CN110815035A - 一种结合研磨和单晶圆清洗模组的化学机械平坦化设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种结合研磨和单晶圆清洗模组的化学机械平坦化设备，其包含：由若干个研磨单元组成的研磨模组、若干个清洗模组、设备前端模组及用于传输晶圆的晶圆运输机构；单片晶圆经研磨单元抛光处理后进入清洗模组；其中，清洗模组包含：若干个刷洗单元及若干个单片清洗单元；刷洗单元利用清洗刷及清洗液对单片晶圆进行清洗；单片清洗单元包含：用于提供空间的工艺腔、晶圆卡盘、以及若干个喷淋臂；喷淋臂用于提供清洗及干燥晶圆的液体或气体。本发明将单片晶圆的清洗集成为一个独立模组，消除了晶圆在各不同清洗工艺间的等待时间，提高了清洗模组的生产效率；消除了从CMP工艺到Wet工艺之间的晶圆传输和排队的时间，简化了工艺步骤。

Description

一种结合研磨和单晶圆清洗模组的化学机械平坦化设备
技术领域
本发明涉及半导体集成电路芯片制造的设备领域，具体涉及一种结合研磨和单晶圆清洗模组的化学机械平坦化设备。
背景技术
化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization,CMP)技术是化学作用和机械作用相结合的技术。其工作原理是，首先工件表面材料与抛光液中的氧化剂等发生化学反应，生成一层相对容易去除的软质层，然后在抛光液中的磨料和抛光垫的机械作用下去除该软质层，使工件表面重新裸露出来，随后再进行化学反应，藉此在化学作用过程和机械作用过程的共同作用下完成工件表面抛光。一个典型的化学机械平坦化设备通常包括多个研磨单元以及清洗、晶圆运输、干燥等辅助装置。研磨单元通常包括研磨台、研磨垫、研磨头、修整器、研磨液输送手臂等，按照工艺加工位置布置在工作台上。化学机械抛光平坦化设备通常还包括设备前端模组(EFEM)，EFEM主要包括存放晶圆的晶圆盒、传片机械手和空气净化系统等。
目前，现有的CMP晶圆加工中，研磨后需清洗的晶圆存在晶圆之间的互相等待时间。经过抛光单元作业后的晶圆依次进入分离式的清洗和干燥模组，任一模组单次只能处理一片晶圆，由于不同模组的单片晶圆处理时间存在差异，导致清洗模组内的晶圆互相等待，降低了晶圆的清洗效率，另一方面，当某一模组出现故障时将导致整个机台停机，影响晶圆产率。
发明内容
本发明的目的是提供一种将化学机械研磨模块与若干单片晶圆清洗模组集成于一台设备上的化学机械平坦化设备，该设备将单片晶圆的清洗集成为一个独立模组，各个晶圆之间的清洗相互独立，提高了晶圆清洗模组的清洗效率；同时，单片晶圆的清洗模组互不干涉，某一模组出现故障后，机台仍能满足清洗需求，提高晶圆产率。
为了达到上述目的，本发明提供了一种结合研磨和单晶圆清洗模组的化学机械平坦化设备，其包含：由若干个研磨单元组成的研磨模组、若干个清洗模组、设备前端模组及用于传输晶圆的晶圆运输机构；单片晶圆经所述研磨单元抛光处理后进入所述的清洗模组；其中，所述的清洗模组包含：0个或若干个刷洗单元及若干个单片清洗单元；所述的刷洗单元利用清洗刷及清洗液对单片晶圆进行清洗；所述的单片清洗单元包含：用于提供空间的工艺腔、晶圆卡盘、以及若干个喷淋臂；所述的喷淋臂用于提供清洗及干燥晶圆的液体或气体。
