CN115741291A - 一种晶圆边缘处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆边缘处理装置，包括：升降组件，与晶圆减薄设备中的支撑架连接；伺服旋转组件，与所述升降组件连接；处理组件，连接在所述伺服旋转组件的底部，其包括底盘，底盘的底面设有弧形磨抛件和喷嘴；气液接头，通过所述处理组件内部的气液路与喷嘴连通。

Description

一种晶圆边缘处理装置

技术领域

本发明涉及半导体制造设备技术领域，尤其涉及一种晶圆边缘处理装置。

背景技术

集成电路的制造过程通常分为：硅片制造、前道工艺和后道工艺。后道工艺的主要目的是将生长有电路器件的整张晶圆制作成一个个独立的成品芯片。后道工艺的制程大致可以分为：背面减薄、晶圆切割、晶圆贴装、引线键合、塑封、激光打印、切筋成型和成品测试等8个主要步骤。晶圆的背面减薄(Grinding)指对封装前的硅晶片或化合物半导体等多种材料进行高精度磨削，使其厚度减少至合适的超薄形态。

减薄设备中集成了磨削和化学机械抛光(CMP)的功能部件，磨削过程会将晶圆背面减薄到一个较低的水平，例如10μm左右，这种单侧极薄的晶圆在磨削过程和CMP过程中其边缘位置容易产生碎裂，也就是说晶圆的边缘会发生晶体剥离从而产生碎渣(俗称碎边)，尤其在CMP过程中，为了提升效率抛光过程会保持在一个较高的去除速率下进行，高压力下晶圆边缘剥离碎渣会残留在抛光垫上，容易引起晶圆的划伤甚至出现碎片、废片的情况。

发明内容

本发明实施例提供了一种晶圆边缘处理装置，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明实施例提供了一种晶圆边缘处理装置，包括：

升降组件，与晶圆减薄设备中的支撑架连接；

伺服旋转组件，与所述升降组件连接；

处理组件，连接在所述伺服旋转组件的底部，其包括底盘，底盘的底面设有弧形磨抛件和喷嘴；

气液接头，通过所述处理组件内部的气液路与喷嘴连通。

在一个实施例中，弧形磨抛件覆盖晶圆的部分边缘。

在一个实施例中，在边缘处理过程中，所述底盘与晶圆相对倾斜，底盘相较晶圆圆心更靠近晶圆边缘。

在一个实施例中，磨抛的时候所述底盘与晶圆之间的倾斜角为0.1～5度。

在一个实施例中，多个所述弧形磨抛件均匀间隔地设置在底盘的底面靠近边缘的位置。

在一个实施例中，喷嘴沿底盘的半径方向设置有多个。

在一个实施例中，位于外侧的喷嘴设置为倾斜喷射，倾斜方向朝向边缘。

在一个实施例中，弧形磨抛件包括弧形油石和弧形毛刷。

在一个实施例中，弧形磨抛件包括弧形抛光垫和弧形毛刷。

在一个实施例中，弧形抛光垫的底面设有网格状沟槽或切向沟槽。

在一个实施例中，弧形磨抛件覆盖晶圆的完整边缘。

本发明实施例的有益效果包括：利用处理组件磨抛晶圆的边缘可以磨掉边缘的尖端，使晶圆边缘趋于圆滑，减少的抛光过程中边缘易产生碎渣的可能。

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，但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示出了本发明一实施例提供的晶圆减薄设备；

图2示出了本发明一实施例提供的晶圆边缘处理装置；

图3示出了实施例1提供的处理组件；

图4示出了实施例2提供的处理组件；

图5示出了实施例3提供的处理组件；

图6示出了本发明另一实施例提供的晶圆边缘处理装置；

图7示出了实施例4提供的处理组件。

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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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。应当理解的是，除非特别予以说明，为了便于理解，以下对本发明具体实施方式的描述都是建立在相关设备、装置、部件等处于原始静止的未给与外界控制信号和驱动力的自然状态下描述的。

