TWI459504B - 一種提供夾具平台空氣區的系統及方法 - Google Patents

Description

一種提供夾具平台空氣區的系統及方法

本發明涉及一種具有握持環的機械夾具，尤其是涉及一種在夾具裝置的握持環內徑內提供一個空氣區的系統和方法。

在很多傳統的系統中，夾具裝置用於化學機械研磨(CMP)。研磨頭位於上部，在水平面上有一個圓形結構。環繞研磨頭的圓周一圈的是一個握持環。利用真空將圓形的半導體晶圓載入在夾具之內而以研磨頭握持晶圓，其中晶圓位於握持環之內。將晶圓的裸露表面與平台的研磨墊接觸以閉鎖夾具系統。然后晶圓相對着研磨墊移動以開始研磨。

在一些實施例中，握持環採用塑膠材質。在傳統的化學機械研磨系統中，晶圓和握持環邊與邊之間大約有1毫米的間隙。換句話說，握持環的內徑其實只比晶圓大一點點，設置這個間隙的目的是為了讓晶圓更容易的載入研磨頭內。

由於這個間隙，晶圓在研磨的過程中相對着握持環移動。在化學機械研磨製程中，這種移動導致的接觸壓力會在握持環的內壁產生斑痕。如果副產物積聚在斑痕中，晶圓的刮擦瑕疵機率增加、斜面損害機率增加，良率降低。因此，一種更有效的化學機械研磨技術亟待產生。

本發明提供了許多不同的實施例。依照本發明一實施例，提供一夾具系統包括一夾具，其第一表面具有一握持環。第一表面和握持環都是圓形的，其中握持環具有第一內圓周。系統還包括一平臺，平臺具有第二表面，第二表面與第一表面相對設置，操作上可與第一表面一起移動。系統更包括一個被第一內圓周限制的空氣區，其提供了一個不同於第一內圓周的有效內圓周。

本發明之另一態樣為一種在夾具平臺內握持加工物件的方法，包含將加工物件載入夾具內。夾具包括一環繞加工物件周圍的具有一的握持環，其中握持環卡扣的第一內圓周大於加工物件的圓周，將其包裹在內。第一內圓周和加工物件圓周的不同之處在於提供了第一間隙。這個方法還包括，在夾具中提供真空以夾具握持加工物件，並且將空氣提供至位於加工物件圓周與握持環第一內圓周之間的空氣區，從而形成一個不同於第一間隙的有效的第一間隙。

本發明之另一態樣為一種系統，包含具有真空系統作用於接觸面的夾具以能握持加工物件於夾具上。系統更包括一握持環，握持環定義出可握持加工物件至接觸面的區域，握持環具有第一內圓周。系統也具有能在製造製程中對第一第一內圓周提供加壓空氣以減少第一內圓周至一有效內圓周的裝置，有效內圓周小於第一內圓周。

本發明一般涉及製作製程，尤其是本發明涉及減小握持環與被握持環包圍的加工物品之間間隙的系統和方法。在此實施例中討論對化學機械研磨製程提供技術時，值得注意的是，在此處討論的技術通常可以應用於使用夾具系統的系統和方法，無論是在半導體行業還是其他領域。

以下根據不同的發明特徵提供了許多不同的實施例。將以圖式及詳細說明清楚說明本發明之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本發明之較佳實施例後，當可由本發明所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本發明之精神與範圍。

參照圖示，第1圖係繪示一典型化學機械研磨系統100的示意圖。圖1示出了研磨頭或者夾具110和平臺150的橫截面示意圖。研磨頭110的外圓周在橫截面示意圖中用直徑d1表示。在這個實施例中，直徑d1和握持環120的外圓周一致。握持環120的內圓周在橫截面示意圖中用直徑d2表示。

研磨頭110還包含一真空裝置，具有端口111a-e和接觸面114。端口111a-e用於產生真空而将晶圓(未繪示)握持於接觸面114。在化學機械研磨製程完成之後，端口111a-e也能用破真空將晶圓“去夾具”。

