CN111326451A - 用于清洗晶圆的背面刷子、清洗装置以及清洗晶圆的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于清洗晶圆背面的背面刷子。晶圆的背面具有中心区域以及包围中心区域的外围区域。背面刷子包括背面刷子芯以及覆盖背面刷子芯的外表面的背面刷子垫。背面刷子垫包括软垫和研磨垫。背面刷子垫的软垫覆盖背面刷子芯的外表面的一部分，用于刷洗晶圆的背面的中心区域。背面刷子垫的研磨垫覆盖背面刷子芯的外表面的另一部分，用于刷洗晶圆的背面的外围区域。

Description

用于清洗晶圆的背面刷子、清洗装置以及清洗晶圆的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年12月14日提交的第62/779,475号美国临时专利申请的权益和优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及一种清洗晶圆的背面刷子以及具有背面刷子的清洗装置。更具体而言，本发明涉及一种具有软垫和研磨垫的用于清洗晶圆背面的背面刷子。
背景技术
化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，简称CMP)过程是通过在受控的温度、压力和化学成分条件下，将半导体晶圆抵靠在旋转研磨表面上或者将晶圆相对于研磨表面移动来完成的。研磨表面可以是由相对柔软的多孔材料(例如，发泡聚氨酯)形成的平面状的垫，并用具有化学活性和研磨性的水性浆料浸泡。水性浆料可以是酸性或碱性的，通常包括磨料颗粒，诸如过渡金属螯合盐或氧化剂之类的反应性化学试剂，以及诸如溶剂、缓冲剂和钝化剂之类的助剂。在这种浆料中，盐或其他试剂可以促进化学蚀刻作用；而磨料颗粒与研磨垫可以共同促进提供机械研磨作用。
CMP过程正成为用于对电介质层和金属层二者执行平坦化操作的主要平坦化技术。对于介电层(例如，硼磷硅玻璃(BPSG)、硼硅酸四乙酯(BPTEOS)以及等离子体增强化学气相沉积(PECVD)氧化物)的CMP而言，通常使用气相二氧化硅基浆料。其他类型的浆料(例如分散的二氧化硅、气相分散的氧化铝)也可以用于介电层和金属层(例如钨或钛)的CMP。当CMP过程完成后，晶圆的表面布满颗粒(称作浆料残留物)。在工艺流程中的后续动作中，如果允许将浆料残留物保留在晶圆的表面上，乃至重新分布在晶圆的表面上，则可能出现污染问题，这将导致管芯成品率和/或器件性能的损失。为了防止污染，晶圆的所有表面在CMP过程之后必须不存在浆料残留物。
因此，在本领域中仍然需要提供一种清洗晶圆的背面刷子以及具有背面刷子的清洗装置以改进CMP过程后晶圆的清洗过程。
发明内容
鉴于上述内容，本发明的目的是提供一种用于清洗晶圆的背面刷子以及清洗装置以改进晶圆的清洗过程。
为了实现上述目的，本发明的一实施方式提供了一种用于清洗晶圆背面的背面刷子。晶圆的背面具有中心区域以及包围中心区域的外围区域。背面刷子包括背面刷子芯以及覆盖背面刷子芯的外表面的背面刷子垫。背面刷子垫包括软垫和研磨垫。背面刷子垫的软垫覆盖背面刷子芯的外表面的一部分，并且配置成刷洗晶圆的背面的中心区域。背面刷子垫的研磨垫覆盖背面刷子芯的外表面的另一部分，并且配置成刷洗晶圆的背面的外围区域。
为了实现上述目的，本发明的另一实施方式提供了一种用于清洗晶圆的清洗装置。清洗装置包括用于清洗晶圆正面的正面刷子以及用于清洗晶圆背面的背面刷子。正面刷子包括正面刷子芯以及覆盖正面刷子芯的外表面的正面刷子垫。晶圆的背面具有中心区域以及包围中心区域的外围区域。背面刷子包括背面刷子芯以及覆盖背面刷子芯的外表面的背面刷子垫。背面刷子垫包括软垫和研磨垫。背面刷子垫的软垫覆盖背面刷子芯的外表面的一部分，并且配置成刷洗晶圆的背面的中心区域。背面刷子垫的研磨垫覆盖背面刷子芯的外表面的另一部分，并且配置成刷洗晶圆的背面的外围区域。
为了实现上述目的，本发明的又一种实施方式提供了一种清洗晶圆的方法。在该方法的第一动作中，在清洗装置的正面刷子和背面刷子之间装载晶圆。在该方法的第二动作中，利用清洗装置的正面刷子刷洗晶圆的正面。在该方法的第三动作中，利用清洗装置的背面刷子刷洗晶圆的背面。利用背面刷子的研磨垫来刷洗晶圆的背面的外围区域，利用背面刷子的软垫来刷洗晶圆背面的中心区域。
