CN110391170B - 一种晶圆夹持机械手臂及其清洗晶圆的方法 - Google Patents

一种晶圆夹持机械手臂及其清洗晶圆的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种晶圆夹持机械手臂及其清洗晶圆的方法，有助于保证晶圆在抛光后的亲水性，且晶圆的清洗操作方便。所述机械手臂包括支撑臂、晶圆承载夹持机构和流体管路，所述支撑臂具有包含若干孔洞的主体，且若干孔洞贯穿主体的表面，所述晶圆承载夹持机构设置于主体上且相对所述表面垂直设置以夹持晶圆，所述流体管路与若干孔洞连通，用于接收流经液体并将流经液体输送至若干孔洞以喷出液体。所述晶圆夹持机械手臂清洗晶圆的方法包括：在晶圆夹持机械手臂将待工艺处理之晶圆从抛光设备传输至容置设备的过程中，设置在所述支撑臂内的流体管路通过若干孔洞，持续的向晶圆承载夹持机构处的晶圆喷吹去离子水。

Description

一种晶圆夹持机械手臂及其清洗晶圆的方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种晶圆夹持机械手臂及其清洗晶圆的方法。
背景技术
在半导体领域，抛光工艺对晶圆的使用性能有者重要的影响，通过对晶圆正面进行细致的抛光，可去除表面颗粒并降低表面粗糙程度。为了获得较好的抛光效果，大多采用类似于CMP(化学机械抛光)的原理，一方面通过研磨液与晶圆的机械作用去除颗粒，同时碱性的研磨液也能对晶圆起到化学腐蚀作用，从而提高抛光效率。
然而，由于研磨液(slurry)呈碱性，其对晶圆的腐蚀作用需要被控制在一定水平内，否则，研磨液将对晶圆造成不可逆的腐蚀。例如，抛光后的晶圆2需要由图1a和图1b所示的机械手1放入水槽中，这是因为，如果不及时放入水中，研磨液将更容易粘附在晶圆表面，不仅造成后续清洗过程中去除困难，同时也容易使晶圆被腐蚀出尺寸极小的凹陷。
其中，一旦机械手1校准不佳(即抓取位置不正确)，同时研磨液及其表面活性剂对晶圆表面处理不够时，会使晶圆呈疏水性，使机械手1和晶圆2之间形成“虹吸效应”(如图1a所示)，即研磨液容易从整个晶圆表面逐渐聚集于机械手1与晶圆2之间的区域。相较于平铺于整个晶圆表面，这些聚集的研磨液具有更强的腐蚀作用，因此会在晶圆表面腐蚀出机械手1的痕迹3，如图1c所示。
目前主要有两种方法减小研磨液聚集于机械手1与晶圆2之间。
第一种方法是：在抛光完成后，增加一道“水抛”工艺，即抛光完成后，不立即将晶圆2从抛光头上取下，而是将原本的碱性研磨液换成去离子水(DIW)，继续进行抛光，通过晶圆(wafer)与抛光垫的摩擦，尽可能多的去除研磨液。然而，水抛工艺虽然可以减少碱性研磨液于晶圆表面上的残余量，但多余的水抛工艺会造成晶圆表面原有的羟基(-OH)被去除，使得晶圆形成疏水性，进而增加研磨液聚集于机械手1与晶圆2之间的几率。
第二种方法是：如图1d所示，将晶圆2从抛光头上由机械手1取下后，通过一个固定喷嘴4向晶圆2与机械手1之间喷出高压的去离子水(DIW)，以使晶圆表面保持充分浸润，而不会造成研磨液向机械手1聚集。然而此方式依旧需要仔细地校准喷嘴4的位置，以保证去离子水能够充分湿润晶圆表面，操作不便。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种晶圆夹持机械手臂及其清洗晶圆的方法，并不需要额外的“水抛”工艺，使晶圆表面羟基不会被去除，以此确保晶圆表面的亲水性，而且无需复杂的校准操作，清洗方便。
