CN109434671A - 一种晶圆加工设备及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶圆加工设备及加工方法，其中，晶圆加工设备包括：晶圆研磨装置、晶圆检测装置及晶圆清洗装置；晶圆经晶圆研磨装置研磨后，通过晶圆检测装置进行检测，而后通过晶圆清洗装置进行清洗。本发明通过位于晶圆研磨装置及晶圆清洗装置之间的晶圆检测装置，对晶圆进行检测，使得晶圆经研磨后，可及时的进行晶圆检测，缩小异常晶圆的范围，且异常晶圆可直接在晶圆检测装置处卸载，从而可简化异常晶圆的再处理流程，且晶圆检测装置为晶圆装载端口提供了更大的设备空间，提升产能。

Description

一种晶圆加工设备及加工方法

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，涉及一种晶圆加工设备及加工方法。

背景技术

在半导体的生产工艺中，经常需要进行化学机械研磨(Chemical MechanicalPolishing，CMP)工艺，也称为化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization)，CMP是利用混有极小磨粒的研磨液与晶圆表面发生化学反应，来改变晶圆表面的化学键，在晶圆表面生成容易以机械方式去除的化学产物，再经机械摩擦去除化学产物，获得超光滑、无损伤、平坦化的晶圆表面。其中，在研磨的过程中，由于摩擦作用，会产生大量的热量，从而会促使研磨液与晶圆表面发生反应而形成化学残留物等研磨副产物，附着于晶圆表面；另外，研磨液中也含有添加剂等大分子有机物和颗粒，这些大分子有机物和颗粒也会附着于晶圆表面；因而研磨副产物及研磨液中的大分子有机物和颗粒，会降低后续制备的晶圆的性能。为此晶圆经CMP后，通常都会进行晶圆清洗的步骤，以去除CMP中所产生的研磨副产物及研磨液中的大分子有机物和颗粒，从而控制晶圆缺陷，提高后续制备的晶圆的性能。

随着晶圆工艺窗口的缩小，晶圆的检测(如晶圆厚度检测、表面形貌检测)发挥了越来越大的作用。如图1，现有技术中，在晶圆通过研磨装置101进行CMP之后，通常通过清洗装置102进行清洗及干燥，而后经机械手臂将晶圆传送至位于清洗装置102后端的晶圆在线检测点103，以对晶圆进行检测，并将收集到的数据反馈给研磨装置101，用以调整CMP的工艺参数，比如减慢研磨去除率或者降低下压力等，最后将晶圆传送至装载端口104。但将晶圆在线检测点103设置于清洗装置102之后，延迟了异常晶圆对研磨装置101的反馈，如图1，如果当晶圆在线检测点103检测到异常晶圆，并将信息反馈给研磨装置101时，此刻异常晶圆的数量已达7张以上，因而异常晶圆的范围较大；且如若对异常晶圆进行再处理时，需要将异常晶圆人为的从装载端口104中转出，因而异常晶圆再处理流程较复杂。

因此，提供一种新的晶圆加工设备及加工方法，以实现晶圆研磨过后，及时对经研磨过后的晶圆进行检测，以缩小异常晶圆的范围，并简化异常晶圆的再处理流程，从而解决上述晶圆检测的问题，实属必要。

发明内容

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加工设备及加工方法，用于解决现有技术中经研磨后的晶圆不能及时进行晶圆检测，造成异常晶圆的范围较大，异常晶圆的再处理流程较复杂的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种晶圆加工设备，所述晶圆加工设备包括：

