CN113169098A - 用于马兰戈尼干燥的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于马兰戈尼(Marangoni)基板干燥的方法和设备，其包括可调整的喷雾棒组件，可调整的喷雾棒组件具有：耦接至干燥系统的支撑结构的安装支架；耦接至安装支架并设置成与支撑结构的面平行的基底组件；以及耦接至基底组件并与基底组件平行的安装组件。安装组件在两个远端处在垂直方向上可调整。安装组件包括臂，一个或多个喷雾棒可设置在臂上。当固定到安装组件时，一个或多个喷雾棒可围绕纵向轴线旋转。

Description

用于马兰戈尼干燥的方法和设备
背景技术
技术领域
本文中描述的实施例总体上涉及用于清洁基板的方法和设备。更具体地，本文中描述的实施例涉及在化学机械抛光后系统中用于干燥湿基板的方法和设备。
相关技术说明
随着半导体元件的几何形状继续减小，用于实现基板的超净处理的工艺的利用已显著提高。传统上，化学机械抛光(CMP)后清洗是一种湿法工艺，其被执行用于清洗和干燥基板，而不会在基板上留下颗粒或残留物，在基板上留下颗粒或残留物可能会对良率产生负面影响并导致随后的器件故障。在干燥湿基板的工艺中，溶液中的颗粒可能黏附到基板，或者存在于基板上的颗粒在干燥之前可能无法充分移除，并且在干燥后可能残留在基板上。因此，已经将许多注意力集中在CMP处理之后用于干燥基板的改进方法。
马兰戈尼(Marangoni)干燥产生表面张力梯度，以引导浴流体以使基板几乎没有留下浴流体的方式从基板流出。因此，采用马兰戈尼干燥可避免在基板上的条纹、斑点和残留痕迹。马兰戈尼干燥技术利用具有表面张力低于浴流体(即异丙醇(IPA)蒸气)的溶剂，溶剂被引入到随着基板从浴中举升而形成的流体弯月面。溶剂蒸气溶解到流体弯月面中，形成表面张力梯度。表面张力梯度的存在导致浴流体从在干燥弯月面的尖端处的低表面张力区域流走并离开基板，使基板干燥并几乎没有条纹、斑点和残留痕迹。
当前的马兰戈尼干燥系统在流体浴中对基板进行水清洗之后，利用静态喷雾棒将溶剂蒸气输送到基板的前侧和背侧。然而，这种方法具有局限性，诸如在腔室条件之间的可变性，这在处理的基板批次之间产生了不一致的干燥结果。例如，浴流体水平和机械腔室特性的变化可能导致从一个腔室到另一个腔室的干燥基板上留下的条纹、斑点和残留痕迹的量不一致。
因此，本领域中所需要的是用于在腔室之间提供更一致的基板干燥结果的改进设备。
发明内容
在一个实施例中，提供了一种设备。设备包括基底和安装组件。安装组件进一步包括：横杆，所述横杆具有从横杆的顶表面延伸至横杆的底表面的多个孔口；设置在横杆的多个孔口内并与基底接触的引导销；设置在多个孔口内并与基底接触的校平器；以及耦接至横杆的两个臂。引导销配置成对齐基底和安装组件，并且校平器配置成相对于基底垂直地定位横杆。将每个臂正交地设置在横杆的相对的远端处并配置成支撑一个或多个喷雾棒。
在一个实施例中，提供了一种设备。设备包括基底和安装组件。安装组件进一步包括：横杆，所述横杆具有从横杆的顶表面延伸至横杆的底表面的多个第一孔口；设置在横杆的多个第一孔口内并与基底接触的两个或更多个引导销；设置在多个第一孔口内并与基底接触的两个或更多个校平器；以及耦接至横杆的两个臂。两个或更多个引导销中的至少一个和两个或更多个校平器中的至少一个位于横杆的每个远端处。两个臂正交地设置在横杆的相对的远端处并且进一步包括一个或多个第二孔口。一个或多个喷雾棒设置在两个臂的一个或多个第二孔口上。