较佳地，所述的晶圆卡盘能够升降及旋转，所述的喷淋臂安装有带回吸阀的喷嘴；晶圆进入所述单片清洗单元后，所述的晶圆卡盘降至工作位并开始旋转，所述的喷淋臂提供用于清洗及干燥晶圆的化学液或气体，在晶圆清洗及干燥处理完成后，所述的晶圆卡盘升至原位。
较佳地，所述的单片清洗单元还包含：位于所述单片清洗单元上部的风机过滤机组。
较佳地，所述的清洗模组还包含：晶圆缓冲区，用于在所述的刷洗单元及所述的单片清洗单元出现故障导致无法及时清洗晶圆时，临时存放晶圆；所述的晶圆缓冲区内能够喷出去离子水，以保持待清洗晶圆处于湿润状态。
较佳地，所述的研磨单元包含：研磨头、设置在研磨头下方的研磨台、放置在所述研磨台上的研磨垫、研磨垫修整器及研磨液输送手臂；所述研磨垫修整器的一端固定于所述研磨台上，另一端工作时位于所述研磨垫上方；所述研磨液输送手臂工作时设置于所述研磨垫上方，用于输送研磨液至所述研磨垫上。
较佳地，所述的晶圆运输机构包含：若干个晶圆中转站、湿式手臂、若干个装卸台、以及机械手臂；所述的晶圆中转站用于临时放置晶圆；所述的湿式手臂能够平移晶圆和翻转晶圆；所述的装卸台用于临时放置待抛光的晶圆及抛光后的晶圆、以及清洗研磨头及提供研磨头装卸晶圆的位置；所述的机械手臂用于晶圆的取放以及与装卸台配合实现晶圆的运输。
较佳地，所述的晶圆运输机构还包含：位于设备上方，用于对所述的机械手臂进行驱动的驱动机构。
较佳地，所述的晶圆运输机构还包含：用于检测晶圆位置信息的视觉定位装置，以及分别与所述视觉定位装置和机械手臂连接的控制系统，该控制系统用于控制机械手臂根据晶圆位置信息取放晶圆。
较佳地，在所述的清洗模组中，所述的刷洗单元、所述的单片清洗单元和所述的晶圆缓冲区单列或多列叠加摆放。
较佳地，所述的若干个研磨单元成排布置，当所述的研磨单元大于两排时，所述的装卸台设置在相邻两排研磨单元之间，所述的装卸台为两侧研磨单元共用。
有益效果：
(1)可包含2个或2个以上(3，4，5，6...)研磨单元，研磨单元及清洗模组模块化，可根据产能需求，进行模块数量的调整与搭配，提高了产能。
(2)将单片晶圆的清洗集成为一个独立模组，消除了晶圆在各不同清洗工艺间的等待时间，提高了清洗模组的生产效率；消除了从CMP工艺到Wet(湿法清洗)工艺之间的晶圆传输和排队的时间，简化了工艺步骤。
(3)湿晶圆直接进清洗模组，及时的清洗可以改善晶圆的清洁度。
(4)减少CMP后的自带清洗，产出多，速度快，质量好，降低了设备成本，集成方案还可以减少CMP设备和Wet设备所占用的净化间面积。
附图说明
图1为本发明的结合研磨和单晶圆清洗模组的化学机械平坦化设备的示意简图。
图2为单片清洗单元的结构示意图。
图3为实施例1的化学机械平坦化设备的俯视简图。
图4为实施例1的化学机械平坦化设备的正视简图。
图5为实施例2的化学机械平坦化设备的俯视简图。
图6为实施例2的化学机械平坦化设备的正视简图。
图7为实施例3的化学机械平坦化设备的俯视简图。
图8为实施例3的化学机械平坦化设备的正视简图。
图9为实施例4的化学机械平坦化设备的俯视简图。
图10为实施例4的化学机械平坦化设备的正视简图。
图11为实施例5的化学机械平坦化设备的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
