JP2009525603A - パルス薬液分配システム - Google Patents

Abstract

本発明は、コストを削減した液体処理ユニット（100）に関する。本発明によれば、制御バルブ（118,120,122）の入力ポートに接続された制御ユニット（152）が、基板の所定若しくは所望の温度及び／又は基板での気体雰囲気の所定若しくは所望の圧力における基板上の処理液の蒸発速度に基づいて、液体処理のために基板に塗布される分配パルスの数、個々の分配パルスの各パルス継続時間、並びに個々の分配パルス間の各分配中断時間を設定するように構成されている。このようにして、処理液の使用を最小量まで低減し、それにより処理液を分配および洗浄するためのコストを削減する。

Description

本発明は、基板を処理するための液体処理ユニット、化学機械平坦化（ＣＭＰ）装置および基板の液体処理方法に関するものである。

化学機械平坦化は、集積回路装置中の相互接続構造の誘電体および金属層の双方のグローバル平坦化を可能にする技術である。化学機械平坦化は、化学機械研磨という名称およびＣＭＰという略称でも知られている。

ＣＭＰプロセスは、平坦化すべき基板表面を下に向けた状態でウェハをキャリア上に搭載することにより行われる。次に、平坦化パッドを含むプラテンにキャリアを押し付ける。研磨剤を含有するスラリーをパッド上に滴下、或いはパッド全体に供給する。プラテンおよびキャリアは、両方ともお互いに独立して回転する。一部のＣＭＰ手段は線形運動、残りは平坦化パッドの軌道運動を用いる。

ＣＭＰは、サブミクロン集積回路装置の製造を可能にする技術の要であり、そして、過去２０年に亘り開発されている。しかしながら、ＣＭＰプロセスの種々の態様は、未だに継続的な調査および開発下にある。基本的に、各ＣＭＰの使用は、その独自のスラリー組成と、ＣＭＰプロセスの前および後の基板の化学処理とを必要とする。例えば、個々のＣＭＰプロセスは、ダマスク模様のアルミニウム相互接続、タングステン、および銅相互接続用に開発された。個々のＣＭＰプロセスは、二酸化ケイ素や、最近では、低誘電率誘電体のような種々の誘電体用に開発された。

ＣＭＰプロセスの発展は、ＣＭＰ装置の発展に付随して起こっている。ＣＭＰ研磨手段および研磨パッド、スラリーのようなＣＭＰ消耗品によりもたらされる中心機能の傍で、ＣＭＰの洗浄問題に対して高い注目が払われてきた。ＣＭＰは、ウェハ欠陥を持ち込むことができる、もともと汚いプロセスである。残余スラリーが、異物、金属汚染物および薬品を持ち込むことができ、それらは全てウェハまたはチップ製造の追加の処理工程にとって有害である。ＣＭＰ後洗浄工程の主な目標は、スラリー粒子、有機残渣または金属イオンの無いウェハを提供することである。研磨後洗浄技術は、ＣＭＰの後、追加の処理のためにクリーンルームに戻されるときにウェハが汚染されないように発展している。

処理液の塗布を含むＣＭＰの枠組みにおける追加的な既知の処理工程は、表面のパッシベーション、例えば銅の酸化または腐食を防止する銅表面のパッシベーションを包含する。この工程は、ＣＭＰ装置の入力ステーションおよび出力ステーションで一般的に適用される。処理液の塗布は、研磨プラテンの間でも知られており、研磨手段が非稼働となった場合に粒子凝集、腐食、或いはウェハの乾燥を防止する。

米国特許第６，９２７，１９８号明細書は、銅膜の研磨後に半導体基板を洗浄するための方法および装置を記載している。この文書に開示された方法によれば、研磨された銅層を有する半導体基板を洗浄機中に設置する。基板は両面を同時に洗浄される。この洗浄プロセスの間に、洗浄液の形で処理液を基板両面に塗布して、汚染物の除去を補助および／または達成する。洗浄液は、脱イオン水中の薬品の混合物である。洗浄後、追加の洗浄のために、基板を出力ステーションに移送する前に、基板をリンス、回転、乾燥ステーションの形式で液体処理ユニット内に配置する。そこで、基板は、貯蔵庫または別の洗浄若しくは処理システムへと移送するためにカセットに設置される。

