CN218226091U - 一种化学机械平坦化设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种化学机械平坦化设备，包括沿第一方向依次布设的供料单元、复合单元和抛光单元，复合单元包括沿第二方向布设的清洗单元和传输区域，该传输区域内设有至少两个传输机构，其相互配合以将晶圆在供料单元和抛光单元之间、抛光单元和清洗单元之间传输。本实用新型传输区域较大，可以灵活设置传输机构和缓存单元；化学机械平坦化设备的整个横向宽度较小，整体布局更加紧凑；传输区域内传输机构的配合，使得供料单元、清洗单元和抛光单元之间的晶圆传递更加便捷，传递路径缩短；便于清洗单元的后期维护。

Description

一种化学机械平坦化设备

技术领域

本实用新型属于半导体集成电路芯片制造领域，尤其是涉及一种化学机械平坦化设备。

背景技术

化学机械平坦化设备通常包括多个抛光单元以及清洗、晶圆运输、干燥等辅助装置。晶圆实际加工过程中发现，抛光单元与清洗、晶圆运输等模块的空间布置对于化学机械平坦化设备整体的抛光产出(throughput)有极大的影响。

现有的布局通常是清洗单元横向布置，且在前端供料单元一侧设置四个进出台，导致设备整体横向空间占地面积大，整体布局不够紧凑。而且清洗单元的日常维护、更换耗材等难度高。另外前端机械手需要将晶圆翻转至竖直状态后通过清洗模块的两个清洗槽之间的缝隙，当传输机械手取晶圆时，又需要翻转成水平状态，取放过程相对比较繁琐。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种空间布局紧凑，晶圆传输方便的化学机械平坦化设备。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种化学机械平坦化设备，包括沿第一方向依次布设的供料单元、复合单元和抛光单元，所述复合单元包括沿第二方向布设的清洗单元和传输区域，该传输区域内设有至少两个传输机构，其相互配合以将晶圆在供料单元和抛光单元之间、抛光单元和清洗单元之间传输。

本实用新型中晶圆从供料单元进入传输区域时，无需经过清洗单元，无需空间避让以进行晶圆的翻转，结构简单，有利于选型及运转空间；整体结构紧凑平整，有利于缩减化学机械平坦化设备在净化间的占用面积，特别是宽度上的排布属于净化间内重点关键的空间尺寸，更小的化学机械平坦化设备占地面积，有利于缩减净化间的日常环境损耗。

进一步的，所述第二方向与第一方向垂直。当供料单元、清洗单元和抛光单元沿竖直方向布设时，传输区域设置在清洗单元的水平侧方，充分利用清洗单元侧方的位置区域。

进一步的，所述传输机构为载片台或传输机械手；所述载片台可沿第一方向移动，或者位置相对固定；所述传输机械手可单独工作，或设置在载片台上与其组合工作。载片台的设置可以减少传输机械手的有效手臂长度，载片台和传输机械手配合的传输效率更高，移动路径缩短。

进一步的，所述传输机械手靠近抛光单元设置。

进一步的，所述载片台具有用于水平承载晶圆的台面；所述传输机械手具有用于水平传输晶圆的第一工作位，用于将晶圆自水平翻转至竖直状态的第二工作位，及用于将晶圆翻面的第三工作位。传输机械手从载片台获取晶圆时，处于第一工作位，当其将完成抛光的晶圆传递至清洗单元时，处于第二工作位，当晶圆从供料单元传输至抛光单元时，处于第三工作位，可以适应不同工位间晶圆的不同传输状态。

进一步的，所述抛光单元包括抛光台和装载台，所述传输机械手靠近装载台设置，且传输机械手包括至少两个活动臂。传输机械手的位置设置可以更好地衔接载片台、抛光单元和清洗单元之间的晶圆传递路径；两个及以上数量的活动臂配合可以增加传输机械手的传输范围和传输灵活度。

进一步的，所述传输区域内可移动地设有缓存单元，其可与传输机械手配合，用于缓存抛光单元内或清洗单元内的晶圆。当清洗单元或抛光单元发生故障时，或者清洗单元工作繁忙时，缓存单元的布置空间选择性强，其可以根据需要用于存放清洗完毕的晶圆或待抛光的晶圆或待清洗的晶圆。

