CN113206026A - 清洁系统 - Google Patents

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陈思孜
黄俊程
蔡亚庭
陈盈淙
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Abstract

一种清洁系统，包括至少一清洁模块，配置以在一化学机械研磨(CMP)制程之后接收一基板，并且使用一清洁溶液去除在基板上的多个污染物。清洁系统还包括一清洁溶液供给系统，配置以将清洁溶液供给到至少一清洁模块。清洁溶液供给系统包括至少一温度控制系统。至少一温度控制系统包括：一加热装置，配置以加热清洁溶液、一冷却装置，配置以冷却清洁溶液、一温度感应器，配置以监测清洁溶液的一温度、以及一温度控制器，配置以控制加热装置及冷却装置。

Description

清洁系统
技术领域
本公开涉及清洁系统，特别是涉及用于化学机械研磨的清洁系统。
背景技术
化学机械研磨(Chemical mechanical polishing，CMP)广泛用于集成电路的制造。由于集成电路在基板(例如，半导体晶圆)的表面上逐层建构，化学机械研磨制程被用于平坦化最上层或层，以提供用于随后的制造步骤的平面表面。当将包含研磨性颗粒和反应性化学品的浆料施加到研磨垫上时，借由抵靠研磨垫而研磨基板表面，来执行化学机械研磨制程。研磨垫与基板的相对运动结合浆料中的反应性化学品允许化学机械研磨制程借由物理和化学力来平坦化基板表面。化学机械研磨是实现先进集成电路的整体晶圆平坦化的有效方法。
发明内容
根据本公开一些实施例，提供一种清洁系统，包括至少一清洁模块、以及一清洁溶液供给系统。至少一清洁模块配置以在一化学机械研磨(CMP)制程之后接收一基板，并且使用一清洁溶液去除在基板上的多个污染物。洁溶液供给系统配置以将清洁溶液供给到至少一清洁模块。清洁溶液供给系统包括至少一温度控制系统。至少一温度控制系统包括一加热装置、一冷却装置、一温度感应器以及一温度控制器。加热装置配置以加热清洁溶液。冷却装置配置以冷却清洁溶液。温度感应器配置以监测清洁溶液的一温度。温度控制器配置以控制加热装置及冷却装置。
根据本公开另一些实施例，提供一种化学机械研磨(CMP)系统，包括：一研磨系统，配置以研磨一基板；以及一清洁系统，配置以在基板已经在研磨系统中研磨之后，去除残留在基板上的多个污染物，清洁系统包括：多个清洁模块，其中清洁模块中的一第一清洁模块配置以施行一第一清洁制程，并且清洁模块中的一第二清洁模块配置以施行一第二清洁制程；以及一清洁溶液供给系统，配置以供给在一第一温度的一第一清洁溶液至第一清洁模块，并且供给在一第二温度的一第二清洁溶液至第二清洁模块，其中第一温度不同于第二温度。
根据本公开又另一些实施例，提供一种在化学机械研磨(CMP)制程之后清洁一基板的方法，包括：提供需要去除多个化学机械研磨污染物的一基板到一清洁模块中；向清洁模块供给一清洁溶液，清洁溶液的一温度高于或低于一环境温度；以及使用清洁溶液从基板去除化学机械研磨污染物。
附图说明
当与附图一起阅读时，根据以下实施方式可以最好地理解本公开的各实施例。应注意的是，根据业界中的标准实践，各种特征未必按造比例绘制。实际上，为了讨论的清晰性，各种特征的尺寸可以任意增加或减小。
图1是根据一些实施例的用于处理基板的化学机械研磨(CMP)系统的示意图。
图2是根据一些实施例的化学机械研磨系统中的清洁模块的示意图。
图3A是根据一些实施例的清洁溶液供给系统的示意图。
图3B是根据一些实施例的清洁溶液供给系统的示意图。
图4是根据一些实施例的在化学机械研磨制程之后的清洁基板的方法的流程图。
图5是根据一些实施例的用于控制化学机械研磨系统的控制系统的视图。
其中，附图标记说明如下：
100：化学机械研磨系统
102：基板
104：工厂接口
106：研磨系统
108：清洁系统
112：接口机械手臂
114：基板盒
116：输入模块
122：传送站
124：转盘
124a：臂
126：基板载体
128：研磨站
132：研磨站
134：输入缓冲站
136：输出缓冲站
138：装载杯组件
140：装载机械手臂
142：研磨垫
144：浆料分配臂
146：垫调节器
150：清洁模块
150a：超声波清洁模块
150b：预清洁模块
150c：刷洗清洁模块
152：干燥模块
154：基板处理器
156：输出模块
160：控制器
212：贮槽
214：固持器
216：溢流区域
218：输入端口
219：给料管
222：平台
224：擦洗垫
226：喷洒杆
227：喷嘴
228：输入端口
229：给料管
232：刷子
234：喷洒杆
236：喷嘴
238：输入端口
239：输入给料管
300：清洁溶液供给系统
300A：清洁溶液供给系统
300B：清洁溶液供给系统
302a：第一清洁流体源贮槽
302b：第二清洁流体源贮槽
304：管道
306：管道
308：阀
314：管道
316：管道
318：阀
320：化学混合器
322：管道
324：阀
330：温度控制系统
332：加热装置
334：冷却装置
336：热感应器
338：温度控制器
400：方法
402：操作
404：操作
406：操作
408：操作
