CN111673607B - 一种化学机械平坦化设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种化学机械平坦化设备。包括研磨组件、冲刷单元和传输组件，研磨组件用于研磨加工件，其包括多个研磨机构，每个研磨机构上分别设置有适于抓取加工件的连接臂，相邻研磨机构设置有不同规格的研磨垫；相邻研磨机构间设有第二装载位，连接臂适于将加工件在第二装载位及研磨机构之间进行转移；冲刷单元设在研磨机构与第二装载位之间，用于清洗加工件；传输组件包括有机械手以及传输轨道，机械手适于将加工件在研磨机构与传输轨道之间进行转移。该设备在工作时，相邻研磨机构设置有不同规格的研磨垫，因此可一次实现对同一加工件的多种规格研磨，研磨效率高。

Description

一种化学机械平坦化设备
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种化学机械平坦化设备。
背景技术
半导体制作工艺已经进入纳米时代，随着线宽的快速变小，对晶圆表面的质量要求也越来越高。在清洗过程中要去除可能产生的有机物、无机物等各种污染物粒子。
现有技术中，如中国专利文献CN110815035A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，其所涉及实施例一中，EFEM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，湿式手臂对晶圆进行180度反转，然后放置在晶圆中转站，位于装卸台上方的机械手臂将晶圆从晶圆中转站取出，放置在装卸台，晶圆进入研磨单元后回到装卸台，位于装卸台上方的机械手臂将晶圆放置在晶圆中转站，湿式手臂将晶圆反转度，在机台调度下，将晶圆依次进入刷洗单元和单片清洗单元中的任一腔室，晶圆干燥后，EFEM将晶圆在单片清洗单元取出，放回至晶圆盒完成工艺。
在上述专利文献中，晶圆经过研磨单元单次抛光处理后进入刷洗单元和单片清洗单元。晶圆从一个研磨单元上完成研磨后，将直接在装卸台的带动下进入到晶圆中转站上，然后进入到刷洗单元中，每次冲洗操作仅仅能完成单独规格的的抛光操作，如仅可以实现100目的研磨，但在实际加工中，根据不同的晶圆产品和工艺要求，不同的晶圆抛光工艺不同，有的需要使用不同的抛光液进行多次研磨，如在完成100目的研磨后，需要紧接着进行200目的研磨操作，如果想实现多次研磨，需要将晶圆重复进行多次上述的操作步骤，导致整体的研磨效率较低。
发明内容
因此，本发明提供一种化学机械平坦化设备，以解决现有技术中对晶圆多次进行研磨抛光时效率较低的问题。
本发明的技术方案为：
一种化学机械平坦化设备，包括研磨组件、冲刷单元和传输组件，研磨组件用于研磨加工件，其包括多个研磨机构，每个研磨机构上分别设置有适于抓取加工件的连接臂，相邻研磨机构设置有不同规格的研磨垫；相邻研磨机构间设有第二装载位，连接臂适于将加工件在第二装载位及研磨机构之间进行转移；冲刷单元设在研磨机构与第二装载位之间，用于清洗加工件；传输组件包括有机械手以及传输轨道，机械手适于将加工件在研磨机构与传输轨道之间进行转移。
冲刷单元对称设置在相邻两个研磨机构上，每个冲刷单元包括朝向第二装载位设置的第一喷头，第一喷头沿竖直朝上喷射。
每个研磨机构上设置至少一个第一装载位，第一装载位靠近机械手设置。
冲刷单元还包括与第一喷头相对设置的第二喷头，冲刷单元设置在第一装载位和第二装载位之间，第二喷头朝向第一装载位设置。
研磨机构包括设置在连接臂一端的研磨头，连接臂绕设定点旋转，第一装载位和第二装载位设于连接臂的旋转路径上。
