CN2743083Y - 边缘接触式晶片载具 - Google Patents

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CN2743083Y CNU2004200843038U CN200420084303U CN2743083Y CN 2743083 Y CN2743083 Y CN 2743083Y CN U2004200843038 U CNU2004200843038 U CN U2004200843038U CN 200420084303 U CN200420084303 U CN 200420084303U CN 2743083 Y CN2743083 Y CN 2743083Y
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Abstract

一种新颖的边缘接触式晶片载具，当晶片在制程机台(如CMP)里载入与载出时，可用载具托住此晶片，上述制程机台可为CMP装置，此边缘接触式晶片载具包括一般的环形载具本体，此载具本体一般是装设在CMP装置的清洁头加载载出(Head Clean Load/Unload，简称HCLU)站的载入杯上，且此载具本体在(或靠近)晶片边缘支撑着晶片，多个导梢从载具本体向上延伸，当晶片被放置于载具主体时，这些导梢会将个别晶片导入载具本体中。

Description

边缘接触式晶片载具
技术领域
本实用新型是有关于一种用于研磨半导体晶片基底的化学机械研磨装置，且特别有关于一种新颖且改进的晶片载具，用于清洁头载入载出(HeadClean Load/Unload，简称HCLU)站中，在CMP装置中加载或载出晶片时，利用此晶片载具接触晶片边缘以预防及减少半导体晶片的颗粒污染。
背景技术
在由硅晶片制造出半导体组件的过程中，可利用许多半导体制程设备与工具，这些制程机台里，有一种是用来研磨出薄与平的半导体晶片，以得到平坦表面；平坦的表面对于浅沟隔离(STI)层、内层介电层(ILD)或内金属介电(IMD)层而言皆相当重要，且上述这些层常用在内存组件中；平坦化的制程相当重要，因为它可使随后高分辨率的微影制程得以实行，以制造下一层电路；高分辨率微影制程只有在平坦表面实行才可具有准确性，因此平坦化制程在半导体组件制造中是一个相当重要的步骤。
全面性平坦化制程可藉由化学机械研磨(Chemical MechanicalPolishing，简称CMP)技术得以实现，此制程在现代半导体组件里广泛地应用在ILD或IMD层中，CMP制程是利用旋转平台与气压驱动(pneumatically-actuated)研磨头做结合而运转，此制程基本上是利用研磨半导体晶片的前表面(front surface)或组件表面至平坦，以为下一步制程做准备；在此制程中，晶片常被平坦化一次或多次，以使得晶片上表面尽可能地平坦；晶片是藉由载具置于CMP装置中，且被研磨的面朝向下方的研磨头，且此研磨头布满胶体硅土或矾土研磨浆。
一般有两层的研磨垫覆盖旋转平台，且此研磨垫的外层为弹性层，这些层通常是由聚合材料所构成，如聚氨基钾酸酯，而且可包括充填剂(filler)来控制这些层的尺寸稳定度；在一般的旋转CMP中，研磨垫通常会是晶片的好几倍大，当晶片远离研磨垫中心时，可预防晶片被研磨出一个不平的面；在研磨制程里，晶片本身也会旋转，以防止晶片部分表面逐渐变薄；晶片的旋转轴和研磨垫的旋转轴刻意地不在同一直在线，但两轴必须平行；晶片在CMP制程中的研磨均匀度与压力、速度及研磨浆浓度相关。
CMP制程在半导体组件中常用在ILD与IMD的平坦化上，这些层通常是以介电材料所形成，最常见的介电材料为氧化硅，在研磨介电材料制程中，目标就是要移除不平坦表面(topography)且维持整片晶片良好的均匀度；介电材料所移除的量通常介于5000～10000埃；ILD与IMD研磨的均匀度需求非常重要，因为均匀度差的介电层会导致差的微影，使得介层窗蚀刻(window etching)或插塞形成产生困难。CMP制程也被用在金属研磨中，如用于钨插塞的形成与镶嵌结构中，金属研磨制程所涉及的研磨化学与氧化物研磨大不相同。
