TWI768827B - 化學機械平坦化設備 - Google Patents

Abstract

本發明關於一種化學機械平坦化設備，其包括一研磨元件、一沖刷單元和一傳輸元件，該研磨元件用於研磨工件，包括複數個研磨機構，每個研磨機構上分別設置有適於擷取工件的連接臂，相鄰研磨機構設置有不同規格的研磨墊；相鄰研磨機構間設有第二承載台，連接臂適於將工件在第二承載台及研磨機構之間進行轉移；沖刷單元設在研磨機構與第二承載台之間，用於清洗工件；傳輸元件包括有機械手臂以及傳輸軌道，機械手臂適於將工件在研磨機構與傳輸軌道之間進行轉移。

Description

化學機械平坦化設備

本發明關於半導體製造設備，特別關於一種化學機械平坦化設備。

半導體製程已經進入奈米時代，隨著線寬的快速縮小，對晶圓表面的品質要求也越來越高，因此在清洗晶圓的過程中，需去除可能產生的有機物、無機物等各種污染物粒子。

在現有習知技術中，例如中國專利公開號CN110815035A揭露一種結合研磨和單晶圓清洗模組的化學機械平坦化設備，在其一實施例中，EFEM將晶圓從晶圓盒取出後，將晶圓膜層面朝上放置在晶圓中轉站，濕式手臂對晶圓進行180度反轉，然後放置在晶圓中轉站，位於裝卸臺上方的機械手臂臂將晶圓從晶圓中轉站取出，放置在裝卸台，晶圓進入研磨單元後回到裝卸台，位於裝卸臺上方的機械手臂臂將晶圓放置在晶圓中轉站，濕式手臂將晶圓反轉度，在機台調度下，將晶圓依次進入刷洗單元和單片清洗單元中的任一腔室內，晶圓乾燥後，EFEM將晶圓在單片清洗單元取出，放回至晶圓盒。

在上述專利公開文件中，晶圓經過研磨單元單次拋光處理後進入刷洗單元和單片清洗單元。晶圓從一個研磨單元上完成研磨後，將直接在裝卸台的帶動下進入到晶圓中轉站上，然後進入到刷洗單元中，每次沖洗操作僅僅能完成單獨規格的的拋光操作，如僅可以實現100目的研 磨，但在實際加工中，根據不同的晶圓產品和製程要求，不同的晶圓拋光製程不同，部分製程需要使用不同的拋光液進行多次研磨，例如在完成100目的研磨後，緊接著進行200目的研磨。在習知技術中，如果想實現多次研磨，需要對晶圓重複進行多次操作步驟，導致整體的研磨效率低。

緣是，本發明提供一種化學機械平坦化設備，以解決習知技術中對晶圓多次進行研磨拋光，效率較低的問題。

本發明提供一種化學機械平坦化設備，包括研磨元件、沖刷單元和傳輸元件，研磨元件用於研磨工件，其包括複數個研磨機構，每個研磨機構上分別設置有適於擷取工件的連接臂，相鄰研磨機構設置有不同規格的研磨墊；相鄰研磨機構間設有第二承載台，連接臂適於將工件在第二承載台及研磨機構之間進行轉移；沖刷單元設在研磨機構與第二承載台之間，用於清洗工件；傳輸元件包括有機械手臂以及傳輸軌道，機械手臂適於將工件在研磨機構與傳輸軌道之間進行轉移。沖刷單元對稱設置在相鄰兩個研磨機構上，每個沖刷單元包括朝向第二承載台元設置的第一噴頭，第一噴頭沿垂直朝上噴射。每個研磨機構上設置至少一個第一承載台，第一承載台鄰近機械手臂設置。沖刷單元還包括與第一噴頭相對設置的第二噴頭，沖刷單元設置在第一承載台元和第二承載台之間，第二噴頭朝向第一承載台設置。研磨機構包括設置在連接臂一端的研磨頭，連接臂繞設定點旋轉，第一承載台元和第二承載台設於連接臂的旋轉路徑上。第一承載台和第二承載台中心的連線與設定點重合。傳輸元件包括暫存機構，複數個件暫存機構適於沿傳輸元件的傳輸軌道進行移動。暫存機構包括第一暫存機構，第一暫存機構設於清洗元件與研磨元件之間，其上設有 乾暫存區和濕暫存區，乾暫存區與濕暫存區分開設置。暫存機構還包括第二暫存機構，清洗元件遠離研磨元件的一側設有用於存儲工件的存儲區，第二暫存機構設於存儲區與清洗元件之間。沿傳輸軌道的延伸方向，彼此相鄰的第一機械手臂和第二機械手臂，第一機械手臂和第二機械手臂可伸縮設置。

