CN115194640A - 一种化学机械抛光系统及抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种化学机械抛光系统及抛光方法，所述抛光系统包括：前置单元；抛光单元；清洗单元，设置于前置单元与抛光单元之间；其中，所述清洗单元包括第一清洗单元和第二清洗单元，其沿竖直方向层叠设置；所述第一清洗单元和第二清洗单元包括晶圆传输机械手和多个晶圆后处理装置，所述晶圆后处理装置围绕所述晶圆传输机械手设置。

Description

一种化学机械抛光系统及抛光方法

技术领域

本发明属于化学机械抛光技术领域，具体而言，涉及一种化学机械抛光系统及抛光方法。

背景技术

集成电路产业是信息技术产业的核心，而芯片是集成电路的载体。芯片制造涉及集成电路设计、晶圆制造、晶圆加工、电性测量、切割封装和测试等工艺流程，而化学机械抛光属于晶圆制造工序中的五大核心制程之一。

化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)是一种全局平坦化的超精密表面加工技术，其在CMP系统中执行抛光作业。CMP系统一般包括前置单元(EquipmentFront End Module,EFEM)、抛光单元及清洗单元，以实现晶圆的“干进干出”，获得表面均匀性符合工艺要求的晶圆。

CMP系统的前置单元为相对标准化的产品，并且抛光单元也相对固定。如何排布清洗单元的布局，实现抛光单元与清洗单元的相互协调，提高系统容错性，控制制造成本，保障系统运行稳定性以及提高CMP系统的产能，始终是本领域技术人员持续解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种化学机械抛光系统及抛光方法，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明实施例的第一方面提供了一种化学机械抛光系统，其包括：

前置单元；

抛光单元；

清洗单元，设置于前置单元与抛光单元之间；

其中，所述清洗单元包括第一清洗单元和第二清洗单元，其沿竖直方向层叠设置；所述第一清洗单元和第二清洗单元包括晶圆传输机械手和多个晶圆后处理装置，所述晶圆后处理装置围绕所述晶圆传输机械手设置。

在一些实施例中，所述第一清洗单元与第二清洗单元之间设置有水平传输机构，所述水平传输机构设置于前置单元与抛光单元之间。

在一些实施例中，化学机械抛光系统还包括晶圆中转机构，其设置于清洗单元与抛光单元之间，其与抛光单元、清洗单元和水平传输机构交互晶圆。

在一些实施例中，所述晶圆中转机构包括中转部，所述中转部能够沿竖直方向移动。

在一些实施例中，所述第一清洗单元和第二清洗单元至少包括一个晶圆干燥模块，所述晶圆干燥模块水平邻接于前置单元设置。

在一些实施例中，所述第一清洗单元的晶圆干燥模块与第二清洗单元的晶圆干燥模块交错设置。

在一些实施例中，所述第一清洗单元及第二清洗单元的晶圆干燥模块共用一套风机过滤机组，所述风机过滤机组设置在上侧的晶圆干燥模块；所述风机过滤机组通过管路与下侧的晶圆干燥模块相连通，以为晶圆干燥模块提供洁净气流。

在一些实施例中，所述管路的数量为一对，其内侧壁为光滑洁净面。

在一些实施例中，所述管路上配置有加压模块，以增加管路对晶圆干燥模块的供给或抽吸能力。

在一些实施例中，所述晶圆后处理装置沿所述清洗单元的长度及宽度方向排列设置。

在一些实施例中，所述晶圆后处理装置采用模块化设置，并层叠设置于清洗单元中。

在一些实施例中，所述晶圆后处理装置中的晶圆以水平方式设置，其包括晶圆刷洗模块、晶圆预清洗模块和晶圆干燥模块；其中，晶圆刷洗模块、晶圆预清洗模块和晶圆干燥模块的数量比为1:2:1。