CMP制程中重要的零件包括自动旋转研磨平台与晶片载具，两者都是对晶片施加压力且使得晶片与平***立地旋转，表面层的研磨与移除是藉由研磨浆来完成，此研磨浆主要包括胶体硅土悬浮于去离子水或KOH溶液中，此研磨浆常以自动研磨浆供给***供给，以确保研磨垫一致的湿润度与研磨浆合适的运输(delivery)与回收(recovery)，在大体积晶片制程中，自动晶片加载载出与晶舟搬运机也包括在CMP装置中。
如同CMP名称所示，CMP制程同时利用化学及机械方式实行微观的研磨活动，但氧化层材料移除的精确机制尚不清楚，只是假定是藉由一连串的化学反应来移除氧化硅表面，此化学反应涉及晶片与研磨粒氧化物表面氢键的形成(氢化反应)，而氢键与分子键是在晶片与研磨浆间形成，最后当研磨粒离开晶片表面时，晶片或研磨浆表面的氧化键断裂；一般认为CMP研磨制程并非是研磨浆机械磨耗晶片表面制程。
CMP制程提供比传统机械磨耗方式研磨制程更多好处，但CMP制程在不同晶片表面的研磨率却有难以控制的一连串缺点，由于晶片表面的研磨率与研磨垫的相对旋转速度相关，故在晶片表面特定点的研磨率与旋转轴的距离相关，换句话说，最靠近研磨垫旋转轴处的晶片边缘部分的研磨率小于晶片另一边缘的研磨率；即使在研磨过程中对晶片表面实行补偿性旋转来得到一致的平均研磨率，但在CMP制程中，晶片表面多是暴露在多变的研磨率下的。
近来发展一种化学机械研磨方式，其研磨垫并非以旋转方式移动，而是以线性方式取代原本的移动方式，所以称为线性化学机械研磨制程，其中的研磨垫是以线性方式相对于旋转的晶片表面移动，此线性研磨方式在整个平坦化过程中对晶片表面提供更一致的研磨率，以将膜层由晶片表面移除，线性CMP***的另一附加优点为其装置结构的简化，如此不只可以减少装置成本，也可降低设备在无尘室中所占的空间。
图1显示一种传统CMP装置90，包括基座100；研磨垫210a、210b与210c位于基座100上；清洁头加载载出(Head Clean Load/Unload，简称HCLU)站360包括加载杯300用以分别将晶片加载至研磨垫上与从研磨垫上将晶片载出；旋转头单元(head rotation unit)400包含多个研磨垫410a、410b、410c与410d用以托住与固定晶片于研磨垫上。
三个研磨垫210a、210b与210c可在短时间内同时处理多个晶片，每个研磨垫都被固定在一个旋转架上(未显示)；研磨垫调节器210a、210b与210c位于基座100上，且此研磨垫调节器可扫过各自的研磨垫以调节研磨垫；研磨浆供给器212a、212b、212c进一步地提供基座100中各自研磨垫表面研磨浆的供给。
旋转头单元(head rotation unit)400的研磨垫410a、410b、410c与410d分别被固定在旋转杆(rotation shaft)420a、420b、420c与420d上，此旋转杆是藉由位在旋转头单元(head rotation unit)400框架401内的驱动机制(未显示)来带动旋转，研磨头托住个别晶片(未显示)且对晶片对着个别研磨垫210a、210b与210c上表面加压，在此方式中，材料层会从个别晶片上被移除，在CMP制程进行时，旋转头单元(head rotationunit)400藉由旋转轴402支撑于(is supported on)基座100上。
如图1A所示，加载杯300包括台座支撑圆柱312支撑着圆形台座310，此圆形台座310是晶片载入至研磨垫210a、210b与210c所置放处，也是晶片由研磨垫所载出之处；台座膜313位于台座310上表面以接触每片晶片需被图案化的表面(IC组件被制造的表面)。
流体开口314延伸过台座310与台座膜313，研磨垫410a、410b、410c与410d底面与台座膜313上表面在载入杯300中藉由流体开口314所喷出的清洗流体被清洗。
