TW202301524A - 拋光設備和拋光方法 - Google Patents

Abstract

本發明實施例公開了一種拋光設備和拋光方法。該拋光設備包括：拋光台；設置在該拋光台的上表面上的拋光墊；用於驅動該拋光台旋轉的驅動軸；設置在該拋光台的上方空間的拋光頭和噴嘴元件；其中，該噴嘴元件包括第一噴嘴和第二噴嘴，該第一噴嘴用於向該拋光墊的中央區域噴灑第一拋光液，該第一拋光液通過該拋光台的旋轉被分佈在整個該拋光墊上，該第二噴嘴用於向該拋光墊的邊緣區域噴灑第二拋光液，以在該邊緣區域處提供大於該中央區域處的拋光去除量。

Description

拋光設備和拋光方法

本發明屬於半導體製造技術領域，尤其關於一種拋光設備和拋光方法。

在生產矽片的流程中，最終拋光（Final Polishing，FP）步驟是控制矽片平坦度和粗糙度參數的最後一道程序。最終拋光步驟是通過對矽片表面去除一定的量來去除前端程序缺陷和對矽片表面進行鏡面化拋光。

在FP作業期間，最常用的實施方案為化學機械拋光（Chemical Mechanical Polishing，CMP）方法，而在CMP方法中，需要通過拋光頭將矽片壓在震動的帶有拋光墊的拋光臺上，同時將磨料顆粒的漿液提供到拋光墊。然而，由於來自拋光頭的工作壓力往往集中在拋光頭的中央區域，因此傳遞至待拋光的矽片表面的壓力的分佈也不均勻，其中，矽片的中央區域受到的力大於其他區域受到的力，這導致矽片在拋光過程中，矽片表面的中央區域的拋光去除量大於矽片表面的邊緣區域的拋光去除量，從而造成矽片表面平坦度惡化。

有鑑於此，本發明實施例期望提供一種拋光設備和拋光方法，能夠針對矽片的不同區域提供不同的拋光去除量，從而提升矽片平坦化的品質。

本發明的技術方案是這樣實現的： 第一方面，本發明實施例提供了一種拋光設備，該拋光設備包括：拋光台；設置在該拋光台的上表面上的拋光墊；用於驅動該拋光台旋轉的驅動軸；設置在該拋光台的上方空間的拋光頭和噴嘴元件；其中，該噴嘴元件包括第一噴嘴和第二噴嘴，該第一噴嘴用於向該拋光墊的中央區域噴灑第一拋光液，該第一拋光液通過該拋光台的旋轉被分佈在整個該拋光墊上，該第二噴嘴用於向該拋光墊的邊緣區域噴灑第二拋光液，以在該邊緣區域處提供大於該中央區域處的拋光去除量。

第二方面，本發明實施例提供了一種拋光方法，該拋光方法包括：通過驅動軸驅動上表面設置有拋光墊的拋光台旋轉；通過第一噴嘴向該拋光墊的中央區域噴灑第一拋光液；通過第二噴嘴向該拋光墊的邊緣區域噴灑第二拋光液；其中，該第一拋光液和該第二拋光液通過該拋光台的旋轉分佈在該拋光墊上，以在該邊緣區域處提供大於該中央區域處的拋光去除量。

本發明實施例提供了一種拋光設備和拋光方法；不同於相關技術中針對一次拋光操作僅使用單種拋光液的技術方案，本發明實施例提出在拋光設備中設置兩個噴嘴，其中，第一噴嘴用於向拋光墊的中央區域噴灑第一拋光液，第二噴嘴用於向拋光墊的邊緣區域噴灑第二拋光液，第一拋光液和第二拋光液借助於拋光台旋轉產生的離心力分佈在拋光墊上，使得能夠在拋光墊的邊緣區域提供大於拋光墊的中央區域處的拋光去除量，從而解決了因拋光頭自身構造引起的對矽片表面的拋光去除量不均勻的問題，特別是對矽片表面的邊緣區域拋光去除量不足的問題，由此改善了矽片表面平坦度。

為利 貴審查委員了解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達到之功效，茲將本發明配合附圖及附件，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的申請範圍，合先敘明。

在本發明實施例的描述中，需要理解的是，術語“長度”、“寬度”、“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明實施例和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

此外，術語“第一”、“第二”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個所述特徵。在本發明實施例的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本發明實施例中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係。對於本領域的具通常知識者而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明實施例中的具體含義。

矽片在經過數位信號處理（Digital Signal Processing，DSP）步驟流程後，通常會在表面遺留有細微損傷。為了去除損傷，並且將矽片製作成鏡面並持續地改善平坦度，通常會進行FP作業。常規的FP作業是將裝載有矽片的拋光頭（Polishing Head）與黏貼在下定盤上的拋光墊表面相接觸，矽片表面通過研磨液管道（slurry Tube）供給的膠質研磨液（Colloidal slurry）和化學品（chemical）發生化學反應並且因機械加壓所引發的物理反應的影響進行拋光。

