CN104956467A - 用于化学机械平坦化后的基板清洗的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种在化学机械平坦化(CMP)之后清洗基板的方法及设备。该设备包含壳体；可在第一轴上旋转并被配置以将基板保持在大致垂直的方向的基板固持件；具有垫保持表面的第一垫固持件，该垫保持表面以平行和间隔开的关系面向该基板固持件，该第一垫固持件可在第二轴上旋转，该第二轴平行于该第一轴设置；可被操作来相对于该基板固持件移动该垫固持件的第一致动器，以改变该第一轴和该第二轴之间的距离；以及设置于该壳体中的第二垫固持件，该第二垫固持件具有垫保持表面，该垫保持表面以平行和间隔开的关系面向该基板固持件，该第二垫固持件可在第三轴上旋转，该第三轴平行于该第一轴和该第二轴。

Description

用于化学机械平坦化后的基板清洗的方法及设备
相关申请案的交叉引用
本专利申请案主张于2013年01月31日提出申请且标题为“晶圆边缘研磨和清洗工艺及设备(WAFER EDGE POLISHING AND CLEANING PROCESS ANDAPPARATUS)”的美国临时专利申请案第61/758,915号的优先权权益，为了所有的目的将该申请案的内容以引用方式全部并入本文中。
技术领域
本发明是关于化学机械平坦化(CMP)，而且更具体言之，本发明是关于在CMP之后用于基板抛光清洗的系统、设备及方法。
背景技术
在制造现代半导体集成电路(ICs)及其他电子元件的工艺中，时常理想的是在沉积随后的层之前平坦化表面，以确保例如精确地形成光阻遮罩并保持堆迭的公差。在IC制造过程中平坦化层的方法之一是化学机械平坦化(CMP)。一般来说，CMP涉及固持在研磨头的基板对研磨材料的相对移动，以从基板去除表面的不平整。在CMP工艺中，研磨材料被研磨流体润湿，该研磨流体可以含有研磨剂或化学研磨组成物中的至少一者。此工艺可用电辅助，以电化学地平坦化基板上的导电材料。
平坦化诸如氧化物的硬质材料通常需要研磨流体或研磨材料本身包括研磨剂。由于研磨剂经常紧贴被研磨的材料层或变成部分嵌入被研磨的材料层中，故在抛光模块上处理基板，以从被研磨层去除研磨剂。抛光模块通过移动基板来去除在CMP工艺过程中使用的研磨剂和研磨流体，在去离子水或化学溶液的存在下基板仍被保持在研磨头上对着抛光材料。抛光模块与CMP模块类似，不同之处仅在于所使用的研磨流体及上面放置被处理基板的材料。
一旦完成抛光，则将基板转移到一系列的清洗模块，该等清洗模块进一步在任何残留的研磨剂颗粒及/或其他在平坦化和抛光工艺之后附着于基板的污染物会在基板上变硬并产生缺陷之前去除该等研磨剂颗粒及/或污染物。该等清洗模块可以包括例如兆声清洗器、一个或多个洗涤器及烘干机。在垂直方向上支撑基板的清洗模块是特别有利的，因为还可在清洗工艺过程中利用重力来增强颗粒的去除，而且通常也更加紧凑。
虽然目前的CMP工艺已被证明是坚固和可靠的系统，但系统设备的结构需要抛光模块利用可以替代地被用于另外的CMP模块的临界空间。然而，某些研磨流体(例如使用氧化铈者)是特别难以去除的，而且习知需要在基板被转移到清洗模块之前在抛光模块中处理基板，因为习知的清洗模块尚未表现出在清洗之前从未被抛光的氧化物表面令人满意地去除研磨剂颗粒的能力。
因此，本技术领域中需要改良的CMP工艺及清洗模块。
发明内容
本发明的实施例是关于在化学机械平坦化(CMP)之后清洗基板的方法及设备。在一个实施例中，提供一种颗粒清洗模块。该颗粒清洗模块包含壳体；位于该壳体中的基板固持件，该基板固持件设以将基板保持在大致垂直的方向，该基板固持件可在第一轴上旋转；位于该壳体中的第一垫固持件，该第一垫固持件具有垫保持表面，该垫保持表面以平行和间隔开的关系面向该基板固持件，该第一垫固持件可在第二轴上旋转，该第二轴平行于该第一轴设置；可被操作来相对于该基板固持件移动该第一垫固持件的第一致动器，以改变该第一轴和该第二轴之间的距离；以及位于该壳体中的第二垫固持件，该第二垫固持件具有垫保持表面，该垫保持表面以平行和间隔开的关系面向该基板固持件，该第二垫固持件可在第三轴上旋转，该第三轴平行于该第一轴和该第二轴。
在其他的实施例中，提供一种清洗基板的方法。该方法包含以下步骤：旋转以垂直方向设置的基板；提供清洗流体到该旋转基板的表面；对着该旋转基板推压第一垫；在该基板各处横向移动该第一垫；提供研磨流体到该旋转基板的边缘部分；对着该旋转基板推压第二垫；以及在该基板的边缘各处横向移动该第二垫。
在又其他的实施例中，提供一种处理基板的系统。该系统包括：化学机械平坦化(CMP)模块以及CMP后基板清洗模块，该CMP后基板清洗模块适以在基板已在该CMP模块中完成平坦化之后接收该基板，该CMP后基板清洗模块包括：壳体；位于该壳体中的基板固持件，该基板固持件设以将基板保持在大致垂直的方向，该基板固持件可在第一轴上旋转；位于该壳体中的第一垫固持件，该第一垫固持件具有垫保持表面，该垫保持表面以平行和间隔开的关系面向该基板固持件，该第一垫固持件可在第二轴上旋转，该第二轴平行于该第一轴设置；可被操作来相对于该基板固持件移动该第一垫固持件的第一致动器，以改变界定于该第一轴和该第二轴之间的距离；及位于该壳体中的第二垫固持件，该第二垫固持件具有垫保持表面，该垫保持表面以平行和间隔开的关系面向该基板固持件，该第二垫固持件可在第三轴上旋转，该第三轴平行于该第一轴和该第二轴。
