TWI855563B - 拋光頭和拋光設備 - Google Patents
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Abstract
本發明實施例公開了拋光頭和拋光設備，該拋光頭包括：頭部主體；設置在該頭部主體的下表面上的吸附口，該吸附口用於吸附矽片，使得該矽片能夠與該頭部主體一起運動；設置在該頭部主體的下表面上的第一排放口，該第一排放口沿徑向方向設置在該吸附口的外側，用於在該矽片被拋光時在該矽片的周向外側排放氣體，以減少該矽片的邊緣附近的拋光液的量。
Description
本發明屬於半導體製造技術領域，尤其關於拋光頭和拋光設備。
在生產矽片的流程中，最終拋光（Final Polishing，FP）流程是控制矽片平坦度和粗糙度參數的最後一道工序。最終拋光流程是通過對矽片表面去除一定的量來去除前端工序缺陷和對矽片表面進行鏡面化拋光。
在FP作業期間，最常用的實施方案為化學機械拋光（Chemical Mechanical Polishing，CMP）方法，矽片的化學機械拋光流程是一個複雜的多項反應過程，具體可以劃分為兩個動力學過程：首先使吸附在拋光墊上的拋光液中的氧化劑、催化劑等與矽片表面的矽原子進行氧化還原的動力學過程，其次是矽片的拋光面上的反應物脫離矽片表面的解析過程，也就是使未反應的矽原子重新裸露出來的動力學過程。化學機械拋光流程是機械摩擦和化學腐蝕相結合的流程，兼顧了兩者的優點，能夠獲得平坦的矽片表面。
在CMP方法中，需要通過拋光頭將矽片壓在震動的帶有拋光墊的拋光臺上，同時將拋光液提供到拋光墊。在拋光過程中，拋光頭和拋光台相對於彼此旋轉，拋光液通過拋光台的旋轉產生的離心力而分佈於拋光墊，但也正是因為離心力的作用，導致拋光墊的中心區域漿液的量小於拋光墊的邊緣區域的量，從而導致矽片表面的邊緣區域的拋光去除量大於矽片表面的中央區域的拋光去除量，從而造成矽片表面平坦度惡化。
有鑑於此，本發明實施例期望提供拋光頭和拋光設備，能夠使矽片在均勻的工作壓力下被拋光，從而提升矽片平坦化的品質。
本發明的技術方案是這樣實現的：
第一方面，本發明實施例提供了一種拋光頭，該拋光頭包括：
頭部主體；
設置在該頭部主體的下表面上的吸附口，該吸附口用於吸附矽片，使得該矽片能夠與該頭部主體一起運動；
設置在該頭部主體的下表面上的第一排放口，該第一排放口沿徑向方向設置在該吸附口的外側，用於在該矽片被拋光時在該矽片的周向外側排放氣體，以減少該矽片的邊緣附近的拋光液的量。
第二方面，本發明實施例提供了一種拋光設備，該拋光設備包括根據第一方面的拋光頭。
本發明實施例提供了拋光頭和拋光設備；該拋光頭通過設置在頭部主體的下表面上的吸附口吸附矽片，以使矽片固定至頭部主體而能夠與該頭部主體一起運動，在拋光頭的頭部主體的下表面上還設置有第一排放口，第一排放口設置成能夠在該矽片被拋光時在該矽片的周向外側排放氣體，由此可以在該矽片的周向外側形成氣體屏障，憑藉該氣體屏障可以阻礙過多的拋光液聚集在該矽片的邊緣，減少對該矽片的邊緣進行拋光的拋光液的量，由此避免了對矽片的邊緣的過度拋光，提升了拋光後的矽片的平坦度。
為利 貴審查委員了解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達到之功效，茲將本發明配合附圖及附件，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的申請範圍，合先敘明。
在本發明實施例的描述中，需要理解的是，術語“長度”、“寬度”、“上”、“下”、“前”、“後”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明實施例和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
此外，術語“第一”、“第二”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個所述特徵。在本發明實施例的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。
矽片在經過雙面拋光步驟流程後，通常會在表面遺留有細微損傷。為了去除損傷，並且將矽片製作成鏡面並持續地改善平坦度，通常會進行FP作業。常規的FP作業是將裝載有矽片的拋光頭（Polishing Head）與黏貼在下定盤上的拋光墊表面相接觸，矽片表面通過研磨液管道（slurry Tube）供給的膠質研磨液（Colloidal slurry）和化學品（chemical）發生化學反應並且因機械加壓所引發的物理反應的影響進行拋光。
