晶圆抓取装置、抛光设备及应用的制作方法

本发明涉及半导体，具体涉及晶圆抓取装置、抛光设备及应用。

背景技术：

1、随着半导体wafer(晶圆)的高集成度增加，平坦化作业变得越发重要，chemicalmechanical polishing(cmp)工艺正是用于实现晶圆平坦化的制造技术。cmp工艺主要用于对晶圆正面进行研磨(抛光)去除杂质和颗粒，

2、cmp工艺是一种在cmp用转盘上利用研磨剂(slurry)将晶圆进行机械性，化学性研磨的技术。通过在晶圆表面和转盘表面发生现象，结束cmp工艺后的晶圆状态会发生改变。因此，cmp工艺中需要研磨剂和转盘，另外还需要使晶圆和转盘表面接触的设备结构(即晶圆抓取装置)。

3、现有的晶圆抓取装置用于抓取晶圆的示意图如图1所示：晶圆抓取装置将晶圆水平固定后与转盘表面进行接触。另外在抓住并固定晶圆的同时，晶圆抓取装置会进行一定量的旋转。这个旋转运动会给机械研磨带来影响。

4、现有的晶圆抓取装置包括采用不锈钢材质制成的支架，所述支架的下端设置有膜层，在支架的下端在膜层的外侧设置有固定环，该固定环用于晶圆抓取装置抓取晶圆背面是对晶圆侧壁进行限位，现有的固定环采用聚四氟乙烯制成，所述晶圆抓取装置还包括与膜层和固定环连通的真空管和第二气管，真空管用于穿过膜层后对晶圆背面从重力方向施加与重力相反的方向施加压力，有可以使晶圆不从重力方向所掉落从而抓住晶圆，第二气管用于向固定环内通气，使得具有一定孔隙度的聚四氟乙烯膨胀，使得固定环内壁与晶圆侧壁接触，进一步确保晶圆不从晶圆抓取装置上掉落，该固定环不具备对晶圆侧壁以边缘进行去除杂质和颗粒的作用，还包括用于向晶圆施加压力的第二气管。

5、现有的晶圆抓取装置具有可以从背面抓住晶圆，从背面加压使得晶圆不掉落的作用。但是没有对于晶圆边缘,特别是晶圆侧壁部分的作用。也就说，不可以从晶圆边缘和晶圆侧壁部分加压施加机械性的力量，没有去除晶圆边缘和晶圆侧壁部分的异物质和颗粒的技能。

6、后续达到清洗工艺采用刷子和海绵对晶圆边缘和晶圆侧壁的清洗也是有限的，不能对附着力较强的杂质和颗粒进行去除。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供晶圆抓取装置，将该抓取机构不仅能够用于抓取晶圆对晶圆进行正面抛光时，且能够在cmp工艺后对晶圆侧壁及边缘的杂质和颗粒进行去除。

2、此外，本发明还提供包括上述晶圆抓取装置的抛光设备及其应用。

3、本发明通过下述技术方案实现：

4、晶圆抓取装置，包括支架，所述支架的下方设置有膜层，所述支架的下端在膜层外侧设置有固定环，所述固定环采用聚四氟乙烯制成，还包括与固定环连通的第一气管，所述固定环的内侧嵌入有环形衬垫，所述环形衬垫在外力作用下能够发生形变，所述环形衬垫的上端面高于晶圆背面，所述环形衬垫的下端面低于晶圆正面。

5、在现有技术的晶圆抓取装置中，支架为整体支撑结构，一般为采用不锈钢制成的柱状结构，膜层的设置是避免晶圆与支架刚性接触，固定环的设置是对晶圆在抓取过程中对晶圆侧壁进行限位，晶圆的在重力方向的固定时通过真空管实现，在支架内设置有多个用于吸附晶圆的真空管，通过真空吸附实现晶圆的固定，同时，支架上还设置有第一气管和第二气管，所述第一气管用于向固定环内充气，使采用聚四氟乙烯制成的固定环膨胀接触晶圆外壁，所述第二气管用于向膜层施加压力，进而向下挤压晶圆使晶圆与其下方的转盘接触以实现对晶圆正面研磨(抛光)。

6、上述现有的晶圆抓取装置不能对晶圆侧壁上的杂质和颗粒进行去除，同时也会导致晶圆边缘残留杂质和颗粒。

7、本发明对现有晶圆抓取装置中的固定环进行了改进，不再采用单一材料(聚四氟乙烯)，而是在固定环的内壁嵌入一个环形衬垫，所述环形衬垫在外力作用下能够发生形变，即环形衬垫具有可压缩性，当环形衬垫(聚四氟乙烯部分)充气后膨胀，产生的膨胀立对环形衬垫施加压力，进而使得环形衬垫产生形变(被压缩)，由于固定环的结构特点，使得环形衬垫只能沿着径向向内延伸挤压晶圆侧壁，同时，由于述环形衬垫的上端面高于晶圆背面，所述环形衬垫的下端面低于晶圆正面，当环形衬垫挤压晶圆侧壁时环形衬垫的内壁的上下端分别包裹着晶圆背面边缘和正面边缘，本发明中固定环的内侧具体是指靠近晶圆的一侧。

8、综上，本发明通过在固定环内侧设置一个可压缩的环形衬垫，当固定环充气固定晶圆侧壁时，环形衬垫挤压晶圆侧壁同时包裹住晶圆背面边缘和正面边缘，实现了对晶圆侧壁和边缘杂质和颗粒的去除。

