CN105359259A - 线性马兰哥尼干燥器中的单次使用的冲洗 - Google Patents

线性马兰哥尼干燥器中的单次使用的冲洗 Download PDF

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Abstract

提供了用于对后CMP清洁设备中的湿基板进行干燥的设备。设备提供冲洗溶液(诸如，DIW)的瀑布或浅蓄存，可升高基板通过所述冲洗溶液的瀑布或浅蓄存。可在基板上的冲洗溶液界面处(诸如，在马兰哥尼工艺中)提供溶剂蒸汽。在某些实施例中，减小了基板被升高通过的溶液的容积，这可减少或消除颗粒重新附着至基板。

Description

线性马兰哥尼干燥器中的单次使用的冲洗
技术领域
本文描述的实施例总体上关于对后化学机械抛光清洁设备中的湿基板的干燥。更具体而言，本文所述的实施例关于用于后化学机械抛光清洁设备的基板干燥器。
背景技术
随着半导体元件的几何尺寸继续减小，超洁净(ultraclean)处理的重要性增加。在传统意义上，后化学机械抛光(CMP)清洁是执行以清洁并完全干燥基板而不使任何颗粒或残余物(这些颗粒或残余物会负面地影响良率(yield))留在基板上的湿法工艺。在干燥湿基板的工艺中，干燥之前存在于基板上的溶液中的任何颗粒可能重新附着至基板，并且在干燥之后留在所述基板上。
被称为马兰哥尼(Marangoni)干燥的方法产生表面张力梯度以引发浴流体(bathfluid)以使基板实际上免受所述浴流体的方式从所述基板流动，并因此避免基板上的条纹化(streaking)、斑点化(spotting)和残余物标记。在马兰哥尼干燥期间，将与浴流体混溶的溶剂(即，异丙醇(IPA)蒸汽)引入至流体弯月面，所述流体弯月面在基板从浴中被升高时或在排空浴流体越过基板时形成。沿着流体的表面，溶剂蒸汽被吸收。被吸收的蒸汽的浓度在弯月面的尖端处较高。被吸收的蒸汽的较高浓度导致表面张力在弯月面的尖端处比在浴流体的主体中低，这造成浴流体从干燥弯月面流向浴流体主体。此类流动被称为“马兰哥尼”流动，并且可用来实现基板干燥而在基板上没有条纹、斑点或浴残余物。
利用流体箱(例如，具有上述溶液的浴)进行的水性(aqueous)清洁(随后是马兰哥尼工艺中的冲洗(rinsing)浴(即，在分开的箱内，或替换清洁箱流体)通常需要拖动基板穿过具有大体积的浴。因此，在清洁工艺的某些部分期间，整个基板会浸没在箱中。被引入到箱中的颗粒会累积在箱中，并重新附着至基板上。可通过在箱内产生流体流动来减少颗粒重新附着的问题。然而，用于移动基板通过箱的设备会妨碍减少颗粒重新附着至基板所需的最佳流体流动。
因此，本领域中需要的是用于在后CMP干燥工艺中避免颗粒重新附着至基板的设备。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种用于冲洗与干燥基板的设备。设备可包括主体，所述主体限定配置成容纳半导体基板的容积；以及一个或多个冲洗流体构件，所述一个或多个冲洗流体构件定位成在容积中提供冲洗流体的瀑布。多个湿润喷洒构件可定位成在一个或多个冲洗流体构件下方提供冲洗流体，而多个溶剂喷洒构件可定位成在一个或多个冲洗流体构件上方提供干燥剂。
在另一个实施例中，提供了一种冲洗与干燥基板的设备。设备可包括主体，所述主体限定配置成容纳半导体基板的容积。蓄存构件可耦接至主体，并且具有穿过所述蓄存构件而设置的基板通道。基板通道可允许蓄存构件中的流体流过基板通道而进入容积的下部。多个湿润喷洒构件可定位成在一个或多个冲洗流体构件下方提供冲洗流体，而多个溶剂喷洒构件可定位成在一个或多个冲洗流体构件上方提供干燥剂。
附图说明
