CN114425742B - 一种分布式清洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式清洗装置，用于对放置在晶圆交互装置上的晶圆进行保湿并当抛光头位于晶圆交互装置上方时冲洗抛光头，晶圆交互装置包括由上至下依次连接的托架、连接板和升降机构。分布式清洗装置包括：晶圆正面保湿组件，包括第一组喷嘴，用于向上喷洒液体对晶圆正面进行保湿；晶圆背面保湿组件，安装在支撑件上，包括第二喷嘴座和第二喷嘴，用于向晶圆背面喷洒液体进行保湿；其中，支撑件与晶圆交互装置相邻设置；抛光头清洗组件，安装在支撑件上，包括第三喷嘴座和第三组喷嘴，用于冲洗抛光头的保持环和气膜。

Description

一种分布式清洗装置

技术领域

本发明涉及化学机械抛光技术领域，尤其涉及一种分布式清洗装置。

背景技术

化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是一种全局平整化的超精密表面加工工艺。目前在CMP中，为了达到更好的工艺要求，晶圆保湿和抛光头清洗功能是必要的，但对于芯片制造来说，时间就是效益，如何提高机台WPH(wafer per hour，每小时的出片量)，是体现其核心竞争力的必要手段。也就是说除去必要的抛光过程以外，如何尽可能地削减其他工艺辅助所占用的时间，是提高机台WPH的一个重要手段。因而根据抛光工艺需要，如何缩短晶圆保湿或抛光头清洗的时间，从而减少抛光头等待时间，是一个重要的考虑方向。

CMP机台在生产过程中，对晶圆保湿有较高的要求。目前，在晶圆交互装置(Loadcup)上，由于其与抛光头有交互作业，晶圆上方存在遮挡，多数情况下主要是对晶圆抛光面(即正面)进行保湿，保湿喷嘴安装于晶圆以下，自下而上喷淋晶圆正面，而晶圆背面一般难以直接保湿。当清洗抛光头时，需要设置专门的清洗工序，造成等待时间延长，会降低WPH。因此，抛光过程中如何提高清洗效果并尽可能地缩短辅助保湿或清洗所占用的时间，提高WPH，是亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种分布式清洗装置，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明实施例提供了一种分布式清洗装置，用于对放置在晶圆交互装置上的晶圆进行保湿并当抛光头位于所述晶圆交互装置上方时冲洗抛光头，所述晶圆交互装置包括由上至下依次连接的托架、连接板和升降机构；所述分布式清洗装置包括：

晶圆正面保湿组件，包括第一组喷嘴，用于向上喷洒液体对晶圆正面进行保湿；

晶圆背面保湿组件，安装在支撑件上，包括第二喷嘴座和第二喷嘴，用于向晶圆背面喷洒液体进行保湿；其中，所述支撑件与晶圆交互装置相邻设置；

抛光头清洗组件，安装在所述支撑件上，包括第三喷嘴座和第三组喷嘴，用于冲洗抛光头的保持环和气膜。

在一个实施例中，在所述晶圆交互装置上方还设置有托盘组件，所述托盘组件包括转盘和至少一个用于承接晶圆的托盘，托盘与转盘连接并可跟随转盘转动以在不同工位轮转。

在一个实施例中，所述晶圆正面保湿组件安装在所述连接板上，用于当所述托盘旋转至晶圆交互工位时执行保湿。

在一个实施例中，所述晶圆正面保湿组件设置于机械手交互工位。

在一个实施例中，所述支撑件穿过所述转盘位于转盘上方，并独立于所述转盘设置。

在一个实施例中，所述第二喷嘴连接第二液路，第二液路设置有一液压比例阀，液压比例阀用于控制第二液路的水压大小，从而调节第二喷嘴喷射的距离。

在一个实施例中，所述液压比例阀控制第二液路的水压按照由小到大再减小的规律周期性变化，使得第二喷嘴喷出的液体可以沿喷射方向在晶圆表面移动。

在一个实施例中，所述抛光头清洗模块设置为分布在晶圆交互装置的边缘两侧。

在一个实施例中，在所述托盘旋转的过程中，使用所述抛光头清洗组件清洗抛光头。

在一个实施例中，所述第三组喷嘴包括自前向后安装在第三喷嘴座上的增压喷嘴、扇形喷嘴和实心锥喷嘴。

本发明实施例的有益效果包括：通过设置不同的保湿和清洗结构，可以根据各工序的要求，选择合理的保湿或清洗结构，缩短辅助保湿或清洗所占用的时间，提高WPH。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，但这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：

