TWI713141B - Cmp製程的晶圓裝載支架、晶圓裝載系統及晶圓裝片方法 - Google Patents

Cmp製程的晶圓裝載支架、晶圓裝載系統及晶圓裝片方法 Download PDF

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Abstract

本發明公開一種CMP製程的晶圓裝載支架、晶圓裝載系統及晶圓裝片方法，採用可升降的晶圓裝載支架和包含複數個壓力介質腔體的拋光頭，晶圓裝載過程中，拋光頭的吸附膜在壓力下產生圓弧形形變，將晶圓裝載支架承片座上的晶圓抬升至裝載位置並與吸附膜接觸，承片座由邊緣高中心低的盆形托架構成，承片座進一步抬升晶圓，晶圓在承片座和吸附膜的壓力下由中心向四周逐步與吸附膜緊密貼合，排空兩者間的空氣，在此過程，晶圓中心區域不與承片座接觸，避免晶圓在裝載過程中產生刮痕；此時對接觸吸附膜的壓力介質腔體施加真空，晶圓與吸附膜在真空下將晶圓轉移至拋光頭，完成裝載，晶圓裝載支架和拋光頭內的壓力監測裝置可有效檢測晶圓裝載狀態。

Description

CMP製程的晶圓裝載支架、晶圓裝載系統及晶圓裝片方法
本發明涉及半導體積體電路晶片製造領域，特別涉及一種CMP製程的晶圓裝載支架、晶圓裝載系統及晶圓裝片方法。
半導體積體電路晶片製造製程中，平坦化技術已成為不可缺少的關鍵技術之一。化學機械平坦化(Chemical Mechanical Planarization，CMP)製程是目前最有效、最成熟的平坦化技術。CMP設備是完全自動化的，保證晶圓在生產過程中每一模組每一環節的安全性，對於安全生產、降低損耗、提高生產效率具有重要的意義。CMP設備主要是透過拋光頭將晶圓吸附裝載到拋光墊上進行拋光，拋光結束後再由拋光頭運回晶圓裝載支架卸載放片。
在CMP的製程過程中，拋光頭裝載晶圓操作是一項十分關鍵的技術。若未處理好此作業、未調節正確相關製程參數，可能會出現在裝載過程中晶圓裝載失敗或從拋光頭脫落而發生掉片的情況。晶圓掉落不僅會對晶圓造成損傷，還需停機對設備進行清理檢修，這將降低產品良率和生產效率，此外，晶圓裝載的穩定性將直接影響其在化學機械拋光過程中的拋光效果。
關於晶圓的裝載製程，業界已有較為成熟的模式，如專利號為US7527271B2的美國專利文獻揭露的技術方案中，其裝載設備由晶圓支架和拋光頭組成。工作時，與晶圓接觸的中心腔體處於常壓狀態，晶圓由晶圓支架上完全水平的承片座承載上升與腔體表面的吸附膜接觸並進一步上升擠壓腔體直至與吸附膜完全接觸，而後晶圓邊緣附近腔體加壓密封吸附膜與晶圓的接觸區域，中心腔體抽真空將晶圓轉移至拋光頭之後，晶圓邊緣附近腔體轉為常壓狀態，完成晶圓裝載動作。當中心腔體的吸附膜在常壓狀態下產生微小皺褶時，晶圓與吸附膜不能保持緊密接觸，將降低晶圓裝載的成功率。另一方面，晶圓在承片座上升擠壓中心腔體時，晶圓下表面受水平承片座擠壓可能會引入刮痕、顆粒等缺陷。
以上敘述，表明從製程改進的角度來看，晶圓裝載過程仍有改良的空間。
本發明公開一種CMP製程的晶圓裝載支架、晶圓裝載系統及晶圓裝片方法，採用可升降的晶圓裝載支架和包含複數個壓力介質腔體的拋光頭，晶圓裝載過程中，拋光頭的吸附膜在壓力下產生圓弧形形變，將晶圓裝載支架承片座上的晶圓抬升至裝載位置並與吸附膜接觸，承片座由邊緣高中心低的盆形托架構成，承片座進一步抬升晶圓，晶圓在承片座和吸附膜的壓力下由中心向四周逐步與吸附膜緊密貼合，排空兩者間的空氣，在此過程，晶圓中心區域不與承片座接觸，避免晶圓在裝載過程中產生刮痕；此時對接觸吸附膜的壓力介質腔體施加真空，晶圓與吸附膜在真空下將晶圓轉移至拋光頭，完成裝載，晶圓裝載支架和拋光頭內的壓力監測裝置可有效檢測晶圓裝載狀態。
為了達到上述目的，本發明透過以下技術方案實現：
