一种用于化学机械抛光设备的预清洗装置的制作方法

1.本实用新型涉及半导体制造领域，具体涉及一种用于化学机械抛光设备的预清洗装置。


背景技术：

2.目前，随着集成电路制造先进工艺的不断发展，化学机械抛光作为一种晶圆表面全局平坦化的方法应用越来越广泛，同时对研磨过程中的缺陷控制也提出了更高的要求，在目前的化学机械抛光设备中，其工艺过程为：晶圆通过机械手臂传送至研磨头，研磨头吸住晶圆的背面使其正面朝下接触研磨垫，然后通过一定压力和转速在研磨液的作用下去除多余材料。其中，刮伤缺陷是化学机械抛光工艺最主要的的缺陷之一，而且，随着集成电路的线宽的不断减小，刮伤对晶圆良率的影响也越来越大。
3.上述刮伤缺陷的来源主要有以下两个方面：一方面来源于研磨设备本身包括研磨液中的大颗粒，研磨垫上研磨副产物的结晶以及钻石修整器中钻石掉落等，而另一方面在于晶圆本身带来的颗粒来源。在集成电路制造工艺流程中，晶圆在进行化学机械抛光设备工艺之前一般会先经历过多次光刻、刻蚀、薄膜沉积、退火等工艺，而在这些工艺过程中晶圆的边缘区域很容易产生缺陷。这些缺陷包括薄膜损坏以及脱皮等，在后续进行化学机械抛光设备工艺中，这些缺陷在机械作用下很容易掉落在研磨垫上从而成为研磨过程中的大颗粒来源，产生严重的刮伤缺陷，从而影响产品良率。
4.如何降低化学机械抛光的刮伤缺陷是本领域技术人员不断追求的最主要目标之一，基于这一出发点，本实用新型提供一种新型的用于化学机械抛光设备的预清洗装置用以减少刮伤缺陷，提高产品良率。