图1至图5示出了本发明一实施例提供的晶圆交互装置和分布式清洗装置；

图6和图7示出了本发明一实施例提供的晶圆交互装置；

图8示出了本发明一实施例提供的托盘组件；

图9示出了本发明一实施例提供的分布式清洗装置；

图10示出了本发明一实施例提供的分布式清洗装置；

图11至图13示出了本发明一实施例提供的抛光头清洗组件；

图14和图15示出了本发明另一实施例提供的分布式清洗装置。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。应当理解的是，除非特别予以说明，为了便于理解，以下对本发明具体实施方式的描述都是建立在相关设备、装置、部件等处于原始静止的未给与外界控制信号和驱动力的自然状态下描述的。

此外，还需要说明的是，本申请中使用的例如前、后、上、下、左、右、顶、底、正、背、水平、垂直等表示方位的术语仅仅是为了便于说明，用以帮助对相对位置或方向的理解，并非旨在限制任何装置或结构的取向。

为了说明本发明所述的技术方案，下面将参考附图并结合实施例来进行说明。

在本申请中，化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing)也称为化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization)，晶圆(wafer)也称为晶片、硅片、基片或基板(substrate)，其含义和实际作用等同。

图1至图5示出了本发明实施例提供的晶圆交互装置10和分布式清洗装置30。晶圆交互装置10用于暂存晶圆w，从而实现在机械手40与抛光头50之间传输晶圆w。分布式清洗装置30围绕晶圆交互装置10设置，用于对放置在晶圆交互装置10上的晶圆w进行保湿并当抛光头50位于晶圆交互装置10上方时冲洗抛光头50。

如图6和图7所示，晶圆交互装置10包括由上至下依次连接的托架11、连接板12和升降机构13。托架11具有用于承接晶圆w的环形边缘，托架11固定在连接板12上，可跟随连接板12升降。连接板12与升降机构13连接，以在升降机构13的驱动下带着托架11升降。其中，托架11主要是晶圆w承载及定位、与抛光头50交互的载体。升降机构13主要由电动执行元件、连接组件等组成，主要作用为将托架11等组件举升到特定交互位置。

在一个实施例中，如图6和图7所示，晶圆交互装置10还包括挡圈14，挡圈14设置于托架11和连接板12的外围，挡圈14固定在台面上不可移动，挡圈14与托架11同轴设置，挡圈14用于收集清洗和/或保湿过程中的液体。

在一个实施例中，晶圆交互装置10可以间隔设置至少两个，同时作业，提高生产效率。图1至图5仅示例性地示意出了设置4个晶圆交互装置10的一个具体实施例，晶圆交互装置10还可以设置其他数量。

如图1至图5所示，在晶圆交互装置10上方还设置有托盘组件20。如图8所示，托盘组件20包括转盘21和至少一个托盘22，转盘21由驱动机构驱动实现旋转，托盘22与转盘21连接并可跟随转盘21转动以在不同工位轮转。托盘22用于承接晶圆w，托盘22为环形，托架11可穿过托盘22上升。