加载杯300经过长期使用后，台座膜313累积了多样污染，如硫的残余与颗粒的残余，这些都会使得台座膜313产生污染或刮伤晶片而使缺陷产生，这些缺陷会在半导体组件在图案化晶片表面时产生闸极氧化层漏电或门极线桥接(bridging)的现象，使得组件的良率与可靠度降低；颗粒所导致的缺陷与从台座膜313传递到晶片上的污染以及晶片的刮伤相关，在013μm与铜制程技术中此问题特别严重，基于此理由，CMP制程中的清洁步骤非常地重要，然而此清洁步骤并不能移除在台座膜上所有的污染物。
发明内容
有鉴于此，亟需一种新颖的且改进的晶片载具，以减少或避免晶片在CMP装置中加载或载出时的晶片表面接触。
本实用新型的目的之一就是提供一种新颖的晶片载具，此晶片载具在载入及载出晶片时可降低或避免晶片表面的接触。
本实用新型的另一目的就是提供一种新颖的晶片载具，此晶片载具接触晶片边缘区域。
本实用新型的另一目的就是提供一种新颖的晶片载具，此晶片载具在搬动晶片时可预防或消除晶片的污染。
本实用新型的另一目的就是提供一种新颖的晶片载具，此晶片载具藉由搬动每片晶片的边缘区来预防晶片的污染。
本实用新型的另一目的就是提供一种新颖的晶片载具，此晶片载具适合用于将晶片加载CMP装置中及从CMP装置中载出。
本实用新型的另一目的就是提供一种新颖的晶片载具，此晶片载具具有环形结构，以接触每片晶片边缘区域以及预防晶片表面的污染。
为达上述目的与优点，本实用新型提供一种新颖的边缘接触式晶片载具，在CMP装置中晶片的加载与载出时，适用于托住晶片之用，本实用新型包括典型的环形载具本体，此载具本体一般是装设在CMP装置的清洁头加载载出(Head Clean Load/Unload，简称HCLU)站的载入杯上，且此载具本体于晶片边缘支撑着个别晶片，在整个晶片载入与载出操作中，晶片载具可避免晶片具图案面的接触，使每片晶片在制造时，防止潜在的组件污染颗粒或晶片刮伤颗粒由晶片载具掉到IC组件上。
多个导梢自载具本体向上延伸，当晶片置于载具主体时，这些导梢用以将个别晶片导入载具本体中；一般而言，至少三个导梢从载具本体向上延伸且彼此等距；为尺寸安定性，载具本体较佳为陶瓷。
附图说明
图1为现有化学机械研磨装置示意图，此装置可同时研磨多片晶片；
图1A为图1中台座的俯视图；
图2为本实用新型边缘接触式晶片载具的示意图；
图3为图2的俯视图，其中有一晶片(以虚线表示)位于此晶片载具；
图4为边缘接触式晶片载具的示意图，此载具位于清洁头载入载出(HeadClean Load/Unload，简称HCLU)站的载入杯中；
图5为边缘接触式晶片载具的侧视图，此载具位于清洁头载入载出(HeadClean Load/Unload，简称HCLU)站的载入杯中，且此晶片载具支撑着一半导体晶片；
图6为边缘接触式晶片载具的剖面图，此剖面图为图3线5-5的剖面；
图7为边缘接触式晶片载具第3与4图的下视图，此此载具支撑着一晶片；
图8为CMP装置的俯视图，包括本实用新型的边缘接触式晶片载具；
图9为位于CMP装置的清洁头加载载出(Head Clean Load/Unload，简称HCLU)站的加载杯侧视图，分别说明半导体晶片由本实用新型的边缘接触式晶片载具的载入与载出。
符号说明：
8～清洁头载入载出(Head Clean Load/Unload，简称HCLU)站
10～边缘接触式晶片载具
12～载具本体
13～载具本体的内边缘
13a～载具本体的直径
14～支撑面
15～本体开口
16～导梢
17～导梢高度
18～载具框架
20～支撑组件
22～晶片
23～晶片的图案区域
23a～晶片图案区域的宽度
24～晶片的边缘区域
26、300～载入杯
28～CMP装置
29～基座
30a～第一研磨垫
30b～第二研磨垫
30c～第三研磨垫
32、400～旋转头单元(head rotation unit)
34a～第一研磨头
34b～第二研磨头
34c～第三研磨头
34d～第四研磨头
90～一种传统的CMP装置
100～基座
210a、210b、210c～研磨垫
210a、210b、210c～研磨垫调节器
212a、212b、212c～研磨浆供给器
310～圆形台座
312～台座支撑圆柱
313～台座膜
314～流体开口
401～框架
402～旋转轴
410a、410b、410c、410d～研磨垫
420a、420b、420c、420d～旋转杆
具体实施方式
