TW202046433A

TW202046433A - 化學機械平坦化晶圓傳輸設備及其使用方法

Info

Publication number: TW202046433A
Application number: TW108142502A
Authority: TW
Inventors: 蒼李; 靜然顧
Original assignee: 大陸商杭州眾硅電子科技有限公司
Priority date: 2019-06-04
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2020-12-16
Also published as: TWI717119B

Abstract

本發明公開了一種化學機械平坦化晶圓傳輸設備及其使用方法，所述化學機械平坦化設備包括至少一套晶圓拋光傳輸機械手臂；所述晶圓拋光傳輸機械手臂包括：水平傳動機構、垂直傳動機構及晶圓抓取裝置；在所述晶圓抓取裝置水平直線運動方向上的活動範圍內佈置有拋光中轉台、清洗中轉台及拋光裝載台。本發明所提供的化學機械平坦化晶圓傳輸設備可以將晶圓在拋光中轉台、拋光裝載台及清洗中轉台之間直接傳輸，由於無需中轉，減少了晶圓的中轉次數，縮短了晶圓傳輸時間，提高了傳輸效率，減少晶圓因傳輸產生損壞的概率。

Description

化學機械平坦化晶圓傳輸設備及其使用方法

本發明涉及半導體設備技術領域，具體涉及一種化學機械平坦化晶圓傳輸設備及其使用方法。

化學機械平坦化設備通常包括半導體設備前端模組（EFEM）、清洗單元和拋光單元。EFEM主要包括存放晶圓的片盒、傳片機械手臂和空氣淨化系統等；清洗單元主要包括數量不等的兆聲波清洗部件、滾刷清洗部件、乾燥部件和各部件之間傳輸晶圓的裝置等；拋光單元主要包括拋光台、拋光頭、拋光供液系統和拋光墊修整系統等。

通常在清洗單元和拋光單元之間裝有可以傳輸濕晶圓的濕片傳輸機械手臂。晶圓在化學機械平坦化設備中的典型路徑如下，片盒中需要拋光的晶圓藉由EFEM中的傳片機械手臂放置於拋光中轉台上，由濕片傳輸機械手臂將需要拋光的晶圓轉移到拋光單元；晶圓在拋光單元加工完成後，再藉由濕片傳輸機械手臂轉移到清洗單元；晶圓完成清洗後，由EFEM內的傳片機械手臂放回片盒中。

綜上所述，一般的化學機械平坦化過程中，晶圓在各個區域間的傳輸，晶圓從拋光中轉台到拋光單元的各拋光裝載台需要傳片機械手臂和濕片傳輸機械手臂兩個機械手臂一起完成，從晶圓傳輸效率的角度來說，還有需要改進的空間。

本發明的目的是提供一種化學機械平坦化晶圓傳輸設備及其使用方法，用以負責將晶圓在拋光中轉台、拋光裝載台和清洗中轉台之間整個過程的傳輸；即在整合傳片機械手臂和濕片傳輸機械手臂的同時，還完成晶圓在各個拋光裝載台之間的晶圓傳輸。

為達到上述目的，本發明提供了一種化學機械平坦化晶圓傳輸設備，其包括至少一套晶圓拋光傳輸機械手臂；所述晶圓拋光傳輸機械手臂包括：水平傳動機構、與所述水平傳動機構連接的垂直傳動機構及與所述垂直傳動機構連接的晶圓抓取裝置；所述垂直傳動機構驅動所述晶圓抓取裝置做上下垂直直線運動；所述水平傳動機構驅動所述垂直傳動機構做水平直線運動，進而帶動所述晶圓抓取裝置做水平直線運動；在所述晶圓抓取裝置水平直線運動方向上的活動範圍內佈置有拋光中轉台、清洗中轉台及拋光裝載台。

上述的化學機械平坦化晶圓傳輸設備，其中，所述設備包括平行對稱設置的兩套及以上所述晶圓拋光傳輸機械手臂。

上述的化學機械平坦化晶圓傳輸設備，其中，兩套及以上所述晶圓拋光傳輸機械手臂各自的晶圓抓取裝置沿水平直線同時運動時分別位於高低不同的區域，以避免發生碰撞。

上述的化學機械平坦化晶圓傳輸設備，其中，兩套及以上所述晶圓拋光傳輸機械手臂在工作狀態時各自的垂直傳動機構之間的水平距離大於晶圓的直徑，以防止晶圓抓取裝置相撞。

上述的化學機械平坦化晶圓傳輸設備，其中，所述晶圓拋光傳輸機械手臂藉由吊裝設置在所述拋光中轉台、清洗中轉台及拋光裝載台的上方。

上述的化學機械平坦化晶圓傳輸設備，其中，所述拋光中轉台、清洗中轉台及拋光裝載台沿直線依次佈置；所述拋光中轉台兩側設置有乾燥單元；所述清洗中轉台兩側設置有清洗單元；所述拋光裝載台兩側設置有拋光單元。