此外，还需要说明的是，本申请中使用的例如前、后、上、下、左、右、顶、底、正、背、水平、垂直等表示方位的术语仅仅是为了便于说明，用以帮助对相对位置或方向的理解，并非旨在限制任何装置或结构的取向。

为了说明本发明所述的技术方案，下面将参考附图并结合实施例来进行说明。

在本申请中，化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing)也称为化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization)，晶圆(wafer)也称为晶片、硅片、基片或基板(substrate)等，其含义和实际作用等同。

本公开实施例提供的晶圆减薄设备主要应用于晶圆的背面减薄，这里所说的背面是指晶圆未铺设有器件的一面，一般为衬底，衬底材料可以为硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、蓝宝石等。

图1示出了本发明一实施例提供的晶圆减薄设备，包括：

设备前端模块1，用于实现晶圆的进出，设备前端模块1设置在晶圆减薄设备的前端。设备前端模块1是实现将晶圆从外部搬送到设备机台内部的过渡模块，用于实现晶圆进出，以实现晶圆的“干进干出”。

磨削模块3，用于对晶圆进行磨削，所述磨削包括粗磨削和精磨削，磨削模块3设置在晶圆减薄设备的末端；

抛光模块2，用于在完成所述磨削之后对晶圆进行化学机械抛光，还具有在此三个模块(设备前端模块1、磨削模块3和抛光模块2)之间传输晶圆的功能，抛光模块2设置在设备前端模块1和磨削模块3之间。

可以理解的是，抛光模块2不是必要技术特征，即可有可无。在另一种实施方式中，晶圆减薄设备仅包括设备前端模块1和磨削模块3以及之间的传输机构，不具有化学机械抛光功能，也应当落入本申请的保护范围内。

设备前端模块1：

设备前端模块1包括晶圆存储单元11和第一传输单元12。晶圆存储单元11设置在晶圆减薄设备的前端一侧，第一传输单元12设置在晶圆存储单元11和抛光模块2之间，用来实现晶圆在晶圆存储单元11与抛光模块2之间的传输。

晶圆存储单元11由多个前开式晶圆传送盒(Front Opening Unified Pod，FOUP)组成，具体地可以为两个、三个等。前开式晶圆传送盒是半导体制程中被使用来保护、运送并储存晶圆的一种容器，其主要的组成元件为一个能容纳晶圆的前开式容器以及一个前开式的门结构，该前开式的门结构气密连接于晶圆减薄设备的外壁上，以使前开式容器与设备内部连通。

第一传输单元12包括取放片机械手。取放片机械手可旋转、伸展或折叠收缩，还可以沿传输轨道移动。取放片机械手为干燥机械手，用于取放干燥洁净的晶圆。取放片机械手可以通过晶圆传送盒的门结构从晶圆存储单元11取出待处理的晶圆送入抛光模块2，还可以从抛光模块2接收处理完毕的晶圆放入晶圆传送盒中。

抛光模块2：

抛光模块2包括第二传输单元21、第三传输单元22、化学机械抛光单元23和后处理单元24。第二传输单元21、化学机械抛光单元23和后处理单元24分别占据抛光模块2的各边缘，第三传输单元22位于中央。

具体地，第二传输单元21位于抛光模块2中的边缘一侧并沿设备长度方向分布，可以连通设备前端模块1和磨削模块3。化学机械抛光单元23位于抛光模块2的另一侧边缘，并与磨削模块3和第二传输单元21分别相邻。后处理单元24位于抛光模块2的再一侧边缘，并与设备前端模块1、第二传输单元21和化学机械抛光单元23分别相邻。第三传输单元22靠近抛光模块2的中央，被第二传输单元21、化学机械抛光单元23和后处理单元24包围，用来在第二传输单元21、化学机械抛光单元23和后处理单元24之间实现晶圆的相互传输。

