[发明专利]一种晶圆装载支架、晶圆装载系统及晶圆装片方法

说明书

本发明公开一种晶圆装载支架、晶圆装载系统及晶圆装片方法，采用可升降的晶圆装载支架和包含多个压力介质腔体的抛光头，晶圆装载过程中，抛光头的吸附膜在压力下产生圆弧形形变，将晶圆装载支架承片座上的晶圆抬升至装载位置并与吸附膜接触，承片座由边缘高中心低的盆形托架构成，承片座进一步抬升晶圆，晶圆在承片座和吸附膜的压力下由中心向四周逐步与吸附膜紧密贴合，排空两者间的空气，在此过程，晶圆中心区域不与承片座接触，避免晶圆在装载过程中产生划痕；此时对接触吸附膜的压力介质腔体施加真空，晶圆与吸附膜在真空下将晶圆转移至抛光头，完成装载，晶圆装载支架和抛光头内的压力监测装置可有效检测晶圆装载状态。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路芯片制造的设备领域，具体涉及一种晶圆装载支架、晶圆装载系统及晶圆装片方法。

背景技术

半导体集成电路芯片制造工艺中，平坦化技术已成为不可缺少的关键技术之一。化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization，CMP)工艺是目前最有效、最成熟的平坦化技术。CMP设备是完全自动化的，保证晶圆在生产过程中每一模块每一环节的安全性，对于安全生产、降低损耗、提高生产效率具有重要的意义。CMP设备主要是通过抛光头将晶圆吸附装载到抛光垫上进行抛光，抛光结束后再由抛光头运回晶圆装载支架卸载放片。

在CMP的工艺过程中，抛光头装载晶圆操作是一项十分关键的技术。若未处理好此作业、未调节正确相关工艺参数，可能会出现在装载过程中晶圆装载失败或从抛光头脱落而发生掉片的情况。晶圆掉落不仅会对晶圆造成损伤，还需停机对设备进行清理检修，这将降低产品良率和生产效率，此外，晶圆装载的稳定性将直接影响其在化学机械抛光过程中的抛光效果。

关于晶圆的装载工艺，业界已有较为成熟的模式，如专利号为 US7527271B2的美国专利文献披露的技术方案中，其装载设备由晶圆支架和抛光头组成。工作时，与晶圆接触的中心腔体处于常压状态，晶圆由晶圆支架上完全水平的承片座承载上升与腔体表面的吸附膜接触并进一步上升挤压腔体直至与吸附膜完全接触，而后晶圆边缘附近腔体加压密封吸附膜与晶圆的接触区域，中心腔体抽真空将晶圆转移至抛光头之后，晶圆边缘附近腔体转为常压状态，完成晶圆装载动作。当中心腔体的吸附膜在常压状态下产生微小褶皱时，晶圆与吸附膜不能保持紧密接触，将降低晶圆装载的成功率。另一方面，晶圆在承片座上升挤压中心腔体时，晶圆下表面受水平承片座挤压可能会引入划痕、颗粒等缺陷。

以上叙述表明，从工艺改进的角度来看，晶圆装载过程仍有优化的空间。

发明内容

本发明公开一种晶圆装载支架、晶圆装载系统及晶圆装片方法，采用可升降的晶圆装载支架和包含多个压力介质腔体的抛光头，晶圆装载过程中，抛光头的吸附膜在压力下产生圆弧形形变，将晶圆装载支架承片座上的晶圆抬升至装载位置并与吸附膜接触，承片座由边缘高中心低的盆形托架构成，承片座进一步抬升晶圆，晶圆在承片座和吸附膜的压力下由中心向四周逐步与吸附膜紧密贴合，排空两者间的空气，在此过程，晶圆中心区域不与承片座接触，避免晶圆在装载过程中产生划痕；此时对接触吸附膜的压力介质腔体施加真空，晶圆与吸附膜在真空下将晶圆转移至抛光头，完成装载，晶圆装载支架和抛光头内的压力监测装置可有效检测晶圆装载状态。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种晶圆装载支架，包含基座及位于其上的承片座，所述承片座用于放置晶圆，所述晶圆装载支架与用于装载晶圆的抛光头相配合，所述抛光头包括控制所述抛光头垂直方向运动的第一压力介质腔体、通过加载压力保持腔体密闭的第二压力介质腔体、与所述第二压力介质腔体相连的第三压力介质腔体以及用于吸附晶圆并与所述第三压力介质腔体接触的吸附膜，所述承片座在所述基座上升时带动所述晶圆抬升，并在与所述已产生抛光头外方向圆弧形形变的吸附膜接触后，所述承片座可进一步抬升使所述晶圆与所述吸附膜贴合；所述承片座为边缘高中心低的盆形托架结构，使得所述晶圆与所述吸附膜完全接触过程中，所述晶圆的边缘与所述承片座接触且所述晶圆的中间区域不与所述承片座接触，避免晶圆下表面受承片座挤压而引入划痕、颗粒等缺陷。