一种减少抛光片表面划痕方法与流程

1.本专利属于集成电路领域，特别是单晶硅片化学机械抛光机中单一步骤取盘流程的设计。


背景技术：

2.集成电路是现代信息产业与信息社会的基础，同样也是推动国民经济和信息化发展的关键技术之一，也同要是改造与生机传统产业的核心技术。在进行集成电路的生产制造过程中，在世界上所出售的半导体电子元件中，90%的半导体器件都是由硅材料进行生产的，硅片作为其基础原材料也有着相当重要的地位。硅片是与多晶硅为原料通过拉晶、切片、腐蚀、热处理、抛光、清洗等工艺进行生产而成的，其成品具有晶体完整、高纯度、高表面质量、高精度等特性。
3.随着ic制造技术的高速发展，为了提高ic的表面集成度，要求硅片的刻线宽度越来越细，因此，对原料硅片表面质量的要求也越来越高，其宏观表述就是硅片表面不含有任何损伤、表面光洁平整。在硅片的生产过程中，从多晶硅到制品需要经过一系列的加工流程如切片、研磨、抛光等都会对其表面平整度产生巨大影响，然而在硅片加工表面层及加工表面层物理化性质的微小变化就会导致器件成废品，因此使工艺过程中获得低损伤或无损伤的硅片具有重要意义。在上述硅片加工过程中，硅片化学机械抛光是其中改善硅片表面平整度中的重要工艺，抛光工艺可以在宏观上改善前加工步骤产生的问题，从而使得抛光后硅片具有平整的表面。但是，在抛光工艺过程当中也有可能会产生一定的表面损伤，其中比较严重的就是划痕的产生；在化学机械抛光过程中划痕产生的原因有很多比如，异常的抛光压力、抛光布的选择与处理、抛光浆料的影响以及陶瓷盘的取放等；其中，陶瓷盘的取放尤其是取盘的过程中容易对硅片的抛光面产生影响。在现在的化学机械抛光流程中，现有工艺多采用联抛的方式对硅片进行处理，因此贴有硅片的陶瓷盘需要在多台抛光机中传递，其中陶瓷盘的传递由机械手代为执行，因此其中需要使用机械手将陶瓷盘抓离抛光大盘，机械手抓取陶瓷盘的分解过程如下：首先机械手吸盘部分吸取陶瓷盘，然后将陶瓷盘向机械手的方向沿陶瓷盘水平面的方向上拖动一段距离，最后在垂直于陶瓷盘表面的方向向上方拉动陶瓷盘使其脱离的大盘表面。在现有技术下，此取盘的抛光流程有两点问题：一、由于取盘过程发生在化学机械抛光过程结束之后，陶瓷盘在纯水与浆料的作用下被紧紧的吸附于抛光大盘表面，单方面的持续作用力很难使其脱离抛光大盘表面，因此现有工艺采用先水平方向拖拽20-40mm，再垂直方向拉取的方式进行陶瓷盘的抓取，垂直抓取高度设定值通常为提拉高度20-30mm，拉起瞬间的拉力通常会使用达到相当于陶瓷盘自身重力两倍以上的力，但由于陶瓷盘与大盘贴合过紧，在长距离水平拖拽的过程中较易产生划痕，对产品产生影响；二、同样由于陶瓷盘与大盘贴合过紧的原因，在进行垂直方向拉取陶瓷盘使陶瓷盘脱离大盘表面的瞬间，陶瓷盘会由于惯性的原因快速向拉取方向回弹，这种现象对机械手有一定的损伤，长期保持此状态进行使用会对机械手的精度产生一定影响。因此，若要维持设备稳定、准确运行以及产品的高质量，则需要对重新设计新的方法进行使用。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的不足，本发明对抛光机机械手对于陶瓷盘的方式进行重新的设计，利用将作用力多方向，周期型的施加在陶瓷盘上，使得陶瓷盘在与大盘有轻微相对运动甚至相对静止的情况下实现陶瓷盘的抓取，以此来减少硅片表面产生划痕的可能并且减小机械手回弹效果，对机械手的使用精度进行保护。
5.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：为实现抛光结束后抓取陶瓷盘过程中的划痕减少，采取如下措施：首先机械手的吸盘装置先对陶瓷盘进行吸附，确保其吸附牢固。
