TWI731281B - 包含可移動裝卸模組的研磨裝卸構件模組及其晶圓傳輸方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種包含可移動裝卸模組的研磨裝卸構件模組，包含一個裝卸模組和兩個研磨模組，裝卸模組居中，兩個研磨模組位於其兩側，所述裝卸模組在與裝卸模組和兩個研磨模組排列方向相垂直的方向上有兩個裝卸位置，分別對應所述兩個研磨模組，裝卸模組可在兩個裝卸位置之間來回移動。裝卸模組包含直線運動模組、裝卸台模組、裝卸台固定塊，所述直線運動模組固定在固定架上，裝卸台固定塊固定在直線運動模組的滑動塊上，直線運動模組可以使裝卸台模組在兩個裝卸位置即第一裝卸位置和第二裝卸位置之間來回移動。本發明藉由裝卸台模組的移動，省卻了研磨頭轉回對應研磨墊上方後再轉回來清洗，可以節省傳輸時間，顯著提高了效率。

Description

包含可移動裝卸模組的研磨裝卸構件模組及其晶圓傳輸方法
本發明屬於磨削或研磨裝置技術領域，具體涉及一種半導體積體電路晶片製造過程中使用的化學機械研磨設備的研磨裝卸構件模組。
積體電路在各行各業中發揮著越來越非常重要的作用，是現代訊息社會的基石。隨著半導體行業的飛速發展，積體電路特徵尺寸不斷趨於微細化，因此半導體薄膜表面的高平坦化對元件的高性能、低成本、高成品率有著重要的影響。
化學機械研磨(Chemical Mechanical Planarization,CMP)設備是積體電路製造領域的七大關鍵設備之一。其原理是利用研磨液化學蝕刻和研磨墊機械摩擦的綜合平衡作用，對晶圓表面材料進行精細去除。在積體電路製造中，CMP首先被用於晶片製造前端製程的平坦化、元件隔離、元件構造，其次在晶片製造後端製程的金屬連接也需使用。同時，CMP在積體電路3D封裝TSV製程中也是關鍵的製程手段。正是因為具有相對多樣且關鍵的應用，CMP已經成為積體電路製造中的標準製程和核心裝備。
目前，化學機械研磨技術已經發展成集線上量測、線上終點檢測、清洗等技術於一體的化學機械研磨技術是積體電路向微細化、多層化、薄型化、平坦化製程發展的產物。同時也是晶圓由200mm向300mm乃至更大直徑過渡、提高生產率、降低製造成本、基板全域平坦化所必需的製程技術。
一個典型的化學機械研磨設備通常包括複數個研磨單元以及清洗、晶圓運輸、乾燥等輔助裝置。研磨單元通常包括工作台、研磨盤、研磨頭、研磨臂、修整器、研磨液臂等，研磨盤、研磨頭、研磨臂、修整器、研磨液臂按照製程加工位置佈置在工作台上。實際的晶圓加工過程中發現，研磨單元與清洗、晶圓運輸等模組的空間佈置對於化學機械研磨設備整體的研磨產出有極大的影響。晶圓在研磨單元與外部以及在研磨單元之間的傳輸通常依靠裝卸台或起類似作用的裝置來實現。關於裝卸台與研磨單元的空間佈局，有的採用裝卸台與三個研磨單元為正方形佈局的形式。由於一個裝卸台需要給三個研磨單元提供裝卸服務，因此這種技術佈局的缺點是製程過程複雜。另有採用將四個研磨單元並排排列，晶圓傳輸由位於研磨設備端部的裝卸區和沿研磨單元排列方向設置的兩個線性運輸機構完成，線性運輸機構的另一側為清洗區。上述每一個線性運輸機構為兩個研磨單元提供服務，並為每個研磨單元設置兩個傳輸位置，研磨單元的研磨頭可以從其中一個傳輸位置裝卸晶圓。但這種佈局的缺點是每個研磨單元雖然設置兩個傳輸位置，但研磨過程中研磨單元只從其中一個直接裝卸晶圓，因此從晶圓傳輸效率的角度分析還有需要改進的餘地。
本發明目的在於針對習知化學機械研磨設備中存在的晶圓傳輸效率低、傳輸機構結構複雜的問題提出一種化學機械研磨設備用的一種包含可移動裝卸模組的研磨裝卸構件模組，藉由將裝卸部分和研磨部分進行模組化，可以簡化設備結構，提高設備的製造效率，縮小設備的占地空間。
