一种晶圆承载装置的制作方法

本发明属于化学机械抛光技术领域，具体而言，涉及一种晶圆承载装置。

背景技术：

目前，化学机械抛光(chemicalmechanicalplanarization,cmp，也称化学机械平坦化)作为使晶圆获得全局平坦化的技术，已经发展成集抛光、晶圆传输、在线量测、清洗等技术于一体的装备。化学机械抛光通常将晶圆吸合在承载装置下部的承载头的底面，晶圆具有沉积层的一面抵压于抛光垫上表面，承载头在上部气动部件(upa,upperpneumaticassembly)的致动下与抛光垫同向旋转并给予晶圆向下载荷；同时，抛光液供给于抛光垫的上表面并分布在晶圆与抛光垫之间，使得晶圆在化学及机械的共同作用下完成晶圆的化学机械抛光。

现有技术中遇到的问题包括，化学机械抛光过程中容易发生晶圆表面被金属污染物划伤和/或金属污染物超标的问题，这都是在芯片制造领域难以接受的，特别是随着芯片制程的不断下探，对金属污染水平提出了前所未有的高要求。一般而言，一旦发现晶圆表面被金属污染物划伤或金属污染物超标，则可能需要更换全部相关耗材，从而大幅增加成本并降低生产效率。例如cn107301960a指出的，在半导体制程中，金属离子污染物被称为可移动离子污染源，在半导体材料中有很强的可移动性，会造成氧化物-多晶硅栅结构缺陷、pn结漏电流增加、少数载流子寿命减少、阈值电压的改变，对器件的良率和可靠性有严重的危害。

晶圆承载装置的承载头是化学机械抛光设备的重要部件，需要定期对承载头装卸以开展维保作业、更换部件以保证承载头的使用寿命。为了使承载头的多个气孔与上部气动组件的气孔之间彼此精确地对准，晶圆承载装置的承载头通过定位销与上部气动组件的连接件定位并经由卡箍与之连接，反之亦然；现有的定位销在安装过程中容易划伤金属连接件的安装面，从而产生诸如金属碎屑、金属微粒、金属颗粒之类的金属污染物，类似的，上部气动组件的连接件也可配置有用于与承载头的连接件的安装面定位的定位销，而该上部定位销也容易在安装过程中划伤承载头的连接件并产生金属污染物。

技术实现要素：

本发明旨在至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种晶圆承载装置，包括承载头和上部气动组件，所述承载头通过连接组件耦接至所述上部气动组件，所述连接组件包括定位销和具有定位销孔的法兰盘，

所述定位销的主体和法兰盘由金属材料制成，

所述定位销的部分或全部表面设置有非金属结构使得所述定位销与所述法兰盘接触不产生金属污染物。

在一些实施例中，所述非金属结构设置于所述定位销的插入所述定位销孔的端面处。

在一些实施例中，所述非金属结构形成为圆台，所述圆台与定位销结合的底面的直径等于所述定位销的直径并且所述圆台顶面的直径小于等于所述定位销的直径。

在一些实施例中，所述非金属结构由塑料、陶瓷、玻璃中的至少一种制成。

在一些实施例中，所述塑料为硬质工程塑料。

在一些实施例中，所述硬质工程塑料为硬质聚氯乙烯、聚乙烯、有机玻璃、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、尼龙、pet、abs、peek和/或pps。

在一些实施例中，所述非金属结构由含有纤维和/或石墨烯的复合塑料制成。

在一些实施例中，所述金属材料为不含有铝元素的硬质金属材料。

同时本发明还公开了一种晶圆承载装置，包括承载头和上部气动组件，所述承载头通过连接组件耦接至所述上部气动组件，所述连接组件包括定位销和具有定位销孔的法兰盘，所述法兰盘由金属材料制成并且所述定位销由非金属材料制成。

在一些实施例中，所述非金属材料为硬质聚氯乙烯、聚乙烯、有机玻璃、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、尼龙、pet、abs、peek、陶瓷、玻璃和/或pps。