技术实现要素：

5.基于上述表述，本实用新型提供了一种用于化学机械抛光设备的预清洗装置，以解决现有技术中的晶圆刮伤缺陷较大，进而影响产品良率的技术问题。
6.本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
7.本实用新型提供一种用于化学机械抛光设备的预清洗装置，包括：载台组件、毛刷组件及清洗组件；
8.所述载台组件用于放置待预清洗的晶圆；
9.所述毛刷组件设于所述载台组件的上方，所述毛刷组件用于对所述晶圆进行刷扫；
10.所述清洗组件包括喷头及供水管，所述喷头与所述供水管连接，所述喷头朝向所述载台组件设置，所述供水管用于向所述晶圆的表面提供流水，以对刷扫后的所述晶圆表面进行冲洗。
11.在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
12.进一步的，所述载台组件包括卡盘、支撑件及第一驱动件；
13.所述卡盘设于所述支撑件上，所述第一驱动件与所述支撑件驱动连接，在所述第一驱动件的作用下，所述支撑件能够带动所述卡盘绕其轴线转动。
14.进一步的，所述卡盘为微孔陶瓷体，所述卡盘能够通过微孔结构以形成真空吸附所述晶圆。
15.进一步的，所述毛刷组件包括毛刷、连接臂及第二驱动件；
16.所述毛刷可拆卸的连接于所述连接臂的一端，所述第二驱动件与所述连接臂连接，在所述第二驱动件的作用下，所述连接臂能够带动所述毛刷旋转和沿竖直方向上下移动。
17.进一步的，所述毛刷组件为两个，两个所述毛刷组件关于所述载台组件的轴线对称布设，两个所述毛刷组件均与所述晶圆的边沿对应设置，两个所述毛刷均能对所述晶圆的边沿进行扫刷。
18.进一步的，所述喷头设于两个所述毛刷组件之间，用于向所述晶圆的上表面喷洒流水。
19.进一步的，所述毛刷组件为一个，所述毛刷朝向所述载台组件设置，所述毛刷能够覆盖所述晶圆的上表面。
20.进一步的，所述毛刷呈圆筒状，所述毛刷包括筒体及刷头，多个所述刷头均匀分布于所述筒体上。
21.进一步的，所述清洗组件设于所述晶圆的两侧，用于向所述晶圆的上边沿喷洒流水。
22.进一步的，所述毛刷的材料为柔性材料。
23.与现有技术相比，本技术的技术方案具有以下有益技术效果：
24.本实用新型提供的用于化学机械抛光设备的预清洗装置通过设置载台组件、毛刷组件及清洗组件，将待预清洗的晶圆放置于载台组件上，进而利用毛刷组件和清洗组件完成对晶圆边沿大颗粒的刷扫和冲洗，以去除晶圆边沿的颗粒源。本实用新型提供的用于化学机械抛光设备的预清洗装置通过高效清扫晶圆的颗粒源能够有效防止在后续研磨部分中由于晶圆的边缘区域的薄膜损坏以及脱皮造成的刮伤缺陷，降低化学机械抛光工艺缺陷，进而有效的提升产品良率。
附图说明
25.图1为本实用新型实施例提供的用于化学机械抛光设备的预清洗装置的结构示意图之一；
26.图2为图1所示的用于化学机械抛光设备的预清洗装置的截面示意图；
27.图3为本实用新型实施例提供的用于化学机械抛光设备的预清洗装置的结构示意图之二；
28.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
29.1、载台组件；11、卡盘；12、支撑件；
30.2、毛刷组件；21、毛刷；22、连接臂；
31.3、清洗组件；31、喷头；32、供水管。
具体实施方式
32.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
33.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
34.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
35.在本说明书的描述中，参考术语“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实用新型实施例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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
36.如何降低化学机械抛光的刮伤缺陷，是本领域继续解决的难题，在现有技术中，主要存在以下两种方式，但其均存在一定的缺陷：
37.方式一：在现有的化学机械抛光设备中，研磨过程为晶圆通过传送手臂直接传送至研磨头上开始进行研磨工艺，研磨完成之后通过清洗和干燥系统完成工艺。刮伤缺陷的控制主要还是通过改善设备本身的状态来实现，比如：通过二次过滤的方式降低研磨液中大颗粒的数量、通过增加研磨垫清洗装置降低研磨副产物的结晶以及钻石修整器增加探测装置降低钻石脱离造成刮伤缺陷的频率等等。其存在的缺陷是这一降低刮伤缺陷的方法集中在解决设备本身带来的大颗粒来源问题，没有针对用于去除研磨之前晶圆边缘本身的带来的颗粒的装置，从而不能对晶圆边缘的薄膜损坏以及脱皮等污染物进行有效的去除，无法避免其在后续的研磨过程中造成刮伤缺陷。