在一个实施例中，提供了一种马兰戈尼干燥的方法。方法包括：定位喷雾棒组件，喷雾棒组件包括：安装支架；耦接至安装支架的基底；耦接至基底的安装组件；以及设置在安装组件上的一个或多个喷雾棒。一个或多个喷雾棒适于将蒸气引导朝向基板。方法进一步包括：将喷雾棒围绕x轴、y轴和z轴调整到期望的位置和旋转；将基板从漂洗池中举升并穿过喷雾棒组件；以及将蒸气引导到基板表面上。
附图说明
因此，为了可详细地理解本公开的上述特征的方式，可通过参考实施例来获得对上面简要概述的本公开的更具体的描述，这些实施例中的一些实施例在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出了示例性实施例，并且因此不应被认为是对其范围的限制，并且可允许其他等效的实施例。
图1示出了根据本公开的一个实施例的基板干燥系统的透视图。
图2示出了根据本公开的一个实施例的可调整喷雾棒组件的透视图。
图3A示出了根据本公开的一个实施例的处于升高位置的可调整喷雾棒组件的侧视图。
图3B示出了根据本公开的一个实施例的处于降低位置的可调整喷雾棒组件的侧视图。
图3C示出了根据本公开的一个实施例的处于倾斜取向的可调整喷雾棒组件的侧视图。
图4是描绘根据本公开的一个实施例的基板干燥的方法的流程图。
为促进理解，在可能的情况下使用了相同的附图标记来表示附图中共有的相同元件。可预期的是，一个实施例的元件和特征可有益地并入其他实施例中，而无需进一步叙述。
具体实施方式
公开了一种用于马兰戈尼基板干燥的方法和设备，其包括可调整的喷雾棒组件，可调整的喷雾棒组件具有：耦接至干燥系统的支撑结构的安装支架；耦接至安装支架并设置成平行于支撑结构的面的基底组件；以及耦接至基底组件并与基底组件平行的安装组件。安装组件在两个远端处在垂直方向上可调整。安装组件包括臂，一个或多个喷雾棒可设置在臂上。当固定到安装组件时，一个或多个喷雾棒可围绕纵向轴线旋转。
图1示出了根据一个实施例的包括喷雾组件104的基板干燥系统100的透视图。干燥系统100包括漂洗槽102和喷雾组件104。漂洗槽102配置成填充有漂洗流体108，诸如去离子水或适于从基板106移除颗粒的其他合适的流体。在一个实施例中，基板106是半导体基板。在一个实施例中，基板106为300mm基板。在其他实施例中，基板106是200mm基板或450mm基板。
漂洗槽102由适于容纳漂洗流体108的材料制成，诸如铝、不锈钢及其合金、或各种聚合材料。漂洗槽102具有多个侧壁110A、110B、110C，这些侧壁限定了尺寸设计成容纳基板106的容积。喷雾组件104设置在干燥系统100内的漂洗槽102上方。喷雾组件104包括设置成通过喷雾组件104内的开口(未示出)并在漂洗流体108的顶上的两个或更多个喷雾棒120a、120b(通称为120)。喷雾棒120可位于干燥系统100内，以形成通道123，基板106可通过通道123沿着基板行进路径112传输。
干燥系统100还包括举升机构(未示出)，举升机构适于沿着路径112将基板106垂直地举升离开漂洗流体108并通过喷雾组件104。在一个实施例中，举升机构耦接至漂洗槽102。在另一个实施例中，举升机构耦接至支撑表面114，支撑表面114可用作干燥系统100的侧壁。
当基板106举升通过喷雾组件104时，挥发性有机化合物(VOC)蒸气被一个或多个喷雾棒120引导朝向基板106的任一侧上的空气/液体界面，以便干燥基板106。在一个实施例中，VOC蒸气是异丙醇(IPA)或其他合适的化合物，并且经由柔性蒸气供应配件116和蒸气管线118供应到喷雾组件104。在一个实施例中，喷雾组件104耦合到支撑表面114。在其他实施例中，喷雾组件104耦接至干燥系统100内的其他表面，包括漂洗槽102的侧壁110A、110B和110C。
