CN114905408A - 晶圆暂存装置及化学机械抛光设备 - Google Patents

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CN114905408A CN202210499159.7A CN202210499159A CN114905408A CN 114905408 A CN114905408 A CN 114905408A CN 202210499159 A CN202210499159 A CN 202210499159A CN 114905408 A CN114905408 A CN 114905408A
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Abstract

本发明提供一种晶圆暂存装置及化学机械抛光设备，属于晶圆抛光的技术领域，晶圆暂存装置包括：隔水盘、定位柱和位置检测机构，定位柱设有至少三个，在隔水盘上沿圆形间隔分布，定位柱的顶部设有用于定位晶圆侧边的定位面，所有的定位面在隔水盘上定位出直径与晶圆直径相同的定位圆；位置检测机构也设有至少三个，沿定位圆间隔分布在隔水盘上，位置检测机构在隔水盘上形成用于判断当前位置是否具有晶圆的检测点，检测点位于定位圆的内侧。通过定位柱的设置，能够将晶圆定位在隔水盘上，并通过判断每一个检测点处是否检测到晶圆的方式，可准确的判断晶圆的摆放位姿是否准确，确保机械手能够准确的抓取到晶圆。

Description

晶圆暂存装置及化学机械抛光设备
技术领域
本发明涉及晶圆抛光的技术领域，具体涉及一种晶圆暂存装置及化学机械抛光设备。
背景技术
晶圆的化学机械抛光设备中会设置晶圆暂存装置，用于临时存储等待加工的晶圆，由机械手自动取放暂存装置上的晶圆。
目前，晶圆暂存装置上仅通过设置定位柱的方式对晶圆进行定位，但无法判断晶圆的位置是否被准确定位，若晶圆在定位柱上位置出现偏移，则后续机械手在抓取晶圆时容易出现抓取晶圆失败或损坏晶圆的问题。
发明内容
因此，为了解决现有技术中无法判断晶圆状态的缺陷，本发明提供一种晶圆暂存装置及化学机械抛光设备。
第一方面，本发明提供一种晶圆暂存装置，其包括：
隔水盘；
定位柱，设有至少三个，在所述隔水盘上沿圆形间隔分布，所述定位柱的顶部设有用于定位晶圆侧边的定位面，所有的定位面在隔水盘上定位出直径与晶圆直径相适配的定位圆；以及
位置检测机构，设有至少三个，沿所述定位圆间隔分布在隔水盘上，所述位置检测机构在隔水盘上形成用于判断当前位置是否具有晶圆的检测点，所述检测点位于所述定位圆的内侧。
可选地，所述位置检测机构包括：
测片喷嘴，连接在所述隔水盘上，所述测片喷嘴上设有用于支撑晶圆底部的接触面，所述测片喷嘴内开设有穿透所述接触面的检测喷孔，所述检测喷孔位于所述定位圆的内侧；
输送管路，与所述测片喷嘴连接，用于向所述测片喷嘴内输送流体；以及
流体压力传感器，设置在所述输送管路上，检测所述输送管路内的流体压力变化。
可选地，每个所述测片喷嘴上的检测喷孔至少设有两个，相邻两个所述检测喷孔的孔距大于晶圆的缺口宽度。
可选地，所述位置检测机构还包括稳压阀，所述稳压阀连接在输送管路上，所述流体压力传感器位于所述稳压阀与所述测片喷嘴之间。
可选地，所述定位面为由下至上半径逐渐变小的锥面；
和/或，所述定位柱上形成有与所述定位面的下端相接的定位平面，所述接触面高于所述定位平面且低于所述定位柱的顶端。
可选地，所述暂存装置还包括侧支板，所述隔水盘设有至少两个并间隔连接在所述侧支板上。
可选地，至少一个所述隔水盘上设有保湿喷孔和通道，所述保湿喷孔与所述通道连通，所述通道连接有用于向其内部输送保湿液的供液管路；
和/或，所述隔水盘每两个设为一组，每组中的两个隔水盘沿竖直方向间隔分布，位于下方的隔水盘设置有所述保湿喷孔。
可选地，所述保湿喷孔设有多个，并沿所述圆形间隔分布，所有的所述保湿喷孔均与所述通道连通。
可选地，所述隔水盘上设有排水槽，所述隔水盘表面向排水槽一侧倾斜设置，所述排水槽连接有排水管道。