当業者に周知のように、液体処理の前にほんの短い時間、例えば取り外しを待つ間、大気に曝されたウェハは、汚れを落とすことが非常に困難であり、また、時には不可能である。金属研磨スラリーの迅速な除去も、そのようなスラリーは研磨が終了した後でも反応を続け、そして基板表面から材料を除去できるので、重要と考えられる。従って、米国特許第６，９２７，１９８号明細書に開示されているような従来技術の液体処理ユニットは、処理される基板表面が乾燥しないことを確実にするために、処理液の連続的な流れを提供する。

従って、ＣＭＰプロセスとの関連で、基板表面の液体処理プロセスは大量の処理液を必要とする。処理液の消費が、処理液を分配することだけでなく、使用済みの汚染された処理液の廃棄にも高いコストを伴うので、ＣＭＰ処理コストは高く、そして製造された集積回路装置も同様に高価になる。

液体処理ユニット、特に処理コストを削減する化学機械平坦化装置用の液体処理ユニットを提供することが望ましい。基板の液体処理のための処理コストを、特に化学機械平坦化プロセスにおいて削減する液体処理方法を提供することは、本発明の更なる目的である。

本発明の第１態様によれば、基板を処理するための液体処理ユニットが提供される。該液体処理ユニットは、処理液を貯蔵するリザーバと、該リザーバと連絡する入力ポートと出力ポートとを有し、且つ該入力ポートで受け取った処理液を基板上に分配するように構成したディスペンサーと、制御入力ポートを有し、前記リザーバと前記ディスペンサーの出力ポートとの間の液体連絡通路に配置し、且つ前記制御入力ポートで受け取ったバルブ制御信号に従って液体連絡通路を開閉するのに適合した制御バルブとを備える。

液体処理ユニットは、制御バルブの制御入力ポートに接続し、且つ基板の所定若しくは所望の温度及び／又は気体雰囲気の所定若しくは所望の圧力、並びに／又は流体の所定若しくは所望の温度及び圧力における基板上の処理液の蒸発速度に基づいて、前記基板に適用すべき液体処理用の分配パルスの数、個々の分配パルスの各パルス継続時間、および個々の分配パルス間の各分配中断時間を設定し、また前記設定した分配パルスの数、各分配パルス継続時間、および個々の分配パルス間の各分配中断時間を有する分配パルスシーケンスに従い前記液体連絡通路を開閉するために前記制御バルブに一連のバルブ制御信号を発生及び提供するのに適合した制御ユニットを更に備える。

本発明の第１態様の液体処理ユニットは、処理液の消費量の著しい低減を可能にする。「処理液」という語は、脱イオン水中の異なる薬品の溶液を含む処理液薬品の全種類を包含する。しかしながら、本発明は、研磨パッド上にスラリーを分配することに関するものではない。従って、「処理液」という語は、実際のＣＭＰ工程で使用されるスラリーを含むように解釈すべきでない。

本明細書で言及する適用例は、主にＣＭＰの分野における発明の好適な使用に合わせて作られているが、本発明の第１態様の液体処理ユニットの使用は、ＣＭＰに限定されるものとして解釈すべきでないことに留意する。液体処理ユニットは、基板のどの液体処理にも使用できる。

対応して、「液体処理」という語は、処理液を使用した加工基板の処理の全種類を包含する。特に、ＣＭＰプロセスの枠組みにおいて、「液体処理」という語は、上記従来技術の記載において言及されている実施例を含むが、スラリーを使用して行われる実際のＣＭＰ工程ではない。

「パルス」という語は、本明細書において、基板表面に液体処理を施す総時間より短い、或いは、最大で等しい時間に及ぶ一つの分配インパルスの意味で使用する。「パルス」という語は、インパルスシーケンスの意味では使用されない。

液体処理用の分配パルスシーケンスは、一つのパルスまたは複数のパルスを備えても良い。いくつかの用途においては、通常、一つの分配パルスで十分である。この場合の典型例は、相互接続積層体のＣｕ表面のパッシベーション処理である。従って、制御ユニットは、分配パルスの数を１に設定し、そして一つの分配パルスの必要な継続時間を決定する。しかしながら、液体処理により作り出したパッシベーション層を再生する必要がある場合には、任意のより高い分配パルスの数を適用できる。

