TWI761050B - 晶圓邊緣拋光設備及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種晶圓邊緣拋光設備和方法。設備包括腔體、密封蓋、卡盤、載台、拋光墊、清洗裝置及控制器；密封蓋可上下移動，以實現對腔體的關閉或打開；卡盤位於腔體內，卡盤包括底座及環形側壁；載台位於底座上；拋光墊位於卡盤的環形側壁上，且在環形側壁內側間隔分佈；清洗裝置包括噴嘴及清洗管路，噴嘴位於腔體內，清洗管路一端與清洗源相連接，另一端與噴嘴相連接，清洗管路上設置有自動控制閥；控制器與自動控制閥相連接，用於在邊緣拋光製程結束後，控制清洗裝置對卡盤和拋光墊進行清洗。本發明可避免拋光液中的顆粒積聚在設備上，避免拋光墊的損傷和卡盤的污染，避免對晶圓造成損傷，有助於提高拋光良率和設備產出率，降低人力成本。

Description

晶圓邊緣拋光設備及方法
本發明係關於晶圓製備技術領域，特別係關於一種晶圓邊緣拋光設備及方法。
裸晶圓（bare wafer）是半導體晶片製造過程中最基礎也是最重要的原材料之一，其製造過程通常包括將多晶矽料通過柴氏拉晶法（Czochralski，直拉單晶法，簡稱CZ法）等方法拉製成高品質的單晶矽棒的拉晶步驟、將單晶矽棒分割成多段單晶矽棒，同時進行單晶矽棒外徑的研磨和加工切口（notch）的滾磨分段步驟、將單晶矽棒進行分割成晶圓的切割步驟，以及通過研磨提高晶圓表面平坦度的步驟等。
隨著半導體製造技術的日益發展，裝置的特徵尺寸日益縮小而裝置集成度日益增加，故而對晶圓的表面顆粒度、邊緣及表面的平坦度等提出了更高的要求。在製備晶圓的切片製程中，由於各種各樣的原因，比如長晶過程中的溫度不均衡或是切片過程中的應力問題等導致切片所得的晶圓邊緣比較粗糙，存在凹凸不平、尖角等不良，在各種後續加工製程中晶圓可能會受到外力的作用，當外力超出晶圓的最大負載或是應力過度集中時就會造成晶圓裂痕甚至破片等問題，嚴重影響製程良率。因此，切片後通常會針對晶圓邊緣進行拋光作業，以去除晶圓邊緣的損傷或多餘部分，從而得到邊緣光滑的晶圓。
晶圓邊緣拋光設備有很多種，其中一種是在卡盤的周向上設置拋光墊，晶圓放置於卡盤中央，當晶圓旋轉時與拋光墊相接觸，在拋光液的作用下實現晶圓的邊緣拋光，而殘餘的拋光液則自拋光墊流到卡盤表面。由於拋光液中包括諸如微米或次微米級的氧化鈰或高純矽粉等顆粒，這些顆粒容易堆積在拋光墊和卡盤的表面造成拋光墊的損傷和卡盤的污染，這些堆積的顆粒接觸到晶圓時，容易在晶圓表面造成劃痕，嚴重時甚至會導致晶圓碎片。故習知技術中通常需要定期對卡盤進行清洗，比如由操作人員拿著清洗槍對卡盤進行手動清洗。手動清洗不僅很難確保清洗乾淨，而且費時較長，導致人力成本的上升和設備產出率的下降。
鑒於以上所述習知技術的缺點，本發明的目的在於提供一種晶圓邊緣拋光設備及方法，用於解決現有的晶圓拋光設備需要進行手動清洗，拋光液中的顆粒積聚在拋光墊和卡盤上，造成拋光墊的損傷和卡盤的污染，且容易造成晶圓的損傷；手動清洗效率低下，導致人力成本的上升和設備產出率的下降等問題。
為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種晶圓邊緣拋光設備，包括：腔體、密封蓋、卡盤、載台、拋光墊、清洗裝置及控制器；所述密封蓋可上下移動，以實現對所述腔體的關閉或打開；所述卡盤位於所述腔體內，所述卡盤包括底座及沿所述底座的邊緣周向分佈，且沿縱向向上延伸的環形側壁，所述環形側壁沿周向間隔分佈有間隙；所述載台位於所述底座上，用於承載晶圓；所述拋光墊位於所述卡盤的環形側壁上，且在所述環形側壁內側間隔分佈；所述清洗裝置包括噴嘴及清洗管路，所述噴嘴位於所述腔體內，所述清洗管路一端與清洗源相連接，另一端與所述噴嘴相連接，所述清洗管路上設置有自動控制閥；所述控制器與所述自動控制閥相連接，用於在邊緣拋光製程結束後，控制所述清洗裝置對所述卡盤和拋光墊進行清洗。