第一装载位和第二装载位中心的连线与设定点重合。
传输组件包括暂存位，多个暂存位适于沿传输组件的传输轨道进行移动。
暂存位包括第一暂存位，第一暂存位设于清洗组件与研磨组件之间，其上设有干片暂存区和湿片暂存区，干片暂存区与湿片暂存区分开设置。
暂存位还包括第二暂存位，清洗组件远离研磨组件的一侧设有用于存储加工件的存储区，第二暂存位设于存储区与清洗组件之间。
沿传输轨道的延伸方向，彼此相邻的第一机械手和第二机械手，第一机械手和第二机械手可伸缩设置。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明的化学机械平坦化设备，研磨组件用于研磨加工件，其包括多个研磨机构，每个研磨机构上分别设置有适于抓取加工件的连接臂，相邻研磨机构设置有不同规格的研磨垫，相邻研磨机构间设有第二装载位，连接臂适于将加工件在第二装载位及研磨机构之间进行转移；传输组件包括有机械手以及传输轨道，机械手适于将加工件在研磨机构与传输轨道之间进行转移。
该设备在工作时，将加工件沿着传输轨道进行传输，传输至设定位置时，机械手将加工件由传输轨道转移至上游研磨机构上，上游研磨机构完成研磨后，设于上游研磨机构的连接臂将加工件由上游研磨机构转移至第二装载位，再通过设在下游研磨机构上的连接臂将加工件由第二装载位转至下游研磨机构，下游研磨机构研磨完成后，通过机械手将加工件由下游研磨机构转移至传输轨道上，加工件沿传输轨道进行传输至下一设备中。
冲刷单元设在研磨机构与第二装载位之间，用于清洗加工件，通过设置冲刷单元，可将加工件上所携带的上游研磨机构的颗粒杂质清除干净，以免影响下游研磨机构对加工件的加工；由上述可知，该设备在工作时，相邻研磨机构设置有不同规格的研磨垫，因此可一次实现对同一加工件的多种规格研磨，研磨效率高。
2.本发明的化学机械平坦化设备，冲刷单元对称设置在相邻两个所述研磨机构上，每个所述冲刷单元包括第一喷头，第一喷头对置于第二装载位上的加工件清洗，第一喷头朝向所述第二装载位设置，能防止加工件上的颗粒杂质溅渍在研磨机构上，导致影响加工。
3.本发明的化学机械平坦化设备，暂存位包括第一暂存位，第一暂存位设于清洗组件与研磨组件之间，能够起到缓存调节作用，避免因程序紊乱或者设计不合理产生的加工件运力和研磨处理能力不匹配的情况，所述第一暂存位上设有干片暂存区和湿片暂存区，干片暂存区与湿片暂存区分开设置，以免发生干扰，影响后续加工。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的化学机械平坦化设备的俯视图的示意图；
图2为图1所示的化学机械平坦化设备的研磨组件的示意图；
图3为图1所示的化学机械平坦化设备的清洗组件的示意图；
图4为图1所示的化学机械平坦化设备的传输组件的示意图。
附图标记说明：
1－存储区；2－第一清洗干燥区；3－第一研磨区；4－第二清洗干燥区；5－第二研磨区；6－第一暂存位；7－第二暂存位；8－传输组件；31－第一装载位；32－第二装载位；33－第一喷头；34－连接臂；35－研磨头；36－修整器；37－研磨液输送管；41－清洗箱；42－干燥箱；81－第一机械手；82－第二机械手；83－第三机械手；84－第四机械手。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实施例的化学机械平坦化设备，用于加工晶圆，如图1－图4所示，所述储存区内设有EFEM上，所述EFEM上设有储存晶圆的晶圆盒，所述储存区设于研磨区一侧，储存区与研磨区之间设有清洗干燥区。
