CN116100462A - 一种晶圆连续化学抛光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶圆连续化学抛光装置，涉及半导体加工技术领域，其技术方案要点是：包括抛光台和至少一个抛光单元，所述抛光单元包括第一抛光板、第二抛光板、喷液器以及用于放置晶圆的装载台，装载台与抛光台转动连接；第一抛光板、第二抛光板和喷液器均通过机械臂装配在装载台上方；当装载台驱动晶圆旋转时，第一抛光板、第二抛光板和喷液器启动后对相应晶圆同时进行抛光和化学冲洗。本发明效降低了在抛光板上喷施不同抛光剂而导致软垫污染的几率，同时能够在一个单元时间内完成多个晶圆的全部工序，有效提高了生产效率；以及能够降低机械臂对晶圆的抓取时间，避免了机械臂对晶圆的摩擦损伤。

Description

一种晶圆连续化学抛光装置
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，更具体地说，它涉及一种晶圆连续化学抛光装置。
背景技术
近年来，半导体技术对粒子级别的要求越来越高，粒子引起的不良情况也越来越多。特别是在化学机械抛光(CMP)过程中，多晶金属抛光后晶片表面电荷增大，晶片表面出现疏水现象，使晶片表面的有机物、磨料、金属离子等强烈结合，抛光机中由于强力聚结而吸附的颗粒在清洗剂中不能完全清除。
为了改善颗粒产生的趋势，一般通过化学漂洗将抛光后具有疏水性的表面转化为亲水性的表面。通过将晶圆表面转化为亲水性，粒子可以通过现有的清洁工艺完全去除。如图1所示，CMP中最常用的模型LK由抛光台和多个同水平布置的抛光单元，其中，抛光单元均包括一个布置在下方的抛光压板、抓取晶圆的机械壁以及喷施抛光液的喷管组成，不同的抛光压板执行不同的抛光工艺操作，当前一个抛光压板2完成晶圆的相应处理后，驱动所有的机械臂同步转动，将晶圆放至下一个抛光压板进行下一工序处理，可以在一个单元时间内完成一个晶圆的全部加工工序。如图2所示，部分CMP中的抛光单元还采用在一个抛光压板上表面同时进行多个工艺，即一边打磨、一边进行化学漂洗。
然而，由于现有的抛光工艺部分需要逐步完成，导致其生产效率较低；且由于同一个抛光压板存在多种抛光液的喷施，在抛光压板上表面的抛光液清理不及时或不完全，则容易导致抛光压板上配置的软垫受到污染，将会对后续的操作带来严重影响。因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的晶圆连续化学抛光装置是我们目前急需解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种晶圆连续化学抛光装置。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种晶圆连续化学抛光装置，包括抛光台和至少一个抛光单元，所述抛光单元包括第一抛光板、第二抛光板、喷液器以及用于放置晶圆的装载台，装载台与抛光台转动连接；第一抛光板、第二抛光板和喷液器均通过机械臂装配在装载台上方；当装载台驱动晶圆旋转时，第一抛光板、第二抛光板和喷液器启动后对相应晶圆同时进行抛光和化学冲洗。
进一步的，所述喷液器位于第一抛光板、第二抛光板之间，喷液器配置有朝向第一抛光板设置的第一喷口以及朝向第二抛光板设置的第二喷口。
进一步的，所述抛光台设有容纳晶圆的过渡台，过渡台以及多个装载台之间沿抛光台圆周方向均匀分布。
进一步的，所述第一抛光板、第二抛光板的直径均小于晶圆的直径，且机械臂控制第一抛光板、第二抛光板在晶圆表面做弧形循环摆动。
进一步的，所述第一抛光板和第二抛光板的机械臂均分布在相应装载台的同一直径侧，且两个机械臂以交替错位方式驱动机械臂摆动。
进一步的，所述第一抛光板、第二抛光板保持与装载台旋转的相反方向自转。