在一个实施例中，第二传输单元21包括暂存部和移动缓存部，用于暂存晶圆和托运晶圆。暂存部设置在临近设备前端模块1的位置，用于暂存或转移晶圆。移动缓存部沿着设备前端模块1至磨削模块3的方向设置，并可双向移动。

在一个实施例中，第三传输单元22包括中央机械手，中央机械手用于将磨削后的晶圆从移动缓存部转运至化学机械抛光单元23、将抛光后的晶圆从化学机械抛光单元23转运至后处理单元24、以及将清洗后的晶圆从后处理单元24转运至暂存部。

晶圆从设备前端模块1取出后经由第二传输单元21运送至磨削模块3进行磨削；晶圆在磨削模块3中完成磨削后经由第二传输单元21和第三传输单元22搬运至化学机械抛光单元23进行抛光；完成抛光和清洗后，晶圆再经由第三传输单元22和第二传输单元21传送回设备前端模块1。

后处理单元24用于对抛光后的晶圆进行清洗和干燥，可以包括水平刷洗装置和单腔清洗装置。

磨削模块3：

磨削模块3包括磨削单元31、清洗单元32和第四传输单元33。

磨削单元31用于实现晶圆磨削和厚度测量，包括工作台、设置在工作台上的吸盘以及与吸盘位置对应的磨削砂轮，吸盘设有三个，可在粗磨工位、精磨工位和装卸工位之间轮转。两个磨削砂轮分别实现粗磨削和精磨削。

第四传输单元33包括一简易机械手，简易机械手从第二传输单元21取晶圆送入磨削单元31进行磨削，在磨削和清洗完成后，简易机械手从磨削单元31取晶圆然后放置于第二传输单元21以便于晶圆的后续传输。

如图1所示，清洗单元32用于实现吸盘清洗、打磨和晶圆处理。

清洗单元32包括吸盘处理装置和晶圆边缘处理装置40，吸盘处理装置和晶圆边缘处理装置40均安装在支撑架34上。支撑架34设置于工作台的一侧，磨削砂轮设置于工作台的另一侧。支撑架34与装卸工位相邻，以对移动到装卸工位的吸盘和/或晶圆进行处理。吸盘处理装置和晶圆边缘处理装置40分别通过水平移动机构与支撑架34连接，水平移动机构能够带动吸盘处理装置和晶圆边缘处理装置40水平移动，以改变吸盘处理装置和晶圆边缘处理装置40相对于吸盘的位置。当吸盘处理装置或晶圆边缘处理装置40移动到吸盘正上方时，可以处理吸盘或晶圆。当吸盘处理装置和晶圆边缘处理装置40移动到远离吸盘时，可以方便简易机械手从吸盘上取片。

图2至图7示出了本申请提供的晶圆边缘处理装置40。

如图2所示，晶圆边缘处理装置40，包括：

升降组件50，与晶圆减薄设备中的支撑架34连接；

伺服旋转组件60，与升降组件50连接；

处理组件70，连接在伺服旋转组件60的底部，其包括底盘71，底盘71的底面设有弧形磨抛件72和喷嘴73；

气液接头80，通过处理组件70内部的气液路与喷嘴73连通。

本实施例中，升降组件50能够带动伺服旋转组件60及其底部的处理组件70沿竖直方向上下移动，从而调节处理组件70的底盘71与晶圆w的距离。当水平移动机构将晶圆边缘处理装置40移动至位于装卸工位的晶圆w正上方时，升降组件50驱动处理组件70移动至抵接晶圆w，伺服旋转组件60驱动处理组件70旋转，从而利用弧形磨抛件72打磨晶圆w的边缘，磨掉尖端，使晶圆w边缘趋于圆滑，减少的抛光过程中边缘易产生碎渣的可能。

