CN111668139A - 一种cmp后清洗生产线及其清洗工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种CMP后清洗生产线及其清洗工艺，其中CMP后清洗生产线包括搬运机器人；设置在搬运机器人四周的若干个CMP加工设备和CMP后清洗装置；位于CMP加工设备后端的预清洗机构，用于对CMP加工设备加工出来的wafer进行预清洗，并将预清洗后的多个wafer存放在硅片容置架中；搬运机器人用于将预清洗机构中装载有多个wafer的硅片容置架搬运至CMP后清洗装置中进行清洗；CPM加工设备和搬运机器人之间还设有暂存清洗槽，用于对预清洗后的装载有wafer的硅片容置架进行暂存，本发明由一台CMP后清洗装置对应多台CMP加工设备对wafer进行CMP后清洗，wafer的传输效率高，保证了CMP后清洗装置的清洗速率，避免CMP后清洗装置处于空闲状态，提升了wafer的生产效率。

Description

一种CMP后清洗生产线及其清洗工艺
技术领域
本发明属于硅片清洗的技术领域，尤其涉及一种CMP后清洗生产线。
背景技术
目前现有半导体制造工艺中，为了更好地满足光刻对平坦化的高要求，化学机械抛光工艺，即CMP已广泛应用在深亚微米技术中，硅片在CMP生产加工中，首先需要对硅片进行CMP加工，然后需要再对硅片进行后序的清洗加工，这样才能保证硅片的高精度要求。
但是现有的硅片CMP的生产加工中，要么采用的是硅片的单片通过机械手进行搬运，这样的话产能低，无法满足实际的生产加工需求；要么采用的是人工进行硅片一盒盒的搬运，虽然此时硅片一直处于臭氧水中，能够保证硅片处于潮湿状态，但其采用人工进行搬运的方式，导致工人强度高，生产效率无法进一步的提高，所以硅片的生产效率已经成为硅片加工的一个重要因素。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种能够最大速率的对wafer进行传输，从而使得CMP后清洗装置能配合多台CMP加工设备对加工后的wafer进行清洗，保证CMP后清洗装置的清洗速率最高，提升wafer生产效率的CMP后清洗生产线及其清洗工艺。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种CMP后清洗生产线，包括
搬运机器人；
设置在所述搬运机器人四周的若干个CMP加工设备和CMP后清洗装置；
位于所述CMP加工设备后端的预清洗机构，用于对CMP加工设备加工出来的wafer进行预清洗，并将预清洗后的多个wafer存放在硅片容置架中；
所述搬运机器人用于将预清洗机构中装载有多个wafer的硅片容置架搬运至CMP后清洗装置中进行清洗；
在所述CPM加工设备和搬运机器人之间还设有暂存清洗槽，用于对预清洗后的装载有wafer的硅片容置架进行暂存。
进一步的，所述搬运机器人的四周还设有空闲放置架。
进一步的，所述CMP加工设备的数量为四台。
进一步的，所述搬运机器人包括多轴机器人，在所述多轴机器人的控制端上设有承载块，所述承载块的前端设有若干个插杆。
进一步的，所述预清洗机构包括依次设置的第一清洗槽和第二清洗槽，在所述第一清洗槽和第二清洗槽内分别浸满了臭氧水和纯水，第一清洗槽内的臭氧水经由超声波进行振动；所述第一清洗槽和所述第二清洗槽内均有可上下升降的硅片容置架；在所述第一清洗槽和第二清洗槽的上方设有转移机械手，用于将第一清洗槽的硅片容置架内的wafer翻转后移至第二清洗槽的硅片容置架内。
进一步的，所述转移机械手包括横移轨道，在所述横移轨道上设有旋转气缸，在所述旋转气缸上设有可转动的承载组件；所述承载组件包括上下依次设置的多个承载板，所述承载板的材质为陶瓷；在所述承载板上设有夹紧组件，用于将承载板上的wafer夹紧。
进一步的，所述夹紧组件包括两个通过驱动机构可相互靠近/松开的夹块，所述夹块的材质为导电PEEK。
进一步的，所述CMP后清洗装置上设有进槽和出槽。
进一步的，所述硅片容置架包括基板，在所述基板上设有两个相对设置的竖板；在两个所述竖板的内侧设有多个依次上下设置的限位组件，限位组件由两个相对设置的限位块构成；所述限位块上设有用于适配wafer的限位槽；在所述两个限位块之间的前端设有限位柱；所述竖板的顶部开有与插杆对应的插孔。
一种利用CMP后清洗生产线对wafer进行清洗的清洗工艺，包括如下步骤：
