TW202310973A - 晶圓拋光系統 - Google Patents
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Abstract
本發明公開了一種晶圓拋光系統，至少包括一個拋光單元；拋光單元包括晶圓傳輸通道，及至少兩個拋光模組，拋光模組位於晶圓傳輸通道的兩側；拋光模組包括拋光平臺和拋光臂，拋光臂可帶動晶圓相對拋光平臺活動，以實現拋光製程；晶圓傳輸通道上有至少兩個工作位，晶圓傳遞裝置可在工作位之間移動；一個拋光模組的拋光臂從晶圓傳輸通道內的工作位上獲取晶圓後，完成該拋光製程，將晶圓沿第一軌跡放回至晶圓傳輸通道，晶圓傳遞裝置移動，將其轉移至另一工作位，另一拋光模組的拋光臂沿第二軌跡從該工作位獲取晶圓後，完成另一拋光製程；第一軌跡，晶圓傳遞裝置的移動軌跡，及第二軌跡的走向呈近似Z字形。本發明穩定性更好，靈活度高，拋光效果更佳。
Description
本發明屬於半導體積體電路晶片製造技術領域，尤其是涉及一種晶圓拋光系統。
化學機械平坦化（Chemical Mechanical Planarization；CMP）設備是積體電路製造領域的七大關鍵設備之一。
目前，化學機械拋光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拋光技術，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、襯底全域平坦化所必需的製程技術。
化學機械拋光平坦化設備通常包括半導體設備前端模組、清洗單元和拋光單元。半導體設備前端模組主要包括存放晶圓的片盒、傳片機械手和空氣淨化系統等；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；拋光單元通常包括工作臺、拋光盤、拋光頭、拋光臂、修整器、拋光液臂等部件，每個部件按照製程加工位置佈置在工作臺上。實際的晶圓加工過程中發現，拋光單元與清洗、晶圓運輸等模組的空間佈置對於化學機械平坦化設備整體的拋光產出有極大的影響；而晶圓在拋光單元與外部以及在拋光單元之間的傳輸通常依靠裝卸台來實現。
關於裝卸台與拋光單元的空間佈局，市面上大多採用裝卸台與三個拋光單元為正方形佈局的形式。如圖1所示，4個拋光頭A、B、C、D固定在十字旋轉工作臺上，也就意味著一片晶圓從進入拋光區域後就某個拋光頭一一對應，且一個裝卸台需要給三個拋光單元提供裝卸服務，拋光頭和拋光台數量不可調整，每個拋光頭的拋光時間不可單獨控制，時效性差，靈活度低，不同拋光臺上的液體容易濺落產生交叉影響，影響拋光效果，製程過程複雜。
為了克服現有技術的不足，本發明提供一種晶圓拋光系統，其包含的每個拋光模組單獨控制，控制靈活度高，拋光模組共用晶圓傳輸通道，設備空間緊湊，晶圓活動軌跡的設計使得其傳輸效率高，進而提高了拋光效率。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：
一種晶圓拋光系統，至少包括一個拋光單元；
所述拋光單元包括晶圓傳輸通道，及至少兩個拋光模組，所述拋光模組位於晶圓傳輸通道的兩側；
所述拋光模組包括拋光平臺和拋光臂，所述拋光臂可帶動晶圓相對拋光平臺活動，以實現拋光製程；