在一些实施例中，化学机械抛光系统还包括缓存机构，其设置于清洗单元与抛光单元之间。

在一些实施例中，所述第一清洗单元位于第二清洗单元的下方，所述第一清洗单元包括两件晶圆干燥模块，所述第二清洗单元包括两件晶圆刷洗模块和两件晶圆预清洗模块。

在一些实施例中，所述第二清洗单元的晶圆预清洗模块位于第一清洗单元的晶圆干燥模块的上方。

本发明实施例的第二方面提供了一种化学机械抛光方法，其使用如上所述的化学机械抛光系统，其包括以下步骤：

S1，前置单元的前置机械手将晶圆放置于水平传输机构，水平传输机构将晶圆朝向抛光单元传输；

S2，抛光单元实施晶圆抛光，晶圆中转机构获取完成抛光的晶圆；

S3，晶圆中转机构将晶圆传输至清洗单元的第一清洗单元或第二清洗单元；

S4，清洗单元的晶圆传输机械手自晶圆中转机构获取晶圆，并按照后处理工艺将晶圆在各个晶圆后处理装置中传输；

S5，前置机械手将完成后处理的晶圆转移至前置单元。

在一些实施例中，若第一清洗单元或第二清洗单元发生故障，未完成后处理的晶圆通过晶圆传输机械手和晶圆中转机构转移至正常运行的清洗单元。

在一些实施例中，步骤S4中，与风机过滤机组连通的管路包括第一管路和第二管路，所述第一管路对下侧的晶圆干燥模块进行抽吸，所述第二管路为下侧的晶圆干燥模块供给洁净流体。

在一些实施例中，所述第一管路上设置有加压模块。

在一些实施例中，所述第二管路的内径大于所述第一管路的内径。

本发明的有益效果包括：

a.清洗单元配置的第一清洗单元和第二清洗单元竖向层叠设置，降低了清洗单元对水平空间的占用，有利于提高CMP系统操作的便捷；

b.清洗单元中的晶圆后处理装置围绕晶圆传输机械手设置，使得圆后处理装置设置于清洗单元的外侧，有效解决了清洗单元检修维护不方便的问题；

c.配置的晶圆中转机构包括中转部，所述中转部能够竖向移动和水平转动，使得晶圆能够在抛光单元与清洗单元之间、抛光单元与水平传输机构之间以及清洗单元与水平传输机构之间传递，以增强晶圆传输的灵活性，减少过程等待时间，保证晶圆的稳定传输；

d.清洗单元中配置的晶圆后处理装置采用模块化设置，各个晶圆后处理装置能够相互独立运行，有利于灵活配置清洗单元的清洗能力，实现清洗单元的模块化拼装；

e.清洗单元中的晶圆传输机械手可在各个晶圆后处理装置之间任意调度晶圆，操作人员可灵活制定清洗工艺而不受晶圆后处理装置设置位置的限制；

f.第一清洗单元及第二清洗单元的晶圆干燥模块邻接于前置单元并交错设置，有利于降低晶圆干燥模块对CMP系统的影响，保证系统的稳定运行；

g.清洗单元中的晶圆刷洗模块、晶圆预清洗模块及晶圆干燥模块的数量比是1:2:1，以减少晶圆粗洗的数量，降低晶圆粗洗对清洗单元整体洁净度的影响。

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，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是本发明一实施例提供的化学机械抛光系统的示意图；

图2是图1对应的清洗单元的立体图；

图3是本发明一实施例提供的清洗单元的局部示意图；

图4是本发明一实施例提供的水平传输机构的示意图；

图5是本发明一实施例提供的晶圆中转机构的示意图；

图6是本发明一实施例提供的晶圆干燥模块的示意图；

图7是本发明一实施例提供的晶圆在化学机械抛光系统中的传输路线图；

图8是本发明一实施例提供的晶圆刷洗模块的示意图；

图9是本发明一实施例提供的晶圆预清洗模块的示意图；

图10是本发明一实施例提供的清洗单元的示意图；

图11是本发明一实施例提供的化学机械抛光方法的流程图。

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。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。

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。

在本发明中，“化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)”也称“化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization,CMP)”，晶圆(Wafer,W)也称基板(Substrate)，其含义和实际作用等同。

本发明公开的实施例，总体上涉及在半导体器件制造工业中使用的化学机械抛光(CMP)系统。

图1是本发明一实施例提供的化学机械抛光系统100的示意图，其包括：

前置单元10；

抛光单元30；

清洗单元20，设置于前置单元10与抛光单元30之间。

下面结合图1示出的CMP系统，简述晶圆抛光处理过程：

首先，晶圆自前置单元10传输至抛光单元30，以进行化学机械抛光。化学机械抛光时，由亚微米或纳米磨粒和化学溶液组成的抛光液在晶圆与抛光垫之间流动，抛光液在抛光垫的传输和旋转离心力的作用下大致均匀分布，以在晶圆和抛光垫之间形成一层液体薄膜；液体中的化学成分与晶圆产生化学反应，将不溶物质转化为易溶物质；然后通过磨粒的微机械摩擦将这些化学反应物从晶圆表面去除，溶入流动的液体中带走。即在化学成膜和机械去膜的交替过程中，去除表面材料实现表面平坦化处理，从而达到全局平坦化的目的。

接着，晶圆传输至清洗单元20，以进行晶圆清洗和干燥等后处理工艺；具体地，晶圆清洗包括但不限于兆声清洗、滚刷清洗、非接触冲洗等；晶圆干燥包括但不限于旋转干燥、马兰戈尼提拉干燥等，以获取表面洁净的晶圆。

