CN108838868A - 晶圆研磨设备及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种晶圆研磨设备，包括：两个以上的研磨腔室，各个研磨腔室之间相互连通并且所述各个研磨腔室包括用于放置晶圆的承载盘；腔室挡板，可升降地安装于各个研磨腔室之间，当所述腔室挡板处于升起状态时，分离各个研磨腔室。所述晶圆研磨设备能够减少研磨过程中的晶圆缺陷，降低设备保养成本和保养时间。

Description

晶圆研磨设备及其操作方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种晶圆研磨设备及其操作方法。
背景技术
现有的晶圆研磨设备(例如，化学机械研磨(CMP)设备)通常具有多个研磨腔。在研磨时，各个研磨腔相互连通，在磨头开始在研磨垫开始研磨前，研磨盘外围的升降板升起，能够阻挡大部分研磨液、水的飞溅。
但是在实际研磨过程中，各个研磨盘外围的升降板不能完全阻挡液体飞溅，不同PH的研磨剂混合产生化学反应、残留物冲刷时飞溅均会影响晶圆缺陷。当有晶圆发生碎片时，所述升降板也无法阻挡个碎片飞溅到其他研磨垫，设备工程师需要对所有研磨垫、研磨头、研磨刷进行更换，使得设备维护成本提高。当需要打开外围罩临时检查，或对设备中的某一个研磨腔进行保养时，其他研磨腔也需要一并做颗粒物的监测，大大增加了设备的检测时间。
如何在化学机械研磨过程中避免上述问题，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种晶圆研磨设备及其操作方法，降低晶圆在研磨过程中产生缺陷的几率，并降低设备维护成本。
本发明提供一种晶圆研磨设备，包括：两个以上的研磨腔室，各个研磨腔室之间相互连通并且所述各个研磨腔室包括用于放置晶圆的承载盘；腔室挡板，可升降地位于各个研磨腔室之间，当所述腔室挡板处于升起状态时，分离各个研磨腔室。
可选的，还包括：升降气缸，用于控制所述腔室挡板的升降。
可选的，每个腔室挡板通过两个升降气缸控制。
可选的，所述腔室挡板在升起状态下的高度能够在0.2m～1.5m范围内调整。
可选的，所述各个研磨腔室包括：旋转支架和研磨头，所述研磨头安装于所述旋转支架端部，所述旋转支架用于支撑和移动所述研磨头的位置。
可选的，所述腔室挡板处于降下状态时，所述旋转支架能够带动所述研磨头移动；所述腔室挡板处于升起状态时，阻挡所述旋转支架移动。
可选的，还包括：晶圆装载腔室，所述晶圆装载腔室包括旋转支架和吸附元件，所述旋转支架能够带动所述吸附元件和所吸附的晶圆移动；所述晶圆装载腔室与所述研磨腔室之间也安装有所述腔室挡板，并且所述腔室挡板处于降下状态时，所述旋转支架将所述吸附的晶圆移动到所述研磨腔室的所述承载盘上。
可选的，所述晶圆研磨设备包括呈十字分布的一个所述晶圆装载腔室和三个所述研磨腔室；所述旋转支架包括两个相互交叉的子支架，其中一个子支架的一端设置有所述吸附元件，另一端设置有研磨头，另一个子支架的两端均设置有研磨头；所述旋转支架的旋转轴设置于所述子支架的交叉位置处。
为了解决上述问题，本发明的技术方案还提供一种上述晶圆研磨设备的操作方法，包括：控制所述腔室挡板在降下状态；将至少一个晶圆移动到所述研磨腔室的承载盘上；控制所述腔室挡板升起，分离各个研磨腔室；对所述晶圆进行研磨。
可选的，当所述腔室挡板在升起状态下时，在0.2m～1.5m范围内调整所述腔室挡板的高度。