进一步的，所述第一抛光板、第二抛光板沿装载台的旋转方向同向摆动时，第一抛光板、第二抛光板保持与装载台旋转的相反方向自转；所述第一抛光板、第二抛光板沿装载台的旋转方向反向摆动时，第一抛光板、第二抛光板保持与装载台旋转的相同方向自转。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提出的一种晶圆连续化学抛光装置，通过在每一个装载台装配不同工艺的第一抛光板、第二抛光板、喷液器，并将晶圆放置在位于下方的装载台进行转动抛光，即有效降低了在抛光板上喷施不同抛光剂而导致软垫污染的几率，同时能够在一个单元时间内完成多个晶圆的全部工序，有效提高了生产效率；以及能够降低机械臂对晶圆的抓取时间，避免了机械臂对晶圆的摩擦损伤；
2、本发明中机械臂以弧形循环摆动方式驱动相应抛光板在晶圆上相对移动，能够极大的缩小每个抛光板的大小，从而降低了整个抛光集成设备的占用空间，实现了结构小型化；
3、本发明通过控制第一抛光板、第二抛光板保持与装载台旋转的相反方向自转，能够有效提高单位时间内抛光板与晶圆表面的相对摩擦位移量，从而缩短整个抛光过程的周期；
4、本发明依据第一抛光板、第二抛光板相对于装载台的旋转方向的具体摆动情况，灵活调控第一抛光板、第二抛光板的自转方向，能够使得单位时间内抛光板与晶圆表面的相对摩擦位移量较为稳定，从而有效提升晶圆抛光的均匀度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是现有化学机械抛光中模型LK的结构示意图；
图2是现有抛光单元的结构示意图；
图3是本发明实施例中的整体结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1、抛光台；2、第一抛光板；3、喷液器；4、第二抛光板；5、装载台；6、过渡台；7、机械臂。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例：一种晶圆连续化学抛光装置，如图3所示，包括抛光台1和两个抛光单元。抛光单元包括第一抛光板2、第二抛光板4、喷液器3以及用于放置晶圆的装载台5，装载台5与抛光台1转动连接。第一抛光板2、第二抛光板4和喷液器3均通过机械臂7装配在装载台5上方；当装载台5驱动晶圆旋转时，第一抛光板2、第二抛光板4和喷液器3启动后对相应晶圆同时进行抛光和化学冲洗。
本发明提出的一种晶圆连续化学抛光装置，通过在每一个装载台5装配不同工艺的第一抛光板2、第二抛光板4以及喷液器3，并将晶圆放置在位于下方的装载台5进行转动抛光，即有效降低了在抛光板上喷施不同抛光剂而导致软垫污染的几率，同时能够在一个单元时间内完成多个晶圆的全部工序，有效提高了生产效率；以及能够降低机械臂7对晶圆的抓取时间，避免了机械臂7对晶圆的摩擦损伤。
需要说明的是，抛光单元的数量可根据需要进行增加或减少，且每个机械臂7驱动的圆点位于装载台5外。此外，抛光板的数量可根据抛光工艺进行增加。
喷液器3位于第一抛光板2、第二抛光板4之间，第一抛光板2、第二抛光板4在同一水平面内同步设置。喷液器3配置有朝向第一抛光板2设置的第一喷口以及朝向第二抛光板4设置的第二喷口，可有效降低不同抛光液之间的相互影响。
抛光台1设有容纳晶圆的过渡台6，过渡台6以及多个装载台5之间沿抛光台1圆周方向均匀分布。
第一抛光板2、第二抛光板4的直径均小于晶圆的直径，且机械臂7控制第一抛光板2、第二抛光板4在晶圆表面做弧形循环摆动。机械臂7以弧形循环摆动方式驱动相应抛光板在晶圆上相对移动，能够极大的缩小每个抛光板的大小，从而降低了整个抛光集成设备的占用空间，实现了结构小型化。需要说明的是，第一抛光板2、第二抛光板4摆动同装载台5转动相互配合，确保抛光板的抛光范围能够覆盖晶圆的上表面。