於一實施例中，所述晶圓邊緣拋光設備還包括感應器，所述感應器與控制器相連接；所述感應器為多個，分別設置於所述密封蓋和所述晶圓邊緣拋光設備的上端蓋板上，以通過感知所述腔體和所述上端蓋板的距離變化，感知邊緣拋光製程是否結束。
於一實施例中，所述噴嘴的材質包括不銹鋼和陶瓷中的一種或兩種。
於一實施例中，所述清洗源包括去離子水。
於一實施例中，所述晶圓邊緣拋光設備還包括旋轉裝置，與所述卡盤及控制器相連接，用於在清洗過程中驅動所述卡盤旋轉。
於一實施例中，所述載台包括吸盤墊。
於一實施例中，所述噴嘴通過固定盤與所述腔體相連接。
於一實施例中，所述噴嘴包括設置於所述腔體頂部的第一噴嘴及設置於所述腔體側壁的第二噴嘴，所述第一噴嘴自上而下向所述卡盤和拋光墊噴灑清洗液以對所述卡盤和拋光墊進行清洗，所述第二噴嘴自所述拋光墊之間的間隙向所述卡盤和拋光墊噴灑清洗液以對所述卡盤和拋光墊進行清洗。
本發明還提供一種晶圓邊緣拋光方法，所述晶圓邊緣拋光方法依上述任一方案中所述的晶圓邊緣拋光設備進行，所述晶圓邊緣拋光方法包括在晶圓邊緣拋光製程結束後對所述卡盤和拋光墊進行自動清洗的步驟。
如上所述，本發明的晶圓邊緣拋光設備及方法，具有以下有益效果：本發明經改善的結構設計，從而可以在晶圓邊緣拋光結束後可立即對設備進行自動清洗，可避免拋光液中的顆粒積聚在拋光墊和卡盤上，避免拋光墊的損傷和卡盤的污染，同時避免對晶圓造成損傷，且清洗過程高效徹底，有助於降低人力成本和提高設備產出率。通過提高拋光設備的清潔度，有助於提高拋光良率。
以下由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地瞭解本發明的其他優點及功效。
請參閱圖1至圖3。須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容所能涵蓋的範圍內。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便於敘述的明瞭，而非用以限定本發明可實施的範圍，其相對關係的改變或調整，在無實質技術內容的變更下，當亦視為本發明可實施的範疇。
如圖1至3所示，本發明提供一種晶圓邊緣拋光設備，包括：腔體11、密封蓋12（cover）、卡盤13（round chuck）、載台14、拋光墊15（pad）、清洗裝置及控制器（未示出）；所述密封蓋12可上下移動，以實現對所述腔體11的關閉或打開；所述卡盤13位於所述腔體11內，所述卡盤13包括底座131及沿所述底座131的邊緣周向分佈，且沿縱向向上延伸的環形側壁132，所述環形側壁132沿周向間隔分佈有間隙；所述載台14位於所述底座131上，用於承載晶圓；所述拋光墊15位於所述卡盤13的環形側壁132上，且在所述環形側壁132內側間隔分佈；所述清洗裝置包括噴嘴及清洗管路17，所述噴嘴位於所述腔體11內，所述清洗管路17一端與清洗源（未示出）相連接，另一端與所述噴嘴相連接，所述清洗管路17上設置有自動控制閥18；所述控制器與所述自動控制閥18相連接，用於在邊緣拋光製程結束後，控制所述清洗裝置對所述卡盤13和拋光墊15進行清洗。拋光作業過程中，晶圓放置於載台14上並升至預定高度，在載台14帶動下旋轉，位於卡盤13上部（通常位於卡盤13正中央的上方）的拋光液供給噴嘴向晶圓表面供應拋光液，隨著晶圓的旋轉，拋光液擴散到晶圓的邊緣，晶圓邊緣與拋光墊15接觸而實現邊緣拋光。當邊緣拋光製程結束，所述控制器控制所述自動控制閥18打開，以通過所述噴嘴向所述卡盤13和拋光墊15噴灑清洗液，由此對所述卡盤13和拋光墊15進行清洗。本發明經改善的結構設計，從而可以在晶圓邊緣拋光製程結束後可立即對設備進行自動清洗，可避免拋光液中的顆粒（包括研磨後產生的顆粒）積聚在拋光墊和卡盤上，避免拋光墊的損傷和卡盤的污染，同時避免對晶圓造成損傷，且清洗過程高效徹底，有助於降低人力成本和提高設備產出率。通過提高拋光設備的清潔度，有助於提高拋光良率。