进一步的，还包括干燥单元，其沿第一方向设于供料单元和清洗单元之间。

进一步的，所述清洗单元包括沿第一方向延伸的平移轨道，该平移轨道位于传输区域所在一侧，且平移轨道上设有清洗机械手。平移轨道靠近传输区域设置，而传输区域处于一个相对开放的状态，方便操作人员在传输区域对清洗单元进行日常维护，且不会受到平移轨道的影响。

进一步的，所述供料单元包括多个沿第二方向间隔布设的进出台，及前端机械手，该前端机械手用于将进出台上的晶圆传递至传输机构。

进一步的，所述前端机械手以水平的状态将晶圆传递至载片台。前端机械手无需对晶圆进行翻转动作，传递方式简单。

进一步的，所述清洗单元包括过渡单元，其设于靠近抛光单元的第一排位，或者，设于自抛光单元所在一侧的第二排位。当过渡单元位于第一排位时，便于传输机械手正对过渡单元；当过渡单元位于第二排位时，传输机械手的远端活动臂可以偏置作业以完成将晶圆传输至过渡单元的作业，布局更加灵活。

进一步的，所述供料单元的宽度、复合单元的宽度、抛光单元的宽度趋于一致。有效提高化学机械平坦化设备宽度方向的利用率。

本实用新型的有益效果是：1)传输区域较大，可以灵活设置传输机构和缓存单元；2)化学机械平坦化设备的整个横向宽度较小，整体布局更加紧凑；3)传输区域内传输机构的配合，使得供料单元、清洗单元和抛光单元之间的晶圆传递更加便捷，传递路径缩短；4)便于清洗单元的后期维护；5)缓存单元的设置给晶圆的暂时存放提供了灵活的空间。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的布局俯视图，此时载片台远离供料单元，传输机械手靠近载片台。

图2为本实用新型实施例一的布局俯视图，此时载片台远离供料单元，传输机械手靠近装载台。

图3为本实用新型实施例一的布局俯视图，此时载片台靠近供料单元，传输机械手靠近清洗单元。

图4为本实用新型实施例二的布局俯视图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

实施例一

如图1-图3所示，一种化学机械平坦化设备，包括沿第一方向依次布设的供料单元1、复合单元2清洗单元20和抛光单元3，复合单元2包括沿第二方向布设的清洗单元20和传输区域4，换句话说，清洗单元20和传输区域4并排横放。且供料单元1的宽度、复合单元2的宽度、抛光单元3的宽度趋于一致，即供料单元1的宽度、清洗单元20和传输区域4的整体宽度、抛光单元3的宽度三者趋于一致。

在本实施例中，第一方向为箭头所指的X方向，第二方向为箭头所指的Y方向，第一方向和第二方向相垂直。当然在其他实施例中，第一方向也可以是朝上，第二方向也可以是朝左，或者两者方向互换，只要能保证第一方向和第二方向垂直即可。当然在其他实施例中，第一方向和第二方向也可以呈夹角设置，具体不作限制。

在传输区域4内设置有至少两个传输机构，传输机构之间相互配合从而将晶圆5在供料单元1和抛光单元3之间传输，或者，将晶圆5在抛光单元3和清洗单元20之间传输。

在本实施例中，其中一个传输机构为可以沿着第一方向移动的载片台61，，另一个传输机构为靠近抛光单元3设置的传输机械手62，载片台61可以沿着第一方向平移，也可以是倾斜移动，但是整体上是朝着第一方向移动。

载片台61用于水平传输晶圆5，因此在载片台61上具有用于水平承载晶圆5的台面611。传输机械手62不仅可以水平传输晶圆，也可以竖直传输晶圆，因此，传输机械手62具有用于水平传输晶圆5的第一工作位，及用于将晶圆5从水平翻转至竖直状态的第二工作位。当传输机械手62将晶圆5从载片台61取出并转移至抛光单元3时，其处于第一工作位；当传输机械手62将晶圆5从抛光单元3取出并转移至清洗单元20时，其处于第二工作位，将晶圆5从水平状态翻转至竖直状态。当然，传输机械手62还具有第三工作位，当传输机械手62将载片台61上的晶圆5传输至抛光单元3时，需要将抛光面朝上的水平状态的晶圆5翻转至抛光面朝下的水平状态。传输机械手62上述功能的实现为现有技术，不再赘述，其包括用于夹持晶圆的夹爪621和至少两个活动臂622，因此其传输区域较广。