第一抛光板2和第二抛光板4的机械臂7均分布在相应装载台5的同一直径侧，且两个机械臂7以交替错位方式驱动机械臂7摆动，可有效提高摆动弧线的范围，可进一步降低抛光板的大小。
第一抛光板2、第二抛光板4保持与装载台5旋转的相反方向自转。通过控制第一抛光板2、第二抛光板4保持与装载台5旋转的相反方向自转，能够有效提高单位时间内抛光板与晶圆表面的相对摩擦位移量，从而缩短整个抛光过程的周期。
此外，作为另一种可选的实施方式，第一抛光板2、第二抛光板4沿装载台5的旋转方向同向摆动时，第一抛光板2、第二抛光板4保持与装载台5旋转的相反方向自转；第一抛光板2、第二抛光板4沿装载台5的旋转方向反向摆动时，第一抛光板2、第二抛光板4保持与装载台5旋转的相同方向自转。依据第一抛光板2、第二抛光板4相对于装载台5的旋转方向的具体摆动情况，灵活调控第一抛光板2、第二抛光板4的自转方向，能够使得单位时间内抛光板与晶圆表面的相对摩擦位移量较为稳定，从而有效提升晶圆抛光的均匀度。
工作原理：本发明通过在每一个装载台5装配不同工艺的第一抛光板2、第二抛光板4、喷液器3，并将晶圆放置在位于下方的装载台5进行转动抛光，即有效降低了在抛光板上喷施不同抛光剂而导致软垫污染的几率，同时能够在一个单元时间内完成多个晶圆的全部工序，有效提高了生产效率；以及能够降低机械臂7对晶圆的抓取时间，避免了机械臂7对晶圆的摩擦损伤。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种晶圆连续化学抛光装置，包括抛光台(1)和至少一个抛光单元，其特征是，所述抛光单元包括第一抛光板(2)、第二抛光板(4)、喷液器(3)以及用于放置晶圆的装载台(5)，装载台(5)与抛光台(1)转动连接；第一抛光板(2)、第二抛光板(4)和喷液器(3)均通过机械臂(7)装配在装载台(5)上方；当装载台(5)驱动晶圆旋转时，第一抛光板(2)、第二抛光板(4)和喷液器(3)启动后对相应晶圆同时进行抛光和化学冲洗。
2.根据权利要求1所述的一种晶圆连续化学抛光装置，其特征是，所述喷液器(3)位于第一抛光板(2)、第二抛光板(4)之间，喷液器(3)配置有朝向第一抛光板(2)设置的第一喷口以及朝向第二抛光板(4)设置的第二喷口。
3.根据权利要求1所述的一种晶圆连续化学抛光装置，其特征是，所述抛光台(1)设有容纳晶圆的过渡台(6)，过渡台(6)以及多个装载台(5)之间沿抛光台(1)圆周方向均匀分布。
4.根据权利要求1所述的一种晶圆连续化学抛光装置，其特征是，所述第一抛光板(2)、第二抛光板(4)的直径均小于晶圆的直径，且机械臂(7)控制第一抛光板(2)、第二抛光板(4)在晶圆表面做弧形循环摆动。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种晶圆连续化学抛光装置，其特征是，所述第一抛光板(2)和第二抛光板(4)的机械臂(7)均分布在相应装载台(5)的同一直径侧，且两个机械臂(7)以交替错位方式驱动机械臂(7)摆动。
6.根据权利要求4所述的一种晶圆连续化学抛光装置，其特征是，所述第一抛光板(2)、第二抛光板(4)保持与装载台(5)旋转的相反方向自转。
7.根据权利要求4所述的一种晶圆连续化学抛光装置，其特征是，所述第一抛光板(2)、第二抛光板(4)沿装载台(5)的旋转方向同向摆动时，第一抛光板(2)、第二抛光板(4)保持与装载台(5)旋转的相反方向自转；所述第一抛光板(2)、第二抛光板(4)沿装载台(5)的旋转方向反向摆动时，第一抛光板(2)、第二抛光板(4)保持与装载台(5)旋转的相同方向自转。
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