晶圆平坦化单元的制作方法

本发明属于磨削或抛光装置技术领域，涉及半导体晶圆平坦化技术，具体涉及一种晶圆平坦化单元。

背景技术：

随着移动技术和智能技术的普及和推广，芯片行业对微型芯片的需求不断扩大，因此晶圆代工厂有限而且高昂的工厂空间对设备产能的要求越来越高。cmp(chemicalmechanicalplanarization)设备是芯片制造工艺上的关键技术。依靠cmp设备，芯片的制造可以实现从平面向立体的拓展，芯片的体积才能越做越小，因此它在晶圆加工生产链中是一个非常关键工序。

作为对cmp设备考核的一个重要指标，cmp设备的生产率十分关键。现有cmp设备的结构通常是由十字转塔机构和四工位装置（三个平坦化旋转工作台和一个装载工位）以及转塔机构上的四个抛光头组成的。工作时，先通过抛光头将装载工位上的晶圆取出，旋转十字转塔将上一个加工完的晶圆放到此时已空置的装载位上，然后装载有晶圆的抛光头按工序放置到各个工位上，作业时通过抛光头沿十字转塔沿径向来回直线移动来实现整个晶圆的覆盖，加工完成后再将晶圆放置到装载工位上由机械手取走。

上述设备的缺点是整个机构较为庞大，结构复杂。由于十字架转塔需频繁旋转大角度范围，导致装载在上面传感器的数据线也许跟着转动大角度,容易影响传感器的测量稳定性。当设备其中一个部件需要维修时就需整机停止工作，这样就大大降低了设备的使用率，而且会导致晶圆加工时的工艺稳定性差。

技术实现要素：

本发明针对上述问题提出一种模块化设计的晶圆平坦化单元，这种模块化设计的平坦化单元可以按客户工艺需求来定义所需要的单元数量。本单元分两个区域,一部分在单元内部称为平坦化单元，内部含有抛光平台、抛光转台、抛光头、抛光摆臂、修整器摆臂、抛光液喷撒臂，另一区域为装载台承担晶圆装卸的作用。

本发明的技术方案为一种晶圆平坦化单元，包括：抛光平台底架和位于其上方的抛光平台，抛光转台设置在抛光平台上，抛光摆臂带动抛光头在抛光转台上摆动，抛光液喷撒臂，修整器摆臂，晶圆装卸台架子以及位于其上方的晶圆装载台。上述部件中仅晶圆装卸台架子和晶圆装载台两个部件位于平坦化单元外罩的外部，其余部件都位于平坦化单元外罩的内部。平坦化单元外罩上设有移动门，抛光摆臂带动抛光头可通过移动门到晶圆装载台上方进行晶圆装卸。

抛光作业时移动门为关闭状态，晶圆装卸作业时移动门为打开状态，完成抛光作业后，通过移动门的开关来切断内外气体流通。

移动门的驱动方式可以为电机或气缸。

作为本发明的主要技术特点之一，上述抛光摆臂的驱动机构可以整体位于抛光平台的上方或下方。

当抛光摆臂的驱动机构整体位于抛光平台的上方时，上述驱动机构包括电机、减速机构、减速机构法兰，电机的定子连接减速机构的外壳，减速机构的外壳通过减速机构法兰连接抛光摆臂。

作为优选，电机的定子通过自身法兰和螺丝连接减速机构的外壳。

当抛光摆臂的驱动机构整体位于抛光平台的下方时，所述驱动机构包括电机、减速机构、减速机构法兰，电机的外壳和减速机构的外壳，电机转轴传动输入减速机构，减速机构通过减速机构法兰安装到传动轴壳下端面。

上述减速机构的输出轴通过联轴器传递到传动轴上，再通过摆臂压盖将转矩传递到抛光摆臂上。

与十字转塔机构的抛光结构相比，本发明的优势在于：

1，单元内含有独立的功能结构和加工区域，保证了工艺的稳定性，而且本单元由于采用模块化设计，所以可以由客户按需求订制数量来自由定义cmp群组数量以满足不同的加工工艺要求。

2，在内部机构作业时，外部晶圆装载机构可以单独作业，因此减少了因装载晶圆而停止作业从而影响加工效率的问题。通过一个摆臂的结构就满足了原来既能抛光又能装卸晶圆的要求，简化了原来十字转塔加直线运动才能满足其加工和装载晶圆需求的复杂结构。

3，将装卸晶圆装置从内部加工区域分离，在中间增加自动移门防护隔离，以防加工区域的液体对已完成加工，在等待清洗的晶圆进行二次污染。

4，因结构优化占地面积小，因此净化车间平均每平方米的占地面积上的产出率大大增加。在群组作业时如果有其中单元模块出现故障进入维修的状态时，cmp群组中其它单元无需停止作业。