一種CMP製程的晶圓裝載支架，包含基座及位於其上的承片座，承片座用於放置晶圓，晶圓裝載支架與用於裝載晶圓的拋光頭相配合，拋光頭包括控制拋光頭垂直方向運動的第一壓力介質腔體、透過加載壓力保持腔體密閉的第二壓力介質腔體、與第二壓力介質腔體相連的第三壓力介質腔體以及用於吸附晶圓並與第三壓力介質腔體接觸的吸附膜，承片座在基座上升時帶動晶圓抬升，並在與已產生拋光頭外方向圓弧形形變的吸附膜接觸後，承片座可進一步抬升使晶圓與吸附膜貼合；承片座為邊緣高中心低的盆形托架結構，使得晶圓與吸附膜完全接觸過程中，晶圓的邊緣與承片座接觸且晶圓的中間區域不與承片座接觸，避免晶圓下表面受承片座擠壓而引入刮痕、顆粒等缺陷。
較佳地，承片座下部連接有升降板，承片座透過升降板繼續上升以進一步抬升晶圓的高度，承片座在繼續抬升過程中擠壓已產生圓弧形形變的吸附膜且與承片座上的晶圓接觸面積增大，此時吸附膜產生形變，該形變先接觸晶圓中心位置並逐步向外延伸直至與晶圓完全接觸，排除晶圓與承片座之間的空氣。
較佳地，承片座的下部透過複數個止動螺栓與升降板的上部連接，用以控制承片座的升降動作。
較佳地，基座的升降高度為5 mm≤Ha≤150 mm，承片座的升降高度0 mm≤Hb≤30 mm。
較佳地，拋光頭的第三壓力介質腔體設置為一個或複數個，用以調節不同區域的氣壓，控制拋光頭的吸附膜形態。
較佳地，拋光頭的第二壓力介質腔體加載的設定壓力為0.1 psi≤P2≤9.0 psi；拋光頭的第三壓力介質腔體注入有氣體使吸附膜產生圓弧形形變的壓力值為0.1 psi≤P3≤8.0 psi，加壓時間為200 ms≤t3≤8000 ms。
較佳地，當拋光頭的吸附膜與承片座上的晶圓接觸後將第三壓力介質腔體由加壓狀態改變為真空狀態，吸附膜和晶圓被吸附至拋光頭；第三壓力介質腔體改變為真空狀態的真空數值為-9.0 psi≤Vac≤-0.1 psi。
本發明還提供了一種基於如上文所述的晶圓裝載支架的晶圓裝片方法，該方法包含以下步驟： S1、將晶圓置於晶圓裝載支架的承片座上； S2、對拋光頭的第三壓力介質腔體注入氣體使得拋光頭的吸附膜向拋光頭外方向產生圓弧形形變； S3、對拋光頭的第二壓力介質腔體加載設定壓力並保持腔體密閉的狀態； S4、裝載晶圓的承片座隨著基座抬升而上升至裝載位置，晶圓與其上方的吸附膜接觸； S5、承片座在基座抬升晶圓基礎上可進一步上升，繼續抬升晶圓，承片座向上抬升對吸附膜產生向上的壓力，吸附膜產生形變，該形變先接觸晶圓中心位置並逐步向外延伸直至與晶圓完全接觸，排盡晶圓與吸附膜之間的空氣； S6、將與吸附膜接觸的第三壓力介質腔體由加壓狀態轉為真空狀態，吸附膜和晶圓被吸附至拋光頭。
較佳地，的晶圓裝片方法進一步包含以下步驟： S7、判定晶圓裝載成功需滿足兩個必要條件：1）第二壓力介質腔體的氣壓值上升，表明晶圓被轉移裝載至拋光頭上；且2）基座的水壓檢測感測器的水壓降低，確認晶圓已離開基座，完成裝載動作；若兩個條件不能同時滿足，則說明吸附膜與晶圓之間未緊密貼合或晶圓在被抬升過程中從吸附膜上掉落，即晶圓裝載失敗，則循環進行晶圓裝載過程，直至晶圓裝載成功。
本發明又提供了一種CMP製程的晶圓裝載系統，包含用於裝載晶圓的拋光頭、如上文的晶圓裝載支架，拋光頭包含：第一壓力介質腔體，透過壓力調節來控制拋光頭的垂直方向運動；第二壓力介質腔體，加載有設定壓力並保持腔體密閉；一個或複數個第三壓力介質腔體，與第二壓力介質腔體透過導通閥相連；吸附膜，用於吸附邊緣高中心低的承片座上的晶圓，第三壓力介質腔體與其下方的吸附膜接觸，透過壓力調節來控制吸附膜的狀態；其中，當向第三壓力介質腔體注入氣體，吸附膜向拋光頭的外方向產生圓弧形形變，吸附膜與承片座上的晶圓接觸，並將第三壓力介質腔體由加壓狀態改變為真空狀態，吸附膜和晶圓被吸附至拋光頭。