具體來說，完成DSP步驟的矽片會被放入清洗機，隨後從清洗機出料後需再進行 FP作業，完整的FP作業流程包括三次拋光操作，具體如下：首先，將從清洗機取出的矽片進行第一次FP步驟，也可被稱之為粗拋光（Stock Polishing）步驟，該步驟用於將矽片在前序步驟引起的表面缺陷進行去除並製作成鏡面狀態；本步驟是用於調整作業過程中的研磨顆粒（Particle）以及整個矽片表面的平坦度。在粗拋步驟後進行第二次FP步驟，該步驟調整研磨顆粒，通過使用最小的研磨量以調整矽片表面的粗糙度。在完成第二次FP步驟，就接著進行第三次FP步驟，該步驟用於調整矽片表面的微觀粗糙度（micro roughness）及細小顆粒（fine particle）並完成收尾工作。矽片在完成以上3個步驟的FP作業後，會在設備內進行簡單的表面清洗，最後放置到下料片盒（unloading cassette）中，直到下料片盒內裝滿矽片後則進行等待的程序。

對於以上作業流程中的第一次FP步驟，即粗拋光步驟來說，在作業的過程中，用於執行該步驟的拋光設備10如圖1所示，該拋光設備設備10可以包括：拋光台11、在拋光台11上表面通過黏接等方式設置的拋光墊12、設置於拋光台11下方的驅動軸13。拋光台11可以通過驅動軸13旋轉，因此拋光墊12也可以對應於拋光台11的旋轉而旋轉。例如，當驅動軸13沿順時針方向旋轉時，拋光台11與拋光墊12一起沿順時針方向旋轉。此外，在拋光台11的上方空間設置有拋光頭14，該拋光頭14至少可以包括：頭部主體141（Head）、定盤142、通過緊固件與頭部主體141（Head）和定盤142連接的旋轉驅動件143，定盤142下方為組裝模具145，橡膠墊144和待拋光的矽片S被容納在組裝模具145形成的容納腔內，其中，橡膠墊144連接至頭部主體141，通過真空/空氣管146用於向組裝模具145的容納腔內供給壓縮的乾燥空氣（Clean Dry Air，CDA）以形成工作壓力，該工作壓力作用在橡膠墊144上，並經由橡膠墊144傳遞至待拋光的矽片S。需要說明的是，旋轉驅動件143可以通過帶動頭部主體141旋轉，從而使得定盤142以及組裝模具145的容納腔內的待拋光矽片S也可以對應於頭部主體141的旋轉而旋轉。例如，當旋轉驅動件143沿逆時針方向旋轉時，頭部主體141與待拋光矽片S也隨之一並沿逆時針方向旋轉。可以理解地，驅動軸13與旋轉驅動件143的旋轉方向可以相同也可以不相同。此外，拋光設備10還可以包括設置於拋光墊12上方空間且靠近拋光墊12中心位置的第一噴嘴15，該第一噴嘴15可以連接用於存儲拋光液的存儲罐（圖1中未示出），通過閥門控制拋光液的滴落流量。

當執行拋光操作時，旋轉的拋光頭14以一定的壓力壓在旋轉的拋光墊12上，由亞微米或納米磨粒和化學溶液組成的拋光液通過第一噴嘴15滴落在拋光墊12上，在矽片S的表面和拋光墊12之間流動，然後拋光液在拋光墊12的傳輸和離心力的作用下，均勻分佈拋光墊12上，由此在矽片S與拋光墊12之間形成一層拋光液液體薄膜。拋光液中的化學成分與矽片表面材料產生化學反應，將不溶的物質轉化為易溶物質，或者將硬度高的物質進行軟化，然後通過磨粒的微機械摩擦作用將這些化學反應物從矽片表面去除，溶入流動的液體中帶走，即在化學成膜和機械去膜的交替過程中實現平坦化的目的。

另外，為了促進拋光液在拋光墊上的分佈，拋光設備10可以還包括設置在該拋光台11上的振動器16，該振動器16設置成使該拋光台產生振動，以有助於調整該拋光液的分佈。而且，為了能夠根據需要及時調整拋光液的分佈，該拋光設備10還包括用於控制該驅動軸13的旋轉速度的變速器17，以調節該拋光台11的旋轉速度。