在一个实施例中，伺服旋转组件60包括依次连接的旋转电机、减速机、联轴器和旋转轴，旋转轴与处理组件70的底盘71连接。

在一个实施例中，气液接头80与外部的去离子水源连接，以将去离子水经由处理组件70内部的气液路进入喷嘴73，再由喷嘴73喷射至晶圆w表面进行清洗。可以理解的是，为了提高流体的散射效果，可以在去离子水源的内部加入部分气体，如空气，以保证喷嘴73喷射流体的清洁效果。

由于磨削后的晶圆w会有崩边(碎边)现象，且后续抛光工艺也会存在崩边从而造成划伤晶圆w的现象，利用处理组件70磨抛晶圆w边缘可以将后续可能出现的崩边现象在此工序提前完成，降低在后续抛光过程出现崩边的几率，从而减小晶圆w产生破损的机率。

本发明实施例中的处理组件70可以有多种实现方向，下面具体介绍。

实施例1

如图2和图3所示，实施例1中处理组件70的底盘71的底面设有弧形磨抛件72和喷嘴73。底盘71的底面为圆形，弧形磨抛件72为与底盘71同心的弧形，用于打磨晶圆的边缘。

如图2所示，底盘71的直径略大于晶圆w的半径。具体地，弧形磨抛件72的外直径比晶圆w半径长10～30mm，优选的，当处理的晶圆w为12寸晶圆时，弧形磨抛件72的外直径为170mm，也就是比晶圆半径长20mm。

如图2所示，本实施例中，底盘71的直径略大于晶圆w的半径，换句话说，弧形磨抛件72与晶圆w采用半接触方式进行处理，由于主要需要打磨的是晶圆w边缘，要将晶圆w边缘突出的尖打磨圆滑，因此，在边缘处理过程中，底盘71与晶圆w相对倾斜，底盘71相较晶圆w圆心更靠近晶圆w边缘。这样一来，边缘的下压力更大，磨抛的效果更好、更快。具体地，磨抛的时候所述底盘71与晶圆w之间的倾斜角为0.1～5度，优选为1～3度。

如图3所示，喷嘴73沿底盘71的半径方向设置有多个，并沿线性排列设置。作为本实施例的一个变体，喷嘴73也可沿底盘71的中心向外辐射曲线排列分布，即一组喷嘴73可沿一曲线分布设置于底盘71。喷嘴73将液体喷射至晶圆w表面，以冲洗磨抛产生的颗粒。进一步，位于外侧的喷嘴73设置为倾斜喷射，倾斜方向朝向边缘。

如图3所示，多个弧形磨抛件72均匀间隔地设置在底盘71的底面靠近边缘的位置。弧形磨抛件72包括弧形油石74和弧形毛刷75。弧形油石74和弧形毛刷75均匀地布置在底盘71的边缘。弧形油石74的宽度为4～6mm，弧形油石74的厚度为5～10mm，弧形油石74的油石目数为200～600。弧形毛刷75的材质为硬毛刷，弧形毛刷75的宽度和厚度都与弧形油石74一致。

实施例2

如图2和图4所示，实施例2中，底盘71的直径略大于晶圆w的半径，在边缘处理过程中，底盘71与晶圆w相对倾斜，底盘71相较晶圆w圆心更靠近晶圆w边缘。

如图4所示，弧形磨抛件72包括弧形抛光垫76和弧形毛刷75。弧形抛光垫76和弧形毛刷75均匀地布置在底盘71的边缘。弧形抛光垫76可以为聚氨酯材质。实施例2中，弧形抛光垫76的底面设有网格状沟槽，用于抵接并抛磨晶圆w。弧形抛光垫76的宽度为4～10mm，优选6mm。弧形抛光垫76的厚度为2～6mm，优选3mm。弧形毛刷75的宽度与弧形抛光垫76的宽度相同，弧形毛刷75的厚度为5～10mm。