38.方式二：通过刻蚀的方法对晶圆边缘的薄膜损坏和脱皮进行清理，要么是通过反应等离子刻蚀的方法对膜层进行刻蚀达到清洁的目的，要么是通过湿法刻蚀的方法通过化学品对晶圆斜面进行化学反应去除残留膜。通过上述两种刻蚀的方式都可以达到去除晶圆边缘的缺陷和异常，然而该方法对晶圆边缘进行清洁的方式需要增加额外的工艺步骤，对于半导体工艺制造来说增加额外的工艺步骤一方面会增加工艺成本，另一方面还会增加产品的生产周期；此外对化学机械抛光工艺而言，前道制程增加晶圆边缘刻蚀，虽然有利于降低刮伤缺陷，但因为刻蚀清理之后在后续的传送等过程中，晶圆仍然有可能聚集颗粒造成刮伤。
39.因此，现有技术无法提供出较理想的解决方案，本实用新型提供了一种新的用于化学机械抛光设备的预清洗装置，优于现有技术提供的方案。
40.下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述，以下实施例
用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。
41.如图1至图3所示，本实用新型实施例提供了用于化学机械抛光设备的预清洗装置，包括：载台组件1、毛刷组件2及清洗组件3。
42.载台组件1用于放置待预清洗的晶圆。
43.毛刷组件2设于载台组件1的上方，毛刷组件2用于对晶圆进行刷扫。
44.清洗组件3包括喷头31及供水管32，喷头31与供水管32连接，喷头31朝向载台组件1设置，供水管32用于向晶圆的表面提供流水，以对刷扫后的晶圆表面进行冲洗。
45.具体地，如图1所示，载台组件1设置在最底部，其上表面用于放置待清洗的晶圆，并且能够带动晶圆转动，毛刷组件2设置在载台组件1的上方，且能够靠近或远离晶圆，即能够上下移动，与晶圆接触或者抬离晶圆，其与晶圆的接触扭矩大小可以调节，也就是说其扫刷晶圆的力度可以调节，在毛刷21内还可以内置传感器，用于侦测毛刷21刷洗时与晶圆的下压力。
46.清洗组件3也设置在载台的上方，喷头31朝向晶圆设置，在供水管32的供水作用下，喷头31能够将水喷洒至晶圆表面，以晶圆进行冲洗，去除刷扫掉落得到颗粒源。
47.其中，此处的供水可以为去离子水，出水的流量和出水时间均可根据实际需要进行适应性的调节，例如，将去离子水的喷射流量可以设置为500～1000ml/min。
48.本实用新型实施例提供的用于化学机械抛光设备的预清洗装置通过设置载台组件1、毛刷组件2及清洗组件3，将待预清洗的晶圆放置于载台组件1上，进而利用毛刷组件2和清洗组件3完成对晶圆边沿大颗粒的刷扫和冲洗，以去除晶圆边沿的颗粒源。
49.本实用新型实施例提供的用于化学机械抛光设备的预清洗装置通过高效清扫晶圆的颗粒源能够有效防止在后续研磨部分中由于晶圆的边缘区域的薄膜损坏以及脱皮造成的刮伤缺陷，降低化学机械抛光工艺缺陷，进而有效的提升产品良率。
50.在可选的实施例中，如图1所示，载台组件1包括卡盘11、支撑件12及第一驱动件。
51.卡盘11设于支撑件12上，第一驱动件与支撑件12驱动连接，在第一驱动件的作用下，支撑件12能够带动卡盘11绕其轴线转动。
52.其中，卡盘11为微孔陶瓷体，卡盘11能够通过微孔结构以形成真空吸附晶圆。
53.具体地，晶圆通过传送手臂放置在卡盘11上，卡盘11为微孔陶瓷结构，通过真空吸住晶圆整个背面，同时卡盘11在第一驱动件的作用下可以以一定转速带动晶圆进行旋转，保证刷洗过程中毛刷21能够刷洗整个晶圆边沿部分，从而保刷洗的效率和质量。
54.在可选的实施例中，毛刷组件2包括毛刷21、连接臂22及第二驱动件。
55.毛刷21可拆卸的连接于连接臂22的一端，第二驱动件与连接臂22连接，在第二驱动件的作用下，连接臂22能够带动毛刷21旋转和沿竖直方向上下移动。
56.具体地，连接臂22为可活动装置，在工作时连接臂22旋转至特定位置，以保证毛刷21能够接触晶圆边沿指定位置，同时还可以上下活动，用于带动毛刷21调整其与晶圆的扭矩大小。
57.其中，毛刷21的材料为柔性材料，可以为pva材质。
58.刷头与连接臂22为可拆卸连接，当毛刷21的磨损达到一定程度时可以进行更换保证毛刷21的清洁效果。
59.关于毛刷组件2和清洗组件3的设置，本实用新型实施例提供了两种实施方式。
60.实施例一：
61.如图1和图2所示，毛刷组件2为两个，两个毛刷组件2关于载台组件1的轴线对称布设，两个毛刷组件2均与晶圆的边沿对应设置，两个毛刷21均能对晶圆的边沿进行扫刷，此处的毛刷21的直径可以为5～8cm。
62.对应的，清洗组件3中的喷头31设于两个毛刷组件2之间，用于向晶圆的上表面喷洒流水。
