半導體設備中的雙軸對準裝置及方法
【專利摘要】本發明涉及半導體生產和加工領域。本發明提供了一種半導體設備中雙軸對準裝置，包括晶圓固定盤、定位片、定位盤、噴頭以及激光器件；其中，晶圓固定盤在豎直方向上具有上升和下降的自由度，在水平面內具有沿著或平行于兩個相互垂直的橫方向和縱方向平移的自由度；定位片與晶圓固定盤水平固定安裝，定位片上設置有反射鏡和擋板，反射鏡的反射面與水平面的夾角為45°，擋板上開設有通孔；定位盤與噴頭水平安裝固定，定位盤上設置有激光器件，該激光器件包括發射部和接收部，發射部朝著噴頭的中心軸所在的位置水平發射激光束，當激光束穿過通孔由反射鏡反射至接收部時，激光器件產生感應信號。該裝置能夠在兩軸對準后提醒操作人員。
【專利說明】
半導體設備中的雙軸對準裝置及方法
技術領域
[0001]本發明屬于半導體加工和制造領域，更具體地說，涉及一種半導體設備中的雙軸對準裝置和方法。
【背景技術】
[0002]半導體行業已經進入了高速發展的上行通道，基于TSV制程的高精尖半導體技術為廣大芯片廠商所推崇，與之對應的，相應的半導體加工技術也開始了又一輪的革新。
[0003]為了獲得更高品質的晶圓產品，對部分晶圓進行無應力化學拋光(SFP工藝)，通過對晶圓表面進行研磨以達到相應的厚度是必要的。而在此加工過程中，需要對晶圓的中心進行精確的定位，由于晶圓通常由晶圓固定盤夾持，晶圓中心的定位問題也就轉化為了將晶圓固定盤的中心軸與噴頭的中心軸對準、重合的問題。圖1給出了 SFP工藝中所使用到的加工設備。該設備包括工藝腔103，工藝腔103下方伸出噴頭101，而在工藝腔103的上方設置有固持晶圓的晶圓固定盤102。工藝過程中，晶圓固定盤102抓取晶圓進入工藝腔103并運動至中心位置后，工藝腔103閉合，由噴頭101朝向晶圓固定盤102噴出拋光液，對晶圓表面進行刻蝕。SFP工藝對處理后的晶圓均勻度有著極高的要求，為了使晶圓得到均勻地刻蝕，需要將晶圓固定盤102在刻蝕位置時的中心與噴頭101的中心對齊，也即二者擁有共同的中心軸。
[0004]由于晶圓固定盤102的運動過程通常由計算機控制，只要設置好程序，晶圓固定盤102在抓取晶圓后都能準確的回到初始位置，但是晶圓固定盤102的初始位置有必要人為調節和設置，以使晶圓固定盤102在初始位置處與噴頭101共軸，為后續拋光工藝的進行做好準備。
[0005]對于這一基于半導體生產實踐中所遇到的技術問題，發明人進行了積極地探索，力求一種解決之道，以為后續的工藝流程掃除障礙。
【發明內容】
[0006]為了解決上述實際生產中遇到的技術問題，本發明提供了一種適用于半導體設備當中的雙軸對準裝置，通過增加配件并對配件進行特殊的結構設計，使其符合一定的要求，結合激光定位技術，共同解決了 SFP工藝設備中晶圓固定盤和噴頭的共軸調節問題。本發明同時提出了相應的雙軸對準方法，以使本領域技術人員能夠便捷地利用該裝置進行共軸調節。
[0007]上述目的的實現，有賴于以下技術方案:
[0008]—種半導體設備中的雙軸對準裝置，包括晶圓固定盤、定位片、定位盤、噴頭以及激光器件；
[0009]所述晶圓固定盤在豎直方向具有上升和下降的自由度，在水平面內具有沿著或平行于兩個相互垂直的橫方向和縱方向平移的自由度；
[0010]所述定位片與所述晶圓固定盤水平安裝固定，所述定位片上設置有反射鏡和擋板，所述反射鏡的反射面與水平面的夾角為45°，所述擋板上開設有通孔，所述通孔的深度方向沿著或平行于所述橫方向或縱方向，所述通孔沿著其深度方向的延長線垂直于所述反射面與水平面的相交線，且所述通孔沿著其深度方向的延長線與所述反射面的交點在所述晶圓固定盤的中心軸上；