具體來說，完成雙面拋光流程的矽片會被放入清洗機，隨後從清洗機出料後需再進行FP作業，完整的FP作業流程包括三次拋光操作，具體如下：首先，將矽片進行第一次FP步驟，也可被稱之為粗拋光（Stock Polishing）步驟，該步驟用於將矽片在前序步驟引起的表面缺陷進行去除並製作成鏡面狀態；本步驟是用於調整作業過程中的研磨顆粒（Particle）以及整個矽片表面的平坦度。在粗拋步驟後進行第二次FP步驟，該步驟調整研磨顆粒，通過使用最小的研磨量以調整矽片表面的粗糙度。在完成第二次FP步驟，就接著進行第三次FP步驟，該步驟用於調整矽片表面的微觀粗糙度（micro roughness）及細小顆粒（fine particle）並完成收尾工作。矽片在完成以上3個步驟的FP作業後，會在設備內進行簡單的表面清洗，最後放置到下料片盒（unloading cassette）中，直到下料片盒內裝滿矽片後則進行等待的工序。
對於以上作業流程中的第一次FP步驟，即粗拋光步驟來說，在作業的過程中，能夠實現本發明實施例技術方案的最終拋光（Finish Polishing，FP）FP裝置100如圖1所示，該FP裝置100具體可以包括：拋光頭101，吸附墊102，拋光液供給管路103，拋光盤104，貼附在拋光盤104上的拋光墊105，第一驅動軸106以及第二驅動軸107。使用FP裝置100對矽片W進行最終拋光時，在吸附墊102與矽片W背面吸附的情況下，通過拋光液供給管路103向拋光墊105供給一定供給流量的拋光液，當拋光液供給至拋光墊105上且與矽片W接觸後，利用第一驅動軸106和第二驅動軸107分別帶動拋光盤104與拋光頭101進行相對旋轉運動，通過拋光頭101對矽片W施加壓力以完成矽片W的最終拋光操作。通過對矽片W進行最終拋光操作能夠去除矽片W在前一部分機械加工流程中產生的損傷面，這些損傷面在最終拋光流程中通過拋光液進行化學軟化，已化學軟化的損傷面能夠通過與拋光墊105的機械運動被去除。經過反復進行上述的最終拋光流程，使得矽片W表面的損傷面完全被去除，最終使矽片W表面平坦化。
由於使用FP裝置100進行最終拋光時，矽片和拋光墊始終處於相對旋轉狀態，而旋轉帶來的離心作用往往會使拋光液聚集在矽片的邊緣，這使得矽片表面的邊緣區域的拋光去除量大於矽片表面的中央區域的拋光去除量，拋光去除量的不均勻最終導致矽片表面的平坦度惡化。
對此，本發明實施例提出拋光頭和拋光設備；能夠通過干預拋光液在矽片拋光區域的分佈及成分提高拋光後的矽片的平坦度水準。
參見圖2，第一方面，本發明實施例提出了一種拋光頭200，該拋光頭200包括：
頭部主體201；
設置在該頭部主體201的下表面201a上的吸附口202，該吸附口202用於吸附矽片W，使得該矽片W能夠與該頭部主體201一起運動；
設置在該頭部主體201的下表面201a上的第一排放口203，該第一排放口203沿徑向方向設置在該吸附口202的外側，用於在該矽片W被拋光時在該矽片W的周向外側排放氣體，以減少該矽片W的邊緣附近的拋光液的量。
如圖2所示，頭部主體201具有沿縱向方向貫穿其中央的管路LL，該管路LL通向吸附口202使得能夠在吸附口202處形成負壓，以將矽片W吸附至拋光頭200，使得拋光頭200能夠帶動矽片W隨之一起進行運動，沿頭部主體201的下表面201a的徑向方向在吸附口202的外側還設置有第一排放口203，第一排放口203也位於被吸附至拋光頭200的矽片W的周向外側，用於在該矽片W的周向外側排放氣體，以吹散聚集在該矽片W的邊緣附近的拋光液，減少該矽片W的邊緣附近的拋光液的量，由此減少對矽片邊緣的拋光量，提升拋光後的矽片的表面平坦度。
本發明實施例提供了一種拋光頭200；該拋光頭200通過設置在頭部主體201的下表面201a上的吸附口202吸附矽片W，以使矽片W固定至頭部主體201而能夠與該頭部主體201一起運動，在拋光頭200的頭部主體201的下表面201a上還設置有第一排放口203，第一排放口203設置成能夠在該矽片W被拋光時在該矽片W的周向外側排放氣體，由此可以在該矽片W的周向外側形成氣體屏障，憑藉該氣體屏障可以阻礙過多的拋光液聚集在該矽片的邊緣，減少對該矽片的邊緣進行拋光的拋光液的量，由此避免了對矽片的邊緣的過度拋光，提升了拋光後的矽片的平坦度。
為了進一步減少對矽片邊緣部分的拋光，可選地，如圖2和圖3所示，該拋光頭200還包括設置在該頭部主體201的下表面201a上的第二排放口204，該第二排放口204沿徑向方向位於該吸附口202與該第一排放口203之間，用於在該矽片W被拋光時在該矽片W的周向外側排放液體，以降低該矽片W的邊緣附近的拋光液的濃度。
如圖2和圖3所示，沿該頭部主體201的下表面201a的徑向方向，在該吸附口202與第一排放口203之間還設置有第二排放口204，第二排放口204用於在該矽片W的周向外側排放液體，以稀釋矽片的邊緣附近的拋光液，降低其濃度，從而也能起到避免對矽片邊緣過度拋光的作用。