根据本发明的一个方面，提供了一种晶圆夹持机械手臂，包括：
一支撑臂，具有一主体，所述主体上设置有若干孔洞，且若干所述孔洞贯穿所述主体的一表面；
一晶圆承载夹持机构，设置于所述主体上，且相对所述表面垂直设置，并用于夹持晶圆；以及
一流体管路，与若干所述孔洞连通，用于接收流经液体，并将流经液体输送至若干所述孔洞以喷出液体。
可选地，所述主体呈圆形，若干所述孔洞均匀分布于所述表面。
可选地，所述流体管路设置于所述支撑臂的内部，并包括主管路以及若干分支管路，每根所述分支管路与所述主管路连通，且每根所述分支管路还与所述孔洞连通。
可选地，所述流体管路内流经去离子水。
可选地，所述晶圆承载夹持机构包括两个相对设置的夹持柱，且任意一个所述夹持柱能够相对于另一个所述夹持柱作靠近或远离的运动。
可选地，所述晶圆承载夹持机构还包括与所述夹持柱连接的驱动结构，所述驱动结构用于驱动所述夹持柱运动。
可选地，所述驱动结构包括气缸、供气管路以及阀门，所述供气管路与所述气缸连接，所述气缸通过活塞与所述夹持柱连接，所述阀门设置于所述供气管路上。
可选地，所述晶圆承载夹持机构还包括与所述夹持柱连接的可伸缩件。
根据本发明的另一个方面，提供了一种使用所述晶圆夹持机械臂清洗晶圆的方法，包括：在所述晶圆夹持机械手臂将待工艺处理之晶圆从抛光设备传输至容置设备的过程中，设置在所述支撑臂内的流体管路通过若干所述孔洞，持续的向所述晶圆承载夹持机构处的晶圆喷吹去离子水。
可选地，所述晶圆夹持机械手臂将晶圆从抛光设备传输至容置设备的步骤包括：
所述晶圆夹持机械手臂从所述抛光设备抓取所述晶圆，并使所述晶圆处于第一水平位置；
所述晶圆夹持机械手臂于所述晶圆处于所述第一水平位置后，做180°翻转运动，以使所述晶圆处于第二水平位置；
所述晶圆夹持机械手臂于所述晶圆处于所述第二水平位置后，将所述晶圆卸载至所述容置设备。
综上所述，本发明提供的晶圆夹持机械手臂及其清洗晶圆的方法具有以下有益效果：
根据本发明技术方案的晶圆夹持机械手臂，其不仅能够将待工艺处理之晶圆从抛光设备传输至容置设备，还能够通过其内部或外部设置的流体管路持续的清洗晶圆，相比于现有的“水抛”工艺，既不会造成晶圆表面原有的羟基被去除，也无需复杂的校准操作便能够使晶圆表面充分湿润，如此，对应抛光后的晶圆来说，其能够使晶圆较好地保持亲水性，以此降低研磨液聚集于机械手臂与晶圆之间的概率，从而确保晶圆表面在运输过程中不会受到损伤。
附图说明
附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：
图1a为现有的机械手与晶圆的示意图；
图1b为现有的叉状的机械手传输晶圆的示意图；
图1c为现有的晶圆表面发生损伤后形成有机械手痕迹的示意图；
图1d为现有的固定喷嘴向晶圆与机械手之间喷吹高压的去离子水的示意图；
图2为本发明一实施例的晶圆夹持机械手臂中主体的结构示意图；
图3为本发明一实施例的晶圆夹持机械手臂的整体结构示意图；
图4a为本发明一实施例的晶圆于抛光头上的示意图；
图4b为本发明一实施例的晶圆被夹持于晶圆夹持机械手臂上并向晶圆喷吹去离子水的示意图；
图4c为本发明一实施例的晶圆被晶圆夹持机械手臂翻转90°后的示意图；
图4d为图4c所示的晶圆被晶圆夹持机械手臂翻转180°后的示意图。
图中：
机械手-1，晶圆-2，机械手的痕迹-3；
晶圆夹持机械手臂-10，主体-11，表面-112，孔洞-111，流体管路-13，主管路-131，分支管路-132，晶圆承载夹持机构-15，夹持柱-151，供气管路-152，阀门-153，活塞-154，可伸缩件-155，晶圆-30，抛光头-50。
