一种CMP晶圆清洗设备的制作方法

本发明属于晶圆磨削或抛光工艺技术领域，涉及应用于cmp后的晶圆清洗领域的一种cmp晶圆清洗设备。

背景技术：

随着半导体产业的迅速发展，集成电路特征尺寸不断趋于微细化，半导体晶片不断地朝小体积、高电路密集度、快速、低耗电方向发展，集成电路现已进入ulsi亚微米级的技术阶段。伴随着硅晶片直径的逐渐增大，元件内刻线宽度逐步缩小，金属层数的增多，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，这导致对硅晶片表面的平整度要求将日趋严格。

目前，作为唯一能获得全局平面化效果的平整化技术化学机械抛光技术，cmp(chemicalmechanicalplanarization，化学机械平坦化)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。在晶圆进行cmp加工后，会在晶圆表面残留加工的移除物和抛光液，为了及时去除晶圆表面的污染物，cmp设备需要搭配清洗设备使用。

目前，主流的清洗设备的配置有晶圆垂直方式和晶圆水平方式，每种设备的清洗单元配置又不相同。垂直方式的清洗单元可以节省设备空间，兆声清洗和刷洗的工艺一致性更好，但是甩干过程中由于受重力影响，干燥效果不如水平方式，而水平方式的清洗单元又不利于污染物及时移出晶圆表面。因此需要根据清洗单元和甩干单元的特性，综合考虑晶圆的放置方式，以及还要考虑晶圆放置方式的转换如何具体实现。另外，cmp晶圆清洗设备一旦发生故障时，已经完成抛光程序的晶圆如何确保安全存储，不致晶圆表面的清洁度受到影响也是一个需要考虑和解决的问题。

技术实现要素：

本发明目的在于针对各种清洗单元的不同配置方案，提供相应的传输方式，并对现有晶圆清洗过程中当cmp晶圆清洗设备发生故障时，对于已经完成抛光的晶圆如何确保安全存储的问题提出一种解决方案，可以有效解决位于程序转换之间的晶圆的安全存储问题。

为此目的，本发明提出的技术方案为一种cmp晶圆清洗设备，包括依次排列的清洗输入单元、兆声清洗单元、第一刷洗单元、第二刷洗单元、甩干单元，传输机械手和翻转机械手位于清洗设备的上方，传输机械手包括水平运动轴、垂直运动轴和晶圆抓取装置，可将晶圆在所述单元之间传输，翻转机械手将所述抓取装置中的晶圆抓取并翻转。除此之外，还包括缓冲单元，所述缓冲单元位于清洗输入单元的前方，可以临时存放晶圆。

上述设备还包括抛光晶圆通道，其位于清洗输入单元和兆声清洗单元之间，方便cmp步骤前的晶圆进入抛光区域时穿过清洗设备。

抛光晶圆通道和清洗输入单元中的晶圆托架均可以同时或单独移出，方便进行装载晶圆操作。

在缓冲单元中设置喷水装置，防止晶圆未经清洗而干燥。

作为优选，在缓冲单元中可以临时存放2-10片晶圆。

作为优选，清洗和刷洗过程中晶圆处于垂直方向，在甩干过程中晶圆处于水平方向。

当垂直甩干的工艺要求可以满足加工要求时，清洗、刷洗、甩干过程中晶圆均处于垂直方向。

晶圆从水平到垂直状态的转变通过传输机械手翻转，也可以通过独立的翻转机械手实现。

传输机械手在清洗输入单元至甩干单元的方向上依次包括晶圆抓取装置一和晶圆抓取装置二。

在清洗容量允许的条件下，靠近甩干单元侧的晶圆抓取装置一(603)可以自带晶圆翻转功能，以省掉一个翻转机械手。

与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：

1，本发明引进的缓冲单元可以让整个清洗设备容错能力更强，晶圆清洗过程中，当cmp晶圆清洗设备发生故障时，对于已经完成抛光的晶圆就可以实现安全存储，也可以有效解决位于程序转换之间的晶圆的安全存储问题。

2，本发明为更有效地利用设备的空间，cmp晶圆清洗设备还可以包括抛光晶圆通道，位于清洗输入单元和兆声清洗单元之间，方便cmp步骤前的晶圆进入抛光区域时穿过清洗设备。

3，根据晶圆清洗工艺要求的不同，各清洗单元可以全部为垂直方式，也可以将甩干单元变成水平方式。

4，传输机械手通过采用将两套抓取装置集成在一套水平运动轴上的设计，提高了传输效率，避免了多套水平轴的设计可能存在的相互碰撞的隐患。

附图说明

图1为本发明晶圆清洗设备的结构图；

图2为晶圆清洗设备的立体效果图；

图3为第一个实施例的立体效果图；

图4为第二个实施例的立体效果图；

图5为第三个实施例的立体效果图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1和2所示，本发明提供的用于cmp后清洗的晶圆清洗设备包括缓冲单元8、清洗输入单元1、抛光晶圆通道10、兆声清洗单元2、刷洗单元3、刷洗单元4、甩干单元5、传输机械手6和翻转机械手7。

cmp晶圆清洗设备中的缓冲单元8、清洗输入单元1、抛光晶圆通道10、兆声清洗单元2、刷洗单元3、刷洗单元4和甩干单元5依次排成一排。在清洗单元的上方设置一组传输机械手6。所述传输机械手6包括水平运动轴601、垂直运动轴602、晶圆抓取装置一603和晶圆抓取装置二604。