实施例3

如图2和图5所示，实施例3中，底盘71的直径略大于晶圆w的半径，在边缘处理过程中，底盘71与晶圆w相对倾斜，底盘71相较晶圆w圆心更靠近晶圆w边缘。

如图5所示，弧形磨抛件72包括弧形抛光垫76和弧形毛刷75。弧形抛光垫76和弧形毛刷75均匀地布置在底盘71的边缘。实施例3中，弧形抛光垫76的底面设有切向沟槽，该切向与弧形抛光垫76的弧形边之间具有夹角，换句话说，该切向不平行于弧形边。优选地，切向沟槽的延伸方向垂直于弧形抛光垫76的旋转方向，从而更好地抛磨晶圆w边缘。

实施例4

如图6和图7所示，实施例4中，底盘71的直径略大于晶圆w的直径，即使得弧形磨抛件72覆盖晶圆w的完整边缘。具体地，弧形磨抛件72的外直径比晶圆w直径长1～5mm，优选的，当处理的晶圆w为12寸晶圆时，弧形磨抛件72的外直径为302mm，也就是比晶圆w直径长2mm。进一步，弧形磨抛件72还可以是完整的环形。

如图7所示，弧形磨抛件72包括弧形油石74和弧形毛刷75。弧形油石74和弧形毛刷75均匀地布置在底盘71的边缘。弧形油石74的宽度为4～6mm，弧形油石74的厚度为5～10mm，弧形油石74的油石目数为200～600。弧形毛刷75的材质为硬毛刷，弧形毛刷75的宽度和厚度都与弧形油石74一致。

或者，弧形磨抛件72包括弧形抛光垫76和弧形毛刷75。弧形抛光垫76和弧形毛刷75均匀地布置在底盘71的边缘。其中，弧形抛光垫76的底面设有网格状沟槽或者切向沟槽。弧形抛光垫76的宽度为4～10mm，优选6mm。弧形抛光垫76的厚度为2～6mm，优选3mm。弧形毛刷75的宽度与弧形抛光垫76的宽度相同，弧形毛刷75的厚度为5～10mm。

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。

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。

Claims (11)

1.一种晶圆边缘处理装置，其特征在于，包括：

升降组件，与晶圆减薄设备中的支撑架连接；

伺服旋转组件，与所述升降组件连接；

处理组件，连接在所述伺服旋转组件的底部，其包括底盘，底盘的底面设有弧形磨抛件和喷嘴；

气液接头，通过所述处理组件内部的气液路与喷嘴连通。

2.如权利要求1所述的晶圆边缘处理装置，其特征在于，所述弧形磨抛件覆盖晶圆的部分边缘。

3.如权利要求2所述的晶圆边缘处理装置，其特征在于，在边缘处理过程中，所述底盘与晶圆相对倾斜，底盘相较晶圆圆心更靠近晶圆边缘。

4.如权利要求3所述的晶圆边缘处理装置，其特征在于，磨抛的时候所述底盘与晶圆之间的倾斜角为0.1～5度。

5.如权利要求1所述的晶圆边缘处理装置，其特征在于，多个所述弧形磨抛件均匀间隔地设置在底盘的底面靠近边缘的位置。

6.如权利要求1所述的晶圆边缘处理装置，其特征在于，所述喷嘴沿底盘的半径方向设置有多个。

7.如权利要求6所述的晶圆边缘处理装置，其特征在于，位于外侧的喷嘴设置为倾斜喷射，倾斜方向朝向边缘。

8.如权利要求1所述的晶圆边缘处理装置，其特征在于，所述弧形磨抛件包括弧形油石和弧形毛刷。

9.如权利要求1所述的晶圆边缘处理装置，其特征在于，所述弧形磨抛件包括弧形抛光垫和弧形毛刷。

10.如权利要求9所述的晶圆边缘处理装置，其特征在于，所述弧形抛光垫的底面设有网格状沟槽或切向沟槽。

11.如权利要求1所述的晶圆边缘处理装置，其特征在于，所述弧形磨抛件覆盖晶圆的完整边缘。

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