另一方面，本发明还提供一种化学机械抛光设备，其具有所述暂存装置，通过所述暂存装置临时存储加工过程中的晶圆。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的暂存装置，通过沿圆形间隔排布在隔水盘上的定位柱和位置检测机构，至少三个定位柱能够将晶圆定位在隔水盘上，并使晶圆的边缘能够准确地落到每一个定位点上，至少三个定位点也可在隔水盘上形成检测圆，即可以通过判断检测点处是否存在晶圆的方式来判断晶圆摆放位姿是否准确，以确保机械手能够准确的抓取到晶圆。
2.本发明提供的暂存装置，晶圆压在测片喷嘴的接触面上后，会将检测喷孔遮蔽，使输送管路中的流体压力产生变化，通过判断流体压力传感器的数值变化即可确定检测点是否存在晶圆，并且，在检测被抛光后的晶圆时，不易因晶圆上附着的抛光液产生误判的现象，检测精度较高。
3.本发明提供的暂存装置，测片喷嘴上开设至少两个检测喷孔，当晶圆边缘的缺口正对测片喷嘴时，缺口的存在不会造成两个检测喷孔全部处于缺口内，确保晶圆能够遮挡测片喷嘴上的至少一个检测喷孔，使输送管路内能够产生压力变化，提高对晶圆位置检测的精准性。
4.本发明提供的暂存装置，隔水盘上开设的保湿喷孔，能够持续向暂存在隔水盘上的晶圆喷水，使晶圆被抛光后的表面保持湿润，减少未清洗晶圆暴露在空气中的时间，提高晶圆的质量和成品率。
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为本实施例中晶圆暂存装置的结构示意图；
图2为本实施例中定位柱和位置检测机构位置排布的结构示意图；
图3为位置检测机构中测片喷嘴、输送管路、流体压力传感器和稳压阀连接关系的剖视图；
图4为测片喷嘴及其顶面检测喷孔的结构示意图；
图5为表示晶圆上缺口结构的局部示意图；
图6为晶圆缺口与其中一个检测喷孔对应的状态示意图；
图7为定位柱上定位面和支撑面的结构示意图；
图8为测片喷嘴上接触面与定位柱上支撑面高度关系的局部剖视图；
图9为图8中A部分的放大图；
图10为隔水盘上保湿喷孔、通道、供液管路和控制阀结构的局部剖视图。
附图标记说明：
1、隔水盘；11、保湿喷孔；12、通道；13、排水槽；14、挡水沿；2、定位柱；21、定位面；22、支撑面；3、位置检测机构；31、测片喷嘴；311、接触面；312、检测喷孔；313、连接孔；314、密封圈；315、接口；316、转换接头；32、输送管路；33、流体压力传感器；34、稳压阀；4、供液管路；41、控制阀；5、侧支板；6、排水管道；7、晶圆；71、缺口。
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。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种晶圆暂存装置，参照图1和图2，其包括隔水盘1、定位柱2和位置检测机构3。
其中，隔水盘1为水平设置的平板，定位柱2和位置检测机构3均安装在隔水盘1上。定位柱2设置有至少三个，并沿圆形间隔分布在隔水盘1上，定位柱2的顶部设有定位面21，通过所有定位柱2上的定位面21可在隔水盘1上方定位出一个直径与晶圆7相适配的定位圆，起到定位晶圆7的作用。位置检测机构3也设有至少三个，并也沿定位柱2所分布的圆形间隔分布在隔水盘1上，位置检测机构3在隔水盘1上形成用于判断当前位置是否具有晶圆7的检测点，且检测点位于所述定位圆的内侧。
上述中的暂存装置在暂存晶圆7时，由机械手将晶圆7放置到定位柱2之间，利用定位面21的作用将晶圆7定位在隔水盘1上，晶圆7的边缘位置会落在每一个检测点处，即可通过检测点是否感应到晶圆7的方式来判断晶圆7的位置是否准确，以此实现检测晶圆7摆放位置是否准确的目的，确保机械手能够准确的抓取到晶圆7。
在本实施例中，所述位置检测机构3包括测片喷嘴31、输送管路32、流体压力传感器33和稳压阀34。
参照图3和图4，测片喷嘴31的内部中空设置，测片喷嘴31的顶部设有接触面311，接触面311为平面，所有测片喷嘴31的接触面311位于同一个水平面上，所述接触面311用于和晶圆7边缘的底部接触，可为晶圆7起到支撑作用。测片喷嘴31上开设有检测喷孔312，检测喷孔312与测片喷嘴31内部连通并穿透接触面311，且检测喷孔312位于所述定位圆的内侧。输送管路32与测片喷嘴31连接，用于向测片喷嘴31内部输送流体，所述流体可以是液体也可以是气体，本实施例中采用液体。流体压力传感器33和稳压阀34均安装在输送管路32上，流体压力传感器33位于稳压阀34与测片喷嘴31之间，流体压力传感器33用于检测输送管路32内部流体的压力变化，稳压阀34用于调节厂区提供的流体压力。