本發明所提供技術方案，具有如下優點：

1.本發明的化學機械平坦化設備，研磨元件用於研磨工件，其包括複數個研磨機構，每個研磨機構上分別設置有適於擷取工件的連接臂，相鄰研磨機構設置有不同規格的研磨墊，相鄰研磨機構間設有第二承載台，連接臂適於將工件在第二承載台及研磨機構之間進行轉移；傳輸元件包括有機械手臂以及傳輸軌道，機械手臂適於將工件在研磨機構與傳輸軌道之間進行轉移。該設備在操作過程中，將工件沿著傳輸軌道進行傳輸，傳輸至設定位置時，機械手臂將工件由傳輸軌道轉移至上游研磨機構上，上游研磨機構完成研磨後，設於上游研磨機構的連接臂將工件由上游研磨機構轉移至第二承載台，再通過設在下游研磨機構上的連接臂將工件由第二承載台轉至下游研磨機構，研磨機構研磨完成後，透過機械手臂將工件由下游研磨機構轉移至傳輸軌道上，工件沿傳輸軌道進行傳輸至下一設備中。沖刷單元設在研磨機構與第二承載台之間，用於清洗工件，透過沖刷單元，可將工件上所攜帶的上游研磨機構的顆粒雜質清除乾淨，以免影響下游研磨機構對工件的加工；由此可知，本發明之設備在操作過程中，相鄰研磨機構設置有不同規格的研磨墊，可一次實現對同一工件的多種規格研磨，可提高研磨效率。

2.在本發明所提供的化學機械平坦化設備中，數個沖刷單 元對稱設置在相鄰兩個該研磨機構上，每個該沖刷單元包括數個第一噴頭，該等第一噴頭對置於第二承載台上的工件清洗，並朝向該第二承載台設置，以防止工件上的顆粒雜質濺漬在研磨機構上，影響加工過程。

3.在本發明的化學機械平坦化設備中，暫存機構包括第一暫存機構，設於清洗元件與研磨元件之間，具有緩存調節之功能，避免因程序紊亂或者設計不合理產生之工件搬運能力和研磨處理能力不匹配的情況，該第一暫存機構上設有乾暫存區和濕暫存區，乾暫存區與濕暫存區分開設置，以免發生干擾，影響後續加工。

1:存儲區

2:第一清洗乾燥區

3:第一研磨區

4:第二清洗乾燥區

5:第二研磨區

6:第一暫存機構

7:第二暫存機構

8:傳輸組件

31:第一承載台

32:第二承載台

33:第一噴頭

34:連接臂

35:研磨頭

36:修整器

37:研磨液輸送管

41:清洗箱

42:乾燥箱

81:第一機械手臂

82:第二機械手臂

83:第三機械手臂

84:第四機械手臂

為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，並非用以限制本發明的內容。

圖1為本發明一實施例的化學機械平坦化設備的俯視圖的示意圖。

圖2為圖1所示的化學機械平坦化設備的研磨元件的示意圖。

圖3為圖1所示的化學機械平坦化設備的清洗元件的示意圖。

圖4為圖1所示的化學機械平坦化設備的傳輸元件的示意圖。

為更清楚了解本創作之特徵、內容與優點及其所能達成之 功效，茲將本創作配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本創作的申請專利範圍。

本文中的用語「一」或「一種」係用以敘述本創作之元件及成分。此術語僅為了敘述方便及給予本創作之基本觀念。此敘述應被理解為包括一種或至少一種，且除非明顯地另有所指，表示單數時亦包括複數。於申請專利範圍中和「包含」一詞一起使用時，該用語「一」可意謂一個或超過一個。此外，本文中的用語「或」其意同「及/或」。

除非另外規定，否則諸如「上方」、「下方」、「向上」、「左邊」、「右邊」、「向下」、「本體」、「底座」、「垂直」、「水平」、「側」、「較高」、「下部」、「上部」、「上方」、「下面」等空間描述係關於圖中所展示之方向加以指示。應理解，本文中所使用之空間描述僅出於說明之目的，且本文中所描述之結構之實際實施可以任何相對方向在空間上配置，此限制條件不會改變本發明實施例之優點。舉例來說，在一些實施例之描述中，提供「在」另一元件「上」之一元件可涵蓋前一元件直接在後一元件上(例如，與後一元件實體接觸)的狀況以及一或複數個介入元件位於前一元件與後一元件之間的狀況。