最后，晶圆再次传输至前置单元10，以“干进干出”的方式实现晶圆的材料去除，获取满足工艺要求的晶圆。

图2是图1示出的实施例中清洗单元20的立体图，清洗单元20包括第一清洗单元21和第二清洗单元22，两者沿竖直方向层叠设置，以充分利用CMP系统在竖直方向的空间，尽量缩小CMP系统宽度方向的尺寸，以方便Fab厂生产设备的排布，提高Fab厂中生产设备的数量。

更为重要的是，第一清洗单元21和第二清洗单元22是相互独立的，其可以独立运行而不会出现相互干扰。具体地，若第一清洗单元21发生故障预警而停止运行，则第二清洗单元22不会受到干扰而正常运行，以提升清洗单元20运行的容错性，避免非必要的故障停机，保证CMP系统的WPH(Wafers Per Hour)。

图2中，第一清洗单元21包括晶圆传输机械手24和多个晶圆后处理装置，所述晶圆后处理装置围绕晶圆传输机械手24设置。

具体地，晶圆后处理装置21A、晶圆后处理装置21B、晶圆后处理装置21B和晶圆后处理装置21D围绕晶圆传输机械手24设置，晶圆传输机械手24能够调度第一清洗单元21中任意一个晶圆后处理装置的晶圆。换言之，晶圆传输机械手24可以在各个晶圆后处理装置之间周转晶圆，以按照后处理工艺完成晶圆的清洗和干燥。

与第一清洗单元21类似，图2中的第二清洗单元22设置在第一清洗单元21的上方。第二清洗单元22也配置有晶圆传输机械手24，其中的晶圆后处理装置围绕晶圆传输机械手24设置，第一清洗单元21与第二清洗单元22能够独立完成晶圆的后处理工艺。

图1及图2所示的实施例中，晶圆传输机械手24配置有滑轨，晶圆传输机械手24可以沿滑轨移动，以改变晶圆传输机械手24的位置，方便晶圆在清洗单元20内部的传输。图1中，晶圆传输机械手24的滑轨连接于前置单元10与抛光单元30之间，以方便晶圆传输机械手24抓取清洗单元20中任意晶圆后处理装置中的晶圆。

图2所示的实施例中，第一清洗单元21与第二清洗单元22之间设置有水平传输机构23，以实现晶圆的横向传输。即晶圆可以通过水平传输机构23在前置单元10与抛光单元30之间传输。

为了更好的体现水平传输机构23的设置位置，图3中将第一清洗单元21和第二清洗单元22一侧的晶圆后处理装置隐藏，以避免零部件对水平传输机构23的遮挡。

图3中，水平传输机构23设置于第一清洗单元21中的晶圆传输机械手24的上方，并且，位于第二清洗单元22的晶圆传输机械手24的下方。水平传输机构23实现了前置单元10与抛光单元30之间的连通，为晶圆的横向传递提供了通道。具体地，待加工的晶圆可以经由前置单元10朝向抛光单元30传输；或者，完成抛光或清洗的晶圆也可以通过水平传输机构23朝向前置单元10移动。

图4是本发明一实施例提供的水平传输机构23的示意图，水平传输机构23包括水平模组23a和移动台23b，移动台23b用于承载晶圆并滑动连接于水平模组23a。图1示出的前置单元10包括前置机械手11和前开式晶圆传送盒(Front Opening Unified Pod,FOUP)12；前置机械手11可以自前开式晶圆传送盒12夹持待抛光的晶圆，并将晶圆放置于移动台23b，载置有晶圆的移动台23b能够沿水平模组23a朝向抛光单元30移动，以实现晶圆的横向传输。

图3所示的实施例中，水平传输机构23与第二清洗单元22中的晶圆传输机械手24底部的距离为50-200mm，以避免其中的移动台23b与晶圆传输机械手24发生干涉。

图1所示的实施例中，化学机械抛光系统100还包括晶圆中转机构25，其设置于清洗单元20与抛光单元30之间，以与抛光单元30、清洗单元20和水平传输机构23交互晶圆。

图5是本发明一实施例提供的晶圆中转机构25的示意图，晶圆中转机构25包括竖向模组25a和中转部25b。其中，竖向模组25a为竖向设置的直线模块，中转部25b通过滑块25c滑动连接于竖向模组25a的侧部。中转部25b能够沿竖直方向移动，以改变中转部25b的竖向位置，晶圆中转机构25的中转部25b可以与不同竖向高度的晶圆进行交互。

