CN101990703B - 高产量化学机械抛光系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于抛光基板的系统和方法的实施例。在一个实施例中，提供包括抛光模块、清洁器和机器人的抛光系统。该机器人具有足以在该抛光模块与该清洁器之间转移基板的运动范围。该抛光模块包括至少两个抛光台、至少一个装载杯和至少四个抛光头。该抛光头被配置以在该至少两个抛光台与该至少一个装载杯之间独立地移动。

Description

高产量化学机械抛光系统

背景

技术领域

本发明的实施例通常涉及适用于制造半导体的化学机械抛光系统。

背景技术

在半导体基板制造过程中，由于在制造集成电路(IC)期间广泛使用镶嵌式互连结构，所以使用化学机械抛光，或CMP，受到青睐。尽管许多市售CMP系统已经表现出稳健的抛光性能，但是追求更小线宽需要更精确的制造技术以及对提高产量和降低消耗品成本的持续需求驱使不断致力于改良抛光系统。此外，大多数传统抛光系统对于处理例程的改变具有相对有限的灵活性，从而限制了单个工具可贯穿的过程的多样性。因此，某些新的处理例程可需要新的或专用的工具，或需要用于进行实质工具配置改变而产生的昂贵的停工时间。

因此，需要改良的化学机械抛光系统。

发明内容

本文提供包括用于抛光基板的系统和方法的本发明的实施例。在一个实施例中，提供包括抛光模块、清洁器和机器人的抛光系统。该机器人具有足以在抛光模块与清洁器之间转移基板的运动范围。该抛光模块包括至少两个抛光台、至少一个装载杯和至少四个抛光头。每一个抛光头被配置以在至少两个抛光台与至少一个装载杯之间独立地移动。

在另一个实施例中，提供用于抛光基板的方法，该方法包括：在抛光模块的第一抛光表面上对保留在可独立移动的抛光头中的两个基板同时进行抛光；在抛光模块的第二抛光表面上对保留在可独立移动的抛光头中的两个基板同时进行抛光；将两个已抛光基板同时从可独立移动的抛光头转移至一对装载杯；以及在一对清洁模块中同时清洁两个已抛光基板。

在又一个实施例中，抛光系统包括抛光模块，该抛光模块包含：至少两个抛光台；至少两个装载杯；至少四个抛光头，该至少四个抛光头被连接至安置于抛光模块中的架空轨道，其中所述抛光头在至少两个抛光台与被限定在架空轨道中的至少一个装载杯之间的轨条中独立地移动。

附图说明

因此，可详细理解本发明的上述特征的方式，可参考实施例获得上文简要概述的本发明的更具体描述，其中一些实施例已在附图中加以说明。

图1为化学机械抛光系统的一个实施例的平面图。

图2为图1所示的化学机械抛光系统的部分侧视图，该图说明湿式机器人的一个实施例。

图3A-图3B描绘抛光台的各种实施例。

图4描绘调节模块的一个实施例的侧视图。

图5描绘抛光液体输送臂的一个实施例的侧视图。

图6A-图6B描绘梭的一个实施例，该图说明安置于此梭中的基板的运动。

图6C为沿剖面线6C--6C获得的图6A中梭的剖面图。

图7A-图7B描绘具有架空基板转移机构的清洁器的一个实施例。

图8A-图13C描绘可在抛光系统的不同实施例中实践的用于抛光基板的各种次序。

然而，应注意，附图仅说明本发明的典型实施例，且因此不应被视为对本发明范围的限制，因为本发明可容许其他等效的实施例。

为促进理解，在可能的情况下已经使用相同元件符号来指定各图中所共用的相同元件。预期可将一个实施例中所揭示的元件有利地利用在其他实施例上，而无需具体叙述。

具体实施方式

图1为抛光系统100的一个实施例的平面图。该抛光系统100通常包括工厂界面102、清洁器104和抛光模块106。提供湿式机器人108以在工厂界面102与抛光模块106之间转移基板170。湿式机器人108也可被配置以在抛光模块106与清洁器104之间转移基板。在一操作模式下，箭头160指示诸如半导体晶片或其他工件的基板流过抛光系统100。基板通过抛光模块106的流动可变化，其中一些实施例将在下文参考图8A-图13C来进一步讨论。

工厂界面102通常包括干式机器人110，此机器人被配置以在一或多个盒114与一或多个转移平台116之间转移基板170。在图1所描绘的实施例中，显示有四个基板存储盒114。干式机器人110通常具有足够的运动范围以促进在所述四个盒114与所述一或多个转移平台116之间进行转移。视需要，可将干式机器人110安装在轨条或轨道112上以将干式机器人110横向地定位在工厂界面102内，从而在不需要大的或复杂的机器人连杆的情况下增大干式机器人110的运动范围。另外，干式机器人110被配置以从清洁器104接收基板并将清洁的抛光基板返回给基板存储盒114。尽管在图1所描绘的实施例中显示一个基板转移平台116，但是可提供两个或两个以上基板转移平台以使得至少两个基板排队等候湿式机器人108将至少两个基板同时转移至抛光模块106。

湿式机器人108通常具有充分的运动范围以在工厂界面102的转移平台116与安置于抛光模块106之上的装载杯122之间转移基板。在一个实施例中，将湿式机器人108安装在轨道120上促进湿式机器人108的线性平移。可将轨道120安装至设备的底部以隔离在转移基板期间所产生的振动。或者，可将轨道120连接至工厂界面102、抛光模块106或清洁器104中的至少一个。

