CN111251174A - 晶圆清洁和抛光垫、晶圆清洁和抛光腔室及清洁和抛光晶圆的方法 - Google Patents

晶圆清洁和抛光垫、晶圆清洁和抛光腔室及清洁和抛光晶圆的方法 Download PDF

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Abstract

一种晶圆清洁和抛光垫、晶圆清洁和抛光腔室及清洁和抛光晶圆的方法。晶圆清洁和抛光垫包括具有抛光表面的垫，其中抛光表面包括肖氏D硬度范围为50至80且静摩擦系数范围为0.01至0.6的第一材料。第一材料是氟聚合物。垫包括在抛光表面下方的中间层和/或基底。基底包含第二材料，并且中间层包含第三材料，第三材料具有比第一材料更低的表面硬度和更高的摩擦系数。抛光表面包括多个凹槽，多个凹槽具有从垫的中心到垫的边缘变化的凹槽深度。

Description

晶圆清洁和抛光垫、晶圆清洁和抛光腔室及清洁和抛光晶圆 的方法
技术领域
本揭露部分实施例是关于一种晶圆背面清洁设备及清洁晶圆背面的方法。
背景技术
随着消费者装置回应于消费者需求而变得越来越小，这些装置的各个部件亦必须减小大小。构成诸如移动电话、电脑平板等装置的主要部件的半导体元件已被迫变得越来越小，相应地半导体元件内的各个元件(例如，晶体管、电阻器、电容器等)也被迫要减小大小。
随着消费者装置的减小，控制光阻剂曝光操作例如限制光微影的曝光焦点和覆盖误差中的变化，变得更加重要。为了减少聚焦和覆盖误差，在将光阻剂选择性暴露于光化辐射之前，涂覆有光阻剂的晶圆要经历晶圆背面清洁和抛光。然而，晶圆背面清洁和抛光可擦伤晶圆背面，从而降低良率。需要减少或消除晶圆背面擦伤的晶圆背面清洁和抛光方法以及晶圆背面清洁和抛光设备。
发明内容
本揭露的一实施例是晶圆清洁和抛光垫。晶圆清洁和抛光垫包括具有抛光表面的垫，其中该抛光表面包括肖氏D硬度范围为50至80且静摩擦系数范围为0.01至0.6的第一材料。
本揭露的另一个实施例是晶圆清洁和抛光腔室。该腔室包括清洁和抛光溶液供应部、晶圆支撑件、被配置为旋转晶圆支撑件的马达、抛光臂，以及固定至抛光臂的晶圆清洁和抛光垫。晶圆清洁和抛光垫包括具有抛光表面的垫，并且其中该抛光表面包括肖氏D硬度范围为50至80且静摩擦系数范围为0.01至0.6的第一材料。
本揭露的另一实施例是一种清洁和抛光晶圆的方法。该方法包括提供第一晶圆表面；提供具有抛光表面的垫，其中该抛光表面包含肖氏D硬度范围为50至80且静摩擦系数范围为0.01至0.6的材料；以及使该第一晶圆表面与该垫的该抛光表面接触。
附图说明
当结合附图阅读时，从以下详细描述可以最好地理解本揭露。需要强调的是，根据行业中的标准实践，各种特征未按比例绘制，并且仅用于说明目的。实际上，为了论述的清楚性，可以任意地增大或缩小各种特征的尺寸。
图1A显示根据本揭露的一实施例的晶圆清洁和抛光垫的俯视图；
图1B显示图1A所示的晶圆清洁和抛光垫的侧视图；
图2显示根据本揭露的一实施例的晶圆清洁和抛光垫的轮廓图；
图3显示根据本揭露的一实施例的用于清洁和抛光晶圆的方法的流程图；
图4显示根据本揭露的一实施例的用于清洁和抛光晶圆的方法的另一流程图；
图5显示根据本揭露的一实施例的用于清洁和抛光晶圆的方法的另一流程图；
图6A、图6B、图6C和图6D显示根据本揭露的实施例的背面清洁和抛光的结果；
图7A、图7B、图7C和图7D显示根据本揭露的实施例的背面清洁和抛光的结果。
【符号说明】
10...晶圆清洁和抛光垫
15...抛光表面
20...基底
25...中间层
110...晶圆清洁和抛光垫
115...抛光表面
130...距离
135...弯曲部
300...方法
400...方法
500...方法
600a...图表
600b...图表
600c...图表
600d...图表
650a...粒子或缺陷
650b...峰
700a...图表
700b...图表
700c...图表
700d...图表
750a...粒子或缺陷
750b...峰
S302...操作
S304...操作
S306...操作
S308...操作
S310...操作
S312...操作
S314...操作
S316...操作
S318...操作
S402...操作
S404...操作
S406...操作
S408...操作
S410...操作
S412...操作
S414...操作
S416...操作
S418...操作
S502...操作
S504...操作
S506...操作
S508...操作
S510...操作
S512...操作
S514...操作
S516...操作
S518...操作
具体实施方式
