CN210435942U - 一种化学机械抛光平坦化晶圆传输设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种化学机械抛光平坦化晶圆传输设备，该化学机械抛光平坦化设备包括至少一套晶圆抛光传输机械手；所述晶圆抛光传输机械手包括：水平传动机构、垂直传动机构及晶圆抓取装置；在所述晶圆抓取装置水平直线运动方向上的活动范围内布置有抛光中转台、清洗中转台及抛光装载台。本实用新型所提供的化学机械抛光平坦化晶圆传输设备可以将晶圆在抛光中转台、抛光装载台及清洗中转台之间直接传输，由于无需中转，减少了晶圆的中转次数，缩短了晶圆传输时间，提高了传输效率，减少晶圆因传输产生损坏的概率。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体设备技术领域，具体涉及一种化学机械抛光平坦化晶圆传输设备。
背景技术
化学机械抛光平坦化设备通常包括半导体设备前端模块(EFEM)、清洗单元和抛光单元。EFEM主要包括存放晶圆的片盒、传片机械手和空气净化系统等；清洗单元主要包括数量不等的兆声波清洗部件、滚刷清洗部件、干燥部件和各部件之间传输晶圆的装置等；抛光单元主要包括抛光台、抛光头、抛光供液系统和抛光垫修整系统等。
通常在清洗单元和抛光单元之间装有可以传输湿晶圆的湿片传输机械手。晶圆在化学机械抛光平坦化设备中的典型路径如下,片盒中需要抛光的晶圆通过EFEM中的传片机械手放置于抛光中转台上，由湿片传输机械手将需要抛光的晶圆转移到抛光单元；晶圆在抛光单元加工完成后，再通过湿片传输机械手转移到清洗单元；晶圆完成清洗后，由EFEM内的传片机械手放回片盒中。
综上所述，一般的化学机械抛光平坦化过程中，晶圆在各个区域间的传输，晶圆从抛光中转台到抛光单元的各抛光装载台需要传片机械手和湿片传输机械手两个机械手一起完成，从晶圆传输效率的角度来说，还有需要改进的空间。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种化学机械抛光平坦化晶圆传输设备，用以负责将晶圆在抛光中转台、抛光装载台和清洗中转台之间整个过程的传输；即在整合传片机械手和湿片传输机械手的同时，还完成晶圆在各个抛光装载台之间的晶圆传输。
为达到上述目的，本实用新型提供了一种化学机械抛光平坦化晶圆传输设备，其包括至少一套晶圆抛光传输机械手；所述晶圆抛光传输机械手包括：水平传动机构、与所述水平传动机构连接的垂直传动机构及与所述垂直传动机构连接的晶圆抓取装置；所述垂直传动机构驱动所述晶圆抓取装置做上下垂直直线运动；所述水平传动机构驱动所述垂直传动机构做水平直线运动，进而带动所述晶圆抓取装置做水平直线运动；在所述晶圆抓取装置水平直线运动方向上的活动范围内布置有抛光中转台、清洗中转台及抛光装载台。
上述的化学机械抛光平坦化晶圆传输设备，其中，该设备包括平行对称设置的两套所述晶圆抛光传输机械手。
上述的化学机械抛光平坦化晶圆传输设备，其中，两套所述晶圆抛光传输机械手各自的晶圆抓取装置沿水平直线同时运动时分别位于高低不同的区域，以避免发生碰撞。
上述的化学机械抛光平坦化晶圆传输设备，其中，两套所述晶圆抛光传输机械手在工作状态时各自的垂直传动机构之间的水平距离大于晶圆的直径，以防止晶圆抓取装置相撞。
上述的化学机械抛光平坦化晶圆传输设备，其中，所述晶圆抛光传输机械手通过吊装设置在所述抛光中转台、清洗中转台及抛光装载台的上方。
上述的化学机械抛光平坦化晶圆传输设备，其中，所述抛光中转台、清洗中转台及抛光装载台沿直线依次布置；所述抛光中转台两侧设置有干燥单元；所述清洗中转台两侧设置有清洗单元；所述抛光装载台两侧设置有抛光单元。
上述的化学机械抛光平坦化晶圆传输设备，其中，所述水平传动机构包括水平导向装置、水平驱动装置和水平运动平台；所述水平驱动装置驱动所述水平运动平台沿水平导向装置做水平直线运动；所述水平运动平台与所述垂直传动机构连接。
