晶圆边缘抛光设备及方法与流程

本发明涉及晶圆制备技术领域，特别是涉及一种晶圆边缘抛光设备及方法。

背景技术：

裸晶圆(barewafer)是半导体芯片制造过程中最基础也是最重要的原材料之一，其制造过程通常包括将多晶硅料通过cz(czochralski，直拉单晶法)等方法拉制成高品质的单晶硅棒的拉晶步骤、将单晶硅棒分割成多段单晶硅棒，同时进行单晶硅棒外径的研磨和加工切口(notch)的滚磨分段步骤、将单晶硅棒进行分割成晶圆的切割步骤，以及通过研磨提高晶圆表面平坦度的步骤等。

随着半导体制造技术的日益发展，器件的特征尺寸日益缩小而器件集成度日益增加，故而对晶圆的表面颗粒度、边缘及表面的平坦度等提出了更高的要求。在制备晶圆的切片工艺中，由于各种各样的原因，比如长晶过程中的温度不均衡或是切片过程中的应力问题等导致切片所得的晶圆边缘比较粗糙，存在凹凸不平、尖角等不良，在各种后续加工工艺中晶圆可能会受到外力的作用，当外力超出晶圆的最大负载或是应力过度集中时就会造成晶圆裂痕甚至破片等问题，严重影响工艺良率。因此，切片后通常会针对晶圆边缘进行抛光作业，以去除晶圆边缘的损伤或多余部分，从而得到边缘光滑的晶圆。

晶圆边缘抛光设备有很多种，其中一种是在卡盘的周向上设置抛光垫，晶圆放置于卡盘中央，当晶圆旋转时与抛光垫相接触，在抛光液的作用下实现晶圆的边缘抛光，而残余的抛光液则自抛光垫流到卡盘表面。由于抛光液中包括诸如微米或亚微米级的氧化铈或高纯硅粉等颗粒，这些颗粒容易堆积在抛光垫和卡盘的表面造成抛光垫的损伤和卡盘的污染，这些堆积的颗粒接触到晶圆时，容易在晶圆表面造成划痕，严重时甚至会导致晶圆碎片。故现有技术中通常需要定期对卡盘进行清洗，比如由工程师拿着清洗枪对卡盘进行手动清洗。手动清洗不仅很难确保清洗干净，而且费时较长，导致人力成本的上升和设备产出率的下降。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种晶圆边缘抛光设备及方法，用于解决现有的晶圆抛光设备需要进行手动清洗，抛光液中的颗粒积聚在抛光垫和卡盘上，造成抛光垫的损伤和卡盘的污染，且容易造成晶圆的损伤；手动清洗效率低下，导致人力成本的上升和设备产出率的下降等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种晶圆边缘抛光设备，包括：腔体、密封盖、卡盘、载台、抛光垫、清洗装置及控制器；所述密封盖可上下移动，以实现对所述腔体的关闭或打开；所述卡盘位于所述腔体内，所述卡盘包括底座及沿所述底座的边缘周向分布，且沿纵向向上延伸的环形侧壁，所述环形侧壁沿周向间隔分布有间隙；所述载台位于所述底座上，用于承载晶圆；所述抛光垫位于所述卡盘的环形侧壁上，且在所述环形侧壁内侧间隔分布；所述清洗装置包括喷嘴及清洗管路，所述喷嘴位于所述腔体内，所述清洗管路一端与清洗源相连接，另一端与所述喷嘴相连接，所述清洗管路上设置有自动控制阀；所述控制器与所述自动控制阀相连接，用于在边缘抛光工艺结束后，控制所述清洗装置对所述卡盘和抛光垫进行清洗。

可选地，所述晶圆边缘抛光设备还包括感应器，所述感应器与控制器相连接；所述感应器为多个，分别设置于所述密封盖和所述晶圆边缘抛光设备的上端盖板上，以通过感知所述腔体和所述上端盖板的距离变化，感知边缘抛光工艺是否结束。