與現有技術相比，本發明的有益效果為：（1）本發明的支架承片座設計為邊緣高中心低的盆形托架結構，在裝載過程中避免了晶圓下表面受承片座擠壓而引入刮痕、顆粒等缺陷，且是由中心向四周逐步與吸附膜緊密貼合，可有效排空晶圓與承片座之間的空氣；（2）本發明採用的晶圓裝載製程方法更為簡潔，無需對晶圓邊緣加壓，時間短，效率高，且實施效果佳，保證了晶圓在裝載過程中的成功率；（3）本發明的支架和拋光頭內部的壓力監測裝置可有效檢測晶圓的吸附狀態，檢測晶圓在裝載過程中的狀態，即晶圓裝載成功後的判定依據轉化為水壓數值和氣密腔體的氣壓值變化，該晶圓狀態的判定方法簡易快速，準確度高。
透過閱讀參照第1圖至第8圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的特徵、目的和優點將會變得更明顯。參見示出本發明實施例的第1圖至第8圖，下文將更詳細的描述本發明。然而，本發明可以由許多不同形式實現，並且不應解釋為受到在此提出的實施例的限制。
如第1圖至第2圖所示，本發明的晶圓裝載支架包含基座1、升降板2、限位塊3和承片座4。圓形基座1用於承載限位塊3和承片座4，限位塊3和承片座4位於基座1上方，且限位塊3沿承片座4邊緣將該承片座4包圍，該限位塊3可以在裝載過程中保證晶圓7位置的精確度，因為承片座4在承接晶圓7位置的高度略低於限位塊3，從而保證了晶圓7被準確放置於承片座4內。
承片座4由邊緣高、中心低的盆形托架結構構成，該承片座4的下端透過複數個止動螺栓401與升降板2的上端連接，用以控制承片座4的升降動作，從而在晶圓裝載位置進一步抬升晶圓7，但是本發明不局限於透過該止動螺栓401與升降板2連接。
如第2圖所示，基座1上沿著周向均勻地安裝有複數個去離子水噴嘴，每個去離子水噴嘴對應地與水壓檢測感測器5連接，將對應的水壓訊號傳入水壓檢測感測器5，本發明透過該水壓檢測感測器5的水壓變化可以即時檢測晶圓7在承片座4上的存在狀態。一般地，去離子水噴嘴的數量不小於3個。
如第3A圖和第3B圖結合所示，本發明的拋光頭6包含第一壓力介質腔體61、第二壓力介質腔體62、吸附膜64、與吸附膜64接觸的壓力介質腔體63（標記為第三壓力介質腔體63）和導通閥65。第一壓力介質腔體61、第二壓力介質腔體62、第三壓力介質腔體63和吸附膜64由上至下依次佈置，其中第二壓力介質腔體62表面的部分區域暴露於第三壓力介質腔體63中。
第一壓力介質腔體61透過壓力調節可控制拋光頭6的垂直方向運動。具體地，當向該第一壓力介質腔體61的腔體內注入一壓力介質（例如，空氣）時，則第一壓力介質腔體61膨脹並使拋光頭6向下運動；當對第一壓力介質腔體61執行抽真空操作時，第一壓力介質腔體61體積收縮，則拋光頭6向上抬起。其中，拋光頭6在晶圓7裝載完成後，第一壓力介質腔體61被壓縮，拋光頭6被旋轉平移至拋光單元上方，而後向該腔體內注入一壓力介質使拋光頭6下降，晶圓7在拋光單元上拋光，拋光完成後拋光頭6向上抬起並被旋轉平移至晶圓裝載支架上方完成卸載動作。
第二壓力介質腔體62和第三壓力介質腔體63透過一導通閥65相連。其中，導通閥65由下部的隔板和上部的伸縮彈簧組成，該導通閥65經物理觸碰（即下文所指的吸附膜64在真空作用下向內發生形變）後，將導通閥65向上頂起，受壓的隔板會壓縮彈簧，則導通閥65向內開啟使得兩腔體（第二壓力介質腔體62和第三壓力介質腔體63）導通。
吸附膜64為密閉彈性膜，第三壓力介質腔體63透過壓力調節可控制其下方的吸附膜64的狀態。
本發明的第三壓力介質腔體63的數量不限於一個，還可以是複數個，即本發明可透過一個或複數個第三壓力介質腔體63來調節不同區域的氣壓可更加快速、精確地控制吸附膜64形變範圍和狀態。