上述的位置检测机构3，检测喷孔312的位置即为所述检测点，晶圆7放置到所有定位柱2之间后，晶圆7边缘的底部会与接触面311贴合，并将检测喷孔312遮挡，导致流体无法顺利从检测喷孔312内喷出，会使输送管路32内的流体压力产生变化，从而通过判断流体压力传感器33所检测的压力变化即可判断是否感应的晶圆7。稳压阀34的设置，可以调节经过稳压阀34的流体压力，使流体压力传感器33不会受到流体输送源一侧压力变化的影响，提高检测的准确性。
检测喷孔312的位置越靠近晶圆7的边缘，检测喷孔312所能定位的圆形也会接近晶圆7，其检测精度也会更高。在本实施例中，检测喷孔312所定位出的检测圆与定位面21定位出的定位圆直径相差2mm，即检测喷孔312与晶圆7边缘宽度2mm的区域接触，而且，这个区域属于晶圆7的不加工区域，不会因与晶圆7的接触影响晶圆7的加工质量。
在本实施例中，所述输送管路32设有一个，并与所有的检测喷嘴31连通，流体压力传感器33也仅设置一个，使流体压力传感器33检测整个管路的压力变化。在流体压力传感器33中设定预设值，晶圆7将所有的检测喷孔312遮挡时，整个管路的压力变化达到所述预设值，即可判定隔水盘1上存在晶圆7且位置准确，若管路的压力变化未达到所述预设值，则表明晶圆7位置摆放错误。
进一步地，参照图5，因晶圆7的加工工艺导致，晶圆7的边缘上存在一个缺口71，而且机械手在放置晶圆7时，缺口71的位置也是随机的，若缺口71正好对应在其中一个测片喷嘴31的检测喷孔312上，会导致晶圆7无法遮挡该检测喷孔312，导致输送管路32内的压差变小，无法达到所述预设值要求，使位置检测机构3判断失误。
因此，为了解决缺口71会导致位置检测机构3判断失误的缺陷，参照图4和图6，在本实施例中，每一个测片喷嘴31上的检测喷孔312至少设置两个，且检测喷孔312在测片喷嘴31上沿圆形间隔排布，相邻两个检测喷孔312的孔距大于所述缺口71的最大宽度。通过至少两个检测喷孔312的设置，当缺口71正对测片喷嘴31时，不会使全部的检测喷孔312均处于缺口71内，确保晶圆7至少遮盖其中一个检测喷孔312，使流体压力传感器33也感应到输送管路32中产生压力变化，达到准确判断晶圆7位置的目的。
在本实施例中，每一个测片喷嘴31上的检测喷孔312设有三个，使晶圆7至少能遮挡两个检测喷孔312，使输送管路32内的压力变化更加明显，检测效果更佳。当然，检测喷孔312也可以设置更多个，晶圆7能够遮挡的检测喷孔312数量越多，输送管路32内的压力变化也会越大，检测的精准度也会更高。
进一步地，参照图3和图4，测片喷嘴31的底部设有两个连接孔313，利用螺钉穿过连接孔313将测片喷嘴31固定在隔水盘1表面，且测片喷嘴31与隔水盘1的连接缝隙内安装有密封圈314，确保测片喷嘴31与隔水盘1连接缝隙处的密封性。测片喷嘴31背向定位圆中心的一侧设有接口315，接口315处连接有转换接头316，输送管路32通过转换接头316与测片喷嘴31连接。输送管路32远离测片喷嘴31的一端向下弯曲，并穿透隔水盘1后固定在侧支板5上，输送管路32延伸至隔水盘1底部连接流体压力传感器33和稳压阀34，不会干涉对晶圆7的定位和检测。
作为可替代的实施方式，位置检测机构3也可采用光敏传感器或接近传感器的方式来检测当前位置是否具有晶圆7，但由于被抛光后的晶圆7上会带有抛光液，在存储抛光后的晶圆7时，抛光液容易对光敏传感器和接近传感器造成干扰，检测效果较差。
在本实施例中，参照图7，定位面21为由下至上直径逐渐缩小的锥面，使定位面21的顶部形成的内切圆直径大于晶圆7直径，使晶圆7更容易放置到所有的定位柱2之间，且锥面具有导向作用，使晶圆7能够更准确的落在测片喷嘴31的接触面311上，提高定位效果。
作为可替代的实施方式，定位面21可以采用竖直设置的平面或柱面，也可采用球面或倾斜的平面，均能够实现对晶圆7的定位作用。