另外，参考图2中的抛光系统100的部分侧视图，湿式机器人108被配置以具有足以从转移平台116取回具有特征侧朝上(面朝上)的方向的基板170并将基板以特征侧朝下(面朝下)的方向放置在装载杯122中的任何一个装载杯中的运动范围。预期可使得若干机器人的任何一个机器人适用于进行此运动。

在一个实施例中，湿式机器人108包括连接至腕组件176的连杆174。该连杆174被配置以使腕组件176相对于湿式机器人108的主体延伸和缩回。腕组件176通常包括将第一连接器186连接至连杆174的第一构件188。提供电动机(未示出)以使第一连接器186绕通过第一构件188限定的轴旋转。第二构件184从第一连接器186的每一边延伸。将第二构件184中的每一者连接至第二连接器182。提供电动机(未示出)以使第二连接器182绕通过第二构件184限定的轴旋转。在一个实施例中，第二连接器182中的每一者可独立地旋转。通常，第一构件188和第二构件184的方向是垂直的。末端执行器180沿垂直于第二构件184的方向从第二连接器182延伸。可提供电动机(未示出)以使末端执行器180在末端执行器180的长轴上旋转。

末端执行器180通常包括至少一个夹具，诸如将基板170固定至其中的机械夹钳或抽吸装置。在一个实施例中，在末端执行器180的两边上提供夹具以选择性地将基板固定至末端执行器180的任一边。以此方式，单个末端执行器180可用以同时固持两个基板，和/或将已抛光和未抛光的基板固持在末端执行器180的专用边上。在说明湿式机器人108的效率的一操作模式中，末端执行器180可固持未处理的基板同时从装载杯122取回处理基板，随后旋转180度将未处理的基板沉积在装载杯中，而不远离抛光模块。

末端执行器180的运动范围允许从工厂界面102取回在面朝上的水平方向上的基板，允许基板翻转成面朝下的水平方向以便于利用装载杯122转移，并且在将基板转移至清洁器104期间允许将基板转至沿垂直方向直立。

仍参考图1和图2，抛光模块106包括多个抛光台124，在这些抛光台124上基板被抛光的同时被保留在一或多个抛光头126中。可调节抛光台124的大小以同时与一或多个抛光头126对接，从而可在单个抛光台124上同时抛光一或多个基板。将抛光头126连接至一滑动台架220，此滑动台架被安装至架空轨道128。架空轨道128允许将滑动台架220选择性地定位在抛光模块106周围，这样便于将抛光头126选择性地定位在抛光台124和装载杯122上。在图1-图2所描绘的实施例中，架空轨道128具有一圆形配置(在图1中用虚线示出)，此配置允许保留抛光头126的滑动台架220选择性地在装载杯122与抛光台124之上和/或远离装载杯122与抛光台124旋转。预期架空轨道128可具有包括椭圆、卵形、直线或其他适合方向的其他配置。

尽管图1-图2的实施例描绘具有两个抛光台124的抛光模块106，但是预期抛光模块106可包括单个抛光台124、三个抛光台124或可安装在抛光模块106上的其他数目个抛光台124。也预期抛光模块106可包括单个装载杯122以服务于所有抛光台124，或包括所期望的其他数目个装载杯122。

在一个实施例中，在将抛光台124连接至内部框架202的同时将架空轨道128连接至外部框架204。将内部框架202和外部框架204连接至设备的底部200，但内部框架202和外部框架204彼此并未互连。分离的内部框架202和外部框架204允许抛光表面130基本上免受与滑动台架220移动相关的振动，从而使对抛光结果的潜在影响最小化。此外，在没有机器基座的情况下利用内部框架202提供优于传统设计的显著成本节约。

将盆210安置在内部框架202上以收集并引导抛光模块106内的液体。因为盆210不是结构构件，所以可以用并入用于引导液体和保护组件的复杂轮廓的方式形成盆210。在一个实施例中，盆210为真空成形的塑料构件。

在图2所描绘的实施例中，示出架空轨道128与滑动台架220之间的界面的局部视图。导向器226将滑动台架220连接至架空轨道128的内轨条222和外轨条224。将内轨条222和外轨条224连接至外部框架204。内轨条222和外轨条224以及导向器226包含精密轴承组件，诸如可从位于日本东京的THK有限公司获得。

致动器228可控制地沿架空轨道128的内轨条222和外轨条224定位每一个滑动台架220。致动器228可以具有以下形式：适合于沿架空轨道128精确地定位滑动台架220的齿轮电动机、伺服电动机、线性电动机、索耶电动机或其他运动控制装置。滑动台架220用以将抛光头126定位在装载杯122或抛光表面130上，以在处理期间使抛光头126扫掠过抛光表面130，或将抛光头126定位成远离装载杯122和抛光表面130以用于维护抛光头126、装载杯122或抛光表面130。在一个实施例中，每一个滑动台架220包括线性电动机，此电动机与连接至外部框架204的磁道对接，此磁道具有以交变极性布置的磁体，从而使得每一个滑动台架220可独立于连接至架空轨道128的其他滑动台架220而移动。

在一个实施例中，每一个滑动台架220支撑单个抛光头126。可适用于受益于本发明的适合的抛光头的例子包括应用材料股份有限公司以TITAN商标售卖的产品。预期也可利用其他抛光头。