410：操作
412：操作
414：操作
416：操作
418：操作
420：操作
422：操作
424：操作
500：控制系统
502：处理器
504：计算机可读存储媒体
506：计算机程序代码
507：指令
508：总线
510：输入/输出接口
512：网络接口
514：网络
516：感应器参数
518：目标温度参数
具体实施方式
以下公开提供了用于实现所提供的标的的不同特征的许多不同的实施例或示例。以下描述组件和布置的特定示例以简化本公开。当然，这些仅是示例，且并不旨在进行限制。举例来说，在下面的描述中，在第二特征之上或上形成第一特征可以包括第一特征和第二特征直接接触形成的实施例，并且还可以包括在第一特征和第二特征之间形成额外的特征的实施例，使得第一特征和第二特征可以不直接接触。除此之外，本公开可以在各个示例中重复参考数字及/或字母。此重复是出于简化和清晰的目的，并且其本身并不指示所讨论的各种实施例及/或配置之间的关系。
此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在...下方”、“在...之下”、“在...下”、“在...上方”、“在...上”等的空间相对术语，以便于描述如图所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。除了在图中描述的方位之外，空间相对术语还意图涵盖在使用或操作中的装置的不同方位。设备可以以其他方式定向(旋转90度或其他方位)，并且在此使用的空间相对描述语可以同样地被相应地解释。
化学机械研磨制程广泛用于制造集成电路的各种元件。举例来说，使用化学机械研磨制程来平坦化层间(inter-layer)和金属间(inter-metal)介电层。化学机械研磨制程也用于形成互连集成电路元件的导线。然而，化学机械研磨制程在基板的表面上留下污染物。这些污染物包括有来自浆料的研磨性颗粒的残留物(其可以包括氧化铝(alumina)或二氧化硅(silica))、以及添加到浆料的化学添加剂的残留物(例如氧化剂(oxidizingagents)、螯合剂(chelating agents)、腐蚀抑制剂(corrosion inhibitors)、稳定剂(stabilizing agents)、及/或pH调节剂(pH adjusting agents))。此外，污染物可以包括浆料和研磨表面的反应产物的残留物、以及来自研磨垫的颗粒。这些污染物不利地影响装置的可靠性，并且降低制造制程的产率。
在化学机械研磨制程之后，基板经受清洁制程，其中基板经过由数个清洁模块所组成的后化学机械研磨清洁器。清洁模块使用各种颗粒去除技术，例如超声波清洁(megasonic cleaning)、擦洗清洁(scrub cleaning)、和刷洗清洁(brush cleaning)，以在继续建构集成电路之前，从基板的表面去除污染物。作为装置尺寸的缩放，彻底去除在基板上的化学机械研磨残留物变得更加重要，因为如果不这样做，将导致集成电路中的缺陷。
在一些实施例中，为了有助于增强清洁功效，在化学机械研磨清洁系统中提供用于调节在后化学机械研磨清洁制程中使用的清洁溶液的温度的温度控制系统。温度控制系统包括加热装置，以加热清洁溶液至高于环境温度的温度(例如，大约30℃与大约100℃之间)、以及冷却装置，以冷却清洁溶液至低于环境温度的温度(例如，大约-10℃与大约10℃之间)。相较于在环境温度下使用清洁溶液去除化学机械研磨污染物，在后化学机械研磨清洁制程使用加热的或冷却的清洁溶液允许更彻底去除化学机械研磨污染物，并且因此，改善整个装置的产量和装置的可靠性。
图1是根据一些实施例的用于处理基板102的化学机械研磨系统100的示意图。在一些实施例中，化学机械研磨系统100包括工厂接口(factory interface)104、研磨系统106、和清洁系统108。在一些实施例中，化学机械研磨系统还包括控制器160。控制器160耦接到化学机械研磨系统100的各种元件，以促进对平坦化、清洁和传送制程的控制。
工厂接口104包括接口机械手臂112和一或多个基板盒114。接口机械手臂112适于在基板盒114、清洁系统108、和输入模块116之间传送基板102。定位输入模块116以便于在研磨系统106和工厂接口104之间传送基板102。
研磨系统106配置以研磨基板102的表面。在一些实施例中，研磨系统106包括传送站122、支持多个基板载体126的转盘(carousel)124、和多个研磨站128。
传送站122通常包括传送机械手臂132、输入缓冲站134、输出缓冲站136、和装载杯组件(load cup assembly)138。输入缓冲站134从位于研磨系统106的外围的装载机械手臂140接收基板102。传送机械手臂132将基板102从输入缓冲站134移动到装载杯组件138，在此处将基板102传送到基板载体126。
转盘124包括多个臂124a，每个臂124a支撑一基板载体126。图1所示的臂124a中的两个是以虚线示出，使得可以看到借由各自的对应的基板载体126所固持的传送站122和基板102。转盘124可以旋转，以使基板载体126绕着不同的研磨站128移动，并且还可以往返于传送站122移动。