晶圆研磨装置，所述晶圆研磨装置至少包括一个晶圆研磨模组，通过所述晶圆研磨模组对晶圆进行研磨；

晶圆检测装置，所述晶圆检测装置至少包括一个晶圆检测模组，所述晶圆经所述晶圆研磨模组研磨后，通过所述晶圆检测模组对所述晶圆进行检测；

晶圆清洗装置，所述晶圆经所述晶圆检测模组检测后，通过所述晶圆清洗装置进行清洗。

可选地，所述晶圆检测模组的个数的范围包括2～6。

可选地，所述晶圆检测装置的移动方式包括平移式及旋转式中的一种。

可选地，所述晶圆检测装置的旋转角度的范围包括10°～360°。

可选地，所述晶圆检测装置作用于所述晶圆的时间小于等于所述晶圆研磨装置作用于所述晶圆的时间。

可选地，所述晶圆检测装置与所述晶圆研磨装置具有相同的分布形貌。

可选地，所述晶圆研磨装置包括晶圆装卸部，且所述晶圆检测模组在所述晶圆装卸部中对所述晶圆进行检测。

可选地，所述晶圆检测模组包括干涉仪、椭偏仪、散射探测仪、扫描电子显微镜及原子力显微镜中的一种或组合。

本发明还提供一种晶圆加工方法，包括以下步骤：

提供所述晶圆加工设备；

通过所述晶圆研磨模组对晶圆进行研磨；

通过所述晶圆检测模组对所述晶圆进行检测；

通过所述晶圆清洗装置对所述晶圆进行清洗。

可选的，在清洗所述晶圆之前，还包括对所述晶圆进行由研磨及检测所组成的循环步骤。

如上所述，本发明的晶圆加工设备及加工方法，具有以下有益效果：通过位于晶圆研磨装置及晶圆清洗装置之间的晶圆检测装置，对晶圆进行检测，使得晶圆经研磨后，可及时的进行晶圆检测，缩小异常晶圆的范围，且异常晶圆可直接在晶圆检测装置处卸载，而后继续进入晶圆研磨模组进行研磨，从而可简化异常晶圆的再处理流程，且晶圆检测装置为晶圆装载端口提供了更大的设备空间，提升产能。

附图说明

图1显示为现有技术中的晶圆进行CMP工艺中的加工设备的结构示意图。

图2显示为实施例一中的晶圆加工设备的结构示意图。

图3显示为实施例二中的晶圆加工方法的流程示意图。

元件标号说明

101 研磨装置

102 清洗装置

103 晶圆在线检测点

104 装载端口

100 晶圆研磨装置

110 晶圆研磨模组

111 研磨垫

112 研磨头

120 晶圆装卸部

200 晶圆检测装置

210 晶圆检测模组

300 晶圆清洗装置

400 晶圆装载端口

500 机械手臂

600 运行路径

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2～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得能涵盖的范围内。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，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例一

如图2，本实施例提供一种晶圆加工设备，所述晶圆加工设备包括晶圆研磨装置100、晶圆检测装置200及晶圆清洗装置300。所述晶圆研磨装置100至少包括一个晶圆研磨模组110，通过所述晶圆研磨模组110对晶圆进行研磨；所述晶圆检测装置200至少包括一个晶圆检测模组210，所述晶圆经所述晶圆研磨模组110研磨后，通过所述晶圆检测模组210对所述晶圆进行检测；所述晶圆经所述晶圆检测模组210检测后，通过所述晶圆清洗装置300进行清洗。

本实施例中的晶圆加工设备通过位于所述晶圆研磨装置100及晶圆清洗装置300之间的所述晶圆检测装置200，对所述晶圆进行检测，使得所述晶圆经研磨后，可及时的进行检测，因而可缩小异常晶圆的范围，且异常晶圆可直接在所述晶圆检测装置200处卸载，而后再次进入所述晶圆研磨模组110中进行研磨，从而可简化异常晶圆的再处理流程，且所述晶圆检测装置200为晶圆装载端口400提供了更大的设备空间，提升产能。