可选地，所述喷嘴的材质包括不锈钢和陶瓷中的一种或两种。

可选地，所述清洗源包括去离子水。

可选地，所述晶圆边缘抛光设备还包括旋转装置，与所述卡盘及控制器相连接，用于在清洗过程中驱动所述卡盘旋转。

可选地，所述载台包括吸盘垫。

可选地，所述喷嘴通过固定盘与所述腔体相连接。

可选地，所述喷嘴包括设置于所述腔体顶部的第一喷嘴及设置于所述腔体侧壁的第二喷嘴，所述第一喷嘴自上而下向所述卡盘和抛光垫喷洒清洗液以对所述卡盘和抛光垫进行清洗，所述第二喷嘴自所述抛光垫之间的间隙向所述卡盘和抛光垫喷洒清洗液以对所述卡盘和抛光垫进行清洗。

本发明还提供一种晶圆边缘抛光方法，所述晶圆边缘抛光方法依上述任一方案中所述的晶圆边缘抛光设备进行，所述晶圆边缘抛光方法包括在晶圆边缘抛光工艺结束后对所述卡盘和抛光垫进行自动清洗的步骤。

如上所述，本发明的晶圆边缘抛光设备及方法，具有以下有益效果：本发明经改善的结构设计，从而可以在晶圆边缘抛光结束后可立即对设备进行自动清洗，可避免抛光液中的颗粒积聚在抛光垫和卡盘上，避免抛光垫的损伤和卡盘的污染，同时避免对晶圆造成损伤，且清洗过程高效彻底，有助于降低人力成本和提高设备产出率。通过提高抛光设备的清洁度，有助于提高抛光良率。

附图说明

图1显示为本发明的晶圆边缘抛光设备的结构示意图。

图2显示为图1的卡盘的结构示意图。

图3显示为图1的卡盘和抛光垫的位置关系的俯视示意图。

元件标号说明

11腔体

12密封盖

13卡盘

131底座

132环形侧壁

132a支撑柱

132b环状部

14载台

15抛光垫

161第一喷嘴

162第二喷嘴

17清洗管路

18自动控制阀

19感应器

20固定盘

21抛光头

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质技术内容的变更下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1至3所示，本发明提供一种晶圆边缘抛光设备，包括：腔体11、密封盖12(cover)、卡盘13(roundchuck)、载台14、抛光垫15(pad)、清洗装置及控制器(未示出)；所述密封盖12可上下移动，以实现对所述腔体11的关闭或打开；所述卡盘13位于所述腔体11内，所述卡盘13包括底座131及沿所述底座131的边缘周向分布，且沿纵向向上延伸的环形侧壁132，所述环形侧壁132沿周向间隔分布有间隙；所述载台14位于所述底座131上，用于承载晶圆；所述抛光垫15位于所述卡盘13的环形侧壁132上，且在所述环形侧壁132内侧间隔分布；所述清洗装置包括喷嘴及清洗管路17，所述喷嘴位于所述腔体11内，所述清洗管路17一端与清洗源(未示出)相连接，另一端与所述喷嘴相连接，所述清洗管路17上设置有自动控制阀18；所述控制器与所述自动控制阀18相连接，用于在边缘抛光工艺结束后，控制所述清洗装置对所述卡盘13和抛光垫15进行清洗。抛光作业过程中，晶圆放置于载台14上并升至预定高度，在载台14带动下旋转，位于卡盘13上部(通常位于卡盘13正中央的上方)的抛光液供给喷嘴向晶圆表面供应抛光液，随着晶圆的旋转，抛光液扩散到晶圆的边缘，晶圆边缘与抛光垫15接触而实现边缘抛光。当边缘抛光工艺结束，所述控制器控制所述自动控制阀18打开，以通过所述喷嘴向所述卡盘13和抛光垫15喷洒清洗液，由此对所述卡盘13和抛光垫15进行清洗。本发明经改善的结构设计，从而可以在晶圆边缘抛光工艺结束后可立即对设备进行自动清洗，可避免抛光液中的颗粒(包括研磨后产生的颗粒)积聚在抛光垫和卡盘上，避免抛光垫的损伤和卡盘的污染，同时避免对晶圆造成损伤，且清洗过程高效彻底，有助于降低人力成本和提高设备产出率。通过提高抛光设备的清洁度，有助于提高抛光良率。

在一示例中，所述控制器包括但不限于plc控制器。所述控制器内可以预存有边缘抛光工艺的生产参数(recipe)，这些参数包括但不限于抛光时间、抛光液流量、卡盘旋转速度等，控制器根据预存的参数可以知晓边缘抛光工艺何时开始，何时结束，因而可以在抛光工艺结束后，第一时间开启清洗装置进行清洗作业。本示例中的控制器可以同时控制抛光工艺，比如控制卡盘的旋转速度、抛光液流量等，即控制清洗装置和控制抛光工艺的控制器可以集成在同一处或者可以合二为一。