进一步地，中转部25b转动连接于滑块25c，中转部25b能够在水平面内转动，以调节中转部25b的水平位置。具体地，滑块25c的上表面配置有连接轴，中转部25b配置有连接孔，中转部25b与滑块25c通过轴孔配合实现转动连接。

图5中，中转部25b的侧部为U形托架，所述U形托架的内侧壁配置有凹槽，所述凹槽的尺寸与晶圆的外径及厚度相匹配。晶圆可以通过凹槽卡接于U形托架，以防止晶圆在中转部25b移动或转动过程中发生颠簸而影响晶圆传输的稳定性。可以理解的是，作为图5实施例的变体，所述U形托架的上表面也可以配置限位销(pin)，所述限位凸起沿晶圆放置位置的外沿设置，以可靠限定放置于中转部25b的晶圆。

图5所示的实施例中，中转部25b配置有一件U形托架；可以理解的是，中转部25b也可以配置两件或其他数量的U形托架，以增加晶圆传输过程的缓存能力，避免传输等待时间。

图1所示的实施例中，化学机械抛光系统100还包括缓存机构26，其设置于清洗单元20与抛光单元30之间，以缓存待处理的晶圆。具体地，缓存机构26与晶圆中转机构25水平邻接设置，图5示出的中转部25b能够通过水平转动将其中的晶圆放置于缓存机构26中；相应地，晶圆中转机构25的中转部25b也可以获取缓存机构26的晶圆，并将其朝向清洗单元20传输。

进一步地，缓存机构26可以配置多层支撑架，其以水平方式支撑晶圆，以方便抛光单元30获取待抛光的晶圆，同时也有利于晶圆中转机构25的中转部25b的抓取。

下面结合图5及图7，简要说明晶圆中转机构25如何与抛光单元30、清洗单元20和水平传输机构23实现晶圆交互。

首先，前置单元10的晶圆由前置机械手11放置于水平传输机构23的移动台23b，移动台23b载置晶圆沿水平模组23a移动，水平传输机构23的晶圆可以直接移动至晶圆中转机构25的中转部25b；此时，U形托架凹槽的竖向位置需要与移动台23b上载置的晶圆的竖向位置相一致，这可以通过晶圆中转机构25的竖向模组25a来改变中转部25b的竖向位置。

接着，载置有晶圆的中转部25b朝向抛光单元30水平转动，以将晶圆传输至抛光单元30中的缓存机构26。

抛光单元30自缓存机构26获取待抛光的晶圆，以进行化学机械抛光，完成抛光的晶圆再次传输至晶圆中转机构25的中转部25b。

接着，载置有晶圆的中转部25b通过竖向模组25a沿竖直方向移动，以将晶圆传递至清洗单元20的晶圆传输机械手24对应的竖向位置，晶圆传输机械手24抓取中转部25b的晶圆，以将晶圆传输至清洗单元20中的晶圆后处理装置，以按照后处理工艺处理晶圆表面。

具体地，晶圆可以通过中转部25b向上移动至第二清洗单元22，第二清洗单元22中的晶圆传输机械手24自中转部25b抓取晶圆，并将晶圆依次放置于晶圆后处理装置22B、晶圆后处理装置22C、晶圆后处理装置22A和晶圆后处理装置22D中，如图7所示，以完成晶圆的清洗和干燥处理。可以理解的是，上面仅是示意性说明晶圆后处理的过程，工艺人员可根据需要确定进入晶圆后处理装置的先后顺序。

完成晶圆后处理的晶圆由前置单元10的前置机械手11直接抓取，并将其放置于前开式晶圆传送盒12中。

需要说明的是，图7中，晶圆传输路径上的编号仅是表示先后顺序，在相邻编号之间可以含有其他工艺步骤。如编号②与编号③之间，还有晶圆化学机械抛光的工艺步骤。

图7所示的实施例中，前置单元10的前置机械手11为多关节机械手，其能够抓取第一清洗单元21和第二清洗单元22中临近前置单元10的晶圆后处理装置中的晶圆，以将完成后处理的晶圆直接放置于前开式晶圆传送盒12，缩短晶圆的传输路径，降低晶圆传输过程中受到污染的几率。

图2所示的实施例中，晶圆后处理装置沿清洗单元20的长度及宽度方向排列设置。具体地，晶圆后处理装置分别设置于晶圆传输机械手24的两侧，位于晶圆传输机械手24同一侧的晶圆后处理装置的数量为两件，其沿清洗单元20的长度方向设置。即晶圆后处理装置靠近清洗单元20的外侧设置，操作人员可以直接站立于清洗单元20的外侧对晶圆后处理装置开展维护、检查和/或检修工作，有效提高了CMP系统操作的便捷性。