具体的，位于所述晶圆装载端口400中的所述晶圆转移至所述晶圆研磨装置100中的所述晶圆研磨模组110中，其中，所述晶圆研磨模组110包括研磨垫111、研磨头112以及研磨液供应结构(未图示)。所述晶圆附着在所述研磨头112上，所述晶圆的待研磨面向下并接触相对旋转的所述研磨垫111，所述研磨头112提供的下压力将所述晶圆紧压到所述研磨垫111上，并通过所述研磨液供应结构输送的研磨液进行研磨。本实施例中，所述晶圆研磨装置100采用较为常用的CMP研磨设备，即包括3个所述晶圆研磨模组110及1个晶圆装卸部120，从而对所述晶圆进行分步研磨，制备具有超光滑、无损伤、平坦化的所述晶圆表面。其中，所述晶圆装卸部120可用于装卸所述晶圆及清洗所述研磨头112。所述晶圆研磨模组110及晶圆装卸部120的具体个数此处不作限制，可根据需要进行选择。图2中示意了所述晶圆在所述晶圆研磨装置100中的运行路径600。所述晶圆首先进入第一晶圆研磨模组，并通过第一研磨垫以进行第一研磨；而后经由吸附所述晶圆的所述研磨头112的旋转，将所述晶圆转移至第二晶圆研磨模组中的第二研磨垫上，以进行第二研磨；而后再由所述研磨头112的旋转，将所述晶圆转移至第三晶圆研磨模组中的第三研磨垫上，以进行第三研磨；从而实现对所述晶圆的精细研磨。最后经由所述研磨头112的旋转，将所述晶圆转移至所述晶圆装卸部120处，完成对所述晶圆的研磨。完成研磨的所述晶圆装载于所述晶圆检测装置200中，并通过所述晶圆检测模组210进行检测，从而判定所述晶圆的质量。其中，经判定合格的所述晶圆可通过机械手臂500的传送转移至所述晶圆清洗装置300中进行清洗。由于所述晶圆检测装置200置于所述晶圆清洗装置300之前，因此可在所述晶圆装载端口400处节省出空间，以容纳更多的所述晶圆装载端口400，从而进一步提高生产效率。但由于所述晶圆未进行清洗而直接进行检测，可能对所述晶圆的检测精准度产生影响，因此本领域技术人员也可根据具体需要在所述晶圆清洗装置300后设置包括所述晶圆检测装置200的检测装置，以便于进一步的提高所述晶圆的检测精准度，此处不作限制。

作为该实施例的进一步实施例，所述晶圆检测模组210的个数的范围包括2～6，以扩大所述晶圆加工设备的适用范围。

具体的，由于所述晶圆研磨装置100采用现有的含有3个所述晶圆研磨模组110及1个所述晶圆装卸部120的结构，因此为提高所述晶圆检测装置200的适用性及操作便捷性，优选为所述晶圆检测装置200包含4个所述晶圆检测模组210，以便于所述晶圆检测模组210与所述晶圆研磨装置100对应设置。所述晶圆检测模组210的具体个数与所述晶圆检测模组210的检测速度相关，具体个数可根据实际检测需要进行选择，此处不作限制。

作为该实施例的进一步实施例，所述晶圆检测装置200的移动方式包括平移式及旋转式中的一种。

具体的，当所述晶圆检测装置200的检测速度较快时，所述晶圆检测装置200可仅包含1个所述晶圆检测模组210，并通过所述晶圆检测模组210的移动对所述晶圆进行转移。当所述晶圆检测装置200的个数不小于2个时，为使操作便捷，所述晶圆检测装置200的移动方式优选为旋转式，通过所述晶圆检测装置200的旋转，装载及卸载所述晶圆，并对所述晶圆进行检测。

作为该实施例的进一步实施例，所述晶圆检测装置200的旋转角度的范围包括10°～360°。所述晶圆检测装置200的旋转角度也可为180°或90°，根据所述晶圆加工设备的具体结构进行选择，具体角度此处不作限制。

作为该实施例的进一步实施例，所述晶圆检测装置200作用于所述晶圆的时间小于等于所述晶圆研磨装置100作用于所述晶圆的时间。

具体的，当所述晶圆检测装置200作用于所述晶圆的时间小于等于所述晶圆研磨装置100作用于所述晶圆的时间时，所述晶圆检测装置200的运行不会对所述晶圆加工设备的整个制程时间产生影响，从而可提高产率，节约制程时间。