依据本发明的这些和其他的方面提供了许多其他的方面。从以下的实施方式、所附权利要求书及附图，本发明的其他特征和方面将变得更加充分地显而易见。
附图说明
为详细了解上述本发明的特征，可参照实施例及附图而对以上简单概述的本发明作更特定的描述。然而应注意，附图说明的只是本发明的典型实施例，因而不应将附图说明视为是对本发明范围作限制，因本发明可被体现于其他同等有效的形式。
图1为一部分基板的剖面的示意图；
图2图示具有清洗系统的半导体基板化学机械平坦化系统的俯视图，该清洗系统包括本发明的颗粒清洗模块的实施例；
图3为图2中绘示的清洗系统的正视图；
图4为图2中绘示的颗粒清洗模块的剖视图；
图5为沿着图4的剖面线5--5所作的颗粒清洗模块的剖视图；
图6为沿着图4的剖面线6--6所作的颗粒清洗模块的剖视图；以及
图7为接合垫的垫固持件的俯视图，并且基板被基板固持件保持在图2的颗粒清洗模块内。
为了便于理解，已在可能处使用相同的元件符号来指称对于图式为相同的元件。另外，可以将一个实施例的元件有利地适用于本文所述的其他实施例中。
具体实施方式
下面为示例性实施例的详细描述，用以说明本发明的原理。提供该等实施例来说明本发明的各种方面，但并非将本发明限制于任何的实施例。本发明的范围涵括许多的替代、修改及等同物。
在下面的描述中提出许多的具体细节，以透彻地了解本发明。然而，可以依据权利要求书而不用这些具体细节中的一些或全部来实施本发明。为了清楚的目的，未详细描述本技术领域中与本发明相关的习知技术材料，以免混淆了本发明。
本发明的实施例是关于在化学机械平坦化(CMP)之后清洗基板的方法及设备。更具体言之，本发明的实施例提供了改良的方法和设备，用于清洗及/或研磨基板的排除区及/或边缘。在氧化物CMP中使用的研磨剂颗粒(例如氧化铈(CeO))很难使用传统的PVA刷洗涤来去除，而且往往需要在研磨工具的附加平台上实施抛光工艺。然而，即使在研磨平台上进行了抛光，但在基板边缘(例如距离边缘≤2mm)的颗粒会难以使用习知方法去除。
本文所述的某些实施例提供的清洗工艺在颗粒清洗之后/过程中在基板的排除区及/或边缘进行浆料研磨。本发明的某些实施例提供的设备在基板的排除区及/或边缘实施浆料研磨工艺而不影响在器件区的研磨性能。该设备(以下描述为颗粒清洗模块)有利地允许提高CMP系统的利用率及产量，同时减少有效清洗基板所需的消耗品的数量和成本，如以下进一步描述的。
颗粒清洗模块具有可支撑整个基板尺寸的基板吸盘及直径小于50mm的盘刷固持件。该基板吸盘的速度可以超过500rpm，而且该盘刷固持件的速度可以超过1000rpm。诸如politex型材料的软垫可被用作清洗垫。可以用压敏黏着剂将该清洗垫黏附在该盘刷固持件的顶部上。在清洗工艺的过程中，通过该基板吸盘旋转基板，并且具有软垫的盘刷旋转并从基板的中心扫到基板的边缘或反之亦然。接触压力及/或软垫和基板之间的间隙可以通过线性马达进行控制。可以重复这个动作数次，直到研磨剂颗粒被从大部分的基板表面去除，除了在约≤2mm边缘排除区的基板边缘之外。随后，进行研磨步骤，其中研磨垫被移到基板边缘，并且浆料被输送到研磨垫旁边，其中在研磨过程中基板和研磨垫被转动和接触。理想的是使研磨垫只研磨排除区及/或边缘区而不碰触器件区。研磨垫可以在高速旋转以及在基板边缘来回扫过。在某些实施例中，理想的是具有独立的垫，第一垫用于从基板的主表面去除颗粒，以及第二垫用于研磨排除区和输送局部浆料的基板边缘。在这样的实施例中，可以同时或在不同的时间使用该两个垫。
以下将参照可以使用化学机械研磨工艺设备进行的平坦化工艺和组成物来描述本文所述的实施例，该化学机械研磨工艺设备例如可向美国加州圣克拉拉市的应用材料公司(Applied Materials,Inc.of Santa Clara,California)取得的MIRRATM、MIRRA MESATM、REFLEXION LKTM及GTTM化学机械平坦化系统。其他的平坦化模块，包括那些使用处理垫、平坦化网或上述的组合者，以及那些以旋转的、线性的或其他的平面运动相对于平坦化表面移动基板者也可适于从本文所述的实施例中获益。此外，任何使用本文所述的方法或组成物致能化学机械研磨的系统可被用来获利。以下的设备描述是说明性的，而且不应被理解或解释为限制本文所描述的实施例的范围。