上述的化學機械平坦化晶圓傳輸設備，其中，所述水平傳動機構包括水平導向裝置、水平驅動裝置和水平運動平台；所述水平驅動裝置驅動所述水平運動平台沿水平導向裝置做水平直線運動；所述水平運動平台與所述垂直傳動機構連接。

上述的化學機械平坦化晶圓傳輸設備，其中，所述垂直傳動機構包括垂直驅動裝置和與所述水平傳動機構連接的垂直導向裝置；所述垂直驅動裝置驅動所述晶圓抓取裝置沿垂直導向裝置做上下垂直直線運動。

上述的化學機械平坦化晶圓傳輸設備，其中，所述晶圓抓取裝置包括卡爪和與所述垂直傳動機構連接的推動爪；所述推動爪驅動所述卡爪水平移動，並與所述卡爪配合以取放晶圓。

本發明還提供了一種上述的化學機械平坦化晶圓傳輸設備的使用方法，其包括以下步驟：

S0：將待加工的晶圓首先被放置在拋光中轉台上；

S1：水平傳動機構帶動晶圓抓取裝置移動到拋光中轉台上方，晶圓抓取裝置沿著垂直傳動機構下降到拋光中轉台位置，抓取晶圓；

S2：晶圓抓取裝置攜帶晶圓沿著垂直傳動機構上升到一定高度，再由水平傳動機構沿水平直線方向帶動到某個拋光裝載台位置上方；

S3：晶圓抓取裝置攜帶晶圓沿著垂直傳動機構下降到相應拋光裝載台位置，釋放晶圓；此時晶圓拋光傳輸機械手臂可以再搬運其他晶圓；

S4：拋光裝載台上的晶圓在拋光單元上完成拋光加工後，被重新放回拋光裝載台上；

S5：晶圓抓取裝置由水平傳動機構帶動到裝載有拋光加工後晶圓的拋光裝載台上方，晶圓抓取裝置沿著垂直傳動機構下降到拋光裝載台位置，抓取晶圓；

S6：晶圓抓取裝置攜帶晶圓沿著垂直傳動機構上升到一定高度，由水平傳動機構帶動到清洗中轉台上方，晶圓抓取裝置沿著垂直傳動機構下降到清洗中轉台位置，釋放晶圓；

S7：晶圓藉由清洗中轉台轉移到清洗單元和乾燥單元，完成拋光後清洗過程。

相對於習知技術，本發明具有以下有益效果：

本發明所提供的晶圓傳輸機械手臂可以將晶圓從拋光中轉台直接傳輸到拋光裝載台，由於無需中轉，減少了晶圓的中轉次數，縮短了晶圓傳輸時間，提高了傳輸效率，減少晶圓因傳輸產生損壞的概率。

本發明所提供的化學機械平坦化設備可以對稱地佈置兩套上述晶圓拋光傳輸機械手臂，機械手臂彼此獨立工作，可根據拋光需求選擇僅使用一套機械手臂或兩套同時使用，可按拋光工作量選擇機械手臂的使用量，使機械手臂配置和使用更靈活，提升整機生產能力和生產效率。

以下結合圖式藉由具體實施例對本發明作進一步的描述，這些實施例僅用於說明本發明，並不是對本發明保護範圍的限制。

如第1圖和第2圖所示，本發明提供了一種化學機械平坦化晶圓傳輸設備，其包括至少一套晶圓拋光傳輸機械手臂310；該晶圓拋光傳輸機械手臂310包括：水平傳動機構311、與所述水平傳動機構311連接的垂直傳動機構312及與所述垂直傳動機構312連接的晶圓抓取裝置313；所述垂直傳動機構312驅動所述晶圓抓取裝置313做上下垂直直線運動；所述水平傳動機構311驅動所述垂直傳動機構312做水平直線運動，進而帶動所述晶圓抓取裝置313做水平直線運動；同時在所述晶圓拋光傳輸機械手臂310的晶圓抓取裝置313水平直線運動方向上所覆蓋的活動範圍內佈置有拋光中轉台101、清洗中轉台102及拋光裝載台220。晶圓拋光傳輸機械手臂310的晶圓抓取裝置313可以到達沿直線佈置的上述拋光中轉台101、清洗中轉台102及拋光裝載台220的各個位置。