如图1所示，为本发明的结合研磨和单晶圆清洗模组的化学机械平坦化设备的示意简图。本发明的化学机械平坦化设备包含：由若干个研磨单元组成的研磨模组00、若干个清洗模组、设备前端模组(EFEM)及用于传输晶圆的晶圆运输机构；单片晶圆经所述研磨单元抛光处理后进入所述的清洗模组；其中，所述的清洗模组包含：若干个刷洗单元50及若干个单片清洗单元60；所述的刷洗单元50利用清洗刷及清洗液对单片晶圆进行清洗；所述的单片清洗单元60包含：用于提供空间的工艺腔、晶圆卡盘、以及若干个喷淋臂，所述的喷淋臂用于提供清洗及干燥晶圆的液体或气体。
如图2所示，为单片清洗单元60的结构示意图。单片清洗单元60是一个可以独立完成清洗及干燥的清洗单元，它包括一个提供空间的工艺腔1及可升降及旋转的晶圆卡盘2，多个喷淋臂3，每个喷淋臂3可以提供既定的化学液或者去离子水或者氮气，每个喷淋臂3安装带有回吸阀的喷嘴4，整个单片清洗单元的上部装有风机过滤机组5，保证整个清洗单元的微环境及防止颗粒物聚集。晶圆进入单片清洗单元60后，晶圆卡盘2降至工作位，在工艺配方的调动下，开始旋转，同时喷淋臂3按照顺序到达工作位，待工艺配方所有步骤执行完毕，晶圆卡盘2升至原位，等待机械手臂将晶圆取出。
本发明为单片清洗，单片晶圆研磨完毕后直接进入清洗模组清洗及甩干。单片清洗是先进制程的发展方向，本发明将化学机械研磨模组与若干单片晶圆清洗模组集成于一台设备上，单片晶圆清洗的各步骤集成到一个单片清洗单元中，消除了晶圆在各不同清洗工艺间的等待时间及在清洗腔室之间的传输时间，提高了清洗模组的生产效率。
本发明的化学机械平坦化设备可以根据产能需求及工艺特点增减研磨单元的数量及排列方式，比如2，3，4，5，6，7，8，10等设计的不同构型；刷洗单元50的数量和单片清洗单元60的数量可根据产能需求分别进行增减，比如3，5，6等等，其产能需与研磨模块00产能相匹配；刷洗单元50的摆放方式及单片清洗单元60摆放方式可以是单列摆放或者多列叠加摆放。
一些实施例中，所述的清洗模组还包含：晶圆缓冲区，用于在所述的刷洗单元50及所述的单片清洗单元60出现故障导致无法及时清洗晶圆时，临时存放晶圆；所述的晶圆缓冲区内能够喷出去离子水，以保持待清洗晶圆处于湿润状态。
一些实施例中，所述的晶圆运输机构包含：若干个晶圆中转站、湿式手臂、能够移动的若干个装卸台、以及机械手臂；所述的晶圆中转站用于临时放置晶圆；所述的湿式手臂能够平移晶圆和翻转晶圆；所述的装卸台用于临时放置待抛光的晶圆及抛光后的晶圆、清洗研磨头及提供研磨头装卸晶圆的位置；所述的机械手臂用于晶圆的取放以及与装卸台配合实现晶圆的运输。
一些实施例中，所述的晶圆运输机构还包含：位于设备上方，用于对所述的机械手臂进行驱动的驱动机构。
一些实施例中，所述的晶圆运输机构还包含：用于检测晶圆位置信息的视觉定位装置，以及分别与所述视觉定位装置和机械手臂连接的控制系统，该控制系统用于控制机械手臂根据晶圆位置信息取放晶圆。
实施例1
图3为实施例1的化学机械平坦化设备的俯视简图。图4为实施例1的化学机械平坦化设备的正视简图。如图3和图4所示，实施例1的化学机械平坦化设备包括：平行设置的两排共6个研磨单元10，每排设置3个研磨单元10；设置在两排研磨单元10之间的一排3个装卸台30，用于临时放置待抛光的晶圆及抛光后的晶圆，每个装卸台30位于其两侧的2个研磨单元10之间，并被该2个研磨单元10共用；EFEM 20与两排清洗模组放置在两排研磨单元10的一侧，每排清洗模组由1个刷洗单元、1个位于刷洗单元上方的晶圆缓冲区40和2个叠加摆放的单片清洗单元60组成，且清洗模组放置在EFEM 20与两排研磨单元10之间。