晶圓研磨頭及晶圓吸附方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及集成電路制造領域，更具體地說，涉及吸取晶圓的裝置和方法。
【背景技術】
[0002]對晶圓進行拋光是半導體工藝中的常規步驟，在對晶圓進行拋光時，首先通過機械手把晶圓放置在晶圓承載臺上，然后再把晶圓從晶圓承載臺上吸附到研磨頭上，研磨頭會抽取真空產生負壓，從而吸附住晶圓，之后研磨頭攜帶晶圓一起進行研磨。
[0003]但晶圓從晶圓承載臺上被吸附到研磨頭的過程中，由于氣壓或者其他機械壓力的存在，晶圓的表面會承壓。當晶圓承載臺存在不合理的結構，比如晶圓承載臺的中部下凹過多，達到5mm左右；或者研磨頭存在不合理的結構，比如晶圓傳感器凸出較多、彈簧較硬，研磨頭上的壓力分布不合適等，都會導致晶圓由于受力而破碎。晶圓的破碎將造成很大的經濟損失，尤其對于具有高深寬比的TSV (through silicon vias)晶圓來說，晶圓破碎的損失非常嚴重。
【發明內容】
[0004]本發明旨在提出一種能夠降低晶圓破碎概率的晶圓研磨頭以及吸附工藝。
[0005]根據本發明的一實施例，提出一種晶圓研磨頭，晶圓研磨頭呈圓形，晶圓研磨頭的下表面平坦，形成晶圓吸附區，晶圓吸附區由內至外依次形成第一區、第二區、第三區、外圍區和晶圓保持環，第一區是圓形，第二區、第三區、外圍區和晶圓保持環是環形，第一區、第二區、第三區、外圍區和晶圓保持環同心，在吸附晶圓時，第一區和第三區形成負壓，第二區和外圍區形成正壓，吸附完成后，晶圓保持環形成負壓；
[0006]在第一區、第二區或者第三區中布置有晶圓傳感器，晶圓傳感器安裝在形成于晶圓研磨頭中的孔中，晶圓傳感器的尾部通過彈簧連接到晶圓研磨頭，晶圓傳感器的端部在未吸附晶圓時延伸超出所述晶圓研磨頭的下表面，晶圓吸附完成時晶圓傳感器由所吸附的晶圓壓回所述孔中，其中彈簧的彈性系數符合:彈簧形成的彈簧力小于晶圓表面的破碎應力。
[0007]在一個實施例中，外圍區進一步包括同心環形的第四區和第五區，第四區位于內偵牝第五區位于外側。
[0008]在一個實施例中，晶圓傳感器布置在第二區，晶圓傳感器的端部在未吸附晶圓時延伸超出所述晶圓研磨頭的下表面的距離不大于1.5mm。
[0009]在一個實施例中，吸附晶圓時,第一區和第三區形成的負壓為-0.2?-1.8psi,第二區形成的正壓為0.05?0.2psi，外圍區形成的正壓為0.1?0.5psi。
[0010]在一個實施例中，晶圓研磨頭從一晶圓承載臺上吸附晶圓，晶圓承載臺由邊緣向中心逐漸下凹，下凹距離不超過2mm。
[0011]在一個實施例中，晶圓承載臺與晶圓接觸的表面覆蓋有彈性材料層。
[0012]根據本發明的一實施例，提出一種晶圓吸附方法，使用一圓形晶圓研磨頭從一晶圓承載臺上吸附晶圓，其中該晶圓研磨頭的下表面平坦，形成晶圓吸附區，晶圓吸附區由內至外依次形成第一區、第二區、第三區、外圍區和晶圓保持環，第一區是圓形，第二區、第三區、外圍區和晶圓保持環是環形，第一區、第二區、第三區、外圍區和晶圓保持環同心，在第一區、第二區或者第三區中布置有晶圓傳感器，晶圓傳感器安裝在形成于晶圓研磨頭中的孔中，晶圓傳感器的尾部通過彈簧連接到晶圓研磨頭，晶圓傳感器的端部在未吸附晶圓時延伸超出所述晶圓研磨頭的下表面，該晶圓吸附方法包括:
[0013]晶圓研磨頭移動至晶圓承載臺上方并下降；
[0014]外圍區形成正壓；
[0015]第一區和第三區形成負壓，第二區形成正壓，同時監測晶圓傳感器是否探測到晶圓；
[0016]晶圓傳感器探測到晶圓，外圍區形成常壓，晶圓保持環形成負壓；
[0017]吸附完成，晶圓研磨頭攜帶晶圓上升離開晶圓承載臺。