9、进一步地，环形衬垫的材料为聚氨酯，其硬度选用在shore d基准的30d～45d。

10、进一步地，环形衬垫的内部存在孔洞，孔洞密度为10％～40％。

11、进一步地，固定环的内侧壁沿着径向向外凹陷形成环形凹槽，所述环形衬垫置于环形凹槽内。

12、进一步地，固定环由上部环形体和下部环形体构成，所述上部环形体和下部环形体之间沿着径向由内到外依次设置有环形衬垫和压缩块，所述压缩块为与环形衬垫呈同心设置的环形结构，所述压缩块的压缩性大于上部环形体和下部环形体的压缩性，所述压缩块的外侧设置有挡块，所述上部环形体和下部环形体具有相同压缩性。

13、上述结构的最终效果也是实现环形衬垫挤压晶圆侧壁和包裹晶圆边缘。工作过程如下：

14、当上部环形体和下部环形体充气膨胀时，环形衬垫和压缩块均被上部环形体和下部环形体加压产生在径向上的形变力，由于所述压缩块的外侧设置有挡块，所述挡块能够阻挡压缩块沿着径向向外变形，于是产生挤压环形衬垫的力，使得环形衬垫快速向内侧移动挤压晶圆并包裹晶圆边缘。

15、进一步地，上部环形体和下部环形体的内侧均设置有压缩层，所述压缩层压缩性大于上部环形体和下部环形体的压缩性且小于压缩块的压缩性。

16、进一步地，压缩块的材质为pps(polyphenylene sulfide)或peek(polyetheretherketone)。

17、进一步地，固定环的压缩性大于等于1％。

18、一种晶圆抛光设备，包括晶圆抓取装置，还包括用于晶圆正面抛光的转盘，所述转盘设置在晶圆抓取装置下方。

19、晶圆抓取装置或晶圆抛光设备在晶圆抛光中的应用。

20、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

21、1、本发明的固定环由采用单一材料(聚四氟乙烯)制成的一体结构改进成了采用聚四氟乙烯和聚氨酯两种材料构成的结构，采用聚氨酯制成的环形衬垫置于固定环内侧，环形衬垫受到固定环挤压时发生形变从而挤压晶圆侧壁和包裹晶圆边缘，实现了对晶圆侧壁和边缘的杂质和颗粒去除。

22、2、本发明能够采用同一套设备实现对晶圆正面和侧壁进行杂质和颗粒去除，有效提高了晶圆侧壁的良率。

23、3、本发明无需在进行cmp工艺后再进行清洗工艺单独对晶圆侧壁进行清洗，节约了工序，提高了工作效率。

技术特征：

1.晶圆抓取装置，包括支架(1)，所述支架(1)的下方设置有膜层(8)，所述支架(1)的下端在膜层外侧设置有固定环(5)，所述固定环(5)采用聚四氟乙烯制成，还包括与固定环(5)连通的第一气管(4)，其特征在于，所述固定环(5)的内侧嵌入有环形衬垫(6)，所述环形衬垫(6)在外力作用下能够发生形变，所述环形衬垫(6)的上端面高于晶圆(7)背面，所述环形衬垫(6)的下端面低于晶圆(7)正面。

2.根据权利要求1所述的晶圆抓取装置，其特征在于，所述环形衬垫(6)的材料为聚氨酯。

3.根据权利要求2所述的晶圆抓取装置，其特征在于，所述环形衬垫(6)的内部存在孔洞，孔洞密度为10％～40％。

4.根据权利要求1所述的晶圆抓取装置，其特征在于，所述固定环(5)的内侧壁沿着径向向外凹陷形成环形凹槽，所述环形衬垫(6)置于环形凹槽内。

5.根据权利要求1所述的晶圆抓取装置，其特征在于，所述固定环(5)由上部环形体和下部环形体构成，所述上部环形体和下部环形体之间沿着径向由内到外依次设置有环形衬垫(6)和压缩块(9)，所述压缩块(9)为与环形衬垫(6)呈同心设置的环形结构，所述压缩块(9)的压缩性大于上部环形体和下部环形体的压缩性，所述压缩块(9)的外侧设置有挡块(11)。

6.根据权利要求5所述的晶圆抓取装置，其特征在于，所述上部环形体和下部环形体的内侧均设置有压缩层(10)，所述压缩层(10)压缩性大于上部环形体和下部环形体的压缩性且小于压缩块(9)的压缩性。

7.根据权利要求5所述的晶圆抓取装置，其特征在于，所述压缩块(9)的材质为pps或peek。

8.根据权利要求1-7任一项所述的晶圆抓取装置，其特征在于，所述固定环(5)的压缩性大于等于1％。

9.一种晶圆抛光设备，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述晶圆抓取装置，还包括用于晶圆(7)正面抛光的转盘，所述转盘设置在晶圆抓取装置下方。

10.如权利要求1-8任一项所述晶圆抓取装置或权利要求9所述晶圆抛光设备在晶圆(7)抛光中的应用。

技术总结
本发明公开了晶圆抓取装置、抛光设备及应用，晶圆抓取装置包括支架，所述支架的下方设置有膜层，所述支架的下端在膜层外侧设置有固定环，所述固定环采用聚四氟乙烯制成，还包括与固定环连通的第一气管，所述固定环的内侧嵌入有环形衬垫，所述环形衬垫在外力作用下能够发生形变，所述环形衬垫的上端面高于晶圆背面，所述环形衬垫的下端面低于晶圆正面。本发明通过在固定环内侧设置一个可压缩的环形衬垫，当固定环充气固定晶圆侧壁时，环形衬垫挤压晶圆侧壁同时包裹住晶圆背面边缘和正面边缘，实现了对晶圆侧壁和边缘杂质和颗粒的去除。

技术研发人员：李善雄
受保护的技术使用者：成都高真科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12