具体实施方式
以下结合附图2～4d对本发明提出的晶圆夹持机械手臂及其清洗晶圆的方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如在本说明书中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本说明书中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。
图2为本发明一实施例的晶圆夹持机械手臂10中主体11的结构示意图，如图2所示，所述晶圆夹持机械手臂10包括一支撑臂，所述支撑臂具有一主体11，且所述主体11上设置有若干孔洞111，且这些孔洞111贯穿主体11的一表面112。若干所述孔洞111优选均匀分布于所述表面112上，例如环形分布，且若干所述孔洞111可与所述表面112垂直设置，或倾斜设置。
与此同时，若干孔洞111还与流体管路13连通，且所述流体管路13既可设于支撑臂的内部，也可设于支撑臂的外部。所述流体管路13用于接收流经的液体，并将流经的液体输送至若干孔洞11以喷出所述液体。这里，所述液体优选为去离子水(DIW)，但不限于此，具有与去离子水相同功效的其他液体也可适用。
图3为本发明一实施例的晶圆夹持机械手臂10的整体结构示意图，如图3所示，所述晶圆夹持机械手臂10还包括一晶圆承载夹持机构15，设置于主体11之上，且相对所述主体11的所述表面112垂直设置，并用来固定夹持晶圆30。其中，若干所述孔洞111分布于晶圆承载夹持机构15的一侧，具体设置在晶圆承载夹持机构15的内侧。这里，“内侧”是指靠近晶圆承载夹持机构15之晶圆承载区的一侧，即下述举例说明的两个夹持柱151之间所形成的晶圆承载区。
进而，在所述晶圆机械手臂10将待工艺处理之晶圆30从抛光设备(例如化学机械抛光)传输至容置设备(例如晶盒传送盒，Foup)的过程中，所述流体管路13通过若干所述孔洞111，持续的向固定于晶圆承载夹持机构15处的晶圆30喷吹去离子水(DIW)，从而使晶圆表面能够被DIW充分润湿，以此减小碱性的研磨液聚集于晶圆夹持机械手臂10和晶圆30之间的几率，且无需增加额外的“水抛”工艺，因此，能够使晶圆表面羟基不受“水抛”工艺的影响，确保晶圆的亲水性。而且，将喷嘴集成于晶圆夹持机械手臂10上，也便于实现对整个晶圆表面的清洗，无需复杂的校准操作即可完成，清洗方便。
进一步来说，如图4a所示，由抛光头50固定晶圆30进行化学机械抛光，且抛光完毕后，如图4b所示，由晶圆夹持机械手臂10从抛光头50上抓取晶圆30并固定夹持于晶圆承载夹持机构15之处(一般地，晶圆30的正面朝向孔洞111)，此时，开始通过流体管路13借助若干所述孔洞111向晶圆30的正面喷吹去离子水(DIW)；进而，为了使晶圆30被充分浸润，优选的，如图4c和图4d所示，所述晶圆夹持机械手臂10带动晶圆30依次做90°和180°的翻转运动，此过程中，仍旧确保DIW不断向晶圆30喷吹，最终令晶圆30的背面朝下，使得晶圆30的整个表面(正面，甚至于背面)均能被DIW所覆盖。
进一步，如图2所示，所述主体11优选呈圆形，以便于喷出的DIW向晶圆表面扩散，从而有助于晶圆被DIW充分浸润。所述主体11的材料优选为聚合物，例如PTFE、PP等。