所述晶圓傳輸通道上具有至少兩個工作位，晶圓傳遞裝置可在所述工作位之間移動；
一個拋光模組的拋光臂從所述晶圓傳輸通道內的工作位上獲取晶圓後，完成該拋光製程，將晶圓沿第一軌跡放回至晶圓傳輸通道，晶圓傳遞裝置移動，將其轉移至另一工作位，另一拋光模組的拋光臂沿第二軌跡從該工作位獲取晶圓後，完成另一拋光製程；
所述第一軌跡，晶圓傳遞裝置的移動軌跡，及第二軌跡的走向呈近似Z字形。
進一步的，所述工作位的數量與拋光臂的數量相同。
進一步的，所述拋光模組的拋光臂以晶圓傳輸通道上首尾兩端工作位的連線中心點為中心對稱設置。
進一步的，所述第一軌跡為弧線，或者所述第一軌跡為直線，或者所述第一軌跡為近似直線；所述第二軌跡為弧線，或者所述第二軌跡為直線，或者所述第二軌跡為近似直線。
進一步的，所述拋光臂帶著晶圓相對拋光平臺沿弧形軌跡做往復運動，實現拋光製程，該弧形軌跡與所述弧線形的第一軌跡或第二軌跡落在同心圓上。
進一步的，所述晶圓傳遞裝置的數量為一個。
進一步的，所述拋光模組的數量為兩個，且兩個拋光模組的拋光臂均靠近晶圓傳輸通道，且沿晶圓傳輸通道的對角設置。
進一步的，第一拋光臂自第一工作位獲取晶圓後，在第一拋光平臺上進行拋光，完成該拋光模組的拋光製程後，第一拋光臂將晶圓放回至第一工作位，晶圓傳遞裝置從第一工作位移動至第二工作位，第二拋光臂自第二工作位獲取晶圓，在第二拋光平臺上進行拋光；同時另一晶圓放置在晶圓傳遞裝置，通過其從第二工作位移動至第一工作位，第一拋光臂繼續獲取晶圓進行拋光。
進一步的，所述晶圓傳遞裝置將晶圓從第一工作位移動至第二工作位，第一拋光臂繼續在第一工作位完成清洗後，待獲取新的晶圓後至第一拋光平臺進行拋光。
進一步的，第一拋光臂自第一工作位獲取晶圓後，在第一拋光平臺上進行拋光，完成該拋光模組的拋光製程後，第一拋光臂將晶圓放回至第一工作位，第一拋光臂至第一拋光平臺，晶圓傳遞裝置從第一工作位移動至第二工作位，第二拋光臂自第二工作位獲取晶圓，在第二拋光平臺上進行拋光；晶圓傳遞裝置從第二工作位移動至第一工作位，另一晶圓放置在晶圓傳遞裝置上，待第一拋光臂至第一工作位獲取。
進一步的，晶圓傳遞裝置從第一工作位移走後，所述第一拋光臂在第一工作位進行清洗，再至第一拋光平臺。
進一步的，第一拋光臂自第一工作位獲取晶圓後，在第一拋光平臺上進行拋光，完成該拋光模組的拋光製程後，第一拋光臂將晶圓放回至第一工作位，晶圓傳遞裝置從第一工作位移動至第二工作位，第二拋光臂自第二工作位獲取晶圓，在第二拋光平臺上進行拋光；晶圓傳遞裝置從第二工作位移動至第一工作位，第一拋光臂至第一拋光平臺，另一晶圓放置在晶圓傳遞裝置上，待第一拋光臂至第一工作位獲取。
進一步的，另一晶圓放置在晶圓傳遞裝置之前，所述第一拋光臂進行清洗。
進一步的，所述拋光單元的數量為兩個或多個，其沿所述晶圓傳輸通道延伸的方向依次佈設。
本發明的有益效果是，1）每個拋光模組的拋光臂獨立控制，穩定性更好，靈活度更高；2）每個拋光模組的工作時間可獨立控制，適應不同的拋光需求；3）不同拋光模組之間的拋光液不會產生交叉影響，拋光效果更佳；4）整個工作流程的軌跡簡單、流暢，整個拋光製程的運動行程緊湊，拋光效率高；5）多個拋光單元沿著晶圓傳輸通道依次佈設的佈局可以根據需要選擇任意數量的拋光單元，或者說選擇任意數量的拋光模組，進行整個拋光流程，可以適應不同的製程需要。