本申请所述的一种晶圆承载装置，其结构合理，定位销的部分或全部表面设置有非金属材料结构，使得在对承载装置维保作业中以及所述定位销与所述法兰盘接触时不产生金属污染物，解决了晶圆表面容易被金属污染物划伤和/或金属污染物超标的问题。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：

图1是根据本发明所述一种化学机械抛光装置的结构示意图；

图2是根据本发明所述晶圆承载装置的结构示意图；

图3是根据本发明之承载头的结构示意图；

图4是根据本发明之上部气动组件的结构示意图；

图5a、5b、5c是根据本发明之定位销的结构示意图。

其中，数字附图标记的含义如下：

100-化学机械抛光装置；

10-抛光盘；

20-抛光垫；

30-晶圆承载装置；31-承载头；32-上部气动组件；33-连接组件；331a-下法兰盘；331b-上法兰盘；332-定位销；3321a、3321b、3321c-非金属结构；333a、333b-定位销孔；334a、334b-气孔；

40-修整装置；41-修整臂；42-修整头；

50-抛光液供应装置。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。

需要指出的是，本发明中的晶圆在业界有时也称为“基板”或“基片”，其含义大体相同，大多数情况下在cmp领域不做区分。

图1示出的化学机械抛光装置100包括抛光盘10、抛光垫20、晶圆承载装置30、修整装置40以及抛光液供应装置50；抛光垫20设置于抛光盘10上表面并与其一起沿轴线ax1旋转；可水平移动的晶圆承载装置30设置于抛光垫20上方，其下表面吸持有待抛光的晶圆w；修整装置40包括修整臂41及修整头42，修整臂41带动旋转的修整头42摆动以修整抛光垫20表面达到适于抛光的状态；抛光液供应装置50将抛光液散布于抛光垫20表面；抛光作业时，晶圆承载装置30将晶圆w的待抛光面抵压抛光垫20的表面，抛光液分布于抛光垫20与晶圆w之间，在化学机械的作用下完成晶圆表面材料的去除。

如图2所示，晶圆承载装置30包括承载头31及上部气动组件32(upa,upperpneumaticassembly)，承载头31通过连接组件33耦接至上部气动组件32，连接组件33包括下法兰盘331a、上法兰盘331b、至少一个定位销332以及未示出的卡箍；下法兰盘331a设置于承载头31顶部用于连接至上部气动组件32底部的上法兰盘331b。

图3示出了根据本发明的晶圆承载装置30的承载头31，其顶部的下法兰盘331a配置有至少一个定位销332、至少一个定位销孔333a和多个用于与上部气动组件32的气路连通的气孔334a；图4示出了根据本发明的晶圆承载装置30的上部气动组件32，其底部的上法兰盘331b配置有至少一个定位销332、至少一个定位销孔333b和多个气孔334b，承载头31的气孔334a与上部气动组件32的气孔334b分别彼此精密对准气密连接，使得上部气动组件32可以通过向承载头31中通入/排出气体调节承载头31的压力配方。作为替换性实施例，也可以仅在上法兰盘331b或下法兰盘331a上配置两个定位销332及对应的定位销孔。

当进行装配和/或维保作业时，需抬升承载头31以使其精确装配至上部气动组件32，使得承载头31的定位销332插入上部气动组件32的定位销孔333b和/或使得上部气动组件32的定位销332插入承载头31的定位销孔333a，以保证承载头31的气孔334a与上部气动组件32的气孔334b彼此精密对准，未示出的卡箍将下法兰盘331a及上法兰盘331b紧固，实现承载头31与上部气动组件32的装配连接。