图1为一部分的基板100的剖面的示意图。参照图1，基板100可以包括两个主表面102a、102b及边缘104。基板100的每个主表面102a、102b可以包括器件区106a、106b及排除区108a、108b。(然而，通常两个主表面102a、102b中只有一个将包括器件区和排除区。)排除区108a、108b可以作为器件区106a、106b和边缘104之间的缓冲。基板100的边缘104可以包括外缘110和斜面112、114。斜面112、114可位于外缘110和两个主表面102a、102b的排除区108a、108b之间。本发明适用于清洗及/或研磨外缘110及基板100的斜面112、114中的至少一者，而不会影响器件区106a、106b。在一些实施例中，也可以清洗或研磨全部的或部分的排除区108a、108b。
图2图示具有清洗系统216的半导体基板化学机械平坦化(CMP)系统200的俯视图，清洗系统216包括本发明的颗粒清洗模块282的一个实施例。虽然在图2中提供了CMP系统200和清洗系统216的示例性结构，但可以构思的是，本发明的颗粒清洗模块282的实施例可被单独使用，或与具有替代配置的清洗系统及/或具有替代配置的CMP系统一起使用。
除了清洗系统216之外，示例性的CMP系统200通常还包括工厂界面202、装载机器人204及平坦化模块206。装载机器人204位在工厂界面202和平坦化模块206邻近处，以便利基板100在其间转移。
提供控制器208以便利CMP系统200的模块的控制和整合。控制器208包含中央处理单元(CPU)210、存储器212及支援电路214。控制器208被耦接到CMP系统200的各个元件，以方便控制例如平坦化清洗和转移工艺。
工厂界面202通常包括界面机器人220及一或更多个基板盒218。界面机器人220被用来在基板盒218、清洗系统216及输入模块224之间传送基板100。定位输入模块224，以便利基板100在平坦化模块206和工厂界面202之间的转移，如以下将进一步描述的。
选择性地，离开清洗系统216的经研磨基板可以在设置于工厂界面202内的测量系统280中进行测试。测量系统280可以包括光学量测装置，例如可向位于加州桑尼维尔的新星量测仪器公司(Nova Measuring Instruments,Inc.located inSunnyvale,California)取得的NovaScan 420。测量系统280可以包括缓冲站(未图示)，用于便利基板从光学量测装置或其他的测量装置进出。一个这种适合的缓冲描述于在2001年6月12日授证于Pinson等人的美国专利第6,244,931号中，将该专利的内容以引用方式全部并入本文中。
平坦化模块206包括至少一个CMP站。构思的是，CMP站可以被配置为电化学机械平坦化站。在图2所绘示的实施例中，平坦化模块206包括数个CMP站，图示为设置在环境受控的外壳288中的第一站228、第二站230及第三站232。第一站228包括被配置以利用含研磨流体的研磨剂进行氧化物平坦化工艺的习知CMP站。构思的是，可以替代地进行CMP工艺来平坦化其他的材料，包括使用其他类型的研磨流体。由于CMP工艺的本质为习知的，为了简便起见省略了CMP工艺的进一步描述。将在以下进一步详细地讨论第二站230和第三站232。
示例性的平坦化模块206还包括设置在机器基座240的上或第一侧238上的传送站236和旋转台234。在一个实施例中，传送站236包括输入缓冲站242、输出缓冲站244、传送机器人246及装载罩组件248。装载机器人204设以从输入模块224取回基板，并将基板传送到输入缓冲站242。装载机器人204也用以使经研磨的基板从输出缓冲站244返回到输入模块224，然后经研磨的基板在返回到盒218之前从输入模块224前进通过清洗系统216，盒218通过界面机器人220耦接到工厂界面202。传送机器人246被用于在缓冲站242、244及装载罩组件248之间移动基板。
在一个实施例中，传送机器人246包括两个固持件组件，每个固持件组件皆具有气动夹爪，该气动夹爪经由基板的边缘固持基板。传送机器人246可以在从装载罩组件248传送经处理的基板到输出缓冲站244的同时、同时地从输入缓冲站242传送待处理的基板到装载罩组件248。可用以获利的传送站的实例描述于在2000年12月5日授证于Tobin的美国专利申请案第6,156,124号中，将该专利的内容以引用方式全部并入本文中。
旋转台234中心地设置在基座240上。旋转台234通常包括数个臂250，每个臂250皆支撑研磨头252。图2中绘示的两个臂250被以虚线图示，使得第一站228的研磨垫226的平坦化表面和传送站236可以被看到。旋转台234是可转位的，使得研磨头组件252可以在平坦化站228、230、232和传送站236之间移动。可用以获利的一个旋转台是描述于在1998年9月8日授证于Perlov等人的美国专利第5,804,507号中，将该专利的内容以引用方式全部并入本文中。