為了稀釋拋光液但不對拋光液帶來其他負面影響，可選地，該液體為去離子水或強鹼液，其中，該強鹼液的pH值大於11，特別可選地，該強鹼液的pH值約為12，強鹼液可以與研磨液中的研磨組分比如二氧化矽等發生化學反應而形成膠溶體，以有效降低拋光液的拋磨能力。
對於第一排放口的實現形式，例如，其可以形成為一個圓環形開口。為了能夠更均勻地排放氣體，可選地，如圖3所示，該拋光頭200包括沿該頭部主體201的該下表面201a的周向方向佈置的多個該第一排放口203，即，多個離散的第一排放口203，各個第一排放口可以彼此均勻地間隔開。在圖3中示出的實施例中，每個第一排放口呈矩形，可以設想的是，第一排放口可以呈其他形狀，例如圓形、長圓形等。
根據本發明的另一可選實施例，如圖3所示，該拋光頭200包括沿該頭部主體201的該下表面201a的周向方向佈置的多個該第二排放口204。在圖3中示出的實施例中，第二排放口204呈圓形，當然，第二排放口204也可以形成為其他形狀，例如矩形、三角形等。
第一排放口203和第二排放口204的排放開始時間以及持續時間可以根據實際生產情況選擇，對於一次拋光操作而言，在拋光的初始階段，第一排放口203和第二排放口204均不進行排放，以使矽片能夠與拋光液充分接觸，得到必要的拋光，在拋光的中間階段，可以間歇性地使第一排放口203排放氣體以及使第二排放口204排放液體，以避免對矽片邊緣的過度拋光。
為了能夠根據實際生產需要準確地控制第一排放口203和第二排放口204，可選地，參見圖2，該拋光頭還包括控制器205，該控制器205用於控制該第一排放口203和該第二排放口204的排放。
為了實現拋光頭繞自身軸線的旋轉運動以及在拋光墊上的平移運動，可選地，如圖2所示，該拋光頭200還包括驅動該拋光頭運動的驅動器206。
為了不汙染拋光液，可選地，該氣體為惰性氣體，例如，該氣體可以為氮氣。
第二方面，參見圖4，本發明實施例提供了一種拋光設備300，該拋光設備300包括根據第一方面的拋光頭200。
需要說明的是：本發明實施例所記載的技術方案之間，在不衝突的情況下，可以任意組合。
在上述實施方式的描述中，具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。以上僅為本發明之較佳實施例，並非用來限定本發明之實施範圍，如果不脫離本發明之精神和範圍，對本發明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明申請專利範圍的保護範圍當中。
100:FP裝置
101:拋光頭
102:吸附墊
103:拋光液供給管路
104:拋光盤
105:拋光墊
106:第一驅動軸
107:第二驅動軸
200:拋光頭
201:頭部主體
201a:下表面
202:吸附口
203:第一排放口
204:第二排放口
205:控制器
206:驅動器
300:拋光設備
W:矽片
LL:管路
圖1為本發明實施例提供的常規拋光設備的結構示意圖；
圖2為本發明實施例提供的拋光頭的正視圖；
圖3為本發明實施例提供的拋光頭的仰視圖；
圖4為本發明實施例提供的拋光設備的結構示意圖。
200:拋光頭
201:頭部主體
201a:下表面
202:吸附口
203:第一排放口
204:第二排放口
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206:驅動器
W:矽片
LL:管路
Claims (9)
- 一種拋光頭，包括： 頭部主體； 設置在該頭部主體的下表面上的吸附口，該吸附口用於吸附矽片，使得該矽片能夠與該頭部主體一起運動； 設置在該頭部主體的下表面上的第一排放口，該第一排放口沿徑向方向設置在該吸附口的外側，用於在該矽片被拋光時在該矽片的周向外側排放氣體，以減少該矽片的邊緣附近的拋光液的量。
- 如請求項1所述之拋光頭，其中，該拋光頭還包括設置在該頭部主體的下表面上的第二排放口，該第二排放口沿徑向方向位於該吸附口與該第一排放口之間，用於在該矽片被拋光時在該矽片的周向外側排放液體，以降低該矽片的邊緣附近的拋光液的濃度。
- 如請求項2所述之拋光頭，其中，該液體為去離子水或強鹼液，其中，該強鹼液的pH值大於11。
- 如請求項1所述之拋光頭，其中，該拋光頭包括沿該頭部主體的該下表面的周向方向佈置的多個該第一排放口。
- 如請求項2所述之拋光頭，其中，該拋光頭包括沿該頭部主體的該下表面的周向方向佈置的多個該第二排放口。
- 如請求項2、3或5中任一項所述之拋光頭，其中，該拋光頭還包括控制器，該控制器用於控制該第一排放口和該第二排放口的排放。
- 如請求項1至5中任一項所述之拋光頭，其中，該拋光頭還包括驅動該拋光頭運動的驅動器。
- 如請求項1至5中任一項所述之拋光頭，其中，該氣體為惰性氣體。
- 一種拋光設備，該拋光設備包括如請求項1至8中任一項所述之拋光頭。
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