应当理解，以下揭露内容提供了用于实施本揭露的不同特征的许多不同实施例或实例。以下描述了部件和布置的特定实施例或实例以简化本揭露内容。当然，这些仅仅是实例，而并且意欲为限制性的。例如，元件的尺寸不限于所揭露的范围或值，而是可取决于装置的处理条件和/或所需特性。此外，在以下描述中在第二特征上方或之上形成第一特征可以包括第一特征和第二特征形成为直接接触的实施例，并且亦可以包括可以形成插置第一特征与第二特征的额外特征，使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。为了简单和清楚起见，可以以不同比例任意绘示各种特征。
此外，在此可以使用空间相对术语，诸如“下方”、“以下”、“下部”、“上方”、“上部”等来简化描述，以描述如图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。除了图中所示的取向之外，空间相对术语旨在包括使用或操作中的装置/元件的不同取向。装置可以以其他方式取向(旋转90度或在其他方向上)，并且可以类似地相应解释在此使用的空间相对描述词。另外，术语“由...制成”可以表示“包含”或“由......组成”。
在用光阻剂涂覆晶圆的正面之后并且在选择性地曝光光阻剂之前，对半导体晶圆进行晶圆背面清洁和抛光操作，以提高曝光操作的良率。保留在晶圆背面上的粒子或晶圆背面上的擦伤可能导致聚焦误差或重叠误差。在步进机或扫描仪中进行光微影曝光操作期间，清洁和抛光晶圆背面可以减少聚焦和覆盖误差。
根据本揭露的各种实施例，提供了一种所具有特定范围的硬度和摩擦系数的材料所制成的晶圆清洁和抛光垫。与传统的清洁和抛光垫相比，该材料具有更高的硬度和更低的摩擦系数。如本文所揭露的较高硬度的垫提供了对晶圆表面的改进的清洁和抛光，而较低的摩擦系数抑制了对晶圆表面的擦伤。在本揭露的一些实施例中，在用光阻剂涂覆晶圆之后并且在选择性地将光阻剂暴露于光化辐射之前，执行晶圆背面清洁和抛光。然而，本揭露不限于该操作，并且可以在半导体元件制造制程期间的任何合适的时间执行晶圆清洁和抛光操作。
图1A显示根据本揭露的一实施例的晶圆清洁和抛光垫10的俯视图。如图1A所示，晶圆清洁和抛光垫10包括抛光表面15和基底20。抛光表面15包括具有高硬度和低静摩擦系数的第一材料。
在一些实施例中，抛光表面15包括肖氏D硬度范围为约50至约80的第一材料。在一些实施例中，抛光表面15的第一材料的肖氏D硬度范围为约55至约75、约60至约70，或约50至约70，包括其间的任何硬度值。
在一些实施例中，抛光表面15包括静态摩擦系数范围为约0.01至约0.6的第一材料。在一些实施例中，抛光表面15的第一材料的静摩擦系数为约0.01至约0.55、约0.01至约0.5、约0.01至约0.45、约0.01至约0.40、约0.01至约0.39、约0.01至约0.35、约0.01至约0.3、约0.01至约0.2、约0.01至约0.1、约0.05至约0.6、约0.05至约0.55、约0.05至约0.5、约0.05至约0.45、约0.05至约0.40、约0.05至约0.39、约0.05至约0.35、约0.1至约0.6、约0.1至约0.55、约0.1至约0.5、约0.1至约0.45、约0.1至约0.40、约0.1至约0.39、约0.1至约0.35、约0.1至约0.3，或约0.1至约0.2，包括其间的任何静态摩擦系数值。
在一些实施例中，抛光表面15的第一材料包括氟聚合物。在一些实施例中，氟聚合物选自由以下项组成的群组：聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚二氟乙烯、聚四氟乙烯、全氟烷氧基聚合物、氟化乙烯-丙烯共聚物、聚乙烯四氟乙烯、聚乙烯氯三氟乙烯，和/或其混合物。
在一些实施例中，基底20包含肖氏D硬度范围为约50至约80的第二材料。在一些实施例中，基底20的第二材料的肖氏D硬度范围为约55至约75、约60至约70，或约50至约70，包括其间的任何硬度值。
在一些实施例中，第二材料具有高于约0.4、约0.6、约0.8、约1.0、约1.2、约1.4或约1.5的静态摩擦系数。在一些实施例中，第二材料的静摩擦系数范围为约0.4至约1.5。在一个实施例中，第二材料包括由聚氯乙烯制成的材料或任何合适的塑性材料。
在一个实施例中，晶圆清洁和抛光垫10具有如图1A所示的碟形状。在一个实施例中，晶圆清洁和抛光垫10包括多个凹槽。在一些实施例中，凹槽包括从晶圆清洁和抛光垫10的中心到边缘变化的凹槽深度。在一些实施例中，凹槽深度从晶圆清洁和抛光垫10的中心到边缘增大。在一些实施例中，凹槽深度从晶圆清洁和抛光垫10的中心到边缘减小。在一些实施例中，凹槽通过以下方式来防止抛光痕的形成：将抛光粒子捕获在凹槽内，使得在抛光期间，抛光粒子的接触区域形成与点接触区域相对的线接触区域。晶圆清洁和抛光垫10可以是任何合适的形状或形式，并且图1A所示的晶圆清洁和抛光垫10的形状仅仅是为了说明目的，因此是非限制性的。