而在另一示例中，所述晶圆边缘抛光设备还包括感应器19，所述感应器19与控制器相连接；所述感应器19为多个，分别设置于所述密封盖12和所述晶圆边缘抛光设备的上端盖板上(未示出，上端盖板位置通常为固定，其通常通过支撑柱固定于腔体11的上方，且其高度通常为密封盖12的最大高度)，以通过感知所述腔体11和所述上端盖板的距离变化，感知边缘抛光工艺是否结束，而所述控制器则根据所述感应器19的感应结果，判断是否要启动所述清洗装置。作为示例，所述感应器19包括但不限于磁力感应器，通过磁力感应器之间的磁力吸附感应距离的变化以知晓所述晶圆边缘抛光设备所处的作业状态，由此实现清洗作业的自动控制。在其他示例中，所述感应器19还可以为其他类型的感应器，比如为图像传感器，图像传感器可以设置于所述密封盖12内侧的顶部，通过图像传感器判断所述腔体11内是否有晶圆以判断是否要启动所述清洗装置，本实施例中不做严格限制。

当然，在其他示例中，所述控制器还可以为诸如上位机等控制器，整个所述晶圆边缘抛光设备可通过同一中央控制器实现整个设备的自动化控制。

所述腔体11和密封盖12，包括前述提及的上端盖板都优选为透明材质，比如为透明塑料，以便于在抛光作业过程中进行观察。

作为示例，所述载台14包括但不限于吸盘垫，所述吸盘垫的大小尺寸与待抛光晶圆相匹配。为提高吸附效果，所述吸盘垫包括多个同心环形圈及连接多个环形圈之间的支撑部，环形圈之间为间隙，以通过间隙对晶圆进行真空吸附。为放置所述吸盘垫，所述卡盘13的底座131中央放置有圆形吸盘，圆形吸盘上设置有多个气孔连接至真空泵。这些间隙内容易被抛光液颗粒堵塞而造成对晶圆的吸附力下降，但本发明通过改善的结构设计可对吸盘垫进行及时清洗，避免颗粒物累积，以确保吸盘垫工作在最佳状态，从而有助于提高抛光良率。所述晶圆边缘抛光设备还进一步包括晶圆升降装置，所述晶圆升降装置可与所述圆形吸盘相连接，以根据不同的工艺需要，将晶圆移动到既定的高度。

所述卡盘13的一例示性结构如图2所示。具体地，所述卡盘13包括底座131及沿所述底座131的边缘周向分布的环形侧壁132，所述环形侧壁132包括多个间隔分布的支撑柱132a以及位于所述多个支撑柱132a顶部的，与多个支撑柱132a相连接的环状部132b。所述抛光垫15可以活动连接于所述支撑柱132a上。

在一示例中，所述喷嘴通过波纹管与所述清洗管路17相连接，以使所述喷嘴的喷洒角度可调。

作为示例，所述喷嘴的材质包括但不限于不锈钢和陶瓷中的一种或两种。所述喷嘴的进水口的横截面积可小于出水口的横截面积，以使喷嘴喷洒的水流喷扫到卡盘13和抛光垫15上时具有较大的压强，比如为1mpa～5mpa，通过较大的冲刷力将抛光液残留物去除。

所述清洗源可以根据需要选择。本实施例中，作为示例，所述清洗源包括去离子水。所述晶圆抛光设备可以进一步包括回收装置(未示出)，以对清洗液进行回收利用。

作为示例，所述晶圆边缘抛光设备还包括旋转装置，与所述卡盘13及控制器相连接，用于在清洗过程中在所述控制器的控制下驱动所述卡盘13旋转。在卡盘13旋转过程中，抛光垫15被同步旋转，旋转过程中因离心力作用而与晶圆边缘接触，实现晶圆边缘抛光。本实施例中，所述抛光垫15包括多个独立的模块，比如为12个间隔分布的模块，多个独立的抛光垫15在所述卡盘13的环形侧壁132内侧间隔分布，具体可以参考图3所示。各独立模块下的抛光垫15的厚度、高度、角度等参数可以根据需要灵活设置，以满足不同的工艺需要。所述抛光垫15与晶圆边缘相接触的表面可以为弧形面，所述弧形面的弧度与晶圆的弧度相匹配，以使抛光垫15和晶圆更好地贴合，可以有效降低晶圆的碎片风险，且显著提高抛光效果。