[0011]所述定位盤與所述噴頭水平安裝固定，所述定位盤上設置有激光器件，該激光器件包括發射部和接收部，所述發射部相對于所述定位盤突出并適合于沿著或平行于所述通孔的深度方向朝著所述噴頭的中心軸所在位置水平發射激光束，并且所述接收部的接收位置在所述噴頭的中心軸上。
[0012]進一步地，所述通孔沿著其深度方向的延長線與所述反射面的交點到所述定位片的豎直距離與所述通孔到所述定位片的豎直距離相等。
[0013]優選地，所述定位片相對于所述晶圓固定盤是可拆卸的，所述定位盤相對于所述噴頭是可拆卸的。
[0014]優選地，所述通孔的深度為I?10mm。
[0015]優選地，所述通孔的孔徑為I?3mm。
[0016]可選地，所述激光束的波長為550?lOOOnm。
[0017]一種使用權利要求1中所述的雙軸對準裝置進行對準的方法，包括步驟:
[0018]步驟一，調節所述晶圓固定盤的初始位置，使所述激光器件的發射部發射出的激光束落入所述擋板的遮擋范圍內；
[0019]步驟二，繼續調節晶圓固定盤的位置，使所述發射部發出的激光束恰好穿過所述通孔；
[0020]步驟三，沿著所述通孔的深度方向調節所述晶圓固定盤的水平位置，直至所述激光器件的接收部接收到所述激光束；
[0021]步驟四，所述晶圓固定盤的中心軸與所述噴頭的中心軸重合，對準過程結束。
[0022]進一步地，當所述通孔的深度方向沿著或平行于所述橫方向時，在步驟一中所述激光束落入所述擋板的遮擋范圍后，調節所述晶圓固定盤在豎直方向和縱方向平移，直至所述激光束恰好穿過所述通孔。
[0023]進一步地，根據權利要求7所述的雙軸對準方法，其特征在于，當所述通孔的深度方向沿著或平行于所述縱方向時，在步驟一中所述激光束落入所述擋板的遮擋范圍后，調節所述晶圓固定盤在豎直方向和橫方向平移，直至所述激光束恰好穿過所述通孔。
[0024]本發明為結合具體實際所作出的研發，填補了半導體領域處理該特定問題的空白，解決了晶圓固定盤與噴頭如何對準的問題，為SFP工藝當中對晶圓進行均勻拋光提供了保障，進而提高了晶圓產品的品質。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發明涉及到的一種無應力拋光設備的結構示意圖；
[0026]圖2是本發明所述雙軸對準裝置的具體實施例的結構示意圖；
[0027]圖3是本發明所述雙軸對準裝置的具體實施例的晶圓固定盤的結構示意圖；
[0028]圖4是本發明所述雙軸對準裝置的具體實施例的定位片的結構示意圖；
[0029]圖5是本發明所述雙軸對準裝置的具體實施例的定位盤的結構示意圖；
[0030]圖6是本發明所述雙軸對準裝置的具體實施例的噴頭的結構示意圖；
[0031]圖7是本發明所述雙軸對準方法的【具體實施方式】的情景示意圖之一；
[0032]圖8是本發明所述雙軸對準方法的【具體實施方式】的情景示意圖之二 ；
[0033]圖9是本發明所述雙軸對準方法的【具體實施方式】的情景示意圖之三；
[0034]圖10是本發明所述雙軸對準方法的【具體實施方式】的情景示意圖之四。
[0035]具體實施例及實施方式
[0036]下面結合附圖對本發明的具體實施例及實施方式進行說明。
[0037]如圖2-6所示，其中主要展示了本發明所述的雙軸對準裝置的結構部件及其連接。圖2是本發明具體實施例的正視圖。在該實施例中的雙軸對準裝置包括晶圓固定盤202、噴頭201、定位片204以及定位盤205，由于半導體工藝通常的需要一定的密閉性，所以上述結構部件均設置于一個工藝腔203內。該實施例的晶圓固定盤202能夠在豎直方向上升或下降，而在水平方向能夠沿著或平行于兩個相互垂直的橫方向和縱方向平移。圖2中標出的X軸和Y軸分別代表了晶圓固定盤202在水平面內平移的橫方向和縱方向。