藉由上述設置，即可實現晶圓401在拋光中轉台101、拋光裝載台220和清洗中轉台102之間，以及在拋光單元210各個拋光裝載台220之間整個過程的傳輸；因而在整合傳片機械手臂和濕片傳輸機械手臂的同時，還完成晶圓401在各個拋光裝載台220之間的晶圓401傳輸。因為可以將晶圓401從拋光中轉台101直接傳輸到拋光裝載台220，由於無需中轉，減少了晶圓401的中轉次數，縮短了晶圓401傳輸時間，提高了傳輸效率，減少晶圓401因傳輸產生損壞的概率。

在上述實施例的基礎上，上述拋光中轉台101、清洗中轉台102及拋光裝載台220可以沿直線按次序依次佈置，當然也可以根據實際生產需求具體佈置，以提高傳輸效率為目的。作為化學機械平坦化設備的具體佈局的一實施例中，所述拋光中轉台101兩側可以設置有乾燥單元501；所述清洗中轉台102兩側可以設置有至少一個清洗單元。清洗單元可為大於等於一個，可根據實際清洗需求配置；例如在如第2圖所示的實施例中，清洗中轉台102兩側可以分別設置為包含：第一清洗單元504，第二清洗單元503及第三清洗單元502。所述拋光裝載台220兩側設置有拋光單元210；拋光裝載台220可以根據生產情況選擇合適的數量。為了實現更簡單更方便的佈置，所述晶圓拋光傳輸機械手臂310可以藉由吊裝或其他類似方式設置在所述拋光中轉台101、清洗中轉台102及拋光裝載台220的上方。

為了提升整機生產能力和生產效率，所述設備可以包括平行對稱設置的兩套所述晶圓拋光傳輸機械手臂310，以同時實現晶圓401的傳輸和取放。兩套晶圓拋光傳輸機械手臂310可以獨立工作，互不影響。在水平直線運動過程中，晶圓抓取裝置313的定位位置可以設置成高低兩個區域；當其位於低區域的位置時應設置成高於拋光單元210中的拋光頭等可能存在的障礙物，以避免發生碰撞。兩套所述晶圓拋光傳輸機械手臂310各自的晶圓抓取裝置313沿水平直線同時運動時分別選擇位於高低不同的區域，以避免晶圓抓取裝置313之間發生碰撞，且兩者任一都可選擇位於高區域或低區域，具體可根據實際需要進行設置。此外為防止晶圓抓取裝置313相撞，兩套所述晶圓拋光傳輸機械手臂310在工作狀態時各自的垂直傳動機構312之間的距離大於晶圓401的直徑。

本發明中的晶圓拋光傳輸機械手臂310可以藉由晶圓抓取裝置313實現晶圓401的取放，並可以藉由水平傳動機構311和垂直傳動機構312的配合實現晶圓401在水平直線方向上各個位置的傳輸。藉由水平傳動機構311和垂直傳動機構312的具體尺寸設計，可以根據實際情況改變晶圓抓取裝置313升降及水平直線運動的活動範圍。

本發明中的水平傳動機構311和垂直傳動機構312一般由水平/垂直導向裝置/機構加水平/垂直驅動裝置組成。水平/垂直導向裝置可以是直線滾動導軌、直線滑動導軌、直線滾動軸承等形式；水平/垂直驅動裝置可以採用直線電機、滾珠絲杠、同步齒形帶、鋼帶等方式。本發明的創新之處在於上述晶圓拋光傳輸機械手臂310的結構和位置關係所對傳統晶圓401傳輸方式的改進。至於水平傳動機構311和垂直傳動機構312的具體結構可以採用習知技術實現，只要實現晶圓抓取裝置313能夠做水平直線運動和上下垂直直線運動即可。具體地，可以是上述導向機構和驅動裝置的具體實施方式的任意組合，皆能夠達到本發明所實現的上述有益技術效果。

在一個更為具體的實施例中，所述水平傳動機構311包括水平導向裝置3111、水平驅動裝置3112和水平運動平台3113；所述水平驅動裝置3112驅動所述水平運動平台3113沿水平導向裝置3111做水平直線運動。所述垂直傳動機構312包括垂直驅動裝置3122和與所述水平運動平台3113連接的垂直導向裝置3121；所述垂直驅動裝置3122驅動所述晶圓抓取裝置313沿垂直導向裝置3121做上下垂直直線運動。所述晶圓抓取裝置313包括卡爪3131和與所述垂直驅動裝置3122連接的推動爪3132；所述推動爪3132驅動所述卡爪3131水平移動，並與所述卡爪3131配合以取放晶圓401。

