【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及半導體加工，具體而言，尤其涉及一種多工序雙向壓力調節半導體晶圓拋光裝置及方法。
技術介紹
1、在現代半導體制造過程中，拋光加工技術被廣泛應用于晶圓的平坦化處理。通過拋光去除晶圓表面和亞表面損傷并達到所需的亞納米級表面粗糙度、納米級亞表面損傷深度和亞微米級面型精度，是保證后續工序的質量和成品性能的重要步驟。隨著半導體技術的不斷進步，晶圓尺寸的增大、電路復雜度的提升和以sic、gan等為代表的硬脆半導體材料的使用，對晶圓拋光工藝的要求也越來越高。
2、傳統的拋光方法為保證晶圓的加工質量和加工效率，通常涉及多個工序和工位。不同工序和工位的合理協調操作，實現拋光多工序/多工位的集成化、自動化、智能化，對提高加工效率和良品率十分重要。然而，現有的多工序和多工位拋光技術在晶圓表面質量、加工質量一致性、系統穩定性等方面存在挑戰。因此，亟需開發一種集多工序、多工位、高質、高效、穩定的晶圓拋光裝置及方法。
技術實現思路
1、根據上述提出的技術問題，而提供一種多工序雙向壓力調節半導體晶圓拋光裝置及方法。
2、本專利技術采用的技術手段如下：
3、一種多工序雙向壓力調節半導體晶圓拋光裝置，包括：工作臺、拋光工具頭、上下料裝置、主軸模塊、滑臺和若干壓力控制模塊，所述壓力控制模塊安裝在工作臺上；所述拋光工具頭安裝在主軸模塊上，所述工作臺、主軸模塊均安裝在滑臺上，所述滑臺用于實現主軸模塊的高度位置調節，所述主軸模塊通過絲杠進給對晶圓粗調施加壓力，每個壓力控制模塊
4、進一步地，所述壓力控制模塊包括晶圓放置臺、壓力傳感器、微納驅動平臺、導電滑環、工作輸出軸、聯軸器和晶圓電機，導電滑環定子和工作臺通過螺栓相連，晶圓放置臺、壓力傳感器、微納驅動平臺和導電滑環動子通過螺栓連接，晶圓電機的輸出端通過聯軸器和工作輸出軸相連，所述工作輸出軸的輸出端與導電滑環動子相連，所述壓力傳感器能夠實時獲取到拋光工具頭與晶圓之間的相互作用力，所述微納驅動平臺通過微納米驅動技術調節晶圓放置臺的高度，進一步調節與拋光工具頭之間的壓力。
5、進一步地，所述拋光工具頭包括拋光盤和拋光墊，拋光盤和拋光墊根據加工工藝的要求進行設置。
6、進一步地，針對化學機械拋光和電化學機械拋光可直接使用所述拋光工具頭，光/激光輔助下的化學機械拋光和電化學機械拋光根據光源類型針對拋光盤和拋光墊進行開槽、開孔調整。
7、進一步地，所述主軸模塊包括主軸電機、聯軸器、軸承、主軸固定臺、主軸導電滑環、光源裝置和工具頭法蘭，所述主軸固定臺與主軸導電滑環定子通過螺栓固定，另一端固定在滑臺上，所述主軸電機通過聯軸器與工具頭法蘭相連，所述主軸導電滑環動子通過螺栓與工具頭法蘭連接，所述工具頭法蘭與拋光工具頭可拆卸地連接，所述的主軸固定臺上方設有拋光液存儲結構，設有多個供液管接口，通過供液管為工作區提供拋光液，所述的供液管一端與主軸固定臺相連，另一端深入拋光盤上方，供液管上設有用于控制拋光液流量的流量控制閥。
8、進一步地，光源裝置的底部設置有環形排布的光源，光源裝置通過螺栓和工具頭法蘭相連，光源透過拋光盤和拋光墊照射到工件上，主軸導電滑環為光源提供電能。
9、進一步地，所述滑臺模塊包括絲杠、滑臺電機、外殼、滑塊，所述滑塊通過螺栓與主軸模塊固定，所述滑臺電機通過絲杠實現對滑塊的上下移動，進一步實現通過拋光工具頭對晶圓施加壓力，所述滑臺模塊通過螺栓與外部臺架連接。
10、本專利技術還公開了一種多工序雙向壓力調節半導體晶圓拋光方法，控制系統基于多種運動方式，對晶圓進行拋光，所述多種運動方式包括壓力控制模塊對晶圓的微納米驅動、壓力控制模塊對晶圓的旋轉運動、主軸的旋轉運動、滑臺實現的拋光工具頭與晶圓間的上下移動。
11、進一步地，在多道加工工序時，通過主軸模塊的絲杠進給粗調拋光墊與晶圓間的壓力，基于控制系統驅動多個壓力控制模塊，調節晶圓與拋光工具頭之間的壓力，使每個單獨工序的達到該工序的最優加工壓力，同步進行對不同工序的加工。
12、進一步地，具體包括如下步驟：
13、一種多工序雙向壓力調節半導體晶圓拋光方法，如圖6所示，包括以下步驟：
14、步驟1、制定晶圓拋光方案，確定每個工位的加工工序及各工序需求的拋光壓力參數；
