TW201730947A - 半導體製造裝置 - Google Patents

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Abstract

本揭露提供一種半導體製造裝置，包括一可將一晶圓固定與旋轉之晶圓座，用於研磨晶圓的一背表面之一研磨頭，用於施加一空氣壓力予晶圓的一前表面之一空氣軸承模組，以及用於密封晶圓的邊緣之一邊緣密封單元。

Description

半導體製造裝置
本發明實施例係有關於一種半導體製造裝置，特別係有關於一種研磨晶圓之背表面的半導體製造裝置。
半導體積體電路(integrated circuit,IC)產業經歷了指數級的成長，在IC材料和設計的技術日益進步下，使得IC產業有更小、更複雜的電路。在IC演進的過程中，隨著幾何尺寸(即，製造過程中可被生產的最小元件或線)有所減少，功能密度(即，每一個晶圓面積的互連元件的數量)已普遍增加。 藉由這種尺寸下降，普遍提高了生產效率和降低相關成本，但也增加了IC處理和製造的複雜性。為了要實現相關技術的進步，在IC處理和製造上的發展是被需要的。例如，需要應用於半導體晶圓之研磨製程。然而，目前研磨系統和相關方法並非具效率且可能產生額外的問題，例如汙染或損害晶圓。有鑑於此，提供一種研磨系統與其使用方法以解決上述問題是被需要的。
本揭露之一實施例提供一半導體製造裝置。此裝置包含可被操作地以固定和旋轉一晶圓的一晶圓座；研磨晶圓之一背表面的一研磨頭；用於施加一空氣壓力予晶圓之一前表面的一空氣軸承模組；以及用於密封晶圓之周緣的一邊緣密封 單元。
100‧‧‧研磨模組
102‧‧‧基座
104‧‧‧晶圓
104A‧‧‧前表面
104B‧‧‧後表面
106、116‧‧‧軸(旋轉軸)
110‧‧‧研磨頭
112‧‧‧研磨表面
114‧‧‧機構
118‧‧‧清洗單元
118A‧‧‧清洗端
120‧‧‧空氣軸承單元
122、206‧‧‧氣體源
124‧‧‧軸承表面
126‧‧‧空氣通道
128‧‧‧邊緣密封單元
200‧‧‧空氣密封單元
202‧‧‧環形管
204‧‧‧開口
300‧‧‧O形環邊緣密封單元
302‧‧‧O形環結構
304‧‧‧邊緣幕
400‧‧‧流體薄膜
402‧‧‧邊緣密封特徵
452‧‧‧清掃方向
500‧‧‧第一氣體閥
502‧‧‧氣體供給元件
504‧‧‧第二氣體閥
506‧‧‧氣體輸送機構
508‧‧‧研磨帶
600‧‧‧筆形清潔單元
602‧‧‧海綿狀尖端
604‧‧‧可動臂
606‧‧‧方向
702‧‧‧固定夾具
704‧‧‧旋轉軸承連接器
706‧‧‧框架連接器
708‧‧‧通道
710‧‧‧線性軸承單元
800‧‧‧研磨系統
802‧‧‧處理室
804‧‧‧裝載鎖定模組
806‧‧‧機器人
900‧‧‧方法
902-914‧‧‧操作步驟
Dp‧‧‧直徑
Rw‧‧‧半徑
根據以下的詳細說明並配合所附圖式做完整揭露。應注意的是，根據本產業的一般作業，圖式並未必按照比例繪製。事實上，可能任意地放大或縮小元件的尺寸，以做清楚的說明。
第1圖係表示根據一些實施例之一研磨模組之剖視圖；第2圖係表示根據一些實施例之第1圖中的研磨模組之一邊緣密封單元的示意圖；第3圖係表示根據一些實施例之第1圖中的研磨模組之一邊緣密封單元的示意圖；第4圖係表示根據一些實施例之第1圖中的研磨模組之局部剖視圖；第5A圖係表示根據一些實施例之一研磨模組之局部剖視圖；第5B圖係表示根據一些實施之一研磨模組之局部剖視圖；第6圖係表示根據一些實施例之一研磨模組之局部剖視圖；第7A圖係表示根據一些實施例之一研磨模組之局部剖視圖；第7B圖係表示根據一些實施例之一研磨模組之局部剖視圖；第8圖係表示根據一些實施例之一研磨系統具有第1圖中之研磨模組的示意圖；以及 第9圖係表示根據一些實施例之第8圖中的研磨系統之使用方法的流程示意圖。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。