端口112和端口113提供空氣通道穿過研磨頭110和握持環120本體。多個實施例中通過端口112和端口113提供壓縮空氣以建立空氣區115和空氣區116，從而建立握持環120有效內圓周，在剖面圖中用直徑d3來表示。在許多不同的實施例中，研磨頭110和握持環120可能包含超過兩個以上的端口，類似於端口112和端口113，這些端口提供更多的空氣區環繞於握持環120的內圓周周圍。

系統100也包括平臺150，與研磨頭110相對設置。平臺150包括設置其上的研磨墊160，在與握持於握持環120範圍內的晶圓接觸時使用。研磨頭110和平臺150可以相對移動，在Z軸上接觸，在X-Y平面上旋轉。在一實施例中，研磨製程開始，研磨頭110和\或者平台150在Z軸方向移動以使晶圓與研磨墊160接觸。研磨頭110和\或者平台150旋轉以通過研磨墊160對晶圓進行研磨。研磨頭110和\或者平台150也可以在X-Y平面上做平移運動，以增加晶圓表面研磨的均勻度。此外，晶圓可以在不止一個軸上旋轉，同樣可以增加研磨的均勻度。

雖然在此沒有顯示，系統100還包括其他元件。例如，在其他實施例中可能包括墊修整器，研漿提供裝置，以及其他裝置，以使整個化學機械研磨製程操作起來更加容易。此外，一些實施例包括真空系統和\或者空氣壓縮機與端口111a-e至端口113相連以提供真空握持晶圓，以及向端口112和端口113中提供壓縮空氣。還有，在一些實施例中還包括控制系統，用來控制系統的移動和晶圓的定位。此外，第1圖沒有按照比例顯示，在一些實施例中，平臺150的直徑往往數倍大於研磨頭110的外直徑。

第2圖係繪示間隙概念上的示意圖，有助於解釋實施例中晶圓與對應的握持環是如何配合的。第2圖是概念上的俯視圖沒有按比例示出晶圓的外圓周202以及握持環的內圓周201。在一些實施例中，晶圓外圓周202小於握持環內圓周201，因此在研磨製程中，允許晶圓相對於握持環移動。

第2圖示出的間隙為晶圓和握持環內表面之間的最大間距。很多實施例都是在研磨過程中利用空氣區，通過減小握持環的有效內直徑201來減小間隙的大小。這些實施例通過大大減少晶圓和握持環之間的接觸應力以實質上減少握持環上的斑痕。在一實施例中，有效內圓周的減小是為了將間隙從1mm(常規系統的典型尺寸)降低到0.5mm。

第3圖至第5圖係繪示一典型實施例中研磨頭110的使用。參照第3圖，晶圓300安置於研磨頭110的下方。參照第4圖，利用真空而握持晶圓300於接觸面114。第4圖沒有顯示，在一些實施例中，接觸面114上具有小孔，使晶圓300暴露於真空中以便於更好的握持。端口111a-e用來減小研磨頭110內空氣壓力以補充真空。

第5圖中，通過端口112和端口113提供壓縮空氣在握持環120的內圓周上建立空氣區115和空氣區116。空氣區115和空氣區116中壓縮空氣的壓力高於外界壓力，以此施加一些力於晶圓300的周緣以減少研磨製程中晶圓300的運動。因此，壓縮空氣有效地減小了握持環120的內圓周，從而有效地減小了握持環120與晶圓300之間的間隙。

並且，從研磨墊160(第1圖)的角度來看，空氣區115和空氣區116形成了一個“無縫”表面。例如，在沒有空氣區115和空氣區116的情況下，晶圓300和握持環120之間的間隙平滑的欠缺，而研磨墊160接觸間隙所形成的溝渠。然而，空氣區115和空氣區116在間隙形成的缺口處提供壓力，在此處壓力能夠對晶圓300的邊緣以及研磨墊的表面產生相同的影響。空氣區115和空氣區116增加了平滑度，以至於握持環120和晶圓300形成的表面與研磨墊表面，甚至與晶圓300和握持環120形成的缺口大致齊平、光滑。