图1B显示图1A所示的晶圆清洁和抛光垫10的侧视图。如图1B所示，晶圆清洁和抛光垫10包括设置在中间层25和基底20上的抛光表面15。在一些实施例中，基底20具有比抛光表面15或/和中间层25中的一或两者更大的尺寸，因此周向地围绕抛光表面15或/和中间层25中的一或两者。图1B所示的几何布置是出于说明性目的，因此是非限制性的，并且可以应用任何合适的几何布置。
在一些实施例中，中间层25包含第三材料，该第三材料与抛光表面15的第一材料相比具有较低的硬度和较高的静摩擦系数。在一些实施例中，第三材料包括减震或缓冲材料。在一些实施例中，第三材料被配置为吸收压力点并重新分配压力，以便在中间层25和/或抛光表面15的表面上形成更均匀的压力。在一些实施例中，第三材料的肖氏D硬度范围为约10至约50。在一些实施例中，第三材料的肖氏D硬度低于约50、约45、约40、约35、约30、约25、约20，或约15。在一些实施例中，第三材料的肖氏D硬度从中间层25的中心至边缘变化。在一些实施例中，中间层25的变化的肖氏D硬度值的范围为约10至约50。
在一些实施例中，第三材料具有高于约0.4、约0.6、约0.8、约1.0、约1.2、约1.4或约1.5的静态摩擦系数。在一些实施例中，第三材料的静摩擦系数范围为约0.4至约1.5。在一个实施例中，第三材料包含由聚乙烯醇、聚氨酯或任何合适的材料制成的材料。
在一些实施例中，晶圆清洁和抛光垫10包括抛光表面15、基底20和中间层25。在一些实施例中，晶圆清洁和抛光垫10包括抛光表面15和基底20，而没有中间层25。在一些实施例中，当压力的重新分配不成问题时，抛光表面15直接设置在基底20上方。在一些实施例中，晶圆清洁和抛光垫10包括抛光表面15和中间层25。
图2显示根据本揭露的一实施例的晶圆清洁和抛光垫110的轮廓图。如图2所示，晶圆清洁和抛光垫110包括抛光表面115。晶圆清洁和抛光垫110的半径在图2中图示为从左到右，从该图左侧上的晶圆清洁和抛光垫110的中心开始到右侧的晶圆清洁和抛光垫110的边缘。在一些实施例中，抛光表面相对于水平面不是平坦的。抛光表面115被图示为具有弯曲部，并且弯曲部距水平面的距离130(以毫米计)从晶圆清洁和抛光垫110的中心到晶圆清洁和抛光垫110的边缘增大。弯曲距离130被配置为抵抗晶圆的弯曲部135或在清洁或抛光晶圆时在晶圆的表面上均匀地施加压力，从而取消晶圆的弯曲以产生均匀抛光的平坦晶圆。在一些实施例中，对抗晶圆弯曲通过在抛光时增大由晶圆清洁和抛光垫110施加在晶圆上的压力而发生。在一些实施例中，施加在晶圆上的压力从晶圆的中心到晶圆的边缘变化。如图2所示，抛光表面115的弯曲范围从中心处的约1mm到边缘处的约3mm，从而适当施加的压力适应该弯曲以在抛光时保持晶圆的平坦度。如本文所述，可以使用减震或缓冲材料(诸如，中间层25的第三材料)施加压力梯度(例如，不均匀的压力)，以确保晶圆清洁和抛光垫110与晶圆背面之间从中心到边缘的最佳接触。
在一些实施例中，抛光表面115包括在抛光表面115上变化的厚度，以在清洁和抛光操作期间抵抗晶圆和/或晶圆清洁和抛光垫110的弯曲，以便提高晶圆背面平坦度。在此类情况下，减震或缓冲材料(诸如中间层25的第三材料)，被配置为确保晶圆清洁和抛光垫110与晶圆背面之间从中心到边缘的最佳接触。
在一些实施例中，图2所示的晶圆清洁和抛光垫110与图1A的晶圆清洁和抛光垫10相同。因此，晶圆清洁和抛光垫110的部件与晶圆清洁和抛光垫10的部件相同。
在一些实施例中，图2所示的晶圆清洁和抛光垫110类似于图1A的晶圆清洁和抛光垫10，但是抛光表面上的厚度具有梯度。在一些实施例中，抛光表面的厚度从晶圆清洁和抛光垫110的中心到边缘增加了约0.1mm至约4mm、约0.5mm至约3.5mm、约1mm至约3mm、约1.2mm至约2.8mm，或约1.5mm至约2.5mm，包括其间的任何值范围。
图3显示根据本揭露的一实施例的用于清洁和抛光晶圆的方法300的流程图。方法300包括在操作S302处提供晶圆的第一晶圆表面。
在本揭露的一些实施例中，晶圆是半导体晶圆或基板。在一些实施例中，晶圆在至少其表面上包括单晶半导体层。在一些实施例中，晶圆包含单晶半导体材料，诸如但不限于Si、Ge、SiGe、GaAs、InSb、GaP、GaSb、InAlAs、InGaAs、GaSbP、GaAsSb，以及InP。在一些实施例中，晶圆由Si制成。在一些实施例中，晶圆是硅晶圆。在一些实施例中，晶圆是绝缘体上半导体基板使用注氧隔离(separation by implantation of oxygen,SIMOX)、晶圆键合和/或其他合适的方法制造的绝缘体上半导体基板，诸如绝缘体上硅(silicon-on-insulator,SOI)基板、绝缘体上硅锗(silicon germanium-on-insulator,SGOI)基板，或绝缘体上锗(germanium-on-insulator,GOI)基板。