作为本发明的一个实施例，如图2所示，下法兰盘331a、上法兰盘331b及定位销332的主体由金属材料制成，定位销332的至少一个端面和/或其邻近部分具有非金属结构，由于非金属结构的硬度远低于金属制成的法兰盘，它们之间彼此接触可以避免定位销332未对准插入定位销孔333a、333b而损伤法兰盘表面产生包括金属碎屑和/或金属微粒的金属污染，进而防止划伤晶圆或影响晶圆抛光的良品率。

图5a示出了根据本发明的定位销332的一种实施例变体，非金属结构3321a套设于定位销332的端部，定位销332的端部形成为圆台状，非金属结构3321a的上端直径小于其下端直径，使得定位销332便于与定位销孔333a、333b对准并防止两者未对准而损伤法兰盘表面产生金属碎屑和/或金属微粒。作为本实施例的一个变体，如图5b所示，非金属结构3321b与定位销332形成的组件的外端为柱状结构，在柱状结构的棱边做圆弧倒棱处理；作为本实施例的一个变体，如图5c所示，非金属结构3321c也可仅设置在定位销332圆周棱边处，即非金属结构3321c覆盖定位销332的棱边即可，以防止定位销332未对准插入定位销孔333a、333b而由金属材料制成的定位销332的棱边与金属制成的法兰盘331a、331b直接接触而产生金属碎屑和/或金属微粒等金属污染。

鉴于晶圆生产加工过程中需要严格防止铝离子污染的程度，作为本实施例的一个方面，下法兰盘331a、上法兰盘331b及定位销332由不含有铝元素的硬质金属材料，如不锈钢、钛合金，这样可以在抛光环境中减少铝离子的数量，将金属污染物控制在要求范围内。

作为本发明实施例的另一种变体，非金属结构也可覆盖设置于定位销332外周侧的全部表面或设置覆盖于定位销332的全部外表面，在承载头31与上部气动组件32连接装配时，非金属结构的设置使得定位销332与下法兰盘331a及上法兰盘331b接触时不产生金属污染物。

作为本发明实施例的另一种变体，非金属结构3321具有一定厚度，优选地，非金属结构3321的厚度为0.3mm-3mm，优选的，在图5a、图5b及图5c中示出的非金属结构3321的厚度为1.2mm。

作为本发明实施例的另一种变体，非金属结构3321由塑料、陶瓷、玻璃中的至少一种材料制成，优选的，所述塑料为硬质工程塑料。在一些实施例中，所述硬质工程塑料可以为硬质聚氯乙烯、聚乙烯、有机玻璃、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、尼龙、pet、abs、peek和/或pps。在图5a所示的实施例中，非金属结构3321可由peek制成。作为本实施例的一个方面，非金属结构3321由含有纤维和/或石墨烯的增强复合塑料制成，在保证定位销332与下法兰盘331a及上法兰盘331b接触时不产生金属污染物的前提下，纤维和/或石墨烯可提高定位销332的强度，防止上部气动组件32与承载头31之间在传递扭矩的过程中破坏定位销332，保证晶圆承载装置的正常运行；其中，所述纤维可以是用于增强塑料强度的玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维等中的一种或多种，所述纤维的长度为0.2mm至12mm，优选为1mm至5mm，所述纤维材料的重量比例为5％至50％，优选为15％至25％。

作为本发明的一个实施例，下法兰盘331a及上法兰盘331b由金属材料制成并且定位销332完全由非金属材料制成。在一些实施例中，所述非金属材料为陶瓷、玻璃、硬质聚氯乙烯、聚乙烯、有机玻璃、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、尼龙、pet、abs、peek和/或pps。优选地，所述非金属材料中含有纤维和/或石墨烯以增强所述定位销的强度，防止上部气动组件32与承载头31之间在传递扭矩时破坏定位销332，以保证晶圆承载装置的正常运行，其中，所述纤维可以是用于增强塑料强度的玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维等中的一种或多种，所述纤维的长度为0.2mm至12mm，优选为1mm至5mm。非金属材料制成的定位销332能够防止其与下法兰盘331a及上法兰盘331b接触时产生金属污染物。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。