上述的化学机械抛光平坦化晶圆传输设备，其中，所述垂直传动机构包括垂直驱动装置和与所述水平传动机构连接的垂直导向装置；所述垂直驱动装置驱动所述晶圆抓取装置沿垂直导向装置做上下垂直直线运动。
上述的化学机械抛光平坦化晶圆传输设备，其中，所述晶圆抓取装置包括卡爪和与所述垂直传动机构连接的推动爪；所述推动爪驱动所述卡爪水平移动，并与所述卡爪配合以取放晶圆。
相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型所提供的晶圆传输机械手可以将晶圆从抛光中转台直接传输到抛光装载台，由于无需中转，减少了晶圆的中转次数，缩短了晶圆传输时间，提高了传输效率，减少晶圆因传输产生损坏的概率。
本实用新型所提供的化学机械抛光平坦化设备可以对称地布置两套上述晶圆抛光传输机械手，机械手彼此独立工作，可根据抛光需求选择仅使用一套机械手或两套同时使用，可按抛光工作量选择机械手的使用量，使机械手配置和使用更灵活，提升整机生产能力和生产效率。
附图说明
图1为本实用新型晶圆抛光传输机械手一实施例的结构示意图；
图2为本实用新型化学机械抛光平坦化晶圆传输设备一实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过具体实施例对本实用新型作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本实用新型，并不是对本实用新型保护范围的限制。
如图1和图2所示，本实用新型提供了一种化学机械抛光平坦化晶圆传输设备，其包括至少一套晶圆抛光传输机械手310；该晶圆抛光传输机械手310包括：水平传动机构311、与所述水平传动机构311连接的垂直传动机构312及与所述垂直传动机构312连接的晶圆抓取装置313；所述垂直传动机构312驱动所述晶圆抓取装置313做上下垂直直线运动；所述水平传动机构311驱动所述垂直传动机构312做水平直线运动，进而带动所述晶圆抓取装置313做水平直线运动；同时在所述晶圆抛光传输机械手310的晶圆抓取装置313水平直线运动方向上所覆盖的活动范围内布置有抛光中转台101、清洗中转台102及抛光装载台220。晶圆抛光传输机械手310的晶圆抓取装置313可以到达沿直线布置的上述抛光中转台101、清洗中转台102及抛光装载台220的各个位置。
通过上述设置，即可实现晶圆401在抛光中转台101、抛光装载台220和清洗中转台102之间，以及在抛光单元210各个抛光装载台220之间整个过程的传输；因而在整合传片机械手和湿片传输机械手的同时，还完成晶圆401在各个抛光装载台220之间的晶圆401传输。因为可以将晶圆401从抛光中转台101直接传输到抛光装载台220，由于无需中转，减少了晶圆401的中转次数，缩短了晶圆401传输时间，提高了传输效率，减少晶圆401因传输产生损坏的概率。
在上述实施例的基础上，上述抛光中转台101、清洗中转台102及抛光装载台220可以沿直线按次序依次布置，当然也可以根据实际生产需求具体布置，以提高传输效率为目的。作为化学机械抛光平坦化设备的具体布局的一实施例中，所述抛光中转台101两侧可以设置有干燥单元501；所述清洗中转台102两侧可以设置有至少一个清洗单元。清洗单元可为大于等于一个，可根据实际清洗需求配置；例如在如图2所示的实施例中，清洗中转台102两侧可以分别设置为包含：第一清洗单元504，第二清洗单元503及第三清洗单元502。所述抛光装载台220两侧设置有抛光单元210；抛光装载台220可以根据生产情况选择合适的数量。为了实现更简单更方便的布置，所述晶圆抛光传输机械手310可以通过吊装或其他类似方式设置在所述抛光中转台101、清洗中转台102及抛光装载台220的上方。