每个研磨站128配置以研磨由对应的基板载体126所固持的基板102。在一些实施例中，操作研磨站128以在不同的基板102上施行相同的处理任务。可替换地，在一些实施例中，独立地操作研磨站128，以允许在相同的时间在不同的基板102上施行不同的处理任务。每个研磨站128包括由平台(未示出)所支撑的研磨垫142、配置以将浆料分配到研磨垫142的浆料分配臂144、以及配置以恢复研磨垫142的粗糙性(roughness)的垫调节器(padcondition)146。
浆料包括用于机械研磨基板102的研磨性颗粒和在化学研磨基板102的一或多个化学品(例如氧化剂、螯合剂、腐蚀抑制剂、稳定剂及/或pH调节剂)。在化学机械研磨制程期间，在每个研磨站128内，浆料分配臂144分配浆料到研磨垫142的研磨表面上。然后，基板载体126按压基板102抵靠研磨垫142，同时研磨垫142和基板载体126中的一个或两个相对于彼此旋转。结合的机械力和化学力研磨基板102的表面，直到达到化学机械研磨操作的终点。
在化学机械研磨制程之后，污染物留在基板102的表面上。在一些实施例中，污染物包括研磨性颗粒的残留物和来自浆料的化学添加剂、以及来自被研磨表面的残留物。这些污染物需要在随后的处理之前使用清洁系统108去除。
清洁系统108包括配置以施行多阶段清洁制程的多个清洁模块150。当基板102运输通过不同的清洁模块150时，清洁系统108从基板102去除在研磨之后留在于基板102的表面上的污染物。清洁系统108还包括干燥模块152，干燥模块152配置以在清洁顺序结束时干燥基板102。在一些实施例中，干燥模块152是旋转清洗干燥模块(spin-rinse-drymodule)，其中使用去离子水(deionized wafer)清洗基板102，然后在离开清洁系统108之前干燥。在研磨之后，可以操作基板处理器154从研磨系统106取回基板102，并且传送基板102依序地通过多个清洁模块150和干燥模块152。输出模块156适于在后化学机械研磨清洁处理之后，促进由接口机械手臂112在清洁系统108和基板盒114的基板传送。
在操作中，化学机械研磨系统100与借由接口机械手臂112正在从基板盒114输送到输入模块116的基板102一起启动(initiated)。然后，装载机械手臂140将基板102移动到研磨系统106的传送站122。基板102被装载到基板载体126中，并在研磨垫142上移动并且抵靠研磨垫142而研磨。一旦研磨基板102，基板102返回到传送站122，在传送站122中，装载机械手臂140将基板102从研磨系统106传送到输入模块116。然后，基板处理器154从输入模块116取得基板102，并且传送基板102通过清洁系统108的清洁模块150。在清洁系统108中被清洁之后，基板102借由接口机械手臂112返回到基板盒114中的一个。
在一些实施例中，在清洁系统108中所利用的清洁模块150包括超声波清洁模块150a、预清洁模块150b、和刷洗清洁模块150c。多个清洁模块150a、150b、150c配置以在基板102上使用不同的清洁技术，而施行多阶段顺序(multi-stage sequential)的后化学机械研磨清洁制程。将在下面参考图2更详细地讨论清洁模块150a、150b、150c。尽管示出和描述了三个清洁模块150a、150b、150c，但是应当理解，清洁系统108可以包括任何数量的清洁模块。
图2是根据一些实施例的清洁模块150a、150b、150c的示意图。清洁模块150a、150b、150b与一或多个清洁溶液供给系统300处于流体连通。在下面更详细地参考图2描述清洁溶液供给系统300。在一些实施例中，如图2所示，所有的清洁模块150a、150b、和150c与单一清洁溶液供给系统300处于流体连通。可替换地，在一些实施例中，每个清洁模块150a、150b、和150c与一清洁溶液供给系统300处于流体连通。
超声波清洁模块150a定位邻近于装载机械手臂140(图1)。超声波清洁模块150a接收已经被研磨系统106(图1)所研磨的一或多个基板102。在超声波清洁模件150a中，一或多个基板102浸泡在清洁溶液(示出单一基板102)。启动超声波能量源，以搅动清洁溶液，并且在一或多个基板102的暴露表面处产生清洁作用(cleaning action)。
在一些实施例中，并且如图2所示，超声波清洁模块150a包括贮槽212(诸如石英贮槽)，其适合于在其中容纳清洁溶液。固持器214设置在贮槽212的底部，并且配置以在清洁溶液内垂直地支持基板102。转换器(transducer)(未示出)放置在物理上接近贮槽212，使得一旦启动，转换器发射高频率音能(acoustic energy)到清洁溶液中，以搅动清洁溶液。在一些实施例中，音能的频率在大约500千赫兹(kHz)到大约2.5百万赫兹(MHz)的范围中。在超声波清洁阶段期间，超声波能量搅动清洁溶液，以从基板102的表面驱赶(dislodge)污染物到清洁溶液中。被驱赶的污染物借由清洁溶液的溢流(overflow)，而从贮槽212中运输出到溢流区域216中。
贮槽212包括输入端口218，输入端口218用于引入清洁溶液到贮槽212。输入端口218连接到输入给料管219，输入给料管219与清洁溶液供给系统(例如，清洁溶液供给系统300)流体连通。