如上所述，本发明的实施方式的清洗装置的背面刷子包括用于清洗晶圆背面的中心区域的软垫以及用于清洗晶圆背面的外围区域的研磨垫。在制造过程(例如，化学机械研磨或蚀刻)之后附着到晶圆背面的外围区域上的金属颗粒和碳颗粒可以通过本发明的背面刷子的研磨垫去除，而无需进一步的化学清洗过程。本发明的背面刷子能够提高晶圆的清洗过程的性能。
附图说明
现在将参考附图，仅通过示例的方式描述本技术的实施。
图1是根据本发明的实施方式用于清洗晶圆的清洗装置的示意图。
图2是示出图1中的清洗装置的正面刷子和背面刷子的示意图。
图3是示出图1和图2中的晶圆的背面的示意图。
图4和图5是图2的正面刷子和背面刷子的爆炸图。
图6是根据本发明的另一种实施方式的图1中的清洗装置的背面刷子的示意图。
图7是根据本发明的实施方式的清洗晶圆的方法的流程图。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施方式。然而，本发明可以以许多不同的形式来实现，并且不应被理解为限于本文所述的示例性实施方式。相反，提供这些示例性实施方式使得本发明变得透彻且完整，并向本领域技术人员充分传达本发明的范围。在全文中，相同的附图标记指代相同的元件。
本文使用的术语仅用于描述特定示例性实施方式，而非旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还将理解，在本文中使用时，术语“包括”、“包含”或“具有”指定存在所述特征、区域、整数、动作、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、区域、整数、动作、操作、元件、组件和/或它们的组。
将理解的是，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项的任何和全部组合。还应理解，尽管术语第一、第二、第三等在本文中可以用于描述各种元件、组件、区域、部件和/或部分，但是这些元件、组件、区域、部件和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、部件或部分与另一个元件、组件、区域、层或部分进行区分。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、部件或部分可能被称为第二元件、组件、区域、层或部分。
除非另有说明，否则本文中使用的全部术语(包括科技术语)的含义与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同。还将理解的是，术语(诸如在常用词典中定义的术语)应被解释为其含义与其在相关领域和本发明的上下文中的含义一致，并且将不在理想化或过于正式的意义上来解释，除非本文这样明确指出。
将结合附图1和图2对本发明的示例性实施方式进行描述。将参照附图对本发明进行详细描述，其中所描绘的元件不必按比例示出，并且其中相同或相似的元件通过几幅视图中相同或相似的附图标记或者相同或相似的术语表示。
下文将结合附图进一步描述本发明。
参考图1，其示出了根据本发明的实施方式用于清洗晶圆W的清洗装置100的示意图。清洗装置100是双面洗涤器。清洗装置100用于在CMP过程后清洗晶圆W。在清洗装置100中，用刷子在正面和背面同时擦洗晶圆W。晶圆W的正面包括晶圆正被处理的表面(例如，在CMP过程中对其执行平坦化过程的表面)；晶圆W的背面包括晶圆W的与被处理表面相反的表面。在CMP过程后，用浆料残留物覆盖晶圆W的正面和背面，浆料残留物包括研磨浆的材料以及通过CMP过程去除的晶圆W的材料(例如，颗粒)。在后续处理晶圆W之前，必须清洗晶圆W上的浆料残留物以防止污染。
