[发明专利]一种化学机械平坦化设备和晶圆传输方法

说明书

本发明公开了一种化学机械平坦化设备及晶圆传输设备和晶圆传输方法，其中晶圆传输设备包括至少一套晶圆抛光传输机械手；所述晶圆抛光传输机械手包括：水平传动机构、垂直传动机构及晶圆抓取装置；在所述晶圆抓取装置水平直线运动方向上的活动范围内布置有抛光中转台、清洗中转台及抛光装载台。本发明所提供的晶圆传输设备可以将晶圆在抛光中转台、抛光装载台及清洗中转台之间直接传输，由于无需中转，减少了晶圆的中转次数，缩短了晶圆传输时间，提高了传输效率，减少晶圆因传输产生损坏的概率。本发明所提供的化学机械平坦化设备的布局有助于减少传输的行程，化学机械平坦化设备加工效率同比显著提升。

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，具体涉及一种化学机械平坦化设备及晶圆传输设备和晶圆传输方法。

背景技术

随着半导体行业的飞速发展,集成电路特征尺寸不断趋于微细化,因此半导体薄膜表面的高平坦化对器件的高性能、低成本、高成品率有着重要的影响。

化学机械抛光(Chemical Mechanical Planarization，CMP)技术是化学作用和机械作用相结合的技术。其工作原理是，首先工件表面材料与抛光液中的氧化剂、催化剂等发生化学反应，生成一层相对容易去除的软质层,然后在抛光液中的磨料和抛光垫的机械作用下去除该软质层，使工件表面重新裸露出来，随后再进行化学反应，藉此在化学作用过程和机械作用过程的交替进行中完成工件表面抛光。

目前，化学机械抛光技术已经发展成集在线量测、在线终点检测、清洗等技术于一体的化学机械抛光技术是集成电路向微细化、多层化、薄型化、平坦化工艺发展的产物。同时也是晶圆由200mm向300mm乃至更大直径过渡、提高生产率、降低制造成本、衬底全局平坦化所必需的工艺技术。

一个典型的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。抛光单元通常包括工作台、抛光盘、抛光头、抛光臂、修整器、抛光液臂等，抛光盘、抛光头、抛光臂、修整器、抛光液臂按照工艺加工位置布置在工作台上。实际的晶圆加工过程中发现，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。晶圆在抛光单元与外部以及在抛光单元之间的传输通常依靠抛光装载台或起类似作用的装置来实现，关于抛光装载台与抛光单元的空间布局，业界已经有比较成熟的模式，如专利号为US5738574的美国专利文献披露的技术方案中，其抛光装载台(transfer station)与三个抛光单元为正方形布局。工作时，一个带有四个呈正方形分布抛光头的、且可以旋转的装置(carousel)向下运动，依次与抛光装载台完成晶圆的装卸。值得一提的是，上述装置中，三个抛光单元自带一个清洗装置，位置上与抛光单元近邻，其中一个位于对应的抛光单元与抛光装载台之间。很明显，由于一个抛光装载台需要借助一个共用的可以旋转的装置给三个抛光单元提供装卸服务，因此这种技术布局的缺点是工艺过程复杂。另一件美国专利US8795032B2公开了另一种布局，其中的四个抛光单元并排排列，晶圆传输由位于平坦化设备端部的装卸区和沿抛光单元排列方向设置的两个线性运输机构完成，线性运输机构的另一侧为清洗区。上述每一个线性运输机构为两个抛光单元提供服务，并为每个抛光单元设置两个传输工位，抛光单元的抛光头可以从其中一个传输工位装卸晶圆。这种布局采用了抛光单元的直线排列，但其缺点是每个抛光单元虽然设置两个传输工位，但抛光过程中抛光单元只从其中一个直接装卸晶圆，因此从晶圆传输效率的角度说还有需要改进的空间。

化学机械抛光平坦化设备通常包括半导体设备前端模块(EFEM)、清洗模块和抛光模块。EFEM主要包括存放晶圆的片盒、传片机械手和空气净化系统等；清洗模块主要包括数量不等的兆声波清洗部件、滚刷清洗部件、干燥部件和各部件之间传输晶圆的装置等；抛光模块包括数量不等的抛光单元，每个抛光单元主要包括抛光台、抛光头、抛光供液系统和抛光垫修整系统等。