在本发明的一个实施例中，分布式清洗装置30包括晶圆正面保湿组件31、晶圆背面保湿组件33和抛光头清洗组件34。

如图6所示，晶圆正面保湿组件31，包括第一组喷嘴311，安装在连接板12上，可跟随连接板12升降，用于向上喷洒液体对晶圆w正面进行保湿。第一组喷嘴311可以包括至少一个喷嘴，均安装在连接板12上，以图6中设有4个喷嘴为例，其中3个喷嘴沿圆周均匀分布，中心位置布置1个喷嘴，第一组喷嘴311主要应用于晶圆w正面的保湿，可以采用小流量实心锥喷嘴，目的在于实现更大范围的覆盖面积，以充分保湿。显然，图6中示出的喷嘴的数量仅为一种举例，实际还可以为其他数量。每个晶圆交互装置10内均设有一晶圆正面保湿组件31，当托盘22旋转至如图3所示的晶圆交互工位S3、S4、S5或S6时，可以对晶圆w正面进行保湿。当然，晶圆正面保湿组件31还可以设于机械手交互工位S1或S1。

如图9和图10所示，晶圆背面保湿组件33，安装在支撑件32上，位于晶圆交互装置10外侧，用于向晶圆w背面喷洒液体进行保湿。其中，支撑件32与晶圆交互装置10相邻，支撑件32穿过转盘21位于转盘21上方，并独立于转盘21设置，支撑件32通过支柱固定于底座上，是固定不动的。

晶圆背面保湿组件33包括第二喷嘴座331和第二喷嘴332，第二喷嘴332安装于第二喷嘴座331，第二喷嘴332倾斜并朝向晶圆w，第二喷嘴332可以为扇形喷嘴，其安装位置不影响抛光头50与晶圆交互装置10的交互作业。第二喷嘴332连接第二液路，第二液路设置有一液压比例阀，液压比例阀可以控制第二液路的水压大小，从而调节第二喷嘴332喷射的距离。在执行晶圆背面保湿时，该液压比例阀周期性平缓地控制第二液路的水压按照从小到大再减小的变化规律，使得第二喷嘴332喷出的液体可以沿喷射方向在晶圆表面移动，从而扩大覆盖面积，另外晶圆上累积的液膜可在液流喷射的作用下向前推进，从而使得整个晶圆w表面得到良好的保湿效果。这种结构的优点在于以较小的空间布局最少的喷嘴，从而对静止不动的晶圆w进行更大范围的动态保湿效果。

另外，在抛光过程中，需要对抛光头50进行冲洗及保湿，一方面是清除抛光液结晶或残留，另一方面是为晶圆w的吸附创造有利条件。

目前在CMP中，晶圆w保湿和抛光头50清洗功能多数集成在一起，主要由多种组合的喷嘴组成，安装于晶圆承载体的下方，当有晶圆w时，各喷嘴喷水进行晶圆w保湿；当需要清洗抛光头50及气膜52时，往往需要抛光头50及晶圆交互装置10均不能有晶圆w在位，因而将会设置专门的清洗工序，这一时刻，抛光头50或晶圆交互装置10处于等待状态，降低WPH。

对不同的时刻或工序，保湿或清洗要求不同。对于抛光过程的晶圆w而言，其主要的保湿要求为表面保持湿润状态；而对于抛光头50的保持环51和气膜52来说，主要要求则是冲洗抛光液等，两个过程对保湿系统的水压、流量要求是不一样的。如何根据各工序的要求，选择合理的保湿或清洗结构，是提高机台综合指标的重要环节。同时，抛光过程中如何尽可能地缩短辅助保湿或清洗所占用的时间，提高WPH，是提升机台整体竞争力的关键因素。

如图9和图10所示，本发明实施例提供的抛光头清洗组件34，安装在支撑件32上，位于晶圆交互装置10外侧，用于冲洗抛光头50的保持环51和气膜52。抛光头清洗组件34设置有多个，如图11和图12所示，分布于抛光头50两侧。抛光头清洗组件34的延伸长度约为覆盖到抛光头50半径。清洗时，抛光头50自身旋转，两侧的抛光头清洗组件34同时喷液进行清洗，可缩短清洗时间。