图2所示的实施例中，清洗单元20中晶圆传输机械手24的配置数量相对合理，有利于控制清洗单元的制造成本；具体地，清洗单元20中配置两件晶圆传输机械手24，其中，晶圆传输机械手24可以配置一套或两套夹持爪，以方便晶圆的传输及周转。

可以理解的是，位于晶圆传输机械手24同一侧的晶圆后处理装置的数量也可以为一件、三件或其他数量。工艺人员或操作人员可根据清洗单元20的清洗能力、抛光单元30的生产节拍等信息综合确定晶圆后处理装置的数量。

图2中，晶圆后处理装置采用模块化设置，并层叠设置于清洗单元20中。具体地，晶圆后处理装置可以采用抽拉的方式设置于清洗单元20的架体中，各个晶圆后处理装置的气液路、电气控制等模块是相互独立的，以方便模块化更换，有效提高清洗单元20的组装效率。

进一步地，晶圆后处理装置包括晶圆水平处理模块，即晶圆以水平的方式设置于在槽体中，以方便晶圆传输机械手24自槽体的侧面抓取晶圆。

图6是晶圆后处理装置21C的示意图，槽体的侧面配置两个取放口，其中一个取放口位于槽体的前侧，其中另一个取放口设置于槽体的侧部。为了更好的体现晶圆后处理装置的内部结构，特将槽体的前侧板隐藏。晶圆传输机械手24经由槽体前侧的取放口放置或抓取晶圆。即其中一个取放口与晶圆传输机械手24相对，而另一个取放口与前置单元10相对。

图2所示的实施例中，第一清洗单元21和第二清洗单元22的晶圆后处理装置至少包括一个晶圆干燥模块，以去除晶圆表面的水膜，获取表面干燥洁净的晶圆。

在晶圆后处理工艺中，首先，需要对晶圆表面进行清洗，以除去晶圆表面的颗粒物；接着，再对晶圆表面进行干燥，以剥离晶圆表面的水膜。即干燥处理后的晶圆需要传输至前置单元10的前开式晶圆传送盒12中。

本发明中，晶圆后处理装置还包括晶圆刷洗模块和晶圆预清洗模块，其采用可拆卸地方式设置于第一清洗单元21及第二清洗单元22中。

图2中，晶圆后处理装置21A为晶圆刷洗模块，晶圆后处理装置21B及晶圆后处理装置21C为晶圆预清洗模块，而晶圆后处理装置21D为晶圆干燥模块。

图8是本发明一实施例提供的晶圆后处理装置21A的示意图，其内部设置晶圆刷洗模块。晶圆由辊轮水平支撑，在辊轮与晶圆边缘摩擦力的作用下旋转，晶圆的正面及反面配置有清洗刷及未示出的供液部，清洗刷绕其轴线旋转，同时，供液部朝向清洗刷和/或晶圆表面供给清洁液，以移除晶圆表面的体积较大颗粒物，实现晶圆的粗洗。

图9是本发明一实施例提供的晶圆预清洗模块的示意图，晶圆由多个卡爪水平夹持，并由未示出的旋转驱动装置带动晶圆旋转。图9中，晶圆预清洗模块配置双流体管及刷洗头，所述双流体管朝向晶圆表面喷射清洗液、蒸汽、N2和/或去离子水，以去除晶圆表面较小的颗粒物，实现晶圆的精洗；刷洗头通过摆臂固定于晶圆上方，摆臂能够绕定点摆动，以带动刷洗头在晶圆表面移动，以清洁晶圆表面的微小颗粒物。

图6是本发明一实施例提供的晶圆干燥模块的示意图，晶圆由卡爪水平夹持并带动晶圆高速旋转，晶圆的上方设置未示出的干燥机构，如马兰戈尼干燥机构，以整体剥离晶圆表面的水膜，实现晶圆干燥。

图2中，对于第一清洗单元21及第二清洗单元22来说，晶圆刷洗模块、晶圆预清洗模块和晶圆干燥模块的数量比为1:2:1。如此配置晶圆后处理装置的种类及数量，有利于增强晶圆精洗的能力；同时，可以将完成预清洗的晶圆缓存至晶圆预清洗模块中，以优化及调节清洗单元20的生产节拍。此外，由于完成抛光的晶圆首先进入晶圆刷洗模块进行粗洗，在粗洗过程中，会产生许多体积较大的颗粒物；将晶圆刷洗模块的数量控制为一个，以降低晶圆粗洗过程中颗粒物外逸的风险，这有利于维持清洗单元整体的洁净度。

由于在晶圆干燥过程中，晶圆的转速在800-1200r/min。在晶圆高速旋转的过程中，晶圆干燥模块可能会对CMP系统产生额外的振动，进而影响CMP系统的稳定运行。为了均衡晶圆干燥模块对CMP系统的影响，避免晶圆干燥模块集中放置而形成共振，第一清洗单元21的晶圆干燥模块与第二清洗单元22的晶圆干燥模块交错设置。