在操作S304处，方法300包括提供具有抛光表面的垫，其中该抛光表面包含肖氏D硬度范围为50至80且静态摩擦系数范围为0.01至0.6的材料。在一些实施例中，该垫是如图1A所示并关于图1A所述的晶圆清洁和抛光垫10，和/或如图2所示并关于图2所述的晶圆清洁和抛光垫110。在一些实施例中，该材料是如关于图1A所述的第一材料。
在一些实施例中，方法300中使用的抛光表面包含氟聚合物，该氟聚合物选自由以下项组成的群组：聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚二氟乙烯、聚四氟乙烯、全氟烷氧基聚合物、氟化乙烯-丙烯共聚物、聚乙烯四氟乙烯、聚乙烯氯三氟乙烯，以及其混合物。
在一些实施例中，垫包括中间层或基底中的至少一者。在一些实施例中，垫包括抛光表面和中间层。在一些实施例中，垫包括抛光表面和基底。在一些实施例中，基底包含第二材料(如相对于图1A所示和所述)。在一些实施例中，中间层包含第三材料(如关于图1B所示和所述)，该第三材料具有比第一材料更低的表面硬度和更高的摩擦系数。在一些实施例中，抛光表面包括多个凹槽，这些凹槽具有从垫的中心到垫的边缘变化的凹槽深度。
在操作S306处，方法300包括使第一晶圆表面与垫的抛光表面接触。在一些实施例中，接触第一晶圆表面包括使晶圆或垫相对于彼此旋转，以便清洁或抛光第一晶圆表面。在一些实施例中，第一晶圆表面是晶圆的背侧表面，其中在晶圆的相对表面上形成光阻剂涂层。
在操作S308处，方法300任选地包括在接触期间向第一晶圆表面供应液体，其中该液体包括去离子水、异丙醇、丙酮，及其混合物。
在操作S310处，方法300任选地包括用光阻剂涂覆与第一晶圆表面相对的第二晶圆表面。
在操作S312处，方法300任选地包括在用光阻剂涂覆第二晶圆表面之后加热晶圆。
在操作S314处，方法300任选地包括用光化辐射选择性地曝光光阻剂以在光阻剂中产生潜像图案。
在操作S316处，方法300任选地包括在选择性地曝光光阻剂之后加热晶圆。在一些实施例中，将晶圆在约40℃至约200℃的温度范围内加热约10秒至约5分钟。
在操作S318处，方法300任选地包括用潜像图案使光阻剂显影，以产生图案化的光阻剂。
在一些实施例中，用光阻剂涂覆晶圆，随后从操作S302处开始经涂覆的晶圆经历背侧表面清洁和抛光。在清洁和抛光操作期间，通过使晶圆背面与垫接触，从晶圆上移除粒子。根据本揭露的清洁和抛光操作提供了没有擦伤和粒子污染的光滑且平坦的晶圆背面。在一些实施例中，晶圆或垫在清洁和抛光操作期间旋转。在一些实施例中，在清洁和抛光操作期间将液体施加到晶圆的背侧表面。在一些实施例中，调节接触晶圆的垫压力、晶圆或垫的旋转速度以及液体的类型以最佳化清洁和抛光操作。
图4显示根据本揭露的一实施例的用于清洁和抛光晶圆的方法400的另一流程图。方法400开始于在操作S402处提供晶圆的第一晶圆表面。
在操作S404，方法400包括提供具有抛光表面的垫，其中该抛光表面包含氟聚合物，该氟聚合物选自由以下项组成的群组：聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚二氟乙烯、聚四氟乙烯、全氟烷氧基聚合物、氟化乙烯-丙烯共聚物，以及聚乙烯四氟乙烯。在一些实施例中，晶圆与方法300的晶圆相同，如关于图3所述。在一些实施例中，用光阻剂涂覆晶圆，随后从操作S402处开始经涂覆的晶圆经历背侧表面清洁和抛光。
在一些实施例中，该垫与图1A所示并关于图1A所述的晶圆清洁和抛光垫10相同，和/或与图2所示并关于图2所述的晶圆清洁和抛光垫110相同。
在一些实施例中，抛光表面包含肖氏D硬度范围为50至80且静摩擦系数范围为0.01至0.6的材料。在一些实施例中，该材料是如关于图1A所述的第一材料。
在一些实施例中，垫包括中间层或基底中的至少一者。在一些实施例中，垫包括抛光表面和中间层。在一些实施例中，垫包括抛光表面和基底。在一些实施例中，基底包含第二材料(如相对于图1A所示和所述)。在一些实施例中，中间层包含第三材料(如关于图1B所示和所述)，该第三材料具有比第一材料更低的表面硬度和更高的摩擦系数。在一些实施例中，抛光表面包括多个凹槽，这些凹槽具有从垫的中心到垫的边缘变化的凹槽深度。
在操作S406处，方法400包括使第一晶圆表面与垫的抛光表面接触。在一些实施例中，接触第一晶圆表面包括使晶圆或垫相对于彼此旋转，以便清洁或抛光第一晶圆表面。在一些实施例中，第一晶圆表面是晶圆的背侧表面，其中在晶圆的相对表面上形成光阻剂涂层。