如图1所示，清洗装置100包括用于清洗晶圆W正面的正面刷子110以及用于清洗晶圆W背面的背面刷子120。当清洗晶圆W时，将晶圆W放置在正面刷子110和背面刷子120之间。背面刷子120位于晶圆W的下方并且位于正面刷子110的正下方。清洗装置100还可以包括刷子马达130、至少一个滚轮140以及一个或多个喷水单元150。刷子马达130联接至正面刷子110和背面刷子120，以旋转正面刷子110和背面刷子120。每个正面刷子110和背面刷子120均通过刷子马达130绕其中心轴旋转。滚轮140配置成与晶圆W的外边缘接触以旋转晶圆W。滚轮马达160联接至滚轮140以旋转滚轮140。当滚轮140的边缘与晶圆W的外边缘接触时，滚轮140的旋转运动被传递至晶圆W。如图1所示，两个滚轮140和140a可以用于旋转晶圆W，以便可以清洗整个晶圆。喷水单元150配置成供应去离子水以清洗晶圆W。
参考图2，其示出了清洗装置100的正面刷子110和背面刷子120的示意图。参考图3，其示出了晶圆W的背面的示意图。参考图4和图5，其示出了图2中的正面刷子110和背面刷子120的爆炸图。参考图6，其示出了根据另一种实施方式的背面刷子120的示意图。
如图2所示，清洗装置100的正面刷子110包括正面刷子芯111和正面刷子垫112。正面刷子芯111联接至刷子马达130，以使正面刷子110沿着其中心轴旋转。正面刷子垫112覆盖正面刷子芯111的外表面。正面刷子垫112可以包括聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol，简称：PVA)。正面刷子垫112包括配置成与晶圆W的正面接触的多个突起物。
如图3所示，晶圆的背面具有中心区域W2以及包围中心区域W2的外围区域W1。在CMP过程之后，大部分浆料残留物积聚在晶圆W的背面处。特别地，浆料残留物中的金属颗粒或碳颗粒可能附着在晶圆W背面的外围区域W1处。通过PVA刷子难以去除金属颗粒或者碳颗粒。通常，可能需要额外的化学清洗过程以去除附着在晶圆背面的外围区域W1处的金属颗粒或碳颗粒。背面刷子120包括背面刷子芯121以及覆盖背面刷子芯121的外表面的背面刷子垫122以用于刷洗晶圆W的背面。背面刷子垫122包括软垫122a和研磨垫122b。软垫122a覆盖背面刷子芯121的外表面的一部分，并且配置成刷洗晶圆W背面的中心区域W2。研磨垫122b覆盖背面刷子芯121的外表面的另一部分，并且配置成刷洗晶圆W背面的外围区域W1。背面刷子垫122的软垫122a的硬度比背面刷子垫122的研磨垫122b的硬度低。背面刷子垫122的软垫122a可以由PVA制成。背面刷子垫122的研磨垫122b可以由诸如砂纸、聚氨酯、无纺布、石棉或其任意组合制成。背面刷子垫122的软垫122a包括多个软性突起物，软性突起物配置成与晶圆W背面的中心区域W2接触。背面刷子垫122的研磨垫122b包括多个研磨突起物，研磨突起物配置成与晶圆W背面的外围区域W1接触。背面刷子芯121具有圆柱形状。如图2所示，背面刷子垫122的研磨垫122b设置在背面刷子芯121的一端，而背面刷子垫122的软垫122a设置在背面刷子芯121的另一部分上。在一些实施方式中，背面刷子垫122的研磨垫122b具有分别设置在背面刷子芯121端部的两个部分，而软垫122a设置在背面刷子芯121的中间部分上。
当背面刷子120刷洗晶圆W的背面时，背面刷子垫122的软垫122a刷洗晶圆W背面的中心区域W2，而背面刷子垫122的研磨垫122b刷洗晶圆W背面的外围区域W1。背面刷子垫122的研磨垫122b的硬度比软垫122a的硬度高。附着在晶圆W背面的外围区域W1上的金属颗粒或碳颗粒可以通过研磨垫122b去除。不需要另外的化学清洗过程来清洗晶圆W背面的外围区域W1。因此，背面刷子120可以改善清洗过程的性能。
参考图7，其示出了清洗晶圆的方法S200的流程图。如图7所示，方法S200包括动作S201至S204。在动作S201中，在清洗模块的正面刷子和背面刷子之间装载晶圆。清洗模块可以对应于图1至图6中所示的清洗装置100。晶圆W具有正面和背面。晶圆W的正面包括正被处理的晶圆W的表面(例如，在CMP过程中对其执行平坦化过程的表面)。晶圆W的背面包括晶圆W的与被处理表面相反的表面。晶圆W的正面与清洗装置100的正面刷子110接触，而晶圆W的背面与清洗装置100的背面刷子120接触。清洗装置100还可以包括刷子马达130、至少一个滚轮140以及一个或多个喷水单元150。