作为该实施例的进一步实施例，所述晶圆检测装置200与所述晶圆研磨装置100具有相同的分布形貌。

具体的，所述晶圆检测装置200作用于所述晶圆的时间小于等于所述晶圆研磨装置100，因此优选为所述晶圆检测装置200与所述晶圆研磨装置100具有相同的分布形貌，使得所述检测装置200与所述晶圆研磨装置100对应设置，从而有利于提高操作便捷性。由于所述晶圆研磨装置100采用“十”字形对称分布，因而优选为所述晶圆检测装置200中的所述晶圆检测模组210也采用对称分布的“十”字形。所述晶圆检测装置200与所述晶圆研磨装置100的具体分布形貌此处不作限制。

作为该实施例的进一步实施例，所述晶圆检测模组210在所述晶圆装卸部120中对所述晶圆进行检测。

具体的，当所述晶圆研磨装置100中的所述晶圆装卸部120具有可容纳所述晶圆检测模组210的空间时，所述晶圆检测模组210可直接运行至所述晶圆装卸部120中，在所述晶圆装卸部120中，与位于所述晶圆装卸部120中的所述研磨头112相配合，从而完成对所述晶圆的装载，并在所述晶圆装卸部120中，通过所述晶圆检测模组210对所述晶圆进行检测，从而当所述晶圆为异常晶圆时，所述晶圆研磨装置100可直接在所述晶圆装卸部120中，通过所述研磨头112吸附及转移位于所述晶圆检测模组210上的所述异常晶圆，并将所述晶圆再次转移至所述第一晶圆研磨模组中，进行研磨，从而可使得异常晶圆的再处理流程变得更加便捷。

作为该实施例的进一步实施例，所述晶圆检测模组包括干涉仪、椭偏仪、散射探测仪、扫描电子显微镜及原子力显微镜中的一种或组合。

具体的，所述晶圆检测模组210包括晶圆承载台及与所述晶圆承载台对应设置的晶圆检测器，所述晶圆检测器包括干涉仪、椭偏仪、散射探测仪、扫描电子显微镜及原子力显微镜中的一种或组合，优选为用于对所述晶圆的厚度进行检测的结构相对简单的干涉仪及椭偏仪中的一种或组合，以便于降低所述晶圆检测装置200的复杂性。

实施例二

如图3，本发明还提供一种晶圆加工方法，包括以下步骤：

提供实施例一中的所述晶圆加工设备；

通过所述晶圆研磨模组对晶圆进行研磨；

通过所述晶圆检测模组对所述晶圆进行检测；

通过所述晶圆清洗装置对所述晶圆进行清洗。

本实施例对所述晶圆采用先研磨、再检测、而后进行清洗的方法，使得所述晶圆研磨过后，可及时的进行晶圆检测，缩小异常晶圆的范围，且异常晶圆可直接再次进入所述晶圆研磨模组进行研磨，从而可简化异常晶圆的再处理流程，且所述晶圆检测装置为所述晶圆装载端口提供了更大的设备空间，提升产能。但由于所述晶圆未进行清洗而直接进行检测，可能对所述晶圆的检测精准度产生影响，因此本领域技术人员也可根据具体需要在所述晶圆清洗装置后设置包括所述晶圆检测装置的检测装置，以便于进一步的提高所述晶圆的检测精准度，此处不作限制。

具体的，所述晶圆加工设备的具体结构此处不再赘述。所述晶圆研磨模组对所述晶圆的研磨方式优选为分步研磨，从而制备具有超光滑、无损伤、平坦化的所述晶圆表面。所述晶圆检测装置优选为与所述晶圆研磨装置具有相同的“十”字形分布形貌，并与所述晶圆研磨装置保持同步运行，且所述晶圆研磨装置包括晶圆装卸部，从而可使得异常晶圆的再处理流程变得更加便捷。

作为该实施例的进一步实施例，在清洗所述晶圆之前，还包括对所述晶圆进行由研磨及检测所组成的循环步骤。

具体的，当所述晶圆经所述晶圆检测装置测试后判定为异常晶圆时，所述晶圆可由所述圆检测模组的卸载及所述晶圆研磨模组中的所述研磨头的吸附，而再次进行由研磨及检测所组成的循环步骤，直至所述晶圆符合要求，所述循环步骤的次数此处不做限定。