为便于固定所述喷嘴，且避免清洗管路17产生晃动而导致清洗液供应的不稳定，作为示例，所述喷嘴通过固定盘20与所述腔体11相连接，即所述固定盘20固定于所述腔体11的内侧，而所述喷嘴和清洗管路17则与所述固定盘20相连接。

所述晶圆边缘抛光设备还包括抛光液供给装置(未示出)，具体可以包括抛光液供给管路及抛光液供给喷嘴，所述抛光液供给喷嘴延伸到所述卡盘13的上方，以向晶圆表面供应抛光液。所述晶圆边缘抛光设备还进一步包括抛光头21(polishinghead)，位于所述卡盘13的上方，且可以对应位于抛光垫15的上方，且抛光头的位置通常可以调整，以满足不同的抛光需求。

作为示例，所述喷嘴包括设置于所述腔体11顶部的第一喷嘴161及设置于所述腔体11侧壁的第二喷嘴162，所述第一喷嘴161自上而下向所述卡盘13和抛光垫15喷洒清洗液以对所述卡盘13和抛光垫15进行清洗，所述第二喷嘴162自所述抛光垫15之间的间隙向所述卡盘13和抛光垫15喷洒清洗液以对所述卡盘13和抛光垫15进行清洗。所述第一喷嘴161和第二喷嘴162可以为单个或多个，第一喷嘴161的规格和第二喷嘴162的规格可以相同或不同。通过设置第一喷嘴161及第二喷嘴162，可以实现对卡盘13和抛光垫15，包括载台14的全方位清洁，提高设备的洁净度，以提高抛光良率。且在清洗过程中，可以旋转所述卡盘13，以提高清洁效果。

本实施例的晶圆边缘抛光设备的其他结构均与现有技术中基本相同，由于此部分内容为本领域技术人员所熟知，出于简洁的目的不赘述。

本发明还提供一种晶圆边缘抛光方法，所述晶圆边缘抛光方法可依前述任一项所述的晶圆边缘抛光设备进行，故对所述晶圆边缘抛光设备的介绍还请参考前述内容，出于简洁的目的不赘述。所述晶圆边缘抛光方法包括在晶圆边缘抛光工艺结束后对所述卡盘和抛光垫进行自动清洗的步骤，由此避免抛光液颗粒的残留，避免抛光垫的损伤和卡盘的污染，提高抛光良率。且整个过程自动进行，可以提高设备产出率。具体地，所述自动清洗步骤在晶圆移除后，密封盖下降覆盖所述腔体后进行，并在下一片晶圆即将到达时停止清洗作业。即本发明利用抛光工艺的短暂间隙进行设备的自动清洗，不影响设备正常的边缘抛光作业，相较于现有技术中需停机清洗的方式，可以提高设备产出率。

综上所述，本发明提供一种晶圆边缘抛光设备和边缘抛光方法。所述晶圆边缘抛光设备包括腔体、密封盖、卡盘、载台、抛光垫、清洗装置及控制器；所述密封盖可上下移动，以实现对所述腔体的关闭或打开；所述卡盘位于所述腔体内，所述卡盘包括底座及沿所述底座的边缘周向分布，且沿纵向向上延伸的环形侧壁，所述环形侧壁沿周向间隔分布有间隙；所述载台位于所述底座上，用于承载晶圆；所述抛光垫位于所述卡盘的环形侧壁上，且在所述环形侧壁内侧间隔分布；所述清洗装置包括喷嘴及清洗管路，所述喷嘴位于所述腔体内，所述清洗管路一端与清洗源相连接，另一端与所述喷嘴相连接，所述清洗管路上设置有自动控制阀；所述控制器所述自动控制阀相连接，用于在边缘抛光工艺结束后，控制所述清洗装置对所述卡盘和抛光垫进行清洗。本发明经改善的结构设计，从而可以在晶圆边缘抛光结束后可立即对设备进行自动清洗，可避免抛光液中的颗粒积聚在抛光垫和卡盘上，避免抛光垫的损伤和卡盘的污染，同时避免对晶圆造成损伤，且清洗过程高效彻底，有助于降低人力成本和提高设备产出率。通过提高抛光设备的清洁度，有助于提高抛光良率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。