图2所示的实施例中，第一清洗单元21中的晶圆后处理装置21C为晶圆干燥模块，而第二清洗单元22中的晶圆后处理装置22D为晶圆干燥模块，以将可能产生较大振动的模块交错设置，这有利于提升清洗单元20运行的稳定性，进而保证CMP系统运行的可靠性。

晶圆干燥处理是化学机械抛光处理的最后一道工序，相应地，晶圆干燥腔室的洁净度要求极高，需要为晶圆干燥模块配置风机过滤机组(Fan Filter Unit,FFU)，以为腔室提供洁净空气，保证晶圆干燥腔室内部的颗粒数符合晶圆制程的工艺要求。

本发明提供的CMP系统中，由于清洗单元20采用竖向层叠设置，因此，位于下侧的晶圆干燥模块配置的FFU会受到上侧的晶圆后处理装置的遮挡。这会影响干燥后晶圆表面的颗粒数，致使下侧的晶圆干燥模块的干燥效果降低；此外，若下侧的晶圆干燥模块配置FFU，则也会增加清洗单元的竖向高度，降低清洗单元布局的紧凑性。

为解决上述技术问题，本发明一实施例提供的清洗单元20中，第一清洗单元21和第二清洗单元22的晶圆干燥模块共用一套风机过滤机组27，如图10所示。

图10中，晶圆后处理装置22C和晶圆后处理装置21D为晶圆后处理模块，其水平邻接于前置单元10，以对晶圆表面进行干燥处理。风机过滤机组27设置于位于上侧的晶圆后处理装置22C的上部，而与晶圆后处理装置22C交错设置的晶圆后处理装置21D无需配置风机过滤机组27，而是通过管路与晶圆后处理装置22C的风机过滤机组27相连通。

具体地，风机过滤机组27通过第一管路28a和第二管路28b与位于下侧的晶圆后处理装置21D的腔室相连通，以在晶圆后处理装置21D腔室的内部形成循环气流，以为腔室提供满足晶圆制程要求的洁净空气，控制干燥后晶圆表面的颗粒数，保证晶圆的干燥效果。此外，清洗单元20中的晶圆干燥模块共用一套风机过滤机组27；这在一定程度上也可以减少CMP系统可能的振动源，降低或避免器件振动对CMP系统稳定性的影响。

需要说明的是，第一管路28a和第二管路28b仅是示意性体现技术方案，管路的管径及排布可根据CMP系统其他部件/模块的布局、晶圆制程工艺要求等因素综合确定。

为了避免管路的内部附着颗粒物而影响晶圆干燥的效果，图10实施例中的第一管路28a和第二管路28b的内侧壁为光滑洁净面，如第一管路28a和第二管路28b对应内侧壁的粗糙度小于Ra0.1。值得注意的是，设置于风机过滤机组27与下侧的晶圆后处理装置之间的管路不应当使用波纹管，这是因为波纹管内部的狭小缝隙较多，而狭小缝隙容易附着/汇聚大量的颗粒物而影响洁净空气的供给。

作为本发明的一个实施例，所述管路上配置有加压模块，以增加管路对晶圆干燥模块的供给或抽吸能力，保证风机过滤机组27为晶圆干燥模块供给充足的洁净空气；同时，增加加压模块能够增强晶圆干燥模块内部的气体循环，这有利于减少干燥腔室中颗粒物的数量，提升晶圆干燥效果。

作为本发明的另一个实施例，清洗单元20的晶圆干燥模块也可皆设置于第一清洗单元21中，即水平邻接于前置单元10设置；而第二清洗单元22中配置两件晶圆刷洗模块和两件晶圆预清洗模块。如此设置，前置单元10的前置机械手11沿CMP系统的竖向行程可以缩短，这有利于控制CMP系统的成本。因此，前置机械手11能够从第一清洗单元21将完成后处理的晶圆放置于前开式晶圆传送盒12，即可满足晶圆传输的性能要求。

其中，第二清洗单元22的晶圆预清洗模块位于第一清洗单元21的晶圆干燥模块的上方。由于晶圆干燥处理为CMP系统实现“干出”的最后一道工序，晶圆刷洗模块与晶圆干燥模块相互交错，有利于避免/降低晶圆刷洗模块的颗粒物外逸对晶圆干燥处理的影响，实现晶圆的“干进干出”。