因此，为了能够详细地理解本发明的上述的特征的方式，可参照某些实施例来进行对上文中简要概述的本公开的更特定的描述，这些实施例中的一些实施例图示于附图中。然而，应当注意，附图仅图示本公开的典型实施例，且因此不被视为限制本公开的范围，因为本公开可承认其他等效实施例。
图1是根据本文所述的某些实施例的冲洗与干燥设备的示意性横剖面图；
图2是沿图1的剖面线A-A绘制的冲洗流体构件的剖面图；
图3是根据本文所述的某些实施例的冲洗与干燥设备的示意性横剖面图。
为了促进理解，在可能的情况下，已经使用完全相同的元件符号来指定诸附图所共有的完全相同的元件。构想了一个实施例的元件与特征可有益地并入其他实施例而不需进一步的陈述。
具体实施方式
本文提供的实施例涉及对后CMP清洁设备中的湿基板进行的干燥。设备提供冲洗溶液(诸如，去离子水(DIW))的瀑布或浅存蓄，基板可升高通过此瀑布或浅存蓄。可在基板上的冲洗溶液界面处(诸如，在马兰哥尼工艺中)提供溶剂蒸汽。在某些实施例中，减小基板升高通过的溶液的容积，这可减少或消除颗粒重新附着至基板。
图1是根据本文所述的某些实施例的冲洗与干燥设备100的示意性横剖面图。设备100可用于在后CMP清洁与干燥工艺中清洁基板。在此类工艺中，可将源自CMP工艺的颗粒从基板102中去除。从基板102中去除颗粒通常提高总体器件良率并改善器件性能。
设备100包括主体104、一个或多个冲洗流体构件110与112、多个湿润喷洒构件116与118以及多个溶剂喷洒构件120与122。主体104可形成具有容积109的腔室，基板102可升高通过容积109。主体104可由适用于冲洗与干燥工艺的材料制成，诸如，铝、不锈钢以及铝和不锈钢的合金或各种聚合物材料。主体104具有多个侧壁162与164，这多个侧壁162与164限定容积109，所述容积109的尺寸设置为容纳基板102，所述基板102诸如，200mm基板、300mm基板、450mm基板或其他基板。侧壁162与164可基本上平行于路径160，基板102在容积109中沿所述路径160行进。例如，第一侧壁164可基本上平行于且面向基板102的器件侧101，而第二侧壁162可基本上平行于且面向基板102的背侧103。主体104的底部部分可包括流体收集构件106(诸如，箱或盘)，所述流体收集构件106可适于收集在冲洗工艺期间使用的流体。流体收集构件106可耦接至排放管(drain)108以将使用过的冲洗流体从设备100中去除。
多个湿润喷洒构件116、118可在流体收集构件106与一个或多个冲洗流体构件110、112之间被耦接至侧壁162、164。在一个实施例中，第一组多个湿润喷洒构件118可耦接至第一侧壁164，而第二组多个湿喷洒构件116可耦接至第二侧壁162并面向喷洒构件118。在一个实施例中，第一组多个湿润喷洒构件118可适于将冲洗流体从冲洗流体源114提供至基板102的器件侧101。第二组多个湿润喷洒构件116可适于将冲洗流体从冲洗流体源114提供至基板的背侧103。冲洗流体可以是适于冲洗基板102的流体，诸如，DIW或适于从基板102中去除颗粒的另一适当的流体。在某些实施例中，冲洗流体可包括适于改变基板102表面的界面电位(电动电位)的稀释的化学物、附着至基板102的颗粒或存在于基板102的表面上的以避免基板102的过早干燥的表面活性剂。例如，稀释的四甲基氢氧化铵或稀释的氢氧化铵、溶解的二氧化碳(碳酸)与各种离子性与非离子性表面活性剂可用作由湿润喷洒构件116与118提供的冲洗流体。构想了利用适于改变基板102的界面电位的冲洗流体对于避免由设备100处理的疏水性基板的过早干燥尤其有效。