预清洁模块150b布置邻近于超声波清洁模块150a。预清洁模块150b接收已经由超声波清洁模块150a所清洁的基板102。在预清洁模块150b中，擦洗基板102的前侧表面(即，装置侧表面)，以从基板102去除一些污染物。在已经使用预清洁模块150b处理基板102之后，基板102自动传送到刷洗清洁模块150c。
如图2所示，预清洁模块150b包括配置以支撑基板102的平台222、配置以擦洗基板102的前侧表面的擦洗垫224、以及配置以在预清洁阶段期间，借由多个喷嘴227来朝向基板102的前侧和背侧表面喷洒清洁溶液的一对喷洒杆226。每个喷洒杆226包括输入端口228，输入端口228用于引入清洁溶液到喷洒杆226。输入端口228耦接至输入给料管229，输入给料管229与清洁溶液供给系统(例如，清洁溶液供给系统300)流体连通。在预清洁阶段期间，清洁溶液被施加到基板102的前侧和后侧表面，擦洗垫224相对于基板102转动，并且擦洗基板102的前侧表面，以从基板102的前侧表面去除污染物。
在一些实施例中，供给到预清洁模块150b的清洁溶液相同于供给到超声波清洁模块150a的清洁溶液。在一些实施例中，供给到预清洁模块150b的清洁溶液相同于供给到不同于供给到超声波清洁模块150a的清洁溶液。在一些实施例中，如果要在预清洁模块150a中使用与超声波清洁模块150a不同的化学品，则在将基板102送到预清洁模块150b之前冲洗基板102。
刷洗清洁模块150c布置邻近于预清洁模块150b。刷洗清洁模块150c接收已经由预清洁模块150b所清洁的基板102。在刷洗清洁模块150c中，擦洗基板102的两侧(即，前侧和后侧)，以从基板102去除污染物。在已经使用刷洗清洁模块150c来处理基板102之后，基板102自动传送到干燥模块152。
如图2所示，刷洗清洁模块150c包括配置以同时擦洗基板102的前侧和后侧二者的一对刷子232、以及配置以在刷洗清洁阶段期间，借由多个喷嘴236来朝向基板102的相反侧喷洒清洁溶液的一对喷洒杆234。每个喷洒杆234包括输入端口238，输入端口238用于引入清洁溶液到喷洒杆234。输入端口238耦接至输入给料管239，输入给料管239与清洁溶液供给系统(例如清洁溶液供给系统300)流体连通。在刷洗清洁阶段期间，刷子232相对于基板102旋转。刷子232擦洗基板102的前侧和背侧表面，以从基板102的前侧和背侧表面二者去除污染物。
在一些实施例中，供给到刷洗清洁模块150c的清洁溶液相同于供给到预清洁模块150b的清洁溶液。在一些实施例中，供给到刷洗清洁模块150c的清洁溶液不同于供给到预清洁模块150b的清洁溶液。在一些实施例中，如果要在刷洗清洁模块150c中使用与预清洁模块150b不同的化学品，则在将基板102送到刷洗清洁模块150c之前冲洗基板102。
所使用的清洁溶液的类型取决于要从基板102去除的污染物的类型。在一些实施例中，使用去离子(deionized，DI)水作为清洁溶液。在一些实施例中，使用酸作为清洁溶液，例如二羧酸(dicarboxylic)、氢氟酸(hydrofluoric acid，HF)或磷酸(phosphoricacid，H3PO4)。在一些实施例中，使用碱作为清洁溶液，例如氢氧化铵(ammonium hydroxide，NH4OH)。在一些实施例中，使用混合溶液作为清洁溶液。混合溶液的示例包括但不限于氢氧化铵(NH4OH)、过氧化氢(hydrogen peroxide，H2O2)和去离子水的混合物、或氟化氢铵(ammonium hydrogen fluoride，NH4F)、氢氟酸的混合物和去离子水的混合物。在一些实施例中，使用溶剂作为清洁溶液，诸如，举例来说，氯仿(chloroform，CHCl3)、二氯甲烷(CH2Cl2)、或苯(benzene，C6H6)、丙酮(acetone，(CH3)2CO)、或其混合物。
为了提高清洁效率，取决于残留在基板102上的污染物以及所使用的清洁溶液，在供给到各个清洁模块150a、150b、150c之前，清洁溶液加热到高于环境温度的温度或者冷却到低于环境温度的温度。在一些实施例中，清洁溶液被加热到介于30℃到100℃之间的温度。在一些实施例中，清洁溶液被冷却到介于-10℃到10℃之间的温度。相较于在环境温度下的清洁溶液，加热或冷却的清洁溶液有助于从基板102的表面去除更多的污染物。因此，提高整体装置产量和装置可靠性。
图3A是根据一些实施例的清洁溶液供给系统300A的示意图。清洁溶液供给系统300A适于供给清洁溶液到清洁模块150a、150b、150c，以去除在化学机械研磨制程之后留在基材102的表面的污染物。在一些实施例中，清洁溶液供给系统300A包括多个清洁流体源贮槽，例如，第一清洁流体源贮槽302a和第二清洁流体源贮槽302b、配置以混合来自清洁流体源贮槽302a、302b的化学品的化学混合器320、以及配置以在将清洁溶液供给到各别的清洁模块150a、150b、150c之前，加热或冷却清洁溶液的温度控制系统330。
每个清洁流体源贮槽302a、302b配置以容纳一清洁流体，以制备清洁溶液。在一些实施例中，第一清洁流体源贮槽302a是去离子水源贮槽，并且第二清洁流体源贮槽302b是化学品源贮槽。尽管示出并描述两个清洁流体源贮槽，但是取决于要在每个后化学机械研磨清洁阶段中使用的清洁溶液的成分，可以提供更少或更多的清洁流体源贮槽。
