TWI824714B - 可局部吹氣或吸氣之吸盤及其應用系統 - Google Patents
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Abstract
本發明係提供一種可局部吹氣或吸氣之吸盤，包含一基座、一黏結層及一多孔層，其中，該黏結層連接該基座及該多孔層。該基座上具有複數個封閉之流道，該流道上具有一或複數個雙向氣孔，該雙向氣孔可與一吹氣及吸氣管路相連通，藉以由一給氣系統及一真空系統使吸盤的該些雙向氣孔可依據加工需求而個別進行吹氣或吸氣，調節不同區域吹氣或吸附的程度，以達到控制吸盤上方之晶圓的變形程度或補償吸盤或晶圓本身的不平整，進而在加工後得到所需之晶圓總厚度變化量(Total Thickness Variation, TTV)的標準品質。
Description
本發明係關於一種吸盤，特別係一種可局部吹氣或吸氣之吸盤。
為了達到日益精進的半導體線寬需求，晶圓總厚度變化量(Total Thickness Variation, TTV)的要求也日益嚴苛。控制晶圓TTV最常見的方法為研磨及拋光製程，以12吋晶圓為例，研磨製程可快速地將晶圓TTV控制在數um等級，再經過拋光製程可達到數百甚至數十nm等級。然而，拋光製程雖可以達到極佳的加工品質，但其加工效率、加工成本以及環境永續成本卻遠高於研磨製程，因此拋光製程只適用於使晶圓表面產生鏡面或微調晶圓TTV。
現今研磨或拋光的過程中，係將晶圓整面吸附於吸盤上以固定之，再以砂輪對晶圓進行研磨。由於前述兩者為使晶圓整面接觸於吸盤上，因此吸盤的形貌會顯著地影響晶圓總體呈現的TTV，然而吸盤的形貌會隨著持續加工的過程中而產生變化，且晶圓本身的微形變亦會影響對吸盤的吸附狀態，使得研磨後之晶圓TTV難以控制在奈米等級的線寬水準。
先前技術如中國實用新型專利授權公告第CN203542342U號，其揭示一種晶圓背面研磨裝置的真空吸盤，該真空吸盤包括用於吸附晶圓正面的吸附區、隔離區和吹氣區，該吹氣區可在晶圓研磨時不斷斜向外吹出氣體，使研磨時混有矽粉的汙水無法滲入到晶圓與真空吸盤之間，防止汙水滲入汙染晶圓上的保護膜，而隔離區則可防止吸附區和吹氣區相互影響，減小對晶圓吸附功能的影響。
日本發明專利公開第2002373873A號則係公開一種用於晶片拋光設備的真空吸盤，該真空吸盤可以高精度地保持待拋光晶圓的平坦度。 在該真空吸盤有多個陶瓷構件，該陶瓷構件具有凹槽的，通過無機黏合劑層堆疊鄰接，使其內部具有真空抽吸通道 和流體通道 。
雖然在先前技術中已經有如上前案揭示真空吸盤的改良，但該等真空吸盤的抽氣及排氣(或排出流體)的通道都是分開設置，因此在使用上，晶圓的吸附或被吹起的位置有其限制性且不夠精準；因此，如何使研磨製程可以解決吸盤或吸盤上方之晶圓的不平整或變形程度，而能快速且大幅度地控制晶圓TTV，再利用拋光製程進行微幅度調整晶圓TTV，為現今急欲解決的問題。
是以，本發明藉由提供一種可局部吹氣或吸氣的吸盤，該吸盤可進行吹氣或吸氣之調控，調整不同區域的吸附狀態，進而控制吸盤或晶圓的不平整或變形程度。
本發明之目的為提供一種吸盤，包含：一基座、一黏結層及一多孔層，其中，該黏結層連接該基座及該多孔層，且該基座上具有複數個封閉之流道，該流道上具有一或複數個雙向氣孔，該雙向氣孔可與一管路相連通，藉以由一給氣系統及一真空系統使該雙向氣孔進行吹氣或吸氣之調控；其中，該管路具有一開關閥，控制氣流進出。於本發明之較佳實施態樣，該複數個雙向氣孔對應之開關閥係獨立設置，使各雙向氣孔係可獨立地開啟或關閉該開關閥；於本發明之其他實施態樣，該複數個雙向氣孔係獨立地調控為吹氣或吸氣。
