晶圆研磨头及晶圆吸附方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路制造领域，更具体地说，涉及吸取晶圆的装置和方法。
【背景技术】
[0002]对晶圆进行抛光是半导体工艺中的常规步骤，在对晶圆进行抛光时，首先通过机械手把晶圆放置在晶圆承载台上，然后再把晶圆从晶圆承载台上吸附到研磨头上，研磨头会抽取真空产生负压，从而吸附住晶圆，之后研磨头携带晶圆一起进行研磨。
[0003]但晶圆从晶圆承载台上被吸附到研磨头的过程中，由于气压或者其他机械压力的存在，晶圆的表面会承压。当晶圆承载台存在不合理的结构，比如晶圆承载台的中部下凹过多，达到5mm左右；或者研磨头存在不合理的结构，比如晶圆传感器凸出较多、弹簧较硬，研磨头上的压力分布不合适等，都会导致晶圆由于受力而破碎。晶圆的破碎将造成很大的经济损失，尤其对于具有高深宽比的TSV (through silicon vias)晶圆来说，晶圆破碎的损失非常严重。
【发明内容】
[0004]本发明旨在提出一种能够降低晶圆破碎概率的晶圆研磨头以及吸附工艺。
[0005]根据本发明的一实施例，提出一种晶圆研磨头，晶圆研磨头呈圆形，晶圆研磨头的下表面平坦，形成晶圆吸附区，晶圆吸附区由内至外依次形成第一区、第二区、第三区、外围区和晶圆保持环，第一区是圆形，第二区、第三区、外围区和晶圆保持环是环形，第一区、第二区、第三区、外围区和晶圆保持环同心，在吸附晶圆时，第一区和第三区形成负压，第二区和外围区形成正压，吸附完成后，晶圆保持环形成负压；
[0006]在第一区、第二区或者第三区中布置有晶圆传感器，晶圆传感器安装在形成于晶圆研磨头中的孔中，晶圆传感器的尾部通过弹簧连接到晶圆研磨头，晶圆传感器的端部在未吸附晶圆时延伸超出所述晶圆研磨头的下表面，晶圆吸附完成时晶圆传感器由所吸附的晶圆压回所述孔中，其中弹簧的弹性系数符合:弹簧形成的弹簧力小于晶圆表面的破碎应力。
[0007]在一个实施例中，外围区进一步包括同心环形的第四区和第五区，第四区位于内侦牝第五区位于外侧。
[0008]在一个实施例中，晶圆传感器布置在第二区，晶圆传感器的端部在未吸附晶圆时延伸超出所述晶圆研磨头的下表面的距离不大于1.5mm。
[0009]在一个实施例中，吸附晶圆时,第一区和第三区形成的负压为-0.2?-1.8psi,第二区形成的正压为0.05?0.2psi，外围区形成的正压为0.1?0.5psi。
[0010]在一个实施例中，晶圆研磨头从一晶圆承载台上吸附晶圆，晶圆承载台由边缘向中心逐渐下凹，下凹距离不超过2mm。
[0011]在一个实施例中，晶圆承载台与晶圆接触的表面覆盖有弹性材料层。
[0012]根据本发明的一实施例，提出一种晶圆吸附方法，使用一圆形晶圆研磨头从一晶圆承载台上吸附晶圆，其中该晶圆研磨头的下表面平坦，形成晶圆吸附区，晶圆吸附区由内至外依次形成第一区、第二区、第三区、外围区和晶圆保持环，第一区是圆形，第二区、第三区、外围区和晶圆保持环是环形，第一区、第二区、第三区、外围区和晶圆保持环同心，在第一区、第二区或者第三区中布置有晶圆传感器，晶圆传感器安装在形成于晶圆研磨头中的孔中，晶圆传感器的尾部通过弹簧连接到晶圆研磨头，晶圆传感器的端部在未吸附晶圆时延伸超出所述晶圆研磨头的下表面，该晶圆吸附方法包括:
[0013]晶圆研磨头移动至晶圆承载台上方并下降；
[0014]外围区形成正压；
[0015]第一区和第三区形成负压，第二区形成正压，同时监测晶圆传感器是否探测到晶圆；
[0016]晶圆传感器探测到晶圆，外围区形成常压，晶圆保持环形成负压；
[0017]吸附完成，晶圆研磨头携带晶圆上升离开晶圆承载台。