在操作S408处，方法400任选地包括在接触期间向第一晶圆表面供应液体，其中该液体包括去离子水、异丙醇、丙酮，及其混合物。
在操作S410处，方法400任选地包括用光阻剂涂覆与第一晶圆表面相对的第二晶圆表面。
在操作S412处，方法400任选地包括在用光阻剂涂覆第二晶圆表面之后加热晶圆。
在操作S414处，方法400任选地包括用光化辐射选择性地曝光光阻剂以在光阻剂中产生潜像图案。
在操作S416处，方法400任选地包括在选择性地曝光光阻剂之后加热晶圆。在一些实施例中，将晶圆在约40℃至约200℃的温度范围内加热约10秒至约5分钟。
在操作S418处，方法400任选地包括用潜像图案使光阻剂显影，以产生图案化的光阻剂。
在清洁和抛光操作期间，通过使晶圆背面与垫接触，从晶圆上移除粒子。根据方法400的清洁和抛光操作提供了没有擦伤和粒子污染的光滑且平坦的晶圆背面。
图5显示根据本揭露的一实施例的用于清洁和抛光晶圆的方法500的另一流程图。方法500包括在操作S502处提供晶圆的第一晶圆表面。
在一些实施例中，晶圆与方法300的晶圆相同，如关于图3所述。在一些实施例中，用光阻剂涂覆晶圆，随后从操作S502处开始经涂覆的晶圆经历背侧表面清洁和抛光。
在一些实施例中，该垫与图1A所示并关于图1A所述的晶圆清洁和抛光垫10相同，和/或与图2所示并关于图2所述的晶圆清洁和抛光垫110相同。在一些实施例中，抛光表面包含肖氏D硬度范围为50至80且静摩擦系数范围为0.01至0.6的材料。在一些实施例中，该材料是如关于图1A所述的第一材料。
在一些实施例中，抛光表面包含氟聚合物，该氟聚合物选自由以下项组成的群组：聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚二氟乙烯、聚四氟乙烯、全氟烷氧基聚合物、氟化乙烯-丙烯共聚物，以及聚乙烯四氟乙烯。
在操作S504处，方法500包括提供具有抛光表面的垫，其中该垫包括中间层和基底。在一些实施例中，基底包含第二材料(如相对于图1A所示和所述)。在一些实施例中，基底包含第三材料(如关于图1B所示和所述)，该第三材料具有比第一材料更低的表面硬度和更高的摩擦系数。在一些实施例中，抛光表面包括多个凹槽，这些凹槽具有从垫的中心到垫的边缘变化的凹槽深度。
在操作S506处，方法500包括使第一晶圆表面与垫的抛光表面接触。在一些实施例中，接触第一晶圆表面包括使晶圆或垫相对于彼此旋转，以便清洁或抛光第一晶圆表面。在一些实施例中，第一晶圆表面是晶圆的背侧表面，其中在晶圆的相对表面上形成光阻剂涂层。
在操作S508处，方法500任选地包括在接触期间向第一晶圆表面供应液体，其中该液体包括去离子水、异丙醇、丙酮，及其混合物。
在操作S510处，方法500任选地包括用光阻剂涂覆与第一晶圆表面相对的第二晶圆表面。
在操作S512处，方法500任选地包括在用光阻剂涂覆第二晶圆表面之后加热晶圆。
在操作S514处，方法500任选地包括用光化辐射选择性地曝光光阻剂以在光阻剂中产生潜像图案。
在操作S516处，方法500任选地包括在选择性地曝光光阻剂之后加热晶圆。在一些实施例中，将晶圆在约40℃至约200℃的温度范围内加热约10秒至约5分钟。
在操作S518处，方法500任选地包括用潜像图案使光阻剂显影，以产生图案化的光阻剂。
在清洁和抛光操作期间，通过使晶圆背面与垫接触，从晶圆上移除粒子。根据方法500的清洁和抛光操作提供了没有擦伤和粒子污染的光滑且平坦的晶圆背面。
图6A、图6B、图6C和图6D显示根据本揭露的实施例的晶圆清洁和抛光的结果。图6A的图表600a显示具有设置在晶圆的中心附近的多个粒子或缺陷650a的晶圆，例如“脏晶圆”。图6B的图表600b显示脏晶圆的表面轮廓，该表面轮廓是图6A所示的晶圆的半径R的函数。如表面轮廓中所示，可以在晶圆的表面轮廓中的半径标记15与60之间识别出多个峰650b，此表明存在多个粒子或缺陷650a。
图6C的图表600c显示如图6A所示的晶圆，该晶圆已经使用如本文所揭露的清洁和抛光设备进行了如本文所揭露的晶圆清洁和抛光制程。图6D的图表600d显示已经被清洁的晶圆(例如“干净晶圆”)的表面轮廓。如图6D所示，干净晶圆的表面轮廓不再图示在图6B中存在的多个峰650b。在清洁和抛光操作之后，根据本文揭露的方法，在清洁和抛光操作中从晶圆上移除多个粒子或缺陷650a，此导致没有擦伤和粒子污染的光滑且平坦的晶圆背面。特别地，本揭露的晶圆清洁和抛光方法以及清洁和抛光装置提供了与常规的晶圆清洁和抛光相比超过90％的背面粒子移除和平坦度改进。通过比较图6B的脏晶圆的表面轮廓与图6D中的经清洁晶圆的表面轮廓，就表面轮廓量测而言，表面粗糙度的差异表现出出乎意料的超过90％的改善。例如，由于多个粒子或缺陷650a而导致的晶圆的峰值高度在半径R值33处从445nm减小到26nm。