為了使本技術領域的人員更好的理解本發明方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出進步性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本發明保護的範圍。
實施例一
一種晶圓拋光系統，至少包括一個拋光單元1；
如圖2所示，拋光單元1包括晶圓傳輸通道2，及至少兩個拋光模組3，拋光模組3位於晶圓傳輸通道2的兩側；
拋光模組3包括拋光平臺和拋光臂，拋光臂可以帶動晶圓相對拋光平臺活動，以實現拋光製程；此處的活動包括晶圓隨著拋光臂同步運動，也包括晶圓和拋光臂之間會相對運動；
晶圓傳輸通道2上具有至少兩個工作位，晶圓傳遞裝置可以在工作位之間移動。
在本實施例中，工作位的數量與拋光臂的數量相同。拋光模組3的拋光臂以首尾兩端工作位的連線中心點為中心對稱設置。
一個拋光模組3的拋光臂沿著第一軌跡51、從晶圓傳輸通道2內的工作位上獲取晶圓後，在該拋光模組3的拋光平臺上完成該拋光製程；接著將完成拋光的晶圓沿著第一軌跡51放回至晶圓傳輸通道2，晶圓傳遞裝置移動，將晶圓傳輸通道2內的晶圓轉移至另一工作位；另一個拋光模組3的拋光臂沿著第二軌跡52、從晶圓傳輸通道2內的另一工作位上獲取晶圓後，在該拋光模組3的拋光平臺上完成該次的拋光製程。
如圖3所示，上述的第一軌跡51，晶圓傳遞裝置的移動軌跡52，及第二軌跡53的走向呈近似Z字形。此處的近似指的是，第一軌跡51、晶圓傳遞裝置的移動軌跡52和第二軌跡53不一定為十分平直的直線，可以是帶有小波浪的曲線、弧線等，但是放大之後看，其移動的整體趨勢是直線。
在本實施例中晶圓傳遞裝置的數量為一個，一個拋光單元1中拋光模組3的數量為兩個，且兩個拋光模組3的拋光臂均靠近晶圓傳輸通道2，並且沿著晶圓傳輸通道2的對角設置，如圖2所示。即工作位包括第一工作位41和第二工作位42，拋光臂包括第一拋光臂321和第二拋光臂322，拋光平臺包括第一拋光平臺311和第二拋光平臺312。
第一軌跡51為弧線，第二軌跡53也為弧線，如圖3所示。此時第一拋光臂321帶著晶圓相對第一拋光平臺311沿著弧形軌跡做往復運動，實現拋光製程，該弧形軌跡與第一軌跡51落在同心圓上，甚至落在同一圓周上；或者第一拋光臂321和晶圓之間產生相對運動，形成弧形軌跡，再兩者停止相對運動，由第一拋光臂321帶著晶圓沿第一軌跡51轉移；第二拋光臂322帶著晶圓相對第二拋光平臺312沿著弧形軌跡做往復運動，實現拋光製程，該弧形軌跡與第二軌跡53落在同心圓上，甚至落在同一圓周上；或者第二拋光臂322和晶圓之間產生相對運動，形成弧形軌跡，再兩者停止相對運動，由第二拋光臂322帶著晶圓沿第一軌跡51轉移。
或者，如圖4所示，第一軌跡51為直線，或者確切地說是近似直線，此時第一拋光臂321帶著晶圓活動的同時，晶圓和第一拋光臂321之間發生相對運動，使得第一軌跡51為直線；第二軌跡53也為直線，或者確切地說是近似直線，此時第二拋光臂322帶著晶圓活動的同時，晶圓和第二拋光臂322之間發生相對運動，使得第二軌跡53為直線。第一軌跡51和第二軌跡53為直線，使得晶圓的相對移動行程最短，拋光效率更高。