[0018]在一个实施例中，第一区和第三区形成的负压为-0.2?_1.8psi，第二区形成的正压为0.05?0.2psi，外围区形成的正压为0.1?0.5psi。
[0019]在一个实施例中，外围区进一步包括同心环形的第四区和第五区，第四区位于内侦牝第五区位于外侧。晶圆传感器布置在第二区，晶圆传感器的端部在未吸附晶圆时延伸超出晶圆研磨头的下表面的距离不大于1.5mm。
[0020]在一个实施例中，晶圆承载台由边缘向中心逐渐下凹，下凹距离不超过2mm，晶圆承载台与晶圆接触的表面覆盖有弹性材料层。
[0021]本发明的晶圆研磨头和晶圆吸附方法使得晶圆承载台、晶圆研磨头的结构更加合理，使得晶圆被吸附时表面承受的力减小，降低晶圆发生破碎的概率。
【附图说明】
[0022]本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中:
[0023]图1揭示了根据本发明的一实施例的晶圆研磨头的仰视结构图。
[0024]图2揭示了根据本发明的一实施例的晶圆研磨头从晶圆承载台上吸附晶圆的示意图。
[0025]图3揭示了根据本发明的一实施例的晶圆吸附方法的流程图。
【具体实施方式】
[0026]参考图1所示,本发明揭示了一种晶圆研磨头100,晶圆研磨头呈圆形。晶圆研磨头的下表面平坦，形成晶圆吸附区，该下表面也称为基准面。晶圆吸附区由内至外依次形成第一区101、第二区102、第三区103、外围区和晶圆保持环106。第一区101是圆形，第二区102、第三区103、外围区和晶圆保持环106是环形。第一区101、第二区102、第三区103、外围区和晶圆保持环106同心。在图示的实施例中，外围区进一步包括同心环形的第四区104和第五区105，第四区104位于内侧，第五区105位于外侧。区分第四区104和第五区105能更加精确地对研磨头进行压力控制，但在大多数情况下，第四区104和第五区105会被当作一个区，g卩外围区来处理。在吸附晶圆时，第一区101和第三区103形成负压，第二区102和外围区(即第四区104和第五区105)形成正压。在一个实施例中，各区的压力被设置为如下值:吸附晶圆时，第一区101和第三区103形成的负压为-0.2?-1.8psi。第二区形成的正压为0.05?0.2psi。外围区形成的正压为0.1?0.5psi。在吸附完成后，晶圆保持环106形成负压，晶圆保持环106形成的负压于现有技术中抽取真空的标准一致。
[0027]在第一区、第二区或者第三区中布置有晶圆传感器108。晶圆传感器108安装在形成于晶圆研磨头100中的孔中(孔未示出)。晶圆传感器108的尾部通过弹簧连接到晶圆研磨头100，即孔的内侧底部。晶圆传感器108的端部在未吸附晶圆时延伸超出晶圆研磨头的下表面，即所述的基准面。晶圆吸附完成时晶圆传感器由所吸附的晶圆压回孔中，因为晶圆传感器108的尾部具有弹簧，因此在晶圆将晶圆传感器108压回孔的过程中，晶圆传感器108对晶圆的表面产生压力。该压力可能会引起晶圆破碎，因此弹簧的弹性系数需要符合以下标准:弹簧形成的弹簧力小于晶圆表面的破碎应力。或者说，弹簧力作用于晶圆传感器上,进而在晶圆表面产生的压力不会使得晶圆表面破碎。由于晶圆表面的破碎应力可能有所不同，因此弹簧的弹性系数是与晶圆表面的破碎应力相应的。在图示的实施例中，晶圆传感器108被布置在第二区102。设置在第二区的原因是因为第二区102在吸附晶圆的过程中产生正压，该正压有利于抵消一部分晶圆传感器108对晶圆表面施加的压力，能进一步降低晶圆破损的概率。在一个实施例中，晶圆传感器108的端部在未吸附晶圆时延伸超出晶圆研磨头的下表面，即基准面的距