可选的，所述晶圆装载腔室包括旋转支架和吸附元件，所述旋转支架能够带动所述吸附元件和所吸附的晶圆移动；所述晶圆装载腔室与所述研磨腔室之间也安装有所述腔室挡板；控制所述腔室挡板处于降下状态时，通过所述旋转支架将所述吸附的晶圆移动到所述研磨腔室的承载盘上。
本发明的晶圆研磨设备在各个腔室之间具备可升降的腔室挡板，当各个腔室挡板升起时，能够对各个腔室进行隔离。从而在进行化学机械研磨的过程中，能够避免研磨液、晶圆碎片对其他腔室导致影响，还能够单独对某个腔室进行保养，从而降低晶圆缺陷、降低保养成本，缩短设备保养时间。
附图说明
图1为本发明一具体实施方式的晶圆研磨设备的结构示意图；
图2为图1的晶圆研磨设备的操作方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的晶圆研磨设备及其操作方法的具体实施方式做详细说明。
所述晶圆研磨设备包括：两个以上的研磨腔室，各个研磨腔室之间相互连通；腔室挡板，可升降地位于各个研磨腔室之间，当所述腔室挡板处于升起状态时，分离各个研磨腔室。
请参考图1，为本发明一具体实施方式的晶圆研磨设备的结构示意图。
该具体实施方式中，所述晶圆研磨设备100包括三个研磨腔室，分别为按照顺时针排列的第一研磨腔室101、第二研磨腔室102以及第三研磨腔室103。所述第一研磨腔室101内具有第一承载盘1011、所述第二研磨腔室102内具有第二承载盘1021、所以第三研磨腔室103内具有第三承载盘1031。
该具体实施方式中，所述晶圆研磨设备100还包括一个晶圆装载(HeadCleanLoad/Unload，HCLU)腔室104，所述晶圆装载腔室104内具有第四承载盘1041。该具体所述方式中，所述晶圆装载腔室104与所述第一研磨腔室101、第三研磨腔室103相邻。
所述呈十字分布的第一研磨腔室101、第二研磨腔室102、第三研磨腔室103以及晶圆装载腔室104呈十字分布。
在其他具体实施方式中，所述晶圆研磨设备100还可以包括两个或四个以上的研磨腔室，还可以包括两个以上的晶圆装载腔室，在此不作限定。
所述晶圆研磨设备100还包括：旋转支架130和研磨头131，所述研磨头131安装于所述旋转支架130端部，所述旋转支架130用于支撑和移动所述研磨头131的位置，所述旋转支架130可以由驱动装置，例如马达，驱动旋转。该具体实施方式中，所述晶圆研磨设备100在工作状态中使用三个研磨头131和一个吸附元件132，分别安装于所述旋转支架130的四个端部。所述旋转支架的旋转轴位于所述第一研磨腔室101、第二研磨腔室102、第三研磨腔室103以及晶圆装载腔室104之间的中心位置，使得通过旋转，能够将晶圆送入对应的研磨腔室进行研磨。该具体实施方式中，所述旋转支架130包括两个相互交叉的子支架，其中一个子支架的一端设置有所述吸附元件132，另一端设置有研磨头131，另一个子支架的两端均设置有研磨头131；所述旋转支架130的旋转轴设置于所述子支架的交叉位置处。
在常规状态下，所述晶圆研磨设备100的第一研磨腔室101、第二研磨腔室102、第三研磨腔室103以及晶圆装载腔室104之间相互连通，没有隔档，以便于所述旋转支架130进行旋转并移动研磨头。
但是，为了避免在研磨过程中，研磨液飞溅、晶圆碎片飞溅到其他研磨腔室，本发明的具体实施方式中，所述晶圆研磨设备100还具有腔室挡板。