清洗系统216从经研磨的基板去除在研磨后仍存在的研磨碎片、研磨剂、研磨流体及/或过量的沉积材料。清洗系统216包括数个清洗模块260、基板处理器266、烘干机262及输出模块256。基板处理器266从输入模块224收回从平坦化模块206返回的经处理基板100，并将基板100传送通过数个清洗模块260和烘干机262。烘干机262将离开清洗系统216的基板干燥，并通过界面机器人220便利清洗系统216和工厂界面202之间的基板传送。烘干机262可以是旋冲烘干机或其他适当的烘干机。可以发现适当的烘干机262的一个实例为皆可向加州圣克拉拉的应用材料公司取得的MESATM或基板清洗器的一部分。
在图2绘示的实施例中，清洗系统216中使用的清洗模块260包括兆声清洗模块264A、颗粒清洗模块282、第一刷模块264B及第二刷模块264C。然而，可以理解的是，本发明的颗粒清洗模块282可与并入一或更多个模块的清洗系统一起使用，该一或更多个模块具有一或更多种模块类型。每个模块260被配置以处理垂直方向的基板，即其中经研磨的表面处在大致上垂直的平面中的基板。垂直平面以Y轴表示，Y轴垂直于图2中图示的X轴和Z轴。将在下面参照图4进一步详细讨论颗粒清洗模块282。
在操作中，通过界面机器人220将基板100从其中一个盒218传送到输入模块224来启动CMP系统200。然后装载机器人204将基板从输入模块224移动到平坦化模块206的传送站236。基板100被载入研磨头252，在水平方向上时，研磨头252在研磨垫226上方移动并对着研磨垫226研磨。一旦基板完成研磨，则经研磨的基板100被返回到传送站236，其中机器人204可将基板100从平坦化模块206传送到输入模块224，同时将基板旋转到垂直方向。然后基板处理器266从输入模块224收回基板并传送基板通过清洗系统216的清洗模块260。每个模块260适以在整个清洗工艺中支撑在垂直方向上的基板。一旦完成清洗，经清洗的基板100会到输出模块256。经清洗的基板100通过界面机器人220回到其中一个盒218，同时使经清洗的基板100回到水平方向。选择性地，在基板回到盒218之前，界面机器人220可以将经清洗的基板传送到测量系统280。
尽管任何适当的基板处理器皆可以被使用，但图2中绘示的基板处理器266包括具有至少一固持件(图示2个固持件274、276)的机器人268，机器人268被配置以在输入模块224、清洗模块260及烘干机262之间传送基板。选择性地，基板处理器266可以包括被配置以在最后的清洗模块260和烘干机262之间传送基板以减少交叉污染的第二机器人(未图示)。
在图2绘示的实施例中，基板处理器266包括耦接到隔板258的轨道272，隔板258将盒218和界面机器人220与清洗系统216分隔。机器人268被配置以沿着轨道272横向运动，以方便进出清洗模块260、烘干机262及输入和输出模块224、256。
图3绘示依据本发明的一个实施例的基板处理器266的正视图。基板处理器266的机器人268包括滑架302、固定板304及基板固持件274、276。滑架302被可滑动地组装在轨道272上，并被致动器306沿着第一移动轴A1水平地驱动，第一移动轴A1由平行于Z轴的轨道272界定。致动器306包括耦接到皮带310的马达308。滑架302被附接于皮带310。当马达308使皮带310环绕位于清洗系统216的一端的滑轮312前进时，滑架302沿着轨道272移动，以选择性地定位机器人268。马达308可以包括编码器(未图示)，以协助在输入和输出模块224、256及各种清洗模块260等处精确地定位机器人268。或者，致动器306可以是任何形式的、能够沿着轨道272控制滑架302的位置的旋转或线性致动器。在一个实施例中，滑架302由具有皮带驱动装置的线性致动器驱动，例如可向位于日本东京的THK有限公司商购的GL15B线性致动器。
固定板304首先被耦接到滑架302。固定板304包括至少两个平行的轨道316A-B，沿着轨道316A-B、固持件274、276的位置被独立地沿着第二和第三移动轴A2、A3致动。第二和第三移动轴A2、A3的方向垂直于第一轴A1并平行于Y轴。
图4绘示图2的颗粒清洗模块282的剖面图。颗粒清洗模块282包括壳体402、基板旋转组件404、第一垫致动组件406及第二垫致动组件470。虽然图示出第一垫致动组件406和第二垫致动组件470，但应当了解的是，本文所描述的实施例可以使用单个垫致动组件来进行。例如，第一垫致动组件406和第二垫致动组件470可以被定位在个别的壳体中。壳体402包括在壳体顶部的开口408和在壳体底部418的基板接收器410。排出口468被形成通过壳体402的底部418，以允许流体被从壳体402移除。开口408允许机器人268(图4中未图示)垂直地传送基板到壳体402内界定的内部空间412。壳体402可以选择性地包括盖体430，盖体430可以打开和关闭，以允许机器人268进出壳体402。