Step1:多台CMP加工设备同步进行wafer的加工,每台CMP加工设备将加工好的 wafer送入到对应第一清洗槽内的硅片容置架中,并浸泡在臭氧水中进行超声波冲洗。
Step2:当任意一台CMP加工设备对应的第一清洗槽内的wafer数量到达四片时，转移机械手将第一清洗槽内的四片wafer整体取出并翻转后送入第二清洗槽内的硅片容置架中，并浸泡在纯水中；
Step3:依次重复上述步骤，直到对应第二清洗槽的硅片容置架中含有二十四片wafer浸泡在纯水中；
Step4:若在CMP后清洗装置的进槽中有空位，则搬运机械手上的插杆插入硅片容置架的插孔内，将载有二十四片wafer的硅片容置架搬运到CMP后清洗生产线的进槽内等待清洗；若在CMP后清洗装置的进槽中没有空位，则搬运机械手将载有二十四片wafer的硅片容置架搬运到暂存清洗槽等待进槽有空位后再搬运至进槽处清洗；
Step5:清洗完成后的wafer放置在出槽处等待取走，此时位于CMP后清洗装置中进槽的空置的硅片容置架由搬运机械手放入到空闲放置架中，等待后续搬运机械手将硅片容置架放入到对应的没有硅片容置架的第二清洗槽内。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明方案的CMP后清洗生产线及其清洗工艺，由一台CMP后清洗装置对应多台CMP加工设备对wafer进行CMP后清洗，并且wafer在CMP加工设备和CMP后清洗装置之间的传输效率高，从而保证了CMP后清洗装置的清洗速率，避免CMP后清洗装置处于空闲状态而浪费了时间，大大提升了wafer的生产效率，符合了市场的发展需求。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
附图1为本发明的结构示意图；
附图2为单个CMP加工设备和预清洗机构相配合的结构示意图；
附图3为硅片容置架和搬运机器人相配合的局部示意图；
附图4为搬运机器人搬运硅片容置架时的使用状态图；
附图5为转移机械手抓取硅片容置架内四片wafer时的结构示意图；
附图6为附图5的侧视图；
附图7为转移机械手将四片wafer放入硅片容置架时的状态示意图；
附图8为转移机械手将四片wafer放入硅片容置架后的结构示意图；
其中：搬运机器人1、暂存清洗槽2、预清洗机构3、空闲放置架4、CMP加工设备5、CMP后清洗装置6、横移轨道11、旋转气缸12、第一清洗槽13、第二清洗槽14、硅片容置架15、wafer16、承载板17、基板20、竖板21、限位块22、限位柱23、承载块30、插杆31、插孔32、多轴机器人33、进槽60、出槽61。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参阅附图1-8，本发明所述的一种CMP后清洗生产线，包括搬运机器人1；设置在所述搬运机器人1四周的若干个CMP加工设备5和CMP后清洗装置6，若干个所述CMP加工设备5和CMP后清洗装置6以搬运机器人1为中心呈圆形阵列分布；位于所述CMP加工设备5后端的预清洗机构3，用于对CMP加工设备5加工出来的wafer16进行预清洗，并将预清洗后的多个wafer16存放在硅片容置架15中。
工作时，所述搬运机器人1将预清洗机构3中装载有多个wafer的硅片容置架15搬运至CMP后清洗装置6中进行清洗；具体的，所述CMP后清洗装置6上设有进槽60和出槽61，装载有多个wafer的硅片容置架15首先被搬运至进槽60处等待清洗加工，清洗加工后将wafer放到出槽61处等待取走；在所述CPM加工设备5和搬运机器人1之间还设有暂存清洗槽2，用于对预清洗后的装载有wafer的硅片容置架15进行暂存，这样可以避免CMP后清洗装置6中的进槽60处没有存放装载有wafer的硅片容置架15的位置。
作为进一步的优选实施例，所述搬运机器人四周还设有空闲放置架4，当CMP后清洗装置6将wafer清洗完成后，空置的硅片容置架15通过搬运机械手1搬运至空闲放置架4中。
作为进一步的优选实施例，所述搬运机器人1包括多轴机器人33，在所述多轴机器人33的控制端上设有承载块30，在所述承载块30的前端设有若干个插杆31,插杆31插入到硅片容置架15中的插孔32内，这样搬运机器人就可以对硅片容置架15进行搬运。
