CN112589668B - 研磨后清洁装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种研磨后清洁装置。研磨后清洁装置包括晶片刷具。晶片刷具包括内管以及覆盖于内管的外表面的发泡层。内管的管壁具有多个孔洞，分别连通于内管中的清洗液流道与发泡层之间。内管的管壁的开口率由内管的中心部分沿内管的延伸方向而朝向内管的两端增加。

Description

研磨后清洁装置
技术领域
本发明涉及一种清洁装置，且特别是涉及一种化学机械研磨后(post chemicalmechanical polishing，post-CMP)晶片清洁装置。
背景技术
在对半导体晶片进行研磨之后，通常通过刷具清除半导体晶片表面上的研磨残留物。如此一来，可确保半导体晶片能够进行后续例如是光刻、沉积、蚀刻等制作工艺。然而，经使用一段时间后，此刷具的端部易有研磨残留物阻塞的问题，而造成此端部的清洁能力受到影响。因此，缩短此刷具的使用周期(lifetime)。
发明内容
本发明提供一种研磨后清洁装置，能够延长其晶片刷具的使用周期。
本发明实施例的研磨后清洁装置包括晶片刷具。晶片刷具包括内管以及覆盖于内管的外表面的发泡层。内管的管壁具有多个孔洞。多个孔洞分别连通于内管中的清洗液流道与发泡层之间。内管的管壁的开口率由内管的中心部分沿内管的延伸方向而朝向内管的两端增加。
在一些实施例中，发泡层具有本体部以及多个突出部，且多个突出部由本体部而朝外突出。
在一些实施例中，晶片刷具经配置以转动而通过发泡层刷除晶片上的研磨残留物。
在一些实施例中，晶片经配置以于受到清洁处理时转动，且晶片的旋转轴实质上垂直于晶片刷具的旋转轴。
在一些实施例中，多个孔洞之间的间距由内管的中心部分朝向内管的两端缩短。
在一些实施例中，多个孔洞的孔径由内管的中心部分朝向内管的两端增加。
在一些实施例中，内管的两端的孔洞密度大于内管的中心部分的孔洞密度。
在一些实施例中，内管的两端分别具有彼此侧向间隔开的多个支架，且多个支架沿内管的延伸方向而延伸。
基于上述，本发明实施例所提供的研磨后清洁装置的刷洗站包括晶片刷具。晶片刷具可为中空的圆筒状，且在清洁半导体晶片时在转动的半导体晶片上滚动，而刷除半导体晶片上的研磨残留物及/或杂质。晶片刷具包括内管以及覆盖于内管的外表面的发泡层。内管的管壁具有多个孔洞，其分别连通于内管中的清洗液流道与发泡层之间。此外，内管的管壁的开口率由内管的中心部分沿内管的延伸方向而朝向内管的两端增加。如此一来，更多的清洗液可经提供至发泡层的靠近晶片刷具两端的部分，也就是发泡层的研磨残留物及/或杂质含量可能较高的部分。因此，可较佳地清洗发泡层的研磨残留物及/或杂质含量较高的部分，而可延长发泡层的使用周期。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。
附图说明
图1A是本发明一些实施例的晶片处理设备的上视示意图；
图1B是图1A所示的刷洗站的立体图；
图2A至图2E是本发明一些实施例的晶片刷具的内管的示意图。
符号说明
10：晶片处理设备
10a：研磨装置
10b：研磨后清洁装置
100：研磨头
102：研磨垫
104：研磨液提供装置
106：研磨垫调节装置
108、122：传送装置
110：装载站
112：震荡槽
114、116：刷洗站
118：冲洗站
120：卸载站
124：晶片刷具
126、226、326、426、526：内管
126a：流道
126c、226c、326c、426c、526c：中心部分
126e、226e、326e、426e、526e：两端
128：发泡层
128a：本体部
128b：突出部
A：孔径
D：间距
L：长度
P、P1、P2、P3、P4：孔洞
R1、R2、R3：旋转轴
RL：滚轮
S：支架
W：半导体晶片
WD：宽度
X、Y、Z：方向
具体实施方式
图1A是依照本发明一些实施例的晶片处理设备10的上视示意图。