在一些实施例中，第一清洁流体源贮槽302a配置以直接供给去离子水到温度控制系统330、或可替换地供给到化学混合器320，以稀释来自第二清洁流体源贮槽302b的化学流体。第一清洁流体源贮槽302a经由管道304耦接到化学混合器320，并且耦接经由管道306耦接到温度控制系统330。阀308耦接到管道304和管道306。在一些实施例中，阀308是双向阀(two-way valve)，使得在一个阀位置时，阀308流体耦接第一清洁流体源贮槽302a到化学混合器320，因此允许从去离子水从第一清洁流体源贮槽302a流动到化学混合器320；而在另一个阀位置时，阀308流体耦接第一清洁流体源贮槽302a至温度控制系统330，以允许去离子水流从第一清洁流体源贮槽302a直接流动至温度控制系统330。
第二清洁流体源贮槽302b配置以直接供给化学流体到温度控制系统330、或可替换地供给到化学混合器320，在化学混合器320内，化学流体与去离子水或一或多个其他化学流体混合。在一些实施例中，化学流体包括酸或碱，例如氢氟酸(HF)、磷酸(H3PO4)、氢氧化铵(NH4OH)、或氟化氢铵(NH4F)。在一些实施例中，化学流体包括溶剂，例如，举例来说，氯仿(CHCl3)、二氯甲烷(CH2Cl2)、或苯(C6H6)、丙酮((CH3)2CO)。第二清洁流体源贮槽302b经由管道314耦接到化学混合器320，并且经由管道306耦接到温度控制系统330。阀318耦接到管道314和管道316。在一些实施例中，阀318是双向阀，使得在一个阀位置时，阀318流体耦接第二清洁流体源贮槽302b到化学混合器320，从而允许化学流体从第二清洁流体源贮槽302b流动到化学混合器320；而在另一个阀位置中，阀318直接流体耦接第二清洁流体源贮槽302b到温度控制系统330，以允许化学流体从第二清洁流体源贮槽302b流动到温度控制系统330。
化学混合器320配置以将一或多个化学流体与去离子水混合或混合不同的化学流体。化学混合器320包括混合元件，此混合元件适于在将混合物输送到温度控制系统330中之前混合及/或均化(homogenize)流体的流动。在一些实施例中，混合元件是静态混合器(static mixer)、动态混合器(dynamic mixer)和感应混合器(inductive mixer)或机械混合器(mechanical mixer)。化学混合器320经由管道322的阀324耦接到管道322的阀324的开口耦接到温度控制系统330允许混合物化学流体的以从化学混合器320流至温度控制系统330。
温度控制系统330配置以在清洁溶液供给到各别的清洁模块150a、150b、150c之前，当清洁溶液通过温度控制系统330时，将清洁溶液加热或冷却至预定温度，从而便于导因于化学机械研磨制程的去除在基板(例如基板102)的表面上的污染物。在一些实施例中，温度控制系统330包括加热装置332、冷却装置334、热感应器336、以及温度控制器338。尽管加热装置332和冷却装置334被描绘为单独的元件，但是应当理解的是，温度控制系统330可以包括单一加热/冷却装置，其同时包含加热和冷却元件。在一些实施例中，温度控制系统330可以包括显示器，举例来说，发光二极管(light emitting diode，LED)显示器或液晶显示器(liquid crystal display，LCD)。显示器可以显示与温度控制系统330有关的信息，举例来说，来自热感应器336的温度。在一些实施例中，温度控制系统330还可以包括电源，此电源配置以向温度控制系统330的各个部件提供电力。
加热装置332配置以将清洁溶液加热到高于环境温度的温度，以促进从基板102的表面去除污染物。在一些实施例中，加热装置332配置以将清洁溶液加热至大约30℃至大约100℃之间的温度。如果温度太低，在一些情况下，清洁溶液的清洁效率降低。如果温度太高，在一些情况下，存在基板融化或清洁溶液沸腾的风险。在一些实施例中，加热装置332是电阻加热器，以产生热能。
冷却装置334配置以将清洁溶液冷却至低于环境温度的温度，以促进从基板102的表面去除污染物。在一些实施例中，冷却装置334配置以将清洁溶液冷却至大约-10℃至大约10℃之间的温度。如果温度太低，在一些情况下，存在清洁溶液冻结的风险。如果温度太高，在一些情况下，清洁溶液的清洁效率降低。在一些实施例中，冷却装置是制冷压缩机(refrigeration compressor)，以产生冷却流(冷却剂(coolant)或去离子水)。
温度感应器336配置以监测清洁溶液的温度，并且向温度控制器338提供信号，温度控制器338控制对加热装置332或冷却装置334的电力。在一些实施例中，温度感应器336是热电偶(thermocouple)。热电偶可以包括任何类型的热电偶，例如，举例来说，S、B、K、E、J、T、或N型(type S,B,K,E,J,T,or N)。表1中总结了几种标准化热电偶类型的特性。在一些实施例中，温度感应器336是电阻温度检测器。在一些实施例中，温度感应器336是热敏电阻(thermistor)。