抛光单元3包括抛光台31和装载台32，具体是三个抛光台31和一个装载台32呈十字交叉布设，且装载台32的至少部分对应传输区域4，而传输机械手62就靠近装载台32设置，换句话说，传输机械手62设置在传输区域4靠近抛光单元3的端部区域。

清洗单元20包括沿着第一方向延伸的平移轨道21，该平移轨道21位于传输区域4所在一侧，且平移轨道21上设置有清洗机械手211，其用于竖直或水平取放晶圆，该清洗机械手211可以沿着平移轨道21移动，实现晶圆在清洗单元20的不同清洗槽内的传输，清洗机械手211的功能为现有技术可以实现，不再赘述。由于传输区域4处于一个开放的状态，因此当需要日常维护或更换时，工作人员可以在传输区域4内对平移轨道21进行操作，降低了维护的难度。

在传输区域4内还设有缓存单元7，其可以在传输区域4内移动，从而缓存单元7可以与传输机械手62配合，当抛光单元3出现故障时，用于缓存抛光单元3内的晶圆，或者，当清洗单元20出现故障时，用于缓存清洗单元20内的晶圆，或者，当清洗单元20工作繁忙时，用于缓存清洗单元20内的晶圆，又或者，当供料单元1出现故障时，用于缓存供料单元1内的晶圆。缓存单元7可根据需要竖直或水平存放晶圆，数量可以为1个及以上。

清洗单元20包括兆声清洗、超声清洗等不同的清洗步骤，还包括过渡单元22，由于传输机械手62的传输范围较广，因此过渡单元22可以设置在靠近抛光单元3的第一排位A，如图2所示，也可以设置在从抛光单元3所在一侧开始的第二排位B，如图1所示。

在第一方向上，位于供料单元1和清洗单元20之间，还设置有干燥单元8，晶圆从清洗单元20出来后，以水平状态或竖直状态在干燥单元8内进行干燥。

供料单元1包括多个沿着第二方向间隔布设的进出台11，及前端机械手12，该前端机械手12用于将进出台11上的晶圆传递至传输机构，在本实施例中，具体是将进出台11的晶圆传递至载片台61，而且是以水平的状态进行传递，以适配载片台61的水平台面611。

本实用新型仅清洗单元20需要晶圆5处于竖直状态，仅传输机械手62与清洗单元20对接时完成翻转过渡的作业，前端机械手12无需翻转。

本实用新型的工作过程是，待加工晶圆放置在进出台11，此时抛光面朝上，前端机械手12将进出台11上的晶圆5以水平状态传递至载片台61，此时载片台61提前移动至靠近前端机械手12的工位就位；载片台61沿第一方向移动靠近传输机械手62，传输机械手62将载片台61上的晶圆5翻转180°后，以水平的状态转移至装载台32，此时抛光面朝下，抛光台31从装载台32上获取晶圆5进行抛光，完成抛光后将晶圆转移至装载台32，传输机械手62将晶圆5从装载台32移走并将其翻转90°至竖直状态，清洗机械手211获取竖直状态的晶圆后将其在清洗单元20内进行清洗工艺，完成清洗后进入干燥单元8，在干燥单元8内可以将晶圆翻转至抛光面朝上，最后前端机械手12传送洁净的晶圆至进出台11。

实施例二

如图4所示，在本实施例中，其中一个传输机构为位置相对固定的第一载片台611，另一个传输机构为位置相对固定的第二载片台612和传输机械手62的组合，此时第二载片台612和抛光单元3的距离可以稍微增加，传输机械手62设置在第二载片台612上，传输机械手62可以将晶圆5在装载台32和第一载片台611之间转移，具体实现方式参照实施例一及现有技术，不再赘述。