图2示出了根据一个实施例的喷雾组件104的透视图。喷雾组件104包括安装支架202、基底组件204和安装组件206。安装支架202耦接到干燥系统100内的支撑结构，诸如支撑表面114，如图1所示。在一些实施例中，安装支架202耦接至漂洗槽102的侧壁110A、110B和110C。安装支架202可经由螺钉、销、扣钩、夹具、栓扣等中的一个或多个来耦接至支撑结构。由此，安装支架202为干燥系统100内的喷雾组件104提供附接点。
基底组件204耦接到安装支架202。基底组件204与安装支架202一起为喷雾组件104提供静态机械支撑。在一个实施例中，基底组件204是在基底组件的两个远端处耦接到安装支架202的细长的方形轨道，如图2所示。然而，在其他实施例中，基底组件204的尺寸、形状和与安装支架202的耦接点可变化。例如，基底组件可为短的环形杆，在杆的中点处耦接到安装支架202。在一些实施例中，基底组件204永久地固定到安装支架202，以形成单个固定装置。基底组件204和安装支架202沿着支撑表面114或其他支撑结构设置，使得基底组件204垂直于基板106在干燥系统100内行进的行进路径112定位。
安装组件206耦接至基底组件204。安装组件206可设置在基底组件204的上方、下方或与基底组件204相邻。安装组件206包括从横杆205延伸的一个或多个臂208。在一个实施例中，臂208相对于横杆205和基底组件204的纵向长度垂直地定向。在一个实施例中，两个臂208设置在横杆205的相对的远端219a和219b(统称为219)处，以在从顶部或底部角度观察时近似“C”形，如图2所示。在另一个实施例中，一个或多个臂208相对于横杆205以非正交的角度从安装组件206延伸。在又另一实施例中，一个或多个臂208从横杆205上的中间点延伸。
臂208为一个或多个喷雾棒120提供耦接点。喷雾棒120可移除地耦接到臂208。在一个实施例中，两个喷雾棒120(图1所示)以一定距离平行定位，所述距离使得基板106能够在行进路径112上在两个喷雾棒120之间被举升，使得蒸气可同时朝基板106的两个相对侧喷洒。喷雾棒120经由夹具210或其他合适的装置固定到臂208。在一个实施例中，喷雾棒120可设置成穿过臂208内的水平钻孔209。当固定到臂208上时，喷雾棒120可围绕其纵向轴线旋转，以促进以任何期望的角度在行进路径112上朝向基板106进行蒸气喷洒。
横杆205具有穿过横杆205设置的多个孔。多个孔穿过横杆205从顶表面207垂直地延伸到面向基底组件204的底表面(未示出)。多个孔包括导向孔213、锁定孔215和校平孔217。在一个实施例中，横杆205上的多个孔211包括一对导向孔213、一对锁定孔215和一对校平孔217。在一个实施例中，每对导向孔213、锁定孔215和校平孔217中的一个设置在横杆205的每个远端219处，如图2所示。
一个导向孔213，一个锁定孔215和一个校平孔217在横杆205的每个远端219处设置成彼此横向相邻。每个导向孔213可相对于锁定孔215和校平孔217居中地设置在横杆205上。每个校平孔217可相对于导向孔213和锁定孔215设置在横杆205的远端。每个锁定孔215可设置在横杆205的每个远端219处的导向孔213和校平孔217之间的中间，如图2所示。然而，导向孔213、锁定孔215和校平孔217的空间布置和顺序是设想成可互换的。
引导销212、校平器214和锁定螺钉216分别延伸穿过导向孔213、校平孔217和锁定孔215。在一个实施例中，一对的引导销212、校平器214和锁定螺钉216中的每一个延伸穿过在横杆205的每个远端219处的导向孔213、校平孔217和锁定孔215。引导销212、校平器214和锁定螺钉将安装组件206耦接到基底组件204。