此外，其與空間相關用詞。例如“在…下方”、“下方”、“較低的”、“上方”、“較高的”及類似的用詞，係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。例如，若圖式中的裝置為倒過來，元件將以在其他元件下方或元件於其他元件的下方，或是特徵在其他元件或特徵的上方方位來做描述。因此用詞“下方”可包含上方和下方兩個方位。裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。
第1圖係表示一些實施例之研磨模組100之剖視圖。前述研磨模組100包括一基座102，其係用於固定一半導體晶圓(或稱晶圓)104，並具有將晶圓104繞一軸(或稱旋轉軸)106旋轉的一機構，其中軸106垂直於晶圓104並穿過其中心點。於一實施例中，基座102可包含夾持結構(clamping structure)以固定住晶圓104的邊緣。於其他例子中，基座102更包含一旋轉結構和一電動馬達，藉以使晶圓104旋轉。
在一些實施例中，晶圓104係為一矽晶圓(silicon wafer)。在一些實施例中，半導體晶圓104可包含一元素半導體，例如晶體結構中的鍺；一化合物半導體，例如矽鍺、碳化矽、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦、和/或銻化銦；或者以上之組合。在其他實施例中，半導體材料薄膜可於矽晶圓上磊晶成長(epitaxially grown)。在一些實施例中，晶圓104可為其他材料的一基底。
半導體晶圓104具有一前表面104A和一與其相反的背表面104B。一或多個積體電路被形成、部分地形成或用以被形成於半導體晶圓104的前表面104A上。因此，半導體晶圓104的前表面104A包含一圖案化材料層或一材料層將被被圖案化。舉例而言，前表面104A可包含多種隔離結構，(例如淺溝槽隔離結構)、各種摻雜結構(如摻雜阱、或摻雜源和摻雜汲結構)、各種裝置(如晶體管)、各種導電特徵(例如接觸層、金屬線和/或互連結構的通孔)、封裝材料層(例如連接墊和/或鈍化層)，或它們的組合。在一製造完整的半導體晶圓中，上述所有材料層和圖案可呈現在半導體晶圓104的前表面104A 上。在本實施例中，半導體晶圓104仍在製造過程中，上述材料層的一部份可形成於前表面104A上。
研磨模組100包含一研磨頭110，用於研磨半導體晶圓104的背表面104B。研磨頭110包含一研磨表面112，例如為一研磨帶(abrasive tape)或其他適當的研磨表面。研磨表面可進一步包括其他結構，例如一捲(roll)，其可用於在晶圓上滾動並藉此清潔晶圓。
研磨模組100更包含一機構114，其可被操作地施加一壓力通過研磨表面112予晶圓104，並可操作地旋轉研磨頭110繞一軸(或稱旋轉軸)116旋轉。旋轉軸116係平行於旋轉軸106並通過研磨表面112的中心。因此，研磨表面112可被加壓於半導體晶圓104的背表面104B上並相對於晶圓104旋轉。
在一些實施例中，研磨模組110也包含一清洗單元(rinsing unit)118，其以一溶液或化學品來清洗(或清潔)晶圓104的背表面104B。在本實施例中，清洗單元118係為可移動的，以更有效率地清潔或幫助研磨製程。舉例而言，清洗單元118可從晶圓的中心移動到晶圓的邊緣，或可從邊緣移動到中心。清洗單元118包含一清洗端118A，指向(pointing at)背表面104B並耦接一來源(未圖示)，此來源供應清洗用的化學品或溶液。清洗單元118和研磨頭110可被操作地於研磨製程中一起協同地運行。
研磨模組100包含一空氣軸承單元120，用於提供一空氣壓力予晶圓104的前表面104A。空氣軸承單元120提供一空氣壓力給予晶圓104的前表面104A，使得晶圓104可藉由來自 研磨頭110的背側壓力和來自空氣軸承單元120的前側壓力而被維持。空氣軸承單元120可提供數個優點，包括於軸承表面124與前表面104A之間不具有直接接觸且無摩擦力產生。尤其，考慮到前表面104A具有電路圖案且晶圓104於研磨製程中會旋轉，任何對於在前表面104A上的電路圖案的損傷是要避免(消除)的。