5，摆臂旋转的上相关电气原件的线缆扭转角度小于180度，是之前结构扭转角度的一半，减少了线缆因扭转疲劳引起的事故率。

附图说明

图1为本发明相关设备的轴向视意图；

图2为实施例1抛光摆臂结构的半剖示意图；

图3为实施例2抛光摆臂结构的半剖示意图；

图中附图标记的含义：1.晶圆装卸台架子；2.晶圆装载台；3.抛光摆臂；4.移动门；5.平坦化单元外罩；6.抛光液喷撒臂；7.抛光头；8.修整器摆臂；9.抛光平台；10.抛光平台底架；11.抛光转台；12.减速机构；13.减速机构法兰；14.减速机构联轴器；15.轴承内圈锁母；16.下轴承；17.上轴承压盖；18.顶部轴承；19.键；20.电机；21.下轴承外圈压环；22.固定轴；23.摆臂压盖；24.上成对轴承内圈锁母；25.传动轴；26.成对轴承；27.传动轴壳；28.下成对轴承锁母；29轴承隔圈；30.下轴承压盖；31.减速机构法兰。

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。

本发明晶圆平坦化单元的轴向示意图如图1所示，包括晶圆装卸台架子1、晶圆装载台2、抛光摆臂3、移动门4、平坦化单元外罩5、抛光液喷撒臂6、抛光头7、修整器摆臂8、抛光平台9、抛光平台底架10。抛光时，抛光摆臂3带着抛光头7并配合抛光液喷撒臂6和修整器摆臂8共同完成一次抛光作业。移动门4打开后，抛光摆臂3带着抛光头7和装载着的晶圆摆动到晶圆装载台2上方进行卸载。卸载完毕后摆动到内部，同时移动门4关闭，接着进行第二次抛光作业。

为便于本领域的技术人员实施本发明，现提供以下两个实施例。

实施例1：如图2所示，抛光摆臂3的驱动机构放在抛光平台9的上方，驱动机构包含：电机20的转子连接减速机构12，电机20的定子连接减速机构12的外壳，减速机构12的外壳通过减速机构法兰13连接抛光摆臂3，抛光摆臂3的一边装有抛光头7，摆臂3的另一边内部上端含有顶部轴承18，下端含有下轴承16来保证摆臂3的回转精度，顶部轴承18的内外圈通过自带的法兰螺钉孔和固定轴22以及抛光摆臂3连接，下轴承16的轴向窜动通过轴承内圈螺母15以及抛光摆臂3的轴肩阻挡。电机20的转子连接减速机构12，减速机构12的输出轴通过联轴器14连接固定轴22。

工作时，电机20的转子转动，通过减速机构12输出，减速机构12的输出轴连接联轴器14，联轴器14和固定轴4通过键19连接，由于固定轴4无法转动，因此导致减速机构12的输出轴也固定无法转动，同时电机20的转子也因此无法转动，但是减速机构12的外壳由于没有固定，因此整个传动关系为电机20的外壳带着减速机构12的外壳和抛光摆臂3一起转动，从而实现本机构的抛光时的摆动和装卸晶圆时的摆动定位两个动作。所有的动作是在平坦化单元外罩5内进行，而晶圆装载台2可以随时和外部机构进行晶圆装卸工作，并不影响内部抛光机构的运行。

实施例2：如图3所示，抛光摆臂3的驱动机构放在抛光平台9的下方，驱动机构的连接关系如下：电机20的外壳用螺钉和减速机构12的外壳相连接，电机20转轴传动输入减速机构12，减速机构12通过减速机构法兰31安装到传动轴壳27下端面。

工作时，电机20的转子连接减速机构12的输出轴，电机20的定子连接减速机构12的外壳，电机20的转矩通过减速机构12的输出轴输出，然后通过联轴器14传递到传动轴25上，同时传动轴25的径向和轴向通过两组轴承26固定，两组轴承26之间的窜动通过轴承隔圈29来阻挡，而两组轴承26的内圈上下窜动分别通过上成对轴承锁母24和下成对轴承锁母28来阻挡，两组轴承26的外圈的向外窜动则通过上轴承压盖17和下轴承压盖30来阻止。传动轴25通过摆臂压盖23将转矩传递到抛光摆臂3上，实现该装置使晶圆在抛光转台11上抛光的摆动和装卸晶圆时的定位。所有的动作是在平坦化单元外罩5内进行，而晶圆装载台2可以随时和外部机构进行晶圆装卸工作，并不影响内部抛光机构的运行。

本发明提供了一种可单独作业可集群作业的cmp设备单元(化学机械平坦化单元)。单元内含有独立的功能结构和加工区域，可保证工艺的稳定性。而且本单元由于采用模块化设计，可以由客户按需求订制数量，自由定义cmp群组数量，以满足不同的加工工艺要求。

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。