基板接收器410具有平行于Y轴面向上的基板接收槽432。接收槽432的尺寸可以容纳基板100的外周，从而使基板处理器266的固持件274、276中的一者以大致垂直的方向将基板100放在接收槽432中。基板接收器410被耦接到Z-Y致动器411。Z-Y致动器411可被致动来在Y轴上向上移动基板接收器410，以将设置在基板接收器410中的基板100的中心线与基板旋转组件404的中心线对齐。一旦基板100的中心线与基板旋转组件404的中心线对齐了，则可以致动Z-Y致动器411来在Z轴上移动基板接收器410，以使基板100抵接基板旋转组件404，此举然后致动来使基板100吸附于基板旋转组件404。在基板100已被吸附于基板旋转组件404之后，Z-Y致动器411可被致动来在Y轴上移动基板接收器410，以离开基板100和基板旋转组件404，使得由基板旋转组件404固持的基板100可被旋转而不会接触基板接收器410。
基板旋转组件404设置在壳体402中并包括耦接到基板旋转机构416的基板固持件414。基板固持件414可以是静电吸盘、真空吸盘、机械固持件或任何其他用于在处理过程中在颗粒清洗模块282内旋转基板时稳固地固持基板100的适当机构。较佳地，基板固持件414可以是静电吸盘或真空吸盘中的任一者。
图5为沿着图4的剖面线5-5所作的颗粒清洗模块282的剖视图，从而图示出基板固持件414的面504。参照图4和图5，基板固持件414的面504包括流体耦接到真空源497的一或更多个孔502。真空源497可操作来施加真空于基板100和基板固持件414之间，从而紧固基板100和基板固持件414。一旦基板100被基板固持件414固持住，则基板接收器410可在平行于Y轴的垂直方向上向下朝壳体402的底部418移动，以离开基板，如图5中所见。基板接收器410可以在水平方向上朝壳体402的边缘420移动，以进一步远离基板。
基板固持件414通过第一轴杆423被耦接到基板旋转机构416，第一轴杆423延伸通过孔424，孔424贯穿壳体402所形成。孔424可以选择性地包括密封件426，以提供第一轴杆423和壳体402之间的密封。基板固持件414被基板旋转机构416可控制地转动。基板旋转机构416可以是电动马达、气动马达或任何其他适用于旋转基板固持件414和吸附于基板固持件414的基板100的马达。基板旋转机构416被耦接到控制器208。在操作中，基板旋转机构416旋转第一轴杆423，第一轴杆423旋转基板固持件414和固定于基板固持件414的基板100。在一个实施例中，基板旋转机构416以每分钟至少500转(rpm)的速率旋转基板固持件414(和基板100)。
第一垫致动组件406包括垫旋转机构436、垫清洗头438及横向致动器机构442。垫清洗头438位于壳体402的内部空间412中，并包括固持垫444的垫固持件434及流体输送喷嘴450。流体输送喷嘴450被耦接到流体输送源498，流体输送源498在清洗基板100的过程中提供去离子水、化学溶液或任何其他适当的流体到垫444。盖体430可以被移动到关闭流体输送喷嘴450上方的壳体402的开口408的位置，以防止流体在处理过程中被从壳体402旋出。
可将垫固持件434的中心线与基板固持件414的中心线对齐。垫固持件434(和垫444)的直径远小于基板100的直径，例如垫固持件434(和垫444)的直径至少小于基板直径的一半或甚至达到小于基板直径的约八分之一。在一个实施例中，垫固持件434(和垫444)可以具有小于约25mm的直径。垫固持件434可以利用夹具、真空、黏着剂或其他当垫444在清洗许多基板100后被磨损时允许垫444被周期性地替换的适当技术来固持垫444。
垫444可以由聚合物材料制成，该聚合物材料诸如多孔橡胶、聚氨酯及类似者，例如可向美国德拉瓦州纽瓦克的罗德尔公司(Rodel,Inc.of Newark,Delaware)取得的POLYTEXTM垫。在一个实施例中，垫固持件434可被用来固持刷子或任何其他适当的清洗装置。垫固持件434通过第二轴杆446耦接到垫旋转机构436。第二轴杆446的方向平行于Z轴，并且第二轴杆446从内部空间412延伸通过贯穿壳体402形成的细长狭缝而到达垫旋转机构436。垫旋转机构436可以是电动马达、气动马达或任何其他适用于抵靠基板旋转垫固持件434和垫444的马达。垫旋转机构436被耦接到控制器208。在一个实施例中，垫旋转机构436以至少约1000rpm的速率旋转垫固持件434(和垫444)。
垫旋转机构436通过轴致动器440耦接到托架454。轴致动器440被耦接到控制器208或其他适当的控制器，而且可被操作来沿着Z轴移动垫固持件434，以对着及远离基板固持件414固持的基板100来移动垫444。轴致动器440可以是平降汽缸、线性致动器或任何其他适用于在平行于Z轴的方向上移动垫固持件434的机构。在操作中，在基板固持件414与基板接触并固持基板之后，轴致动器440在z方向上驱动垫固持件434，以与基板100进行接触。
托架454通过横向致动器机构442、通过滑架456和轨道458耦接到基座462，此举允许垫清洗头438在平行于X轴的方向上横向移动，如图6所绘示。滑架452可滑动地组装在轨道458上，并且被横向致动器机构442水平驱动，以使垫444扫过基板100各处。横向致动器机构442可以是导螺杆、线性致动器或任何其他适用于水平地移动清洗头438的机构。横向致动器机构442被耦接到控制器208或其他适当的控制器。