空氣軸承單元120係為一空氣靜壓軸承(aerostatic bearing)。空氣軸承單元120被連接至一氣體源122，例如一氮氣源。在本實施例中，氣體源122係為一壓縮氮氣源，其傳遞一壓力高於大氣壓力的氮氣。空氣軸承單元120包含一軸承表面124以傳遞氣體至介於軸承表面124和晶圓104的前表面104A之間的一軸承間隙(bearing gap)，使形成一流體薄膜於軸承表面124和前表面104A之間，如一空氣緩衝墊(air cushion)。空氣軸承單元120更包含一空氣通道126，其連接氣體源122和軸承表面124並用於氣體傳遞。在一些實施例中，軸承表面124包含一多孔材料層，例如多孔膜或石墨，以使氣體可均勻地傳遞到軸承間隙。在一些實施例中，軸承表面124包括具有多個微噴嘴(micro nozzle)的材料層，其設計用來將氣體均勻地傳遞到軸承間隙。在軸承間隙的空氣壓力在研磨製程中是能夠自我調節的。例如，當氣體壓力較高，軸承間隙增加，使得氣體流率增加。相應地，氣體的壓力可透過自我調節的機構而降低。在不同的實施例中，空氣軸承單元120可包括其它特徵，例如位於軸承表面124上的通道或槽。
空氣軸承單元120係與研磨頭110整合在一起。在 本實施例中，空氣軸承單元120機械性地連接研磨頭110，以使空氣軸承單元120固定於研磨頭110，並能隨著研磨頭110移動。這將在之後進一步地詳加描述。
研磨模組100更包含一邊緣密封單元128，其設計用來密封晶圓104的邊緣，使得在晶圓104的背表面104B上的化學品或溶液無法到達前表面104A，為此消除污染物到前表面104A的情況。在一些實施例中，邊緣密封單元128係為一空氣密封單元200(第2圖)，其可操作以形成圍繞晶圓104邊緣的一空氣幕(air curtain)，用於有效密封。在一些實施例中，空氣密封單元200包含配置於一圓環中的複數個空氣噴嘴，用以形成對準晶圓104的邊緣的一環狀空氣幕。在一些實施例中，如第2圖所示，空氣密封單元200包含一個環形管202，具有複數個開口204。其中環形管202與晶圓104的邊緣相互匹配。環形管202亦被連接到一氣體源206，用於傳送壓力氣體，例如氮氣。開口204形成在環形管202上，並配置成會產生一空氣幕的構造，空氣幕可有效地保護晶圓104的前表面104A不受到用於研磨或清潔背表面104B的化學品或溶液所產生的污染。在一些其它實施例中，如第3圖所示，邊緣密封單元128係為一O形環(O-ring)密封單元300。O形環密封單元300包括一O形環302，其具有垂直延伸的邊緣幕304，用以防止化學品或溶液污染晶圓104的前表面104A。
邊緣密封單元128與研磨頭100的一物件(例如晶圓座)或一夾具整合在一起，使得邊緣密封單元128被固定，並且能夠有效地密封晶圓104的邊緣，而不干擾在各種操作處 理(過程)中之晶圓104的運動。這將於之後進一步地詳述。
第4圖係表示根據一些實施例之研磨模組100的局部剖視圖。藉由使用空氣軸承單元120，流體薄膜400(例如氮氣薄膜)形成於晶圓104的前表面104A和空氣軸承單元120的軸承表面124之間。於研磨製程中，晶圓104的前表面104A和空氣軸承單元120的軸承表面124彼此間並沒有直接接觸。因此，對前表面104A的損害是被消除的。此外，藉由使用邊緣密封單元128，形成邊緣密封特徵402將有效地防止前表面104A受到來自背表面104B的化學品或溶液所產生的汙染。在本實施例中，邊緣密封特徵402係為一空氣邊緣密封特徵，例如氮氣刀，以有效地保護前表面104A。在一些實施例中，邊緣密封特徵402係為一O形環結構，如第3圖所示。空氣軸承單元120和邊緣密封單元128共同地於研磨製程期間保護晶圓104的前表面104A。此外，由於前表面104A在研磨製程期間不會受到污染，對於前表面104A的各種清潔措施是可以省略的。因此，製造的成本降低且生產量增加。