轴232将抛光头126连接至滑动台架220。电动机234被连接至滑动台架220且被布置成使轴232可控制地旋转，从而在处理期间使抛光头126和安置于抛光头126中的基板170旋转。

抛光头126或滑动台架220中的至少一个包括用于控制抛光头126相对于抛光表面130的高度的致动器236。在一个实施例中，致动器236允许将抛光头126以约6psi或更少(诸如小于约1.5psi)压在抛光表面130上。

视需要，一或多个滑动台架220可支撑辅助装置240。辅助装置240可为垫度量衡单元、抛光表面调节装置、用于检测抛光表面130或其他物件的状况的传感器、基板缺陷映射装置、基板度量衡单元、用于清洁垫的真空吸尘器、粘合液或抛光液体输送喷嘴、照相机或视频装置、激光器、一或多个清洁液喷口、举升固定装置或其他装置的压板组件。可将辅助装置240连接至滑动台架220，以作为抛光头126的添加或替代。

例如，抛光头126中的一个可与滑动台架220分离且由辅助装置240所代替。可在种种时间，尤其是在处理和/或清洁系统期间利用辅助装置240。另外，因为每一个滑动台架220可独立于其它滑动台架移动，所以辅助装置240可代替抛光头126中的一个，而其他抛光头126被用于基板处理，这对基板的产量几乎没有影响。

现在首先参考图1，图1示出位于抛光模块106的对角中的两个抛光台124。至少一个装载杯122(示出两个装载杯122)处在离湿式机器人108最近的抛光台124之间的抛光模块106的角落中。视需要，可将第三个抛光台124(以虚线示出)定位在与装载杯122相对的抛光模块106的角落中。或者，第二对装载杯122(也用虚线示出)可位于与定位在离湿式机器人最近处的装载杯122相对的抛光模块106的角落中。预期可将额外的抛光台124集成在具有较大占据面积的系统中的抛光模块106中。

在具有两对装载杯122的此实施例中，可使用任选的脚手架机器人136以在装载杯122之间转移基板。可将脚手架机器人136可滑动地安装至轨道138以增大脚手架机器人136的运动范围。如图所示，轨道138可为直线、圆形或其他配置。脚手架机器人136也可被配置以在将基板度量衡单元连接至滑动台架220中的一个或将基板度量衡单元定位在脚手架机器人136的运动范围内的别处时，翻转基板以供与基板度量衡单元(辅助装置240)对接。在与基板度量衡单元对接时，脚手架机器人136可将被翻转的基板安置在装载杯的一个中或固持该基板。

装载杯122通常促进湿式机器人108与抛光头126之间的转移。在以下美国专利申请中揭示适合的装载杯的实施例，但不局限于这些申请中所描述：1999年10月8日提交的美国专利申请第09/414,907号；2004年11月15日提交的美国专利申请第10/988,647号；2007年6月1日提交的美国专利申请第11/757,193号。

每一个抛光台124通常包括抛光表面130、调节模块132和抛光液体输送模块134。将抛光表面130支撑在压板组件(图1中未示出)上，压板组件在处理期间使抛光表面130旋转。在一个实施例中，抛光表面130适合于化学机械抛光和/或电化学机械抛光过程中的至少一个。

图3A-图3D描绘可用于支撑抛光表面130的压板组件的各种实施例。尽管在本文中未描述，但是压板组件可包括诸如干涉测量装置的终点检测设备，其中一个实施例已在1999年2月4日提交的美国专利申请第09/244,456号中被描述。

在图3A所描绘的实施例中，压板组件300支撑电介质抛光垫304。垫304的上表面形成抛光表面130。一或多个轴承312将压板组件300支撑在内部框架202上。轴306将压板302连接至用以使压板组件300旋转的电动机308。支架310可将电动机308连接至内部框架202。在一个实施例中，电动机308为直接驱动电动机。预期其他电动机可用以使轴306旋转。在图3A所描绘的实施例中，电动机308用以使压板组件300旋转，以使得在处理期间使保留在压板组件上的垫304旋转，与此同时抛光头126将基板170保留在抛光表面130上。如图1所示，预期压板组件300可以足够大以支撑抛光垫304，这将方便于对不同抛光头126所保留的至少两个基板进行抛光。在一个实施例中，电介质抛光垫304的直径大于30英寸，例如，在约30英寸与约52英寸之间，诸如42英寸。即使电介质抛光垫304可用以同时抛光两个基板，在垫上所能同时抛光的单位数目个基板所占据的垫单位面积也比传统的单个基板垫大得多，从而允许显著地延长垫的使用寿命，例如，达到每一个垫约服务约2000个基板。

在处理期间或在所期望的其他情况下，可启动调节模块132以接触并调节抛光表面130。另外，在处理期间，通过抛光液体输送模块134将抛光液体输送至抛光表面130。可以选择抛光液体输送模块134所提供的液体分配，以控制跨抛光表面130的横向表面的抛光液体的分配。应注意，为了清楚起见，图3A仅描绘一个抛光头126、调节模块132和抛光液体输送模块134。