所述腔室挡板安装于相邻的研磨腔室之间，具体的，在所述第一研磨腔室101与第二研磨腔室102之间，安装有第一腔室挡板1201；在所述第二研磨腔室102和第三研磨腔室103之间安装有第二掩膜腔挡板1202；在所述第三研磨腔室101与晶圆装载腔室104之间，安装有第三腔室挡板1203；在所述晶圆装载腔室104与第一研磨腔室101之间安装有第四腔室挡板1204。
所述腔室挡板均为可升降的挡板，所述晶圆研磨设备还包括升降气缸(图中未示出)，可以安装于所述设备的底部，用于控制所述腔室挡板的升降。当所述第一腔室挡板1201、第二腔室挡板1202、第三腔室挡板1203以及第四腔室挡板1204均处于升起状态时，所述第一研磨腔室101、第二研磨腔室102、第三研磨腔室103以及所述晶圆装载腔室104之间被分隔，所述分隔可以是相邻腔室之间的大部分通道被阻挡，以足够阻挡研磨液、晶圆破片飞溅至相邻的腔室；所述分隔也可以为完全密封阻隔。
当所述第一腔室挡板1201、第二腔室挡板1202、第三腔室挡板1203以及第四腔室挡板1204均处于降下状态时，各个腔室之间部存在隔档，所述旋转支架130能够带动研磨头131移动，用于转移研磨头、移动晶圆等操作；当所述第一腔室挡板1201、第二腔室挡板1202、第三腔室挡板1203以及第四腔室挡板1204中的至少一个或多个处于升起状态时，腔室之间存在隔档，会阻挡所述旋转支架130移动。因此，通常只在所述旋转支架130位置确定时，才会升起各个腔室挡板，例如在对进行化学机械研磨的过程中，将腔室隔板升起。
该具体实施方式中，所述第一腔室挡板1201至第四腔室挡板1204分别通过单独的升降气缸控制，从而可以单独控制四个腔室挡板的升降状态。例如需要对第一研磨腔室101进行保养时，可以仅控制所述第四腔室挡板1204降下，保持其他的腔室挡板为升起状态，那么在对第一研磨腔室101进行保养的过程中，不会对所述第二研磨腔室102和第三研磨腔室103造成过多影响，从而无需进行颗粒物的检测，可以大大缩短设备保养的时间。
在其他具体实施方式中，所述四个腔室挡板也可以全部或部分均通过一个升降气缸控制，或者通过多个同步的升降气缸控制，从而可以使得各个腔室挡板保持同步状态，控制更加方便。
为了提高腔室挡板升降的稳定性，每个腔室挡板可以分别通过两个升降气缸控制，所述两个升降气缸分别对腔室挡板的两端施力，从而保持所述腔室挡板升降过程的稳定性。
为了使得所述腔室挡板在升起后能够有效隔离各个腔室，避免不同腔室之间的研磨液、碎片等的相互污染，所述腔室挡板需要具有足够的高度。该具体实施方式中，所述腔室挡板在升起状态下的高度能够在0.2m～1.5m范围内调整，以满足设备不同工作状态的需求。
该具体实施方式中，所述腔室挡板为矩形挡板；在其他具体实施方式中，为了配合旋转支架或者其他部件的形状和位置，所述腔室挡板还可以具有其他形状，例如可以为弧形挡板、多个矩形板拼接而成的挡板等。
上述晶圆研磨设备在各个腔室之间具备可升降的腔室挡板，当各个腔室挡板升起时，能够对各个腔室进行隔离。从而在进行化学机械研磨的过程中，能够避免研磨液、晶圆碎片对其他腔室导致影响，还能够单独对某个腔室进行保养，从而降低晶圆缺陷、降低保养成本，缩短设备保养时间。
本发明的具体实施方式还提供一种上述晶圆研磨设备的操作方法。
请参考图2，为所述晶圆研磨设备的操作方法的流程示意图。
步骤S21，控制所述腔室挡板在降下状态。
在对晶圆进行化学机械研磨之前，控制腔室挡板均位于降下状态，以边缘旋转支架吸附并移动晶圆。
步骤S22，将至少一个晶圆移动到所述研磨腔室的承载盘上。