15、步驟2、輸入對應工位的最佳拋光壓力；
16、步驟3、驅動微納驅動平臺向上移動，上下料工業機器人于對應工位的晶圓工作臺上放置晶圓；
17、步驟4、驅動滑臺電機，移動拋光工具頭與晶圓接觸，并對晶圓施加壓力，任意壓力傳感器數據接近設定壓力時，停止滑臺電機的動作，停止移動拋光工具頭；
18、步驟5、驅動微納驅動平臺移動晶圓放置臺，精準調節晶圓與晶圓放置臺之間的壓力，達到設定壓力時，針對光/激光輔助下的化學機械拋光和電化學機械拋光需打開光源，化學機械拋光和電化學機械拋光無需光源，打開供液管開關，為工作區提供拋光液，晶圓電機、主軸電機啟動，開始對晶圓拋光；
19、步驟6、壓力傳感器實時檢測各工位拋光時的壓力，當壓力不滿足初始設置時，反饋到微納驅動平臺，移動晶圓放置臺，快速響應并調節晶圓放置臺與拋光工具頭之間的壓力；
20、步驟7、單個晶圓拋光完成后，對應晶圓電機停止轉動，對應微納驅動平臺下降，上下料工業機器人取件，完成對單個晶圓的拋光，并放置下一個待加工件，全部晶圓拋光完成后，微納驅動平臺下降，上下料工業機器人依次取件。
21、較現有技術相比，本專利技術具有以下優點：。
22、1.本專利技術中，通過設置多個相互獨立的晶圓工作臺，并分別獨立安裝快速響應的壓力調節裝置，能夠對多個晶圓單獨調節與拋光墊之間的壓力，在同一工序多工位/多工序同一工位/多工序的加工中，能夠補償因拋光墊制備、磨損等造成的面形精度問題。在多工序同一工位的加工中，通過能夠通過精準調節不同拋光工序需求的拋光壓力，同一工位即可實現對粗拋-半精拋-精拋等多個工序的加工。在多工序加工中，能夠通過精準調節不同工序需要的拋光壓力，實現對晶圓在同一工位上的粗拋-半精拋-精拋等全工序的加工。集成了多個工位多個工序于一體，提高了加工效率、節省了加工時間、省略了不同工序間的搬運過程、降低了加工成本和設備成本。
23、2.本專利技術中，通過設置快速響應的壓力檢測裝置和壓力調節裝置，保證在拋光加工過程中始終保持最佳拋光壓力，提高了晶圓表面加工質量和材料去除率。
24、3.本專利技術中，通過設置光源和上下料工業機器人，同步實現了光/激光輔助下的化學機械拋光加工和自動上下料，具有自動化程度高、集成化程度高的特點本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種多工序雙向壓力調節半導體晶圓拋光裝置，其特征在于，包括：工作臺、拋光工具頭、上下料裝置、主軸模塊、滑臺和若干壓力控制模塊，所述壓力控制模塊安裝在工作臺上；所述拋光工具頭安裝在主軸模塊上，所述工作臺、主軸模塊均安裝在滑臺上，所述滑臺用于實現主軸模塊的高度位置調節，所述主軸模塊通過絲杠進給對晶圓粗調施加壓力，每個壓力控制模塊上均設置有壓力傳感器與微納驅動平臺，待拋光半導體晶圓放置在壓力控制模塊的頂端，所述上下料裝置用于完成待拋光半導體晶圓的上料和加工后下料，基于預設指標，各壓力控制模塊對不同工位/工序上拋光壓力進行在線檢測，通過微納驅動平臺動態精準調節拋光時的壓力，使每片晶圓始終保持最優加工參數，完成對晶圓的拋光加工。
2.根據權利要求1所述的多工序雙向壓力調節半導體晶圓拋光裝置，其特征在于，所述壓力控制模塊包括晶圓放置臺、壓力傳感器、微納驅動平臺、導電滑環、工作輸出軸、聯軸器和晶圓電機，導電滑環定子和工作臺通過螺栓相連，晶圓放置臺、壓力傳感器、微納驅動平臺和導電滑環動子通過螺栓連接，晶圓電機的輸出端通過聯軸器和工作輸出軸相連，所述工作輸出軸的輸出端與導電滑環動子
3.根據權利要求1所述的多工序雙向壓力調節半導體晶圓拋光裝置，其特征在于，所述拋光工具頭包括拋光盤和拋光墊，拋光盤和拋光墊根據加工工藝的要求進行設置。
4.根據權利要求3所述的多工序雙向壓力調節半導體晶圓拋光裝置，其特征在于，針對化學機械拋光和電化學機械拋光可直接使用所述拋光工具頭，光/激光輔助下的化學機械拋光和電化學機械拋光根據光源類型針對拋光盤和拋光墊進行開槽、開孔調整。