如第4圖所示，對第三壓力介質腔體63注入一定量氣體（壓力值0.1 psi≤P3≤8.0 psi，加壓時間200 ms≤t3≤8000 ms），則吸附膜64在壓力介質作用下向拋光頭6外方向產生一定的圓弧形形變（如圖4中數字標記64a所示），因為當向第三壓力介質腔體63注入一定量氣體後，第三壓力介質腔體63的氣壓增加，且高於外界大氣壓力，將彈性吸附膜64向外擠壓形成圓弧形形變64a，隨後，對第二壓力介質腔體62加載一定壓力並保持腔體密閉的狀態（例如，壓力範圍0.1 psi≤P2≤9.0 psi）。
如第5圖所示，晶圓7被放置於承片座4內，基座1上升帶動晶圓7抬升（例如，基座升降高度5 mm≤Ha≤150 mm），抬升後的晶圓7會與其上方的吸附膜64進行接觸。
其中，當將晶圓7置入承片座4後，正常情況下基座1上的去離子水噴嘴的出口會被晶圓7覆蓋，則去離子水噴嘴的水管水壓上升，將對應的水壓上升訊號傳入水壓檢測感測器5。所以，當每一個水壓檢測感測器5的水壓訊號為上升水壓訊號時，則表示晶圓7在承片座4上的放置位置準確，否則，則表明晶圓7在承片座4上的放置位置有誤。
然後，承片座4透過升降板2在當前高度位置繼續上升，即繼續抬升晶圓7的高度（例如，該承片座4的升降高度0 mm≤Hb≤30 mm），由於承片座4在繼續抬升過程中會擠壓吸附膜64，因為吸附膜64受到第三壓力介質腔體63向下的壓力，承片座4向上抬升對吸附膜64產生向上的壓力，結果導致吸附膜64受到擠壓並且與承片座4上的晶圓7接觸面積增大，此時吸附膜64在晶圓7和壓力介質的共同作用下產生一定形變，該形變首先接觸晶圓7中心位置並逐步向外延伸直至與晶圓7完全接觸，有效排除晶圓7與承片座4之間的空氣。
其中，在晶圓7與吸附膜64的完全接觸過程中，晶圓7中心受到的壓力最大而邊緣受到的壓力較小（因為晶圓7中心受到第三壓力介質腔體63向下的壓力最大），由於承片座4設計為邊緣高、中心低的盆形托架結構，使得晶圓7的邊緣位置與承片座4接觸起到支撐作用而中心壓力較大的區域不與承片座4接觸，從而避免了晶圓7下表面受壓而產生刮痕缺陷。所以，這種透過吸附膜64形變由中心向四周延伸排空氣的方法設計合理，裝載製程簡單，且無需對晶圓7邊緣加壓，時間短，效率高，且實施效果佳，保證了晶圓7在裝載過程中的成功率。
如第6圖所示，待吸附膜64將晶圓7完全覆蓋後，將第三壓力介質腔體63由加壓狀態改變為真空狀態，因吸附膜64與晶圓7之間完全緊密貼合，兩者同時被吸附在拋光頭6的表面，完成裝載晶圓動作。此時，第二壓力介質腔體62受到第三壓力介質腔體63的擠壓（因為第三壓力介質腔體63由加壓變為真空狀態，向內形變使第二壓力介質腔體62受到擠壓），則第二壓力介質腔體62腔體的容積變小導致氣壓數值上升，表明晶圓7裝載至拋光頭6。同時，承片座4上的晶圓7順利被轉移至拋光頭6，則導致水壓檢測感測器5的水壓下降，確認晶圓7已離開基座1。因此，水壓檢測感測器5的水壓下降和第二壓力介質腔體62的氣壓數值上升作為判定晶圓裝載成功的依據，即這兩個條件均滿足才表示裝載成功。
如第7圖所示，當吸附膜64與晶圓7之間未緊密貼合時，晶圓7未被吸附膜64吸附抬升，此時水壓檢測感測器5的水壓保持不變；或者，當晶圓7在被抬升過程中從吸附膜64上掉落，此時第三壓力介質腔體63的腔體內轉變為真空狀態後與外界大氣壓產生壓差，致使吸附膜64向拋光頭6內方向發生形變，形變後的吸附膜64觸碰導通閥65下部的隔板，受壓隔板會壓縮導通閥65上部的彈簧使導通閥65向內開啟，使得第二壓力介質腔體62和第三壓力介質腔體63導通（為了保證第三壓力介質腔體63的真空與大氣壓差產生合理形變以觸碰導通閥65，可設定真空數值-9.0 psi≤Vac≤-0.1 psi），則第二壓力介質腔體62內的氣體透過第三壓力介質腔體63連接的真空發生器被抽至真空狀態。因此，水壓檢測感測器5的水壓不變或第二壓力介質腔體62變為真空狀態均可作為晶圓裝載失敗的判定依據，並且晶圓7在裝載過程中的狀態都可檢測。