图7A、图7B、图7C和图7D显示根据本揭露的实施例的晶圆清洁和抛光的结果。图7A的图表700a显示具有设置在晶圆的中心附近的多个粒子或缺陷750a的晶圆，例如“脏晶圆”。图7B的图表700b显示脏晶圆的表面轮廓，该表面轮廓是图7A所示的晶圆的半径R的函数。如表面轮廓中所示，可以在晶圆的表面轮廓中的半径值110与150之间识别出多个峰750b，此表明存在多个粒子或缺陷750a。
图7C的图表700c显示如图7A所示的晶圆，该晶圆已经使用如本文所揭露的清洁和抛光设备进行了如本文所揭露的晶圆清洁和抛光制程。图7D的图表700d显示已经被清洁的晶圆(例如“干净晶圆”)的表面轮廓。如图7D所示，干净晶圆的表面轮廓不再图示在图7B中存在的多个峰750b。在根据本揭露的实施例的清洁和抛光操作之后，从晶圆移除多个粒子或缺陷750a，此导致没有擦伤和粒子污染的光滑且平坦的晶圆背面。特别地，本揭露的晶圆清洁和抛光方法以及清洁和抛光装置提供了与常规的晶圆清洁和抛光相比超过90％的背面粒子移除和平坦度改进。通过比较图7B的脏晶圆的表面轮廓与图7D中的经清洁晶圆的表面轮廓，在表面轮廓量测方面，表面粗糙度的差异表现出出乎意料的超过90％的改善。例如，由于多个粒子或缺陷750a而导致的晶圆的峰值高度在半径R值145处从800nm减小到61nm。
应当理解，根据所揭露的方法形成的半导体元件经历进一步的处理，包括材料沉积、注入或蚀刻操作，以形成各种特征，诸如场效晶体管、帽绝缘层、触点/通孔、硅化物层、互连金属层、介电层、钝化层、具有信号线的金属化层等。在一些实施例中，在基板上方形成一或多层导电、半导电和绝缘材料，并且在这些层中的一或多层中形成图案。
如本文所述的晶圆背面清洁和抛光设备以及操作该设备的方法允许减少或消除晶圆背面擦伤。根据本揭露的各种实施例，所揭露的设备和方法在减少光微影曝光焦点和重叠误差方面提供了预期的改进，并且在高质量元件的生产中提供了出乎意料的良率改进。
本揭露的一实施例是晶圆清洁和抛光垫。晶圆清洁和抛光垫包括具有抛光表面的垫，其中该抛光表面包括肖氏D硬度范围为50至80且静摩擦系数范围为0.01至0.6的第一材料。在一个实施例中，第一材料是氟聚合物。在一个实施例中，氟聚合物选自由以下项组成的群组：聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚二氟乙烯、聚四氟乙烯、全氟烷氧基聚合物、氟化乙烯-丙烯共聚物、聚乙烯四氟乙烯、聚乙烯氯三氟乙烯，及其混合物。在一个实施例中，晶圆清洁和抛光垫包括中间层或基底中的至少一者。在一个实施例中，基底包含第二材料。在一个实施例中，中间层包含第三材料，该第三材料具有比第一材料更低的表面硬度和更高的摩擦系数。在一个实施例中，第二材料或第三材料的静态摩擦系数范围为0.4至1.5。在一个实施例中，第二材料是聚氯乙烯并且第三材料是聚乙烯醇或聚氨酯。在一个实施例中，抛光表面的弯曲从垫的中心到垫的边缘增大，或者垫被配置为在清洁和抛光期间跨晶圆的表面均匀地施加压力。在一个实施例中，抛光表面的弯曲从垫的中心到垫的边缘从1mm增加到3mm以适应施加的压力。
本揭露的另一个实施例是晶圆清洁和抛光腔室。该腔室包括清洁和抛光溶液供应部、晶圆支撑件、被配置为旋转晶圆支撑件的马达、抛光臂，以及固定至抛光臂的晶圆清洁和抛光垫。晶圆清洁和抛光垫包括具有抛光表面的垫，并且其中该抛光表面包括肖氏D硬度范围为50至80且静摩擦系数范围为0.01至0.6的第一材料。在一个实施例中，抛光表面包含氟聚合物，该氟聚合物选自由以下项组成的群组：聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚二氟乙烯、聚四氟乙烯、全氟烷氧基聚合物、氟化乙烯-丙烯共聚物、聚乙烯四氟乙烯、聚乙烯氯三氟乙烯，以及其混合物。在一个实施例中，垫亦包括中间层或基底中的至少一者。在一个实施例中，基底包含第二材料。在一个实施例中，中间层包含第三材料，该第三材料具有比第一材料更低的表面硬度和更高的摩擦系数。第二材料是聚氯乙烯，或者第三材料是聚乙烯醇或聚氨酯。在一个实施例中，第二材料或第三材料的静态摩擦系数范围为0.4至1.5。在一个实施例中，抛光表面的弯曲从垫的中心到垫的边缘从1mm增加到3mm，或者垫被配置为在清洁和抛光期间跨晶圆的表面均匀地施加压力。