[0038]如圖3所示是本發明實施例中晶圓固定盤202的結構示意圖。圖3中的(a)、(b)兩圖分別為晶圓固定盤202的正視圖和仰視圖。晶圓固定盤202主要用于在工藝階段抓取和夾持晶圓，而在雙軸對準過程中晶圓固定盤202需要與定位片204配合使用，將晶圓固定盤202和定位片204安裝固定在一起。圖4也給出了本實施例定位片204的相應結構，其中的(a)、(b)、(c)圖分別為定位片204的正視圖、仰視圖和右視圖。作為其中一種安裝晶圓固定盤202和定位片204的方式，晶圓固定盤202上開設了兩個定位孔206，能夠與設置在定位片204上的定位粧207相互配合，將晶圓固定盤202和定位盤204連接為一體。由于兩個定位孔206的位置并不對稱，按照這兩個定位孔206的位置安裝后的定位片204，其與晶圓固定盤202的相對位置將被唯一的、準確的水平安裝固定，定位片204的中心軸與晶圓固定盤202的中心軸將重合、統一為圖4中的Z軸，而不會發生偏差。本發明中的定位片204為可拆卸的，在對準過程完成、定位片204使用完畢后，可以將定位片204取下，以方便晶圓固定盤202去夾持或抓取晶圓。
[0039]在本實施例中，定位盤204的下方設置有一塊直角三棱柱狀的反射鏡208以及一個長且薄的擋板209。擋板209上開設有一個具有一定深度的圓形通孔210，通孔210的深度宜在I?1mm左右設置，以保證將來激光束穿過通孔210的過程中激光束具有良好的準直性；另外，通孔210的孔徑也有一定要求，在I?3mm的范圍內設置比較合適，這樣不會使激光束發生衍射，且能夠保證中心軸對準過程的準確性。
[0040]本實施例中反射鏡208的反射面為直角三棱柱的斜面，當定位盤204按照定位孔206確定的方式與安裝固定后，該反射面與水平方向呈45°夾角；同時，如圖4中的直線L，為通孔210深度方向的延長線，該延長線L將沿著或平行于晶圓固定盤202在水平面內平移的橫方向X軸，而垂直于反射面與水平面的相交線，也就是說延長線L垂直于反射鏡208的豎直向下的直角面，且延長線L與反射面的交點M同時也是晶圓固定盤202 (定位片204)的中心軸Z與反射面的交點。在滿足上述條件的情況下，通孔210到定位片204的距離D應當與M點到定位片204的距離是相等的。
[0041]定位片204上對反射鏡208的位置及擺放、以及通孔210的開設方式等都有嚴格的限制，定位片204本身就是按照這些要求而制作出來的，在對準調節過程中操作人員無需再人為的調整反射鏡208以及通孔210的位置及擺放關系，而只要將定位片204按照定位孔206確定的方式安裝至晶圓固定盤202上，其中的反射鏡208、擋板209以及通孔210即可自然滿足上述位置條件。
[0042]附圖5和6側重于介紹本發明的定位盤205和噴頭201。圖5中(a)、(b)兩圖分別為定位盤205的俯視圖和正視圖；圖6中(a)、(b)兩圖分別為噴頭201的俯視圖和正視圖。
[0043]噴頭201和定位盤205也是采取安裝孔215和定位柱214相互配合的方式水平固定安裝的，在定位盤205的中部有根據噴頭201的形狀相配套的、適于噴頭201嵌入的結構形狀。定位盤205同樣是可拆卸的，在中心軸對準的過程結束以后，可以摘去以方便進行后續作業。當定位盤205與噴頭201安裝為一體時，定位盤205的中心軸將與噴頭201的中心軸重合、統一為Z’軸，而不會發生偏差，且由于兩個安裝孔215的位置不對稱，定位盤205與噴頭201的相對位置能夠被唯一確定。
