半导体制造装置、系统及方法与流程

本发明的实施例涉及半导体领域，更具体地涉及半导体制造装置、系统及方法。

背景技术：

半导体集成电路(ic)行业经历了指数式增长。集成电路材料和设计的技术进步已生产出几代ic，其中每一代都比上一代更小且更复杂。在集成电路的发展过程中，功能密度(即每个芯片区互连器件的数量)普遍增加，而其几何尺寸(即使用制造工艺中可制造的最小组件或线)则在减小。该按比例缩小工艺通常通过提高生产效率和降低相关成本带来效益。这种按比例缩小还增加了加工和制造ic的复杂性，为实现这些优势，在ic加工和制造方面需要进行相似的发展。在一个实例中，将抛光应用于半导体晶圆。但是，现有抛光系统和对应的方法的效率不高，并且可能带来诸如污染和损坏晶圆的其他问题。因此，需要提供一种不具有上述缺陷的抛光系统及其使用方法。

技术实现要素：

本发明的实施例提供了一种半导体制造装置，包括：晶圆台，可操作为固定并且旋转晶圆；抛光头，配置为抛光所述晶圆的背面；空气支承模块，配置为将空气压力施加至所述晶圆的正面；以及边缘密封单元，配置为密封所述晶圆的边缘。

本发明的实施例还提供了一种半导体制造系统，包括：装载锁模块，用于装载和卸载多个晶圆；多个抛光模块，所述抛光模块中的每一个都包括：晶圆台，可操作为固定晶圆并且旋转所述晶圆；抛光头，配置为抛光所述晶圆的背面；以及空气支承模块，可操作为将空气压力提供至所述晶圆的正面；机械臂单元，配置在所述装载锁模块和所述多个模块之间，其中，所述机械臂单元可操作为将所述晶圆中的一个转移至所述抛光模块中的一个。

本发明的实施例还提供了一种半导体制造方法，包括：抛光晶圆的背面；在所述晶圆的背面的抛光期间，将空气压力施加至所述晶圆的正面；以及在所述晶圆的背面的抛光期间，密封所述晶圆的边缘。

附图说明

当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明的实施例。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增加或减少。

图1是根据一些实施例构建的抛光模块的示意图和剖面图。

图2是图1中根据一些实施例构建的抛光模块的边缘密封单元的示意图。

图3是图1中根据一些实施例构建的抛光模块的边缘密封单元的示意图。

图4是图1中根据一些实施例构建的抛光模块的部分示意图和剖面图。

图5a是根据一些实施例构建的抛光模块的部分示意图和剖面图。

图5b是根据一些实施例构建的抛光模块的部分示意图和剖面图。

图6是根据一些实施例构建的抛光模块的部分示意图和剖面图。

图7a是根据一些实施例构建的抛光模块的部分示意图和剖面图。

图7b是根据一些实施例构建的抛光模块的部分示意图和剖面图。

图8是具有图1中根据一些实施例构建的抛光模块的抛光系统的框图。

图9是图8中根据一些实施例构建的抛光系统的使用方法流程图。

具体实施方式

以下公开内容提供了许多不同实施例或实例，用于实现所提供主题的不同特征。以下将描述组件和布置的特定实例以简化本发明。当然，这些仅是实例并且不意欲限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触的实施例，也可以包括形成在第一部件和第二部件之间的附加部件使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。另外，本发明可以在多个实例中重复参考标号和/或字符。这种重复是为了简化和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。

此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…上面”、“上部”等空间关系术语以描述如图所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除图中所示的方位之外，空间关系术语意欲包括使用或操作过程中的器件的不同的方位。装置可以以其它方式定位(旋转90度或在其他方位)，并且在本文中使用的空间关系描述符可同样地作相应地解释。

图1示出了根据一些实施例的抛光模块100的示意图和剖面图。抛光模块100包括设计用于固定半导体晶圆104并且具有将晶圆104绕轴106旋转的机构的衬底台102，该轴垂直于晶圆104，并穿过其中心。例如，衬底台102可包括夹持结构，以固定半导体晶圆104的边缘。在其他示例中，衬底台102进一步包括旋转结构和集成用于驱动半导体晶圆104旋转的电机。