湿润喷洒构件116与118按各种取向、沿侧壁162与164来设置，各种取向诸如，多种竖直的或水平的取向或竖直取向与水平取向的组合。第一组与第二组多个湿润喷洒构件118与116可包括喷洒机构，诸如，沿侧壁162与164竖直地延伸的单个的线性喷嘴或多个喷嘴。湿润喷洒构件116与118可适于提供连续的喷洒，以便在多个湿润喷洒构件116与118正将冲洗流体喷洒在基板102时提供对基板102的完整覆盖。例如，湿润喷洒构件116与118可适于提供对基板102的整个圆形计划区的覆盖。虽然在图1中示出为各自具有三个喷洒构件，但是构想了第一组与第二组多个湿润喷洒构件116与118可具有任何方便数目的喷洒构件。
湿润喷洒构件116与118可适于将冲洗流体喷洒至基板102的器件侧101与背侧103两侧。在通过一个或多个冲洗流体构件110与112之间的开口105之前使基板102湿润允许由多个湿润喷洒构件116与118提供的冲洗流体使基板102的表面准备好进行额外的冲洗。人们相信，具有湿表面的基板102对由一个或多个冲洗流体构件110与112提供的冲洗流体会更易接受。如上所述，可将适于改变基板102表面的界面电位的稀释的化学物提供至疏水性基板，以便在利用由冲洗流体构件110与112提供的DIW冲洗之前避免基板102的过早干燥。
一个或多个冲洗流体构件110与112可在多个湿润喷洒构件116与118上方的区域处耦接至主体104。第一冲洗流体构件112可耦接至第一侧壁164并面向基板102的器件侧101。第二冲洗流体构件110可耦接至第二侧壁162并面向基板102的背侧103。第一冲洗流体构件112与第二冲洗流体构件110可设置成彼此相对并面向彼此。
冲洗流体构件110与112可包括流体输送构件，诸如托盘(tray)或槽(trough)。冲洗流体构件110与112可具有大于基板102直径的宽度。在图1中所示的实施例中，单个冲洗流体构件可位于基板102的任一侧上。构想了多个冲洗流体构件可位于基板102的单侧上，多个冲洗流体构件可适于将单个冲洗流体流或多个冲洗流体流提供至基板102。如图2中所示，冲洗流体构件110与112可包括形成封闭导管178的底部部分172、侧壁174与顶部部分176。在一个实施例中，顶部部分176可以是任选的，从而使导管178向上开放。
在操作中，冲洗流体从冲洗流体源114流过冲洗流体构件110与112的导管178。冲洗流体构件110与112具有邻近基板102而设置的开口端，以便将离开冲洗流体构件110与112的冲洗流体引导为沿抵靠基板102的器件侧101与背侧103的流体行进路径126与128。冲洗流体构件110与112的开口端与基板102充分地间隔某个距离，使得流体行进路径126与128在接触基板102之前可各自形成瀑布，所述瀑布以大致向下的流动方式移动冲洗流体横跨基板102的器件侧101与背侧103。冲洗流体源114可经由冲洗流体构件110与112持续地提供冲洗流体。在一个实施例中，使用冲洗流体一次来冲洗基板102。人们相信，冲洗流体的持续的瀑布状流可减小颗粒重新附着在基板102上的可能性。此外，可在冲洗流体接触基板102的界面处精准地控制瀑布状流以产生弯月面来执行马兰哥尼干燥工艺。
冲洗流体构件110与112可耦接至主体104，使得第一冲洗流体构件112与第二流体冲洗构件110设置成基本上在单个水平面中。因此，从冲洗流体构件110与112处提供的冲洗流体可在基板102的器件侧101与背侧103两侧上在基本上相同的水平高度(elevation)处接触基板。冲洗流体构件110与112也可耦接至主体104，使得每一个流体冲洗构件占据自身的水平面。冲洗流体构件110与112可相对于彼此地耦接至主体104，并且被间隔开，以允许基板102通过冲洗流体构件110与112之间的开口105。例如，开口105可具有约10mm与约50mm之间的宽度。流体源114可进一步包括泵(未示出)，所述泵适于控制通过冲洗流体构件110与112提供的冲洗流体的数量或压力。构想了能以在基板102正移动通过开口105时足以使冲洗流体接触基板102的流动速率来提供冲洗流体。