[0018]在一個實施例中，第一區和第三區形成的負壓為-0.2?_1.8psi，第二區形成的正壓為0.05?0.2psi，外圍區形成的正壓為0.1?0.5psi。
[0019]在一個實施例中，外圍區進一步包括同心環形的第四區和第五區，第四區位于內偵牝第五區位于外側。晶圓傳感器布置在第二區，晶圓傳感器的端部在未吸附晶圓時延伸超出晶圓研磨頭的下表面的距離不大于1.5mm。
[0020]在一個實施例中，晶圓承載臺由邊緣向中心逐漸下凹，下凹距離不超過2mm，晶圓承載臺與晶圓接觸的表面覆蓋有彈性材料層。
[0021]本發明的晶圓研磨頭和晶圓吸附方法使得晶圓承載臺、晶圓研磨頭的結構更加合理，使得晶圓被吸附時表面承受的力減小，降低晶圓發生破碎的概率。
【附圖說明】
[0022]本發明上述的以及其他的特征、性質和優勢將通過下面結合附圖和實施例的描述而變的更加明顯，在附圖中相同的附圖標記始終表示相同的特征，其中:
[0023]圖1揭示了根據本發明的一實施例的晶圓研磨頭的仰視結構圖。
[0024]圖2揭示了根據本發明的一實施例的晶圓研磨頭從晶圓承載臺上吸附晶圓的示意圖。
[0025]圖3揭示了根據本發明的一實施例的晶圓吸附方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0026]參考圖1所示,本發明揭示了一種晶圓研磨頭100,晶圓研磨頭呈圓形。晶圓研磨頭的下表面平坦，形成晶圓吸附區，該下表面也稱為基準面。晶圓吸附區由內至外依次形成第一區101、第二區102、第三區103、外圍區和晶圓保持環106。第一區101是圓形，第二區102、第三區103、外圍區和晶圓保持環106是環形。第一區101、第二區102、第三區103、外圍區和晶圓保持環106同心。在圖示的實施例中，外圍區進一步包括同心環形的第四區104和第五區105，第四區104位于內側，第五區105位于外側。區分第四區104和第五區105能更加精確地對研磨頭進行壓力控制，但在大多數情況下，第四區104和第五區105會被當作一個區，g卩外圍區來處理。在吸附晶圓時，第一區101和第三區103形成負壓，第二區102和外圍區(即第四區104和第五區105)形成正壓。在一個實施例中，各區的壓力被設置為如下值:吸附晶圓時，第一區101和第三區103形成的負壓為-0.2?-1.8psi。第二區形成的正壓為0.05?0.2psi。外圍區形成的正壓為0.1?0.5psi。在吸附完成后，晶圓保持環106形成負壓，晶圓保持環106形成的負壓于現有技術中抽取真空的標準一致。
[0027]在第一區、第二區或者第三區中布置有晶圓傳感器108。晶圓傳感器108安裝在形成于晶圓研磨頭100中的孔中(孔未示出)。晶圓傳感器108的尾部通過彈簧連接到晶圓研磨頭100，即孔的內側底部。晶圓傳感器108的端部在未吸附晶圓時延伸超出晶圓研磨頭的下表面，即所述的基準面。晶圓吸附完成時晶圓傳感器由所吸附的晶圓壓回孔中，因為晶圓傳感器108的尾部具有彈簧，因此在晶圓將晶圓傳感器108壓回孔的過程中，晶圓傳感器108對晶圓的表面產生壓力。該壓力可能會引起晶圓破碎，因此彈簧的彈性系數需要符合以下標準:彈簧形成的彈簧力小于晶圓表面的破碎應力。或者說，彈簧力作用于晶圓傳感器上,進而在晶圓表面產生的壓力不會使得晶圓表面破碎。由于晶圓表面的破碎應力可能有所不同，因此彈簧的彈性系數是與晶圓表面的破碎應力相應的。在圖示的實施例中，晶圓傳感器108被布置在第二區102。設置在第二區的原因是因為第二區102在吸附晶圓的過程中產生正壓，該正壓有利于抵消一部分晶圓傳感器108對晶圓表面施加的壓力，能進一步降低晶圓破損的概率。在一個實施例中，晶圓傳感器108的端部在未吸附晶圓時延伸超出晶圓研磨頭的下表面，即基準面的距