然而，在上述拋光操作中，具體如圖1所示出的，由於工作壓力集中作用在橡膠墊144的中央區域，因此受力狀態下的橡膠墊144整體呈下凹的弧形形狀，這將導致橡膠墊144並不能將壓力均勻地傳遞至的整個表面，橡膠墊144的邊緣部分甚至有可能無法作用於矽片，也就是說，無法將工作壓力傳遞至矽片的邊緣區域，這使得矽片表面的邊緣區域的拋光去除量小於矽片表面的中央區域的拋光去除量，拋光去除量的不均勻最終導致矽片表面的平坦度惡化。例如，請參見圖2，其示出了使用常規拋光設備拋光後的矽片的去除形貌圖，其中，曲線表示對位於曲線下方的矽片的對應部分的拋光去除量的大致情況，矽片下方的數值表示對矽片的對應部分的拋光去除量。若來料本身的缺陷深度較大，需要增加最終拋光步驟的去除量，則平坦度進一步惡化。

為了改善經拋光的矽片表面的平坦度，參見圖1，示出了本發明實施例提供的一種拋光設備10，該拋光設備10包括：拋光台11；設置在該拋光台11的上表面上的拋光墊12；用於驅動該拋光台11旋轉的驅動軸13；設置在該拋光台11的上方空間的拋光頭14和噴嘴元件PS；其中，該噴嘴元件PS包括第一噴嘴15和第二噴嘴18，該第一噴嘴15用於向該拋光墊12的中央區域121噴灑第一拋光液，該第一拋光液通過該拋光台11的旋轉被分佈在整個該拋光墊12上，該第二噴嘴18用於向該拋光墊12的邊緣區域122噴灑第二拋光液，以在該邊緣區域122處提供大於該中央區域處的拋光去除量。

根據本發明的上述實施例提供的拋光設備不同於相關技術中針對一次拋光操作僅使用單種拋光液的技術方案，上述實施例提出在拋光設備中設置兩個噴嘴，其中，第一噴嘴15用於向拋光墊12的中央區域121噴灑第一拋光液，第二噴嘴18用於向拋光墊12的邊緣區域122噴灑第二拋光液，第一拋光液和第二拋光液借助於拋光台11旋轉產生的離心力分佈在拋光墊12上，使得能夠在拋光墊12的邊緣區域122提供大於拋光墊12的中央區域121處的拋光去除量，從而解決了因拋光頭自身構造引起的對矽片表面的拋光去除量不均勻的問題，特別是對矽片表面的邊緣區域拋光去除量不足的問題，由此改善了矽片表面平坦度。

根據本發明的可選實施例，第一拋光液和第二拋光液能夠借助於拋光台的旋轉和振動在拋光墊上分佈成提供從拋光墊的中心向邊緣逐漸增大的拋光能力。

在常規的拋光操作過程中，為了提高拋光效率，通常會在同一拋光墊上放置兩個或更多個矽片以同時對這些矽片執行拋光操作。針對這些情況，在使用根據本發明的上述實施例提供的拋光設備10執行拋光操作時，參見圖3，可以將待拋光的矽片S在拋光墊12上放置成矽片S的邊緣區域的至少一部分位於拋光墊12的邊緣區域122中，然後，通過由旋轉驅動件143帶動頭部主體141連同矽片S一起旋轉，矽片S的整個邊緣區域都可以在拋光墊12的邊緣區域122處被拋光，第一拋光液和第二拋光液的共同作用為矽片S的邊緣區域提供了更大的拋光去除量，由此解決了矽片的表面的拋光去除量不均一的問題。

如在上文中所提及的，在拋光過程中，拋光液與矽片發生化學反應，同時拋光液和拋光墊也會對矽片產生機械作用，因而拋光液的與這兩方面相關的特性對拋光能力起著很重要的作用，例如，拋光液的粒徑大可以提高機械拋光能力，拋光液的PH值高可以增大化學刻蝕能力。另外，根據本發明實施例提供的技術方案，兩種拋光液在拋光墊的不同區域提供了不同的拋光去除量，因此這兩種拋光液例如在粒徑和PH值方面存在一定差異，可選地，該第一拋光液的粒徑小於第二拋光液的粒徑，並且該第一拋光液的PH值小於等於第二拋光液的PH值。

作為本發明的一個示例，第一拋光液的粒徑在的30nm-40nm範圍內，第二拋光液的粒徑在50nm-60nm的範圍內；第一拋光液的PH值在9.5-10.5的範圍內，第二拋光液的PH值在10.5-11.5的範圍內。

根據本發明的可選實施例，該第二噴嘴18設置成在由該第一噴嘴15噴灑的拋光液分佈在整個拋光墊12之後噴灑該第二拋光液，由此，可以在第一拋光液可以通過拋光台11的旋轉均勻分佈在拋光墊12上之後，再向拋光墊12的邊緣添加第二拋光液來增加對矽片的邊緣的去除量，以平衡對矽片的整體去除量。