在一些实施例中，半导体晶圆104为硅晶圆。在一些实施例中，半导体晶圆104可包含晶体结构的锗等元素半导体；硅锗、碳化硅、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟、和/或锑化铟等化合物半导体；或它们的组合。在另一些实施例中，这些半导体材料膜可在硅晶圆上外延生长。在其他一些实施例中，晶圆104可为其他材料的衬底。

半导体晶圆104具有彼此相对的正面104a和背面104b。在半导体晶圆104的正面104a上会形成、部分形成或将形成一个或多个集成电路。因此，半导体晶圆104的正面104a包括图案化的材料层或待图案化的材料层。例如，正面104a可包括各种隔离部件(如浅沟槽隔离部件)、各种掺杂部件(如掺杂阱，或掺杂源极和漏极部件)、各种器件(如晶体管)、各种导电部件(如互联结构的接触件、金属线和/或孔)、封装材料层(如接合焊盘和/或钝化层)或其结合。在完全制造的半导体晶圆中，以上所有材料层和图案可在半导体晶圆104的正面104a上出现。在本示例中，半导体晶圆104仍在制造中，正面104a上可能只形成了上述部分材料层。

抛光模块100包括经配置用于抛光半导体晶圆104的背面104b的抛光头110。抛光头110包括抛光表面112，例如研磨带或其他合适的抛光表面。抛光表面可进一步包括其他结构，如可操作用于在晶圆上滚压并相应地清洁晶圆的辊。

抛光模块100进一步包括可操作用于经抛光表面112向晶圆施加压力，并可操作用于使抛光头绕转轴116旋转的机构114。转轴116与转轴106平行，并且穿过抛光表面112的中心。因此，抛光表面112可被压在晶圆104的背面104b上，并相对于晶圆104旋转。

在一些实施例中，抛光模块110还包括经配置用于使用溶液或化学制剂冲洗晶圆104的背面的冲洗单元118。在本实施例中，冲洗单元118可移动，以便进行高效清洗或支持抛光工艺。例如，冲洗单元118可从晶圆的中心移动到边缘，或从边缘移动到中心。冲洗单元118包括指向背面104a、并耦合到提供冲洗化学制剂或溶液的来源(未示出)的冲洗端118a。在抛光过程中，冲洗单元118和抛光头110可操作为协同配合。

抛光模块100包括设计用于为晶圆104的正面104a提供空气压力的空气支承单元120。空气支承单元120为晶圆104的正面104a提供压力，使晶圆104维持在来自抛光头110的背面压力和来自空气支承单元120的正面压力下。空气支承单元120具有不直接接触，从而使支承表面与晶圆的正面104a之间无摩擦力的优点。尤其是，考虑到正面104a具有电路图案，且晶圆104在抛光过程中进行旋转，这样消除了对正面104a上电路图案的任何损害。

空气支承单元120为空气静力(aerostatic)支承。空气支承单元120连接到诸如氮气源的气体源122。在本实施例中，气体源122为压缩氮气源，其提供的氮气压力高于大气压。空气支承单元120包括支承表面124，用于将气体传递到支承表面124和晶圆104的正面104a之间的支承间隙，从而在支承表面124和正面104a之间形成流体膜作为气垫。空气支承单元120进一步包括连接气体源122和支承表面124，以进行气体传递的气体路径126。在一些实施例中，支承表面124包括诸如多孔膜或石墨的多孔材料层，以便使气体均匀地传递到支承间隙。在一些实施例中，支承表面124包括具有设计用于均匀地将气体传递到支承间隙的多个微喷嘴的材料层。在抛光过程期间，支承间隙中的气压可自行调节。例如，当气压较高时，支承间隙增加，导致气体流速增加。相应地，通过该自行调节机制降低了气压。在不同示例中，空气支承单元120可包括其他部件，例如位于支承表面124上的通道或槽。