第6圖係繪示參照一實施例，研磨半導體晶圓的典型方法600。方法600可以用在一人或多人和\或者機器的單個生產現場或多個生產現場的一些實施例中。

在文字框610中，晶圓被載入一夾具上。在此實施例中，夾具具有一個內直徑大於晶圓圓周的握持環，握持環與晶圓之間的間隙允許將晶圓牢固的載入夾具內。儘管沒有對間隙的範圍作具體的限制，但是在一些實施例中，間距大約為1毫米。

在文字框620中，在夾具上提供真空而以夾具握持半導體晶圓。舉例來說，如第3圖至第5圖所示，具有端口的真空裝置通過端口提供真空以握持晶圓至握持環內的接觸面之上。

在一些實施例中，真空系統甚至在研磨製程中對晶圓進行側面的控制。拿第4圖舉例，第4圖繪示晶圓側邊在X-Y平面上並在X-Y平面上對準。然而，也有可能晶圓未對準以及在Z方向上傾斜，導致研磨製程中不平坦的磨損。在一些實施例中，可以通過真空端口來調節側面的對準，因此藉由單獨地調整各個真空端口，就能對側面進行準確的對準。

在文字框630中，空氣區被用在握持環內圓周和晶圓邊緣之間。空氣區對晶圓邊緣施壓，有效地減小了握持環的內圓周和間隙。雖然實施例的範圍並不局限于任一有效間隙的範圍，在一實施例中，間隙被減小到了半毫米。

就像上面提到的，一些實施例利用真空系統控制晶圓的側面，以便達到整個晶圓表面的平坦研磨。一些實施例更是利用空氣區對側面的對準進行進一步的控制，方法是在X-Y平面內將晶圓相對於握持環移動。

實施例中涉及的空氣區，其範圍不僅僅局限于利用大氣。很多實施例可以在合適的壓力下利用適合的氣體來減小晶圓和握持環之間的有效間隙。

文字框640包括在一些實施例中通過夾具相對著研磨表面移動的方式對半導體晶圓進行研磨。當夾具移動時，晶圓也可能相對著握持環移動。空氣區通過在X-Y平面內對晶圓邊緣施壓在操作上減少這樣的移動，以便減小接觸壓力。此外，空氣區在晶圓和握持環之間的缺口上創造出更加光滑和平坦的表面。

在文字框650中，晶圓從夾具上移除。例如，在一些實施例中，空氣區的壓縮空氣被移除，夾具接觸面的真空也是如此。當空氣區內的壓力變回環境壓力，有效間隙變回初始間隙，使得晶圓的有效移除變得更加容易。

方法600是一個典型的方法，但實施例的範圍並不局限於如第6圖所示的方法。在其他實施例中可能對其進行增加、刪減、修改或重排。比如，一些實施例包括對晶圓的進一步加工，例如沉積、蝕刻以及進一步的研磨步驟。在另一實施例中，利用空氣間隙將加工物件設置於夾具上，並且此製程不包括半導體的研磨製程。例如，一個光碟(如DVD)在生產製程中的一個或多個部分被設置在夾具裝置的適當位置，並且如上所述物體被空氣區支撐。事實上，實施例範圍包括因任一目的對任加工物件進行卡緊。

不同的實施例中可能使用不包含空氣區的握持環而優於其他技術。例如，一些實施例提供一種無縫表面與研磨墊接觸。這種表面可以減少晶圓和握持環之間的接觸壓力，減少接觸壓力能夠增加握持環的使用壽命。

另外，接觸壓力可能會破壞晶圓相對單薄的邊緣(即倒角損壞)。各個實施例通過減小接觸壓力來降低倒角損壞率。

此外，一些實施例可能通過在X-Y平面上提供額外的調整增強對晶圓晶側面的控制。在某些情況下，增加空氣區可以增強對晶圓側面的控制，方法是通過將某些正常尺寸的晶圓增加兩毫米或以上(例如從145毫米增加到147毫米)。