以上，透過合理設計檢測水壓檢測感測器5的水壓數值及第二壓力介質腔體62的狀態來判定晶圓裝載狀態的設施判定依據簡便快速，安全性及準確度高。
如第3A圖和第3B圖結合所示，本發明中的吸附膜64的內表面緊貼帶有複數個圓孔的支撐架，因為若沒有該支撐架存在，吸附膜64在真空操作時會整體向內發生形變，觸碰導通閥65，即該支撐架的作用是為了防止吸附膜64被整體往腔體內部吸附，圓孔的設置是為了讓部分區域可以向內形變對晶圓7產生吸附作用，並使向內的形變在晶圓7掉落時可以觸碰導通閥65。
如第8圖所示，本發明提供了一種CMP製程的晶圓裝片方法，該方法包含以下步驟： S1、將晶圓置於晶圓裝載支架的承片座上； S2、對拋光頭的第三壓力介質腔體注入氣體使得拋光頭的吸附膜向拋光頭外方向產生圓弧形形變； S3、對拋光頭的第二壓力介質腔體加載設定壓力並保持腔體密閉的狀態； S4、裝載晶圓的承片座隨著基座抬升而上升至裝載位置，晶圓與其上方的吸附膜接觸； S5、承片座在基座抬升晶圓基礎上可進一步上升，繼續抬升晶圓，承片座向上抬升對吸附膜產生向上的壓力，吸附膜產生形變，該形變先接觸晶圓中心位置並逐步向外延伸直至與晶圓完全接觸，排盡晶圓與吸附膜之間的空氣； S6、將與吸附膜接觸的第三壓力介質腔體由加壓狀態轉為真空狀態，吸附膜和晶圓被吸附至拋光頭。 S7、判定晶圓裝載成功需滿足兩個必要條件：1）第二壓力介質腔體的氣壓值上升，表明晶圓被轉移裝載至拋光頭上；且2）基座的水壓檢測感測器的水壓降低，確認晶圓已離開基座，完成裝載動作。若這兩個條件不能同時滿足，則說明吸附膜與晶圓之間未緊密貼合或晶圓在被抬升過程中從吸附膜上掉落，即晶圓裝載失敗，則跳轉至步驟S2，繼續進行，直至晶圓裝載成功。
綜上所述，本發明採用可升降的晶圓裝載支架和包含複數個壓力介質腔體的拋光頭，晶圓裝載過程中，拋光頭的吸附膜在壓力下產生圓弧形形變，將晶圓裝載支架承片座上的晶圓抬升至裝載位置並與吸附膜接觸，承片座由邊緣高中心低的盆形托架構成，承片座進一步抬升晶圓，晶圓在承片座和吸附膜的壓力下由中心向四周逐步與吸附膜緊密貼合，排空兩者間的空氣，在此過程，晶圓中心區域不與承片座接觸，避免晶圓在裝載過程中產生刮痕；此時對接觸吸附膜的壓力介質腔體施加真空，晶圓與吸附膜在真空下將晶圓轉移至拋光頭，完成裝載，晶圓裝載支架和拋光頭內的壓力監測裝置可有效檢測晶圓裝載狀態。
儘管本發明的內容已經透過上述較佳實施例作了詳細介紹，但應當認知到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域具有通常知識者閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。
1…基座 2…升降板 3…限位塊 4…承片座 401…止動螺栓 5…水壓檢測感測器 6…拋光頭 61…第一壓力介質腔體 62…第二壓力介質腔體 63…第三壓力介質腔體 64…吸附膜 64a…圓弧形形變 65…導通閥 7…晶圓 S1~S7…步驟 N…失敗 Y…成功
第1圖為本發明的晶圓裝載支架的剖視圖； 第2圖為本發明的晶圓裝載支架的俯視圖； 第3A圖為本發明的拋光頭立體結構示意圖； 第3B圖為本發明的拋光頭平面結構示意圖； 第4圖為本發明的拋光頭的吸附膜形變示意圖； 第5圖為本發明的承片座抬升晶圓示意圖； 第6圖為本發明的吸附膜吸附晶圓示意圖； 第7圖為本發明的晶圓裝載失敗示意圖； 第8圖為本發明的晶圓裝載流程示意圖。
S1~S7…步驟 N…失敗 Y…成功

Claims (10)