空气支承单元120与抛光头110集成。在本实施例中，空气支承单元120与抛光头110机械连接，从而使空气支承单元120固定到抛光头110，并且可以沿抛光头110移动。这点将在后文中进行详细描述。

抛光模块100进一步包括边缘密封单元128，其设计用于密封晶圆104的边缘，使来自晶圆104的背面104b的化学制剂或溶液无法到达正面104a，从而避免对正面104a造成污染。在一些实施例中，边缘密封单元128为可操作为在晶圆104的边缘周围形成气幕(aircurtain)，以便进行有效密封的气密密封单元200。在一些实施例中，气密密封机构200包括配置成环，以便形成与晶圆104的边缘对齐的环形气幕的多个喷气嘴。在一些实施例中，如图2中所示，气密密封机构200包括具有多个开口204的环形管202。环形管202与晶圆104的边缘相吻合。环形管202还连接到用于提供氮气等加压气体的气体源206。在环形管200上形成开口204，其结构可产生能够有效保护晶圆104的正面104a不受用于抛光或清洁背面104b的化学制剂或溶液污染的气幕。在一些实施例中，边缘密封单元128为o形环密封单元300。如图3所示，o形环密封单元300包括具有垂直延伸的边缘幕304的o形环302，以防化学制剂或溶液污染晶圆104的正面104a。

边缘密封单元128与抛光模块100的组件(如晶圆台)或固定装置集成，以便使边缘密封单元128固定，并且可以有效地密封晶圆104的边缘，而不影响晶圆104在各工作阶段期间的移动。这点将在后文中进行详细描述。

图4是根据一些实施例的抛光模块100的部分示意图和剖面图。通过使用空气支承单元120，在晶圆104的正面104a和空气支承单元120的支承表面124之间形成了诸如氮气膜的流体膜400。抛光过程期间，空气支承单元120和晶圆104的正面104a之间没有直接接触。由此，消除了对正面104a的损害。此外，通过使用边缘密封单元128，形成边缘密封部件402，以便有效地保护正面104a不受来自背面104b的化学制剂或溶液污染。在本实施例中，边缘密封部件402为诸如氮气刀(nitrogenknife)的空气边缘密封部件，以便有效地防护正面104a。在一些实施例中，边缘密封部件42为例如图3中所示的o形环结构。抛光过程期间，空气支承单元120和边缘密封单元128协同保护晶圆104的正面104a。此外，由于正面104a在抛光过程中未受污染，可省略针对正面104a的各种清洁手段。由此，制造成本降低，制造产量提高。

以上参考图1和其他附图对抛光模块100进行了说明。抛光模块100可进行其他修改、替代或将其结合。图5a展示了根据一些实施例的抛光模块100的示意图和剖面图。图5a中的抛光模块100在一些方面可能与图1中的抛光模块100相似，而在另一些方面则可能有所不同。例如，抛光头110可能具有诸如更小的尺寸的不同的设计。在一些实施例中，抛光头110具有直径小于晶圆104半径rw的抛光表面112。在该情况下，抛光头110进一步包括清扫机构，以便使抛光头110可操作为沿清扫方向452径向移动。清扫方向452位于从晶圆中心(轴106)到晶圆边缘的晶圆104的径向上。在一个实例中，机构114设计为兼具旋转功能和清扫功能。在抛光过程期间，抛光头110绕轴116旋转，并沿清扫方向452径向移动。此外，在抛光过程期间，晶圆绕轴106旋转。通过将晶圆旋转、抛光头旋转和抛光头清扫相结合，抛光表面112可在抛光过程期间径向清扫晶圆，并覆盖晶圆104的整个背面104b。尤其是，可通过调节清扫停留时间改变抛光量。此外，可根据从晶圆中心到边缘的位置对清扫停留时间进行局部改变。由此，通过调节清扫停留时间，可弥补从中心到边缘的抛光差异，从而形成均匀的抛光表面。