本揭露的另一实施例是一种清洁和抛光晶圆的方法。该方法包括提供第一晶圆表面；提供具有抛光表面的垫，其中该抛光表面包含肖氏D硬度范围为50至80且静摩擦系数范围为0.01至0.6的材料；以及使该第一晶圆表面与该垫的该抛光表面接触。在该方法的一实施例中，接触第一晶圆表面包括使晶圆或垫相对于彼此旋转，以便清洁或抛光第一晶圆表面。在一个实施例中，第一晶圆表面是在晶圆的相对表面上具有光阻剂涂层的晶圆的背侧表面。在一个实施例中，该方法包括在接触期间向第一晶圆表面供应液体，其中该液体包括去离子水、异丙醇、丙酮，及其混合物。在一个实施例中，该方法亦包括用光阻剂涂覆与第一晶圆表面相对的第二晶圆表面。在一个实施例中，该方法包括在用光阻剂涂覆第二晶圆表面之后加热晶圆。在一个实施例中，该方法包括用光化辐射选择性地曝光光阻剂以在光阻剂中产生潜像图案。在一个实施例中，该方法包括在选择性地曝光光阻剂之后加热晶圆。在一个实施例中，该方法亦包括用潜像图案使光阻剂显影，以产生图案化的光阻剂。在该方法的一实施例中，抛光表面包含氟聚合物，该氟聚合物选自由以下项组成的群组：聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚二氟乙烯、聚四氟乙烯、全氟烷氧基聚合物、氟化乙烯-丙烯共聚物、聚乙烯四氟乙烯、聚乙烯氯三氟乙烯，以及其混合物。在一个实施例中，垫包括中间层或基底中的至少一者。基底包含第二材料。中间层包含第三材料，该第三材料具有比第一材料更低的表面硬度和更高的摩擦系数。在一个实施例中，其中第二材料是聚氯乙烯并且第三材料是聚乙烯醇或聚氨酯。
本揭露的另一实施例是一种半导体元件处理设备。该设备包括清洁和抛光腔室，以及在清洁和抛光腔室下游的处理腔室。清洁和处理腔室包括清洁和抛光溶液供应部、晶圆支撑件、被配置为旋转晶圆支撑件的马达、抛光臂，以及固定至抛光臂的晶圆清洁和抛光垫。晶圆清洁和抛光垫包括具有抛光表面的垫，并且其中该抛光表面包含肖氏D硬度范围为50至80且静摩擦系数范围为0.01至0.6的材料。在一个实施例中，处理腔室包括晶圆步进器或晶圆扫描仪。在一个实施例中，该设备亦包括在清洁和抛光腔室上游的光阻剂涂覆腔室。在一个实施例中，抛光表面的静摩擦系数范围为0.05至0.4。在一个实施例中，抛光表面的静态摩擦系数小于或等于0.1。在一个实施例中，抛光表面由氟聚合物制成。在一个实施例中，氟聚合物选自由以下项组成的群组：聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚二氟乙烯、聚四氟乙烯、全氟烷氧基聚合物、氟化乙烯-丙烯共聚物、聚乙烯四氟乙烯、聚乙烯氯三氟乙烯，以及其混合物。在一个实施例中，垫包括基底。在一个实施例中，基底包含肖氏D硬度范围为50至80且静摩擦系数范围为0.4至1.5的材料。在一个实施例中，基底包含聚氯乙烯。在一个实施例中，垫包括中间层，其中该中间层由具有比抛光表面更低的表面硬度和更高的摩擦系数的材料形成。在一个实施例中，中间层包括肖氏D硬度范围为15至50且静摩擦系数范围为0.4至1.5的材料。在一个实施例中，中间层包含聚乙烯醇或聚氨酯。在一个实施例中，抛光表面的弯曲从垫的中心到垫的边缘增大。在一实施例中，垫被配置为在清洁和抛光期间在晶圆的表面上均匀地施加压力。在一个实施例中，抛光表面的弯曲从垫的中心到垫的边缘从1mm增加到3mm以适应施加的压力。在一个实施例中，中间层的第三材料厚度减小以适应抛光表面的弯曲。
本揭露的另一实施例是一种清洁和抛光晶圆的方法。该方法包括提供第一晶圆表面；提供具有抛光表面的垫，其中该抛光表面包含氟聚合物，该氟聚合物选自由以下项组成的群组：聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚二氟乙烯、聚四氟乙烯、全氟烷氧基聚合物、氟化乙烯-丙烯共聚物、聚乙烯四氟乙烯、聚氯三氟乙烯，及其混合物。在一个实施例中，垫包括中间层或基底中的至少一者。基底包含与第一材料不同的第二材料。中间层包含第三材料，该第三材料具有比第一材料更低的表面硬度和更高的摩擦系数。该方法亦包括使第一晶圆表面与垫的抛光表面接触。在该方法的一实施例中，接触第一晶圆表面包括使晶圆或垫相对于彼此旋转，以便清洁或抛光第一晶圆表面。在一个实施例中，第一晶圆表面是在晶圆的相对表面上具有光阻剂涂层的晶圆的背侧表面。在一个实施例中，该方法包括在接触期间向第一晶圆表面供应液体，其中该液体包括去离子水、异丙醇、丙酮，及其混合物。在一个实施例中，该方法亦包括用光阻剂涂覆与第一晶圆表面相对的第二晶圆表面。在一个实施例中，该方法包括在用光阻剂涂覆第二晶圆表面之后加热晶圆。在一个实施例中，该方法包括用光化辐射选择性地曝光光阻剂以在光阻剂中产生潜像图案。在一个实施例中，该方法包括在选择性地曝光光阻剂之后加热晶圆。在一个实施例中，该方法亦包括用潜像图案使光阻剂显影，以产生图案化的光阻剂。在该方法的一个实施例中，抛光表面包含肖氏D硬度范围为50至80且静摩擦系数范围为0.01至0.6的材料。在一个实施例中，抛光表面的厚度从垫的中心到垫的边缘增大。