实施例1设有两个晶圆中转站70。晶圆中转站70包括晶圆中转站701和晶圆中转站702。EFEM 20将晶圆从晶圆盒取出后，将晶圆膜层面朝上放置在晶圆中转站701，湿式手臂80对晶圆进行180度反转，然后放置在晶圆中转站702，位于装卸台30上方的机械手臂将晶圆从晶圆中转站702取出，放置在装卸台30，晶圆进入研磨单元10后回到装卸台30，位于装卸台30上方的机械手臂将晶圆放置在晶圆中转站702，湿式手臂80将晶圆反转180度，在机台调度下，将晶圆依次进入刷洗单元50和单片清洗单元60中的任一腔室，晶圆干燥后，EFEM 20将晶圆在单片清洗单元60取出，放回至晶圆盒，完成工艺。
晶圆缓冲区40内设有一排水平放置晶圆的卡槽，用于当清洗模组出现故障晶圆无法及时清洗时临时存放晶圆，缓冲区内可喷去离子水保持待清洗晶圆处于湿润状态。
进一步地，本发明所提供的化学机械平坦化设备可以在单片清洗单元60内采用工业标准湿法清洗工艺(RCA清洗工艺)，以清除有机表面膜、粒子和金属沾污，而后采用异丙醇的干燥工艺。单片清洗单元60内设置多组喷淋管路(喷淋臂)，每组喷淋管路可连接多路化学液、去离子水及氮气接口，对置入槽体的晶圆进行喷淋操作，晶圆的承载装置为卡紧晶圆绕圆心高速旋转的水平放置卡槽(晶圆卡盘)。抛光后的晶圆的清洗步骤为：第一步在单片清洗单元60内使用H2O2、NH4OH和H2O的混合液(SC1清洗液)，通过兆声震板产生的能量波动使晶圆表面的大颗粒脱落并被槽内的兆声清洗液冲洗带离晶圆；第二步在单片清洗单元60内通过去离子水进行水洗，以除去在第一步所生成的水溶性化合物；第三步在单片清洗单元60内使用HF和H2O的混合液对晶圆进行清洗，腐蚀晶圆表面生成的自然氧化膜，并去除附在氧化膜上的金属氢氧化物；第四步在单片清洗单元60内通过去离子水进行水洗；第五步在单片清洗单元60内使用H2O2、HCl和H2O的混合液对晶圆进行清洗，通过酸性混合液极强的氧化性和络合性，与金属作用生成盐；第六步在单片清洗单元60内通过去离子水将第五步所生成的盐去除，完成晶圆的清洗步骤；第七步在单片清洗单元60内卡紧清洗后的晶圆，绕晶圆圆心高速旋转，对晶圆喷淋异丙醇和氮气，异丙醇在离心力和氮气吹动作用下由圆心向外逐步干燥晶圆。以上步骤可根据工艺配方进行修改调节。
在该实施例中，为减少化学机械平坦化设备的空间占用面积，提高单位生产面积的工业产出值，两排研磨单元10和位于其之间的一排装卸台30紧凑设置。为实现同样的目的，可以进一步扩展为：两排研磨单元10、一排装卸台30以及一排刷洗单元50及单片清洗单元60平行紧凑设置成长方体区域，EFEM 20和清洗模组紧凑位列在该长方体区域的两侧，且EFEM 20和清洗模组的长度等于其所对应的该长方体区域的边长。通过这种布置，可以使空间利用率实现最大化，同时也能够减轻机械手的工作负担及布置难度。当然地，为了对清洗模组进行维护检修作业，该清洗模组和两排研磨单元10之间可以留出一定的操作空间。