[0044]在定位盤205上設置有激光器件，該激光器件包括兩部分:發射部211和接收部212。其中發射部211呈一豎直立柱狀，相對于定位盤205向上突出，并水平地發射激光束213，激光束213的方向指向噴頭201 (定位盤205)的中心軸Z ’，且當定位片204、定位盤205均被正確安裝后，激光束213的方向還應平行或沿著通孔210的深度方向，也即平行或沿著延長線L射出。而且，為了將中心軸Z和中心軸Z’調節至二者重合，需要使晶圓固定盤202下降至一定高度，以使激光束213能夠打在擋板209上，落入到擋板209的遮擋范圍內。激光器件的接收部212則平置于定位盤205的表面，雖然接收部212具有一定長度，但其接收位置則恰好位于定位盤205的中心O’點處，也即接收部212的接收位置在噴頭201 (定位盤205)的中心軸Z’上。這樣，當發射部211發射出的激光束213恰好穿過通孔210時，由于位置關系的精確限定，激光束213必然在反射面的M點被豎直向下地90°反射，此時可以確定該豎直向下的激光束與晶圓固定盤202的中心軸Z重合且晶圓固定盤202的中心軸Z已經落在了 X軸所在位置；在X軸方向上繼續調節晶圓固定盤202的位置，使中心軸Z再落入Y軸所在位置，接收部212即可在O’點位置處接收到激光束213，從而使激光器件產生感應信號并提醒操作人員，以完成晶圓固定盤202的中心軸Z與噴頭201的中心軸Z’相互對準并重合的任務。
[0045]下面將介紹本發明雙軸對準方法的【具體實施方式】，該方法借助于本發明裝置的具體實施例。
[0046]圖7-圖10揭示了本發明的雙軸對準過程，且是以通孔210的深度方向平行于晶圓固定盤202在水平面內平移的橫方向為例，也即以通孔210的深度方向平行于X軸為例。其中圖7是采用本發明雙軸對準方法的【具體實施方式】，使由發射部211發射出的激光束213落入擋板209的遮擋范圍，但激光束213未穿過通孔210的情景示意圖。此時，晶圓固定盤202的中心軸Z在X軸所在的橫方向上的位置以及在Y軸所在的縱方向的均未被確定。
[0047]圖8和圖9是在該【具體實施方式】中，通過調節晶圓固定盤202在豎直方向的位置以及Y軸方向的位置，使激光束213恰好由通孔210入射的情景示意圖。在此狀態下，激光束213沿著X軸且垂直于反射鏡208豎直向下的直角面，而且激光束213與反射面的交點落在Z軸上，也就是說，此時經過反射鏡90°反射形成的豎直向下的激光束與Z軸重合，Z軸的位置已經被限定在了 X軸所在的直線上。
[0048]圖10是在該【具體實施方式】中，沿著通孔210的深度方向，也即X軸方向調節晶圓固定盤202的水平位置，并將晶圓固定盤202的中心軸Z同時限定在Y軸上的情景示意圖。由于圖8和圖9中，已經通過調節時Z軸落在了 X軸所在的直線上，所以此時僅僅需要沿著X軸對晶圓固定盤202做一定調節，使Z軸同時也落在Y軸所在的直線上，這樣就可以實現Z軸和Z’軸重合的目的。由于接收部212的接收位置設置在噴頭201 (定位盤205)的中心O’點的位置，所以在沿著X軸調節晶圓固定盤202的位置時，總能找到一點，使激光束213恰好被接收位置設置在O’點的接收部212所接收，而使激光器件產生感應信號提醒操作人員。此時，即說明晶圓固定盤202的中心軸Z與噴頭201的中心軸Z ’對準，二者相互重合。
[0049]本發明方法【具體實施方式】的步驟為:
[0050]步驟一，調節晶圓固定盤202的初始位置，使激光器件的發射部211發射出的激光束213落入擋板209的遮擋范圍內；