表1
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温度控制器338配置以接收来自温度感应器336的信号，并且基于来自温度感应器336的信息，而控制加热装置332和冷却装置334的操作。在一些实施例中，温度控制器338调节输送给加热装置332或冷却装置334的电力，以控制清洁溶液的温度，例如高于或者低于环境温度的目标温度(即，预定温度)。基于要去除的污染物的类型而决定目标温度。在清洁溶液的温度达到目标温度之后，清洁溶液借由对应的输入给料管219、229、239而供给到个别的清洁模块150a、150b、150c。
取决于在对应的清洁模块150a、150b、150c中所使用的清洁溶液的类型和要被清洁的污染物的类型，在一些实施例中，输送到不同的清洁模块的清洁溶液的温度(即，超声波清洁模块150a、预清洁模块150b、刷洗清洁模块150c)是相同的，而在其他实施例中，输送到不同的清洁模块的清洁溶液的温度(即，超声波清洁模块150a、预清洁模块150b、刷洗清洁模块150c)是不同的。
图3B是根据一些实施例的清洁溶液供给系统300B的示意图。在一些实施例中，清洁溶液供给系统300B与图3A中所示的清洁溶液供给系统300A之间的差异为在清洁溶液供给系统300B中，每个清洁模块(即，超声波清洁模块150a、预清洁模块150b、刷洗清洁模块150c)设置有温度控制系统330，以控制流到每个对应的清洁模块150a、150b、150c的清洁溶液的温度。因此，清洁溶液供给系统300B允许同时提供具有不同的温度的清洁溶液给各别的清洁模块150a、150b、150c。
图4是根据一些实施例的使用化学机械研磨系统(例如，化学机械研磨系统100)来清洁基板的方法400的流程图。为了说明，将使用图1至图3B中所示的示意图来描述流程图。对于不同的实施例，可以替换或删除所描述的一些阶段。可以在半导体装置结构中添加其他特征。对于不同的实施例，以下描述的某些功能可以替换或删除。
方法400包括操作402，在操作402中，一或多个基板(例如，基板102)设置在研磨系统(诸如研磨系统106)中。在一些实施例中，基板102借由一或多个机械手臂(诸如接口机械手臂112和装载机械手臂140)而从基板盒114传送到研磨系统106中。
方法400继续到操作404，在操作404中，施行化学机械研磨制程。在化学机械研磨制程期间，将浆料施加到研磨系统106的研磨垫142上，并且使用浆料借由研磨垫142来研磨基板102。在研磨之后，诸如浆料残留物和研磨残留物的污染物残留在基板102上。
方法400继续到操作406，在其中，在研磨基板102之后，基板102从研磨系统106移除，并且传送到超声波清洁模块150a。
方法400继续到操作408，在操作408中，具有目标温度的清洁溶液从清洁溶液供给系统300供给到超声波清洁模块150a中。取决于所使用的清洁溶液的类型，在温度控制系统300中，清洁溶液被加热装置332加热或被冷却装置334冷却，以达到目标温度，在目标温度下可获得改善的污染物去除效率。清洁溶液的温度由温度感应器336监测。温度感应器336提供的信息由温度控制器338使用，以控制加热装置332或冷却装置334的操作。
方法400继续至操作410，在操作410中，使用超声波清洁模块150a施行第一清洁过程。在第一清洁制程期间，基板102浸入到加热或冷却的清洁溶液中，并且超声波能量施加到清洁溶液，以搅动的清洁溶液，从而从基板102的表面驱赶污染物。
方法400继续至操作412，在操作412中，在使用超声波模块150a清洁基板102之后，将基板102从超声波模块150a移除，并传送到预清洁模块150b中。
方法400继续到操作414，在操作414中，具有目标温度的清洁溶液从清洁溶液供给系统300被供给到预清洁模块150b中。取决于所使用的清洁溶液的类型，在温度控制系统300中，清洁溶液被加热装置332加热或被冷却装置334冷却，以达到目标温度，在目标温度下可获得改善的污染物去除效率。清洁溶液的温度由温度感应器336监测。温度感应器336提供的信息由温度控制器338使用，以控制加热装置332或冷却装置334的操作。
方法400继续至操作416，在操作416中，使用预清洁模块150b施行第二清洁过程。在第二清洁过程期间，基板102的前侧表面由清洁垫222所擦洗，同时加热或冷却的清洁溶液喷洒到基板102的前侧表面和背侧表面二者，从而从基板102的表面去除污染物。
方法400继续到操作418，在操作418中，在使用预清洁模块150b清洁基板102之后，将基板102从预清洁模块150b中移除，并传送到刷洗清洁模块150c中。
方法400继续到操作420，在操作420中，具有目标温度的清洁溶液从清洁溶液供给系统300供给到刷洗清洁模块150c中。取决于所使用的清洁溶液的类型，在温度控制系统300中，清洁溶液被加热装置332加热或被冷却装置334冷却，以达到目标温度，在目标温度下可获得改善的污染物去除效率。清洁溶液的温度由温度感应器336监测。温度感应器336提供的信息由温度控制器338使用，以控制加热装置332或冷却装置334的操作。