如本文中所使用，術語「大致」、「實質上」、「實質的」及「約」用以描述及考慮微小之變化。當與事件或情形結合使用時，該等術語可意指事件或情形明確發生之情況以及事件或情形極近似於發生之情況。

本實施例的化學機械平坦化設備，用於加工晶圓，如圖1-圖4所示，該儲存區內設有EFEM上，該EFEM上設有儲存晶圓的晶圓盒， 該儲存區設於研磨區一側，儲存區與研磨區之間設有清洗乾燥區。

研磨區包括第一研磨區3，以及設於第一研磨區3下方的、與第一研磨區3對稱設置的第二研磨區5，當其中之一研磨區暫時或永久停止操作時，另一研磨區仍可工作，提升了本實施例設備的操作穩定性。

傳輸元件設於第一研磨區3與第二研磨區5之間，傳輸元件包括設於EFEM上的第三機械手臂83、設於清洗乾燥區內的第四機械手臂84，以及設於研磨區內的第一機械手臂81和第二機械手臂82。藉由設置第一機械手臂81和第二機械手臂82，以實現晶圓在第一研磨區3與第二研磨區5之間的轉移。

第一研磨區3和第二研磨區5內均設有用於研磨晶圓的研磨組件，本實施例的研磨元件包括一組相鄰的研磨機構，在其他實施例中，根據晶圓的實際加工製程需求，可為多組相鄰的研磨機構。

每個研磨機構上分別設置有適於擷取晶圓的連接臂34和研磨台，連接臂34一端設有研磨頭35，連接臂34繞設定點旋轉；研磨臺上設有研磨墊、用於修整研磨墊的修整器36、輸送研磨液的研磨液輸送管37；相鄰研磨機構上設置有不同規格的研磨墊。

相鄰研磨機構間設有第二承載台32，連接臂34適於將晶圓在第二承載台32及研磨機構之間進行轉移。相鄰的研磨機構之間除了設有第二承載台32以外，還設有用於清洗晶圓的沖刷單元以及用於臨時放置晶圓的第一承載台31，第一承載台31和第二承載台32設於連接臂34的旋轉路徑上。

在本實施例中，在每個研磨機構上設置有一個第一承載台31，第一承載台31鄰近機械手臂設置，工作時，連接臂34將晶圓在研磨機 構、第一承載台31之間進行轉移，機械手臂在第一承載台31與傳輸軌道之間進行轉移，通過設置第一承載台31，可以縮短機械手臂的伸展長度，而且也便於機械手臂和連接臂34擷取；每個研磨機構上也可設置複數個第一承載台31，此時第一承載台31還能起到緩存調節的功能，本實施例中，緩存調節功能具體是指因程序紊亂或者設計不合理產生的晶圓運載能力和研磨處理能力不匹配的情況。

傳輸組件還包括暫存機構，複數個件暫存機構適於沿傳輸元件的傳輸軌道進行移動，暫存機構起到緩存調節功能。暫存機構包括第一暫存機構6和第二暫存機構7，第一暫存機構6設於清洗元件與研磨元件之間，其上設有乾暫存區和濕暫存區，乾暫存區與濕暫存區分開設置，可以是上下設置，也可以平行設置，分開即可，以免發生干擾，影響後續加工；第二暫存機構設於EFEM與清洗元件之間。

本發明一實施例包括使用上述化學機械平坦化設備的操作步驟：

S1.第三機械手臂83將晶圓從晶圓盒中取出，並轉移至第二暫存機構；S2.經由第四機械手臂擷取第二暫存機構中的晶圓並將其翻轉180度，將翻轉後的晶圓移至上游研磨機構的第一暫存機構；S3.第一機械手臂將第一暫存機構中的晶圓移至第一承載台，上游研磨機構的連接臂從第一承載台中擷取晶圓並轉至研磨墊上；S4.研磨機構動作，進行研磨；S5.完成研磨後，該連接臂將晶圓移至研磨機構與第二承載台之間；S6.沖刷單元清洗晶圓，去除晶圓表面顆粒雜質；S7.下游研磨機構上的連接臂從第二承載台中擷取晶圓並轉至研磨墊上；S8.完成研磨後，該連接臂動作，將晶圓轉移至設於下游研磨機構的第一承載台；S9.由第二機械手臂從該第 一承載台中擷取晶圓，經由第一機械手臂和第四機械手臂，第四機械手臂將晶圓翻轉180度後轉至清洗乾燥區內，完成清洗乾燥流程；以及S10.第三機械手臂從清洗乾燥區內擷取乾燥後的晶圓，至此步驟完成對晶圓單面的研磨、清洗、乾燥。

