆30更好地贴合在承载台10上，便于继续加工；整个压平和固定过程中，压盘20不接触晶圆30，避免了与晶圆30表面的接触，从而保护晶圆30 的结构，防止对晶圆30造成损伤。另外，本实施例中可以选择氮气作为高压气体，氮气的化学性质稳定，而且安全性高，又比较环保，适用于此环境。

具体的，作为本实施例中的一种实现方式，公开了所述喷气孔21设有多个，多个所述喷气孔21均匀分布在所述压盘20上。因为随着微型半导体技术的发展，晶圆30的半径也可以做的更大了，要对晶圆30的整个表面进行均匀的按压，需要在压盘20上形成半径足够大的均匀的气垫，所以设置多个喷气孔21，均匀分布在压盘20上，使压盘20上各个位置的气压更加均衡，从而有利于形成更加平稳的、均匀的气垫。例如，压盘20是圆形的，对应晶圆30的形状，则可以设置若干个喷气孔21以圆周阵列的方式分布在压盘20 上，喷气时就可以形成均匀的气垫；同理，压盘20是矩形的，则可以设置若干个喷气孔21呈矩形阵列分布在压盘20的各个位置上；压盘20是多边形的，则可以设置若干个喷气孔21呈中心对称的方式阵列分布在压盘20的各个位置上。

如图3所示，作为本实施例中的另一种实现方式，公开了所述压盘20包括主体22和护风圈23，所述主体22与所述承载台10相对设置，所述主体 22内部中空形成有压力平衡腔221；所述喷气孔21设于所述主体22朝向所述承载台10的一侧，且所述喷气孔21延伸至所述压力平衡腔221内；所述护风圈23设于所述主体22朝向所述承载台10的一侧，且所述护风圈23在所述承载台10上的投影包围所述晶圆30。在工作过程中，需要先形成气垫再将压盘20移到承载台10上方，所以需要先向压力平衡腔221内通入气体，设置压力平衡腔221可以调整压盘20上的气体压强，使喷气孔21喷出的气体柱的各个位置压强趋于一致，这样更容易形成均匀的气垫；因为气体比较容易扩散，所以想要气体从喷气孔21内喷出后能够在压盘20表面形成稳定的气垫，需要喷出的气体满足一定的压强；而设置护风圈23，可以阻挡压盘20表面部分侧向逃逸的气体，使气体不会马上散开，有利于形成和维持气垫的形状；此外，因为护风圈23阻挡了气体的逸散，所以压盘20表面的气体较多，容易形成符合要求的气垫，可以降低对喷气孔21的压强要求。而设置护风圈23的半径足够大，护风圈23在承载台10上的投影至少能包围晶圆30，则护风圈23范围内形成的气垫也可以压制在整个晶圆30表面上，所以可以使得晶圆30整个表面均匀受力，在被挤压的时候不会产生局部的变形。

具体的，作为本实施例中的另一种实现方式，公开了所述护风圈23为柔性胶圈。因为护风圈23的主要作用是用于挡风，所以并不需要特别大的刚性，反而柔性的护风圈23可以更好地挡住风力，同时保持形状，不容易折断，橡胶、塑胶等材质的胶圈自身就带有柔性，适用于此场合，且柔性胶圈的成本较低；另外，压盘20需要靠近承载台10到一定距离，气垫才能发挥作用，一般这个距离在500微米左右，需要的控制精度较高，如果由于晶圆30的翘曲或者对位不够精确，容易产生压盘20与晶圆30或者压盘20与承载台10 直接碰撞的现象，可能造成不必要的磨损；而设置了护风圈23，即使有操作上的误差，压盘20也不会与晶圆30接触，护风圈23先会与晶圆30或者承载台10接触，柔性胶圈具有一定的缓冲能力，能够保护压盘20、晶圆30和承载台10，减少碰撞损伤；而且柔性胶圈的表面柔软，可以较好地保护晶圆 30或者承载台10的表面，减少划伤划痕的产生。

具体的，作为本实施例中的另一种实现方式，公开了所述护风圈23的高度小于500微米。因为实际操作过程中，气垫可以挤压晶圆30的时候，压盘 20与承载台10之间的距离大约在500微米，此时如果护风圈23与承载台10 接触，会形成密封的腔室，导致气体不能散出后形成高压，产生危险，而且密封腔室内不断喷入气体不利于形成均匀稳定的气垫；所以设置护风圈23的高度小于500微米，使压盘20正常工作时护风圈23与承载台10之间仍有距离，避免护风圈23与承载台10之间接触形成密封腔室，有利于气体顺利从护风圈23与承载台10之间逸出，维持进气与出气的平衡，形成稳定的气垫，使晶圆30的固定过程稳定安全地进行。

如图3所示，作为本实施例中的另一种实现方式，公开了所述压盘20还包括连通至所述压力平衡腔221的进气管道24，所述进气管道24设于所述主体22背离所述承载台10的一侧。通过进气管道24通入气体，比如氮气，将管道设在主体22背离承载台10的一侧可以使进入压力平衡腔221内的气体不用改变太多的方向就可以继续向前，从喷气孔21内喷出，节省气体运动时间，同时减小压力平衡腔221侧壁受到的压强；将进气管道24设置在主体22背离承载台10的一侧还可以避免承载台10或者晶圆30与进气管道24接触。