  1. 一種CMP製程的晶圓裝載支架，包含一基座及位於其上的一承片座，該承片座用於放置一晶圓，該晶圓裝載支架與用於裝載該晶圓的一拋光頭相配合，該拋光頭包括控制該拋光頭垂直方向運動的一第一壓力介質腔體、透過加載壓力保持腔體密閉的一第二壓力介質腔體、與該第二壓力介質腔體相連的一第三壓力介質腔體以及用於吸附該晶圓並與該第三壓力介質腔體接觸的一吸附膜，其中， 該承片座在該基座上升時帶動該晶圓抬升，並在與已產生該拋光頭外方向一圓弧形形變的該吸附膜接觸後，該承片座可進一步抬升使該晶圓與該吸附膜貼合； 該承片座為邊緣高中心低的盆形托架結構，使得該晶圓與該吸附膜完全接觸過程中，該晶圓的邊緣與該承片座接觸且該晶圓的中間區域不與該承片座接觸，避免該晶圓下表面受該承片座擠壓而引入刮痕、顆粒的缺陷。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓裝載支架，其中， 該承片座下部連接有一升降板，該承片座透過該升降板繼續上升以進一步抬升該晶圓的高度，該承片座在繼續抬升過程中擠壓已產生該圓弧形形變的該吸附膜且與該承片座上的該晶圓接觸面積增大，此時該吸附膜產生一形變，該形變先接觸該晶圓中心位置並逐步向外延伸直至與該晶圓完全接觸，排除該晶圓與該承片座之間的空氣。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的晶圓裝載支架，其中， 該承片座的下部透過複數個止動螺栓與該升降板的上部連接，用以控制該承片座的升降動作。
  4. 如申請專利範圍第2項至第3項中任意一項所述的晶圓裝載支架，其中， 該基座的升降高度為5 mm≤Ha≤150 mm，該承片座的升降高度0 mm≤Hb≤30 mm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓裝載支架，其中， 該拋光頭的該第三壓力介質腔體設置為一個或複數個，用以調節不同區域的氣壓，控制該拋光頭的該吸附膜形態。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓裝載支架，其中， 該拋光頭的該第二壓力介質腔體加載的設定壓力為0.1 psi≤P2≤9.0 psi； 該拋光頭的該第三壓力介質腔體注入有氣體使該吸附膜產生該圓弧形形變的壓力值為0.1 psi≤P3≤8.0 psi，加壓時間為200 ms≤t3≤8000 ms。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的晶圓裝載支架，其中， 當該拋光頭的該吸附膜與該承片座上的該晶圓接觸後將該第三壓力介質腔體由加壓狀態改變為真空狀態，該吸附膜和該晶圓被吸附至該拋光頭； 該第三壓力介質腔體改變為真空狀態的真空數值為-9.0 psi≤Vac≤-0.1 psi。
  8. 一種基於如申請專利範圍第1項至第7項中任意一項所述的晶圓裝載支架的晶圓裝片方法，其包含以下步驟： S1、將該晶圓置於該晶圓裝載支架的該承片座上； S2、對該拋光頭的該第三壓力介質腔體注入氣體使得該拋光頭的該吸附膜向該拋光頭外方向產生該圓弧形形變； S3、對該拋光頭的該第二壓力介質腔體加載設定壓力並保持腔體密閉的狀態； S4、裝載該晶圓的該承片座隨著該基座抬升而上升至裝載位置，該晶圓與其上方的該吸附膜接觸； S5、該承片座在該基座抬升該晶圓基礎上可進一步上升，繼續抬升該晶圓，該承片座向上抬升對該吸附膜產生向上的壓力，該吸附膜產生該形變，該形變先接觸該晶圓中心位置並逐步向外延伸直至與該晶圓完全接觸，排盡該晶圓與該吸附膜之間的空氣； S6、將與該吸附膜接觸的該第三壓力介質腔體由加壓狀態轉為真空狀態，該吸附膜和該晶圓被吸附至該拋光頭。