有關研磨模組100請參閱前述內容並參考第1圖與其它圖式。研磨模組100可具有其它形式之修改、替換或其組合。第5A圖係表示一些實施例之研磨模組100的剖視圖。如第5A圖所示之研磨模組100，在一些觀點或其他不同觀點上，可類似於第1圖中之研磨模組100。例如，研磨頭110可具有不同的設計，如一較小的尺寸。在一些實施例中，研磨頭110具有一研磨表面112，其具有小於晶圓104的半徑Rw的一直徑Dp。在這種情況下，研磨頭110還包括一清掃機構(sweeping mechanism)，以使研磨頭110可被操作地沿清掃方向452徑向移動。清掃方向452係表示從晶圓中心(旋轉軸106)到晶圓邊緣的徑向上。於一實施例中，機構114被設計成具有旋轉功能和清掃功能。在研磨製程期間，研磨頭110繞旋轉軸116旋轉並沿清掃方向452徑向移動。此外，晶圓104在研磨製程中係繞旋轉軸106旋轉。藉由晶圓104旋轉、研磨頭110旋轉和研磨頭110清掃等動作的組合，研磨表面112在研磨製程中，能夠在晶圓104上徑向地清掃並覆蓋晶圓104的整個背表面104B。尤其，藉由調節清掃停留時間，研磨量是可被改變的。此外，清掃停留時間可根據從晶圓的中心到邊緣的位置而局部地變化。因此，藉由調整清掃停留時間，從中心到邊緣的研磨變化可被補償以實現均勻的研磨表面。
第5B圖係表示一些實施例之研磨模組100的剖視圖。如第5B圖中之研磨模組100所示，在一些觀點或可為不同之其他觀點上，其可類似於在第1圖中之研磨模組100。舉例來說，基座102可具有不同的設計，或者使用一合適的機構，例如夾持機構(clamping mechanism)。在一些例子中，一第一氣體閥500被配置在氣體源122和空氣軸承單元120之間，以控制空氣軸承的壓力以提供最佳化的軸承效果。空氣軸承的壓力可通過軸承間隙而進一步地自我調節，如前所述。在一些實施例中，邊緣密封單元128係接觸一氣體供給元件502的一空氣邊緣密封單元，例如一氮氣源以提供一壓縮的高壓氮氣。在一些例子中，一第二氣體閥504設置於氣體供給元件502和邊緣密封單元128之間，以控制氣體流量。在一些實施例中，邊緣密封 單元128可通過一氣體輸送機構506而連接至氣體源122，且與空氣軸承單元120共享相同的氣體源。在一些實施例中，研磨表面112可具有不同的設計。例如，研磨表面112可包含一磁帶，且數個磨料顆粒黏貼至該磁帶上。這些磨料顆粒可具有適合尺寸或尺寸分佈，以達到期望的研磨效果，並且可包含金剛石(或鑽石)或其它合適的材料。在一些實施例中，研磨表面112可包含數捲(multiple rolls)的研磨帶(abrasive tapes)508，以均勻和有效地研磨。
在本實施例中，研磨模組100還包含一筆形清潔單元(pencil cleaning unit)。筆形清潔單元和研磨頭110針對各個製程可操作地被置於晶圓104的背表面104B上，且被置於一空閒位置。例如，當研磨頭110被放置於晶圓104的背表面104B時，筆形清潔單元被放置在空閒位置。當筆形清潔單元被放置在晶圓104的背表面104B時，研磨頭110則被替換至空閒位置。第6圖係表示一些實施例之研磨模組100的局部剖視圖。第6圖表示出筆形清潔單元600在研磨模組100內，而在第6圖中未表示出研磨頭110乃為了簡單清楚起見。筆形清潔單元600被設計在研磨製程之後用以清潔晶圓104上的被研磨表面。在本實施例中，被研磨表面是晶圓104的背表面104B。筆形清潔單元600包含一海綿狀尖端(sponge-like tip)602，其可被操作以清潔晶圓104的背表面104B。筆形清潔單元600還包含一機構，例如一可動臂604，其連接至海綿狀尖端602，且能夠控制和操縱海綿狀尖端602來作清潔。例如，隨著晶圓104藉由基座102繞軸106旋轉，可動臂604可控制海綿狀尖端602沿方向606從中心沿 徑向移動至晶圓104的邊緣(或從邊緣到中心)。因此，海綿狀尖端602能夠清潔背表面104B。在一些實施例中，清潔製程是共同利用筆形清潔單元600和清洗單元118兩者來實現。