引导销212延伸穿过导向孔213并耦接到基底组件204(例如，与基底组件204接触)，以相对于基底组件204稳定安装组件206。导向孔213的直径比引导销212宽，并且被光滑地钻孔，以提供安装组件206与基底组件204的对准，同时还促进喷雾组件104的倾斜。即，导向孔213为引导销212提供了一些回旋余地，使得安装组件206可在水平面中围绕垂直于横杆205的轴线倾斜，同时仍沿垂直平面(例如，在垂直方向上)与基底组件204对齐。
校平器214延伸穿过校平孔217并耦合到基底组件204(例如，与基底组件204接触)，以实现喷雾组件104的垂直调整和倾斜。校平孔217和校平器214是带螺纹的，以允许校平器214通过校平孔217扭转。在校平孔217内扭转校平器214使安装组件206相对于基底组件204垂直升高或降低。
在图2所示的实施例中，安装组件206可通过均等地扭转校平器214来在每个远端219处均匀地升高或降低，从而使安装组件206基本上与水平面平行。或者，通过可变地扭转每个校平器214，安装组件206可朝着任一远端219垂直地倾斜。即，仅扭转一对校平器214的一个，或以不相等的量在相同方向上扭转两个校平器214，或在不同方向上扭转每个校平器214将使安装组件206相对于基底组件204倾斜，如图3C所示。
锁定螺钉216延伸穿过锁定孔215并耦接到基底组件204(例如，与基底组件204接触)，以将安装组件206固定在适当的位置。锁定螺钉216和锁定孔215是带螺纹的，以便允许锁定螺钉216通过锁定孔215扭转。一旦通过扭转校平器214将安装组件206调整到期望的高度和倾斜度，就通过锁定孔215扭转锁定螺钉216以将安装组件206固定在期望的位置。为了适应安装组件206的倾斜而不将锁定螺钉216卡在锁定孔215内，每个锁定螺钉216都与一对环形垫圈225耦接。一对环形垫圈225中的每一个设置在每个锁定孔215的一个开口处，位于横杆205的顶表面207和底表面(未示出)上。环形垫圈225自动调整锁定螺钉216在锁定孔215内的取向，使得锁定螺钉216基本上笔直地延伸穿过锁定孔215，从而补偿由安装组件206的倾斜引起的任何角度偏差。
除了旋转设置在臂208中的喷雾棒120之外，经由校平器214倾斜、升高和降低安装组件206的组合使得喷雾棒120能够围绕x轴、y轴和z轴被调整到期望位置，以用于将蒸气导向通过的基板。更具体地，喷雾棒120可围绕x轴和z轴旋转，并且在y轴上直线移动。如图2所示，x轴是平行于安装组件206和喷雾棒120的纵向轴线的水平线。y轴是在垂直方向上垂直于安装组件206和喷雾棒120的纵向轴线的线。z轴是在水平方向上垂直于安装组件206和喷雾棒120的纵向轴线的线。
图3A-3C示出了根据一些实施例的喷雾组件104的可调整性质。图3A示出了根据一个实施例的处于升高位置的喷雾组件104的侧视图。在图3A中，分别位于横杆205的相对的远端219处的一对校平螺钉214已经在一个方向(例如，顺时针方向)上被均等地扭转。螺纹校平螺钉214通过螺纹校平孔217的均等扭转使安装组件206并且因此使喷雾棒120在安装组件206的两个远端219处从基线B均匀地升高距离302。在扭转校平螺钉214期间，基底组件204保持静止，充当用于校平螺钉214的机械支撑和耦接点。由此，在调整之前在基底组件204与安装组件206之间的任何间隙被扩大。一旦安装组件206升高到期望的位置，就将螺纹锁定螺钉216扭转穿过螺纹锁定孔215，以将安装组件206固定就位。