图3B描绘压板组件320的另一个实施例。在一个实施例中，导电垫组件322包括夹于导电层324与电极328之间的子垫326。将电极328安置在压板302上或离压板302最近处。导电层324的上表面限定抛光表面130。形成穿过导电层324和子垫326的多个洞或孔330，以使得电极328暴露于抛光表面130。电源334通过滑环332连接至电极328和导电层324。导电层324将电源334连接至安置于抛光表面130上的基板170。在处理期间，充满孔330的液体输送臂将导电抛光液体安置在抛光表面130上，从而提供了电极328与安置于导电层324上的基板170之间的导电路径。当在导电层324与电极328之间提供势差时，可以在基板上执行被驱动以去除诸如铜、钨等的导电材料的机电抛光过程。2003年6月6日提交的美国专利第10/455,895号描述但并非限制可适用于受益于本发明的导电垫组件的一个例子。

图3C描绘压板组件340的另一个实施例，该压板组件支撑限定抛光表面130的抛光材料腹板342。将抛光材料腹板342安置在处于供应辊344与卷绕辊346之间的压板302上。在处理期间，可逐渐地将抛光材料342引至压板302的表面上，或使抛光材料342在压板302上持续地平移。或者，抛光材料腹板342可为传动皮带。在另一个实施例中，可将抛光材料腹板342引至处理基板之间。通过旋转耦合器348施加从真空源350所提供的真空，可将抛光材料腹板342保留至压板302。先前已并入本文的1999年2月4日提交的美国专利申请第09/244,456号描述可适用于受益于本发明的压板组件的实施例。

图3D描绘压板组件360的另一个实施例，该压板组件支撑抛光材料腹板376，抛光表面130限定于该抛光材料腹板上。使抛光材料376通过供应辊344与卷绕辊346之间的压板362。压板362包括通过滑环332连接至电源334的电极364。通过滑环332将接触滚轮366连接至电源334。抛光材料376包括连接至电介质子垫370的导电层368。在导电层368上限定抛光表面130。提供多个洞或孔372，其中一个在图3D的实施例中示出，以使得当电源334施加偏压时，安置于压板组件360上的电解液形成导电层368与电极364之间的导电路径。2007年4月12日提交的美国专利申请第11/695,484号描述可适用于受益于本发明的抛光材料与压板组件的一个实施例。

返回至图1，在一个实施例中，抛光表面130被配置以方便于同时在该抛光表面130上对至少两个基板进行抛光。在此实施例中，抛光台124包括两个调节模块132和两个抛光液体输送模块134，该两个调节模块132和两个抛光液体输送模块134仅在与各自的基板170对接之前调节并向抛光表面130的区域提供抛光液体。另外，每一个抛光液体输送模块134包括被定位以在抛光表面130上独立地对抛光液体进行预定分配的臂，以使得在处理期间，抛光液体的具体分配分别与每一个基板对接。

图4描绘调节模块132的一个实施例。调节模块132连接至内部框架202。该调节模块132包括塔402，塔402具有自该塔402进行悬臂式延伸的臂404。臂404的远端支撑调节头406。将调节圆盘408可拆卸地附着至调节头406。电动机或致动器412控制调节头406的旋转位置，例如，扫掠，该电动机或致动器412被配置以在调节期间使臂404跨抛光表面130旋转，并在必要时将臂404定位成远离抛光表面。第二电动机420用以使调节头406和/或圆盘408绕穿过调节头406和/或圆盘408的轴旋转。在一个实施例中，电动机420被安装在盆210下方，并通过轴和皮带(未示出)被连接至调节头406。2005年8月22日提交的美国专利申请第11/209,167号描述可适用于受益于本发明的调节模块的一个例子。

致动器418可控制调节头406的高度。在一个实施例中，致动器418连接至导向器414。将导向器414连接至塔402。可沿连接至内部框架202的轨条416定位导向器414，以使得致动器418可控制臂404和调节头406的高度。提供轴环424以防止液体从塔402与盆210之间流过。在一个实施例中，可将致动器418定位在头406的一个中或臂404中以控制圆盘408相对于抛光表面130的高度。在操作中，致动器412将调节头406定位在抛光表面130上方。开动致动器418以使圆盘408的调节表面410与抛光表面130接触。电动机420使得圆盘408绕调节头406的中心轴进行旋转运动。在调节时，致动器410可使圆盘408扫掠过抛光表面130。抛光液体输送模块134上方的臂404的高度容许长臂404，从而允许头406沿着与垫半径更对齐的路径扫掠抛光表面130，这提升了调节的均匀性。

图5描绘抛光液体输送模块134的一个实施例。抛光液体输送模块134包括塔502，塔502具有自该塔502进行悬臂式延伸的臂504。塔502被连接至与抛光表面130相邻的内部框架202，并足够短以保持远离调节模块132的臂404。提供致动器514以控制臂504在抛光表面130上方的旋转位置，并可开动致动器514以在必要时摆动臂504以完全远离抛光表面130。提供轴环524以防止液体从塔502与盆210之间流过。

在臂504上提供多个端口，以向抛光表面130提供来自液体源512的抛光液体。在图5所描绘的实施例中，示出三个端口：端口506、端口508、端口510。预期一或多个端口可用于向抛光表面130提供抛光液体。也预期可独立地控制多个端口中的每一个来向抛光表面130提供不同量和/或不同组份的抛光液体。因此，通过改变臂504的角取向以及通过端口506、端口508、端口510提供的液体的量和/或类型，可以根据需要控制抛光液体在抛光表面130上的分配。2005年12月8日提交的美国专利申请第11/298,643号描述可适用于受益于本发明的液体输送模块的一个实施例。