如上所述，空氣軸承單元120和邊緣密封單元128與研磨模組100的其它部件相互整合以用於固定和正確的操作。該種設計和配置係進一步地憑藉著用於邊緣密封單元128的一特別機構，例如O形環的邊緣密封單元300或空氣邊緣密封單元200，在第7A-7B圖將分別進一步地表示。
第7A圖係表示一些實施例之研磨模組100的局部剖視圖。如第7A圖所示，研磨模組100包含一具有O形環邊緣的密封單元300，其利用一O形環結構302和一邊緣幕304從O形環延伸以密封晶圓104的前表面104A。在一些實施例中，O型環結構302係可被操作地接近或進一步置於晶圓104的前表面104A，以用於有效密封。在這種情況下，O形環邊緣密封單元300(包括O形環結構302和邊緣幕304)被設計成適當地固定和隨著晶圓104旋轉在各種操作過程當中，例如研磨和清潔期間。具體而言，O形環結構302和邊緣窗幕304通過一旋轉軸承連接器704以連接到一固定夾具702。固定夾具702是研磨模組100的固定部件，且在各種操作期間是靜止的。因此，O形環邊緣密封單元300被固定至固定夾具702，並且仍能隨著晶圓104移動。晶圓104被固定於基座102(例如藉由一晶圓夾緊結構)且隨著基座102移動。
請繼續參閱第7A圖，空氣軸承單元120被整合至研磨頭110，且被固定在研磨頭110上。因此，空氣軸承單元120 是能夠隨著研磨頭110移動，且可隨著研磨頭110對準，以提供一平衡空氣壓力予晶圓104的前表面104A。例如，當研磨頭110在晶圓104的中心和邊緣之間徑向清掃時，空氣軸承單元120也隨著研磨頭110徑向移動。尤其，空氣軸承單元120係藉由框架連接器706整合至研磨頭110，其中框架連接器706係連接至研磨頭110和空氣軸承單元120。固定夾具702被設計成具有一個開口708，使得框架連接器706藉由通道708連接至空氣軸承單元120，並且能在不干擾固定夾具702的情況下移動。在一些實施例中，前述研磨模組100還包含一線性軸承單元710，其設置於固定夾具702和框架連接器706之間，使得框架連接器706能夠相對於固定夾具702自由地移動。
第7B圖係表示一些實施例之研磨模組100的局部剖視圖。如第7B圖所示，研磨模組100包含一空氣邊緣密封單元200，其利用空氣密封至晶圓104的邊緣，以使晶圓104的前表面104A在研磨和清潔的操作期間不受化學品污染。在本實施例中，空氣邊緣密封單元200係被保持且固定於固定夾具702上，使得當晶圓104在研磨和清潔之操作過程中旋轉時，空氣邊緣密封單元200是保持不動的。
請繼續參閱第7B圖，空氣軸承單元120被整合至研磨頭110且固定於研磨頭110，類似於第7A圖中之空氣軸承單元120和研磨頭110的一體結構。例如，固定夾具702被設計為具有一開口708，使得框架連接器706通過開口708連接至空氣軸承單元120，並且能夠在不干擾固定夾具702的情況下移動。在另一實施例中，前述研磨模組100更包含一線性軸承單元710， 其設置於固定夾具702和框架連接器706之間，使得框架連接器706能夠相對固定夾具702自由地移動。在一些實施例中，每一個固定夾具702和框架連接器706可包含一合適的材料，例如不銹鋼、金屬或金屬合金。在一些例子中，每一個固定夾具702和框架連接器706可藉由一適當的方法製成，例如模板製作(molding)或機械加工(machining)。
第8圖係表示一些實施例之研磨系統800的示意圖。前述研磨系統800為一集束型設備(cluster tool)，此集束型設備係具有整合於一處理室802的一個或多個研磨模組100。在各個實施例中，研磨系統800包含複數個研磨模組100，例如四個、六個或八個研磨模組100適當地配置和整合。在本實施例中，四個示例性的研磨模組100被整合在一起，如第8圖所示。