在该实施例中，为了提高化学机械平坦化设备的处理通量，可以平行设置多排多个研磨单元10；每排可以设置相同数量的研磨单元10(1个及以上的研磨单元10)，排与排之间对齐设置，以进一步提高空间利用率；相邻的两排研磨单元10之间可以设置与该两排研磨单元10平行的一排或更多排的装卸台30，可以根据研磨单元10的处理效率进行选择。研磨单元10的处理效率越高，可以相应地增加装卸台30的数量，以减少晶圆排队等待处理的时间。同样地，为提高化学机械平坦化设备的处理通量，也可以设置多列刷洗单元及单片清洗单元，例如可以在上述长方体区域的清洗模组区域设置一列刷洗单元及单片清洗单元，也可以根据实际需求在清洗模组区域设置多列刷洗及单片清洗单元。
为了提高机械手的操作效率，该化学机械平坦化设备还包括设置在上方的用于对机械手进行驱动的驱动机构。可选地，该驱动机构可以选择为水平平移机构，用于驱动设置在其上的机械手先水平360度自由移动，确定到某一具体位置后可以进而驱动机械手上下移动，以实现机械手更大范围的使用，并在不影响处理效率的情况下尽可能减少机械手的数量。该水平平移机构可以采用类似于行车的结构，以最大化地减少机构的复杂程度。当然，该水平位移机构也可以穿插地设置在化学机械平坦化设备的各部分之间以实现相同的目的。
为了避免机械手常见的操作误差，上述实施例还可以进一步设置用于检测晶圆位置信息的视觉定位装置，以实现对晶圆的准确定位，更大地发挥机械手的处理效率及避免因操作不当而对晶圆造成的破坏。进一步地，所述视觉定位装置和机械手分别与一控制系统连接，该控制系统用于控制机械手臂根据晶圆位置信息准确取放晶圆；通过控制系统与视觉定位装置的配合，使得机械手的操作精度大为提高，进而避免误操作对成品质量的影响。更进一步地，该控制系统可以对化学机械平坦化设备中的研磨单元10、输送单元及清洗模组中的具体操作参数进行综合控制，例如对研磨单元10的抛光时间、输送单元的传送速度、清洗模组中各单元的处理时间等重要参数进行综合控制，以减少晶圆处理的等待时间，提高处理效率及通量。
更具体的，所述研磨单元10包括：研磨头11、设置在研磨头11下方的研磨台12、放置在所述研磨台12上的研磨垫、研磨垫修整器13及研磨液输送手臂14；所述研磨垫修整器13的一端固定于所述抛光台12上，另一端位于所述研磨垫上方；所述研磨液输送手臂14设置于所述研磨垫上方，用于输送研磨液至所述研磨垫上。为进一步提高平坦化处理效率，所述研磨单元10总共至少为2个，平行对齐设置为多排，每排设置有相同数量的研磨单元10；在具体实施时可以进一步根据清洗及干燥单元产能增加研磨单元10的数量(比如4个，6个，8个，10个等)，实现研磨单元10与清洗模组产能匹配。装卸台30能够沿其排列方向来回移动，以更靠近其两侧研磨单元10的研磨头11的位置，从而实现配合晶圆取放的目的以及提高平坦化效率和减少等待时间；每排装卸台30的数量与每排研磨单元10的数量相等，每个装卸台30的初始位置设置在其两侧的两个研磨单元10的中间位置，且每个装卸台30由位于其两侧的两个研磨单元10共用，以更进一步简化设备的复杂性。
实施例2