在一示例中，所述控制器包括但不限於PLC控制器。所述控制器內可以預存有邊緣拋光製程的生產參數（recipe），這些參數包括但不限於拋光時間、拋光液流量、卡盤旋轉速度等，控制器根據預存的參數可以知曉邊緣拋光製程何時開始，何時結束，因而可以在拋光製程結束後，第一時間開啟清洗裝置進行清洗作業。本示例中的控制器可以同時控制拋光製程，比如控制卡盤的旋轉速度、拋光液流量等，即控制清洗裝置和控制拋光製程的控制器可以集成在同一處或者可以合二為一。
而在另一示例中，所述晶圓邊緣拋光設備還包括感應器19，所述感應器19與控制器相連接；所述感應器19為多個，分別設置於所述密封蓋12和所述晶圓邊緣拋光設備的上端蓋板上（未示出，上端蓋板位置通常為固定，其通常通過支撐柱固定於腔體11的上方，且其高度通常為密封蓋12的最大高度），以通過感知所述腔體11和所述上端蓋板的距離變化，感知邊緣拋光製程是否結束，而所述控制器則根據所述感應器19的感應結果，判斷是否要啟動所述清洗裝置。作為示例，所述感應器19包括但不限於磁力感應器，通過磁力感應器之間的磁力吸附感應距離的變化以知曉所述晶圓邊緣拋光設備所處的作業狀態，由此實現清洗作業的自動控制。在其他示例中，所述感應器19還可以為其他類型的感應器，比如為圖像感測器，圖像感測器可以設置於所述密封蓋12內側的頂部，通過圖像感測器判斷所述腔體11內是否有晶圓以判斷是否要啟動所述清洗裝置，本實施例中不做嚴格限制。
當然，在其他示例中，所述控制器還可以為諸如上位機等控制器，整個所述晶圓邊緣拋光設備可通過同一中央控制器實現整個設備的自動化控制。
所述腔體11和密封蓋12，包括前述提及的上端蓋板都較佳為透明材質，比如為透明塑膠，以便於在拋光作業過程中進行觀察。
作為示例，所述載台14包括但不限於吸盤墊，所述吸盤墊的大小尺寸與待拋光晶圓相匹配。為提高吸附效果，所述吸盤墊包括多個同心環形圈及連接多個環形圈之間的支撐部，環形圈之間為間隙，以通過間隙對晶圓進行真空吸附。為放置所述吸盤墊，所述卡盤13的底座131中央放置有圓形吸盤，圓形吸盤上設置有多個氣孔連接至真空泵。這些間隙內容易被拋光液顆粒堵塞而造成對晶圓的吸附力下降，但本發明通過改善的結構設計可對吸盤墊進行及時清洗，避免顆粒物累積，以確保吸盤墊工作在最佳狀態，從而有助於提高拋光良率。所述晶圓邊緣拋光設備還進一步包括晶圓升降裝置，所述晶圓升降裝置可與所述圓形吸盤相連接，以根據不同的製程需要，將晶圓移動到既定的高度。
所述卡盤13的一例示性結構如圖2所示。具體地，所述卡盤13包括底座131及沿所述底座131的邊緣周向分佈的環形側壁132，所述環形側壁132包括多個間隔分佈的支撐柱132a以及位於所述多個支撐柱132a頂部的，與多個支撐柱132a相連接的環狀部132b。所述拋光墊15可以活動連接於所述支撐柱132a上。
在一示例中，所述噴嘴通過波紋管與所述清洗管路17相連接，以使所述噴嘴的噴灑角度可調。
作為示例，所述噴嘴的材質包括但不限於不銹鋼和陶瓷中的一種或兩種。所述噴嘴的進水口的橫截面積可小於出水口的橫截面積，以使噴嘴噴灑的水流噴掃到卡盤13和拋光墊15上時具有較大的壓強，比如為1兆帕(MPa)~5 MPa，通過較大的沖刷力將拋光液殘留物去除。