研磨系統800包含一裝載鎖定模組(load lock module)804，裝載鎖定模組804具有一個或多個裝載鎖定單元，用以將晶圓裝載於研磨系統800或從研磨系統800卸載晶圓。在本實施例中，晶圓藉由使用晶圓容器，例如數個前開式晶圓傳送盒(front opening unified pods，FOUPs)而被分批裝載和卸載。
研磨系統800包含用於處理晶圓的一或複數個機器人806。機器人806被配置於裝載鎖定模組804和處理室802之間，以使晶圓適當地在研磨模組100和裝載鎖定模組804之間移動。例如，每一個晶圓藉由機器人806從裝載鎖定磨組804移動(運送)至用於研磨處理的研磨模組100的其中之一，然後再由機 器人806移動(運送)回裝載鎖定模組804。由於本揭露之研磨系統800能夠以簡化程序來研磨背表面104B，每一個研磨模組100能夠研磨、清潔和乾燥晶圓104的背表面104B。由於晶圓104的前表面104A由空氣軸承單元120和邊緣密封單元128所保護，故晶圓104的前表面104A的清潔和乾燥程序是可被省略的。因此，藉由研磨模組100的其中之一，晶圓104可有效地研磨、清潔和乾燥，且多個研磨模組100可對數個晶圓同時進行研磨、清洗和乾燥之工作。研磨系統800可包含其它組件，例如供應至研磨模組100的清洗單元118的化學品。研磨系統800可以不同的配置方法配置。例如，研磨模組100的空氣軸承單元120可共享相同之一氮氣源。
第9圖係表示一些實施例之用於研磨一或複數個半導體晶圓104的方法900流程圖。方法900可藉由第8圖中之研磨系統800加以實現。以下有關方法900之描述請一併參閱第8-9圖和其他圖式。
方法900包含一操作步驟902，操作步驟902係藉由裝載鎖定模組804裝載一或多個晶圓至研磨系統800。例如，晶圓是於一或多個批次，例如在FOUPs中，藉由裝載鎖模組804被裝載至研磨系統800。
方法900更包含一操作步驟904，操作步驟904係藉由機器人806將一晶圓從裝載鎖定模組804轉移至研磨模組100的其中之一。舉例而言，機器人806可依序將四個晶圓分別轉移至4個研磨模組100。在其他實施例中，研磨系統800可包含兩個或複數個機器人806，以同時地將數個晶圓轉移到各個研 磨模組100。具體地，在本實施例中，晶圓104被轉移至相應之研磨模組100的基座102，其中前表面104A係面對空氣軸承單元120，如第1圖所示。
方法900接著進行一操作步驟906，操作步驟906係對在研磨模組100其中之一的晶圓104進行研磨製程。操作步驟906與以下之操作步驟將以一個研磨模組和一個晶圓進行說明。然而，如上所述，複數個晶圓(例如四個晶圓)可被多個研磨模組並行地處理。在本實施例中，於操作步驟906期間，晶圓104的背表面104B係由研磨頭110進行研磨。
在研磨過程中，研磨系統的各個模組和單元係集體地與協同地運作。相對應地，操作步驟906包含各種子操作步驟(sub-operations)。尤其，操作步驟906包含一子操作步驟906A，其係藉由研磨頭110研磨晶圓104的背表面104B；一子操作步驟906B係藉由空氣軸承單元120提供一空氣壓力至晶圓104的前表面104A；以及，一子操作步驟906C係藉由邊緣密封單元128密封晶圓104的邊緣。
研磨晶圓104的背表面104B之子操作步驟906A可包含各種研磨模式。在一些實施例中，子操作906A包含同時將晶圓104繞軸106旋轉，且將研磨頭110繞軸116旋轉。在其它一些實施例中，研磨頭110具有一小尺寸，如第5A圖所示，在這種情況下，子操作步驟906A包含同時將晶圓104繞軸106旋轉，且將研磨頭110繞軸116旋轉，以及徑向地清掃研磨頭110。