进一步，所述流体管路13包括主管路131以及若干分支管路132，每根所述分支管路132与所述主管路131连通，且每根所述分支管路132还与所述孔洞111连通。本实施例中，任意一根分支管路132可与多个孔洞111连通，但被连通的孔洞111数量不作特别的限制，主要根据实际喷吹的需求来设定。
可选的，若干所述分支管路132平行设置，所述主管路131与任意一根分支管路132可垂直相交，优选，所述主管路131沿着主体111的中心线分布。而且，所述分支管路132的长度可根据晶圆30的尺寸来设定。另外，若干所述孔洞111除可环形分布外，还可线性分布，还可以同心圆方式多层分布。所述孔洞111的形状不作特别的限定，优选为圆形。此外，所述孔洞111的尺寸亦不作具体的限制，如为了喷射得更远，可适当缩小孔洞的尺寸。
进一步，如图3所示，所述晶圆承载夹持机构15可包括两个相对设置的夹持柱151，且任意一个夹持柱151能够相对于另一个夹持柱151作靠近或远离的运动。在此，所述夹持柱151滑动设置于主体11上，通过改变两个夹持柱151之间的承载空间便可以固定或释放晶圆30。
于本实施例中，任意一个夹持柱151具有一个斜面，用来放置晶圆30，显然，除沿晶圆的径向夹持晶圆外，还可以在垂直于晶圆之径向上支撑晶圆。所述夹持柱151的材料优选聚合物，如PEEK，PTFE，PP等。
更进一步，所述晶圆承载夹持机构15还包括与夹持柱151连接的驱动结构，所述驱动结构用于驱动夹持柱151运动。每一个夹持柱151连接一个驱动结构，任意一个驱动结构可包括气缸、供气管路152以及阀门153，所述供气管路152与气缸连通，所述阀门153设置于供气管路152上，用于控制供气管路152的通断。所述气缸可通过活塞154连接夹持柱151。所述供气管路152内可流进压缩气体，但不限于此，能够驱动夹持柱151运动的其他气体也可，优选为清洁气体。
较佳的，所述晶圆承载夹持机构15还包括一可伸缩件155，所述可伸缩件155的一端与夹持柱151连接，另一端固定设置(如与气缸固连)。通过可伸缩件155的伸缩运动来自动释放晶圆，夹持晶圆的操作更为方便。所述可伸缩件155选择性地为弹簧，并在未夹持晶圆时，弹簧处于压缩状态。每一个夹持柱151可连接一根或多根可伸缩件155。所述可伸缩件155的压缩量可根据需要调整，一般地，两个夹持柱155的最远距离大于晶圆30的尺寸。
最后，上述实施例对晶圆承载夹持机构的结构进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施例中所列举的晶圆承载夹持机构的结构，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。
此外，本发明实施例还提供了一种所述晶圆夹持机械臂10清洗晶圆的方法，该方法包括：在所述晶圆夹持机械手臂10将待工艺处理之晶圆30从抛光设备传输至容置设备的过程中，设置在所述晶圆夹持机械手臂10之支撑臂内的流体管路13通过若干孔洞111，持续的向所述晶圆承载夹持机构15处的晶圆30喷吹去离子水。
可选地，所述晶圆夹持机械手臂10将晶圆30从抛光设备传输至容置设备的过程具体包括：
步骤一：所述晶圆夹持机械手臂10从所述抛光设备抓取所述晶圆30，并使所述晶圆30处于第一水平位置；第一水平位置为晶圆30平行于水平面，且晶圆的背面朝上；
步骤二：所述晶圆夹持机械手臂10于所述晶圆30处于所述第一水平位置后，做180°翻转运动，以使所述晶圆30处于第二水平位置；第二水平位置为晶圆30平行于水平面，但晶圆的背面朝下；