方法400继续到操作422，在操作422中，使用刷洗清洁模块150c施行第三清洁过程。在第三清洁过程期间，基板102的前侧表面和背侧表面二者由对应的清洁刷子232所擦洗，同时加热或冷却的清洁溶液喷洒到基板102的前侧和背侧表面，从而从基板102的表面去除污染物。
方法400继续到操作424，在操作424中，在连续的清洁阶段以实质上从基板102的表面去除污染物之后，基板102被传送到干燥模块152，在干燥模块152中基板102被冲洗、旋转、和干燥，举例来说，使用去离子水和异丙醇(isopropyl alcohol，IPA)。
图5是根据一些实施例的用于控制化学机械研磨系统100的控制系统500的方块图。根据一些实施例，控制系统500产生用于控制化学机械研磨系统100的一或多个组件的操作的输出控制信号。根据一些实施例，控制系统500接收来自化学机械研磨系统100的一或多个组件的输入信号。在一些实施例中，控制系统500位于邻近化学机械研磨系统100。在一些实施例中，控制系统500远离化学机械研磨系统100。在一些实施例中，使用控制系统500来实现控制器160(图1)和控制器338(图3A和图3B)。
控制系统500包括处理器502和用计算机程序代码506(即一组可执行指令)编码(即存储)的非暂时性(non-transitory)计算机可读存储媒体504。计算机可读存储媒体504还编码有用于与化学机械研磨系统100的组件接口的指令507。处理器502经由总线508电性耦接到计算机可读存储媒体504。处理器502还经由总线508电性耦接到输入/输出接口(I/Ointerface)510。网络接口512还电性连接到处理器502经由总线508。网络接口512连接到网络514，使得处理器502和计算机可读存储媒体504能够经由网络514连接到外部元件。处理器502配置以执行编码在计算机可读存储媒体504中的计算机程序代码506，以使控制系统500可用于施行关于化学机械研磨系统100所述的一部分或全部操作。
在一些实施例中，处理器502是中央处理单元(central processing unit，CPU)、多处理器(multi-processor)、分布式处理系统(distributed processing system)、特殊应用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、及/或合适的处理单元。
在一些实施例中，计算机可读存储媒体504是电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外线的、及/或半导体系统(或设备或装置)。举例来说，计算机可读存储媒体504包括半导体或固态存储器(solid-state memory)、磁带(magnetic tape)、可移除计算机磁盘(removable computer diskette)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、只读存储器(read-only memory，ROM)、硬磁盘(rigid magnetic disk)、及/或光盘(opticaldisk)。在使用光盘的一些实施例中，计算机可读存储媒体504包括光盘只读存储器(compact disk-read only memory，CD-ROM)、读/写光盘(compact disk-read/write，CD-R/W)、及/或数字影像光盘(DVD)。
在一些实施例中，存储媒体504存储计算机程序代码506，计算机程序代码506配置以使控制系统500施行如关于化学机械研磨系统100所描述的操作。在一些实施例中，存储媒体504还存储施行关于化学机械研磨系统100所描述的操作所需的信息，例如感应器参数516、目标温度参数518、及/或一组可执行指令，以施行如关于化学机械研磨系统100所描述的操作。
在一些实施例中，存储媒体504存储用于与化学机械研磨系统100接口的指令507。指令507使处理器502能够产生可由化学机械研磨系统100的元件所读取的操作指令，以有效地实现如关于化学机械研磨系统100所描述的操作。
控制系统500包括输入/输出接口510。输入/输出接口510耦接到外部电路。在一些实施例中，输入/输出接口510包括键盘、小键盘(keypad)、鼠标、轨迹球(trackball)、触控面板、及/或游标方向键，以用于将信息和命令传达给处理器502。
控制系统500还包括耦接到处理器502的网络接口512。网络接口512允许控制系统500与网络514通信，其中一或多个其他计算机系统连接到网络514。网络接口512包括无线网络接口，例如蓝牙(BLUETOOTH)、无线网络(WIFI)、全球互通微波存取(WIMAX)、通用封包无线服务(GPRS)、或宽频码分多址(WCDMA)；或有线网络接口，例如以太网络(ETHERNET)、通用序列总线(USB)或火线接口(IEEE-1394)。
控制系统500配置以借由输入/输出接口510接收与所述信息温度感应器，例如，温度感应器336(图3A和图3B)。此信息经由总线508被传送到处理器502，并且然后作为感应器参数516被存储在计算机可读媒体504。控制系统500配置以借由输入/输出接口510接收与目标温度有关的信息。在一些实施例中，从操作员接收目标温度信息。信息作为目标温度参数518存储在计算机可读媒体504中。