為實現上述目的，本發明採用的技術手段為一種包含可移動裝卸模組的研磨裝卸構件模組，包含一個裝卸模組和兩個研磨模組，裝卸模組居中， 兩個研磨模組位於其兩側，所述裝卸模組在與裝卸模組和兩個研磨模組排列方向相垂直的方向上有兩個裝卸位置，分別對應所述兩個研磨模組，裝卸模組可在兩個裝卸位置之間來回移動。
上述研磨模組包含固定平台，研磨墊，研磨頭，研磨轉軸，研磨墊位於固定平台上，研磨轉軸可帶動研磨頭旋轉至裝卸位置。
上述裝卸模組包含固定架、水槽、直線運動模組、裝卸台模組、裝卸台固定塊、隔離罩，所述水槽和直線運動模組固定在固定架上，裝卸台固定塊固定在直線運動模組的滑動塊上，裝卸台模組固定在裝卸台固定塊上，並且裝卸台固定塊下部固定有隔離罩使裝卸台下部與液體隔離，直線運動模組可以使裝卸台模組在兩個裝卸位置即第一裝卸位置和第二裝卸位置之間來回移動。
裝卸模組的兩個裝卸位置上分別設置有第一噴嘴模組和第二噴嘴模組，第一噴嘴模組和第二噴嘴模組都固定在固定台上。
第一噴嘴模組和第二噴嘴模組分別設置在第一裝卸位置和第二裝卸位置的邊緣。
裝卸台模組可在垂直方向上上升和下降，與研磨頭完成晶圓移轉。
本發明還進一步提出一種利用上述研磨裝卸構件模組進行晶圓傳輸的方法，具體包含以下步驟：S1：裝卸台模組停止在第一裝卸位置，等待該位置對應的攜帶已完成第一階段研磨的晶圓的第一研磨頭；S2：第一研磨頭轉移到第一裝卸位置後，裝卸台模組上升接取晶圓，並直接移動到第二裝卸位置； S3：第一研磨頭在第一裝卸位置上部進行清洗，移動到第二裝卸位置的裝卸台模組的晶圓被第二研磨頭吸取，開始第二階段的研磨，第二研磨頭轉移到第二研磨墊上後，機械手裝載上新的待研磨晶圓；S4：當第一裝卸位置對應的第一研磨頭清洗完成時，在第二裝卸位置上的裝卸台模組移動至第一裝卸位置的第一研磨頭下方，隨後裝卸台模組上升，第一裝卸位置對應的第一研磨頭完成對待研磨晶圓吸附並轉移至研磨區域研磨；S5：第一裝卸位置的裝卸台模組移動至第二裝卸位置，與此同時第二裝卸位置對應的第二研磨頭運動轉移到第二裝卸位置上部，裝卸台模組上升，吸取已完成第二階段研磨的晶圓，吸取完畢後，裝卸台模組由第二裝卸位置移動至第一裝卸位置；S6：第二裝卸位置對應的第二研磨頭在第二裝卸位置上部進行清洗，與此同時，機械手將在第一裝卸位置上的裝卸台模組上的已完成第二階段研磨的晶圓取走，然後等待第一研磨頭上的完成第一階段研磨的晶圓；S7：第一研磨頭轉移到第一裝卸位置後，裝卸台模組上升接取完成第一階段研磨的晶圓，並直接移動到第二裝卸位置；S8：重複以上步驟，直至全部晶圓研磨完畢。
與習知化學機械研磨設備技術相比，本發明具有以下有益技術效果：
1、本發明藉由將裝卸部分和研磨部分進行模組化，拼接成一個研磨裝卸整體模組，這種佈局簡化了設備結構，提高了設備的製造效率，並且縮小設備的占地空間。
2、藉由裝卸台模組的移動，就省卻研磨頭轉回對應研磨墊上方後再轉回來清洗，節省了傳輸時間，提高了效率。
3、藉由裝卸台模組的位移運動以及清洗部分單獨放置，再配合機械手傳輸晶圓，使得複數個研磨模組之間步驟實現並聯運行，大幅度提高設備的製造效率。
4、研磨裝卸整體模組可以根據需要進行自由擴展，可以由三個以及更多的該模組進行拼接，進一步提高晶圓製造的可撓性，提高製造效率，縮小設備的空間，增加產量。
1:第一裝卸位置
2:第一研磨頭轉軸
3:第一研磨頭
4:第一研磨墊
5:第一固定平台
6:第二裝卸位置
7:第二研磨頭轉軸
8:第二研磨頭
9:第二研磨墊
10:第二固定平台
11:水槽
12:第一噴嘴模組
13:直線運動模組
14:第二噴嘴模組
15:裝卸台模組
16:裝卸台固定塊
17:隔離罩
18:固定架
第1圖為本發明研磨裝卸整體模組的立體效果圖；第2圖為第1圖所示模組中的裝卸模組的結構示意圖。
下面結合圖式對本發明作進一步詳細的說明。
本發明揭露一種化學機械研磨設備用的研磨裝卸構件模組。本研磨裝卸構件模組由1個裝卸模組和2個研磨模組組成，佈局如第1圖所示，包含第一裝卸位置1，第一研磨頭轉軸2，第一研磨頭3，第一研磨墊4，第一固定平台5，第二裝卸位置6，第二研磨頭轉軸7，第二研磨頭8，第二研磨墊9，第二固定平台10。