溶剂喷洒构件120与122可在冲洗流体构件110与112上方的区域处被耦接至主体104。额外的溶剂喷洒构件122可耦接至主体104的第一侧壁164，并且面向基板102的器件侧101。另一溶剂喷洒构件120可耦接至主体104的第二侧壁162，并且面向基板102的背侧103。溶剂喷洒构件120与122可面向彼此。溶剂喷洒构件120与122也可耦接至主体104的顶板119。溶剂喷洒构件120与122可定位在开口105中冲洗流体接触基板102的区域上方。溶剂喷洒构件120与122可适于在跨开口105(在所述开口105处，冲洗流体被引导接触基板102)来提升基板102时提供跨基板102的器件侧101与背侧103两侧的连续喷洒的蒸汽。
溶剂喷洒构件120与122可定位成将蒸汽喷洒至弯月面，所述弯月面在基板102从开口105中的冲洗流体界面处被提升时形成。溶剂喷洒构件120与122可包括单个的线性喷嘴或多个喷嘴，所述单个的线性喷嘴环绕基板102行进通过的通道。在一个实施例中，溶剂喷洒构件120与122包括不锈钢或石英管，所述不锈钢或石英管具有形成于其中的一排孔。例如，管可具有114个均匀间隔的孔，每一个孔具有在约0.005英寸至0.007英寸之间的直径，并且邻近基板102沿所述管均匀地间隔开。
溶剂喷洒构件120与122中的每一个可取向为使得以相对于基板102的路径160的期望角度来引导干燥剂，干燥剂诸如，IPA蒸汽、取自3M的NovecTM流体或其他适当的流体)。可在具有或不具有流动检测器(未示出)的协助的情况下来引导蒸汽流，并且取决于在待干燥的基板102上被暴露的材料，所述流的角度会有所变化。基板102上表面张力梯度的存在可使冲洗流体流动离开低表面张力的区域。表面张力梯度可产生在液体/蒸汽界面处。供应至基板102上的流体弯月面的蒸汽产生马兰哥尼力，所述马兰哥尼力造成向下的冲洗流体流。因此，基板102的、在弯月面上方的部分可被干燥。当沿路径160升高基板102时，朝向溶剂喷洒构件120与122提供的蒸汽喷洒来升高基板102，进而干燥整个基板102。
各种排放歧管(未示出)也可耦接至容积109以将蒸汽与其他气体从容积109中排放出。在某些实施例中，可使氮气或其他惰性气体与IPA一起流动以产生氮覆盖层(blanket)。可使氮气流过指向弯月面的溶剂喷洒构件120与122以将氮气提供至基板102的表面。氮气流可控制IPA蒸汽的流动速率。在一个实施例中，可从位于卸载端口135附近或之内的设备(未示出)提供氮气流以避免IPA蒸汽离开容积109。传送机械臂(未示出)适于接收一个或多个经干燥的基板，并将这些基板传送至基板搬运机构，从而将清洁且干燥的基板装载到设置在工厂接口中的盒(cassette)中。
主体104可进一步包括装载端口(未示出)，所述装载端口可以是基板102可通过其而进入容积109的位置。可在任何方便位置处穿过主体104来设置装载端口，诸如，穿过主体104的侧壁，或者穿过主体104的顶壁或盖。卸载端口135可以可任选地用作为装载端口。引导件124(例如，湿式推进器)可设置在容积109中和/或耦接至主体104，并且可适于竖直地升高基板102通过容积109，使得基板102被完全地暴露至离开溶剂喷洒构件120与122的蒸汽。引导件124可包括狭槽(诸如，V形或U形狭槽)，在冲洗工艺期间，基板102的边缘可设置在所述狭槽中。或者，引导件124可包括斜角表面，基板102的边缘可保持抵靠所述斜角表面以使引导件124与基板102的接触最小化。在一个实施例中，引导件124可适于沿着基本上竖直的路径160来升高基板102通过容积109。在某些实施例中，路径160可以是成角度的，并且可偏离图1中所示的竖直取向。引导件124也可将基板102保持在竖直的或其他期望的取向上。