63.具体地，本实施例提供的毛刷组件2和清洗组件3的设置方式，在预清洗过程中，毛刷21的清洗范围主要集中在晶圆最边缘的边界范围内。其主要的工艺过程为：晶圆进入化学机械抛光设备之后通过传送系统传送至预清洗系统，晶圆背面吸附在卡盘11上，然后，连接臂22转动带动毛刷21至晶圆边沿上方，并往下移动接触晶圆，同时，晶圆在卡盘11的带动下，以一定转速开始旋转，以及流水开始往下流，开始预清洗工艺。刷洗工艺完成之后，喷头31停止供水，此时，晶圆仍然保持一定转速旋转，以达到去除晶圆表面大量水的目的，之后整个预清洗工艺完成，晶圆从卡盘11上经传送系统传送至研磨头开始进行化学机械抛光工艺。
64.实施例二：
65.如图3所示，毛刷组件2为一个，毛刷21朝向载台组件1设置，毛刷21能够覆盖晶圆的上表面。
66.其中，毛刷21呈圆筒状，毛刷21包括筒体及刷头，多个刷头均匀分布于筒体上。
67.对应的，清洗组件3设于晶圆的两侧，用于向晶圆的上边沿喷洒流水。
68.具体地，如图3所示，毛刷21可以为水平放置，刷洗过程能够完成覆盖整个晶圆表面。毛刷21两端与连接臂22连接，可上下移动，同时清洗过程中毛刷21还可以设置一定转速旋转。清洗组件3设置在晶圆的两侧，可以在清洗过程中朝晶圆上喷去离子水。
69.毛刷21的材质为pva材质，为圆筒状，表面分布均匀的圆形状小刷头，筒体及刷头确保能够覆盖整个晶圆表面。
70.此外，毛刷21也为可拆卸装置，当达到一定磨损程度时能够进行更换，保证清洗效果。
71.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种用于化学机械抛光设备的预清洗装置，其特征在于，包括：载台组件、毛刷组件及清洗组件；所述载台组件用于放置待预清洗的晶圆；所述毛刷组件设于所述载台组件的上方，所述毛刷组件用于对所述晶圆进行刷扫；所述清洗组件包括喷头及供水管，所述喷头与所述供水管连接，所述喷头朝向所述载台组件设置，所述供水管用于向所述晶圆的表面提供流水，以对刷扫后的所述晶圆表面进行冲洗。2.根据权利要求1所述的用于化学机械抛光设备的预清洗装置，其特征在于，所述载台组件包括卡盘、支撑件及第一驱动件；所述卡盘设于所述支撑件上，所述第一驱动件与所述支撑件驱动连接，在所述第一驱动件的作用下，所述支撑件能够带动所述卡盘绕其轴线转动。3.根据权利要求2所述的用于化学机械抛光设备的预清洗装置，其特征在于，所述卡盘为微孔陶瓷体，所述卡盘能够通过微孔结构以形成真空吸附所述晶圆。4.根据权利要求1所述的用于化学机械抛光设备的预清洗装置，其特征在于，所述毛刷组件包括毛刷、连接臂及第二驱动件；所述毛刷可拆卸的连接于所述连接臂的一端，所述第二驱动件与所述连接臂连接，在所述第二驱动件的作用下，所述连接臂能够带动所述毛刷旋转和沿竖直方向上下移动。5.根据权利要求4所述的用于化学机械抛光设备的预清洗装置，其特征在于，所述毛刷组件为两个，两个所述毛刷组件关于所述载台组件的轴线对称布设，两个所述毛刷组件均与所述晶圆的边沿对应设置，两个所述毛刷均能对所述晶圆的边沿进行扫刷。6.根据权利要求5所述的用于化学机械抛光设备的预清洗装置，其特征在于，所述喷头设于两个所述毛刷组件之间，用于向所述晶圆的上表面喷洒流水。7.根据权利要求4所述的用于化学机械抛光设备的预清洗装置，其特征在于，所述毛刷组件为一个，所述毛刷朝向所述载台组件设置，所述毛刷能够覆盖所述晶圆的上表面。8.根据权利要求7所述的用于化学机械抛光设备的预清洗装置，其特征在于，所述毛刷呈圆筒状，所述毛刷包括筒体及刷头，多个所述刷头均匀分布于所述筒体上。9.根据权利要求7所述的用于化学机械抛光设备的预清洗装置，其特征在于，所述清洗组件设于所述晶圆的两侧，用于向所述晶圆的上边沿喷洒流水。10.根据权利要求4所述的用于化学机械抛光设备的预清洗装置，其特征在于，所述毛刷的材料为柔性材料。

技术总结
本实用新型涉及半导体制造领域，提供一种用于化学机械抛光设备的预清洗装置，包括载台组件、毛刷组件及清洗组件；所述载台组件用于放置待预清洗的晶圆；所述毛刷组件设于所述载台组件的上方，所述毛刷组件用于对所述晶圆进行刷扫；所述清洗组件包括喷头及供水管，所述喷头与所述供水管连接，所述喷头朝向所述所述载台组件设置，所述供水管用于向所述晶圆的表面提供流水，以对刷扫后的所述晶圆表面进行冲洗。本实用新型提供的用于化学机械抛光设备的预清洗装置能够有效防止在后续研磨部分中由于晶圆的边缘区域的薄膜损坏以及脱皮造成的刮伤缺陷，降低化学机械抛光工艺缺陷，进而有效的提升产品良率。效的提升产品良率。效的提升产品良率。


技术研发人员：程平 程国云 刘向宇 胡媛媛
受保护的技术使用者：湖北九峰山实验室
技术研发日：2022.11.17
技术公布日：2023/8/8