所述清洗源可以根據需要選擇。本實施例中，作為示例，所述清洗源包括去離子水。所述晶圓拋光設備可以進一步包括回收裝置（未示出），以對清洗液進行回收利用。
作為示例，所述晶圓邊緣拋光設備還包括旋轉裝置，與所述卡盤13及控制器相連接，用於在清洗過程中在所述控制器的控制下驅動所述卡盤13旋轉。在卡盤13旋轉過程中，拋光墊15被同步旋轉，旋轉過程中因離心力作用而與晶圓邊緣接觸，實現晶圓邊緣拋光。本實施例中，所述拋光墊15包括多個獨立的模組，比如為12個間隔分佈的模組，多個獨立的拋光墊15在所述卡盤13的環形側壁132內側間隔分佈，具體可以參考圖3所示。各獨立模組下的拋光墊15的厚度、高度、角度等參數可以根據需要靈活設置，以滿足不同的製程需要。所述拋光墊15與晶圓邊緣相接觸的表面可以為弧形面，所述弧形面的弧度與晶圓的弧度相匹配，以使拋光墊15和晶圓更好地貼合，可以有效降低晶圓的碎片風險，且顯著提高拋光效果。
為便於固定所述噴嘴，且避免清洗管路17產生晃動而導致清洗液供應的不穩定，作為示例，所述噴嘴通過固定盤20與所述腔體11相連接，即所述固定盤20固定於所述腔體11的內側，而所述噴嘴和清洗管路17則與所述固定盤20相連接。
所述晶圓邊緣拋光設備還包括拋光液供給裝置（未示出），具體可以包括拋光液供給管路及拋光液供給噴嘴，所述拋光液供給噴嘴延伸到所述卡盤13的上方，以向晶圓表面供應拋光液。所述晶圓邊緣拋光設備還進一步包括拋光頭21（polishing head），位於所述卡盤13的上方，且可以對應位於拋光墊15的上方，且拋光頭的位置通常可以調整，以滿足不同的拋光需求。
作為示例，所述噴嘴包括設置於所述腔體11頂部的第一噴嘴161及設置於所述腔體11側壁的第二噴嘴162，所述第一噴嘴161自上而下向所述卡盤13和拋光墊15噴灑清洗液以對所述卡盤13和拋光墊15進行清洗，所述第二噴嘴162自所述拋光墊15之間的間隙向所述卡盤13和拋光墊15噴灑清洗液以對所述卡盤13和拋光墊15進行清洗。所述第一噴嘴161和第二噴嘴162可以為單個或多個，第一噴嘴161的規格和第二噴嘴162的規格可以相同或不同。通過設置第一噴嘴161及第二噴嘴162，可以實現對卡盤13和拋光墊15，包括載台14的全方位清潔，提高設備的潔淨度，以提高拋光良率。且在清洗過程中，可以旋轉所述卡盤13，以提高清潔效果。
本實施例的晶圓邊緣拋光設備的其他結構均與習知技術中基本相同，由於此部分內容為本領域技術人員所熟知，出於簡潔的目的不贅述。
本發明還提供一種晶圓邊緣拋光方法，所述晶圓邊緣拋光方法可依前述任一項所述的晶圓邊緣拋光設備進行，故對所述晶圓邊緣拋光設備的介紹還請參考前述內容，出於簡潔的目的不贅述。所述晶圓邊緣拋光方法包括在晶圓邊緣拋光製程結束後對所述卡盤和拋光墊進行自動清洗的步驟，由此避免拋光液顆粒的殘留，避免拋光墊的損傷和卡盤的污染，提高拋光良率。且整個過程自動進行，可以提高設備產出率。具體地，所述自動清洗步驟在晶圓移除後，密封蓋下降覆蓋所述腔體後進行，並在下一片晶圓即將到達時停止清洗作業。即本發明利用拋光製程的短暫間隙進行設備的自動清洗，不影響設備正常的邊緣拋光作業，相較於習知技術中需停機清洗的方式，可以提高設備產出率。