请参照图1A，晶片处理设备10可包括研磨装置10a。研磨装置10a可经配置以进行研磨制作工艺。举例而言，研磨装置10a可进行化学机械研磨(chemical mechanicalpolish，CMP)制作工艺。在一些实施例中，研磨装置10a包括多个研磨头100，且多个研磨垫102分别置于一些研磨头100下方。各研磨头100经配置以固持半导体晶片，以使半导体晶片的待研磨面接触下方的研磨垫102。举例而言，研磨头100可为真空吸座或静电吸座。在一些实施例中，研磨头100可经配置以旋转半导体晶片，且此旋转方向可与研磨垫102的旋转方向相同。此外，在一些实施例中，通过环绕于半导体晶片外围的固定环(未绘示)限制半导体晶片的移动。再者，研磨装置10a还可包括多个研磨液提供装置104与研磨垫调节装置(conditioner)106。多个研磨液提供装置分别设置于一研磨垫102上方，并经配置以将研磨液提供至研磨垫102的表面。另一方面，研磨垫调节装置106的接触于研磨垫102的表面具有多个坚硬颗粒(例如是钻石颗粒或陶瓷颗粒)。通过将此些坚硬颗粒接触于转动的研磨垫102，可调节研磨垫102的表面，以使研磨垫102的顶端纤维结构保持在直立状态并尽可能具有弹性，且确保研磨垫102中具有能接收新的研磨粒的多余空隙。
另一方面，晶片处理设备10还包括研磨后清洁装置10b。在完成研磨制作工艺后，可通过一或多个传送装置108而将半导体晶片传送至研磨后清洁装置10b，以移除半导体晶片表面上的研磨残留物及其他杂质。在一些实施例中，研磨后清洁装置10b由入口至出口依序包括装载站(loading station)110、震荡槽112、刷洗站114、刷洗站116、冲洗站118以及卸载站120等站点。此外，可通过传送装置122而将半导体晶片由一站点传送至另一站点。当半导体晶片被传送至研磨后清洁装置10b后，可暂存于装载站110。接着，可将半导体晶片传送至震荡槽112中，而通过震荡(例如是超音波震荡)而至少部分地去除半导体晶片112上的研磨残留物(例如是氧化铁)及/或杂质(例如是碳颗粒)。随后，将半导体晶片依序传送至刷洗站114与刷洗站116。在刷洗站114中，半导体晶片被夹置于一组晶片刷具124之间。通过转动此一组晶片刷具124，可刷洗半导体晶片的正面与背面。相似地，在刷洗站116中也可进行上述的刷洗步骤。接着，将半导体晶片传送至冲洗站118。在冲洗站118中，以例如是异丙醇(isopropyl alcohol，IPA)等溶液润洗半导体晶片。此外，可转动半导体晶片，以排除半导体晶片上的水气。完成润洗干燥之后，可将半导体晶片传送至卸载站120，而离开晶片处理设备10。
图1B示例性地绘示图1A所示的刷洗站114/116的立体图。需注意的是，图1A所绘示的刷洗站114/116的视图可为由图1B的左侧或右侧观察的视图
请参照图1A与图1B，在一些实施例中，刷洗站114/116包括两个晶片刷具124。两个晶片刷具124可分别具有圆筒状的外形，且沿相同方向(例如是图1B中的方向Y)延伸。在半导体晶片W经传送至两个晶片刷具124之间时，两个晶片刷具124可夹置半导体晶片W。在一些实施例中，半导体晶片W位于图1B的XY平面(方向X与方向Y构成的平面)上，且可绕旋转轴R1而顺时针或逆时针旋转。另一方面，两个晶片刷具124可分别绕旋转轴R2与旋转轴R3而顺时针或逆时针旋转。旋转轴R2的延伸方向与旋转轴R3的延伸方向实质上彼此平行，且分别交错于旋转轴R1的延伸方向。如此一来，在晶片刷具124与半导体晶片W的转动过程中，晶片刷具124可刷洗半导体晶片W的表面。举例而言，旋转轴R2与旋转轴R3可沿图1B的方向Y延伸，而旋转轴R1可沿图1B的方向Z延伸。在一些实施例中，设置于半导体晶片W周围的滚轮RL可协助半导体晶片W的转动。
在一些实施例中，晶片刷具124包括中空的内管126以及覆盖于内管126的外表面上的发泡层128。发泡层128可为多孔材料，且用以接触并刷洗半导体晶片W的表面。在一些实施例中，发泡层128具有本体部128a以及自本体部128a突出的多个突出部128b。多个突出部128b可加强发泡层128对半导体晶片W的清洗效果。经发泡层128刷除的研磨残留物及/或杂质可能停留在发泡层128的孔隙中，而需要通过清洗液来排除此些停留在发泡层128内的研磨残留物及/或杂质。清洗液可由内管126的一端注入内管126中的流道126a。此外，内管126的管壁具有多个孔洞(如图2A至图2E所示)，以使流道126a中的清洗液可经由此些孔洞而流至发泡层128，且由发泡层128离开晶片刷具124。如此一来，清洗液可将停留在发泡层128中的研磨残留物及/或杂质排出发泡层128。