图3B示出了根据一个实施例的处于降低位置的喷雾组件104的侧视图。在图3B中，分别位于横杆205的相对的远端219处的一对校平螺钉214已经在与图3A相反的方向(例如，逆时针方向)上被均等地扭转。螺纹校平螺钉214通过螺纹校平孔217的均等扭转使安装组件206并且因此使喷雾棒120在安装组件206的两个远端219处从基线B均匀地降低距离306。在扭转校平螺钉214期间，基底组件204保持静止，充当用于校平螺钉214的机械支撑和耦接点。由此，在调整之前在基底组件204与安装组件206之间的任何间隙被减小。一旦安装组件206降低到期望的位置，就将螺纹锁定螺钉216扭转穿过螺纹锁定孔215，以将安装组件206固定就位。
在图3A和图3B描绘的实施例中，喷雾组件104的最大垂直调整允许量设想为在向上方向或向下方向上的10mm或5mm。然而，最大调整允许量可取决于喷雾组件104的水平长度而变化。
图3C示出了根据一个实施例的处于倾斜位置或成角度的位置的喷雾组件104的侧视图。在图3C中，校平螺钉214已经在相反的方向(例如，顺时针和逆时针方向)上扭转，导致安装组件206的一个远端219b升高，而相对的远端219a降低。每个远端219的可变调整使安装组件206相对于基底组件204以角度304放置。尽管仅以一个倾斜取向描绘，但是安装组件206可在任一方向上倾斜。此外，在图3C所示的实施例中，安装组件206的最大倾斜调整允许量设想为在任一方向上的0.5°或0.25°。然而，还可设想最大倾斜调整允许量可取决于安装组件206的水平长度而变化。
图4是描绘使用所提供的上述设备对基板进行马兰戈尼干燥的示例方法400的流程图。在操作402中，提供喷雾组件。喷雾组件包括耦接到一个或多个安装支架的基底组件。安装组件进一步耦接至基底组件。两个喷雾棒以足以使基板穿过的一定距离经由夹具设置并固定在安装组件上。在操作404中，扭转延伸穿过安装组件并耦接到基底组件的校平器以使安装组件升高、降低或倾斜，并且因此使喷雾棒升高、降低或倾斜。在操作406中，喷雾棒围绕喷雾棒的纵向轴线旋转至期望的角度，以用于将蒸气引导到基板上。作为操作404和操作406的结果，旋转、倾斜和升高或降低喷雾棒的组合使得喷雾棒能够围绕x轴、y轴和z轴被调整到期望的位置和取向，以用于将蒸气引导朝向通过的基板。更具体地，喷雾棒可围绕x轴和z轴旋转，并在y轴上线性地移动。
在操作408中，经由位于干燥系统内的举升机构将基板从漂洗槽中移除并使基板在设置于喷雾组件中的喷雾棒之间通过。当基板通过喷雾棒组件时，将蒸气从喷雾棒排出并引导到基板的两个表面。在操作410中，在干燥工艺之后，检查经干燥的基板是否残留有任何缺陷，诸如条纹、斑点和残留物。最后，在操作412中，用户调整喷雾棒的高度和取向，以便校正在基板表面上发现的任何缺陷。可通过扭转校平螺钉并旋转喷雾组件内的喷雾棒来手动进行调整。
或者，可自动进行缺陷分析和随后的调整。例如，可使用自动缺陷检查工具分析基板的缺陷。用户可随后使用设置在干燥系统本身上或单独的计算器终端上的图形用户界面来发送喷雾棒的期望位置和取向。一旦输入，干燥系统就可随后在下一个干燥循环之前自动调整喷雾棒，以便校正由检查工具检测到的缺陷。进一步构想到缺陷检查和喷雾棒组件调整的整个工艺可完全自动化，以去除对任何用户输入或干预的需要。
本文中的实施例有利地最小化了由马兰戈尼干燥工艺导致的基板的表面缺陷。在传统的马兰戈尼干燥系统中，在水清洁之后，静态喷雾棒将溶剂蒸气输送到基板的前侧和背侧。在基板批次之间的腔室条件的变化(诸如漂洗池的流体水平和结构差异)引起具有基板表面上的条纹、斑点和其他残留痕迹的波动的不一致的干燥结果。通过利用围绕x轴、y轴和z轴可调整的喷雾棒组件，本文中的实施例提供了一种用于使在干燥系统之间的不一致或干燥结果最小化的设备和方法。