綜上所述，本發明提供一種晶圓邊緣拋光設備和邊緣拋光方法。所述晶圓邊緣拋光設備包括腔體、密封蓋、卡盤、載台、拋光墊、清洗裝置及控制器；所述密封蓋可上下移動，以實現對所述腔體的關閉或打開；所述卡盤位於所述腔體內，所述卡盤包括底座及沿所述底座的邊緣周向分佈，且沿縱向向上延伸的環形側壁，所述環形側壁沿周向間隔分佈有間隙；所述載台位於所述底座上，用於承載晶圓；所述拋光墊位於所述卡盤的環形側壁上，且在所述環形側壁內側間隔分佈；所述清洗裝置包括噴嘴及清洗管路，所述噴嘴位於所述腔體內，所述清洗管路一端與清洗源相連接，另一端與所述噴嘴相連接，所述清洗管路上設置有自動控制閥；所述控制器所述自動控制閥相連接，用於在邊緣拋光製程結束後，控制所述清洗裝置對所述卡盤和拋光墊進行清洗。本發明經改善的結構設計，從而可以在晶圓邊緣拋光結束後可立即對設備進行自動清洗，可避免拋光液中的顆粒積聚在拋光墊和卡盤上，避免拋光墊的損傷和卡盤的污染，同時避免對晶圓造成損傷，且清洗過程高效徹底，有助於降低人力成本和提高設備產出率。通過提高拋光設備的清潔度，有助於提高拋光良率。所以，本發明有效克服了習知技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的請求項所涵蓋。
11:腔體 12:密封蓋 13:卡盤 131:底座 132:環形側壁 132a:支撐柱 132b:環狀部 14:載台 15:拋光墊 161:第一噴嘴 162:第二噴嘴 17:清洗管路 18:自動控制閥 19:感應器 20:固定盤 21:拋光頭
圖1顯示為本發明的晶圓邊緣拋光設備的結構示意圖。
圖2顯示為圖1的卡盤的結構示意圖。
圖3顯示為圖1的卡盤和拋光墊的位置關係的俯視示意圖。
11:腔體
12:密封蓋
13:卡盤
161:第一噴嘴
162:第二噴嘴
17:清洗管路
18:自動控制閥
19:感應器
20:固定盤
21:拋光頭

Claims (9)

  1. 一種晶圓邊緣拋光設備，包括：腔體、密封蓋、卡盤、載台、拋光墊、清洗裝置及控制器；所述密封蓋可上下移動，以實現對所述腔體的關閉或打開；所述卡盤位於所述腔體內，所述卡盤包括底座及沿所述底座的邊緣周向分佈，且沿縱向向上延伸的環形側壁，所述環形側壁沿周向間隔分佈有間隙；所述載台位於所述底座上，用於承載晶圓；所述拋光墊位於所述卡盤的環形側壁上，且在所述環形側壁內側間隔分佈；所述清洗裝置包括噴嘴及清洗管路，所述噴嘴位於所述腔體內，所述清洗管路一端與清洗源相連接，另一端與所述噴嘴相連接，所述清洗管路上設置有自動控制閥；所述控制器與所述自動控制閥相連接，用於在邊緣拋光製程結束後，控制所述清洗裝置對所述卡盤和拋光墊進行清洗；其中，所述噴嘴包括設置於所述腔體頂部的第一噴嘴及設置於所述腔體側壁的第二噴嘴，所述第一噴嘴自上而下向所述卡盤和拋光墊噴灑清洗液以對所述卡盤和拋光墊進行清洗，所述第二噴嘴自所述拋光墊之間的間隙向所述卡盤和拋光墊噴灑清洗液以對所述卡盤和拋光墊進行清洗。
  2. 根據請求項1所述的晶圓邊緣拋光設備，其中，所述晶圓邊緣拋光設備還包括感應器，所述感應器與控制器相連接；所述感應器為多個，分別設置於所述密封蓋和所述晶圓邊緣拋光設備的上端蓋板上，以通過感知所述腔體和所述上端蓋板的距離變化，感知邊緣拋光製程是否結束。
  3. 根據請求項2所述的晶圓邊緣拋光設備，其中，所述感應器包括磁力感應器。
  4. 根據請求項1所述的晶圓邊緣拋光設備，其中，所述噴嘴的材質包括不銹鋼和陶瓷中的一種或兩種。
  5. 根據請求項1所述的晶圓邊緣拋光設備，其中，所述清洗源包括去離子水。
  6. 根據請求項1所述的晶圓邊緣拋光設備，還包括旋轉裝置，與所述卡盤及控制器相連接，用於在清洗過程中驅動所述卡盤旋轉。
  7. 根據請求項1所述的晶圓邊緣拋光設備，其中，所述載台包括吸盤墊。
  8. 根據請求項1所述的晶圓邊緣拋光設備，其中，所述噴嘴通過固定盤與所述腔體相連接。。
  9. 一種晶圓邊緣拋光方法，係以請求項1-8任一項所述的晶圓邊緣拋光設備進行，及，包括在晶圓邊緣拋光製程結束後對所述卡盤和拋光墊進行自動清洗的步驟。
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