參見圖3和圖4，本發明實施例還提供了一種拋光方法，該拋光方法包括： S101：通過驅動軸13驅動上表面設置有拋光墊12的拋光台11旋轉； S102：通過第一噴嘴15向該拋光墊12的中央區域121噴灑第一拋光液； S103：通過第二噴嘴18向該拋光墊12的邊緣區域122噴灑第二拋光液； 其中，該第一拋光液和該第二拋光液通過該拋光台11的旋轉分佈在該拋光墊12上，以在該邊緣區域122處提供大於該中央區域121處的拋光去除量。

根據本發明的可選實施方式，該拋光方法還包括：通過連接至該驅動軸13的變速器17調節該驅動軸13的旋轉速度以控制拋光台11的旋轉速度。

根據本發明的可選實施方式，該拋光方法還包括：通過振動器16使該拋光台11振動。

需要說明的是：本發明實施例所記載的技術方案之間，在不衝突的情況下，可以任意組合。以上僅為本發明之較佳實施例，並非用來限定本發明之實施範圍，如果不脫離本發明之精神和範圍，對本發明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明申請專利範圍的保護範圍當中。

10:拋光設備 11:拋光台 12:拋光墊 121:中央區域 122:邊緣區域 13:驅動軸 14:拋光頭 141:頭部主體 142:定盤 143:旋轉驅動件 144:橡膠墊 145:組裝模具 146:真空/空氣管 15:第一噴嘴 16:振動器 17:變速器 18:第二噴嘴 S:矽片 S101-S103:步驟

圖1為本發明實施例提供的一種拋光設備的示意圖； 圖2為使用常規拋光設備拋光後的矽片的去除形貌圖； 圖3為使用本發明實施例提供的拋光設備對矽片進行拋光的示意圖； 圖4為本發明實施例提供的一種拋光方法的流程圖。

10:拋光設備

11:拋光台

12:拋光墊

121:中央區域

122:邊緣區域

13:驅動軸

14:拋光頭

141:頭部主體

142:定盤

143:旋轉驅動件

144:橡膠墊

145:組裝模具

146:真空/空氣管

15:第一噴嘴

16:振動器

17:變速器

18:第二噴嘴

S:矽片

Claims (10)

1. 一種拋光設備，該拋光設備包括： 拋光台； 設置在該拋光台的上表面上的拋光墊； 用於驅動該拋光台旋轉的驅動軸； 設置在該拋光台的上方空間的拋光頭和噴嘴元件； 其中，該噴嘴元件包括第一噴嘴和第二噴嘴，該第一噴嘴用於向該拋光墊的中央區域噴灑第一拋光液，該第一拋光液通過該拋光台的旋轉被分佈在整個該拋光墊上，該第二噴嘴用於向該拋光墊的邊緣區域噴灑第二拋光液，以在該邊緣區域處提供大於該中央區域處的拋光去除量。
2. 如請求項1所述之拋光設備，其中，該第一拋光液的粒徑小於第二拋光液的粒徑，並且該第一拋光液的PH值小於等於第二拋光液的PH值。
3. 如請求項1所述之拋光設備，其中，該第二噴嘴設置成在由該第一噴嘴噴灑的拋光液分佈在整個該拋光墊之後噴灑該第二拋光液。
4. 如請求項1至3中任一項所述之拋光設備，該拋光設備還包括設置在該拋光臺上的振動器，該振動器設置成使該拋光台產生振動，以有助於調整該第一拋光液和/或第二拋光液的分佈。
5. 如請求項1至3中任一項所述之拋光設備，該拋光設備還包括用於調節該驅動軸的旋轉速度的變速器，以控制該拋光台的旋轉速度。
6. 一種拋光方法，該拋光方法包括： 通過驅動軸驅動上表面設置有拋光墊的拋光台旋轉； 通過第一噴嘴向該拋光墊的中央區域噴灑第一拋光液； 通過第二噴嘴向該拋光墊的邊緣區域噴灑第二拋光液； 其中，該第一拋光液和該第二拋光液通過該拋光台的旋轉分佈在該拋光墊上，以在該邊緣區域處提供大於該中央區域處的拋光去除量。
7. 如請求項6所述之拋光方法，該拋光方法還包括：通過連接至該驅動軸的變速器調節該驅動軸的旋轉速度以控制拋光台的旋轉速度。
8. 如請求項6所述之拋光方法，該拋光方法還包括：通過振動器使該拋光台振動。
9. 如請求項6所述之拋光方法，其中，通過第二噴嘴向該拋光墊的邊緣區域噴灑第二拋光液的步驟在通過第一噴嘴向該拋光墊的中央區域噴灑第一拋光液的步驟之後執行。
10. 如請求項6至9中任一項所述之拋光方法，其中，該第一拋光液的粒徑小於第二拋光液的粒徑，並且該第一拋光液的PH值小於等於第二拋光液的PH值。

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