可由引导件124以升高速度轮廓竖直向上移动基板102通过容积109而去往卸载端口135。例如，当基板102邻近多个湿润喷洒构件116与118时，升高速度能以约10毫米/秒的第一速度进行。当基板102的前导边缘到达弯月面可能形成的开口105时，速度可减慢至约5毫米/秒或更低。在整个基板102已经通过开口105且已经干燥之后，引导件124可将速度增加至约10毫米/秒的速度，以便传送基板102通过卸载端口135而进入输出腔室130。
图3是根据本文所述的某些实施例的另一冲洗与干燥设备150的示意性横剖面图。为了简洁起见，将不再进一步讨论与参照图1中所描绘的设备100所描述的设备150的完全相同的特征。多个湿润喷洒构件116与118可在蓄存(reservoir)构件140下方耦接至主体104，而多个溶剂喷洒构件120与122可在蓄存构件140上方耦接至主体104。
蓄存构件140包括床体(bed)148、堰146以及容积142与144。蓄存构件140也可具有设置在床体148中的基板通道115以允许基板102通过所述基板通道。冲洗流体源114可耦接至蓄存构件140以将冲洗流体提供至容积142与144。堰146可从床体148延伸一距离以限定蓄存构件140的容积142与144。蓄存构件140的深度可在约0.10英寸与约5.0英寸之间，例如，在约0.25英寸与约2.0英寸之间。由冲洗流体源114提供至容积142与144的冲洗流体(诸如，DIW)大致上填充容积142与144，并且能以一数量来提供，所述数量使冲洗流体既沿流体行进路径129在堰146上方流动，又沿路径126与128流动而与基板102接触。虽然示出为耦接至床体148，但是冲洗流体源114可在任何方便的位置处耦接至蓄存构件140以将冲洗流体提供至容积142与144。可提供从冲洗流体源114处提供的冲洗流体，使得大部分冲洗流体沿流体行进路径129流动。蓄存构件140内的流体流提供容积142与144内的冲洗流体的高周转(turnover)，以避免在容积142与144内的颗粒的收集，所述颗粒可能重新附着至基板102。
面向基板102的背侧103的容积142可适于冲洗基板102的背侧103，而面向基板102的器件侧101的容积144可适于冲洗基板102的器件侧101。容积142与144可包括单个连续的容积或者可包括多个分立的容积。从主体104横向地向内延伸进入容积109的床体148与堰146可提供容积142与144的结构。床体148可从第一侧壁164处延伸第一距离，并且从第二侧壁162处延伸第二距离。第一距离与第二距离可基本上相同，并且基板通道115可穿过床体148而设置。基板通道115的尺寸调整为允许基板102的通过，并且可允许少量的冲洗流体沿流体移动路径126与128跨基板102的表面来流动。然而，通过基板通道115的尺寸与移动通过基板通道115的基板102的存在可使流动通过基板通道115的冲洗流体的量最小化。基板通道115可具有约2毫米与约10毫米之间的宽度。可由流体收集构件106收集沿流体行进路径126与128流动的冲洗流体。流体收集构件106也可适于收集沿流体行进路径129行进的冲洗流体。由此，流体收集构件106的部分可向外延伸超出主体104以收集在堰146上方流过的冲洗流体。
可将冲洗流体维持在容积142与144中，使得冲洗流体沿流体行进路径129在堰146上方以及沿流体路径126与128持续地流动。沿流体路径126与128流动的冲洗流体可跨整个基板102的宽度而流过基板通道115。在接触了基板102之后，沿流体路径126与128流动的冲洗流体可流动通过容积109而至流体收集构件106，使得容积109保持基本上不具有被收集的冲洗流体。多个溶剂喷洒构件120与122可在适于执行马兰哥尼工艺的区域处耦接至主体104。例如，多个溶剂喷洒构件120与122可适于在弯月面处提供溶剂，所述弯月面是在从蓄存构件140的容积142与144处升起基板时，在基板102上形成的。构想了由床体148与堰146形成的容积142与144的形貌可适于减少流动死区，所述流动死区诸如，容积142与144中呈现极少的流体流或没有流体流的区域。例如，没有有利于在容积142与144内的颗粒的收集的设备(诸如，引导件或喷嘴)可存在于容积142与144中。由此，在基板102被干燥之前，可减少或消除颗粒重新附着至基板102。