如图1B所示，在一些实施例中，晶片刷具124的刷洗面积由晶片刷具124的中心往晶片刷具124的两端递增。在此些实施例中，停留于晶片刷具124的发泡层128内的研磨残留物及/或杂质可能由晶片刷具124的中心部分往晶片刷具124的两端递增。因此，越靠近晶片刷具124的两端需要越多的清洗液来排除此些研磨残留物及/或杂质。在一些实施例中，可通过调整晶片刷具124的内管126的管壁之开口率分布来调整供给至发泡层128各部分的清洗液流量。具体而言，内管126的管壁的开口率可由内管126的中心部分沿内管126的延伸方向(例如是方向Y)而朝向内管126的两端增加。
图2A是依照本发明一些实施例的晶片刷具的内管126的示意图。
请参照图1B与图2A，晶片刷具124的内管126具有多个孔洞P。在一些实施例中，此些孔洞P可排列为多数排。举例而言，内管126可具有实质上等距排列的4排孔洞P(图2A仅绘示出两排孔洞P)。对于每一排孔洞P，孔洞P之间的间距D由内管126的中心部分126c往内管126的两端126e缩短。如此一来，内管126的管壁之开口率可由内管126的中心部分126c往内管126的两端126e增加，而使更多的清洗液可提供至发泡层128的靠近晶片刷具124两端的部分(亦即发泡层128的研磨残留物及/或杂质含量较高的部分)。如此一来，可较佳地清洗发泡层128的研磨残留物及/或杂质含量较高的部分，而可延长发泡层128的使用周期(lifetime)。在一些实施例中，孔洞P之间的间距D由内管126的中心部分126c往内管126的两端126e渐缩。举例而言，孔洞P之间的间距D的最大值可为约3.0cm至约15.0cm，而间距D的最小值可大于零且小于约3.0cm。另一方面，在图2A所绘示的实施例中，多个孔洞P可具有实质上相同的孔径A。
图2B是依照本发明一些实施例的晶片刷具的内管226的示意图。图2B所示的内管226相似于图2A所示的内管126。以下仅描述两者之间的差异，相同或相似处则不再赘述。
请参照图1B与图2B，对于内管226的每一排孔洞P1，孔洞P1的孔径A由内管226的中心部分226c往内管226的两端226e增加。如此一来，内管226的管壁之开口率亦可由内管226的中心部分226c往内管226的两端226e增加，而使更多的清洗液可提供至发泡层128的靠近晶片刷具124两端的部分(亦即发泡层128的研磨残留物及/或杂质含量较高的部分)。在一些实施例中，孔洞P1的孔径A由内管226的中心部分226c往内管226的两端226e渐扩。举例而言，孔洞P1的孔径A的最大值可为约0.5cm至约2.0cm，而孔径A的最小值可大于或等于约0.1并小于约0.5cm。另一方面，在图2B所绘示的实施例中，每一排孔洞P1具有实质上固定的孔洞间距D。
图2C是依照本发明一些实施例的晶片刷具的内管326的示意图。图2C所示的内管326相似于图2A所示的内管126以及图2B所示的内管226。以下仅描述以上三者之间的差异，相同或相似处则不再赘述。
请参照图1B与图2C，对于内管326的每一排孔洞P2，孔洞P2之间的间距D由内管326的中心部分326c往内管326的两端326e缩短，且孔洞P2的孔径A由内管326的中心部分326c往内管326的两端326e增加。如此一来，可使内管326的管壁之开口率更大程度地由内管326的中心部分326c往内管的326的两端326e增加。
图2D是依照本发明一些实施例的晶片刷具的内管426的示意图。图2D所示的内管426相似于图2A所示的内管126。以下仅描述两者之间的差异，相同或相似处则不再赘述。