如图12和图13所示，抛光头清洗组件34包括第三喷嘴座341和第三组喷嘴342，第三喷嘴座341上自前向后安装有3组不同功能的喷嘴，第三喷嘴座341前端约位于抛光头50半径位置，第三组喷嘴342的所有喷嘴设置特定的角度，朝向抛光头50的保持环51及气膜52，而不影响抛光头50正常取放片。如图13所示，所述3组喷嘴自第三喷嘴座341前端往后依次为增压喷嘴、扇形喷嘴及实心锥喷嘴。前端的增压喷嘴设计了很小通径的扁平状及圆形状出口，设计喷射方向正对于抛光头50的保持环51及气膜52的间隙，主要依靠增压喷嘴的高压力对该间隙进行冲击，针对抛光液结晶及其他附着物进行前道冲洗。中间的扇形喷嘴提供一个大角度的冲洗覆盖面积，主要是对中间气膜52区域进行扩散清洗。后端的实心锥喷嘴提供一个较大流量的清洗能力，覆盖保持环51及气膜52，提高清洗效果。两组抛光头清洗组件34左右布置，同时清洗，结合抛光头50自身旋转，能够快速且较全面地完成抛光头50清洗作业。

进一步地，如图14和图15所示，为提高清洗效果，支撑件32还可以增加往复摆动机构35，往复摆动机构35可以是摆动气缸或电机等元件，为整个晶圆背面保湿组件33和抛光头清洗组件34带来一个往复角度θ＝10°-20°的往复摆动，从而进一步提高对抛光头50的清洗效果。

为了便于理解，参照图2至图5，说明本发明实施例的工作过程：

步骤一，如图2所示，机械手40将待抛光的晶圆w分别放置到位于机械手交互工位S1和机械手交互工作S2的托盘22上；在机械手交互工位S1、S2分别设置有一组晶圆正面保湿组件31和晶圆背面保湿组件33，用于对晶圆w的正反面喷洒液体进行保湿，防止晶圆w损伤；可以理解的是，在机械手交互工位S1、S2，晶圆正面保湿组件31安装于一连接板12上，不设置托架11，但有挡圈14。

步骤二，托盘22旋转以将带有晶圆w的托盘22轮转至晶圆交互工位S3、S4、S5或S6，如图3所示，以托盘22带着晶圆w轮转至晶圆交互工位S3为例，此时，托架11位于初始低位，抛光头50移动至托架11正上方。当抛光头50仍在执行抛光作业或没有马上到达托架11正上方并等待作业时，晶圆w实际处于等待状态，此时就应当对晶圆w进行正面及反面保湿。

步骤三，位于晶圆交互工位的晶圆交互装置10利用升降机构13使托架11上升至托盘22所在高度，如图4所示，托架11位于中位，托架11穿过托盘22接收晶圆w；

步骤四，托架11带着晶圆w继续上升，直至托架11将晶圆w举升至与抛光头50交互的高度，如图5所示，托架11位于高位，抛光头50的保持环51及气膜52动作，抛光头50取片，吸取晶圆w以进行下一步抛光作业。抛光头50从托架11上装载晶圆w后移动至抛光盘进行抛光。随后托架11下降重新回到初始低位，以便不影响托盘22可能会旋转到其他工位进行相应交互作业。

步骤五，当抛光头50完成晶圆w抛光后，抛光头50带着晶圆w重新回到晶圆交互工位的正上方S3、S4、S5或S6，如图5所示，以S3为例，相比于抛光头50的抛光时间，托架11多数时间是处于等待命令的状态，因而，当抛光头50完成抛光作业并移动到S3工位的同时，托架11将提前从低位上升至高位而从做好与抛光头50的晶圆w交互准备，随后待抛光头50到达S3工位并进行交互放片，将晶圆w放置于托架11。

步骤六，托架11下降，在托架11下降过程中，当托架11下降至如图4所示的中位，与托盘22发生交互，托架11将其托举的晶圆w交接给托盘22，托架11继续下降至如图3所示的低位等待。