第二垫致动组件470包括垫旋转机构472、垫研磨头474及横向致动器机构476。垫研磨头474位于壳体402的内部空间412中，并包括固持垫480和流体输送喷嘴482的垫固持件478。流体输送喷嘴450被耦接到流体输送源484，在研磨基板100的排除区及/或边缘区的过程中，流体输送源484提供研磨浆料、去离子水、化学溶液或任何其他适当的流体到垫480。盖体430可以被移动到关闭流体输送喷嘴482上方的壳体402的开口408的位置，以防止流体在处理过程中被从壳体402旋出。
可将第二垫固持件478的中心线与基板100的边缘对齐。第二垫固持件478(和研磨垫480)的直径远小于基板100的直径，例如第二垫固持件478(和研磨垫480)的直径至少小于基板直径的一半或甚至达到小于基板直径的约八分之一。在一个实施例中，第二垫固持件478(和研磨垫480)可以具有小于约50mm的直径。第二垫固持件478可以利用夹具、真空、黏着剂或其他当研磨垫480在研磨许多基板100的边缘后被磨损时允许研磨垫480被周期性地替换的适当技术来固持研磨垫480。
研磨垫480可以由聚合物材料制成，该聚合物材料诸如多孔橡胶、聚氨酯及类似者，例如可向美国德拉瓦州纽瓦克的罗德尔公司(Rodel,Inc.of Newark,Delaware)取得的POLYTEXTM垫。研磨垫480可以是固定研磨垫。第二垫固持件478通过第三轴杆486耦接到垫旋转机构472。第三轴杆486的方向平行于Z轴，并且第三轴杆486从内部空间412延伸通过贯穿壳体402形成的细长狭缝而到达垫旋转机构472。垫旋转机构472可以是电动马达、气动马达或任何其他适用于抵靠基板100旋转第二垫固持件478和研磨垫480的马达。垫旋转机构472被耦接到控制器208。在一个实施例中，垫旋转机构472以至少约1000rpm的速率旋转第二垫固持件478(和研磨垫480)。
垫旋转机构472通过轴致动器490耦接到托架488。轴致动器490被耦接到控制器208或其他适当的控制器，而且可被操作来沿着Z轴移动第二垫固持件478，以对着及远离基板固持件414固持的基板100来移动研磨垫480。轴致动器490可以是平降汽缸、线性致动器或任何其他适用于在平行于Z轴的方向上移动第二垫固持件478的机构。在操作中，在基板固持件414与基板接触并固持基板之后，轴致动器490在z方向上驱动第二垫固持件478，以与基板100进行接触。
托架488通过横向致动器机构476、通过滑架494和轨道496耦接到基座492，此举允许垫研磨头474在平行于X轴的方向上横向移动，如图6所绘示。滑架494可滑动地组装在轨道496上，并且被横向致动器机构476水平驱动，以使研磨垫480扫过基板100各处。横向致动器机构476可以是导螺杆、线性致动器或任何其他适用于水平地移动研磨头474的机构。横向致动器机构476被耦接到控制器208或其他适当的控制器。
在颗粒清洗模块282中使清洗垫444扫过基板100各处已经有效地展示出从基板100的表面有效地去除颗粒(例如来自研磨流体的研磨剂)的能力。另外，使研磨垫480扫过排除区及/或边缘区已经展示出从基板100的表面(例如基板的排除区及/或边缘区)有效地去除颗粒(例如研磨剂)、过量的沉积材料及/或研磨浆料的能力。因此，除了颗粒清洗之外在基板边缘加入研磨步骤已经有效地展示出边缘缺陷的改善。因此，基本上消除了研磨模块上对于专用抛光站的需求。
图7为分别使垫444和垫480与由基板固持件414固持的基板100接合的第一垫固持件434和第二垫固持件478的侧视图。在操作中，关于第一垫固持件434，在垫旋转机构436旋转垫444的同时，轴致动器440促使垫444抵靠由基板旋转机构416旋转的基板100。在基板100的表面各处，横向致动器机构442在水平方向上移动垫固持件434和垫444。在垫444与基板100接触时，流体输送喷嘴450提供去离子水、化学溶液或任何其他适当的流体中的至少一者到被垫444处理的基板100的表面。因此，垫444以最少的移动来清洗基板的表面。
在操作中，关于第二垫固持件478，在垫旋转机构472旋转研磨垫480的同时，轴致动器490促使研磨垫480抵靠由基板旋转机构416旋转的基板100。在基板100的表面各处，横向致动器机构476在水平方向上移动第二垫固持件478和研磨垫480。在研磨垫480与基板100的排除区及/或边缘区接触时，流体输送喷嘴482提供研磨浆料、去离子水、化学溶液或任何其他适当的流体中的至少一者到被研磨垫480处理的基板100的表面。因此，垫444以最少的移动来清洗基板的边缘。
应当了解的是，虽然图7绘示垫444和研磨垫480同时接触基板100，但本文所述的实施例并不要求垫444和研磨垫480同时接触基板。例如，由垫444进行的颗粒清洗工艺可以相对于由研磨垫480进行的边缘研磨工艺相继地(例如在前及/或在后)进行。