根據本發明之一實施例，其中該基座之材質為金屬、金屬合金、陶瓷、纖維強化材料或其組合。
根據本發明之一實施例，其中該陶瓷為金屬氧化物、碳化矽或其組合。
根據本發明之一實施例，其中該黏結層之材質為樹脂、陶瓷、金屬或其組合。
根據本發明之一實施例，其中該多孔層之材質為金屬氧化物、碳化矽、石墨、多孔纖維材料或其組合。
根據本發明之一實施例，其中該吸盤所提供之吸氣量大於吹氣量。
本發明之另一目的為提供一種晶圓加工設備，包含：一如前述之吸盤；及一研磨或拋光頭。
根據本發明之一實施例，其中該晶圓加工設備進一步包含一量測裝置，用以量測一晶圓之單點厚度或總厚度變化量(Total Thickness Variation, TTV)。
本發明之又一目的為提供一種晶圓加工系統，包含：一如前述之設備；及一電腦；其中，該電腦包含：一資料接收部，以接收晶圓之單點厚度或總厚度變化量之數值；一模型模擬部，以生成一總厚度變化量參數模型；一比對部；一控制部；及一輸出部，輸出一參數至該設備，以驅動該吸盤之流道之吸氣與吹氣量，以及該研磨或拋光頭之作動。
根據本發明之一實施例，更包含一研磨或拋光頭選擇部，以依據該輸出參數選擇合適之研磨或拋光頭。
本發明所提供的優勢在於：本發明之可局部吹氣或吸氣之吸盤，其上方複數的流道具有多個雙向氣孔，該雙向氣孔可進行吹氣或吸氣之調控，使同一流道吹氣或吸氣為可變換式調整，藉由調整吸盤上之流道的吹氣或吸氣程度，即時調整不同區域的吸附狀態，以達到控制吸盤或吸盤上方之晶圓的變形程度，或補償吸盤或晶圓的不平整，因而使無論是研磨或拋光製程時，均可微幅度調整晶圓的形貌，進而得到所需之晶圓總厚度變化量的標準品質。
此外，本發明之系統在晶圓加工時同時偵測晶圓之單點厚度或總厚度變化量，計算出加工參數後，改變參數設定，並使吸盤可即時調整不同區域的吸附狀態，使無論是研磨或拋光製程時，均可微幅度調整晶圓的形貌以令該晶圓快速達到標準總厚度變化量的品質。
根據慣常的作業方式，圖中各種特徵與元件並未依實際比例繪製，其繪製方式是為了以最佳的方式呈現與本發明相關的具體特徵與元件。此外，在不同圖式間，以相同或相似的元件符號指稱相似的元件及部件。
以下實施方式不應視為過度地限制本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者可在不背離本發明之精神或範疇的情況下對本文所討論之實施例進行修改及變化，而仍屬於本發明之範圍。
於本文中，除非上下文另有載明，則術語「包含」、「包括」、「具有」或「含有」係包含性或開放性，並不排除其他未闡述之元素或方法步驟；術語「一」及「該」可解釋為單數亦可解釋為複數；術語「一個或多個」意旨「至少一個」，因此可以包括單個特徵或混合物/組合。此外，在本說明書及後附之申請專利範圍中，除非另外載明，否則「設置於某物之上」可視為直接或間接以貼附或其他形式與某物之表面接觸，該表面之界定應視說明書內容之前後/段落語意以及本說明所屬領域之通常知識予以判斷。
請一併參照圖1，本發明提供一種吸盤100，包含：一基座110、一黏結層120及一多孔層130，該黏結層120係位於該基座110及該多孔層130中間，用以連接兩者。所述基座110之材質為金屬、金屬合金、陶瓷、纖維強化材料或其組合；其中，該金屬包含但不限於鋁系合金、鐵系合金、鈦系合金；該陶瓷為金屬氧化物、碳化矽或其組合，該金屬氧化物包含但不限於氧化鋁或氧化鋯；所述黏結層120之材質包含但不限於樹脂、陶瓷、金屬或其組合；所述多孔層130之材質為金屬氧化物、碳化矽、石墨、多孔纖維材料或其組合，其中，該金屬氧化物為氧化鋁或氧化鋯，但不限於此。