在操作期间，在一些实施例中，处理器502执行一组指令，以确定清洁溶液的温度是否已经达到目标温度。基于上述的确定，处理器502产生控制信号，以指示加热装置332或冷却装置334来调节清洁溶液的温度。在一些实施例中，使用输入/输出接口510发送控制信号。在一些实施例中，使用网络接口512来传送控制信号。
根据本公开一些实施例，提供一种清洁系统，包括至少一清洁模块、以及一清洁溶液供给系统。至少一清洁模块配置以在一化学机械研磨(CMP)制程之后接收一基板，并且使用一清洁溶液去除在基板上的多个污染物。洁溶液供给系统配置以将清洁溶液供给到至少一清洁模块。清洁溶液供给系统包括至少一温度控制系统。至少一温度控制系统包括一加热装置、一冷却装置、一温度感应器以及一温度控制器。加热装置配置以加热清洁溶液。冷却装置配置以冷却清洁溶液。温度感应器配置以监测清洁溶液的一温度。温度控制器配置以控制加热装置及冷却装置。
在一些实施例中，至少一清洁模块包括一超声波清洁模块，超声波清洁模块配置以使用超声波能量从基板的一前侧面及一背侧面去除污染物。在一些实施例中，至少一清洁模块包括一预清洁模块，预清洁模块配置以使用一垫从基板的一前侧表面去除污染物。在一些实施例中，至少一清洁模块包括一刷洗清洁模块，刷洗清洁模块配置以使用一对刷子从基板的一前侧面及一背侧面去除污染物。在一些实施例中，加热装置配置以将清洁溶液加热至大约30℃至大约100℃的范围的温度。在一些实施例中，冷却装置配置以将清洁溶液冷却至大约-10℃至10℃的范围的温度。在一些实施例中，温度感应器包括一热电偶、一电阻温度检测器或一热敏电阻。在一些实施例中，清洁溶液包括一酸性溶液或一碱溶液。在一些实施例中，清洁溶液包括氢氟酸、磷酸、氢氧化铵、过氧化氢、或其混合物。在一些实施例中，清洁溶液包括去离子水。在一些实施例中，清洁溶液包括氯仿、二氯甲烷、或苯、丙酮、或其混合物。
根据本公开另一些实施例，提供一种化学机械研磨(CMP)系统，包括：一研磨系统，配置以研磨一基板；以及一清洁系统，配置以在基板已经在研磨系统中研磨之后，去除残留在基板上的多个污染物，清洁系统包括：多个清洁模块，其中清洁模块中的一第一清洁模块配置以施行一第一清洁制程，并且清洁模块中的一第二清洁模块配置以施行一第二清洁制程；以及一清洁溶液供给系统，配置以供给在一第一温度的一第一清洁溶液至第一清洁模块，并且供给在一第二温度的一第二清洁溶液至第二清洁模块，其中第一温度不同于第二温度。
在一些实施例中，第一清洁溶液不同于第二清洁溶液。在一些实施例中，清洁溶液供给系统包括：多个清洁流体源贮槽，配置以保持一清洁流体；一化学混合器，配置以混合来自清洁流体源贮槽的两个或更多个清洁溶液；以及一温度控制系统，其中温度控制系统配置以加热或冷却来自对应的清洁流体源贮槽或化学混合器的一清洁溶液至一预定温度。在一些实施例中，温度控制系统包括：一加热装置，配置以加热清洁溶液；一冷却装置，配置以冷却清洁溶液；一温度感应器，配置以监测清洁溶液的一温度；以及一温度控制器，配置以控制加热装置及冷却装置。
根据本公开又另一些实施例，提供一种在化学机械研磨(CMP)制程之后清洁一基板的方法，包括：提供需要去除多个化学机械研磨污染物的一基板到一清洁模块中；向清洁模块供给一清洁溶液，清洁溶液的一温度高于或低于一环境温度；以及使用清洁溶液从基板去除化学机械研磨污染物。
在一些实施例中，在化学机械研磨制程之后清洁一基板的方法还包括使用一加热装置将清洁溶液加热至大约30℃至大约100℃的范围的温度。在一些实施例中，在化学机械研磨制程之后清洁一基板的方法还包括使用一冷却装置将清洁溶液冷却至大约-10℃至大约10℃的范围的温度。在一些实施例中，在化学机械研磨制程之后清洁一基板的方法还包括使用一温度感应器监测清洁溶液的温度。在一些实施例中，在化学机械研磨制程之后清洁一基板的方法还包括基于基板上的化学机械研磨污染物的多个类型来调节清洁溶液的温度。
前述概述了几个实施例的特征，使得本领域中具有通常知识者可以更好地理解本公开的各个实施例。本领域中具有通常知识者应该理解，他们可以容易地将本公开用作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相同的目的及/或实现相同的优点。本领域中具有通常知识者还应该认识到，这样的均等构造不脱离本公开的精神和范围，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，他们可以在这里进行各种改变，替换和变更。

Claims (1)

1.一种清洁系统，包括：
至少一清洁模块，配置以在一化学机械研磨制程之后接收一基板，并且使用一清洁溶液去除在该基板上的多个污染物；以及
一清洁溶液供给系统，配置以将该清洁溶液供给到该至少一清洁模块，其中，该清洁溶液供给系统包括至少一温度控制系统，该至少一温度控制系统包括：
一加热装置，配置以加热该清洁溶液；
一冷却装置，配置以冷却该清洁溶液；
一温度感应器，配置以监测该清洁溶液的一温度；以及
一温度控制器，配置以控制该加热装置及该冷却装置。
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