本发明的一个优点是垫444和480与基板100的尺寸相比相对小的尺寸。习知的系统使用定位在研磨模块上的大型垫来清洗较小的基板，其中基板是100％与垫接触。大型垫容易使研磨剂和颗粒陷入，从而时常在基板中造成刮痕和缺陷。然而，本发明较小的垫明显较不易使研磨剂和颗粒陷入，从而有利地产生较清洁的垫和具有较少刮痕和缺陷的基板。此外，本发明较小的垫明显减少了消耗品的费用，在处理过程中使用的流体量和更换垫的费用皆减少。此外，本发明较小的垫明显允许垫可被容易地移除或更换。
再次参照图6，一旦基板被清洗了而且基板的边缘已经完成研磨，则垫致动组件406、470将垫固持件434、478和垫444、480缩回而远离基板100(以虚线图示)。垫固持件434和垫444可以在平行于X轴的方向上线性移动而远离基板并离开壳体402的内部空间412进入耦接到壳体402的袋部604。将垫固持件434和垫444定位于袋部604中(如图6中以虚线图示的)并离开壳体402的内部空间412有利地提供了供机器人268进入壳体402并传送基板而没有损坏垫444或基板100的风险的更大空间，同时允许壳体402变得较小和较便宜。
清洗之后通过使基板接收器410在平行于Y轴的方向上向上移动来开始传送基板，以使基板100接合于接收槽432中。一旦基板位于基板接收槽432中，则基板固持件414就通过关闭由真空源497所提供的真空来释放基板100，并视情况提供气体通过基板固持件414的孔502来从基板固持件414分离基板。然后在平行于Z轴的方向上横向移动基板100设置在接收槽432中的基板接收器410远离基板固持件414，以使基板100远离基板固持件414。机器人268的夹持器274、276中的一者从基板接收器410收回基板100，并从壳体402移出基板100。将选择性的顶部喷雾棒464和底部喷雾棒466定位在内部空间412各处，而且顶部喷雾棒464和底部喷雾棒466可以用去离子水或任何其他适当的流体喷洒基板100，以在机器人268从颗粒清洗模块282移出基板100时清洗基板100。可以使用喷雾棒464、466中的至少一者来在吸附于基板接收器410之前润湿基板100，以去除可能会潜在地刮伤基板背侧的颗粒及/或改善基板接收器410的吸附。喷雾棒464、466可被耦接到不同的流体源499、500，所以可以提供不同的流体到每个喷雾棒464、466，或是喷雾棒464、466可以皆被耦接到单个流体输送源。
再次参照图2的平坦化模块206，第二和第三站230、232皆可被用于进行CMP工艺，因为颗粒清洗模块282基本上消除了对于习知系统中所需设置在其中一个站230、232中的抛光垫的需求。由于第二和第三站230、232将用于CMP工艺，故使用颗粒清洗模块282有利地提高了CMP系统200的产量。颗粒清洗模块282的垂直基板方向也是有利的，因为与传统用于研磨模块的水平设计相比，颗粒清洗模块282的垂直基板方向以更加紧凑的占地面积去除了颗粒。
此外，颗粒清洗模块282有效地清洗基板并减少颗粒在第一刷模块264B和第二刷模块264C的刷子上的负荷。因此，第一刷模块264B和第二刷模块264C中的刷子的寿命被有利地增加了。因此，该颗粒清洗模块去除了特别难以去除的研磨流体而无需研磨模块中的抛光站，并同时使第二及或第三站无需额外的CMP站，以提高平坦化系统的产量。
在一些实施例中，用以旋转基板100的(诸)驱动器和用以推动垫及/或抵靠基板表面或基板边缘的边缘研磨膜的致动器可以由控制器208控制。同样地，流体输送喷嘴450、482的操作也可以接受控制器208的指挥。控制器208可适于接收来自驱动器及/或致动器的反馈信号，该反馈信号指示：(1)被施加来驱动基板100的能量及/或扭矩量(例如旋转固持基板100的真空吸盘)及/或(2)施加于致动器来对着基板100分别推动垫444、480的力量。这些反馈信号可被用来测定已被从基板100去除的材料量，可以包括例如材料的特定层是否已经被去除及/或是否已经达成意图的边缘轮廓。例如，减少研磨程序过程中旋转基板100的扭矩(或旋转基板100所消耗的能量)可以表示基板100和垫444、480之间的摩擦的减少。扭矩或旋转能量的减少可对应于在基板100和垫444、480之间的接触点或该接触点附近从基板100的边缘去除的材料量及/或特性边缘轮廓(例如在基板100边缘的形状、曲率或平滑度水平)。
可替换地或附加地，位置与基板100的边缘接触的摩擦感测器可以提供表示已从基板100的边缘去除的材料量的信号。