作为本发明的再一个实施例，清洗单元20的晶圆干燥模块也可以邻接于抛光单元30和前置单元10设置。

具体地，图2中，第一清洗单元21位于第二清洗单元22的下方，第一清洗单元21的晶圆干燥模块可以邻接于前置单元10设置，以方便前置机械手11将第一清洗单元21中完成后处理的晶圆传输至前开式晶圆传送盒12中；

同时，第二清洗单元22的晶圆干燥模块邻接于抛光单元30设置。由于第二清洗单元22位于清洗单元20的上部，第二清洗单元22中完成后处理的晶圆可以通过晶圆中转机构25和晶圆水平传输机构23传输至前开式晶圆传送盒12中。

在清洗单元20中，完成后处理的晶圆可以通过不同的路径传输至前置单元10的前开式晶圆传送盒12中，这有利于降低晶圆水平传输机构23的作业量，保证清洗单元20中晶圆传输的平稳性。

此外，本发明还公开了一种化学机械抛光方法，其流程图，如图10所示。化学机械抛光方法使用图1示出的化学机械抛光系统100，具体包括以下步骤：

S1，前置单元10的前置机械手11将晶圆放置于水平传输机构23，水平传输机构23将晶圆朝向抛光单元30传输；

具体地，前置机械手11将晶圆放置于水平传输机构23的移动台23b，移动台23b载置晶圆朝向抛光单元30传输。

S2，抛光单元30实施晶圆抛光，晶圆中转机构25获取完成抛光的晶圆；

具体地，移动台23b的晶圆传递至晶圆中转机构25的中转部25b，中转部25b绕铰接点转动，以将晶圆传递至缓存机构26；抛光单元30中的机械手自缓存机构26获取晶圆，以进行化学机械抛光。

晶圆完成化学机械抛光后，晶圆再次存放至缓存机构26，晶圆中转机构25的中转部25b自缓存机构26中获取完成抛光的晶圆。

S3，晶圆中转机构25将晶圆传输至清洗单元20的第一清洗单元21或第二清洗单元22；

具体地，中转部25b载置完成抛光的晶圆沿竖向模组25a移动，以将载置有晶圆的中转部25b移动至第一清洗单元21或第二清洗单元22对应的竖向位置。

S4，清洗单元20的晶圆传输机械手24自晶圆中转机构25获取晶圆，并按照后处理工艺将晶圆在各个晶圆后处理装置中传输；

具体地，清洗单元20的晶圆传输机械手24夹持中转部25b的晶圆，并将其传输至晶圆后处理装置中。

步骤S4中，与风机过滤机组27连通的管路包括第一管路28a和第二管路28b。其中，第一管路28a对下侧的晶圆干燥模块进行抽吸，而第二管路28b为下侧的晶圆干燥模块供给洁净流体。具体地，经由风机过滤机组27处理的空气对应的洁净度提高，以朝向晶圆干燥模块供给颗粒物少的空气，避免空气的颗粒物对晶圆干燥效果的影响。

进一步地，清洗单元20配置的加压模块设置于第一管路28a上，以对下侧的晶圆干燥模块进行抽吸，提升干燥腔室内空气的循环效果。

优选地，第二管路28b的内径大于第一管路28a的内径，以在保证腔室气体正常循环的前提下，增加洁净空气的供应。

在一些实施例中，晶圆干燥模块的排风口设置于晶圆后处理装置的下部，排风口与晶圆干燥模块上部的风机过滤机组27组合，能够形成气流的良性循环，因此，可以将负责抽吸的第一管路28a处理关闭状态。在需要增强晶圆干燥模块内部的空气循环时，再启动第一管路28a对晶圆干燥腔室的抽吸动作。

作为本发明的另一个实施例，第一管路28a和第二管路28b也可以同时为下侧的晶圆干燥模块供给洁净空气，以控制晶圆干燥腔室内颗粒物的数量。

S5，前置机械手11将完成后处理的晶圆转移至前置单元10。

即前置机械手11将完成后处理的晶圆直接转移至前置单元10的前开式晶圆传送盒12中。

若清洗单元20中的一个晶圆后处理装置发生故障，则需要借助晶圆中转机构25将晶圆转移。例如，若第二清洗单元22发生故障，晶圆传输机械手24将未完成后处理的晶圆转移至晶圆中转机构25，晶圆中转机构25再将晶圆转移至第一清洗单元21继续执行晶圆后处理工艺。

具体地，第二清洗单元22中的晶圆由晶圆传输机械手24传递至晶圆中转机构25的中转部25b，载置晶圆的中转部25借助竖向模组25a移动第一清洗单元21的对应竖向位置，再由第一清洗单元21中的晶圆传输机械手24自中转部25b抓取晶圆。

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 (20)