6.然后，控制机械手进行陶瓷盘进行陶瓷盘抓取动作，陶瓷盘抓取动作可以拆分为水平拉取动作a和垂直抓取动作b。
7.其中，水平拉取动作a的特征如下：开始电脑程序控制水平方向拉取动作，电机动作时间为0.2-0.5s，电机执行命令参数为可将陶瓷盘在水平方向相对大盘拖动1.0
±
0.2mm，然后暂停运动，暂停时间为0.2-0.5s，暂停时间与电机动作时间相同。此为单元水平拉取动作a，对单元水平拉取动作a重复总计执行n次直至取盘动作结束。此为水平拉取动作a执行完成。
8.垂直抓取动作b的特征如下：开始电脑程序控制参数垂直方向抓取动作，首次执行命令参数为是陶瓷盘收到一个向上的拉力f1，此时的拉力f1为陶瓷盘本身的重力，但由于陶瓷盘与大盘存在吸附力，此动作并不能将陶瓷盘抓离大盘表面，然后不卸去负载维持此状态停止运动，此为单元垂直拉取动作b1；第二次执行命令时，将在上一次运动命令基础上拉力至f2，其中拉力f2的值为f2=f1+0.1f1，此时动作仍不足以将陶瓷盘抓离大盘表面，然后不卸去负载维持此状态停止运动，此为单元垂直拉取动作b2；直至第n次执行命令将在第（n-1）次运动命令基础上增加机械手拉力，使其第n此拉取动作执行的拉力为:f
n
=f
n-1
+0.3f1/（n-1）（n≥2），此时陶瓷盘与大盘之间产生相对距离，单元垂直拉取动作b
n
结束，陶瓷盘抓取动作完成，垂直抓取动作b即为b1至b
n
的过程，在此过程的当中单元动作b动作的持续时间相同，其时间与单元动作a中电机动作时间和暂停时间之和保持一致，均为0.4-1.0s。
9.在陶瓷盘抓取动作完成后停止a动作、b动作，抓取陶瓷盘过程结束，此时陶瓷盘总体水平方向移动距离为s，垂直方向移动距离为h。然后继续平稳提升陶瓷盘至取盘指定高度，整体动作结束继而进行下一步运动。
10.利用上述方法可以得到取盘流程中最小的水平移动距离s，也最大程度上减小了硅片与抛光大盘的相对运动，并在水平移动的同时进行垂直运动也可以减小硅片与大盘表面的压力，以此减少划痕的产生。因为垂直移动的距离变短导致回弹作用减小，这也同样对机械手臂起到了一定的保护作用其具体运动作信号-时间关系图由附图1所示。
附图说明
11.图1：水平信号—垂直拉力f
n
—时间关系图。
12.图2：方案流程图。
具体实施例
13.实施例1：依照本发明专利的方法进行抛光后的陶瓷盘抓取：在化学机械抛光粗抛完成后，要将陶瓷盘移至精抛机，因此停止粗抛光机的所有加工动作准备进行陶瓷盘的抓取。
14.将精抛机的机械手臂移至预定抓取位置，利用吸盘装置先对陶瓷盘进行吸附，使陶瓷盘吸附牢固。开始执行抓取动作。
15.首先电脑程序控制水平方向拉取动作a，电机执行命令参数为“将陶瓷盘在水平方向相对大盘拖动1.1mm”，电机动作时间为0.3s，暂停此动作0.3s，然后重复上述流程直至结束，并且在第一次暂停动作开始的同时开始进行由电脑程序控制参数垂直方向抓取动作b，首次执行命令为将陶瓷盘在垂直方向提升机械手所使用的拉力f1的值等于陶瓷盘自身重力，陶瓷盘重17.0kg，g取9.8n/kg，所以f1值166.6n，b1阶段持续时间为0.6s，b1阶段结束后执行b2阶段，机械手拉力f2设定为f2=f1+0.3f1=216.6n按此方式重复执行抓取动作，b2阶段持续时间与b1阶段相同均为0.6s，重复执行此操作直至在执行第9次提升动作即机械手执行命令f
10
=f9+0.3f1/9=302.4n，抛光机的距离传感器显示陶瓷盘与传感之间的距离小于预设距离，即h＞0，此时停止a动作与b动作，陶瓷盘抓取动作结束。测量水平移动距离s为：s=9.9mm。