抛光液体源512可提供以下液体：适合于电辅助化学机械抛光的电解液、适合于化学机械抛光的粘合液和/或适合于处理抛光表面130上的基板170的其他液体。抛光液体源512可向抛光表面130提供高达并超过1000ml/min的抛光液体。因为两个抛光液体输送模块134用以在单个抛光表面130上同时抛光两个基板期间输送抛光液体，所以相对每一个基板发生一些抛光液体共用，从而实现优于传统系统的每抛光一个基板所需要的抛光液体量的总体降低。

视需要，可提供多个喷嘴530以将清洁液体从清洁液体源532引导至抛光表面130上。在一个实施例中，清洁液体源532通过喷嘴530提供高压去离子水以去除抛光表面130的抛光副产品。

返回至图1，将已处理的基板返回至抛光模块106的装载杯122，以通过湿式机器人108将基板转移至清洁器104。清洁器通常包括梭140和一或多个清洁模块144。梭140包括便于将已处理的基板从湿式机器人108移交给一或多个清洁模块144的转移机构142。

图6A-图6C描绘梭140的一个实施例。梭140的转移机构142用以使从抛光模块106返回的已抛光基板170自离湿式机器人108最近的装载位置602移动至离清洁器104最近的卸载位置604。在一个实施例中，转移机构142为安装在槽608中的无杆圆柱体606。多个固定装置612连接至导向器614。沿无杆圆柱体606可控制地定位导向器614。当随着沿圆柱体606推进导向器614而在装载位置602与卸载位置604之间移动基板170时，固定装置612用以将基板170支撑于基本上垂直的位置。

在一个实施例中，两个固定装置612用以支撑单个基板170。在一个实施例中，固定装置612包括通过圆柱体620连接的两个圆盘616、618。圆柱体620的直径比圆盘616、圆盘618的直径小得多，从而产生容纳基板170的边缘的缝。可将支撑单个基板的该对固定装置612连接至单个导向器614。在另一个实施例中，可将支撑两个基板的两对固定装置612连接至单个导向器614。预期可利用其他适合的机构在梭140内转移基板。

在一个实施例中，可选择性地将槽608注满如元件符号610所示出的液体。液体610可为适合于漂清和/或释放来自基板170的材料的组份。在一个实施例中，该液体为去离子水。也预期固定装置612可被配置以使得在装载位置602与卸载位置604之间移动基板170时使基板170旋转，从而增强从基板170表面去除抛光副产品的能力。

通过选择性地打开和关闭连接至槽608底部中形成的端口630的选择阀632，可以控制槽608内的液体水位。可以设定选择阀632以允许来自液体源624的液体进入槽608所限定的体积中，可以设定选择阀632于密封端口630的位置和/或可以设定选择阀632于将端口630流动地连接至排水口634以便于从槽608中去除液体的位置。

在另一个实施例中，可提供一或多个液体喷口622以当基板170在梭140中时将液体流引导至基板170的表面上。在图6C所描绘的实施例中，在槽608的侧壁上提供两个液体喷口622，以将液体引导至基板170的对边上。可通过喷口622提供来自液体源624或其他储液罐的液体。也预期在将槽608注满液体或排空时，可通过喷口622提供空气或其他气体。

在另一个实施例中，可将一或多个换能器626安装至或置放在离槽608最近处。电源628可对换能器626供给能量，从而将能量引导至基板170的表面以增强自基板上去除抛光副产品的能力。

返回至图1，架空转移机构(图1中未示出)从梭140转移已处理的基板使已处理的基板通过一或多个清洁模块144。在图1所描绘的实施例中，示出呈对齐、平行排列的两个清洁模块144。每一个清洁模块144通常包括一或多个兆频超声波清洁器、一或多个刷盒、一或多个喷水口盒和一或多个干燥器。在图1所描绘的实施例中，每一个清洁模块144包括兆频超声波清洁器146、两个刷盒模块148、喷水口模块150和干燥器152。离开干燥器152的已干燥基板旋转至水平方向以便被干式机器人110取回，此干式机器人110将已干燥的基板170返回至晶片存储盒114的一个盒中的空缝。可适用于受益于本发明中的清洁模块的一个实施例是可从位于加利福尼亚圣克拉拉的应用材料股份有限公司获得的

清洁器。

图7A-图7D分别为清洁器104的架空转移机构700的一个实施例的俯视图、前视图、后视图和侧视图，此架空转移机构700可用以使基板170通过清洁器104的模块。在一个实施例中，架空转移机构700包括一对转移装置702。使转移装置702横向地交错以使得转移装置702中的一个具有足以从梭140取回基板170并使被取回的基板至少通过兆频超声波清洁器146和两个刷盒模块148的运动范围。另一个转移装置702具有足以从刷盒模块148取回基板170并使基板170通过喷水口模块150和干燥器152的运动范围。预期可利用具有其他配置的转移机构。

在一个实施例中，转移装置702包括可通过致动器708来选择性地沿主轨条706定位的导向器704。在一个实施例中，致动器708为由步进电动机驱动的导螺杆。预期其他类型的致动器可用以选择性地将导向器704定位在清洁模块144的部分上。