进一步地，参照图8和图9，定位柱2在定位面21的最低端还连接有支撑面22，支撑面22为水平面，支撑面22可起到支撑晶圆7的作用。但支撑面22需要与接触面311平齐，晶圆7才能够同时被支撑在支撑面22和接触面311上，由于加工和装配存在误差的因素，无法确保支撑面22和接触面311是绝对平齐的，若出现支撑面22高度高于接触面311时，会导致晶圆7无法与接触面311贴合，无法遮蔽检测喷孔312，容易出现检测判断失误的问题。因此，在本实施例中，接触面311的高度高于支撑面22并低于定位面21的顶部，使晶圆7仅被支撑在接触面311上，即可保证晶圆7能够准确的与接触面311贴合。
进一步地，定位面21形成的所述定位圆直径可与晶圆7直径一致，但在晶圆落下时，容易受定位面21倾斜的影响出现晶圆7放置倾斜的问题，使晶圆7无法准确落在接触面311上。因此，定位面21形成的所述定位圆的直径需大于晶圆7直径，在本实施例中，定位面21形成的所述定位圆的直径大于晶圆7直径1mm，使晶圆7被定位的同时，还能准确的落在接触面311上，利于晶圆7与接触面311的贴合稳定。
在本实施例中，参照图2，定位柱2设有五个，五个定位柱2根据用于抓取晶圆7的夹爪结构分布在隔水盘1上，使定位柱2不干涉夹爪抓取晶圆7时的动作。位置检测机构3设有四个，两两一组对称分布在隔水盘1两侧，当晶圆7放置在测片喷嘴31上时，对称设置的测片喷嘴31能够为晶圆7提供更平稳的支撑效果，同样也为夹爪夹取晶圆7时提供足够移动的空间。
作为可替代的实施方式，位置检测机构3和定位柱2均可以仅设置三个，也可以设置更多个，在不干涉夹爪运动的前提下，测片喷嘴31的数量越多，对晶圆7位置的检测判断越精准。
另外，隔水盘1的数量可以仅设置有一个，待加工的晶圆7和已经被抛光好等待清洗的晶圆7均可暂存在该隔水盘1上。隔水盘1的数量也可以设为多个，每一个隔水盘1均可存储一个晶圆7，将待加工的晶圆7和被抛光后的晶圆7分布暂存在不同的隔水盘1上，使机械手对晶圆7的搬运更加有序。
进一步地，参照图1和图10，用于暂存抛光后晶圆7的隔水盘1上还设有保湿喷孔11、通道12、供液管路4和控制阀41，保湿喷孔11设有多个并沿圆形均布在隔水盘1表面，通道12开设在隔水盘1内部，与所有的保湿喷孔11连通，供液管路4与通道12连接，用于向通道12内输送保湿液，控制阀41连接在供液管路4上，通过控制阀41可控制保湿液的通断和流量大小。
晶圆7被抛光的表面会附着抛光液，若在暂存的过程中抛光液干燥，会影响晶圆7的质量和成品率，将抛光后的晶圆7放置到设有保湿喷孔11的隔水盘1上，并使晶圆7被抛光的一面朝向下方放置，通过供液管路4向通道12内输送保湿液，保湿液经过通道12从各个保湿喷孔11中喷出，将保湿液喷洒到晶圆7上，为晶圆7提供湿润的环境，使抛光后的晶圆7在刷洗之前不会干燥，提高晶圆7的质量和成品率。
进一步地，参照图1，每一个隔水盘1相对的两侧均开设有排水槽13，且隔水盘1的顶部中间部位向上凸起，使其表面呈两侧向下倾斜的状态，排水槽13位于隔水盘1表面高度较低的一端，使检测喷孔312内喷出的流体和保湿喷孔11内喷出的保湿液会流动汇聚到两侧的排水槽13中。排水槽13的一端也向下倾斜设置，且排水槽13的最低端连接有排水管道6，汇聚到流道中的液体会沿着排水槽13进入排水管道6中，经过排水管道6的输送对喷出的液体回收再利用，形成液体的循环利用，达到节能环保的效果。并且，隔水盘1顶面的边沿处一体成型有向上突起的挡水沿14，以防止隔水盘1内的积水从边沿流出。
在本实施例中，参照图1，隔水盘1设置有四个，四个隔水盘1相互平行并沿竖直方向间隔设置，暂存装置还包括侧支板5，所有的隔水盘1均连接在侧支板5上。并且，每两个隔水盘1设为一组，每组隔水盘1中，位于上方的隔水盘1未开设保湿喷孔11，其用于暂存待加工的晶圆7，位于下方的隔水盘1开设所述保湿喷孔11，其用于暂存抛光后的晶圆7。将被抛光后的晶圆7放置到下方的隔水盘1上后，位于上方的隔水盘1能够减少保湿液向外界中的发散，使抛光后的晶圆7所处环境的湿润效果更好，也能相应的降低保湿喷孔11的出水量，达到节能环保的效果。
实施例2