研磨区包括第一研磨区3，以及设于第一研磨区3下方的、与第一研磨区3竖向对正的第二研磨区5，设置两个相邻且对正的研磨区，当其中之一宕机后，另一仍可工作，提升了本实施例设备的运行稳定性。
传输组件设于第一研磨区3与第二研磨区5之间，传输组件包括设于EFEM上的第三机械手83、设于清洗干燥区内的第四机械手84，以及设于研磨区内的第一机械手81和第二机械手82。通过设置第一机械手81和第二机械手82，能够实现晶圆在第一研磨区3与第二研磨区5之间的转移。
第一研磨区3和第二研磨区5内均设有用于研磨晶圆的研磨组件，本实施例的研磨组件包括一组相邻的研磨机构，当然可以为多组相邻的研磨机构，根据晶圆的实际加工工艺要求决定。
每个研磨机构上分别设置有适于抓取晶圆的连接臂34和研磨台，连接臂34一端设有研磨头35，连接臂34绕设定点旋转；研磨台上设有研磨垫、用于修整研磨垫的修整器36、输送研磨液的研磨液输送管37；相邻研磨机构上设置有不同规格的研磨垫；
相邻研磨机构间设有第二装载位32，连接臂34适于将晶圆在第二装载位32及研磨机构之间进行转移。相邻的研磨机构之间除了设有第二装载位32以外，还设有用于清洗晶圆的冲刷单元以及用于临时放置晶圆的第一装载位31，第一装载位31和第二装载位32设于连接臂34的旋转路径上。
该实施例中，在每个研磨机构上设置有一个第一装载位31，第一装载位31靠近机械手设置，工作时，连接臂34将晶圆在研磨机构、第一装载位31之间进行转移，机械手在第一装载位31与传输轨道之间进行转移，通过设置第一装载位31，可以缩短机械手的伸展长度，而且也便于机械手和连接臂34抓取；每个研磨机构上也可设置多个第一装载位31，此时第一装载位31还能起到缓存调节的作用，本实施例中，缓存调节作用具体是指因程序紊乱或者设计不合理产生的晶圆运力和研磨处理能力不匹配的情况。
其中，传输组件还包括暂存位，多个暂存位适于沿传输组件的传输轨道进行移动，暂存位起到缓存调节作用。暂存位包括第一暂存位6和第二暂存位7，第一暂存位6设于清洗组件与研磨组件之间，其上设有干片暂存区和湿片暂存区，干片暂存区与湿片暂存区分开设置，可以是上下设置，也可以平行设置，分开即可，以免发生干扰，影响后续加工；第二暂存位设于EFEM与清洗组件之间。
本实施例的化学机械平坦化设备包括以下工作过程：
S1.第三机械手83将晶圆从晶圆盒中取出，并转移至第二暂存位；
S2.经由第四机械手抓取第二暂存位中的晶圆并将其翻转180度，将翻转后的晶圆移至上游研磨机构的第一暂存位；
S3.第一机械手将第一暂存位中的晶圆移至第一装载位，上游研磨机构的连接臂从第一装载位中抓取晶圆并转至研磨垫上；
S4.研磨机构动作，进行研磨；此部分工作过程为现有技术，在此不再赘述；
S5.完成研磨后，所述连接臂将晶圆移至研磨机构与第二装载位之间；
S6.冲刷单元清洗晶圆，去除晶圆表面颗粒杂质；
S7.下游研磨机构上的连接臂从第二装载位中抓取晶圆并转至研磨垫上；
S8.完成研磨后，所述连接臂动作，将晶圆转移至设于下游研磨机构的第一装载位；
S9.由第二机械手从所述第一装载位中抓取晶圆，经由第一机械手和第四机械手，第四机械手将晶圆翻转180度后转至清洗干燥区内，完成清洗干燥流程；
S10.第三机械手从清洗干燥区内抓取干燥后的晶圆，至此步骤完成对晶圆单面的研磨、清洗、干燥。
其中，清洗干燥区内设有清洗组件，清洗组件包括若干个清洗装置和干燥装置，晶圆在清洗装置和干燥装置中时，晶圆抛光面朝上，晶圆在研磨机构上时，晶圆抛光面朝下(本实施例中通过至少一个第四机械手翻转180度实现转换)。