操作步驟906還可包含其他子操作步驟。在本實施例的操作步驟906中，基座102固定晶圓104並以一第一旋轉速 率旋轉104晶圓繞軸106；研磨頭110被置放且被施加壓力於晶圓104的背表面104B之上，並繞軸116旋轉；清洗單元118可被應用以提供一清洗溶液予晶圓104的背表面104B；空氣軸承單元120提供空氣軸承予晶圓104的前表面104A；以及邊緣密封單元128提供邊緣密封予晶圓104的邊緣。在一些實施例中，第一旋轉速率的範圍在100RPM(每分鐘轉速)至180RPM之間。此外，氣體可被調整地通過第一氣體閥500至空氣軸承單元120，且氣體可被調整地通過第二氣體閥504至邊緣密封單元128。於一實施例中，在研磨製程期間，從研磨頭110給予晶圓104的背表面104B的壓力可於研磨處理時進行調整，例如在一第一研磨階段期間的第一壓力，以及之後在一第二研磨階段期間的第二壓力，其中前述第二壓力小於第一壓力。
方法900接著進行至一操作步驟908，操作步驟908係在相同的研磨模組100中對晶圓104的背表面104B進行清潔製程。在本實施例中，研磨頭110被替換至一空閒位置，且筆形清潔單元600被置於晶圓104的背表面104B上。在清潔處理期間，研磨系統800的各模組和單元集體地、協同地運作。尤其，基座102固定晶圓104並以一第二旋轉速率繞軸106旋轉晶圓104；筆形清潔單元600被放置且應用至晶圓104的背面104B之上，並可在晶圓104上徑向移動；清洗單元118可被應用以提供一清洗溶液至晶圓104的背表面104B；空氣軸承單元120提供空氣軸承予晶圓104的前表面104A；以及邊緣密封部單元128提供邊緣密封予晶圓104的邊緣。在一些實施例中，前述第二旋轉速率係不同於第一旋轉速率，例如第二旋轉速率小於第一旋轉 速率。舉例而言，第二旋轉速率的範圍可在50RPM至150RPM之間。此外，通往空氣軸承單元120的氣體可透過第一氣體閥500被調整至一較低水平，以對應於來自從筆形清潔單元600的海綿狀尖端602所施加的壓力。在一些實施例中，清洗單元118為了有效清潔，也可傳遞不同的化學溶液。於一些實例中，在清潔處理期間，筆形清潔單元600的海綿狀尖端602可從晶圓104的中心移動到晶圓104的邊緣。
方法900接著進行至一操作步驟910，操作步驟910係在相同之研磨模組100中進行對晶圓104的背表面104B的乾燥製程(處理)。在本實施例中，乾燥製程為一旋轉乾燥製程(spin-drying process)。筆形清潔單元600可移動到一空閒位置。在清潔處理中，研磨系統800的各模組和單元集體地、協同地運行。尤其，基座102固定晶圓104，並以一大於第一、第二旋轉速率的第三旋轉速率，將晶圓104繞軸106旋轉，此外邊緣密封單元128提供邊緣密封予晶圓104的邊緣。在一些例子中，空氣軸承單元120可提供空氣軸承予晶圓104的前表面104A。在一些實施例中，第三旋轉速率範的圍可在500RPM至1500RPM之間。
藉此，晶圓104的背表面104B在同一研磨模組中進行研磨、清洗與乾燥。藉由空氣軸承單元120和邊緣密封單元128，前述晶圓104的前表面104A將被保護而不受到損壞和污染，使得各種對於前表面104A的清潔和乾燥處理可以省略。
在晶圓104已被研磨、清潔乾燥之後，方法900更包含一操作步驟912，操作步驟912係藉由機器人806將晶圓104 移動至裝載鎖定模組804。操作步驟912類似於操作步驟904，但其相反於操作步驟904。例如，複數個晶圓分別地從數個研磨模組100移動至裝載鎖定模組804。
方法900可進一步地包含一操作步驟914，操作步驟914係藉由裝載鎖模組804將晶圓從研磨系統800卸載。方法900更可包含其他數個操作，該些操作可在上述之操作之前、過程中或之後。例如，在操作912之後，晶圓可被轉移以進行微影圖案製程(lithography patterning process)，例如光阻塗佈和曝光。由於晶圓的背表面的平坦度(flatness)提升，除了強化晶圓的前表面的平坦度，在曝光製程亦改善了品質。