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的晶圓裝片方法，其進一步包含以下步驟： S7、判定該晶圓裝載成功需滿足以下兩個必要條件：1）該第二壓力介質腔體的氣壓值上升，表明該晶圓被轉移裝載至該拋光頭上，且2）該基座的一水壓檢測感測器的水壓降低，確認該晶圓已離開該基座，完成裝載動作；若兩個條件不能均滿足，則說明該吸附膜與該晶圓之間未緊密貼合或該晶圓在被抬升過程中從該吸附膜上掉落，即該晶圓裝載失敗，則循環進行該晶圓的裝載過程，直至該晶圓裝載成功。
  10. 一種CMP製程的晶圓裝載系統，其包含用於裝載一晶圓的一拋光頭、以及如申請專利範圍第1項至第7項中任意一項所述的該晶圓裝載支架，該拋光頭包含：該第一壓力介質腔體，透過壓力調節來控制該拋光頭的垂直方向運動；該第二壓力介質腔體，加載有設定壓力並保持腔體密閉；一個或該複數個第三壓力介質腔體，與該第二壓力介質腔體透過一導通閥相連；該吸附膜，用於吸附邊緣高中心低的該承片座上的該晶圓，該第三壓力介質腔體與其下方的該吸附膜接觸，透過壓力調節來控制該吸附膜的狀態；其中，當向該第三壓力介質腔體注入氣體，該吸附膜向該拋光頭的外方向產生該圓弧形形變，該吸附膜與該承片座上的該晶圓接觸，並將該第三壓力介質腔體由加壓狀態改變為真空狀態，該吸附膜和該晶圓被吸附至該拋光頭。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110142689B (zh) * 2019-04-17 2021-09-14 杭州众硅电子科技有限公司 一种晶圆装载支架、晶圆装载系统及晶圆装片方法
CN111469046B (zh) * 2020-04-22 2020-12-29 华海清科股份有限公司 一种晶圆装载杯
CN113400195B (zh) * 2021-07-21 2022-08-19 北京烁科精微电子装备有限公司 一种在线分区调整抛光头装卸片压力的方法及系统
CN113649945B (zh) * 2021-10-20 2022-04-15 杭州众硅电子科技有限公司 一种晶圆抛光装置
CN114279380B (zh) * 2021-12-27 2024-02-02 华海清科股份有限公司 一种弹片式晶圆在位检测装置及检测方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050221587A1 (en) * 2001-10-19 2005-10-06 Fujitsu Limited Method of manufacturing a semiconductor device and a method for fixing the semiconductor device using substrate jig
US20070289124A1 (en) * 2006-06-02 2007-12-20 Jeonghoon Oh Fast substrate loading on polishing head without membrane inflation step

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5957751A (en) * 1997-05-23 1999-09-28 Applied Materials, Inc. Carrier head with a substrate detection mechanism for a chemical mechanical polishing system
KR20010030213A (ko) * 1999-09-02 2001-04-16 아끼모토 유미 연마 헤드, 이것을 이용한 연마 장치, 및 연마 상태 검출방법