图5b展示了根据一些实施例的抛光模块100的示意图和剖面图。图5b中的抛光模块100在一些方面可能与图1中的抛光模块100相似，而在另一些方面则可能有所不同。例如，衬底台102可具有不同的设计或使用夹持机构等合适的机构。在一些实施例中，在气体源122和空气支承单元120之间配置了气阀500，以控制空气支承的压力，从而优化承载效应。空气支承的压力可进一步通过上述支承间隙自行调节。在一些实施例中，边缘密封单元128为与氮气源等供气装置502接触的空气边缘密封单元，以用于提供压缩的高压氮气。在一些实例中，在供气装置502和边缘密封单元128之间配置第二气阀504，以控制气流。在一些实例中，边缘密封单元128可通过气体传输机构506连接到气体源122，并与空气支承单元120共用同一气源。在一些实施例中，抛光表面112可具有不同设计。例如，抛光表面112可包括具有研磨颗粒的带，研磨颗粒附着在带上。研磨颗粒可具有合适的尺寸或尺寸分布，以便获得所需的抛光效果，并且可包含金刚石或其他合适的材料。在一些实施例中，抛光表面112可包括研磨带508的多个辊，配置为用于进行均匀和高效的抛光。

在本实施例中，抛光模块100进一步包括笔形(pencil)清洁单元。笔形清洁单元和抛光头110操作为放置在晶圆的背面104b上以用于各工艺，并且可置于空闲位置。例如，当抛光头110位于晶圆104的背面104b上时，笔形清洁单元位于空闲位置。当笔形清洁单元位于晶圆104的背面104b上时，抛光头110则位于空闲位置。图6是根据一些实施例的抛光模块100的部分示意图和剖面图。图6展示了抛光模块100中的笔形清洁单元600，为简洁起见，图6中未示出抛光头110。笔形清洁单元600设计为在抛光过程后清洁晶圆104的抛光表面。在本实施例中，抛光表面为晶圆104的背面104b。笔形清洁单元600包括可操作用于清洁晶圆104的背面104b的海绵状尖端(sponge-liketip)602。笔形清洁单元600还包括诸如可移动臂604的机构，其连接到海绵状尖端602并且能够控制并操纵海绵状尖端602进行清洁。例如，当晶圆104通过衬底台102绕轴106旋转时，可移动臂604可控制海绵状尖端602沿从晶圆104的中心到边缘(或从边缘到中心)的方向606进行径向移动。由此，海绵状尖端602能够清洁背面104b。在一些实施例中，通过同时使用笔形清洁单元600和冲洗单元118共同实施清洁过程。

如上所述，空气支承单元120和边缘密封单元128与抛光模块100的其他组件集成，以便进行固定和正常工作。该设计和结构进一步取决于用于边缘密封单元128的特定结构，如o形环边缘密封单元300或空气边缘密封单元200，分别如图7a和7b所示。

图7a展示了根据一些实施例的抛光模块100的部分示意图和剖面图。在图7a中，抛光模块100包括o形环边缘密封单元300，其使用o形环结构302和从o形环延伸出的边缘幕(edgecurtain)304以密封晶圆104的正面。在一些实施例中，o形环结构302可经操作接近，或者进一步附接到晶圆104的正面104a，以便进行有效的密封。在该情况下，o形环边缘密封单元300(包括o形环结构302和边缘幕304)设计用于在抛光和清洁等不同操作期间正确固定并沿晶圆104旋转。尤其是，o形环结构302和边缘幕304通过旋转支承连接件704连接到固定夹具702。固定夹具702为抛光模块100的固定组件，并且在各操作期间保持静止。由此，o形环边缘密封单元300固定到固定夹具702，并仍然可沿晶圆104移动。晶圆104固定到衬底台102(如通过晶圆夹持结构)，并且与衬底台102一起移动。