步骤三：所述晶圆夹持机械手臂10于所述晶圆30处于所述第二水平位置后，将所述晶圆30卸载至所述容置设备；容置设备可以是晶圆传送盒。
应知晓的是，在上述步骤一至步骤三的过程中，始终通过若干孔洞111向晶圆30喷射去离子水，以在晶圆的整个传送过程中，均保持有持续的去离子水冲洗晶圆表面，以保证晶圆持续的浸润，防止碱性研磨液对其造成腐蚀。
根据本发明实施例的晶圆夹持机械手臂，其不仅能够将待工艺处理之晶圆从抛光设备传输至容置设备，还能够通过其内部或外部设置的流体管路清洗晶圆，相比于现有的“水抛”工艺，既不会造成晶圆表面原有的羟基被去除，也无需复杂的校准操作便能够使晶圆表面充分湿润，如此，对应抛光后的晶圆来说，其能够较好地保持亲水性，以此降低研磨液聚集于机械手臂与晶圆之间的概率，从而确保晶圆表面在运输过程中不会受到损伤。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种晶圆夹持机械手臂，其特征在于，包括：
一支撑臂，具有一主体，所述主体上设置有若干孔洞，且若干所述孔洞贯穿所述主体的一表面；
一晶圆承载夹持机构，设置于所述主体上，且相对所述表面垂直设置，并用于夹持晶圆；以及
一流体管路，与若干所述孔洞连通，用于接收流经液体，并将流经液体输送至若干所述孔洞以喷出液体。
2.根据权利要求1所述的一种晶圆夹持机械手臂，其特征在于，所述主体呈圆形，若干所述孔洞均匀分布于所述表面。
3.根据权利要求1或2所述的一种晶圆夹持机械手臂，其特征在于，所述流体管路设置于所述支撑臂的内部，并包括主管路以及若干分支管路，每根所述分支管路与所述主管路连通，且每根所述分支管路还与所述孔洞连通。
4.根据权利要求1或2所述的一种晶圆夹持机械手臂，其特征在于，所述流体管路内流经去离子水。
5.根据权利要求1或2所述的一种晶圆夹持机械手臂，其特征在于，所述晶圆承载夹持机构包括两个相对设置的夹持柱，且任意一个所述夹持柱能够相对于另一个所述夹持柱作靠近或远离的运动。
6.根据权利要求5所述的一种晶圆夹持机械手臂，其特征在于，所述晶圆承载夹持机构还包括与所述夹持柱连接的驱动结构，所述驱动结构用于驱动所述夹持柱运动。
7.根据权利要求6所述的一种晶圆夹持机械手臂，其特征在于，所述驱动结构包括气缸、供气管路以及阀门，所述供气管路与所述气缸连接，所述气缸通过活塞与所述夹持柱连接，所述阀门设置于所述供气管路上。
8.根据权利要求5所述的一种晶圆夹持机械手臂，其特征在于，所述晶圆承载夹持机构还包括与所述夹持柱连接的可伸缩件，所述可伸缩件的一端与所述夹持柱连接，另一端固定设置，所述可伸缩件用于通过伸缩运动释放晶圆。
9.一种使用如权利要求1所述的晶圆夹持机械手臂清洗晶圆的方法，其特征在于，包括：在所述晶圆夹持机械手臂将待工艺处理之晶圆从抛光设备传输至容置设备的过程中，设置在所述支撑臂内的流体管路通过若干所述孔洞，持续的向所述晶圆承载夹持机构处的晶圆喷吹去离子水。
10.根据权利要求9所述的一种使用晶圆夹持机械手臂清洗晶圆的方法，其特征在于，所述晶圆夹持机械手臂将晶圆从抛光设备传输至容置设备的步骤包括：
所述晶圆夹持机械手臂从所述抛光设备抓取所述晶圆，并使所述晶圆处于第一水平位置；
所述晶圆夹持机械手臂于所述晶圆处于所述第一水平位置后，做180°翻转运动，以使所述晶圆处于第二水平位置；
所述晶圆夹持机械手臂于所述晶圆处于所述第二水平位置后，将所述晶圆卸载至所述容置设备。
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