AU2001259745A1 (en) * 2000-05-12 2001-11-26 Multi-Planar Technologies, Inc. System and method for pneumatic diaphragm cmp head having separate retaining ring and multi-region wafer pressure control
JP2002346918A (ja) * 2001-05-29 2002-12-04 Speedfam Co Ltd 両面研磨装置
KR100437456B1 (ko) * 2001-05-31 2004-06-23 삼성전자주식회사 화학적 기계적 평탄화 기계의 폴리싱 헤드 및 그것을이용한 폴리싱방법
KR100470227B1 (ko) * 2001-06-07 2005-02-05 두산디앤디 주식회사 화학기계적 연마장치의 캐리어 헤드
KR20060023735A (ko) * 2004-09-10 2006-03-15 삼성전자주식회사 웨이퍼 이송 아암
KR100989432B1 (ko) * 2008-07-23 2010-10-26 주식회사 아토 기판로딩장치
CN102049730B (zh) * 2010-12-29 2012-02-15 清华大学 一种用于化学机械抛光设备的晶圆交换装置
JP5875950B2 (ja) * 2012-06-29 2016-03-02 株式会社荏原製作所 基板保持装置および研磨装置
CN104625941B (zh) * 2013-11-14 2018-09-04 盛美半导体设备（上海）有限公司 晶圆加工装置
JP6225088B2 (ja) * 2014-09-12 2017-11-01 株式会社荏原製作所 研磨方法および研磨装置
KR102412773B1 (ko) * 2015-11-27 2022-06-24 주식회사 케이씨텍 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 로딩 장치
KR101946786B1 (ko) * 2017-02-15 2019-02-12 주식회사 케이씨텍 기판 처리 장치
CN109500716A (zh) * 2017-09-14 2019-03-22 上海新昇半导体科技有限公司 一种抛光盘基座、抛光盘、抛光机以及最终抛光方法
CN110142689B (zh) * 2019-04-17 2021-09-14 杭州众硅电子科技有限公司 一种晶圆装载支架、晶圆装载系统及晶圆装片方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050221587A1 (en) * 2001-10-19 2005-10-06 Fujitsu Limited Method of manufacturing a semiconductor device and a method for fixing the semiconductor device using substrate jig
US20070289124A1 (en) * 2006-06-02 2007-12-20 Jeonghoon Oh Fast substrate loading on polishing head without membrane inflation step

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