[0051]步驟二，繼續調節晶圓固定盤202的位置，使激光束213恰好穿過通孔210 ；
[0052]步驟三，沿著通孔210的深度方向調節晶圓固定盤202的水平位置，直至激光器件產生感應信號；
[0053]步驟四，晶圓固定盤202的中心軸Z與噴頭的中心軸V重合，對準過程結束。
[0054]當然的，上述步驟中可以穿插一些輔助性的、準備性質的其他步驟，例如安裝定位盤205和安裝定位片204的步驟。
[0055]本發明已以較佳的實施例公布示人，但它們并非限制性的。依據本發明的技術實質對上述實施例進行的簡單修改、等同變化及無關修飾，仍然歸屬在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種半導體設備中的雙軸對準裝置，其特征在于，包括晶圓固定盤、定位片、定位盤、噴頭以及激光器件； 所述晶圓固定盤在豎直方向具有上升和下降的自由度，在水平面內具有沿著或平行于兩個相互垂直的橫方向和縱方向平移的自由度； 所述定位片與所述晶圓固定盤水平安裝固定，所述定位片上設置有反射鏡和擋板，所述反射鏡的反射面與水平面的夾角為45°，所述擋板上開設有通孔，所述通孔的深度方向沿著或平行于所述橫方向或縱方向，所述通孔沿著其深度方向的延長線垂直于所述反射面與水平面的相交線，且所述通孔沿著其深度方向的延長線與所述反射面的交點在所述晶圓固定盤的中心軸上； 所述定位盤與所述噴頭水平安裝固定，所述定位盤上設置有激光器件，該激光器件包括發射部和接收部，所述發射部相對于所述定位盤突出并適合于沿著或平行于所述通孔的深度方向朝著所述噴頭的中心軸所在位置水平發射激光束，并且所述接收部的接收位置在所述嗔頭的中;L1、軸上。2.根據權利要求1所述的雙軸對準裝置，其特征在于，所述通孔沿著其深度方向的延長線與所述反射面的交點到所述定位片的豎直距離與所述通孔到所述定位片的豎直距離相等。3.根據權利要求1所述的雙軸對準裝置，其特征在于，所述定位片相對于所述晶圓固定盤是可拆卸的，所述定位盤相對于所述噴頭是可拆卸的。4.根據權利要求1所述的雙軸對準裝置，其特征在于，所述通孔的深度為I?10mm。5.根據權利要求1所述的雙軸對準裝置，其特征在于，所述通孔的孔徑為I?3mm。6.根據權利要求1所述的雙軸對準裝置，其特征礙于，所述激光束的波長為550?100nm07.一種使用權利要求1中所述的雙軸對準裝置進行對準的方法，其特征在于，包括步驟: 步驟一，調節所述晶圓固定盤的初始位置，使所述激光器件的發射部發射出的激光束落入所述擋板的遮擋范圍內； 步驟二，繼續調節晶圓固定盤的位置，使所述發射部發出的激光束恰好穿過所述通孔； 步驟三，沿著所述通孔的深度方向調節所述晶圓固定盤的水平位置，直至所述激光器件的接收部接收到所述激光束； 步驟四，對準過程結束。8.根據權利要求7所述的雙軸對準方法，其特征在于，當所述通孔的深度方向沿著或平行于所述橫方向時，在步驟一中所述激光束落入所述擋板的遮擋范圍后，調節所述晶圓固定盤在豎直方向和縱方向平移，直至所述激光束恰好穿過所述通孔。9.根據權利要求7所述的雙軸對準方法，其特征在于，當所述通孔的深度方向沿著或平行于所述縱方向時，在步驟一中所述激光束落入所述擋板的遮擋范圍后，調節所述晶圓固定盤在豎直方向和橫方向平移，直至所述激光束恰好穿過所述通孔。
【文檔編號】H01L21/02GK105990204SQ201510081822
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月15日
【發明人】代迎偉, 金諾, 金一諾, 王堅, 王暉
【申請人】盛美半導體設備（上海）有限公司