仍然参考图7a，空气支承单元120与抛光头110集成，并固定至抛光头110。因此，空气支承单元120可与抛光头110一起移动并与其对齐，以便为晶圆104提供来自正面104a的平衡气压。例如，当抛光头110在晶圆104的中心和边缘之间径向扫动时，空气支承单元120也会与抛光头110一起径向移动。尤其是，空气支承单元120和抛光头110通过同时连接到抛光头110和空气支承120的框架连接件706进行集成。固定夹具702设计为具有开口708，以便框架连接件706通过开口708附接到空气支承单元120，并且能够在不受固定夹具702干扰的情况下移动。在一些实施例中，抛光模块100进一步包括设置在固定夹具702和框架连接件706之间的线性支承单元710，从而使框架连接件706能够相对于固定夹具702自由移动。

图7b展示了根据一些实施例的抛光模块100的部分示意图和剖面图。在图7b中，抛光模块100包括空气边缘密封单元200，其对晶圆104的边缘使用气密密封，从而使晶圆的正面104a在抛光和清洁工作期间不受化学制剂的污染。在本实施例中，空气边缘密封单元200固定并安装在固定夹具702上，因此在晶圆104于抛光和清洁工作期间旋转时，空气边缘密封单元200保持不动。

仍然参考图7b，空气支承单元120与抛光头110集成，并且固定到抛光头110，与图7a中的空气支承单元120和抛光头110的集成结构相似。例如，固定夹具702设计为具有开口708，以便框架连接件706通过开口708附接到空气支承单元120，并且能够在不受固定夹具702干扰的情况下移动。在另一示例中，抛光模块100进一步包括设置在固定夹具702和框架连接件706之间的线性支承单元710，从而使框架连接件706能够相对于固定夹具702自由移动。在一些示例中，固定夹具702和框架连接件706各自可包含诸如不锈钢、金属或金属合金的合适的材料。在一些示例中，固定夹具702和框架连接件706各自可通过模铸或机加工等适当方法制成。

图8为根据一些实施例的抛光系统800的框图。抛光系统800为具有在处理室802中集成的一个或多个抛光模块100的集群工具(clustertool)。在各个实施例中，抛光系统800包括经适当配置和集成的多个(如4个、6个或8个)抛光模块100。在本示例中，如图8所示，将4个示例性抛光模块100集成在一起。

抛光系统800包括装载锁模块804，其具有一个或多个装载锁单元，用于将晶圆装载到抛光系统800或将晶圆从中卸载。在本实施例中，通过使用诸如前开式晶圆传送盒(frontopeningunifiedpods,foup)的晶圆容器成批装载或卸载晶圆。

抛光系统800包括用于操作晶圆的一个或多个机械臂806。机械臂806设置在装载锁模块804和处理室802之间，以确保抛光模块100和装载锁模块804之间的晶圆传输正常。例如，通过机械臂806将各晶圆从装载锁模块传输到其中一个抛光模块100中以进行抛光处理，并在此后通过机械臂806将晶圆传输回装载锁单元模块804。由于所公开的抛光系统800可通过简化程序抛光背面，各抛光模块100可抛光、清洁和干燥晶圆的背面104。由于晶圆104的正面104a受到空气支承单元120和边缘密封单元128的保护，可省略对晶圆104正面104a的清洁和干燥。因此，可通过一个抛光模块100、多个抛光模块100同时并行抛光、清洁和干燥多个晶圆来对晶圆104进行高效的抛光、清洁和干燥。抛光系统800可包括其他组件，如抛光模块100的冲洗单元118的化学制剂供应源。可移不同地配置抛光系统800。例如，抛光模块100的空气支承单元120可共用同一氮气源。

图9是根据一些实施例的用于抛光一个或多个半导体晶圆104的方法900的流程图。方法900在图8的抛光系统800中实施。方法900参考图8、9和其他附图进行说明。

方法900包括经由装载锁模块804将一个或多个晶圆装载至抛光系统800的操作902。例如，将诸如在foup中的一批或多批晶圆通过装载锁模块804装载至抛光系统800。

方法900包括通过机械臂806将晶圆从装载锁模块804转移到其中一个抛光模块100的操作904。例如，机械臂806顺序将4个晶圆分别转移到4个抛光模块100。在另一示例中，抛光系统800可包括两个或更多的机械臂806，以便同时将晶圆分别转移到抛光模块100。具体而言，在本实施例中，晶圆104转移到相应抛光模块100的衬底台102，如图1中所示，其结构为正面104a面对空气支承单元120。