在动作S202中，通过清洗装置100的正面刷子110刷洗晶圆W的正面。在动作S203中，通过清洗装置100的背面刷子120刷洗晶圆W的背面。刷子马达130联接至正面刷子110和背面刷子120，以旋转正面刷子110和背面刷子120。每个正面刷子110和背面刷子120均通过刷子马达130绕其中心轴旋转。滚轮140与晶圆W的外边缘接触以旋转晶圆W。滚轮马达160联接至滚轮140以旋转滚轮140。当滚轮140的边缘与晶圆W的外边缘接触时，滚轮140的旋转运动被传递至晶圆W。通过滚轮140旋转晶圆W，以便可以清洗整个晶圆W。清洗装置100的正面刷子110包括正面刷子芯111和正面刷子垫112。正面刷子芯111联接至刷子马达130，以使正面刷子110沿着其中心轴旋转。正面刷子垫112覆盖正面刷子芯111的外表面。正面刷子垫112可以包括聚乙烯醇(PVA)。正面刷子垫112包括配置成与晶圆W的正面接触的多个突起物。
晶圆的背面具有中心区域W2以及包围中心区域W2的外围区域W1。背面刷子120包括背面刷子芯121以及覆盖背面刷子芯121的外表面的背面刷子垫122以用于刷洗晶圆W的背面。背面刷子垫122包括软垫122a和研磨垫122b。软垫122a覆盖背面刷子芯121的外表面的一部分。通过背面刷子120的软垫122a刷洗晶圆W背面的中心区域W2。研磨垫122b覆盖背面刷子芯121的外表面的另一部分。通过背面刷子120的研磨垫122b刷洗晶圆W背面的外围区域W1。背面刷子垫122的软垫122a的硬度比背面刷子垫122的研磨垫122b的硬度低。背面刷子垫122的软垫122a可以包括PVA。背面刷子垫122的研磨垫122b可以由选自砂纸、聚氨酯、无纺布、石棉或其任何组合的材料制成。背面刷子垫122的软垫122a包括多个软性突起物，软性突起物配置成与晶圆W背面的中心区域W2接触。背面刷子垫122的研磨垫122b包括多个研磨突起物，研磨突起物配置成与晶圆W背面的外围区域W1接触。背面刷子芯121具有圆柱形状(例如，圆柱杆)。在一些实施方式中，背面刷子垫122的研磨垫122b设置在背面刷子芯121的一端，而背面刷子垫122的软垫122a设置在背面刷子芯121的另一部分上。在一些实施方式中，背面刷子垫122的研磨垫122b具有分别设置在背面刷子芯121端部的两个部分，而软垫122a设置在背面刷子芯121的中间部分上。背面刷子垫122的研磨垫122b的硬度比软垫122a的硬度高。在CMP过程后附着在晶圆W背面的外围区域W1上的金属颗粒或碳颗粒可以通过研磨垫122b去除。不需要另外的化学清洗过程来清洗晶圆W背面的外围区域W1。因此，背面刷子120可以改善清洗过程的性能。
在动作S204中，清洗装置100的喷水单元150可以为晶圆W的正面和背面提供去离子水以清洗晶圆W。例如，每个喷水单元150均可以通过喷嘴向晶圆W的表面喷射(或加压喷射)去离子水，喷嘴通过水管连接至供水系统。
根据再一种实施方式，本发明还提供了一种用于清洗晶圆背面的背面刷子。背面刷子可以对应于图1至图6中所示的背面刷子120。晶圆W的背面具有中心区域W2以及包围中心区域W2的外围区域W1。背面刷子120包括背面刷子芯121以及覆盖背面刷子芯121的外表面的背面刷子垫122以用于刷洗晶圆W的背面。背面刷子垫122包括软垫122a和研磨垫122b。软垫122a覆盖背面刷子芯121的外表面的一部分，并且配置成刷洗晶圆W背面的中心区域W2。研磨垫122b覆盖背面刷子芯121的外表面的另一部分，并且配置成刷洗晶圆W的背面的外围区域W1。背面刷子垫122的软垫122a的硬度比背面刷子垫122的研磨垫122b的硬度低。背面刷子垫122的软垫122a可以包括PVA。背面刷子垫122的研磨垫122b可以由选自砂纸、聚氨酯、无纺布、石棉或其组合的材料制成。
如上所述，本发明的实施方式的清洗装置的背面刷子包括用于清洗晶圆背面的中心区域的软垫以及用于清洗晶圆背面的外围区域的研磨垫。在制造过程(例如，化学机械研磨或蚀刻)之后附着到晶圆背面的外围区域上的金属颗粒和碳颗粒可以通过本发明的背面刷子的研磨垫去除，而无需进一步的化学清洗过程。本发明的背面刷子能够提高晶圆的清洗过程的性能。