16.而后将机械手高度提升至规定高度，翻转陶瓷盘进行划痕检查，记录检查情况，并进入下一流程。按照此流程再重复三次，将位于粗抛机处的陶瓷盘全部转移完成，同时检查此次抛光过程中共计20片抛光硅片的划痕情况，经检查并未出现划痕。
17.实施例2：在化学机械抛光第一次粗抛完成后，要将陶瓷盘移至第二次粗抛所使用的粗抛机，因此停止第一台抛光机的所有加工动作准备进行陶瓷盘的抓取。
18.将第二台粗抛机的机械手臂移至预定抓取位置，利用吸盘装置先对陶瓷盘进行吸附，使陶瓷盘吸附牢固。开始执行抓取动作。
19.首先电脑程序控制水平方向拉取动作a，电机执行命令参数为“将陶瓷盘在水平方向相对大盘拖动1.2mm”，动作持续0.2s，暂停此动作0.2s，然后重复上述流程，并且在第一次暂停动作开始的同时开始进行由电脑程序控制参数垂直方向抓取动作b，首次执行命令为将陶瓷盘在垂直方向提升机械手所使用的拉力f1的值等于陶瓷盘自身重力，陶瓷盘重17.1kg，g取9.8n/kg，所以f1值167.6n，b1阶段持续时间为0.4s，b1阶段结束后执行b2阶段，机械手拉力f2设定为f2=f1+0.3f1=217.9n按此方式重复执行抓取动作，b2阶段持续时间与b1阶段相同均为0.4s，重复执行此操作直至在执行第6次提升动作即机械手执行命令f6=f5+0.3f1/5=270.7n，抛光机的距离传感器显示陶瓷盘与传感之间的距离小于预设距离，即h＞0，此时停止a动作与b动作，陶瓷盘抓取动作结束。测量水平移动距离s为：s=7.2mm。
20.而后将机械手高度提升至规定高度，翻转陶瓷盘进行划痕检查，记录检查情况，并进入下一流程。按照此流程再重复三次，将位于第一台粗抛机处的陶瓷盘全部转移完成，同时检查此次过程中共计20片抛光硅片的划痕情况，经检查并未出现划痕。
21.实施例3：在化学机械抛光第一次粗抛完成后，要将陶瓷盘移至第二次粗抛所使用的粗抛机，因
此停止第一台抛光机的所有加工动作准备进行陶瓷盘的抓取。
22.将第二台粗抛机的机械手臂移至预定抓取位置，利用吸盘装置先对陶瓷盘进行吸附，使陶瓷盘吸附牢固。开始执行抓取动作。
23.首先电脑程序控制水平方向拉取动作a，电机执行命令参数为“将陶瓷盘在水平方向相对大盘拖动0.8mm”，动作持续0.5s，暂停此动作0.5s，然后重复上述流程，并且在第一次暂停动作开始的同时开始进行由电脑程序控制参数垂直方向抓取动作b，首次执行命令为将陶瓷盘在垂直方向提升机械手所使用的拉力f1的值等于陶瓷盘自身重力，陶瓷盘重17.0kg，g取9.8n/kg，所以f1值166.6n，b1阶段持续时间为1s，b1阶段结束后执行b2阶段，机械手拉力f2设定为f2=f1+0.3f1=216.6n按此方式重复执行抓取动作，b2阶段持续时间与b1阶段相同均为1s，重复执行此操作直至在执行第13次提升动作即机械手执行命令f
13
=f
12
+0.3f1/12=321.7n，抛光机的距离传感器显示陶瓷盘与传感之间的距离小于预设距离，即h＞0，此时停止a动作与b动作，陶瓷盘抓取动作结束。测量水平移动距离s为：s=10.4mm。
24.而后将机械手高度提升至规定高度，翻转陶瓷盘进行划痕检查，记录检查情况，并进入下一流程。按照此流程再重复三次，将位于第一台粗抛机处的陶瓷盘全部转移完成，同时检查此次过程中共计20片抛光硅片的划痕情况，经检查并未出现划痕。
25.实施例4：在化学机械抛光第一次粗抛完成后，要将陶瓷盘移至第二次粗抛所使用的粗抛机，因此停止第一台抛光机的所有加工动作准备进行陶瓷盘的抓取。
26.将第二台粗抛机的机械手臂移至预定抓取位置，利用吸盘装置先对陶瓷盘进行吸附，使陶瓷盘吸附牢固。开始执行抓取动作。