为方便cmp之前的晶圆进入抛光区域时容易穿过清洗单元，在清洗单元中设置有抛光晶圆通道10。抛光后的晶圆需要立即进行清洗，待清洗晶圆9首先被放至清洗输入单元1，为防止晶圆9在等待的过程中变干燥，清洗输入单元9中设计有喷水装置。

待下一个清洗单元兆声清洗单元2完成加工后，传输机械手6的晶圆抓取装置二604沿垂直运动轴602抓取清洗输入单元1中的晶圆9，晶圆抓取装置一603和晶圆抓取装置二604沿水平运动轴601传输到兆声清洗单元2上方，晶圆抓取装置一603沿垂直运动轴602抓取兆声清洗单元2中的晶圆9，晶圆抓取装置二604沿垂直运动轴602放置晶圆9至兆声清洗单元2中。

待下一个清洗单元刷洗单元3完成加工后，晶圆抓取装置一603和晶圆抓取装置二604沿水平运动轴601传输到刷洗单元3上方，晶圆抓取装置二604沿垂直运动轴602抓取刷洗单元3中的晶圆9，晶圆抓取装置一603沿垂直运动轴602放置晶圆9至刷洗单元3中。

待下一个清洗单元刷洗单元4完成加工后，晶圆抓取装置一603和晶圆抓取装置二604沿水平运动轴601传输到刷洗单元4上方，晶圆抓取装置一603沿垂直运动轴602抓取刷洗单元4中的晶圆9，晶圆抓取装置二604沿垂直运动轴602放置晶圆9至刷洗单元4中。

待下一个清洗单元甩干单元5完成加工后，翻转机械手7将抓取装置603中的晶圆9抓取并翻转放置甩干单元5中。晶圆9在甩干单元5中加工完毕后完成整个清洗流程，晶圆9被其他设备机械手取走。如此循环，进行晶圆9的清洗加工。

当清洗单元中的某一个或多个单元出现故障时，清洗输入单元1中的晶圆9将由抓取装置604放至缓冲单元8中。根据抛光设备的容量，缓冲单元可以设计成可容纳2至10片晶圆9的位置。

另外，本发明的cmp晶圆清洗设备一般还集成cmp抛光设备和设备前端单元模块(efem)。所述cmp晶圆清洗设备和cmp抛光设备之间设置有负责传输晶圆的机械手。

晶圆在cmp抛光设备中加工完成后，被机械手传输至本发明的清洗输入单元1中，在传输机械手6和翻转机械手7的参与下，晶圆9依次经过兆声清洗单元2、刷洗单元3、刷洗单元4和甩干单元5，完成整个清洗流程，efem中的机械手最后在甩干单元5中取走晶圆9。

所述集成的cmp抛光设备可同时抛光2片以上数量不等的晶圆，为了防止本发明的cmp晶圆清洗设备发生故障后，抛光后的晶圆无法安全存储，在本发明的cmp晶圆清洗设备中设计有缓冲单元8。根据集成的cmp抛光设备的加工容量不同，所述缓冲单元8中可以临时存放2片至10片晶圆，在缓冲单元8中设计有喷水装置，防止晶圆未经清洗而干燥。

作为实施例，如图3所示，清洗输入单元1和抛光晶圆通道10可以设计成可以移动的方式。当cmp抛光设备中有晶圆需要清洗时，清洗输入单元1中的晶圆托架11移出槽体，进行装载晶圆操作，晶圆托架11装载晶圆后，回到清洗输入单元1中。同样的，需要进行抛光的晶圆，从efem单元放至抛光晶圆通道10中的晶圆托架12上，晶圆托架12可以移出相应距离，方便cmp抛光设备的机械手取走晶圆。清洗晶圆托架11和通道晶圆托架12的移动既可以是同时的，也可以设计成以相互独立方式移动。此种设计，可以缩短cmp抛光设备中机械手的行程，减少设备的占地面积。

作为第二个实施例，如图4所示，晶圆抓取装置一603可以设计成带晶圆翻转功能的方式。这样可以省掉一个翻转机械手，但是传输时间会有增加。在清洗容量允许的条件下可以采用此例。

作为第三个实施例，如图5所示，所有清洗单元设计成垂直方式，这样就避免了晶圆9在进入甩干单元5时进行翻转。晶圆传输单元机械结构简单，传输效率高。当垂直甩干的工艺要求可以满足加工要求时，可以采用此实施例。

以上具体实施方式的描述并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。