此外，第一拋光臂321帶著晶圓活動的同時，晶圓和第一拋光臂321之間發生相對運動，相對運動的距離可以根據需要設置，使得第一軌跡51為不規則線條，同理，第二軌跡53也可為不規則線條。
如圖5所示，拋光單元1的數量可以為兩個或者多個，其沿著晶圓傳輸通道2延伸的方向依次佈設。
如圖6所示，在上述系統佈設的前提下，晶圓拋光系統的工作流程可以是：第一拋光臂321在第一工作位41獲取晶圓後，在第一拋光平臺311上進行拋光，完成該拋光模組3的拋光製程後，第一拋光臂321將晶圓放回至第一工作位41，晶圓傳遞裝置（圖中未示出）從第一工作位41移動至第二工作位42，第一拋光臂321可以繼續在第一工作位41，或可以在此處完成清洗；第二拋光臂322從第二工作位42獲取晶圓後，在第二拋光平臺312上進行拋光；與此同時，另一個晶圓放置在晶圓傳遞裝置上，此處可以借助機械手完成，通過其從第二工作位42移動至第一工作位41，第一拋光臂321繼續在第一工作位41獲取晶圓進行拋光。
上述工作流程設置，使得1）在第一拋光臂321無需轉回的情況下，可通過晶圓在第一工作位41和第二工作位42之間的傳輸，實現連續、原地攜帶晶圓，第一拋光臂321每次旋轉至晶圓傳輸通道2都完成對於拋光平臺的一次出晶圓和一次進晶圓；2）也體現出了晶圓傳遞裝置在第一工作位41和第二工作位42之間的靈活運動，晶圓傳遞裝置得到了最大利用，在每個工位都完成一次對於拋光平臺的出晶圓和一次進晶圓；3）第一拋光臂321、第二拋光臂322和晶圓傳遞裝置都不走空行程，通過該巧妙的設計，空間、時間和部件的利用率都達到最大化。
實施例二
如圖7所示，本實施例與實施例一的佈局相同，不同之處在於晶圓拋光系統的工作流程，其可以是：第一拋光臂321在第一工作位41獲取晶圓後，在第一拋光平臺311上進行拋光，完成該拋光模組3的拋光製程後，第一拋光臂321將晶圓放回至第一工作位41，第一拋光臂321轉回至第一拋光平臺311，晶圓傳遞裝置從第一工作位41移動至第二工作位42；第二拋光臂322從第二工作位42獲取晶圓後，在第二拋光平臺312上進行拋光；空的晶圓傳遞裝置從第二工作位42移動至第一工作位41，另一個晶圓放置在晶圓傳遞裝置上，第一拋光臂321從第一拋光平臺311轉動至第一工作位41獲取晶圓進行拋光。
晶圓傳遞裝置從第一工作位41移走後，第一拋光臂321可以從第一拋光平臺311轉動至第一工作位41進行清洗，完成清洗後，第一拋光臂321再轉回至第一拋光平臺311，等待下一次的轉動至第一工作位41。當然也可以是，晶圓傳遞裝置從第一工作位41移走後，第一拋光臂321仍然停留在第一拋光平臺311，等到空的晶圓傳遞裝置從第二工作位42移動至第一工作位41之前，第一拋光臂321從第一拋光平臺311轉動至第一工作位41進行清洗，完成清洗後，晶圓傳遞裝置移動至第一工作位41，第一拋光臂321直接獲取晶圓進行拋光。
上述工作流程設置，使得第一拋光臂321回到第一拋光平臺311再轉至第一工作位41獲取晶圓，第一拋光臂321存在一個避讓過程，使得晶圓放置到第一工作位41的過程存在更多可能性，不會因為第一拋光臂321的停留而造成空間阻礙。
實施例三