27.首先电脑程序控制水平方向拉取动作a，电机执行命令参数为“将陶瓷盘在水平方向相对大盘拖动1.2mm”，动作持续0.5s，暂停此动作0.5s，然后重复上述流程，并且在第一次暂停动作开始的同时开始进行由电脑程序控制参数垂直方向抓取动作b，首次执行命令为将陶瓷盘在垂直方向提升机械手所使用的拉力f1的值等于陶瓷盘自身重力，陶瓷盘重17.0kg，g取9.8n/kg，所以f1值166.6n，b1阶段持续时间为1s，b1阶段结束后执行b2阶段，机械手拉力f2设定为f2=f1+0.3f1=216.6n按此方式重复执行抓取动作，b2阶段持续时间与b1阶段相同均为1s，重复执行此操作直至在执行第11次提升动作即机械手执行命令f
11
=f
10
+0.3f1/10=313.0n，抛光机的距离传感器显示陶瓷盘与传感之间的距离小于预设距离，即h＞0，此时停止a动作与b动作，陶瓷盘抓取动作结束。测量水平移动距离s为：s=13.2mm。
28.而后将机械手高度提升至规定高度，翻转陶瓷盘进行划痕检查，记录检查情况，并进入下一流程。按照此流程再重复三次，将位于第一台粗抛机处的陶瓷盘全部转移完成，同时检查此次过程中共计20片抛光硅片的划痕情况，经检查并未出现划痕。
29.实施例5：在化学机械抛光第一次粗抛完成后，要将陶瓷盘移至第二次粗抛所使用的粗抛机，因此停止第一台抛光机的所有加工动作准备进行陶瓷盘的抓取。
30.将第二台粗抛机的机械手臂移至预定抓取位置，利用吸盘装置先对陶瓷盘进行吸附，使陶瓷盘吸附牢固。开始执行抓取动作。
31.首先电脑程序控制水平方向拉取动作a，电机执行命令参数为“将陶瓷盘在水平方向相对大盘拖动0.8mm”，动作持续0.2s，暂停此动作0.2s，然后重复上述流程，并且在第一
次暂停动作开始的同时开始进行由电脑程序控制参数垂直方向抓取动作b，首次执行命令为将陶瓷盘在垂直方向提升机械手所使用的拉力f1的值等于陶瓷盘自身重力，陶瓷盘重17.0kg，g取9.8n/kg，所以f1值166.6n，b1阶段持续时间为0.4s，b1阶段结束后执行b2阶段，机械手拉力f2设定为f2=f1+0.3f1=217.9n按此方式重复执行抓取动作，b2阶段持续时间与b1阶段相同均为0.66s，重复执行此操作直至在执行第8次提升动作即机械手执行命令f9=f8+0.3f1/8=302.4n，抛光机的距离传感器显示陶瓷盘与传感之间的距离小于预设距离，即h＞0，此时停止a动作与b动作，陶瓷盘抓取动作结束。测量水平移动距离s为：s=7.2mm。
32.而后将机械手高度提升至规定高度，翻转陶瓷盘进行划痕检查，记录检查情况，并进入下一流程。按照此流程再重复三次，将位于第一台粗抛机处的陶瓷盘全部转移完成，同时检查此次过程中共计20片抛光硅片的划痕情况，经检查并未出现划痕。
33.对比例：按机械手原动作流程对贴有陶瓷盘的硅片进行抓取在化学机械抛光粗抛完成后，要将陶瓷盘移至精抛机，因此停止粗抛光机的所有加工动作准备进行陶瓷盘的抓取。整体环境与实施例1相同。
34.将精抛机的机械手臂移至预定抓取位置，利用吸盘装置先对陶瓷盘进行吸附，使陶瓷盘吸附牢固。开始执行抓取动作。首先机械手吸盘部分吸取陶瓷盘，使其吸附牢固。
35.然后将陶瓷盘向机械手的方向沿陶瓷盘所在水平面，向机械手所在位置方向拖动20mm。待达到拖动距离后，水平移动停止。
36.然后在垂直于陶瓷盘表面的方向向上方拉动陶瓷盘，机械手执行参数为：“将陶瓷盘在垂直方向提升20mm”，在8s后陶瓷盘脱离大盘表面，取盘动作结束。
37.而后将机械手高度提升至规定高度，翻转陶瓷盘进行划痕检查，记录检查情况，并进入下一流程。按照此流程再重复三次，将位于粗抛机处的陶瓷盘全部转移完成，同时检查此次抛光过程中共计20片抛光硅片的划痕情况。经检查20片抛光硅片中，有2张硅片产生划痕，划痕位置均位于硅片边缘，划痕长度分别为1.0mm和1.3mm。