本实施例还提供一种化学机械抛光设备，包括抛光单元、刷洗单元和上述中的暂存装置，抛光单元用于研磨抛光晶圆7，刷洗单元用于对研磨后的晶圆7进行刷洗工作，所述暂存装置设置在抛光单元和刷洗单元之间，在设备运行过程中，将晶圆7放置在暂存装置中，利用暂存装置中的定位柱2和位置检测机构3，既能对晶圆7准确定位，也能精准的判断晶圆7的放置位置是否准确，保证机械手能够准确的抓取到晶圆7，还能够为抛光后的晶圆7提供湿润的环境，提高晶圆7的质量和成品率。
显然，上述实施例仅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他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。而由此所引申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 (10)

1.一种晶圆暂存装置，其特征在于，包括：
隔水盘(1)；
定位柱(2)，设有至少三个，在所述隔水盘(1)上沿圆形间隔分布，所述定位柱(2)的顶部设有用于定位晶圆(7)侧边的定位面(21)，所有的定位面(21)在隔水盘(1)上定位出直径与晶圆(7)直径相适配的定位圆；以及
位置检测机构(3)，设有至少三个，沿所述定位圆间隔分布在隔水盘(1)上，所述位置检测机构(3)在隔水盘(1)上形成用于判断当前位置是否具有晶圆(7)的检测点，所述检测点位于所述定位圆的内侧。
2.根据权利要求1所述的暂存装置，其特征在于，所述位置检测机构(3)包括：
测片喷嘴(31)，连接在所述隔水盘(1)上，所述测片喷嘴(31)上设有用于支撑晶圆(7)底部的接触面(311)，所述测片喷嘴(31)内开设有穿透所述接触面(311)的检测喷孔(312)，所述检测喷孔(312)位于所述定位圆的内侧；
输送管路(32)，与所述测片喷嘴(31)连接，用于向所述测片喷嘴(31)内输送流体；以及
流体压力传感器(33)，设置在所述输送管路(32)上，检测所述输送管路(32)内的流体压力变化。
3.根据权利要求2所述的暂存装置，其特征在于，每个所述测片喷嘴(31)上的检测喷孔(312)至少设有两个，相邻两个所述检测喷孔(312)的孔距大于晶圆(7)的缺口(71)宽度。
4.根据权利要求2所述的暂存装置，其特征在于，所述位置检测机构(3)还包括稳压阀(34)，所述稳压阀(34)连接在输送管路(32)上，所述流体压力传感器(33)位于所述稳压阀(34)与所述测片喷嘴(31)之间。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的暂存装置，其特征在于，所述定位面(21)为由下至上半径逐渐变小的锥面；
和/或，所述定位柱(2)上形成有与所述定位面(21)的下端相接的支撑面(22)，所述接触面(311)高于所述支撑面(22)且低于所述定位柱(2)的顶端。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的暂存装置，其特征在于，所述暂存装置还包括侧支板(5)，所述隔水盘(1)设有至少两个并间隔连接在所述侧支板(5)上。
7.根据权利要求6所述的暂存装置，其特征在于，至少一个所述隔水盘(1)上设有保湿喷孔(11)和通道(12)，所述保湿喷孔(11)与所述通道(12)连通，所述通道(12)连接有用于向其内部输送保湿液的供液管路(4)；
和/或，所述隔水盘(1)每两个设为一组，每组中的两个隔水盘(1)沿竖直方向间隔分布，位于下方的隔水盘(1)设置有所述保湿喷孔(11)。
8.根据权利要求7所述的暂存装置，其特征在于，所述保湿喷孔(11)设有多个，并沿圆形间隔分布，所有的所述保湿喷孔(11)均与所述通道(12)连通。
9.根据权利要求5所述的暂存装置，其特征在于，所述隔水盘(1)上设有排水槽(13)，所述隔水盘(1)表面向排水槽(13)一侧倾斜设置，所述排水槽(13)连接有排水管道(6)。
10.一种化学机械抛光设备，其特征在于，具有权利要求1-9中任一项所述的暂存装置。
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