图5为实施例2的化学机械平坦化设备的俯视简图。图6为实施例2的化学机械平坦化设备的正视简图。如图5和图6所示，实施例2的化学机械平坦化设备包括：平行设置的两排共6个研磨单元10，每排设置3个研磨单元10；设置在两排研磨单元10之间的一排3个装卸台30，用于临时放置待抛光的晶圆及抛光后的晶圆，每个装卸台30位于其两侧的2个研磨单元10之间，并被该2个研磨单元10共用；EFEM 20与两排清洗模组放置在两排研磨单元10的一侧，每排清洗模组由1个刷洗单元、1个位于刷洗单元上方的晶圆缓冲区40和2个水平摆放的单片清洗单元组成，且清洗模组放置在EFEM 20与两排研磨单元10之间。实施例1设有两个晶圆中转站70。晶圆中转站70包括晶圆中转站701和晶圆中转站702。EFEM 20将晶圆从晶圆盒取出后，将晶圆膜层面朝上放置在晶圆中转站701，湿式手臂80对晶圆进行180度反转，然后放置在晶圆中转站702，位于装卸台30上方的机械手臂将晶圆从晶圆中转站702取出，放置在装卸台30，晶圆进入研磨单元10后回到装卸台30，位于装卸台30上方的机械手臂将晶圆放置在晶圆中转站702，湿式手臂80将晶圆反转180度，在机台调度下，将晶圆依次进入刷洗单元50和单片清洗单元60中的任一腔室，晶圆干燥后，EFEM 20将晶圆在单片清洗单元60取出，放回至晶圆盒，完成工艺。
晶圆缓冲区40内设有一排水平放置晶圆的卡槽，用于当清洗模组出现故障晶圆无法及时清洗时临时存放晶圆，缓冲区内可喷去离子水保持待清洗晶圆处于湿润状态。
进一步地，本发明所提供的化学机械平坦化设备可以在单片清洗单元60内采用RCA清洗工艺，以清除有机表面膜、粒子和金属沾污，而后采用异丙醇的干燥工艺。单片清洗单元60内设置多组喷淋管路(喷淋臂)，每组喷淋管路可连接多路化学液及去离子水接口，对置入槽体的晶圆进行喷淋操作，晶圆的承载装置为卡紧晶圆绕圆心高速旋转的水平放置卡槽(晶圆卡盘)。抛光后的晶圆的清洗步骤同实施例1，步骤可根据工艺配方进行修改调节。
实施例3
图7为实施例3的化学机械平坦化设备的俯视简图。图8为实施例3的化学机械平坦化设备的正视简图。如图7和图8所示，实施例3的化学机械平坦化设备包括：4个研磨头12和3个研磨台11排列方式的研磨模组，3个研磨单元10与1个装卸台30呈矩形分布；EFEM 20与清洗模组放置在研磨模组的一侧，且清洗模组放置在EFEM 20与研磨模组之间，清洗模组中单片清洗单元60两列叠加摆放。EFEM 20将晶圆从晶圆盒取出后，将晶圆放置在晶圆中转站70，机械手臂将晶圆从晶圆中转站取出，放置在装卸台30，晶圆研磨单元10进行完平坦化工艺后回到装卸台30，机械手臂将晶圆放置在晶圆缓冲区40，在机台调度下，晶圆依次进入刷洗单元50和单片清洗单元60中的任一腔室，晶圆干燥后，EFEM 20将晶圆在晶圆清洗单元60取出，放回至晶圆盒，完成工艺。
晶圆缓冲区40内设有一排水平放置晶圆的卡槽，用于当清洗模组出现故障晶圆无法及时清洗时临时存放晶圆，缓冲区内可喷去离子水保持待清洗晶圆处于湿润状态。
进一步地，本发明所提供的化学机械平坦化设备可以在单片清洗单元60内采用RCA清洗工艺，以清除有机表面膜、粒子和金属玷污，而后采用异丙醇的干燥工艺。清洗及干燥槽60内设置多组喷淋管路(喷淋臂)，每组喷淋管路可连接多路化学液及去离子水接口，对置入槽体的晶圆进行喷淋操作，晶圆的承载装置为卡紧晶圆绕圆心高速旋转的水平放置卡槽(晶圆卡盘)。抛光后的晶圆的清洗步骤同实施例1，步骤可根据工艺配方进行修改调节。
实施例4