具体的，作为本实施例中的另一种实现方式，公开了所述进气管道24位于所述主体22的中心位置。因为主体22的表面上要形成各处均匀的气垫，所以可以设置多个喷气孔21，而设置多个喷气孔21还需要每个喷气孔21的喷气效率接近相同才能达到要求，将进气管道24设置在主体22的中心位置，就可以使气体进入压力平衡腔221后，从中心向四周均匀扩散，每个方向的气流大小基本相同的情况下，各个方向的喷气孔21喷出的气体流速也基本相同，因此可以形成均匀的气垫。

如图1所示，作为本实施例中的另一种实现方式，公开了所述负压孔11 设有多个，多个所述负压孔11均匀分布在所述承载台10上。因为晶圆30的翘曲不可预测是中间隆起还是中间凹陷的情况，所以尽量在承载台10上各个位置都设置负压孔11，在承载台10的表面形成均匀的负压环境，使晶圆30 不论什么翘曲情况都可以固定吸附在承载台10上；而且承载台10上各个位置都有负压孔11后，晶圆30的中心位置、边缘位置都会与负压孔11重叠，则晶圆30整体被承载台10吸附的效果更好。

具体的，作为本实施例中的另一种实现方式，公开了所述晶圆固定装置还包括抽真空部件，所述抽真空部件设于所述承载台10背离所述压盘20的一侧，所述抽真空部件与所述负压孔11连接。本实施方式中可设置抽真空部件为真空机，使用真空泵不断地向承载台10的背面抽出负压孔11内的空气，使负压孔11内形成负压，吸引承载台10的表面附加的空气向负压孔11流动，于是在承载台10表面形成吸附力，以吸附晶圆30。通过控制真空机可以控制承载台10表面吸附力的大小，从而可以更加灵活地配合压盘20对晶圆30进行固定。

作为本申请的另一实施例，公开了一种晶圆30加工设备，其中，包括机架，设于所述机架上的喷气装置，以及设置于所述机架上的如上任一所述的晶圆固定装置，所述喷气装置与所述晶圆固定装置连接。

综上所述，本申请公开了一种晶圆固定装置以及晶圆30加工设备，其中，所述晶圆固定装置包括承载台10和压盘20，所述承载台10用于承载晶圆30；所述承载台10上设有负压孔11，所述负压孔11用于抽真空形成负压，以吸附所述晶圆30；所述压盘20与所述承载台10相对设置，所述压盘20上朝向所述承载台10的一侧设有喷气孔21，所述喷气孔21用于在所述压盘20的表面形成气垫，以压平所述晶圆30。在加工晶圆30之前，先将晶圆30放置在承载台10上，然后抽走承载台10上负压孔11内的空气，使承载台10表面形成负压，吸附住晶圆30与承载台10接触的部分；当晶圆30因为前段加工被迫发生了翘曲时，晶圆30只有部分被吸附住，所以固定的不够牢固，本申请在承载台10的上方与承载台10相对设置压盘20，并且通过在压盘20上设置喷气孔21，将高压气体从喷气孔21喷出，在压盘20表面形成气垫，从而当压盘20移动到承载台10附近时气垫对晶圆30整个表面形成压力，将晶圆 30压平，然后结合承载台10上的负压环境，使晶圆30更好地贴合在承载台 10上，便于继续加工；整个压平和固定过程中，压盘20不接触晶圆30，避免了与晶圆30表面的接触，从而保护晶圆30的结构，防止对晶圆30造成损伤。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

需要说明的是，本实用新型以晶圆为例对本实用新型的具体结构及工作原理进行介绍，但本实用新型的应用并不以晶圆为限，也可以应用到其它类似工件的固定和压平加工工艺中。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种晶圆固定装置，其特征在于，包括：

承载台，用于承载晶圆；所述承载台上设有负压孔，所述负压孔用于抽真空形成负压，以吸附所述晶圆；以及

压盘，与所述承载台相对设置，所述压盘上朝向所述承载台的一侧设有喷气孔，所述喷气孔用于在所述压盘的表面形成气垫，以压平所述晶圆。

2.根据权利要求1所述的晶圆固定装置，其特征在于，所述喷气孔设有多个，多个所述喷气孔均匀分布在所述压盘上。

3.根据权利要求1所述的晶圆固定装置，其特征在于，所述压盘包括：

主体，与所述承载台相对设置，所述主体内部中空形成有压力平衡腔；所述喷气孔设于所述主体朝向所述承载台的一侧，且所述喷气孔延伸至所述压力平衡腔内；以及

护风圈，所述护风圈设于所述主体朝向所述承载台的一侧，且所述护风圈在所述承载台上的投影包围所述晶圆。

4.根据权利要求3所述的晶圆固定装置，其特征在于，所述压盘还包括连通至所述压力平衡腔的进气管道，所述进气管道设于所述主体背离所述承载台的一侧。

5.根据权利要求4所述的晶圆固定装置，其特征在于，所述进气管道位于所述主体的中心位置。

6.根据权利要求3所述的晶圆固定装置，其特征在于，所述护风圈为柔性胶圈。

7.根据权利要求3所述的晶圆固定装置，其特征在于，所述护风圈的高度小于500微米。

8.根据权利要求1所述的晶圆固定装置，其特征在于，所述负压孔设有多个，多个所述负压孔均匀分布在所述承载台上。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的晶圆固定装置，其特征在于，所述晶圆固定装置还包括抽真空部件，所述抽真空部件设于所述承载台背离所述压盘的一侧，所述抽真空部件与所述负压孔连接。

10.一种晶圆加工设备，其特征在于，包括机架，设于所述机架上的喷气装置，以及设置于所述机架上的如权利要求1至9任意一项所述的晶圆固定装置，所述喷气装置与所述晶圆固定装置连接。

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