5.根據權利要求1所述的多工序雙向壓力調節半導體晶圓拋光裝置，其特征在于，所述主軸模塊包括主軸電機、聯軸器、軸承、主軸固定臺、主軸導電滑環、光源裝置、工具頭法蘭和供液管，所述主軸固定臺與主軸導電滑環定子通過螺栓固定，另一端固定在滑臺上，所述主軸電機通過聯軸器與工具頭法蘭相連，所述主軸導電滑環動子通過螺栓與工具頭法蘭連接，所述工具頭法蘭與拋光工具頭可拆卸地連接，所述的主軸固定臺上方設有拋光液存儲結構，設有多個供液管接口，通過供液管為工作區提供拋光液，供液管一端與主軸固定臺相連，另一端伸入拋光盤上方，供液管上設有用于控制拋光液流量的流量控制閥。
6.根據權利要求5所述的多工序雙向壓力調節半導體晶圓拋光裝置，其特征在于，光源裝置的底部設置有環形排布的光源，光源裝置通過螺栓和工具頭法蘭相連，光源透過拋光盤和拋光墊照射到工件上，主軸導電滑環用于為光源提供電能。
7.根據權利要求1所述的多工序雙向壓力調節半導體晶圓拋光裝置，其特征在于，所述滑臺模塊包括絲杠、滑臺電機、外殼、滑塊，所述滑塊通過螺栓與主軸模塊固定，所述滑臺電機通過絲杠實現對滑塊的上下移動，進一步實現通過拋光工具頭對晶圓施加壓力，所述滑臺模塊通過螺栓與外部臺架連接。
8.基于權利要求1～7任一項所述多工序雙向壓力調節半導體晶圓拋光裝置的拋光方法，其特征在于，控制系統基于多種運動方式，對晶圓進行拋光，所述多種運動方式包括壓力控制模塊對晶圓的微納米驅動、壓力控制模塊對晶圓的旋轉運動、主軸的旋轉運動、滑臺實現的拋光工具頭與晶圓間的上下移動。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，在多道加工工序時，通過主軸模塊的絲杠進給粗調拋光墊與晶圓間的壓力，基于控制系統驅動多個壓力控制模塊，調節晶圓與拋光工具頭之間的壓力，使每個單獨工序的達到該工序的最優加工壓力，同步進行對不同工序的加工。
10.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，具體包括如下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種多工序雙向壓力調節半導體晶圓拋光裝置，其特征在于，包括：工作臺、拋光工具頭、上下料裝置、主軸模塊、滑臺和若干壓力控制模塊，所述壓力控制模塊安裝在工作臺上；所述拋光工具頭安裝在主軸模塊上，所述工作臺、主軸模塊均安裝在滑臺上，所述滑臺用于實現主軸模塊的高度位置調節，所述主軸模塊通過絲杠進給對晶圓粗調施加壓力，每個壓力控制模塊上均設置有壓力傳感器與微納驅動平臺，待拋光半導體晶圓放置在壓力控制模塊的頂端，所述上下料裝置用于完成待拋光半導體晶圓的上料和加工后下料，基于預設指標，各壓力控制模塊對不同工位/工序上拋光壓力進行在線檢測，通過微納驅動平臺動態精準調節拋光時的壓力，使每片晶圓始終保持最優加工參數，完成對晶圓的拋光加工。
2.根據權利要求1所述的多工序雙向壓力調節半導體晶圓拋光裝置，其特征在于，所述壓力控制模塊包括晶圓放置臺、壓力傳感器、微納驅動平臺、導電滑環、工作輸出軸、聯軸器和晶圓電機，導電滑環定子和工作臺通過螺栓相連，晶圓放置臺、壓力傳感器、微納驅動平臺和導電滑環動子通過螺栓連接，晶圓電機的輸出端通過聯軸器和工作輸出軸相連，所述工作輸出軸的輸出端與導電滑環動子相連，所述壓力傳感器能夠實時獲取到拋光工具頭與晶圓之間的相互作用力，所述微納驅動平臺通過微納米驅動技術調節晶圓放置臺的高度，進一步調節與拋光工具頭之間的壓力。
3.根據權利要求1所述的多工序雙向壓力調節半導體晶圓拋光裝置，其特征在于，所述拋光工具頭包括拋光盤和拋光墊，拋光盤和拋光墊根據加工工藝的要求進行設置。
4.根據權利要求3所述的多工序雙向壓力調節半導體晶圓拋光裝置，其特征在于，針對化學機械拋光和電化學機械拋光可直接使用所述拋光工具頭，光/激光輔助下的化學機械拋光和電化學機械拋光根據光源類型針對拋光盤和拋光墊進行開槽、開孔調整。
5.根據權利要求1所述的多工序雙向壓力調節半導體晶圓...
【專利技術屬性】
技術研發人員：康仁科，高尚，楊帆，孫躍文，趙楊，董志剛，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發明
國別省市：
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