研磨系統800和方法900可進一步地包含其他實施例中或替代方案。舉例來說，儘管方法800描述一個為了背表面的平坦度而研磨晶圓的背表面的過程，但前述研磨系統與方法也可利用相同的方式來研磨晶圓的前表面。在一些實施例中，方法900可從其背表面而薄化晶圓，針對例如為3D封裝或微機電系統(micro-electromechanical systems，MEMS)封裝的各種應用。
本揭露提供一研磨系統與其使用方法。藉由使用本揭露之研磨系統，晶圓的背表面係於同一個研磨模組中被研磨、清潔和乾燥。空氣軸承單元與邊緣密封單元可用以保護晶圓的前表面，並使其不受汙染。
本揭露的實施例相較於現行之技術提供數個優點，雖然需要了解的是，其他實施例可提供不同的優點，並非所有優點皆需於此作描述，且並非所有實施例皆需具有一特定 的優點。藉由使用本揭露之研磨模組和方法，空氣軸承單元與邊緣密封單元可保護晶圓的前表面，並使其不受汙染。各種對於晶圓前表面之清潔和乾燥製程是可被省略的。使得製造成本降低、製造產量增加。
此外，改善晶圓的背表面的平坦度是有助於微影製程的。當積體電路發展至具有小型特徵尺寸的先進科技節點時，以及當一半導體基底包含3D裝置時，例如鰭式場效電晶體(fin field effect transistors，FinFETs)，前側與背側表面兩者之外形(profile)皆會影響微影圖案製程並降低成像分辨率。本揭露研磨系統和其使用方法可提高晶圓背表面的平坦度，並提升微影圖案製程的品質。
因此，本揭露之一實施例提供一種半導體製造裝置。此裝置包含可被操作地以固定和旋轉一晶圓的一晶圓座；研磨晶圓之一背表面的一研磨頭；用於施加一空氣壓力予晶圓之一前表面的一空氣軸承模組；以及用於密封晶圓之周緣的一邊緣密封單元。
本揭露之一實施例更提供一種半導體製造系統。此半導體製造系統包含一裝載鎖定模組，用以裝載和卸載複數個晶圓；複數個研磨模組；以及設置於裝載鎖定模組與研磨模組之間的一機器人單元。其中機器人單元可被操作地來將數個晶圓的其中之一轉移至數個研磨模組的其中之一。每一個研磨模組更包含一晶圓座，其可被操作地固定一晶圓與旋轉該晶圓；一研磨頭用來研磨晶圓的一背表面；以及一空氣軸承模組，其可被操作地提供一空氣壓力予晶圓的前表面。
本揭露之一實施例更提供一種半導體製造方法。此方法包含研磨一晶圓的一背表面；於研磨晶圓的背表期間，面施加一空氣壓力予晶圓的一前表面；以及於研磨晶圓的背表面期間密封晶圓的邊緣。
以上概略說明了本發明數個實施例的特徵，使所屬技術領域中具有通常知識者對於本發明可更為容易理解。任何所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解到本說明書可輕易作為其它結構或製程的變更或設計基礎，以進行相同於本發明實施例的目的及/或獲得相同的優點。任何所屬技術領域中具有通常知識者也可理解與上述等同的結構或製程並未脫離本發明之精神和保護範圍內，且可在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動、替代與潤飾。
100‧‧‧研磨模組
102‧‧‧基座
104‧‧‧晶圓
104A‧‧‧前表面
104B‧‧‧後表面
106、116‧‧‧軸(旋轉軸)
110‧‧‧研磨頭
112‧‧‧研磨表面
114‧‧‧機構
118‧‧‧清洗單元
118A‧‧‧清洗端
120‧‧‧空氣軸承單元
122‧‧‧氣體源
124‧‧‧軸承表面
126‧‧‧空氣通道
128‧‧‧邊緣密封單元

Claims (1)

  1. 一種半導體製造裝置，包括：一晶圓座，可被操作地固定並旋轉一晶圓；一研磨頭，研磨該晶圓的一背表面；一空氣軸承模組，施加一空氣壓力予該晶圓的一前表面；以及一邊緣密封單元，密封該晶圓的邊緣。
TW105125902A 2016-02-24 2016-08-15 半導體製造裝置與系統及半導體製造方法 TWI701732B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

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