作为进一步的优选实施例，所述预清洗机构3包括依次设置的第一清洗槽13和第二清洗槽14，在所述第一清洗槽13和第二清洗槽14内分别浸满了臭氧水和纯水，第一清洗槽13内的臭氧水经由超声波进行振动；所述第一清洗槽13和所述第二清洗槽14内设有可上下升降的硅片容置架15，其中驱动硅片容置架15上下升降的机构可以是气缸等驱动件；在所述第一清洗槽13和第二清洗槽14的上方设有转移机械手，用于将第一清洗槽13的硅片容置架15内的wafer翻转到反面朝上后移至第二清洗槽14的硅片容置架15中。
作为进一步的优选实施例，所述转移机械手包括横移轨道11，在所述横移轨道11上设有旋转气缸12，在所述旋转气缸12上设有可转动的承载组件；所述承载组件包括上下依次平行设置的多个承载板17，其中承载板17的材质为陶瓷，陶瓷具有耐酸耐碱耐腐蚀性能，确保承载板能够长时间在接触臭氧水等药液下不被腐蚀受损，从而能持续稳定的承载wafer；在所述承载板17上设有夹紧组件，用于将承载板17上的wafer16夹紧，从而使得wafer在经由旋转气缸12旋转时不会被甩出去。
其中，所述夹紧组件包括两个通过驱动机构可相互靠近/松开的夹块（图中未示出），所述夹块的材质为导电PEEK,另外驱动机构可以为电机或气缸等驱动件。
作为进一步的优选实施例，所述硅片容置架15包括基板20，在所述基板20上设有两个相对设置的竖板21；在两个所述竖板21的内侧设有多个依次上下设置的限位组件，限位组件由两个相对设置的限位块22构成；所述限位块22上设有用于适配wafer16的限位槽；在所述两个限位块22之间的前端设有限位柱23；所述竖板21的顶部开有与插杆31相对应的插孔32。
工作时，wafer16放置在两个限位块22之间，并经由限位块22上的限位槽进行限位，同时利用限位柱23对wafer的前端位置进行进一步的限位，保证wafer稳定在硅片容置架15中。
下面结合具体实施例对本发明的CMP后清洗生产线的清洗工艺进行详细说明：
实施例一
因为CMP后清洗装置的清洗速度比较快，如果只用一台CMP加工设备和其配合的话，CMP后清洗装置的利用率达不到最高，在大量的实际生产后发现，四台CMP加工设备配对一台CMP后清洗装置时，CMP后清洗装置的清洗速率能够达到最高，故在本实施例中，采用了四台CMP加工设备配对一台CMP后清洗装置的清洗生产线，确保CMP后清洗装置的清洗速率最高。
具体的清洗工艺如下：
Step1：四台CMP加工设备均处于对wafer的加工状态中，一台CMP加工设备一次性可以加工出两片加工好的wafer,每台CMP加工设备将加工好的 wafer利用本身的机械手一片片送入到第一清洗槽的硅片容置架内，通过对应的两个限位块以及限位柱对wafer进行限位，每一片wafer放入到硅片容置架内时，硅片容置架自动下沉一个wafer的高度，从而保证所有的wafer都能够完全浸泡在臭氧水内，同时对浸泡在臭氧水内的wafer进行超声波清洗。
Step2：依次重复上述操作，直到四片wafer放置在硅片容置架内并浸泡在臭氧水中时，转移机械手开始工作，承载组件通过横移导轨横向移动到硅片容置架的一侧，然后硅片容置架自动上移到合适的位置，承载组件继续往前移动，使四个承载板正好位于四个wafer的下方，承载板上的夹块将对应的wafer夹紧，紧接着硅片容置架自动往下降到合适的位置后继续接受由CMP加工设备送来的wafer，而转移机械手将四片wafer同步右移到第一清洗槽和第二清洗槽的中间，接着通过旋转气缸同步将四片wafer旋转180°后，四片wafer处于反面朝上的状态。
此时，第二清洗槽内的硅片容置架自动上升到合适的位置，承载组件将四片wafer同步放入到位于第二清洗槽内的硅片容置架中最底部的四组限位组件中，硅片容置架自动下沉，保证四片wafer浸泡在纯水中。
Step3:转移机械手回到原位后继续一次性从第一清洗槽中抓取四片wafer并翻转后放入到第二清洗槽的硅片容置架内的限位组件中，依次重复上述步骤，直到第二清洗槽的硅片容置架中包含有二十四片wafer浸泡在水中，然后搬运机械手开始工作。
Step4：由于四台CMP加工设备是同时对wafer进行加工的,若发现在CMP后清洗装置的进槽中有空位，则搬运机械手利用插杆插入到竖板的插孔内，从而将载有二十四片wafer的硅片容置架搬运到CMP后清洗装置的进槽内进行清洗；若在CMP后清洗装置的进槽中没有空位，则搬运机械手将载有二十四片wafer的硅片容置架搬运到暂存清洗槽，等待后续进槽有空位后再搬运至进槽处等待清洗。
Step5: 清洗完成后的wafer放置在出槽处等待取走，此时位于CMP后清洗装置中空置的硅片容置架由搬运机械手放入到空闲放置架中，等待后续搬运机械手将硅片容置架放入到对应的没有硅片容置架的第二清洗槽内。