本实用新型对利用在CMP装置中晶片的加载与载出时的半导体晶片的支撑特别有利，然而，本实用新型并未限于此，虽然以下说明是以CMP装置作参考来说明，本实用新型尚可用于其它制程装置中。
本实用新型包括一种新颖的边缘接触式晶片载具，适用于制程机台里晶片的载入与载出时托住晶片之用，此制程机台可为CMP装置，此边缘接触式晶片载具接触每片晶片图案区域周围的边缘区域，而不接触晶片的图案区域，因此，晶片的IC组件所位于的图案区域在整个加载与载出操作中不会被碰触到，因此可预防此图案区域的污染与/或刮伤。
边缘接触式晶片载具包括一般的环形载具本体，此载具本体一般是装设在CMP装置的清洁头加载载出(Head Clean Load/Unload，简称HCLU)站的载入杯上，且此载具本体于(或靠近)晶片边缘支撑着个别晶片；多个导梢(guide pins)从载具本体向上延伸，当晶片置于载具主体时，这些导梢用以将个别晶片导入载具本体中，在一个实施例中，至少三个导梢从载具本体向上延伸且彼此等距；为了边缘接触式晶片载具的尺寸的稳定，载具本体较佳为陶瓷材料。
本实用新型的边缘接触式晶片载具可使铜损失所产生的缺陷所导致的失败率由约40％降至0％，此外，硫污染所导致的缺陷也由约5％降至0％，在完成的IC产品中，铜损失所产生的缺陷、开口线缺陷、金属线桥接都大幅地减低。
本说明实施例请参阅图2～图7，本实用新型的边缘接触式晶片载具10包括一般环状的金属线载具框架(wire holder frame)18由多个支撑组件20延伸出，环形载具本体12位于支撑组件20上端且包括内边缘13，此内边缘13定义出本体开口15，载具本体12一般为陶瓷材料且包括一般的平坦上支撑面14，当晶片22置于边缘接触式晶片载具10中时，支撑面14会与半导体晶片22之边缘区域24接触，且边缘接触式晶片载具10的应用将于之后叙述。
如图6与图7所示，被半导体晶片22边缘区域24所围绕的图案区域23为IC组件所制造之处，也为半导体所制造之处，一般而言，边缘接触式晶片载具10支撑着每片晶片22图案区域23，包括金属层，如铜，此金属层为CMP所要处理之层，之后将进一步叙述；当晶片22被支撑在载具本体12时，载具本体12的支撑面14不会接触到晶片22的图案区域23，只会接触到晶片22的边缘区域24，所以，载具本体12的内边缘13所具有的直径13a大于晶片22图案区域23的宽度23a，故图案区域23可以从载具本体12的本体开口15露出，如图7所示；由于晶片22的尺寸多变，边缘接触式晶片载具10的载具本体12可以做成多种尺寸以配合晶片22的尺寸。
多个导梢16可由载具本体12的支撑面14向上延伸，且通常于载具本体12的周边彼此等距，每个导梢16通常为陶瓷材料，也可以其它材料所制作，且为支撑面14的延续，如图5所示，每一个导梢16具有一导梢高度17，通常至少约3mm，在一较佳实施例中，至少三个导梢16由支撑面14向上延伸。
请参阅图6～图9，边缘接触式晶片载具10通常位于CMP装置28的清洁头加载载出(Head Clean Load/Unload，简称HCLU)站8中，CMP装置28通常包括基座29，其上装置有清洁头加载载出(Head Clean Load/Unload，简称HCLU)站8的加载杯26，以及旋转式第一研磨垫30a、第二研磨垫30b与第三研磨垫30c，旋转头单元(head rotation unit)32位于基座29上，且包括第一研磨头34a、第二研磨头34b、第三研磨头34c与第四研磨头34d。
如图4与图5所示，边缘接触式晶片载具10的载具框架18位于清洁头载入载出(Head Clean Load/Unload，简称HCLU)站8的加载杯26上，所以支撑组件20将载具本体12与加载杯26隔开，因此，当晶片22在等着利用CMP装置28的研磨头30a～30c研磨时，载具本体12被适当地置放以接收个别晶片22，将于之后再进一步叙述。