在本發明之其中一實施態樣中，若該多孔層為陶瓷材料，則該多孔層係可為多層原料所堆疊而成，先將表層原料和底層原料各自進行成形後，再疊合成一堆疊層，將該堆疊層進行燒結步驟，獲得一多孔層。其中，於較佳實施態樣中，該多孔層之底層孔徑較表層孔徑大，因此，與給氣系統連接時，多孔層之底層因具有較大的平均孔徑而能使氣阻變小，進而減少耗能並使該多孔層同時達到具有剛性及透氣的效果；而該表層孔徑小，能吸附較輕薄的物件，且能維持穩定不變形，利於進行較精細的加工過程。
請一併參照圖2及3，所述基座110為一圓盤狀，其表面上具有複數個封閉之流道111，該流道111上具有一或多個雙向之氣孔112，該雙向之氣孔112可與一管路相連通，藉以由氣體切換閥控制一給氣系統及一真空系統使能調控該雙向之氣孔進行吹氣或吸氣，詳言之，本文所稱之「雙向之氣孔」係指該同一個氣孔可在不同時間下，進行吹氣或吸氣兩者的轉換，亦即，當使用者需要該雙向之氣孔為吸氣的作動時，其可由氣體切換閥切換其與真空系統連接而具有吸氣功能；而若當使用者需要該雙向氣孔為吹氣(或排氣)的作動時，其可由氣體切換閥切換其與給氣系統連接而具有吹氣功能，因此，該雙向氣孔相較於單向氣孔(如中國新型公告號第CN203542342U號，該案之吸附區的氣孔僅供吸氣功能，吹氣區的氣孔僅供吹氣功能)僅具有吹氣或吸氣擇一之功能有別。其中，該流道111包含但不限於同心圓狀設置之環形(圖2)或直線形(圖3(C)或圖3(D))，且以該同心圓狀設置之環形為佳；甚至該流道111亦可將環形與直線形合併設置(圖3(A)或圖3(B))，且可依照使用者的需求調整流道形狀及氣孔分布。
另外，亦可調整一流道中氣孔之數量，例如，每一流道111可具有單一個氣孔112，或可具有複數個氣孔112，例如但不限於2、3、4、5個氣孔112以上，以於單一流道111中利用複數個氣孔112同進行吸氣及/或吹氣的調控，請一併參照圖4，所述不同流道111上具有單一或複數個氣孔112，該氣孔112為雙向氣孔，雙向氣孔具有在不同時間下，具有吹氣及吸氣兩者轉換之功能；該複數個雙向氣孔係獨立地與一管路相連接，該管路具有一開關閥，控制氣流進出， 因此，對於複數個氣孔112，可針對每一單一氣孔112的開或關進行調控；此外，該管路與一給氣系統或一真空系統連結，並且該複數個氣孔112均獨立地具有一氣體切換閥連接，以在不同時間下切換其係與給氣系統或真空系統連結，以進行吹氣及吸氣之功能，換言之，各單一的氣孔112可獨立地為開啟或關閉，且當氣孔112為開啟時，可獨立地為吹氣及吸氣之狀態，因而可以達到對晶圓整體吸附程度的調節。因此，藉由對複數氣孔112控制氣流大小，氣流穿過多孔層130，從而在不同區域形成不同程度之推力或吸力，以控制晶圓140的吸附程度。
本文所述之「氣體切換閥」包含一給氣系統及一真空系統，且亦可控制氣體進出及排放程度，具體而言，該氣體切換閥係可調控其管路是與給氣系統或真空系統連結，此外，亦可藉由氣體切換閥控制氣體排放之多寡，調控吸附程度，即當排放之氣體較少時，推力較弱；當排放之氣體較多時，推力較強。
請一併參照圖5，所述吸盤100在吸附過程中，藉由控制氣流方向150及其程度，以因應吸盤100或晶圓140的不平整或形變而做出調整。具體而言，將給氣系統及真空系統所產生之推力或負壓吸力均勻分散至該給氣管路或該吸氣管路，再經由多孔層130上的複數孔洞，使晶圓140穩定吸附於吸盤100上。其中，該吸盤100所提供之吸氣量大於吹氣量，以吸附固定住晶圓140。