在一些实施例中，垫444、480可以具有可调整的能力量，以符合基板的边缘。在某些实施例中，可以选择垫的材料，使得垫444、480具有可调整的能力量来符合基板的边缘。在某些实施例中，垫444、480可以是或包括可充气的气囊，使得通过添加更多的空气或液体或其他流体而使垫变得更硬，或通过减少气囊中的空气或液体或其他流体的量而使垫变得更柔性。在一些实施例中，流体供应可以在操作员或编程的及/或使用者操作的控制器的指挥下使气囊充气/泄气。在这样的实施例中，可以将诸如硅橡胶的弹性材料或类似者使用于气囊，以进一步增强垫的伸展及符合基板边缘的能力。这样的实施例将允许操作员/控制器来精确地控制使研磨垫480超出排除区108a及/或108b及进入斜面112、114(若有的话)多远(参见图1)，以通过例如限制泵送进入气囊的流体量来接触基板100。例如，一旦基板外缘110被对着具有泄气气囊的垫444放置，则该气囊可被充气，使得垫444被强制环绕并符合基板100的外缘110和斜面112、114，而不环绕到基板100的器件区106a、106b。
虽然前文是针对本发明的实施例，但在不偏离本发明的基本范围下亦可设计出本发明的其他和进一步的实施例，而且本发明的范围是由以上的权利要求书所决定。

Claims (15)

1.一种颗粒清洗模块，包含：
壳体；
基板固持件，位于所述壳体中，所述基板固持件被配置以将基板保持在大致垂直的方向，所述基板固持件可在第一轴上旋转；
第一垫固持件，位于所述壳体中，所述第一垫固持件具有垫保持表面，所述垫保持表面以平行和间隔开的关系面向所述基板固持件，所述第一垫固持件可在第二轴上旋转，所述第二轴平行于所述第一轴设置；
第一致动器，可被操作来相对于所述基板固持件移动所述第一垫固持件，以改变界定于所述第一轴和所述第二轴之间的距离；以及
第二垫固持件，设置于所述壳体中，所述第二垫固持件具有垫保持表面，所述垫保持表面以平行和间隔开的关系面向所述基板固持件，所述第二垫固持件可在第三轴上旋转，所述第三轴平行于所述第一轴和所述第二轴。
2.如权利要求1所述的颗粒清洗模块，其中所述第二垫固持件的所述垫保持表面被定位来接触基板的排除区及/或边缘部分。
3.如权利要求1所述的颗粒清洗模块，进一步包含：
第二致动器，可被操作来相对于所述基板固持件移动所述第二垫固持件，以改变界定于所述第一轴和所述第三轴之间的距离。
4.如权利要求1所述的颗粒清洗模块，进一步包含：
基板接收器，设置于所述壳体中，所述基板接收器具有基板接收槽，所述基板接收槽设以容纳基板。
5.如权利要求4所述的颗粒清洗模块，其中所述基板接收器可被操作来在与所述基板的中心线对齐的第一位置和离开所述基板的第二位置之间移动。
6.如权利要求1所述的颗粒清洗模块，其中所述第一垫固持件具有一直径，所述直径小于所述基板固持件的直径。
7.如权利要求1所述的颗粒清洗模块，其中所述第二垫固持件具有一直径，所述直径小于所述基板固持件的直径。
8.一种清洗基板的方法，包含以下步骤：
旋转基板，所述基板以垂直方向设置；
提供清洗流体到所述旋转基板的表面；
对着所述旋转基板推压第一垫；
在所述基板各处横向移动所述第一垫；
提供研磨流体到所述旋转基板的排除区及/或边缘部分；
对着所述旋转基板推压第二垫；以及
沿着所述基板的边缘移动所述第二垫。
9.如权利要求8所述的方法，其中对着所述旋转基板推压所述第一垫进一步包含旋转所述第一垫。
10.如权利要求8所述的方法，其中对着所述旋转基板推压所述第二垫进一步包含旋转所述第二垫。
11.如权利要求8所述的方法，进一步包含：
将所述基板放在兆声清洗模块中，然后在所述基板各处横向移动所述第一垫；
在所述基板的边缘各处横向移动所述第二垫之后，将所述基板放在一或更多个刷模块中；以及
在将所述基板放在所述一或更多个刷模块中之后，将所述基板放在烘干机中。
12.如权利要求11所述的方法，进一步包含：
平坦化所述基板的表面，然后将所述基板放在所述兆声清洗模块中。
13.如权利要求11所述的方法，进一步包含：
在所述基板各处横向移动所述第一垫之后及在将所述基板放在所述一或更多个刷模块中之前提供所述清洗流体至所述基板。
14.一种处理基板的系统，所述系统包含：
化学机械平坦化(CMP)模块；以及
CMP后基板清洗模块，适以在基板已在所述CMP模块中完成平坦化之后接收所述基板，所述CMP后基板清洗模块包括：
壳体；
基板固持件，设置于所述壳体中，所述基板固持件被配置以将基板保持在大致垂直的方向，所述基板固持件可在第一轴上旋转；
第一垫固持件，设置于所述壳体中，所述第一垫固持件具有垫保持表面，所述垫保持表面以平行和间隔开的关系面向所述基板固持件，所述第一垫固持件可在第二轴上旋转，所述第二轴平行于所述第一轴设置；
第一致动器，可被操作来相对于所述基板固持件移动所述第一垫固持件，以改变界定于所述第一轴和所述第二轴之间的距离；及
第二垫固持件，设置于所述壳体中，所述第二垫固持件具有垫保持表面，所述垫保持表面以平行和间隔开的关系面向所述基板固持件，所述第二垫固持件可在第三轴上旋转，所述第三轴平行于所述第一轴和所述第二轴。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述第二垫固持件的所述垫保持表面被定位来接触基板的排除区及/或边缘部分。
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