在本实施例中，转移机械手一次性抓取四片wafer，而搬运机械手一次性抓取24片wafer放入CMP后清洗装置中进行清洗，实际工作时，wafer就是经由上述流程进行重复循环加工，确保了CMP后清洗设备处于清洗速率最高的状态，保证后续wafer的生产效率提高，大大提升了整个wafer的加工速率，符合wafer的生产加工的高清洁度和高生产效率的需求。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种CMP后清洗生产线，其特征在于：包括
搬运机器人；
设置在所述搬运机器人四周的若干个CMP加工设备和CMP后清洗装置；
位于所述CMP加工设备后端的预清洗机构，用于对CMP加工设备加工出来的wafer进行预清洗，并将预清洗后的多个wafer存放在硅片容置架中；
所述搬运机器人用于将预清洗机构中装载有多个wafer的硅片容置架搬运至CMP后清洗装置中进行清洗；
在所述CPM加工设备和搬运机器人之间还设有暂存清洗槽，用于对预清洗后的装载有wafer的硅片容置架进行暂存。
2.根据权利要求1所述的CMP后清洗生产线，其特征在于：所述搬运机器人的四周还设有空闲放置架。
3.根据权利要求1所述的CMP后清洗生产线，其特征在于：所述CMP加工设备的数量为四台。
4.根据权利要求1所述的CMP后清洗生产线,其特征在于：所述搬运机器人包括多轴机器人，在所述多轴机器人的控制端上设有承载块，所述承载块的前端设有若干个插杆。
5.根据权利要求1所述的CMP后清洗生产线,其特征在于：所述预清洗机构包括依次设置的第一清洗槽和第二清洗槽，在所述第一清洗槽和第二清洗槽内分别浸满了臭氧水和纯水，第一清洗槽内的臭氧水经由超声波进行振动；所述第一清洗槽和所述第二清洗槽内均有可上下升降的硅片容置架；在所述第一清洗槽和第二清洗槽的上方设有转移机械手，用于将第一清洗槽的硅片容置架内的wafer翻转后移至第二清洗槽的硅片容置架内。
6.根据权利要求5所述的CMP后清洗生产线,其特征在于：所述转移机械手包括横移轨道，在所述横移轨道上设有旋转气缸，在所述旋转气缸上设有可转动的承载组件；所述承载组件包括上下依次设置的多个承载板，所述承载板的材质为陶瓷；在所述承载板上设有夹紧组件，用于将承载板上的wafer夹紧。
7.根据权利要求6所述的CMP后清洗生产线,其特征在于：所述夹紧组件包括两个通过驱动机构可相互靠近/松开的夹块，所述夹块的材质为导电PEEK。
8.根据权利要求6所述的CMP后清洗生产线,其特征在于：所述CMP后清洗装置上设有进槽和出槽。
9.根据权利要求5所述的CMP后清洗生产线,其特征在于：所述硅片容置架包括基板，在所述基板上设有两个相对设置的竖板；在两个所述竖板的内侧设有多个依次上下设置的限位组件，限位组件由两个相对设置的限位块构成；所述限位块上设有用于适配wafer的限位槽；在所述两个限位块之间的前端设有限位柱；所述竖板的顶部开有与插杆对应的插孔。
10.一种利用如权利要求1所述的CMP后清洗生产线对wafer进行清洗的清洗工艺，其特征在于：包括如下步骤：
Step1:多台CMP加工设备同步进行wafer的加工,每台CMP加工设备将加工好的 wafer送入到对应第一清洗槽内的硅片容置架中,并浸泡在臭氧水中进行超声波冲洗；
Step2:当任意一台CMP加工设备对应的第一清洗槽内的wafer数量到达四片时，转移机械手将第一清洗槽内的四片wafer整体取出并翻转后送入第二清洗槽内的硅片容置架中，并浸泡在纯水中；
Step3:依次重复上述步骤，直到对应第二清洗槽的硅片容置架中含有二十四片wafer浸泡在纯水中；
Step4:若在CMP后清洗装置的进槽中有空位，则搬运机械手上的插杆插入硅片容置架的插孔内，将载有二十四片wafer的硅片容置架搬运到CMP后清洗生产线的进槽内等待清洗；若在CMP后清洗装置的进槽中没有空位，则搬运机械手将载有二十四片wafer的硅片容置架搬运到暂存清洗槽等待进槽有空位后再搬运至进槽处清洗；
Step5:清洗完成后的wafer放置在出槽处等待取走，此时位于CMP后清洗装置中进槽的空置的硅片容置架由搬运机械手放入到空闲放置架中，等待后续搬运机械手将硅片容置架放入到对应的没有硅片容置架的第二清洗槽内。
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