为了提升整机生产能力和生产效率，该设备可以包括平行对称设置的两套所述晶圆抛光传输机械手310，以同时实现晶圆401的传输和取放。两套晶圆抛光传输机械手310可以独立工作，互不影响。在水平直线运动过程中，晶圆抓取装置313的定位位置可以设置成高低两个区域；当其位于低区域的位置时应设置成高于抛光单元210中的抛光头等可能存在的障碍物，以避免发生碰撞。两套所述晶圆抛光传输机械手310各自的晶圆抓取装置313沿水平直线同时运动时分别选择位于高低不同的区域，以避免晶圆抓取装置313之间发生碰撞，且两者任一都可选择位于高区域或低区域，具体可根据实际需要进行设置。此外为防止晶圆抓取装置313相撞，两套所述晶圆抛光传输机械手310在工作状态时各自的垂直传动机构312之间的距离大于晶圆401的直径。
本实用新型中的晶圆抛光传输机械手310可以通过晶圆抓取装置313实现晶圆401的取放，并可以通过水平传动机构311和垂直传动机构312的配合实现晶圆401在水平直线方向上各个位置的传输。通过水平传动机构311和垂直传动机构312的具体尺寸设计，可以根据实际情况改变晶圆抓取装置313升降及水平直线运动的活动范围。
本实用新型中的水平传动机构311和垂直传动机构312一般由水平/垂直导向装置/机构加水平/垂直驱动装置组成。水平/垂直导向装置可以是直线滚动导轨、直线滑动导轨、直线滚动轴承等形式；水平/垂直驱动装置可以采用直线电机、滚珠丝杠、同步齿形带、钢带等方式。本实用新型的创新之处在于上述晶圆抛光传输机械手310的结构和位置关系所对传统晶圆401传输方式的改进。至于水平传动机构311和垂直传动机构312的具体结构可以采用现有技术实现，只要实现晶圆抓取装置313能够做水平直线运动和上下垂直直线运动即可。具体地，可以是上述导向机构和驱动装置的具体实施方式的任意组合，皆能够达到本实用新型所实现的上述有益技术效果。
在一个更为具体的实施例中，所述水平传动机构311包括水平导向装置3111、水平驱动装置3112和水平运动平台3113；所述水平驱动装置3112驱动所述水平运动平台3113沿水平导向装置3111做水平直线运动。所述垂直传动机构312包括垂直驱动装置3122和与所述水平运动平台3113连接的垂直导向装置3121；所述垂直驱动装置3122驱动所述晶圆抓取装置313沿垂直导向装置3121做上下垂直直线运动。所述晶圆抓取装置313包括卡爪3131和与所述垂直驱动装置3122连接的推动爪3132；所述推动爪3132驱动所述卡爪3131水平移动，并与所述卡爪3131配合以取放晶圆401。
本实用新型所提供的化学机械抛光平坦化设备的创新之处在于使用了本实用新型所提供的晶圆抛光传输机械手310，并在晶圆抓取装置313水平直线运动方向上的活动范围内布置有抛光中转台101、清洗中转台102及抛光装载台220。在整合传片机械手和湿片传输机械手的同时，还完成晶圆401在各个抛光装载台220之间的晶圆401传输。可根据抛光需求选择仅使用一套机械手或更多套同时使用，可按抛光工作量选择机械手的使用量，使机械手配置和使用更灵活，提升整机生产能力和生产效率。
上述化学机械抛光平坦化晶圆传输设备在晶圆401实际加工过程的具体使用方法包含如下步骤：
S0：将待加工的晶圆401首先被放置在抛光中转台101上；
S1：水平传动机构311带动晶圆抓取装置313移动到抛光中转台101上方，晶圆抓取装置313沿着垂直传动机构312下降到抛光中转台101位置，抓取晶圆401；
S2：晶圆抓取装置313携带晶圆401沿着垂直传动机构312上升到一定高度，再由水平传动机构311沿水平直线方向带动到某个抛光装载台220位置上方；
S3：晶圆抓取装置313携带晶圆401沿着垂直传动机构312下降到相应抛光装载台220位置，释放晶圆401；这时，晶圆抛光传输机械手310可以再搬运其他晶圆401；
S4：抛光装载台220上的晶圆401在抛光单元210上完成抛光加工后，被重新放回抛光装载台220上；