将交叉构件710连接至导向器704。将两个末端执行器组件712连接至交叉构件710的相对末端。如图7A所说明，使交叉构件710以偏离自身中点的位置连接至导向器704，以使得每一个末端执行器组件712位于每一个清洁模块144上方的中心位置。可将轨条706连接至使转移机构700悬挂在清洁器104上的支撑框架或结构720。

每一个末端执行器组件712包括连接至垂直支撑构件732的第一夹具组件722和第二夹具组件724。将垂直支撑构件732连接至交叉构件710。每一个夹具组件724、夹具组件722包括通过导向器728连接至轨条730的夹具734。将轨条730连接至垂直支撑构件732。提供致动器726以沿轨条730选择性地定位导向器728，以使得夹具734可相对于支撑构件732延伸和缩回。夹具734包括限定缝的多个指状物736，在缝中可固定基板170。在操作中，定位第一对夹具组件以服务于每一个清洁模块的前端，同时定位第二对夹具组件以服务于每一个清洁模块的后端。例如，第一夹具组件722可用以自所述模块中的一个，例如，清洁模块144的刷盒模块148，取回被刷的基板。一旦第一夹具组件722缩回至远离刷盒模块148的位置，就使末端执行器组件712平移以将第二夹具组件724定位在现在正空的刷盒模块148上。随后使第二夹具组件724延伸以将另一个基板170放在刷盒模块148中。随后使现在正空的第二夹具组件724缩回至远离刷盒模块148处，并且使末端执行器组件712平移至下一模块，诸如喷水口模块150。使空的第二夹具组件724延伸以从喷水口模块150取回被清洗的基板。然后使末端执行器组件712平移以将第一夹具组件722定位在喷水口模块150上，从而允许第一夹具组件722将从刷盒模块148取回的被刷的基板转移至现在正空的喷水口模块150。

因此，已经连同用于使从抛光模块106返回的基板在去往工厂界面102的途中通过清洁器104的一种操作模式描述了使抛光模块106装载待抛光的基板的次序。如上文所讨论，可利用若干次序来处理进入抛光模块的基板，其中一些在下文中说明。预期抛光系统100使得将利用的其他次序具有充分的灵活性。

图8A-图13C描绘上文所述的抛光系统100的各种操作模式。说明性的抛光次序并不旨在对可在抛光系统100中有利地实践的可能抛光次序的详尽说明，而是仅为了说明某些操作模式。

图8A-图8D说明用于在两个抛光台124上对基板进行逐次抛光的抛光次序的一个实施例。在具有两个抛光台124、两个装载杯122和四个抛光头126的抛光模块106上执行该次序。在图8A中，将抛光头126支撑在滑动台架(未示出)上，此滑动台架可用以在必要时将抛光头126分别选择性地定位在抛光台124和装载杯122上。如图8A和下列其他图所示，用阿拉伯数字1、2、3或4指定每一个抛光头126，同时用A或B指定抛光台124，以说明在操作期间保留在抛光头126中的基板通过抛光模块106而进行的有次序的移动。在图8A所描绘的实施例中，展示抛光头1与装载杯122中的一个啮合从而容纳待抛光的基板。将抛光头2定位在抛光台A上，以对处于抛光台A上的基板170进行抛光。展示抛光头3、抛光头4被定位成使基板与位于抛光模块106的左下角的抛光台B啮合。

在抛光时，向具有抛光头126的抛光表面130提供抛光液体且抛光表面130在与抛光头126所旋转的基板接触时旋转。视需要，在处理期间可使抛光头126前后来回地扫掠。如箭头所指示，抛光头126的扫掠仅受抛光台124的面积的限制，在一个实施例中该扫掠受轨道的连续性限制，在此轨道上可调整地定位有滑动台架。

在预定的抛光周期之后，开动使抛光头1固定至滑动台架上的滑动台架来将抛光头1定位在抛光台A中。如图8B所示，抛光头1的移动与抛光头2、抛光头3的运动分离，抛光头2、抛光头3保留在与抛光模块106的抛光台A、B啮合的相应位置中。抛光头4从抛光台B开始移动以将已抛光的基板170释放在装载杯122中。

在此期间，湿式机器人108将待抛光的基板转移进与含有已抛光基板的装载杯122相邻的空的装载杯122中。在图8C中，现在正空的抛光头4移动至保留有待抛光的基板的装载杯122，以使得可将基板装载在抛光头4中。抛光头3移动至抛光台B的对边，从而为抛光头2留出空间以离开抛光台A。

抛光头1随后移动至抛光台B的对边。此刻，类似于如图8A所示，现在固持准备抛光的基板的抛光头4准备好移动至抛光台A。

图8A-图8D描绘一种操作模式，其中在至少两个抛光台124上处理基板。具有此次序的示范性抛光过程包括大量去除第一抛光台上诸如，铜或钨的导电材料，随后去除第二抛光台上的剩余铜和/或阻挡层的过程。也可按此方式执行其他两个步骤的抛光过程。在上文所述的配置中，两个步骤的铜抛光(每一个步骤各自在分离的抛光台上实施)可具有每小时约80个基板的产量。对于氧化物去除过程来说，可实现每小时约170个基板的产量。