尽管前述内容涉及本公开的实施例，但是在不背离本公开的基本范围的情况下，可设计本公开的其他和进一步的实施例，并且本公开的范围由所附权利要求确定。

Claims (15)

1.一种设备，包括：
基底；
安装组件，设置在所述基底的顶上，所述安装组件包括：
横杆，具有从所述横杆的顶表面延伸至所述横杆的底表面的多个孔口；
引导销，设置在所述横杆的所述多个孔口中的一个孔口内并与所述基底接触，所述引导销配置成对齐所述基底和所述安装组件；
校平器，设置在所述横杆的所述多个孔口中的一个孔口内并与所述基底接触，所述校平器配置成相对于所述基底定位所述横杆；以及
两个臂，耦接至所述横杆，每个臂正交地设置在所述横杆的相对的远端处并配置成支撑一个或多个喷雾棒。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述多个孔口中的至少一个孔口是适于配合所述引导销的光滑孔。
3.如权利要求2所述的设备，其中所述引导销配置成在垂直方向上对齐所述底座和所述安装组件。
4.如权利要求3所述的设备，其中所述光滑孔是圆锥形的，以促进所述安装组件的倾斜。
5.如权利要求1所述的设备，其中所述多个孔口中的至少一个孔口是适于配合所述校平器的螺纹孔。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述校平器在所述螺纹孔内的扭转使所述安装组件升高或降低。
7.如权利要求1所述的设备，进一步包括设置在所述多个孔口中的一个孔口内的锁定螺钉，其中所述多个孔口中的至少一个孔口是适于配合所述锁定螺钉的螺纹孔。
8.如权利要求7所述的设备，其中所述锁定螺钉配置成相对于所述基底将所述安装组件固定在期望位置。
9.如权利要求8所述的设备，其中所述锁定螺钉耦接至球形垫圈，以促进所述安装组件的倾斜。
10.一种设备，包括：
基底；
安装组件，设置在所述基底的顶上，所述安装组件包括：
横杆，具有从所述横杆的顶表面延伸至所述横杆的底表面的多个第一孔口以及两个远端；
两个或更多个引导销，设置在所述横杆的所述多个第一孔口内并与所述基底接触，其中至少一个引导销位于所述横杆的每个远端处；
两个或更多个校平器，设置在所述多个第一孔口内并与所述基底接触，其中至少一个校平器位于所述横杆的每个远端处；以及
两个臂，耦接至所述横杆，每个臂正交地设置在所述横杆的相对的远端处并且包括一个或多个第二孔口；以及
一个或多个喷雾棒，设置在所述两个臂的所述一个或多个第二孔口中。
11.如权利要求10所述的设备，其中两个喷雾棒设置在所述一个或多个第二孔口中，所述喷雾棒定位成形成基板可传送通过的通道。
12.如权利要求10所述的设备，其中所述一个或多个喷雾棒在设置在所述安装组件内时是围绕所述一个或多个喷雾棒的纵向轴线可旋转的。
13.如权利要求10所述的设备，其中所述两个或更多个校平器中的每一个校平器可以以不同的量被单独地扭转以倾斜所述安装组件。
14.如权利要求10所述的设备，其中所述一个或多个喷雾棒是围绕x轴、y轴和z轴可调整的。
15.一种干燥基板的方法，所述方法包括：
将喷雾棒组件定位在干燥系统内，所述喷雾棒组件包括：安装支架；耦接至所述安装支架的基底；耦接至所述基底的安装组件；以及耦接至所述安装组件并且适于将蒸气引导朝向基板的一个或多个喷雾棒；
将所述喷雾棒围绕x轴、y轴和z轴调整到期望的位置和旋转；
将基板从漂洗池中举升并通过所述喷雾棒组件；以及
将蒸气从所述喷雾棒组件引导到所述基板的表面上。
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