[發明專利]化學機械拋光晶圓承載器

有效

• 申請號: 201310442865.9
• 申請日: 2013-09-26
• 公開（公告）號: CN103506940B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 李偉;柳濱;高文泉;王東輝
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十五研究所
• 主分類號: B24B37/30
• 分類號: B24B37/30;B24B37/32
• 代理公司: 北京中建聯合知識產權代理事務所(普通合伙)11004
• 代理人: 葉民生

技術領域

本發明涉及一種拋光裝置，特別是涉及一種化學機械拋光晶圓承載器。

背景技術

化學機械拋光（CMP）是化學溶液腐蝕結合機械顆粒磨削對半導體材料或其他材料進行拋光的技術，它廣泛應用在集成電路（IC）制造業。高精度、超光滑無損傷表面的晶圓（或芯片）即由化學機械拋光設備來獲得。化學機械拋光設備主要包括拋光主軸、晶圓承載器、拋光臺、拋光墊、拋光液管路。晶圓承載器是設備的核心部件。晶圓承載器固定在拋光主軸下面上，拋光墊粘附在拋光臺上面，被拋光的晶圓處在晶圓承載器和拋光墊之間。拋光主軸連接晶圓承載器進行升降、旋轉并控制晶圓承載器的下壓力。拋光主軸以及晶圓承載器上具有多條（真空、氣壓、去離子水）的流體管路。晶圓承載器或者真空吸附晶圓，或者夾緊晶圓。晶圓被夾持時，流體通過晶圓承載器分區域的產生可將晶圓壓在拋光墊上的不同壓力的背壓（對晶圓背面施加的液壓力稱為背壓），以增大晶圓拋光面與拋光墊的磨削力，拋光主軸帶動晶圓承載器相對拋光臺做互為反向旋轉，晶圓承載器旋轉的同時還在旋轉平面上做一定角度的偏擺。晶圓承載器同時進行旋轉加偏擺的過程中，拋光液管路將拋光液輸送到拋光墊上，從而達到晶圓在機械磨削和化學溶液腐蝕雙重作用下的拋光目的。目前，晶圓承載器主要存在以下問題：

1）拋光主軸的下壓力；晶圓承載器、拋光臺的旋轉力；拋光墊的平整度、背壓以及經拋光墊噴出的液壓力綜合產生的拋光力最終均作用在晶圓的被拋光面上，這個綜合的拋光力在晶圓拋光面上應基本處處相同，否則極易發生碎片事故。為保證晶圓承載器旋轉與擺動同時進行情況下，拋光力在晶圓上處處基本相同，晶圓承載器通常設計成兩部分，上部分與拋光主軸連接，下部分既與上部分連接隨拋光主軸一起轉動，又以拋光主軸軸線為中心感受綜合拋光壓力變化相對上部分的平面在一定角度下做任意方向的萬向偏擺，以調整拋光力在晶圓拋光面上各個點基本一致。晶圓承載器兩部分的連接是設計難題。現有晶圓承載器兩部分連接的結構基本上是氣囊式，缺點較多。

2)?目前，晶圓直徑發展的越來越大，由于晶圓承載器旋轉線速度不一致，若只對晶圓施加單一背壓，不同區域的拋光去除率會產生差異，造成晶圓拋光面形貌突兀。為避免上述問題，對不同拋光區域采用不同背壓是避免晶圓面形突兀的基本技術，但當前對晶圓背壓進行區域控制的流體管路結構設計復雜，安裝困難。

3）“邊緣效應”會導致晶圓邊緣處有一定的區域難以達到亞微米級別精度，降低晶圓成品率和芯片產量。目前對晶圓承載器均采用保持環緊壓在拋光臺的拋光墊上的方式來減小“邊緣效應”。保持環磨損量達到一定值后就必須更換。傳統保持環的上面結構部分采用不銹鋼，下面磨損部分采用PEEK/PPS塑料構成。對傳統保持環的更換采用或工作一定時間或拋光了一定量晶圓的方法進行，為了防止出現“邊緣效應”，保持環經常被提前、頻繁更換，造成使用壽命短。PEEK/PPS材料價格不菲，過早更換會造成浪費，頻繁更換更會影響設備的正常運轉，降低產能和效益。

發明內容

本發明的目的是給出一種晶圓承載器下部分旋轉與偏擺同時進行時，感受綜合拋光壓力變化，下部分帶動晶圓相對拋光墊自動產生的萬向偏擺能力強；對晶圓不同的拋光區域施加不同氣體背壓的流體管路結構合理，安裝方便且背壓區域作用面積大、壓力均衡；保持環更換周期合理，使用壽命長；保持環與晶片安裝盤之間形成的晶圓安裝槽深度可調整。

本發明的目的是能夠實現的。本發明化學機械拋光晶圓承載器包括連接在拋光主軸上的上蓋以及拋光主軸與上蓋之間連接的若干液壓管路，還包括安裝環、集流盤、夾持環、保持環、膨脹氣囊、晶片安裝盤、背膜以及通過拋光主軸、上蓋與集流盤連接的背壓流體管路，其中，保持環的下平面突出晶片安裝盤粘貼的背膜的下表面形成晶圓存放平面槽。本發明化學機械拋光晶圓承載器的特征在于：所述上蓋的下面安裝一個環形的上球面軸承，集流盤的上面安裝一個環形的下球面軸承，上球面軸承的內徑表面扣壓在下球面軸承的外徑表面上成工作配合副，所述上蓋的下表面中心處靜配合連接一個柔性材料制作的上十字聯軸節，集流盤的上表面中心處靜配合連接一個柔性材料制作的下十字聯軸節，上十字聯軸節和下十字聯軸節為柔性結構并通過螺釘連接，所述上蓋的下表面外緣固定連接環形的安裝環，安裝環連同上蓋沿圓周方向均布對稱地設有若干導向孔，所述每個導向孔內均滑動連接一個限動柱的上部，限動柱的下部螺紋固定連接在集流盤的上表面，所述上球面軸承、下球面軸承、上十字聯軸節、下十字聯軸節、固定在集流盤上的限動柱以及與限動柱滑動連接的安裝環和上蓋上的導向孔構成萬向節擺動結構；