方法900接下来进行操作906，在其中一个抛光模块100中对晶圆104进行抛光。操作906和以下操作通过一个抛光模块和一个晶圆进行说明。但是，如上，可同时在多个抛光模块上加工多个晶圆(如4个晶圆)。在本实施例中，在操作906期间，晶圆104的背面104b通过抛光头110进行抛光。

在抛光过程中，抛光系统800的各个模块和单元协同工作。因此，操作906包括多个子操作。尤其是，操作906包括通过抛光头110抛光晶圆104的背面104b的子操作906a；通过空气支承单元120为晶圆104的正面104a提供气压的子操作906b；以及通过边缘密封单元128密封晶圆104的边缘的子操作906c。

抛光晶圆104的背面104b的子操作906a可包括各种抛光模式。在一些实施例中，子操作906a包括同时将晶圆104绕轴106旋转和将抛光头110绕轴116旋转。在另一些实施例中，如图5a中所示，抛光头110尺寸较小。在该情况下，子操作906a包括同时将晶圆104绕轴106旋转，将抛光头110绕轴116旋转，以及径向清扫抛光头110。

操作906可进一步包括其他子操作。在操作906的这些实施例中，衬底台102将晶圆104固定，并让晶圆绕轴106以第一转速旋转；抛光头110位于并压在晶圆104的背面104b上，且绕轴116旋转；冲洗单元118可用于向晶圆的背面104b提供冲洗溶液；空气支承单元120为晶圆的正面104a提供空气支承；以及边缘密封单元128为晶圆104的边缘提供边缘密封。在一些实施例中，第一转速范围介于100转/每分钟(rpm)到180rpm之间。此外，可通过第一阀500调节至空气支承单元120的气体，并且可通过第二阀504调节至边缘密封单元128的气体。举例来说，在抛光过程期间，抛光头110作用在晶圆104的背面104b上的压力可在抛光过程中进行调节，例如，在第一抛光阶段期间为第一压力，然后在第二抛光阶段期间为第二压力。第二压力小于第一压力。

方法900接下来进行操作908，在同一抛光模块100中对晶圆104的背面104b进行清洁。在本实施例中，抛光头110更换到空闲位置，而将笔形清洁单元600置于晶圆104的背面104b上。在清洁过程中，抛光系统800的各个模块和装置协同工作。尤其是，衬底台102将晶圆104固定，并让晶圆绕轴106以第二转速旋转；笔形清洁单元600位于并压在晶圆104的背面104b上，并且可在晶圆104上径向移动；冲洗单元118可用于向晶圆104的背面104b提供冲洗溶液；空气支承单元120为晶圆的正面104a提供空气支承；以及边缘密封单元128为晶圆104的边缘提供边缘密封。在一些实施例中，第二转速与第一转速不同，例如小于第一转速。例如，第二转速范围可介于50rpm到150rpm之间。此外，可通过第一阀500将至空气支承单元120的气体调节至更低的水平，以对应来自笔形清洁单元600的海绵状尖端602的压力。在一些示例中，冲洗单元118可提供不同的化学溶液，以进行有效的清洁。在的一些实例中，在清洁过程期间，笔形清洁单元600的海绵状尖端602可从晶圆104的中心向边缘移动。

方法900接下来进行操作910，在同一抛光模块100中对晶圆104的背面104b进行干燥。在本实施例中，干燥过程为离心干燥过程。笔形清洁单元600可移动至空闲位置。在清洁过程中，抛光系统800的各个模块和单元协同工作。尤其是，衬底台102将晶圆104固定，并让晶圆绕轴106以基本高于第一和第二转速的第三转速旋转；边缘密封单元128为晶圆104的边缘提供边缘密封。在一些示例中，空气支承单元120可为晶圆的正面104a提供空气支承。在一些实施例中，第三转速范围可介于500rpm到1500rpm之间。