作为该实施例的进一步实施例，所述晶圆清洗装置对所述晶圆进行分步清洗，且包括干燥的步骤。

具体的，所述晶圆清洗装置对所述晶圆进行清洗的步骤包括：颗粒物清洗，采用一定的清洗剂在兆声波条件下对所述晶圆表面进行清洗，用于去除大部分的来自CMP过程中的大污染物颗粒；第一道刷洗，采用一定的清洗剂如氢氟酸配合刷子对晶圆表面进行刷洗，氢氟酸能有效的去除所述晶圆表面上的金属氧化物，包括CMP过程中所带来的微小划伤，以及微粒及有机物等；第二道刷洗，采用一定的清洗剂如氨水配合刷子对所述晶圆表面进行刷洗，用于进一步去除所述晶圆表面残留的较小的颗粒；而后可采用超纯水作为润湿剂，通过旋转润湿干燥法，用于对晶圆表面做最后的清洗；而后对所述晶圆进行干燥，并通过机械手臂将所述晶圆转移至所述晶圆装载端口。

综上所述，本发明的晶圆加工设备及加工方法，通过位于晶圆研磨装置及晶圆清洗装置之间的晶圆检测装置，对晶圆进行检测，使得晶圆经研磨后，可及时的进行晶圆检测，缩小异常晶圆的范围，且异常晶圆可直接在晶圆检测装置处卸载，而后继续进入晶圆研磨模组进行研磨，从而可简化异常晶圆的再处理流程，且晶圆检测装置为晶圆装载端口提供了更大的设备空间，提升产能。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。

Claims (10)

1.一种晶圆加工设备，其特征在于，所述晶圆加工设备包括：

晶圆研磨装置，所述晶圆研磨装置至少包括一个晶圆研磨模组，通过所述晶圆研磨模组对晶圆进行研磨；

晶圆检测装置，所述晶圆检测装置至少包括一个晶圆检测模组，所述晶圆经所述晶圆研磨模组研磨后，通过所述晶圆检测模组对所述晶圆进行检测；

晶圆清洗装置，所述晶圆经所述晶圆检测模组检测后，通过所述晶圆清洗装置进行清洗。

2.根据权利要求1所述的晶圆加工设备，其特征在于：所述晶圆检测模组的个数的范围包括2～6。

3.根据权利要求1所述的晶圆加工设备，其特征在于：所述晶圆检测装置的移动方式包括平移式及旋转式中的一种。

4.根据权利要求1所述的晶圆加工设备，其特征在于：所述晶圆检测装置的旋转角度的范围包括10°～360°。

5.根据权利要求1所述的晶圆加工设备，其特征在于：所述晶圆检测装置作用于所述晶圆的时间小于等于所述晶圆研磨装置作用于所述晶圆的时间。

6.根据权利要求1所述的晶圆加工设备，其特征在于：所述晶圆检测装置与所述晶圆研磨装置具有相同的分布形貌。

7.根据权利要求1所述的晶圆加工设备，其特征在于：所述晶圆研磨装置包括晶圆装卸部，且所述晶圆检测模组在所述晶圆装卸部中对所述晶圆进行检测。

8.根据权利要求1所述的晶圆加工设备，其特征在于：所述晶圆检测模组包括干涉仪、椭偏仪、散射探测仪、扫描电子显微镜及原子力显微镜中的一种或组合。

9.一种晶圆加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供如权利要求1～8所述晶圆加工设备；

通过所述晶圆研磨模组对晶圆进行研磨；

通过所述晶圆检测模组对所述晶圆进行检测；

通过所述晶圆清洗装置对所述晶圆进行清洗。

10.根据权利要求9所述的晶圆加工方法，其特征在于：在清洗所述晶圆之前，还包括对所述晶圆进行由研磨及检测所组成的循环步骤。