步骤七，托盘22旋转，将托盘22上的晶圆w运输至下一工位。机械手40将完成抛光的晶圆w取下传输至下一节点。

另外，在步骤二和步骤七所述的托盘22旋转的过程中，使用抛光头清洗组件34清洗抛光头50。当抛光头50完成上一片晶圆w的抛光作业且将晶圆w放置在托盘22进行轮转后，处于等待下一托盘22传输新晶圆w的状态。此时在托盘22旋转的同时，抛光头50开始自转，与此同时分布于抛光头50两侧的两组抛光头清洗组件34开始喷水，对抛光头50的气膜52及保持环51间隙进行冲洗。当下一托盘22旋转至抛光头50正下方时，冲洗结束。重复步骤三至七，下一转盘21与该工位的晶圆交互装置10交互，将晶圆w交接给晶圆交互装置10，晶圆交互装置10再与抛光头50交互，将晶圆交接给抛光头50。

通过上述方式，晶圆传输过程与清洗相互独立，互不影响，在传输的过程中可以完成抛光头50清洗作业。由于托盘22旋转并不影响保湿和清洗结构，所以可以利用托盘22旋转传送晶圆的时间进行抛光头50清洗，这样可以节省时间，等待托盘22旋转到位后，抛光头50基本也差不多清洗完毕，就可以直接进行取放片了，效率更高。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种分布式清洗装置，其特征在于，用于对放置在晶圆交互装置上的晶圆进行保湿并当抛光头位于所述晶圆交互装置上方时冲洗抛光头，所述晶圆交互装置包括由上至下依次连接的托架、连接板和升降机构；所述分布式清洗装置包括：

晶圆正面保湿组件，包括第一组喷嘴，用于向上喷洒液体对晶圆正面进行保湿；

晶圆背面保湿组件，安装在支撑件上，包括第二喷嘴座和第二喷嘴，用于向晶圆背面喷洒液体进行保湿；其中，所述支撑件与晶圆交互装置相邻设置；

抛光头清洗组件，安装在所述支撑件上，包括第三喷嘴座和第三组喷嘴，用于冲洗抛光头的保持环和气膜；支撑件与每个晶圆交互装置均相邻；

在所述晶圆交互装置上方还设置有托盘组件，所述托盘组件包括转盘和至少一个用于承接晶圆的托盘，托盘与转盘连接并可跟随转盘转动以在不同工位轮转；所述支撑件穿过所述转盘位于转盘上方，并独立于所述转盘设置；所述托架上升穿过托盘接收晶圆并带着晶圆上升到达高位，抛光头从托架上装载晶圆；抛光后，抛光头将晶圆放置于托架，托架下降以将其托举的晶圆交接给托盘，托盘旋转将晶圆运输至下一工位。

2.如权利要求1所述的分布式清洗装置，其特征在于，所述晶圆正面保湿组件安装在所述连接板上，用于当所述托盘旋转至晶圆交互工位时执行保湿。

3.如权利要求1所述的分布式清洗装置，其特征在于，所述晶圆正面保湿组件设置于机械手交互工位。

4.如权利要求1所述的分布式清洗装置，其特征在于，所述第二喷嘴连接第二液路，第二液路设置有一液压比例阀，液压比例阀用于控制第二液路的水压大小，从而调节第二喷嘴喷射的距离。

5.如权利要求4所述的分布式清洗装置，其特征在于，所述液压比例阀控制第二液路的水压按照由小到大再减小的规律周期性变化，使得第二喷嘴喷出的液体可以沿喷射方向在晶圆表面移动。

6.如权利要求1所述的分布式清洗装置，其特征在于，所述抛光头清洗模块设置为分布在晶圆交互装置的边缘两侧。

7.如权利要求1所述的分布式清洗装置，其特征在于，在所述托盘旋转的过程中，使用所述抛光头清洗组件清洗抛光头。

8.如权利要求1所述的分布式清洗装置，其特征在于，所述第三组喷嘴包括自前向后安装在第三喷嘴座上的增压喷嘴、扇形喷嘴和实心锥喷嘴。

Images