本發明所提供的化學機械平坦化設備的創新之處在於使用了本發明所提供的晶圓拋光傳輸機械手臂310，並在晶圓抓取裝置313水平直線運動方向上的活動範圍內佈置有拋光中轉台101、清洗中轉台102及拋光裝載台220。在整合傳片機械手臂和濕片傳輸機械手臂的同時，還完成晶圓401在各個拋光裝載台220之間的晶圓401傳輸。可根據拋光需求選擇僅使用一套機械手臂或更多套同時使用，可按拋光工作量選擇機械手臂的使用量，使機械手臂配置和使用更靈活，提升整機生產能力和生產效率。

本發明還提供了上述化學機械平坦化晶圓傳輸設備在晶圓401實際加工過程的具體使用方法，具體包含如下步驟：

S0：將待加工的晶圓401首先被放置在拋光中轉台101上；

S1：水平傳動機構311帶動晶圓抓取裝置313移動到拋光中轉台101上方，晶圓抓取裝置313沿著垂直傳動機構312下降到拋光中轉台101位置，抓取晶圓401；

S2：晶圓抓取裝置313攜帶晶圓401沿著垂直傳動機構312上升到一定高度，再由水平傳動機構311沿水平直線方向帶動到某個拋光裝載台220位置上方；

S3：晶圓抓取裝置313攜帶晶圓401沿著垂直傳動機構312下降到相應拋光裝載台220位置，釋放晶圓401；這時，晶圓拋光傳輸機械手臂310可以再搬運其他晶圓401；

S4：拋光裝載台220上的晶圓401在拋光單元210上完成拋光加工後，被重新放回拋光裝載台220上；

S5：晶圓抓取裝置313由水平傳動機構311帶動到所述拋光裝載台220上方，晶圓抓取裝置313沿著垂直傳動機構312下降到拋光裝載台220位置，抓取晶圓401；

S6：晶圓抓取裝置313攜帶晶圓401沿著垂直傳動機構312上升到一定高度，由水平傳動機構311帶動到清洗中轉台102上方，晶圓抓取裝置313沿著垂直傳動機構312下降到清洗中轉台102位置，釋放晶圓401；

S7：晶圓401藉由清洗中轉台102轉移到拋光後清洗流程，分別藉由第一清洗單元504，第二清洗單元503，第三清洗單元502和乾燥單元501，完成拋光後清洗過程。在S5步驟後，晶圓抓取裝置313也可以攜帶晶圓401沿著垂直傳動機構312上升到一定高度，由水平傳動機構311帶動到其它拋光裝載台220上方，以相同的方式釋放晶圓401，完成再一次拋光加工。

此外，包含多套晶圓拋光傳輸機械手臂310的化學機械平坦化設備的使用方法和步驟與上述相同。

綜上所述，本發明所提供的晶圓傳輸機械手臂可以將晶圓從拋光中轉台直接傳輸到拋光裝載台，由於無需中轉，減少了晶圓的中轉次數，縮短了晶圓傳輸時間，提高了傳輸效率，減少晶圓因傳輸產生損壞的概率。

本發明所提供的化學機械平坦化晶圓傳輸設備可以對稱地佈置兩套上述晶圓拋光傳輸機械手臂，機械手臂彼此獨立工作，可根據拋光需求選擇僅使用一套機械手臂或兩套同時使用，可按拋光工作量選擇機械手臂的使用量，使機械手臂配置和使用更靈活，提升整機生產能力和生產效率。

儘管本發明的內容已經藉由上述較佳實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在所屬技術領域具有通常知識者閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的申請專利範圍來限定。

101:拋光中轉台 102:清洗中轉台 210:拋光單元 220:拋光裝載台 310:晶圓拋光傳輸機械手臂 311:水平傳動機構 312:垂直傳動機構 313:晶圓抓取裝置 401:晶圓 501:乾燥單元 502:第三清洗單元 503:第二清洗單元 504:第一清洗單元 3111:水平導向裝置 3112:水平驅動裝置 3113:水平運動平台 3121:垂直導向裝置 3122:垂直驅動裝置 3131:卡爪 3132:推動爪