如图8与图9所示，一般边缘接触式晶片载具10的应用如下所述，一开始晶舟(未显示)中的多片晶片22由上一个工作站(未显示)传输到CMP装置28以作研磨，通常是对晶片22图案区域23铜层的化学机械研磨。晶片传输自动控制装置(未显示)分别将每片晶片22由晶片传输运输工具(未显示)传输到晶片载具10，由于晶片22图案区域23朝向下，首先晶片22直接置于晶片载具10，如图9的虚线所示，然后下降停在载具本体12，如图9的实线所示。当晶片22降低至载具本体12，导梢16引导晶片22至载具本体12的支撑面14的正确位置中，因此，如图6所示，支撑面14只有接触到晶片22的边缘区域24，使图案区域23经由载具本体12的本体开口15露出。
最后晶片22由晶片载具10传送且被装置于CMP装置28的旋转头单元(head rotation unit)32的第一研磨头34a上，其中该第一研磨头34a将晶片22对着第一研磨垫30a旋转，第一研磨头34a以一相对高的移除率将晶片22图案区域23上的材料移除，接着将晶片22传送到第二研磨头34b上，使晶片22对着第二研磨垫30b旋转，以移除图案区23的多余材料，通常此移除率相对较低，接下来，晶片22传送到第三研磨头34c上，使晶片22对着第三研磨垫30c旋转，以使图案区域23进行氧化物抛光步骤。
在氧化物抛光步骤后，晶片22由第三研磨头34c传送回晶片载具10，于此晶片22再次于载具本体12中面向下，如图6所示，然后晶片22于加载杯26内经由载具本体12的本体开口15对晶片22图案区域23进行一清洗步骤，此清洗步骤是以喷嘴(未显示)喷洒去离子水，此清洗步骤可将在CMP制程后依然留在晶片22图案区域23上的颗粒去除，经此清以步骤，晶片22由晶片载具10传送至晶舟(未显示)以进行下一步骤。
虽然本实用新型已揭露较佳实施例如上，然其并非用以限定本实用新型，任何熟习此技艺者，在不脱离本实用新型之精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (8)

1.一种边缘接触式晶片载具，用以托住一晶片，此晶片具有一图案区域与一围绕此图案区域的边缘区域，其特征在于，包括：
一载具本体包括一支撑面与一本体开口，该支撑面用以接触晶片边缘区域，该本体开口延伸过该载具本体以露出该晶片的图案区域。
2.根据权利要求1所述的边缘接触式晶片载具，其特征在于：还包括至少三个导梢从该载具本体向上延伸，以将该晶片导入该支撑面。
3.根据权利要求1所述的边缘接触式晶片载具，其特征在于：该载具本体包括一陶瓷材料。
4.根据权利要求3所述的边缘接触式晶片载具，其特征在于：还包括至少三个导梢从该载具本体向上延伸，以将该晶片导入该支撑面。
5.根据权利要求1所述的边缘接触式晶片载具，其特征在于：该载具本体包括一环状结构。
6.根据权利要求5所述的边缘接触式晶片载具，其特征在于：还包括至少三个导梢从该载具本体向上延伸，以将该晶片导入该支撑面。
7.一种边缘接触式晶片载具，用以托住一晶片，此晶片具有一图案区域与一围绕此图案区域的边缘区域，其特征在于，包括：
一载具框架；以及
一载具本体支撑上述载具框架，该载具本体包括一支撑面与一本体开口，该支撑面用以接触晶片边缘区域，该本体开口延伸过该载具本体以露出晶片图案区域。
8.一种边缘接触式晶片载具，用以托住一晶片，此晶片具有一图案区域与一围绕此图案区域的边缘区域，其特征在于，包括：
一载具框架；
多个支撑组件自该载具框架延伸；以及
一载具本体支撑上述多个支撑组件，此载具本体包括一支撑面与一本体开口，该支撑面用以接触晶片边缘区域，该本体开口延伸过该载具本体以露出该晶片的图案区域。
CNU2004200843038U 2003-11-04 2004-07-13 边缘接触式晶片载具 Expired - Lifetime CN2743083Y (zh)

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US10/701,804 2003-11-04
US10/701,804 US20050092255A1 (en) 2003-11-04 2003-11-04 Edge-contact wafer holder for CMP load/unload station

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