上文對個別實施例的特點做了概述，以便對其詳細說明有更好的理解。在本領域中的普通技術人員能夠理解，不偏離本發明的精神和範圍的情況下，還可以對本發明的具體實施方式作各種變更和替換。這些變更和替換都落在本發明權利要求書限定的範圍內。

100．．．化學機械研磨系統

110．．．研磨頭或夾具

111a-e~113．．．端口

114．．．接觸面

115~116．．．空氣區

120．．．握持環

150．．．平臺

160．．．研磨墊

d1．．．研磨頭外圓周的剖面直徑

d2．．．握持環內圓周的剖面直徑

d3．．．握持環有效內圓周的剖面直徑

201．．．握持環內圓周

202．．．晶圓外圓周

300．．．晶圓

600．．．研磨一半導體晶圓的典型方法

610、620、630、640、650．．．文字框

參照以下具體實施方式並配合圖示能更好理解本發明之各個方面。需要強調的是，按照工業中標準的做法，各種特徵沒有按比例繪製。事實上，為了清楚地討論，各種特徵的大小可能被任意的增加或者減少。

第1圖係繪示參照一實施例一典型化學機械研磨系統的示意圖。

第2圖係繪示一沒有按比例顯示的晶圓圓周和握持環內圓周的概念性俯視圖。

第3圖至第5圖係繪示依據一典型實施例，第1圖中研磨頭的用法。

第6圖係繪示依據一典型實施例，研磨半導體晶圓的典型方法的示意圖。

100．．．化學機械研磨系統

110．．．研磨頭或夾具

111a-e~113．．．端口

114．．．接觸面

115~116．．．空氣區

120．．．握持環

150．．．平臺

160．．．研磨墊

d1．．．研磨頭外圓周的剖面直徑

d2．．．握持環內圓周的剖面直徑

d3．．．握持環有效內圓周的剖面直徑

Claims (7)

1. 一種提供夾具平台空氣區的系統，包括：一夾具，具有一握持環，設置於該夾具之第一表面上，該第一表面和該握持環為圓形，其中該握持環具有第一內圓周；一平台，具有第二表面，該第二表面與該第一表面相對設置，並且可以與該第一表面一起移動；以及一端口，提供一空氣通道穿過該夾具以及該握持環，並提供壓縮空氣在該握持環之該第一內圓周以建立一空氣區，該空氣區限制於該第一內圓周內且具有一不同於該第一內圓周之有效內圓周，其中該空氣區被用在該握持環之該第一內圓周和晶圓邊緣之間，施力於半導體晶圓側邊上，以利用該空氣區控制半導體晶圓的側面。
2. 如請求項1所述之系統，其中該夾具提供一真空系統，用來向該第一內圓周內提供真空。
3. 如請求項1所述之系統，其中該夾具之第一外圓周小於該握持環之第一外圓周。
4. 如請求項1所述之系統，其中該有效內圓周具有0.5毫米之間隙容納半導體晶圓。
5. 如請求項1所述之系統，更包括一研磨墊，設置於 該第二表面上。
6. 一種將加工物件握持於夾具平臺中之方法，包括：握持該加工物件於該夾具中，該夾具具有握持環環繞於該加工物件之周圍，並且該握持環之第一內圓周大於該加工對象之圓周，該第一內圓周與該加工物件圓周之不同之處在於具有第一間隙；在該夾具中提供真空以該夾具握持該加工物件；以及將空氣通過該握持環之第一內圓周上之一端口以輸入位於該加工對象圓周與該握持環第一內圓周之間的空氣區，從而形成一個不同於第一間隙的有效的第一間隙；以及在卡緊製程中利用該空氣區控制該加工物件的側面，且該空氣區壓力高於外界壓力，以此對該加工物件邊緣施壓，並完成對準該加工物件於被握持時的位置。
7. 如請求項6所述之方法，更包括：降低該空氣區之壓力和真空之壓力；以及移除該夾具上之的該加工對象。