以上示出和描述的实施方式仅是示例而已。在本领域中经常发现许多细节，例如用于清洗晶圆的背面刷子以及具有背面刷子的清洗装置的其他特征。因此，没有示出或描述很多这样的细节。虽然在前面的描述中已经陈述了本技术的许多特征和优点，以及本发明的结构和功能的细节，但是本发明仅是说明性的，并且可以在本发明的原则范围内对细节进行变化，尤其是部件的形状、尺寸和布置等事项，达到并包括由权利要求中所使用的术语的广泛普遍含义所确定的完整范围。因此，应当理解，可以在权利要求的范围内修改上述实施方式。

Claims (10)

1.一种用于清洗晶圆背面的背面刷子，其特征在于，所述晶圆的所述背面具有中心区域以及包围所述中心区域的外围区域，所述背面刷子包括：
背面刷子芯；以及
背面刷子垫，覆盖所述背面刷子芯的外表面以用于刷洗所述晶圆的所述背面，所述背面刷子垫包括：
软垫，覆盖所述背面刷子芯的所述外表面的一部分，并且用于刷洗所述晶圆的所述背面的所述中心区域；以及
研磨垫，覆盖所述背面刷子芯的所述外表面的另一部分，并且用于刷洗所述晶圆的所述背面的所述外围区域。
2.如权利要求1所述的用于清洗晶圆背面的背面刷子，其特征在于，
所述背面刷子垫的所述软垫由聚乙烯醇(PVA)制成，所述研磨垫包括砂纸、聚氨酯、无纺布和石棉中的至少一种。
3.如权利要求1所述的用于清洗晶圆背面的背面刷子，其特征在于，
所述背面刷子垫的所述软垫包括多个软性突起物，所述软性突起物用于与所述晶圆的所述背面的所述中心区域接触，所述研磨垫包括多个研磨突起物，所述研磨突起物用于与所述晶圆的所述背面的所述外围区域接触。
4.如权利要求1所述的用于清洗晶圆背面的背面刷子，其特征在于，
所述背面刷子芯为圆柱形杆状，并且所述背面刷子的所述研磨垫设置在所述背面刷子芯的一端或两端。
5.一种清洗装置，其用于清洗晶圆，其特征在于，所述清洗装置包括：
正面刷子，用于清洗所述晶圆的正面，所述正面刷子包括正面刷子芯以及覆盖所述正面刷子芯的外表面的正面刷子垫；以及
背面刷子，用于清洗所述晶圆的背面，其中，所述晶圆的所述背面具有中心区域以及包围所述中心区域的外围区域，所述背面刷子包括：
背面刷子芯；以及
背面刷子垫，覆盖所述背面刷子芯的所述外表面以用于刷洗所述晶圆的所述背面，所述背面刷子垫包括：
软垫，覆盖所述背面刷子芯的所述外表面的一部分，其中，所述软垫配置成刷洗所述晶圆的所述背面的所述中心区域；以及
研磨垫，覆盖所述背面刷子芯的所述外表面的另一部分，其中，
所述研磨垫配置成刷洗所述晶圆的所述背面的所述外围区域。
6.如权利要求5所述的清洗装置，其特征在于，
所述正面刷子垫和背面刷子垫由PVA制成，并且包括分别与所述晶圆的所述正面和所述背面接触的多个突起物。
7.如权利要求5所述的清洗装置，其特征在于，
所述背面刷子垫的所述研磨垫包括多个研磨突起物以及砂纸、聚氨酯、无纺布和石棉中的至少一种，所述研磨突起物用于与所述晶圆的所述背面的所述外围区域接触。
8.如权利要求5所述的清洗装置，其特征在于，
所述背面刷子芯为圆柱形杆状，并且所述背面刷子垫的所述研磨垫设置在所述背面刷子芯的一端或两端。
9.如权利要求5所述的清洗装置，其特征在于，还包括：
刷子马达，所述刷子马达联接至所述正面刷子和所述背面刷子以旋转所述正面刷子和所述背面刷子；
至少一个滚轮，所述至少一个滚轮用于与所述晶圆的外边缘接触并旋转所述晶圆；以及
喷水单元，所述喷水单元配置成向所述晶圆供应去离子水。
10.一种清洗晶圆的方法，其特征在于，包括：
在清洗装置的正面刷子和背面刷子之间装载所述晶圆；
利用所述清洗装置的所述正面刷子刷洗所述晶圆的正面；
利用所述清洗装置的所述背面刷子刷洗所述晶圆的背面，其中，利用所述背面刷子的研磨垫刷洗所述晶圆的所述背面的外围区域，利用所述背面刷子的软垫刷洗所述晶圆的所述背面的中心区域；以及
利用所述清洗装置的喷水单元将去离子水提供给所述晶圆的所述正面和所述背面以清洗所述晶圆。
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