本發明另提供一種晶圓加工設備，包含：一如前述之吸盤100；及一研磨或拋光頭；本發明之晶圓加工設備可進一步包含一驅動裝置，該驅動裝置可令吸盤旋轉，並使研磨或拋光頭作動以加工該吸盤上的一晶圓；其中，該晶圓加工設備不限於研磨製程，亦可用於拋光製程。於一較佳實施態樣中，該晶圓加工設備進一步包含一量測裝置，用以量測一晶圓之單點厚度或總厚度變化量(Total Thickness Variation, TTV)或其他檢測條件，該量測裝置可以是直接包含於該設備中，或是該量測裝置為一外部設備，可透過連線或其他傳輸方式將檢測結果匯入該晶圓加工設備中亦可。
本文所述之「總厚度變化量(Total Thickness Variation, TTV)」係為晶圓片之最厚位置與最薄位置之間的厚度差。具體而言，晶圓在緊貼一參考平面的情況下，距離參考平面其厚度的最大值和最小值之差異。
所述之量測裝置還可用以測量包含晶圓外觀變化或研磨及拋光條件，例如：單點厚度或總厚度變化量、整體膜厚分布、局部膜厚變化、研磨或拋光頭之旋轉數、研磨或拋光墊之按壓力、研磨或拋光時間、漿液之供給速度、漿液之種類、掃描速度、掃描次數，但不限於此。
請一併參照圖6，本發明更提供一種晶圓加工系統，包含：一如前述之晶圓加工設備；及一電腦，其中，該電腦包含：一資料接收部、一模型模擬部、一比對部、一控制部、一輸出部。資料接收部，接收晶圓之單點厚度或總厚度變化量之數值；模型模擬部，生成一總厚度變化量參數模型；比對部，比對前述模型與膜厚分布之差異；控制部，依據前述差異數值設定加工參數，亦可控制吸盤之氣流量；輸出部，將上述加工參數輸出至上述設備，以驅動該吸盤之流道之吸氣與吹氣量，以及該研磨或拋光頭之作動。其中，該加工系統係可用於研磨製程或拋光製程。
於一較佳實施態樣中，該加工系統還包含一條件修正部，對加工參數進行修正；該加工系統更包含一研磨或拋光頭選擇部，以依據該輸出參數選擇合適之研磨或拋光頭。
本發明之加工系統可依據該晶圓之總厚度變化量之數值，進行吸盤之流道之吸氣與吹氣量之調整，而得以使吸盤上方的晶圓的不同位點透過該吸盤的吸氣或吹氣程度被上調或下沉，因而可進行整體或局部加工，或於整體加工完成後再進行局部加工調整；若需產出精細之晶圓，則可以局部加工方式進行；若需提升產量，則可以整體加工以加速工作效率。另本發明之加工系統亦可依據先前設定之模擬模型，與所需膜厚分布數值比對，於不同晶圓進行加工，無須對每一晶圓進行測量，可縮短加工時間。
本發明之加工系統可於開始加工動作後，隨時監測晶圓外觀之變化，同步調整加工參數(該加工參數包含但不限於吸盤流道上的吹氣或吸氣程度、不同研磨或拋光頭使用、研磨或拋光頭轉速等等)，改變加工設定；亦可於根據原先所設定之加工參數進行加工，於加工完成後再利用量測裝置測量晶圓外觀，並於比對部計算出該外觀數值與所需總厚度變化量之差異，再傳送至控制部，由輸出部將該加工參數輸出至設備中，進行細部加工，以令該晶圓達到標準總厚度變化量的品質。
本發明之晶圓加工系統可執行以下步驟：
i. 利用前述的量測裝置測定晶圓之相關數值；
ii. 將前述之數值傳輸至資料接收部；
iii. 由資料接收部將該數值傳送至模型模擬部，該模型模擬部以該總厚度變化量數值生成一模型；
iv. 再於比對部比對前述模型與膜厚分布之差異，獲得一差異數值；
v. 將該差異數值傳送至控制部以設定一加工參數，並選擇加工部位；
vi. 根據該加工參數，於研磨或拋光頭選擇部選擇合適該加工部位之研磨或拋光頭；
vii. 由輸出部將前述之加工參數輸出至該設備，令加工部進行加工；
viii. 最後經由條件修正部進行參數修正以令晶圓符合所設定之總厚度變化量。