图9为实施例4的化学机械平坦化设备的俯视简图。图10为实施例4的化学机械平坦化设备的正视简图。实施例4的化学机械平坦化设备包括：一排共2个研磨单元10；设置在平行于研磨单元10一侧的2个装卸台30，用于临时放置待抛光的晶圆及抛光后的晶圆，每个装卸台30位于研磨单元10与清洗模组之间；清洗模组平行于研磨模组，清洗模组由1个刷洗单元、1个位于刷洗单元上方的晶圆缓冲区40和2个叠加摆放的单片清洗单元60组成；EFEM20放置在两排研磨单元10的一侧。EFEM 20将晶圆从晶圆盒取出后，将晶圆进行180度反转使薄膜面朝下，然后放置在装卸台30上，晶圆进入研磨单元10后回到装卸台30，湿式手臂80将晶圆反转180度使薄膜面朝上，在机台调度下，将晶圆依次进入刷洗单元50和单片清洗单元60中的任一腔室，晶圆干燥后，EFEM 20将晶圆在单片清洗单元60取出，放回至晶圆盒，完成工艺。
晶圆缓冲区40内设有一排水平放置晶圆的卡槽，用于当清洗模组出现故障晶圆无法及时清洗时临时存放晶圆，缓冲区内可喷去离子水保持待清洗晶圆处于湿润状态。
进一步地，本发明所提供的化学机械平坦化设备可以在单片清洗单元60内采用RCA清洗工艺，以清除有机表面膜、粒子和金属玷污，而后采用异丙醇的干燥工艺。清洗及干燥槽60内设置多组喷淋管路，每组喷淋管路可连接多路化学液及去离子水接口，对置入槽体的晶圆进行喷淋操作，晶圆的承载装置为卡紧晶圆绕圆心高速旋转的水平放置卡槽。抛光后的晶圆的清洗步骤同实施例1，步骤可根据工艺配方进行修改调节。
实施例5
如图11所示，为实施例5的化学机械平坦化设备的结构示意图。实施例5的化学机械平坦化设备包括：平行设置的两排共6个研磨单元10，每排设置3个研磨单元10；设置在两排研磨单元10之间的一排3个装卸台30，用于临时放置待抛光的晶圆及抛光后的晶圆，每个装卸台30位于其两侧的2个研磨单元10之间，并被该2个研磨单元10共用；设置在两排研磨单元10一侧的EFEM 20，用于传输待抛光的晶圆和清洗干燥后的晶圆；设置在两排研磨单元10另一侧的湿式手臂80，用于将已抛光的晶圆运输至晶圆缓冲区40；设置在平行于研磨单元10任意一侧的清洗模组，包括晶圆缓冲区40，缓冲区40两侧各有一个刷洗单元50，再向外各有两个单片清洗单元60，清洗模组的机械手臂会将抛光后的晶圆依次放入晶圆缓冲区40，某一个刷洗单元50，某一个单片清洗单元60，进入哪个模块由机台调度决定；清洗模组的机械手臂将干燥的晶圆放置在晶圆中转站70，由EFEM 20将晶圆传回晶圆盒。
晶圆缓冲区内设有一排垂直放置晶圆的卡槽，用于当清洗模组出现故障晶圆无法及时清洗时临时存放晶圆，缓冲区内可注入去离子水浸没晶圆，保持待清洗晶圆处于湿润状态。
进一步地，本发明所提供的化学机械平坦化设备可以在单片清洗单元60内采用RCA清洗工艺，以清除有机表面膜、粒子和金属沾污，而后采用异丙醇的干燥工艺。单片清洗单元60内设置多组喷淋管路，每组喷淋管路可连接多路化学液及去离子水接口，对置入槽体的晶圆进行喷淋操作，晶圆的承载装置为卡紧晶圆绕圆心高速旋转的水平放置卡槽。抛光后的晶圆的清洗步骤同实施例1，步骤可根据工艺配方进行修改调节。
综上所述，本发明将化学机械平坦化和湿法清洗及干燥两个工艺步骤简化为一步完成，可以实现晶圆的干进和干出。无需化学机械后的自带清洗，产出多，速度快，质量好，降低了设备成本，集成方案还可以减少独立化学机械平坦化设备和湿法清洗设备所占用的净化间面积；消除了从化学机械平坦化工艺到清洗工艺之间晶圆传输和排队的时间，简化了工艺步骤。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种结合研磨和单晶圆清洗模组的化学机械平坦化设备，其特征在于，包含：由若干个研磨单元组成的研磨模组、若干个清洗模组、设备前端模组及用于传输晶圆的晶圆运输机构；单片晶圆经所述研磨单元抛光处理后进入所述的清洗模组；其中，