研磨墊，研磨轉軸及其他構件組成固定在固定平台上，研磨頭固定在研磨轉軸上。研磨轉軸帶動研磨頭旋轉至裝卸位置，完成動作後，旋轉至研磨墊上方進行研磨。第一裝卸位置1對應第一研磨頭3，第二裝卸位置6對應第二研磨頭8。
裝卸模組的結構如第2圖所示，包含：第一裝卸位置1，第二裝卸位置6，水槽11，第一噴嘴模組12，直線運動模組13，第二噴嘴模組14，裝卸台模組15，裝卸台固定塊16，隔離罩17，固定架18。水槽11和直線運動模組13固 定在固定架18上。裝卸台固定塊16固定在直線運動模組13上，裝卸台模組15固定在裝卸台固定塊16上，並且裝卸台固定塊16下部固定有隔離罩17使裝卸台下部與液體隔離。直線運動模組13可以使裝卸台模組15在第一裝卸位置1與第二裝卸位置6來回移動，在第一裝卸位置1與第二裝卸位置6邊緣對應有第一噴嘴模組12和第二噴嘴模組14。兩個噴嘴模組都固定在固定架18上
本發明的傳輸晶圓過程如下：
首先，裝卸台模組15停止在第一裝卸位置1，等待第一裝卸位置1對應的攜帶已完成第一階段研磨晶圓的第一研磨頭3轉移到第一裝卸位置1；裝卸台模組15上升接取晶圓，接取晶圓後裝卸台模組15直接移動到第二裝卸位置6，然後第一裝卸位置對應的第一研磨頭3在第一裝卸位置上部進行清洗。藉由裝卸台模組15的移動，這樣第一研磨頭3就不需要轉回第一研磨墊4上方後再轉回來清洗，因此節省了傳輸時間，提高了效率。
與此同時，第二研磨頭8轉移到第二裝卸位置6，然後將在第二裝卸位置6上的裝卸台模組15上的已經研磨好的晶圓取走，機械手再將待研磨的晶圓裝載在第二裝卸位置6上的裝卸台模組15上。
當第一裝卸位置對應的研磨頭已經清洗完成時，在第二裝卸位置6上的裝卸台模組15移動至第一裝卸位置的第一研磨頭3下。隨後裝卸台模組15上升，第一裝卸位置對應的第一研磨頭3完成吸附並轉移至研磨區域研磨，開始下一片晶圓的研磨。
然後第一裝卸位置的裝卸台模組15移動至第二裝卸位置6，與此同時第二裝卸位置6對應的第二研磨頭8運動轉移到第二裝卸位置6上部，裝卸台模組15上升，吸取已經研磨完畢的晶圓，吸取完畢後，裝卸台模組15由第二裝卸位置6移動至第一裝卸位置，第二裝卸位置6對應的第二研磨頭8在第二裝卸位 置6上部進行清洗。這樣的好處是第二研磨頭8就不需要轉回第二研磨墊9上方後再轉回來清洗，因此節省了傳輸時間，提高了效率。
與此同時，機械手將在第一裝卸位置上的裝卸台模組15上的已經研磨好的晶圓取走，並裝載上待研磨的晶圓，然後裝卸台模組15停止在第一裝卸位置上等待第一裝卸位置對應的第一研磨頭3卸載研磨好的晶圓，再次開始循環。
本發明的晶圓裝載構件結構的優點：藉由將裝卸部分和研磨部分進行模組化，可以拼接成第1圖所示佈局。此佈局簡化了設備結構，提高設備的製造效率，縮小設備的占地空間。並且可以根據需要進行自由擴展，可以由3個以及更多的第1圖所示佈局的模組進行拼接，進一步提高晶圓製造的可撓性，提高製造效率，縮小設備的空間，增加產量。並且藉由裝卸台模組15的位移運動以及清洗部分單獨放置，再配合機械手傳輸晶圓，使得複數個研磨模組之間步驟實現並聯運行，大幅度提高設備的製造效率。
以上具體實施方式的描述並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等效替換、改進等，均應包含在本發明的申請專利範圍之內。
1:第一裝卸位置
2:第一研磨頭轉軸
3:第一研磨頭
4:第一研磨墊
5:第一固定平台
6:第二裝卸位置
7:第二研磨頭轉軸
8:第二研磨頭
9:第二研磨墊
10:第二固定平台

Claims (5)