图9A-图9D描绘可在抛光系统100上实践的抛光次序的另一个实施例。图9A-图9D所描绘的抛光次序说明两个步骤的抛光过程，在这个过程中成对地抛光基板，即首先在一个抛光台上进行抛光随后在第二抛光台上进行抛光。如图9A所示，抛光头1和抛光头2与装载杯122对接以取回待抛光的基板。定位抛光头3和抛光头4以处理抛光台A中的基板。如图9B所示，一旦将待抛光的基板装载进抛光头1、抛光头2中，抛光头1、抛光头2随后旋转经过抛光台B。如图9C所示，当已经完全处理安置在抛光头3、抛光头4中的基板时，抛光头3和抛光头4旋转以与装载杯122啮合。将已抛光的基板从抛光头3、抛光头4转移至装载杯122，在装载杯122处湿式机器人108随后将这些基板取回并移动至清洁器104。另外，湿式机器人108将待抛光的一对新的基板转移至装载杯122，在装载杯122处随后将这些基板转移至抛光头3、抛光头4。如图9D所示，随后将抛光头3、抛光头4转移至位于抛光模块106的右上角的空的抛光台A，从而释放装载杯122以与抛光头1、抛光头2啮合，这些抛光头现在准备好从抛光模块106转移已抛光的基板并容纳待抛光的一对新的基板。

图10A-图10D描绘可在抛光模块106中实践的抛光次序的另一个实施例。图10A-图10D中所描绘的次序说明在从抛光模块去除基板之前在单个垫上成对地对基板进行抛光的次序。

在图10A所描绘的实施例中，将抛光头1、抛光头2定位在装载杯122上以取回待抛光的基板170。将抛光头3、抛光头4定位在抛光台A上。抛光头1、抛光头2随后将基板转移至空的抛光台B。如图10B所示，在已经抛光保留在抛光头3、抛光头4中的基板之后，如图10C所示，抛光头3、抛光头4旋转以与装载杯122对接。抛光头3、抛光头4将已抛光的基板转移至装载杯122。湿式机器人108随后将已抛光的基板从装载杯122去除。湿式机器人108随后将一对新的待抛光的基板装载进装载杯122中。随后将该对新的基板转移至抛光头3、抛光头4。如图10D所示，抛光头3、抛光头4随后将待抛光的新基板移动至空的抛光台A，进而使得在抛光台B上进行的处理完成时释放装载杯122以接受来自抛光头1、抛光头2的已抛光的基板。

图11A-图11H描绘可在抛光模块106中实践的抛光次序的另一个实施例。图11A-图11H中所描绘的次序说明在从抛光模块106去除基板之前在两个抛光表面130上成对地对基板进行抛光的次序。在与湿式机器人108相对的抛光模块106的角落处利用第二对装载杯122作为缓冲器以提高系统产量。为了清楚起见，图11A-图11H并未示出用以在装载杯122之间转移基板的脚手架机器人136(图1中示出)。

在图11A所描绘的实施例中，将抛光头1、抛光头2定位在装载杯122上以取回待抛光的基板170。将抛光头3、抛光头4定位在抛光台A上。如图11B所示，抛光头1、抛光头2随后将基板转移至空的抛光台B。如图11C所示，在已经抛光保留在抛光头3、抛光头4中的基板之后，抛光头3、抛光头4旋转以与同离湿式机器人108较近的装载杯122相对的装载杯122对接，而在抛光台B上继续对保留在抛光头1、抛光头2中的基板进行抛光。

如图11D所说明，已抛光的基板(设计为3C、4C)保留在装载杯122中，同时抛光头3、抛光头4旋转至与湿式机器人108相邻的装载杯122以取回一对新的待抛光基板170，与此同时将保留在抛光头1、抛光头2中的基板转移至抛光台A。如图11E所示，脚手架机器人136随后在装载杯122之间转移已抛光的基板3C、已抛光的基板4C。如图11F所示，湿式机器人108最终将已抛光的基板3C、已抛光的基板4C从抛光模块106去除，与此同时在完成两个台抛光次序之后将保留在抛光头1、抛光头2中的基板从抛光台A转移至装载杯122。

如图11G所示，将已抛光的基板1C、已抛光的基板2C留在装载杯122中，同时抛光头1、抛光头2返回至离湿式机器人108最近的装载杯122以装载一对新的待抛光的基板。如图11H所示，抛光头1、抛光头2将该对新的待抛光的基板转移至空的抛光台B，与此同时脚手架机器人136将已抛光的基板1C、已抛光的基板2C转移至离湿式机器人108最近的装载杯122，最终在此处将已抛光的基板1C、已抛光的基板2C从抛光模块106去除并转移至清洁器104的梭140进而到达湿式机器人108。

图12A-图12C描绘可在抛光模块106中实践的抛光次序的另一个实施例。图12A-图12C所描绘的次序说明在从抛光模块去除基板之前，使基板顺序地通过至少三个抛光台124来成对地对基板进行抛光的次序。

在图12A所描绘的实施例中，将抛光头1、抛光头2定位在装载杯122上以取回待抛光的基板170。将抛光头3、抛光头4定位在抛光台A上，与此同时将抛光头5、抛光头6定位在抛光台B上。如图12B所示，抛光头5、抛光头6随后将基板转移至空的抛光台C，与此同时抛光头3、抛光头4推进至现在正空缺的抛光台B，且抛光头1、抛光头2推进至现在正空缺的抛光台A。如图12C所示，抛光头5、抛光头6随后将基板从抛光台C转移至装载杯122，与此同时抛光头3、抛光头4推进至现在正空缺的抛光台C，且抛光头1、抛光头2推进至现在正空缺的抛光台B。在装载杯122中将已抛光的基板调换成待抛光的基板之后，抛光头5、抛光头6随后将这些基板转移至抛光台A，进而重复从图12A开始的次序。