在本發明一本實施例中，清洗乾燥區內設有清洗元件，清洗元件包括若干個清洗裝置和乾燥裝置，晶圓在清洗裝置和乾燥裝置中時，晶圓拋光面朝上，晶圓在研磨機構上時，晶圓拋光面朝下(本實施例中藉由至少一個第四機械手臂翻轉180度實現轉換)。本實施例的化學機械平坦化設備，在相鄰研磨機構設置有不同規格的研磨墊，以及不同規格的研磨液，因此可一次實現對同一晶圓的多規格研磨，具有研磨效率高的優點。此外，由上述工作過程可以看出，沖刷單元將晶圓上所攜帶的上游研磨機構的顆粒雜質清除乾淨，以免影響下游研磨機構對晶圓的加工。

在本發明一本實施例中，沖刷單元對稱設置在相鄰兩個研磨機構上，沖刷單元也可設置在其中一個研磨機構上。每個沖刷單元包括朝向第二承載台元32設置的第一噴頭33，第一噴頭沿垂直朝上噴射，以及與第一噴頭33相對設置的第二噴頭，沖刷單元設置在第一承載台元31和第二承載台之間，第二噴頭朝向第一承載台31設置。第一噴頭垂直向上噴射可以有效地清除晶圓表面的研磨顆粒，第二噴頭朝向第一承載台設置，可以有效防止第一承載台周圍的研磨顆粒混入第二裝載台中。

以上所述之實施例僅係為說明本創作之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本創作之內容並據以實施，當不能以之限定本創作之專利範圍，依本創作所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本創作之專利範圍內。

1:存儲區

2:第一清洗乾燥區

3:第一研磨區

4:第二清洗乾燥區

5:第二研磨區

6:第一暫存機構

7:第二暫存機構

8:傳輸組件

Claims (9)

1. 一種化學機械平坦化設備，包括：一研磨元件，用於研磨一工件，其包括複數個研磨機構，每個該複數個研磨機構上分別設置有適於擷取該工件的連接臂(34)，相鄰該複數個研磨機構設置有不同規格的研磨墊；相鄰該研磨機構間設有一第二承載台(32)，該連接臂(34)適於將該工件在該第二承載台(32)及該複數個研磨機構之間進行轉移；一沖刷單元，設在該研磨機構與該第二承載台(32)之間，用於清洗該工件，其中該沖刷單元對稱地設置在該複數個研磨機構之相鄰兩者上，每個該沖刷單元包括朝向該第二承載台(32)設置的第一噴頭(33)，該第一噴頭沿垂直方向朝上噴射；以及一傳輸元件，包括一機械手臂以及一傳輸軌道，該機械手臂適於將該工件在該研磨機構與該傳輸軌道之間進行轉移。
2. 如請求項1之化學機械平坦化設備，其中每一該複數個研磨機構上設置有至少一個第一承載台(31)，該第一承載台(31)係鄰近該機械手臂而設置。
3. 如請求項2之化學機械平坦化設備，其中該沖刷單元還包括與該第一噴頭(33)相對設置的第二噴頭，該沖刷單元設置在該第一承載台(31)和該第二承載台(32)之間，該第二噴頭朝向該第一承載台(31)設置。
4. 如請求項3之化學機械平坦化設備，其中每一該複數研磨機構包括設置在該連接臂(34)一端的研磨頭(35)，該連接臂(34)繞設定點旋轉，該第一承載台(31)和該第二承載台(32)設於該連接臂(34)的旋轉路徑上。
5. 如請求項4之化學機械平坦化設備，其中該第一承載台(31)和該第二承載台(32)中心的連線與該設定點重合。
6. 如請求項1-5中任一之化學機械平坦化設備，其中該傳輸元件包括：複數個暫存機構，適於沿該傳輸元件的傳輸軌道進行移動。
7. 如請求項6之化學機械平坦化設備，其中該複數個暫存機構包括第一暫存機構(6)，設於一清洗元件與該研磨元件之間，其上設有乾暫存區和濕暫存區，該乾暫存區與該濕暫存區分開設置。
8. 如請求項7之化學機械平坦化設備，其中該複數個暫存機構還包括第二暫存機構(7)，且該清洗元件遠離該研磨元件的一側設有用於存儲該工件的存儲區(1)，該第二暫存機構(7)設於該存儲區(1)與該清洗元件之間。
9. 如請求項1之化學機械平坦化設備，其中沿該傳輸軌道的延伸方向，設置有彼此相鄰的第一機械手臂(81)和第二機械手臂(82)，其中該第一機械手臂(81)和該第二機械手臂(82)係可伸縮。

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