由此，晶圆104的背面104b在同一抛光模块中抛光、清洁和干燥。晶圆的正面104a受到空气支承单元120和边缘密封单元128的保护，免受损坏和污染。省略了对正面104a的各清洁和干燥过程。

晶圆104经抛光、清洁和干燥后，方法900包括操作912，以通过机械臂806将晶圆104转移到装载锁模块804。该操作与操作904相似，但互相颠倒。例如，从抛光模块100分别将多个晶圆转移到装载锁模块804。

方法900可进一步包括经由装载锁模块804将晶圆从抛光系统800卸载的操作914。方法900在上述操作之前、期间或之后可包括其他操作。例如，在操作912后，晶圆可被转移以用于诸如光刻胶涂覆和曝光的光刻图案化工艺。由于除晶圆正面的平坦度增强外，晶圆背面的平坦度也有所增加，曝光工艺的质量提高。

抛光系统800和方法900可进一步包括其他实施例或替代实施例。例如，尽管方法800描述了抛光晶圆背面，以提高背面平坦度的过程，但是抛光系统及其使用方法可用于抛光晶圆的正面。在一些实施例中，方法900可用于诸如3d封装或微电子机械系统(mems)封装的应用中，以用于从背面减薄晶圆。

本发明的实施例提供了一种抛光系统及其使用方法。通过使用所公开的抛光系统，可在同一抛光模块中抛光、清洁和干燥晶圆的背面。晶圆的正面受到空气支承单元和边缘密封单元的保护，免受损坏和污染。

本发明的实施例提供了现有技术中所不具备的优点，但是应理解其他实施例也可提供不同的优点，并非所有优点都有必要在文中进行讨论，且并非所有实施例都具需要特定的优点。不同优点可能出现在一些实施例中。通过使用公开的抛光系统和方法，晶圆的正面受到空气支承单元和边缘密封单元的保护，免受损坏和污染。省略了对正面的各清洁和干燥过程。制造成本降低，制造产量提高。

此外，晶圆背面的平坦度提高对光刻工艺有利。当集成电路发展为具有较小部件尺寸的先进技术节点，以及当半导体衬底包含诸如鳍式场效晶体管(finfet)的3d器件时，正面和背面轮廓都会影响光刻图案化工艺并降低图像分辨率。公开的抛光系统和方法提高了晶圆背面的平坦度，并提高了光刻图案化工艺的质量。

因此，根据一个实施例，本发明的实施例提供了一种半导体制造装置。装置包括可操作用于固定和旋转晶圆的晶圆台；经配置用于抛光晶圆的背面的抛光头；经配置用于在晶圆的正面上施加气压的空气支承模块；以及经配置用于密封晶圆的边缘边缘密封单元。

根据一些实施例，本发明的实施例提供了一种半导体制造系统。半导体制造系统包括用于装载和卸载多个晶圆的装载锁定模块；多个抛光模块；以及经配置在装载锁和多个模块之间的机械臂单元，其中机械臂单元可操作用于将一个晶圆转移到一个抛光模块。抛光模块中的每一个都进一步包括可操作用于固定晶圆并旋转晶圆的晶圆台；经配置用于抛光晶圆的背面的抛光头；以及可操作用于为晶圆的正面提供气压的空气支承模块。

根据一些实施例，本发明的实施例提供了一种半导体制造方法。方法包括抛光晶圆的背面；在抛光晶圆的背面期间对晶圆的正面施加气压；以及在抛光晶圆的背面期间密封晶圆的边缘。

本发明的实施例提供了一种半导体制造装置，包括：晶圆台，可操作为固定并且旋转晶圆；抛光头，配置为抛光所述晶圆的背面；空气支承模块，配置为将空气压力施加至所述晶圆的正面；以及边缘密封单元，配置为密封所述晶圆的边缘。

根据本发明的一个实施例，半导体制造装置还包括：固定夹具，设计为固定所述边缘密封单元并且具有开口；以及框架连接件，通过所述开口将所述空气支承单元和所述抛光头连接在一起。