所述的清洗模组包含：0个或若干个刷洗单元及若干个单片清洗单元；所述的刷洗单元利用清洗刷及清洗液对单片晶圆进行清洗；所述的单片清洗单元包含：用于提供空间的工艺腔、晶圆卡盘、以及若干个喷淋臂；所述的喷淋臂用于提供清洗及干燥晶圆的液体或气体。
2.根据权利要求1所述的结合研磨和单晶圆清洗模组的化学机械平坦化设备，其特征在于，
所述的晶圆卡盘能够升降及旋转，所述的喷淋臂安装有带回吸阀的喷嘴；晶圆进入所述单片清洗单元后，所述的晶圆卡盘降至工作位并开始旋转，所述的喷淋臂提供用于清洗及干燥晶圆的化学液或气体，在晶圆清洗及干燥处理完成后，所述的晶圆卡盘升至原位。
3.根据权利要求1所述的结合研磨和单晶圆清洗模组的化学机械平坦化设备，其特征在于，所述的单片清洗单元还包含：位于所述单片清洗单元上部的风机过滤机组。
4.根据权利要求1所述的结合研磨和单晶圆清洗模组的化学机械平坦化设备，其特征在于，所述的清洗模组还包含：晶圆缓冲区，用于在所述的刷洗单元及所述的单片清洗单元出现故障导致无法及时清洗晶圆时，临时存放晶圆；所述的晶圆缓冲区内能够喷出去离子水，以保持待清洗晶圆处于湿润状态。
5.根据权利要求4所述的结合研磨和单晶圆清洗模组的化学机械平坦化设备，其特征在于，所述的研磨单元包含：研磨头、设置在研磨头下方的研磨台、放置在所述研磨台上的研磨垫、研磨垫修整器及研磨液输送手臂；所述研磨垫修整器的一端固定于所述研磨台上，另一端工作时位于所述研磨垫上方；所述研磨液输送手臂工作时设置于所述研磨垫上方，用于输送研磨液至所述研磨垫上。
6.根据权利要求5所述的结合研磨和单晶圆清洗模组的化学机械平坦化设备，其特征在于，所述的晶圆运输机构包含：若干个晶圆中转站、湿式手臂、若干个装卸台、以及机械手臂；所述的晶圆中转站用于临时放置晶圆；所述的湿式手臂能够平移晶圆和旋转晶圆；所述的装卸台用于临时放置待抛光的晶圆及抛光后的晶圆、以及清洗研磨头及提供研磨头装卸晶圆的位置；所述的机械手臂用于晶圆的取放以及与装卸台配合实现晶圆的运输。
7.根据权利要求6所述的结合研磨和单晶圆清洗模组的化学机械平坦化设备，其特征在于，所述的晶圆运输机构还包含：位于设备上方，用于对所述的机械手臂进行驱动的驱动机构。
8.根据权利要求6所述的结合研磨和单晶圆清洗模组的化学机械平坦化设备，其特征在于，所述的晶圆运输机构还包含：用于检测晶圆位置信息的视觉定位装置，以及分别与所述视觉定位装置和机械手臂连接的控制系统，该控制系统用于控制机械手臂根据晶圆位置信息取放晶圆。
9.根据权利要求6所述的结合研磨和单晶圆清洗模组的化学机械平坦化设备，其特征在于，在所述的清洗模组中，所述的刷洗单元、所述的单片清洗单元和所述的晶圆缓冲区单列或多列叠加摆放。
10.根据权利要求6所述的结合研磨和单晶圆清洗模组的化学机械平坦化设备，其特征在于，所述的若干个研磨单元成排布置，当所述的研磨单元大于两排时，所述的装卸台设置在相邻两排研磨单元之间，所述的装卸台为两侧研磨单元共用。
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