第一载片台611的数量不作限制，可以为一个或两个及以上。

其他结构与实施例一相同，不再赘述。

实施例三

在本实施例中，其中一个传输机构为可以沿着第一方向移动的载片台61，另一个传输机构为设置在载片台61上的传输机械手62，载片台61移动靠近抛光单元3或前端机械手12，通过传输机械手62实现晶圆5的传输，具体实现方式为现有技术，不再赘述。

其他结构与实施例一相同，不再赘述。

实施例四

在本实施例中，其中一个传输机构为靠近抛光单元3设置的传输机械手62，另一个传输机构为可以沿着第一方向传输晶圆5的传送带，或者在传送带上放置载片台61。

其他结构与实施例一相同，不再赘述。

实施例五

在本实施例中，其中一个传输机构为位置相对固定的第二载片台612和传输机械手62的组合，另一个传输机构为可以沿着第一方向传输晶圆5的传送带，并在传送带上放置载片台61。当然，上述的传送带也可以替换成现有技术中的任意传输导轨结构，只要可以驱动载片台61移动。

其他结构与实施例一相同，不再赘述。

上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (13)

1.一种化学机械平坦化设备，其特征在于：包括沿第一方向依次布设的供料单元(1)、复合单元(2)和抛光单元(3)，所述复合单元(2)包括沿第二方向布设的清洗单元(20)和传输区域(4)，该传输区域(4)内设有至少两个传输机构，其相互配合以将晶圆(5)在供料单元(1)和抛光单元(3)之间、抛光单元(3)和清洗单元(20)之间传输。

2.根据权利要求1所述的化学机械平坦化设备，其特征在于：所述第二方向与第一方向垂直。

3.根据权利要求1所述的化学机械平坦化设备，其特征在于：所述传输机构为载片台(61)或传输机械手(62)；所述载片台(61)可沿第一方向移动，或者位置相对固定；所述传输机械手(62)可单独工作，或设置在载片台(61)上与其组合工作。

4.根据权利要求3所述的化学机械平坦化设备，其特征在于：所述传输机械手(62)靠近抛光单元(3)设置。

5.根据权利要求3所述的化学机械平坦化设备，其特征在于：所述载片台(61)具有用于水平承载晶圆(5)的台面(611)；所述传输机械手(62)具有用于水平传输晶圆(5)的第一工作位，用于将晶圆(5)自水平翻转至竖直状态的第二工作位，及用于将晶圆(5)翻面的第三工作位。

6.根据权利要求3所述的化学机械平坦化设备，其特征在于：所述抛光单元(3)包括抛光台(31)和装载台(32)，所述传输机械手(62)靠近装载台(32)设置，且传输机械手(62)包括至少两个活动臂(622)。

7.根据权利要求3所述的化学机械平坦化设备，其特征在于：所述传输区域(4)内可移动地设有缓存单元(7)，其可与传输机械手(62)配合，用于缓存抛光单元(3)内或清洗单元(20)内的晶圆。

8.根据权利要求1所述的化学机械平坦化设备，其特征在于：还包括干燥单元(8)，其沿第一方向设于供料单元(1)和清洗单元(20)之间。

9.根据权利要求1所述的化学机械平坦化设备，其特征在于：所述清洗单元(20)包括沿第一方向延伸的平移轨道(21)，该平移轨道(21)位于传输区域(4)所在一侧，且平移轨道(21)上设有清洗机械手(211)。

10.根据权利要求5所述的化学机械平坦化设备，其特征在于：所述供料单元(1)包括多个沿第二方向间隔布设的进出台(11)，及前端机械手(12)，该前端机械手(12)用于将进出台(11)上的晶圆传递至传输机构。

11.根据权利要求10所述的化学机械平坦化设备，其特征在于：所述前端机械手(12)以水平的状态将晶圆传递至载片台(61)。

12.根据权利要求3所述的化学机械平坦化设备，其特征在于：所述清洗单元(20)包括过渡单元(22)，其设于靠近抛光单元(3)的第一排位，或者，设于自抛光单元(3)所在一侧的第二排位。

13.根据权利要求1所述的化学机械平坦化设备，其特征在于：所述供料单元(1)的宽度、复合单元(2)的宽度、抛光单元(3)的宽度趋于一致。

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