将待研磨的晶圆通过吸附元件吸附并送至对应研磨腔室，并置于研磨腔室内的承载盘上；并且，通过旋转支架，将对应研磨工艺采用的研磨头移动至对应的研磨腔室内，固定好旋转支架位置。
步骤S23，控制所述腔室挡板升起，分离各个研磨腔室。
将腔室挡板升起，使得各个研磨腔室之间分离。根据不同的需求，可以控制腔室挡板升起的高度。在一个具体实施方式中，可以在0.2m～1.5m范围内调整所述腔室挡板的高度。
步骤S24，对所述晶圆进行研磨。
可以通过各个研磨腔室内的研磨头对不同腔室内的晶圆同时进行研磨，即便不同腔室内分别采用了不同的研磨液，但是由于各个研磨腔室之间具有腔室挡板分割，研磨液或晶圆碎片不会飞溅到相邻的腔室内，从而可以降低晶圆缺陷、降低保养成本，缩短设备保养时间
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种晶圆研磨设备，其特征在于，包括：
两个以上的研磨腔室，各个研磨腔室之间相互连通并且所述各个研磨腔室包括用于放置晶圆的承载盘；
腔室挡板，可升降地位于各个研磨腔室之间，当所述腔室挡板处于升起状态时，分离各个研磨腔室。
2.根据权利要求1所述的晶圆研磨设备，其特征在于，还包括：升降气缸，用于控制所述腔室挡板的升降。
3.根据权利要求2所述的晶圆研磨设备，其特征在于，每个腔室挡板通过两个升降气缸控制。
4.根据权利要求1所述的晶圆研磨设备，其特征在于，所述腔室挡板在升起状态下的高度能够在0.2m～1.5m范围内调整。
5.根据权利要求1所述的晶圆研磨设备，其特征在于，所述各个研磨腔室包括：旋转支架和研磨头，所述研磨头安装于所述旋转支架端部，所述旋转支架用于支撑和移动所述研磨头的位置。
6.根据权利要求5所述的晶圆研磨设备，其特征在于，所述腔室挡板处于降下状态时，所述旋转支架能够带动所述研磨头移动；所述腔室挡板处于升起状态时，阻挡所述旋转支架移动。
7.根据权利要求1所述的晶圆研磨设备，还包括：晶圆装载腔室，所述晶圆装载腔室包括旋转支架和吸附元件，所述旋转支架能够带动所述吸附元件和所吸附的晶圆移动；所述晶圆装载腔室与所述研磨腔室之间也安装有所述腔室挡板，并且所述腔室挡板处于降下状态时，所述旋转支架将所述吸附的晶圆移动到所述研磨腔室的所述承载盘上。
8.根据权利要求7所述的晶圆研磨设备，其特征在于，所述晶圆研磨设备包括呈十字分布的一个所述晶圆装载腔室和三个所述研磨腔室；所述旋转支架包括两个相互交叉的子支架，其中一个子支架的一端设置有所述吸附元件，另一端设置有研磨头，另一个子支架的两端均设置有研磨头；所述旋转支架的旋转轴设置于所述子支架的交叉位置处。
9.一种晶圆研磨设备的操作方法，所述晶圆研磨设备如权利要求1所述，其特征在于，包括：
控制所述腔室挡板在降下状态；
将至少一个晶圆移动到所述研磨腔室的承载盘上；
控制所述腔室挡板升起，分离各个研磨腔室；
对所述晶圆进行研磨。
10.根据权利要求9所述的晶圆研磨设备的操作方法，其特征在于，当所述腔室挡板在升起状态下时，在0.2m～1.5m范围内调整所述腔室挡板的高度。
11.根据权利要求9所述的晶圆研磨设备的操作方法，其特征在于，所述晶圆装载腔室包括旋转支架和吸附元件，所述旋转支架能够带动所述吸附元件和所吸附的晶圆移动；所述晶圆装载腔室与所述研磨腔室之间也安装有所述腔室挡板；控制所述腔室挡板处于降下状态时，通过所述旋转支架将所述吸附的晶圆移动到所述研磨腔室的承载盘上。
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