1.一种化学机械抛光系统，其特征在于，包括：

前置单元；

抛光单元；

清洗单元，设置于前置单元与抛光单元之间；

其中，所述清洗单元包括第一清洗单元和第二清洗单元，其沿竖直方向层叠设置；所述第一清洗单元和第二清洗单元包括晶圆传输机械手和多个晶圆后处理装置，所述晶圆后处理装置围绕所述晶圆传输机械手设置。

2.如权利要求1所述的化学机械抛光系统，其特征在于，所述第一清洗单元与第二清洗单元之间设置有水平传输机构，所述水平传输机构设置于前置单元与抛光单元之间。

3.如权利要求2所述的化学机械抛光系统，其特征在于，还包括晶圆中转机构，其设置于清洗单元与抛光单元之间，其与抛光单元、清洗单元和水平传输机构交互晶圆。

4.如权利要求3所述的化学机械抛光系统，其特征在于，所述晶圆中转机构包括中转部，所述中转部能够沿竖直方向移动。

5.如权利要求1所述的化学机械抛光系统，其特征在于，所述第一清洗单元和第二清洗单元至少包括一个晶圆干燥模块，所述晶圆干燥模块水平邻接于前置单元设置。

6.如权利要求5所述的化学机械抛光系统，其特征在于，所述第一清洗单元的晶圆干燥模块与第二清洗单元的晶圆干燥模块交错设置。

7.如权利要求6所述的化学机械抛光系统，其特征在于，所述第一清洗单元及第二清洗单元的晶圆干燥模块共用一套风机过滤机组，所述风机过滤机组设置在上侧的晶圆干燥模块；所述风机过滤机组通过管路与下侧的晶圆干燥模块相连通，以为晶圆干燥模块提供洁净气流。

8.如权利要求7所述的化学机械抛光系统，其特征在于，所述管路的数量为一对，其内侧壁为光滑洁净面。

9.如权利要求7所述的化学机械抛光系统，其特征在于，所述管路上配置有加压模块，以增加管路对晶圆干燥模块的供给或抽吸能力。

10.如权利要求1所述的化学机械抛光系统，其特征在于，所述晶圆后处理装置沿所述清洗单元的长度及宽度方向排列设置。

11.如权利要求1所述的化学机械抛光系统，其特征在于，所述晶圆后处理装置采用模块化设置，并层叠设置于清洗单元中。

12.如权利要求1所述的化学机械抛光系统，其特征在于，所述晶圆后处理装置中的晶圆以水平方式设置，其包括晶圆刷洗模块、晶圆预清洗模块和晶圆干燥模块；其中，晶圆刷洗模块、晶圆预清洗模块和晶圆干燥模块的数量比为1:2:1。

13.如权利要求1所述的化学机械抛光系统，其特征在于，还包括缓存机构，其设置于清洗单元与抛光单元之间。

14.如权利要求12所述的化学机械抛光系统，其特征在于，所述第一清洗单元位于第二清洗单元的下方，所述第一清洗单元包括两件晶圆干燥模块，所述第二清洗单元包括两件晶圆刷洗模块和两件晶圆预清洗模块。

15.如权利要求14所述的化学机械抛光系统，其特征在于，所述第二清洗单元的晶圆预清洗模块位于第一清洗单元的晶圆干燥模块的上方。

16.一种化学机械抛光方法，其特征在于，使用权利要求1至15任一项所述的化学机械抛光系统，其包括以下步骤：

S1，前置单元的前置机械手将晶圆放置于水平传输机构，水平传输机构将晶圆朝向抛光单元传输；

S2，抛光单元实施晶圆抛光，晶圆中转机构获取完成抛光的晶圆；

S3，晶圆中转机构将晶圆传输至清洗单元的第一清洗单元或第二清洗单元；

S4，清洗单元的晶圆传输机械手自晶圆中转机构获取晶圆，并按照后处理工艺将晶圆在各个晶圆后处理装置中传输；

S5，前置机械手将完成后处理的晶圆转移至前置单元。

17.如权利要求16所述的化学机械抛光方法，其特征在于，若第一清洗单元或第二清洗单元发生故障，未完成后处理的晶圆通过晶圆传输机械手和晶圆中转机构转移至正常运行的清洗单元。

18.如权利要求16所述的化学机械抛光方法，其特征在于，步骤S4中，与风机过滤机组连通的管路包括第一管路和第二管路，所述第一管路对下侧的晶圆干燥模块进行抽吸，所述第二管路为下侧的晶圆干燥模块供给洁净流体。

19.如权利要求18所述的化学机械抛光方法，其特征在于，所述第一管路上设置有加压模块。

20.如权利要求18所述的化学机械抛光方法，其特征在于，所述第二管路的内径大于所述第一管路的内径。

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