虽然上文涉及本公开的实施例，但可设计出本公开的其他实施例与进一步的实施例而不背离本公开的基本范围，并且本公开的范围由所附权利要求书来确定。

Claims (15)

1.一种用于冲洗与干燥基板的设备，所述设备包括：
主体，所述主体限定配置成容纳半导体基板的容积；
一个或多个冲洗流体构件，所述一个或多个冲洗流体构件定位成在所述容积中提供冲洗流体的瀑布；
多个湿润喷洒构件，所述多个湿润喷洒构件定位成在所述一个或多个冲洗流体构件下方提供冲洗流体；以及
多个溶剂喷洒构件，所述多个溶剂喷洒构件定位成在所述一个或多个冲洗流体构件上方提供干燥剂。
2.如权利要求1所述的设备，进一步包括引导构件，所述引导构件设置在所述容积中，并且适于控制所述基板在所述容积内的水平高度。
3.如权利要求1所述的设备，其中，所述一个或多个冲洗构件进一步包括：
第一冲洗流体构件与第二冲洗流体构件，所述第一冲洗流体构件与所述第二冲洗流体构件耦接至所述主体，其中，所述第一冲洗流体构件与所述第二冲洗流体构件彼此面对。
4.如权利要求3所述的设备，进一步包括引导构件，所述引导构件适于使所述基板在所述第一冲洗流体构件与所述第二冲洗流体构件之间通过。
5.如权利要求1所述的设备，进一步包括冲洗流体源，所述冲洗流体源配置成将去离子水提供至所述容积。
6.如权利要求4所述的设备，其中，所述引导构件适于使所述基板在所述多个湿润喷洒构件中的至少两个之间通过。
7.如权利要求4所述的设备，其中，所述引导构件适于使所述基板在所述溶剂喷洒构件中的至少两个之间通过。
8.如权利要求1所述的设备，进一步包括卸载端口，所述卸载端口在所述多个溶剂喷洒构件的上方形成在所述主体中。
9.如权利要求1所述的设备，其中，所述湿润喷洒构件配置成提供适于改变所述基板的表面的界面电位的流体。
10.一种用于冲洗与干燥基板的设备，包括：
主体，所述主体限定配置成容纳半导体基板的容积；
蓄存构件，所述蓄存构件耦接至所述主体，并且具有穿过所述蓄存构件而设置的基板通道，其中，所述基板通道的尺寸调整为允许基板的通过，所述基板通道允许所述蓄存构件中的流体流动通过所述基板通道而进入所述容积的下部；
多个湿润喷洒构件，所述多个湿润喷洒构件定位成在一个或多个冲洗流体构件下方提供冲洗流体；及
多个溶剂喷洒构件，所述多个溶剂喷洒构件定位成在所述一个或多个冲洗流体构件上方提供干燥剂。
11.如权利要求10所述的设备，进一步包括引导构件，所述引导构件设置在所述容积中，并且适于控制所述基板在所述容积中的水平高度。
12.如权利要求10所述的设备，其中，所述一个或多个冲洗构件进一步包括：
第一冲洗流体构件与第二冲洗流体构件，所述第一冲洗流体构件与所述第二冲洗流体构件耦接至所述主体，其中，所述第一冲洗流体构件与所述第二冲洗流体构件彼此面对。
13.如权利要求12所述的设备，进一步包括引导构件，所述引导构件适于使所述基板在所述第一冲洗流体构件与所述第二冲洗流体构件之间通过。
14.如权利要求10所述的设备，进一步包括冲洗流体源，所述冲洗流体源配置成将去离子水提供至所述容积。
15.如权利要求14所述的设备，其中，所述引导构件适于使所述基板在所述多个湿润喷洒构件中的至少两个之间通过。
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