本实施例的化学机械平坦化设备，在相邻研磨机构设置有不同规格的研磨垫，以及不同规格的研磨液，因此可一次实现对同一晶圆的多规格研磨，具有研磨效率高的优点。
此外，由上述工作过程可以看出，冲刷单元将晶圆上所携带的上游研磨机构的颗粒杂质清除干净，以免影响下游研磨机构对晶圆的加工。
其中，冲刷单元对称设置在相邻两个研磨机构上，冲刷单元也可设置在其中一个研磨机构上。每个冲刷单元包括朝向第二装载位32设置的第一喷头33，第一喷头沿竖直朝上喷射，以及与第一喷头33相对设置的第二喷头，冲刷单元设置在第一装载位31和第二装载位32之间，第二喷头朝向第一装载位31设置。第一喷头垂直向上喷射可以有效地清除晶圆表面的研磨颗粒，第二喷头朝向第一装载位设置，可以有效防止第一装载位周围的研磨颗粒混入第二装载台中。
显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种化学机械平坦化设备，其特征在于，包括：
研磨组件，用于研磨加工件，其包括多个研磨机构，每个所述研磨机构上分别设置有适于抓取所述加工件的连接臂(34)，相邻所述研磨机构设置有不同规格的研磨垫；相邻所述研磨机构间设有第二装载位(32)，所述连接臂(34)适于将所述加工件在所述第二装载位(32)及所述研磨机构之间进行转移；
冲刷单元，设在所述研磨机构与所述第二装载位(32)之间，用于清洗所述加工件；所述冲刷单元对称设置在相邻两个所述研磨机构上，每个所述冲刷单元包括朝向所述第二装载位(32)设置的第一喷头(33)，所述第一喷头(33)沿竖直方向朝上喷射；
传输组件，包括有机械手以及传输轨道，所述机械手适于将所述加工件在所述研磨机构与所述传输轨道之间进行转移。
2.根据权利要求1所述的化学机械平坦化设备，其特征在于，每个所述研磨机构上设置有至少一个第一装载位(31)，所述第一装载位(31)靠近所述机械手设置。
3.根据权利要求2所述的化学机械平坦化设备，其特征在于，所述冲刷单元还包括与所述第一喷头(33)相对设置的第二喷头，所述冲刷单元设置在所述第一装载位(31)和第二装载位(32)之间，所述第二喷头朝向所述第一装载位(31)设置。
4.根据权利要求3所述的化学机械平坦化设备，其特征在于，所述研磨机构包括设置在所述连接臂(34)一端的研磨头(35)，所述连接臂(34)绕设定点旋转，所述第一装载位(31)和所述第二装载位(32)设于所述连接臂(34)的旋转路径上。
5.根据权利要求4所述的化学机械平坦化设备，其特征在于，所述第一装载位(31)和所述第二装载位(32)中心的连线与所述设定点重合。
6.根据权利要求1－5中任一所述的化学机械平坦化设备，其特征在于，所述传输组件包括：
暂存位，多个所述暂存位适于沿所述传输组件的传输轨道进行移动。
7.根据权利要求6所述的化学机械平坦化设备，其特征在于，还包括清洗组件，所述清洗组件包括若干个清洗装置和干燥装置，所述暂存位包括第一暂存位(6)，所述第一暂存位(6)设于清洗组件与所述研磨组件之间，其上设有干片暂存区和湿片暂存区，所述干片暂存区与所述湿片暂存区分开设置。
8.根据权利要求7所述的化学机械平坦化设备，其特征在于，所述暂存位还包括第二暂存位(7)，所述清洗组件远离所述研磨组件的一侧设有用于存储所述加工件的存储区(1)，所述第二暂存位(7)设于所述存储区(1)与所述清洗组件之间。
9.根据权利要求1所述的化学机械平坦化设备，其特征在于，沿所述传输轨道的延伸方向，彼此相邻的第一机械手(81)和第二机械手(82)，所述第一机械手(81)和所述第二机械手(82)可伸缩设置。
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