请参照图1B与图2D，相较于内管426的中心部分426c，内管426的靠近两端426e的部分设置更多排的孔洞P3。举例而言，内管426的中心部分426c具有4排孔洞P3(图2D仅绘示出两排孔洞P3)，而内管的靠近两端426e的部分具有8排孔洞P3(图2D仅绘示出4排孔洞P3)。如此一来，内管426的两端426e的孔洞密度大于内管426的中心部分426c的孔洞密度，且内管426的管壁之开口率亦可由内管426的中心部分426c往内管426的两端426e增加。在一些实施例中，内管426的设置有额外数排孔洞的部分之长度对于内管426的总长的比值在0.05至0.5的范围中。另一方面，在一些实施例中，内管426的每一排孔洞P3可具有实质上固定的孔径A与孔洞间距D。在替代实施例中，对于内管426的每一排孔洞P3，孔径A可朝向内管426的两端426e增加，及/或孔洞间距D可朝向内管426的两端426e缩短。
图2E是依照本发明一些实施例的晶片刷具的内管526的示意图。图2E所示的内管526相似于图2A所示的内管126。以下仅描述两者之间的差异，相同或相似处则不再赘述。
请参照图1B与图2E，内管526的两端526e分别具有彼此侧向间隔开的多个支架S。支架S为内管526的管壁之延伸部分，且沿内管526的延伸方向而延伸。如图2E所示，内管526的两端526e分别仅由数个支架S支撑，而此些支架S外的空间为中空的间隙。如此一来，可更大幅地提高内管526的两端526e的开口率。在一些实施例中，支架S的长度L为约1.6cm至约16cm，而支架S的宽度WD为约0.2cm至约1.0cm。此外，支架S的长度L对于内管526的总长的比值可在0.05至0.5的范围中。另一方面，内管526的每一排孔洞P4可具有实质上固定的孔径A与孔洞间距D。作为替代地，对于内管526的每一排孔洞P4，孔径A可由内管526的中心部分526c朝向内管526的两端526e增加，及/或孔洞间距D可由内管526的中心部分526c朝向内管526的两端526e缩短。
综上所述，本发明实施例所提供的研磨后清洁装置的刷洗站包括晶片刷具。晶片刷具可为中空的圆筒状，且在清洁半导体晶片时在转动的半导体晶片上滚动，而刷除半导体晶片上的研磨残留物及/或杂质。晶片刷具包括内管以及覆盖于内管的外表面的发泡层。内管的管壁具有多个孔洞，其分别连通于内管中的清洗液流道与发泡层之间。此外，内管的管壁的开口率由内管的中心部分沿内管的延伸方向而朝向内管的两端增加。如此一来，更多的清洗液可经提供至发泡层的靠近晶片刷具两端的部分，也就是发泡层的研磨残留物及/或杂质含量可能较高的部分。因此，可较佳地清洗发泡层的研磨残留物及/或杂质含量较高的部分，而可延长发泡层的使用周期。
虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (7)

1.一种研磨后清洁装置，其特征在于，包括：
晶片刷具，包括内管以及覆盖于所述内管的外表面的发泡层，其中所述内管的管壁具有多个孔洞，所述多个孔洞分别连通于所述内管中的清洗液流道与所述发泡层之间，且所述内管的所述管壁的开口率由所述内管的中心部分沿所述内管的延伸方向而朝向所述内管的两端增加，
其中所述内管的所述两端分别具有彼此侧向间隔开的多个支架，所述多个支架沿所述内管的所述延伸方向而延伸，且所述多个支架外的空间为中空的间隙，以提高所述内管的两端的开口率。
2.如权利要求1所述的研磨后清洁装置，其中所述发泡层具有本体部以及多个突出部，所述多个突出部由所述本体部而朝外突出。
3.如权利要求1所述的研磨后清洁装置，其中所述晶片刷具经配置以转动而通过所述发泡层刷除晶片上的研磨残留物。
4.如权利要求3所述的研磨后清洁装置，其中所述晶片经配置以于受到清洁处理时转动，且所述晶片的旋转轴实质上垂直于所述晶片刷具的旋转轴。
5.如权利要求1所述的研磨后清洁装置，其中所述多个孔洞之间的间距由所述内管的所述中心部分朝向所述内管的所述两端缩短。
6.如权利要求1所述的研磨后清洁装置，其中所述多个孔洞的孔径由所述内管的所述中心部分朝向所述内管的所述两端增加。
7.如权利要求1所述的研磨后清洁装置，其中所述内管的所述两端的孔洞密度大于所述内管的所述中心部分的孔洞密度。
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