如圖8所示，本實施例與實施例一的佈局相同，不同之處在於晶圓拋光系統的工作流程，其可以是：第一拋光臂321在第一工作位41獲取晶圓後，在第一拋光平臺311上進行拋光，完成該拋光模組3的拋光製程後，第一拋光臂321將晶圓放回至第一工作位41，晶圓傳遞裝置從第一工作位41移動至第二工作位42；第二拋光臂322從第二工作位42獲取晶圓後，在第二拋光平臺312上進行拋光；空的晶圓傳遞裝置從第二工作位42移動至第一工作位41，第一拋光臂321轉回至第一拋光平臺311，另一個晶圓放置在晶圓傳遞裝置上，第一拋光臂321從第一拋光平臺311轉動至第一工作位41獲取晶圓進行拋光。
在另一個晶圓放置在晶圓傳遞裝置上之前，第一拋光臂321完成清洗即可，其可以是在晶圓傳遞裝置從第一工作位41移動至第二工作位42的時間段，也可以是晶圓在第二拋光平臺312上拋光的時間段，還可以是晶圓傳遞裝置從第二工作位42移動至第一工作位41的時間段。
上述工作流程設置，使得第一拋光臂321回到第一拋光平臺311再轉至第一工作位41獲取晶圓，第一拋光臂321存在一個避讓過程，使得晶圓放置到第一工作位41的過程存在更多可能性，不會因為第一拋光臂321的停留而造成空間阻礙，適應性更佳。
上述具體實施方式用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和申請專利範圍的保護範圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落入本發明的保護範圍。
1:拋光單元
2:晶圓傳輸通道
3:拋光模組
311:第一拋光平臺
312:第二拋光平臺
321:第一拋光臂
322:第二拋光臂
41:第一工作位
42:第二工作位
51:第一軌跡
52:晶圓傳遞裝置的移動軌跡
53:第二軌跡
A、B、C、D:拋光頭
圖1為現有技術中晶圓拋光系統的簡示圖。
圖2為本發明實施例一中拋光單元的示意圖。
圖3為本發明實施例一中拋光單元帶移動軌跡（第一軌跡為弧線）的示意圖。
圖4為本發明實施例一中拋光單元帶移動軌跡（第一軌跡為直線）的示意圖。
圖5為本發明實施例一中多個拋光單元佈設示意圖。
圖6為本發明實施例一中的運動示意圖。
圖7為本發明實施例二中的運動示意圖。
圖8為本發明實施例三中的運動示意圖。
311:第一拋光平臺
312:第二拋光平臺
321:第一拋光臂
322:第二拋光臂
41:第一工作位
42:第二工作位
51:第一軌跡
52:晶圓傳遞裝置的移動軌跡
53:第二軌跡
Claims (14)
- 一種晶圓拋光系統，至少包括一個拋光單元； 所述拋光單元包括晶圓傳輸通道及至少兩個拋光模組，所述拋光模組位於所述晶圓傳輸通道的兩側； 所述兩個拋光模組包括拋光平臺和拋光臂，所述拋光臂可帶動晶圓相對所述拋光平臺活動，以實現拋光製程； 所述晶圓傳輸通道上具有至少兩個工作位，晶圓傳遞裝置可在所述工作位之間移動； 一個拋光模組的所述拋光臂從所述晶圓傳輸通道內的所述工作位上獲取晶圓後，完成第一拋光製程，將所述晶圓沿第一軌跡放回至所述晶圓傳輸通道，所述晶圓傳遞裝置移動，將所述晶圓轉移至另一工作位，另一拋光模組的所述拋光臂沿第二軌跡從所述工作位獲取所述晶圓後，完成第二拋光製程； 所述第一軌跡、晶圓傳遞裝置的移動軌跡及所述第二軌跡的走向呈近似Z字形。
- 如請求項1所述的晶圓拋光系統，其中所述工作位的數量與所述拋光臂的數量相同。