本揭露的另一实施例是一种清洁和抛光晶圆的方法。该方法包括提供第一晶圆表面；提供具有抛光表面的垫，其中该垫包括中间层或基底中的至少一者，其中该基底包含与第一材料不同的第二材料，并且该中间层包含第三材料，该第三材料具有比第一材料更低的表面硬度和更高的摩擦系数；以及使该第一晶圆表面与该垫的该抛光表面接触。在该方法的一实施例中，接触第一晶圆表面包括使晶圆或垫相对于彼此旋转，以便清洁或抛光第一晶圆表面。在一个实施例中，第一晶圆表面是在晶圆的相对表面上具有光阻剂涂层的晶圆的背侧表面。在一个实施例中，该方法包括在接触期间向第一晶圆表面供应液体，其中该液体包括去离子水、异丙醇、丙酮，及其混合物。在一个实施例中，该方法亦包括用光阻剂涂覆与第一晶圆表面相对的第二晶圆表面。在一个实施例中，该方法包括在用光阻剂涂覆第二晶圆表面之后加热晶圆。在一个实施例中，该方法包括用光化辐射选择性地曝光光阻剂以在光阻剂中产生潜像图案。在一个实施例中，该方法包括在选择性地曝光光阻剂之后加热晶圆。在一个实施例中，该方法亦包括用潜像图案使光阻剂显影，以产生图案化的光阻剂。在一个实施例中，抛光表面包含肖氏D硬度范围为50至80且静摩擦系数范围为0.01至0.6的材料。在该方法的一实施例中，抛光表面包含氟聚合物，该氟聚合物选自由以下项组成的群组：聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚二氟乙烯、聚四氟乙烯、全氟烷氧基聚合物、氟化乙烯-丙烯共聚物、聚乙烯四氟乙烯、聚乙烯氯三氟乙烯，以及其混合物。在一个实施例中，抛光表面的厚度从垫的中心到垫的边缘增大。
先前概述了若干实施例或实例的特征，使得本领域技艺人士可以更好地理解本揭露的各态样。本领域技艺人士应当理解，他们可以容易地使用本揭露作为设计或修改其他制程和结构的基础，以实现与本文介绍的实施例或实例相同的目的及/或实现与本文介绍的实施例相同的优点。本领域技艺人士亦应当认识到，此类等同构造不脱离本揭露的精神和范畴，并且在不脱离本揭露的精神和范畴的情况下，他们可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种晶圆清洁和抛光垫，其特征在于，包括：
一垫，该垫具有一抛光表面，
其中该抛光表面包含一第一材料，该第一材料的一肖氏D硬度范围为50至80且一静摩擦系数范围为0.01至0.6。
2.根据权利要求1所述的晶圆清洁和抛光垫，其特征在于，该抛光表面包括多个凹槽，所述多个凹槽具有从该垫的一中心到该垫的一边缘的一变化的凹槽深度。
3.根据权利要求2所述的晶圆清洁和抛光垫，其特征在于，该第一材料是氟聚合物，该氟聚合物选自由以下项组成的群组：聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚二氟乙烯、聚四氟乙烯、全氟烷氧基聚合物、氟化乙烯-丙烯共聚物、聚乙烯四氟乙烯、聚乙烯氯三氟乙烯，以及其混合物。
4.根据权利要求1所述的晶圆清洁和抛光垫，其特征在于，亦包括一中间层和一基底中的至少一者，
其中该基底包含一第二材料，并且
其中该中间层包含一第三材料，该第三材料具有比该第一材料更低的一表面硬度和更高的一摩擦系数。
5.根据权利要求4所述的晶圆清洁和抛光垫，其特征在于，该第二材料或该第三材料的一静摩擦系数范围为0.4至1.5。
6.根据权利要求4所述的晶圆清洁和抛光垫，其特征在于，该第二材料是聚氯乙烯，并且该第三材料是聚乙烯醇或聚氨酯。
7.一种晶圆清洁和抛光腔室，其特征在于，包括：
一清洁和抛光溶液供应部；
一晶圆支撑件；
一马达，该马达被配置为使该晶圆支撑件自旋；
一抛光臂；以及
一晶圆清洁和抛光垫，该晶圆清洁和抛光垫固定至该抛光臂，
其中该晶圆清洁和抛光垫包括具有一抛光表面的一垫，并且其中该抛光表面包含一第一材料，该第一材料的一肖氏D硬度范围为50至80且一静摩擦系数范围为0.01至0.6。
8.一种清洁和抛光一晶圆的方法，其特征在于，包括：
提供一第一晶圆表面；
提供具有一抛光表面的一垫，其中该抛光表面包含一肖氏D硬度范围为50至80且一静摩擦系数范围为0.01至0.6的一材料；以及
使该第一晶圆表面与该垫的该抛光表面接触。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该垫包括一中间层或一基底中的至少一者，
其中该基底包含一第二材料，并且
其中该中间层包含一第三材料，该第三材料具有比该第一材料更低的一表面硬度和更高的一摩擦系数。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该第二材料是聚氯乙烯并且该第三材料是聚乙烯醇或聚氨酯。
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