根据本发明的一个实施例，其中，所述边缘密封单元包括o形环边缘密封单元以密封所述晶圆的边缘；以及所述o形环边缘密封单元通过旋转支承单元固定至所述固定夹具，所述旋转支承单元配置为使得所述o形环边缘密封单元能够与所述晶圆一起移动。

根据本发明的一个实施例，其中，所述边缘密封单元包括固定至所述固定夹具的空气边缘密封单元。

根据本发明的一个实施例，其中，所述空气支承模块连接至氮气源以将氮气支承提供至所述晶圆的正面。

根据本发明的一个实施例，其中，所述空气支承模块还包括支承表面，所述支承表面设计为将所述氮气传递到所述晶圆的正面和所述支承表面之间的支承间隙。

根据本发明的一个实施例，其中，所述支承表面包括多孔膜。

根据本发明的一个实施例，其中，所述抛光头包括将所述抛光头绕所述抛光头的中心旋转的机构。

根据本发明的一个实施例，其中，所述抛光头包括设计为抛光所述晶圆的背面的研磨面。

根据本发明的一个实施例，其中，所述抛光头包括配置为抛光所述晶圆的背面的多个砂带辊。

根据本发明的一个实施例，半导体制造装置还包括冲洗单元，所述冲洗单元可操作为冲洗所述晶圆的背面。

根据本发明的一个实施例，半导体制造装置还包括笔形清洁单元，所述笔形清洁单元包括海绵状尖端并且可操作为清洁所述晶圆的背面。

本发明的实施例还提供了一种半导体制造系统，包括：装载锁模块，用于装载和卸载多个晶圆；多个抛光模块，所述抛光模块中的每一个都包括：晶圆台，可操作为固定晶圆并且旋转所述晶圆；抛光头，配置为抛光所述晶圆的背面；以及空气支承模块，可操作为将空气压力提供至所述晶圆的正面；机械臂单元，配置在所述装载锁模块和所述多个模块之间，其中，所述机械臂单元可操作为将所述晶圆中的一个转移至所述抛光模块中的一个。

根据本发明的一个实施例，其中，所述抛光模块中的每一个都还包括配置为密封所述晶圆的边缘的边缘密封单元，其中，所述边缘密封单元为气密密封单元和o形环结构中的一个。

根据本发明的一个实施例，其中，所述抛光模块中的每一个都还包括：固定夹具，设计为固定所述边缘密封单元；以及框架连接件，通过所述框架连接件的开口将所述空气支承单元与所述抛光头连接在一起。

根据本发明的一个实施例，其中，所述抛光头包括配置为抛光所述晶圆的背面的多个砂带辊；以及所述抛光模块中的每一个都还包括具有海绵尖端的笔形清洁单元，其中，所述笔形清洁单元可操作为清洁所述晶圆的背面。

本发明的实施例还提供了一种半导体制造方法，包括：抛光晶圆的背面；在所述晶圆的背面的抛光期间，将空气压力施加至所述晶圆的正面；以及在所述晶圆的背面的抛光期间，密封所述晶圆的边缘。

根据本发明的一个实施例，其中，所述晶圆的边缘的密封包括施加氮气以气密密封所述晶圆的边缘或使用o形环结构密封所述晶圆的边缘。

根据本发明的一个实施例，方法还包括：对所述晶圆的背面执行笔形清洁工艺；以及离心干燥所述晶圆的背面；其中，所述晶圆的背面的抛光包括以大于零的第一转速旋转所述晶圆，对于所述晶圆的背面的笔形清洁工艺的执行包括以大于零的第二转速旋转所述晶圆，以及所述晶圆的背面的离心干燥包括以大于所述第一转速和所述第二转速的第三转速旋转所述晶圆。

根据本发明的一个实施例，其中，所述晶圆的背面的抛光还包括同时旋转抛光头和径向清扫所述抛光头。

上面论述了若干实施例的部件，使得本领域普通技术人员可以更好地理解本发明的实施例。本领域普通技术人员应该理解，可以很容易地使用本发明作为基础来设计或更改其他用于达到与这里所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点的处理和结构。本领域普通技术人员也应该意识到，这种等效构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。