S5：晶圆抓取装置313由水平传动机构311带动到该抛光装载台220上方，晶圆抓取装置313沿着垂直传动机构312下降到抛光装载台220位置，抓取晶圆401；
S6：晶圆抓取装置313携带晶圆401沿着垂直传动机构312上升到一定高度，由水平传动机构311带动到清洗中转台102上方，晶圆抓取装置313沿着垂直传动机构312下降到清洗中转台102位置，释放晶圆401；
S7：晶圆401通过清洗中转台102转移到抛光后清洗流程，分别通过第一清洗单元504，第二清洗单元503，第三清洗单元502和干燥单元501，完成抛光后清洗过程。在S5步骤后，晶圆抓取装置313也可以携带晶圆401沿着垂直传动机构312上升到一定高度，由水平传动机构311带动到其它抛光装载台220上方，以相同的方式释放晶圆401，完成再一次抛光加工。
此外，包含多套晶圆抛光传输机械手310的化学机械抛光平坦化设备的使用方法和步骤与上述相同。
综上所述，本实用新型所提供的晶圆传输机械手可以将晶圆从抛光中转台直接传输到抛光装载台，由于无需中转，减少了晶圆的中转次数，缩短了晶圆传输时间，提高了传输效率，减少晶圆因传输产生损坏的概率。
本实用新型所提供的化学机械抛光平坦化晶圆传输设备可以对称地布置两套上述晶圆抛光传输机械手，机械手彼此独立工作，可根据抛光需求选择仅使用一套机械手或两套同时使用，可按抛光工作量选择机械手的使用量，使机械手配置和使用更灵活，提升整机生产能力和生产效率。
尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (9)
1.一种化学机械抛光平坦化晶圆传输设备，其特征在于，包括至少一套晶圆抛光传输机械手；所述晶圆抛光传输机械手包括：水平传动机构、与所述水平传动机构连接的垂直传动机构及与所述垂直传动机构连接的晶圆抓取装置；所述垂直传动机构驱动所述晶圆抓取装置做上下垂直直线运动；所述水平传动机构驱动所述垂直传动机构做水平直线运动，进而带动所述晶圆抓取装置做水平直线运动；在所述晶圆抓取装置水平直线运动方向上的活动范围内布置有抛光中转台、清洗中转台及抛光装载台。
2.如权利要求1所述的化学机械抛光平坦化晶圆传输设备，其特征在于，该设备包括平行对称设置的两套所述晶圆抛光传输机械手。
3.如权利要求2所述的化学机械抛光平坦化晶圆传输设备，其特征在于，两套所述晶圆抛光传输机械手各自的晶圆抓取装置沿水平直线同时运动时分别位于高低不同的区域，以避免发生碰撞。
4.如权利要求3所述的化学机械抛光平坦化晶圆传输设备，其特征在于，两套所述晶圆抛光传输机械手在工作状态时各自的垂直传动机构之间的水平距离大于晶圆的直径，以防止晶圆抓取装置相撞。
5.如权利要求1所述的化学机械抛光平坦化晶圆传输设备，其特征在于，所述晶圆抛光传输机械手通过吊装设置在所述抛光中转台、清洗中转台及抛光装载台的上方。
6.如权利要求1所述的化学机械抛光平坦化晶圆传输设备，其特征在于，所述抛光中转台、清洗中转台及抛光装载台沿直线依次布置；所述抛光中转台两侧设置有干燥单元；所述清洗中转台两侧设置有清洗单元；所述抛光装载台两侧设置有抛光单元。
7.如权利要求1所述的化学机械抛光平坦化晶圆传输设备，其特征在于，所述水平传动机构包括水平导向装置、水平驱动装置和水平运动平台；所述水平驱动装置驱动所述水平运动平台沿水平导向装置做水平直线运动；所述水平运动平台与所述垂直传动机构连接。
8.如权利要求1所述的化学机械抛光平坦化晶圆传输设备，其特征在于，所述垂直传动机构包括垂直驱动装置和与所述水平传动机构连接的垂直导向装置；所述垂直驱动装置驱动所述晶圆抓取装置沿垂直导向装置做上下垂直直线运动。
9.如权利要求1所述的化学机械抛光平坦化晶圆传输设备，其特征在于，所述晶圆抓取装置包括卡爪和与所述垂直传动机构连接的推动爪；所述推动爪驱动所述卡爪水平移动，并与所述卡爪配合以取放晶圆。
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