本文所述「電腦」為一般電腦或專用電腦，且該電腦具備記憶裝置、輸入輸出裝置、記憶體、中央處理器等硬體，其中，該記憶體例如但不限於可使用周知之磁帶或卡式磁帶等帶系、包含軟碟、硬碟等磁碟、緊密光碟-ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)/MO(Magneto Optical，磁光碟)/MD(Mini Disc，小型磁碟)/數位影音光碟/緊密光碟-R等光碟之碟系、IC卡、記憶卡、光卡等卡系或遮罩ROM/EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory，可抹除可程式化唯讀記憶體)/EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，電子可抹除可程式化唯讀記憶體)/快閃ROM等半導體記憶體系等。
本文所述之模型模擬部之生成模型的學習方式包含例如但不限於人工神經網路模型、決策樹模型、貝斯網路模型(Bayesian Network Model)、 提升樹分類(Booster)模型、梯度提升樹分類(Gradient Classifier) 模型、強梯度提升機分類模型、弱梯度提升機分類模型、回歸樹分類模型、隨機森林(Random Forest)分類模型、類神經網路分類模型、深度神經網路分類模型(DNN)、遞歸神經網路(RNN)分類模型、長短期記憶模型分類(LSTM) 模型、多層感知分類(MLP) 模型、集成學習分類(Ensemble Learning) 模型、弱學習分類模型、強學習分類模型、支援向量機(Support Vector Machines)分類模型等。
請一併參照圖7，以下係針對本發明之其中一實施態樣說明；首先，將一晶圓放置於本發明之吸盤；由加工設備中的量測裝置測量該晶圓之單點厚度或總厚度變化量；將該單點厚度或總厚度變化量之數值傳送至電腦之資料接收部；由資料接收部將該總厚度變化量數值傳送模型模擬部，該模型模擬部經由該總厚度變化之數值形成一晶圓模擬模型；由比對部將該晶圓模擬模型與所需之膜厚分布模型進行比對，獲得一差異數值；將該差異數值傳送至控制部，設定研磨部位及一研磨參數；再經由研磨或拋光頭選擇部挑選適合研磨該研磨部位之研磨或拋光頭；由輸出部將該研磨參數輸出至該加工設備，以令該加工設備作動；於研磨期間，該設備根據量測裝置測量晶圓形貌及研磨條件，由條件修正部邊進行參數調整，使最終所得晶圓之總厚度變化量為標準品質。圖7(A)為加工前，未使用本發明之吸盤所承載之晶圓形貌，其外觀中間呈現內凹的形貌，而使用本發明之吸盤所承載之晶圓經上述步驟加工後(圖7(B))，其外觀接近平坦無變形。
綜上所述，本發明之可局部吹氣或吸氣之吸盤，其上方複數的流道具有複數個雙向氣孔，相較於先前技術中的單向氣孔僅具有單一的進行吸氣或吹氣功能而無法調整不同區域的吸附或排氣狀態，本發明之該雙向氣孔可調控在不同時間下進行吹氣或吸氣，且藉由調整該雙向氣孔的吹氣或吸氣程度，即時調整不同區域的吸附狀態，以達到控制吸盤或吸盤上方之晶圓的不平整或變形程度，因而使無論是研磨或拋光製程時，均可微幅度調整晶圓的形貌，進而在加工後得到所需之晶圓總厚度變化量的標準品質。
此外，本發明之系統在晶圓加工時同時偵測晶圓之單點厚度或總厚度變化量，計算出加工參數後，改變參數設定，並使吸盤可即時調整不同區域的吸附狀態，使無論是研磨或拋光製程時，均可微幅度調整晶圓的形貌以令該晶圓快速達到標準總厚度變化量的品質。
本文中，所提供的所有範圍旨在包括在給定之範圍內的每個特定範圍以及在該給定範圍之間的子範圍的組合。此外，除非另有說明，否則本文提供的所有範圍皆包括所述範圍的端點。從而，範圍1-5具體包括1、2、3、4和5，以及諸如2-5、3-5、2-3、2-4、1-4等子範圍。