- 如請求項2所述的晶圓拋光系統，其中所述拋光模組的所述拋光臂以所述晶圓傳輸通道上首尾兩端的所述工作位的連線中心點為中心對稱設置。
- 如請求項1所述的晶圓拋光系統，其中所述第一軌跡為弧線，或者所述第一軌跡為直線，或者所述第一軌跡為近似直線；所述第二軌跡為弧線，或者所述第二軌跡為直線，或者所述第二軌跡為近似直線。
- 如請求項4所述的晶圓拋光系統，其中所述拋光臂帶著所述晶圓相對所述拋光平臺沿弧形軌跡做往復運動，實現所述拋光製程，所述弧形軌跡與呈所述弧線的所述第一軌跡或所述第二軌跡落在同心圓上。
- 如請求項1所述的晶圓拋光系統，其中所述晶圓傳遞裝置的數量為一個。
- 如請求項2所述的晶圓拋光系統，其中所述拋光模組的數量為兩個，且兩個拋光模組的所述拋光臂均靠近所述晶圓傳輸通道，且沿所述晶圓傳輸通道的對角設置。
- 如請求項7所述的晶圓拋光系統，其中第一拋光臂自第一工作位獲取第一晶圓後，在第一拋光平臺上進行拋光，完成所述拋光模組的所述拋光製程後，所述第一拋光臂將所述第一晶圓放回至所述第一工作位，所述晶圓傳遞裝置從所述第一工作位移動至第二工作位，第二拋光臂自所述第二工作位獲取所述第一晶圓，在第二拋光平臺上進行拋光；同時第二晶圓放置在所述晶圓傳遞裝置，通過所述晶圓傳遞裝置從所述第二工作位移動至所述第一工作位，所述第一拋光臂繼續獲取所述第二晶圓進行拋光。
- 如請求項8所述的晶圓拋光系統，其中所述晶圓傳遞裝置將所述第一晶圓從所述第一工作位移動至所述第二工作位，所述第一拋光臂繼續在所述第一工作位完成清洗後，待獲取所述第二晶圓後至所述第一拋光平臺進行拋光。
- 如請求項7所述的晶圓拋光系統，其中第一拋光臂自第一工作位獲取第一晶圓後，在第一拋光平臺上進行拋光，完成所述拋光模組的所述拋光製程後，所述第一拋光臂將所述第一晶圓放回至所述第一工作位，所述第一拋光臂至所述第一拋光平臺，所述晶圓傳遞裝置從所述第一工作位移動至第二工作位，第二拋光臂自所述第二工作位獲取所述第一晶圓，在第二拋光平臺上進行拋光；所述晶圓傳遞裝置從所述第二工作位移動至所述第一工作位，第二晶圓放置在所述晶圓傳遞裝置上，待所述第一拋光臂至所述第一工作位獲取。
- 如請求項10所述的晶圓拋光系統，其中所述晶圓傳遞裝置從所述第一工作位移走後，所述第一拋光臂在所述第一工作位進行清洗，再至所述第一拋光平臺。
- 如請求項7所述的晶圓拋光系統，其中第一拋光臂自第一工作位獲取第一晶圓後，在第一拋光平臺上進行拋光，完成所述拋光模組的所述拋光製程後，所述第一拋光臂將所述第一晶圓放回至所述第一工作位，所述晶圓傳遞裝置從所述第一工作位移動至第二工作位，第二拋光臂自所述第二工作位獲取所述第一晶圓，在第二拋光平臺上進行拋光；所述晶圓傳遞裝置從所述第二工作位移動至所述第一工作位，所述第一拋光臂至所述第一拋光平臺，第二晶圓放置在所述晶圓傳遞裝置上，待所述第一拋光臂至所述第一工作位獲取。
- 如請求項12所述的晶圓拋光系統，其中所述第二晶圓放置在所述晶圓傳遞裝置之前，所述第一拋光臂進行清洗。
- 如請求項1所述的晶圓拋光系統，其中所述拋光單元的數量為兩個或多個，其沿所述晶圓傳輸通道延伸的方向依次佈設。
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