  1. 一種包含可移動裝卸模組的研磨裝卸構件模組，其中，包含一個裝卸模組和兩個研磨模組組成，該裝卸模組居中，該兩個研磨模組位於該裝卸模組兩側，該裝卸模組在與該裝卸模組和該兩個研磨模組排列方向相垂直的方向上有兩個裝卸位置，分別對應該兩個研磨模組，該裝卸模組可在該兩個裝卸位置之間來回移動；其中，該研磨模組包含一固定平台、一研磨墊、一研磨頭及一研磨轉軸，該研磨墊位於該固定平台上，該研磨轉軸可帶動該研磨頭旋轉至該裝卸位置；其中，一該研磨模組完成研磨後放置晶圓在位於一該裝卸位置上的該裝卸模組，接著該裝卸模組移動至另一該裝卸位置，另一該研磨模組吸取位於另一該裝卸位置的該裝卸模組進行下一階段的研磨；其中該裝卸模組包含一固定架(18)、一水槽(11)、一直線運動模組(13)、一裝卸台模組(15)、一裝卸台固定塊(16)、一隔離罩(17)，該水槽(11)和該直線運動模組(13)固定在該固定架(18)上，該裝卸台固定塊(16)固定在該直線運動模組(13)的一滑動塊上，該裝卸台模組(15)固定在該裝卸台固定塊(16)上，並且該裝卸台固定塊(16)下部固定有該隔離罩(17)使該裝卸台模組下部與液體隔離，該直線運動模組(13)可以使該裝卸台模組(15)在兩個裝卸位置即一第一裝卸位置(1)和一第二裝卸位置(6)之間來回移動。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的研磨裝卸構件模組，其中該裝 卸模組的該第一裝卸位置(1)和該第二裝卸位置(6)上分別設置有一第一噴嘴模組(12)和一第二噴嘴模組(14)，該第一噴嘴模組(12)和該第二噴嘴模組(14)都固定在該固定架(18)上。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的研磨裝卸構件模組，其中該第一噴嘴模組(12)和該第二噴嘴模組(14)分別設置在該第一裝卸位置(1)和該第二裝卸位置(6)的邊緣。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的研磨裝卸構件模組，其中該裝卸台模組可在垂直方向上上升和下降，與該研磨頭完成晶圓移轉。
  5. 一種如申請專利範圍第4項所述的研磨裝卸構件模組進行晶圓傳輸的方法，其包含以下步驟：S1：一裝卸台模組(15)停止在一第一裝卸位置(1)，等待該位置對應的攜帶已完成第一階段研磨的晶圓的一第一研磨頭(3)；S2：該第一研磨頭(3)轉移到該第一裝卸位置(1)後，該裝卸台模組上升接取晶圓，並直接移動到一第二裝卸位置(6)；S3：該第一研磨頭(3)在該第一裝卸位置(1)上部進行清洗，移動到該第二裝卸位置(6)的該裝卸台模組的晶圓被一第二研磨頭(8)吸取，開始第二階段的研磨，該第二研磨頭(8)轉移到一第二研磨墊(9)上後，一機械手裝載上新的待研磨晶圓；S4：當該第一裝卸位置(1)對應的該第一研磨頭(3)清洗完成時，在該第二裝卸位置(6)上的該裝卸台模組移動至該第 一裝卸位置(1)的該第一研磨頭(3)下方，隨後該裝卸台模組上升，該第一裝卸位置(1)對應的該第一研磨頭(3)完成對待研磨晶圓吸附並轉移至研磨區域研磨；S5：該第一裝卸位置(1)的該裝卸台模組移動至該第二裝卸位置(6)，與此同時該第二裝卸位置(6)對應的該第二研磨頭(8)運動轉移到該第二裝卸位置(6)上部，該裝卸台模組上升，吸取已完成第二階段研磨完畢的晶圓，吸取完畢後，該裝卸台模組由該第二裝卸位置(6)移動至該第一裝卸位置(1)；S6：該第二裝卸位置(6)對應的該第二研磨頭(8)在該第二裝卸位置(6)上部進行清洗，與此同時，該機械手將在該第一裝卸位置(1)上的該裝卸台模組上的已完成第二階段研磨的晶圓取走，然後等待該第一研磨頭(3)上的完成第一階段研磨的晶圓；S7：該第一研磨頭(3)轉移到該第一裝卸位置(1)後，該裝卸台模組上升接取完成第一階段研磨的晶圓，並直接移動到該第二裝卸位置(6)；S8：重複以上步驟，直至全部晶圓研磨完畢。
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