在本說明書中引用的所有刊物和專利申請案皆透過引用併入本文，並且出於任何及所有目的，每一個別刊物或專利申請案皆明確且個別地指出以透過引用併入本文。在本文與透過引用併入本文的任何刊物或專利申請案之間存在不一致的情況下，以本文為準。
以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅惟本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。
100:吸盤
110:基座
111:流道
112:氣孔
120:黏結層
130:多孔層
140:晶圓
150:氣流方向
200:系統
210:電腦
211:資料接收部
212:模型模擬部
213:比對部
214:控制部
215:輸出部
220:加工設備
。
現就參考附圖僅以舉例的方式描述本發明技術的實施，其中：
圖1係本發明一實施例之吸盤側面示意圖。
圖2係本發明一實施例之吸盤示意圖。
圖3係本發明一實施例之吸盤上不同流道示意圖。
圖4係本發明一實施例之吸盤上氣孔數量示意圖。
圖5係本發明一實施例之吸附晶圓之吸盤側面示意圖。
圖6係本發明一實施例之晶圓加工系統示意圖。
圖7係本發明一實施例之晶圓形貌變化示意圖。
應當理解，本發明之各方面不限於附圖所示之配置、手段及特性。
無
100:吸盤
110:基座
120:黏結層
130:多孔層
Claims (9)
- 一種晶圓加工系統，包含：一晶圓加工設備，其包含：一吸盤，包含：一基座、一黏結層及一多孔層，其中，該黏結層連接該基座及該多孔層，且該基座上具有複數個封閉之流道，該流道上具有一或複數個雙向氣孔，該雙向氣孔可與一管路相連通，藉以由一給氣系統及一真空系統使該雙向氣孔進行吹氣或吸氣之調控；其中，該管路具有一開關閥，控制氣流進出；一量測裝置，用以量測一晶圓之單點厚度或總厚度變化量(Total Thickness Variation,TTV)；及一研磨或拋光頭；及一電腦；其中，該電腦包含：一資料接收部，以接收一晶圓之單點厚度或總厚度變化量之數值；一模型模擬部，以生成一總厚度變化量參數模型；一比對部；一控制部；及一輸出部，輸出一參數至該設備，以驅動該吸盤之流道之吸氣與吹氣量，以及該研磨或拋光頭之作動。
- 如請求項1之系統，其中該基座之材質為金屬、金屬合金、陶瓷、纖維強化材料或其組合。
- 如請求項2系統，其中該陶瓷為金屬氧化物、碳化矽或其組合。
- 如請求項1之系統，其中該黏結層之材質為樹脂、陶瓷、金屬或其組合。
- 如請求項1之系統，其中該多孔層之材質為金屬氧化物、碳化矽、石墨、多孔纖維材料或其組合。
- 如請求項1至5任一項之系統，其中該吸盤所提供之吸氣量大於吹氣量。
- 如請求項1至5任一項之系統，其中該複數個雙向氣孔對應之開關閥係獨立設置，使各雙向氣孔係可獨立地開啟或關閉該開關閥。
- 如請求項1至5任一項之系統，其中該複數個雙向氣孔係獨立地調控為吹氣或吸氣。
- 如請求項1至5任一項之系統，更包含一研磨或拋光頭選擇部，以依據該輸出參數選擇合適之研磨或拋光頭。
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2022
- 2022-09-13 TW TW111134498A patent/TWI824714B/zh active
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- 2023-04-10 CN CN202310372638.7A patent/CN117712008A/zh active Pending
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