图13A-图13C描绘可在抛光模块106中实践的抛光次序的另一个实施例。图13A-图13C所描绘的次序说明在从抛光模块去除基板之前，使基板顺序地通过至少三个抛光台124来对基板进行抛光的次序。

在图13A所描绘的实施例中，将抛光头1定位在装载杯122中的一个上以取回待抛光的基板170。如图13A所示，将抛光头2、抛光头3定位在抛光台A上，与此同时将抛光头4、抛光头5定位在抛光台B上，并且将抛光头6定位在抛光台C上。如图13B所示，抛光头6随后将已抛光的基板从抛光台C转移至装载杯122，与此同时抛光头5推进至现在正空缺的抛光台C并且抛光头4、抛光头3、抛光头2、抛光头1推进至下一逆时针方向的抛光台A、抛光台B、抛光台C。如图13C所示，抛光头6随后接收装载杯122的一个中的新的待抛光的基板。

虽然上文是针对本发明的实施例，但是可在不脱离本发明的基本范围的情况下设计本发明的其他和进一步实施例，并且随后的权利要求决定本发明的范围。

Claims (15)

1.一种抛光系统，包含：

抛光模块；

清洁器；和

机器人，所述机器人具有足以在所述抛光模块与清洁器之间转移基板的运动范围，所述抛光模块包含：

至少两个抛光台；

至少一个装载杯；和

至少四个抛光头，所述抛光头被配置以在所述至少两个抛光台与所述至少一个装载杯之间独立地移动。

2.如权利要求1所述的抛光系统，其中将所述至少四个抛光头连接至圆形轨道。

3.如权利要求1所述的抛光系统，其中所述清洁器包含：

两个清洁模块，每一个清洁模块包含兆频超声波清洁模块、刷盒、液体喷口模块和干燥器。

4.如权利要求3所述的抛光系统，其中所述清洁器包含：

转移机构，所述转移机构具有两对夹具组件，其中定位所述夹具组件中的第一对以服务于每一个清洁模块的前端，且定位所述夹具组件中的第二对以服务于每一个清洁模块的后端。

5.如权利要求4所述的抛光系统，进一步包含：

梭，所述梭被配置以在所述机器人与所述转移机构之间移动基板。

6.一种用于抛光基板的方法，包含：

在抛光模块的第一抛光台的第一抛光表面上对保留在可独立移动的抛光头中的两个基板同时进行抛光，其中所述抛光模块包括至少四个抛光头，所述抛光头被配置成在具有所述第一抛光表面的所述第一抛光台、具有第二抛光表面的第二抛光台以及至少一个装载杯之间独立地移动；

将保留在所述可独立移动的抛光头中的所述两个基板移动至所述抛光模块的所述第二抛光表面；和

在所述抛光模块的所述第二抛光表面上对保留在所述可独立移动的抛光头中的所述两个基板同时进行抛光。

7.如权利要求6所述的方法，其中将保留在所述可独立移动的抛光头中的所述两个基板移动至所述抛光模块的所述第二抛光表面进一步包含：

将所述两个基板同时从所述第一抛光表面转移至所述第二抛光表面。

8.如权利要求6所述的方法，其中将保留在所述可独立移动的抛光头中的所述两个基板移动至所述抛光模块的所述第二抛光表面进一步包含：

将所述两个基板顺序地从所述第一抛光表面转移至所述第二抛光表面。

9.如权利要求6所述的方法，进一步包含：

在对所述两个基板进行抛光之前，将所述两个基板同时从所述至少一个装载杯的一对装载杯转移至所述第一抛光表面。

10.如权利要求6所述的方法，进一步包含：

当在所述第二抛光表面上对所述两个基板同时抛光之后，在一对清洁模块中对所述两个基板同时进行干燥。

11.如权利要求6所述的方法，其中将保留在所述可独立移动的抛光头中的所述两个基板移动至所述抛光模块的所述第二抛光表面进一步包含：

使所述抛光头沿架空轨道旋转。

12.如权利要求6所述的方法，当在所述第二抛光表面上对所述两个基板同时抛光之后，所述方法进一步包含：

将所述两个基板同时转移至所述至少一个装载杯的一对装载杯进而到达梭；

横向地转移处于所述梭上的所述两个基板；和

将所述两个基板从所述梭转移至一对清洁模块。

13.一种抛光系统，包含：

抛光模块，所述抛光模块包含：

至少两个抛光台；

至少两个装载杯；

多个滑动台架，所述滑动台架连接至安置在所述至少两个抛光台上的架空轨道，所述滑动台架能够沿所述架空轨道独立地旋转；和

至少四个抛光头，每一个抛光头连接至所述滑动台架中的相应滑动台架，其中所述滑动台架被配置以将所述至少四个抛光头独立地定位在所述至少两个抛光台和所述至少一个装载杯上。

14.如权利要求13所述的抛光系统，进一步包含：

清洁器，所述清洁器连接至所述抛光模块，其中所述清洁器包括至少两个清洁模块，每一个清洁模块包含兆频超声波清洁模块、刷盒、液体喷口模块和干燥器。

15.如权利要求13所述的抛光系统，进一步包含：

辅助装置，所述辅助装置连接至所述滑动台架中的一个。

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