第1圖為本發明晶圓拋光傳輸機械手臂一實施例的結構示意圖；第2圖為本發明化學機械平坦化晶圓傳輸設備一實施例的結構示意圖。

101:拋光中轉台

102:清洗中轉台

210:拋光單元

220:拋光裝載台

310:晶圓拋光傳輸機械手臂

311:水平傳動機構

312:垂直傳動機構

313:晶圓抓取裝置

401:晶圓

501:乾燥單元

502:第三清洗單元

503:第二清洗單元

504:第一清洗單元

Claims

一種化學機械平坦化晶圓傳輸設備，其包括至少一套晶圓拋光傳輸機械手臂；該晶圓拋光傳輸機械手臂包括：一水平傳動機構、與該水平傳動機構連接的一垂直傳動機構及與該垂直傳動機構連接的一晶圓抓取裝置；該垂直傳動機構驅動該晶圓抓取裝置做上下垂直直線運動；該水平傳動機構驅動該垂直傳動機構做水平直線運動，進而帶動該晶圓抓取裝置做水平直線運動；在該晶圓抓取裝置水平直線運動方向上的活動範圍內佈置有一拋光中轉台、一清洗中轉台及一拋光裝載台。
如申請專利範圍第1項所述的化學機械平坦化晶圓傳輸設備，其包括平行對稱設置的兩套及以上的該晶圓拋光傳輸機械手臂。
如申請專利範圍第2項所述的化學機械平坦化晶圓傳輸設備，其中兩套及以上的該晶圓拋光傳輸機械手臂各自的該晶圓抓取裝置沿水平直線同時運動時分別位於高低不同的區域，以避免發生碰撞。
如申請專利範圍第3項所述的化學機械平坦化晶圓傳輸設備，其中兩套及以上的該晶圓拋光傳輸機械手臂在工作狀態時各自的該垂直傳動機構之間的水平距離大於該晶圓的直徑，以防止該晶圓抓取裝置相撞。
如申請專利範圍第1項所述的化學機械平坦化晶圓傳輸設備，其中該晶圓拋光傳輸機械手臂藉由吊裝設置在該拋光中轉台、該清洗中轉台及該拋光裝載台的上方。
如申請專利範圍第1項所述的化學機械平坦化晶圓傳輸設備，其中該拋光中轉台、該清洗中轉台及該拋光裝載台沿直線依次佈置；該拋光中轉台兩側設置有一乾燥單元；該清洗中轉台兩側設置有一清洗單元；該拋光裝載台兩側設置有一拋光單元。
如申請專利範圍第1項所述的化學機械平坦化晶圓傳輸設備，其中該水平傳動機構包括一水平導向裝置、一水平驅動裝置和一水平運動平台；該水平驅動裝置驅動該水平運動平台沿水平導向裝置做水平直線運動；該水平運動平台與該垂直傳動機構連接。
如申請專利範圍第1項所述的化學機械平坦化晶圓傳輸設備，其中該垂直傳動機構包括一垂直驅動裝置和與該水平傳動機構連接的一垂直導向裝置；該垂直驅動裝置驅動該晶圓抓取裝置沿該垂直導向裝置做上下垂直直線運動。
如申請專利範圍第1項所述的化學機械平坦化晶圓傳輸設備，其中該晶圓抓取裝置包括一卡爪和與該垂直傳動機構連接的一推動爪；該推動爪驅動該卡爪水平移動，並與該卡爪配合以取放該晶圓。
一種如申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述的化學機械平坦化晶圓傳輸設備的使用方法，其包括以下步驟： S0：將待加工的該晶圓首先放置在該拋光中轉台上； S1：該水平傳動機構帶動該晶圓抓取裝置移動到該拋光中轉台上方，該晶圓抓取裝置沿著該垂直傳動機構下降到該拋光中轉台位置，抓取該晶圓； S2：該晶圓抓取裝置攜帶該晶圓沿著該垂直傳動機構上升到一定高度，再由該水平傳動機構沿水平直線方向帶動到一拋光裝載台位置上方； S3：該晶圓抓取裝置攜帶該晶圓沿著該垂直傳動機構下降到相應該拋光裝載台的位置，釋放該晶圓；此時該晶圓拋光傳輸機械手臂再搬運其他晶圓； S4：該拋光裝載台上的該晶圓在該拋光單元上完成拋光加工後，被重新放回該拋光裝載台上； S5：該晶圓抓取裝置由該水平傳動機構帶動到裝載有拋光加工後晶圓的該拋光裝載台上方，該晶圓抓取裝置沿著該垂直傳動機構下降到該拋光裝載台位置，抓取該晶圓； S6：該晶圓抓取裝置攜帶該晶圓沿著該垂直傳動機構上升到一定高度，由該水平傳動機構帶動到該清洗中轉台上方，該晶圓抓取裝置沿著該垂直傳動機構下降到該清洗中轉台位置，釋放該晶圓； S7：該晶圓藉由該清洗中轉台轉移到該清洗單元和該乾燥單元，完成拋光後清洗過程。