本発明の第１態様の液体処理ユニットにおいて、処理液を収容したリザーバと、ディスペンサーとの間の液体連絡通路に制御バルブを配置する。制御バルブの動作は、制御ユニットにより制御される。制御ユニットは、ＣＭＰプロセスとの関係において、基板の液体処理の間、処理液のパルス送出を可能にする。

各分配パルスで分配される処理液の量は、基板の所定若しくは所望の温度及び／又は基板を液体処理工程の間若しくは後に貯蔵する気体雰囲気の所定若しくは所望の圧力における基板上の処理液の蒸発速度に依存する。蒸発速度の圧力依存は、例えば雰囲気圧力が既知の処理定数の場合には、装置実装に貢献しなくても良いことに留意する。従って、液体処理ユニットの一態様は、処理パラメータの設定のために温度のみを使用する。他方、温度でなく処理圧力が実際上は決定的なパラメータである場合の処理条件が存在しても良い。従って、液体処理ユニットの一態様は、処理パラメータの設定のために圧力のみを使用する。また一方、他の処理環境においては、両方のパラメータが処理パラメータの設定に影響を与える。

それ自体は既知の他のパラメータは、一つの分配パルスの特定の処理結果を達成するために必要な処理液の量に影響を与え、或いは、与えなくても良い。処理液の必要量を入れた詳細なパラメータは、一般に液体処理の特定の目的、そして特には特定の分配パルスによって決まる。一般に液体処理の目的は、処理液の組成の選択に対する基本的基準でもある。もちろん、特定の目的および処理される特定の基板表面に適しているとして知られている処理液が、選択されなければならない。原則として、各処理液は、温度および圧力において蒸発速度の独自の特性依存を有する。分配パルスシーケンスの個々の分配パルスの目的は、同一または異ならせることができる。例えば、第１分配パルスは、金属表面上にパッシベーション層を作製するように働き、一方、同一シーケンスの次の分配パルスは、そのパッシベーション層の再生しか必要としない。目的におけるこの違いは、各分配パルスに必要な処理液の量、ひいてはその継続時間に影響を及ぼし得る。所定の実施例において、再生パルスは、通常少量の処理液を必要とする。

制御ユニットは、所定若しくは所望の温度及び／又は雰囲気圧力値に基づいて分配パルスシーケンスのパラメータを設定するように構成される。以下に、「所定」および「所望」の語がより詳細に説明される。

「所定」の温度または雰囲気圧力とは、制御ユニットの動作の間における、現在または現在に近い時点での測定可能量をいう。例えば、基板が、ＣＭＰ工程の後にキャリアから取り外されるのを待つ間に湿った状態で保持される場合、基板の現在温度およびプロセス領域中のキャリア上の基板での気体雰囲気の圧力は、当然、特定の処理液の既知の各蒸発特性に加えて、適当な処理液の現在の蒸発速度を決定する。

他方、例えば、基板が液体処理工程の直後に液体処理ユニット外側の異なるユニット中で貯蔵される場合、その異なるユニット中の基板の温度およびその異なるユニットで使用される圧力が、処理液の蒸発速度を決定する。従って、基板の「所望」の温度および気体雰囲気の「所望」の圧力と言った場合、これは、次の処理段階の温度および圧力をいい、それは、分配パルスのパラメータが設定される時には未だ測定可能でない。

基板の「所望」の温度の別の例として、ある特定の状況では、例えばフラッシュライトイルミネーションにより、処理液を塗布した後すぐに基板の貯蔵位置を変化させることなく基板の温度を変更することは有用であり得る。そのような温度上昇は、所望の液体処理結果が低温の時より早く達成できるように、化学反応を活性化、所望の処理結果を向上、或いは液体処理を促進するために有用である。同様に、そこには、変更した「所望」の圧力に基づいて液体処理が向上する状況があり得る。

従って、所定または所望の温度および圧力条件下での処理液の蒸発速度は、液体処理のために基板に塗布される分配パルスの数、個々の分配パルスの各パルス継続時間および個々の分配パルス間の各分配中断時間を設定する際に、制御ユニットにより考慮に入れられる。これらのパラメータは、分配パルスシーケンスを規定し、分配パルスシーケンスは、制御バルブの動作を制御するバルブ制御信号の提供の効果により使用される。

制御バルブが、対応するバルブ制御信号に応じてリザーバとディスペンサーとの間の液体連絡通路を開いた時、処理液の分配が始まる。これは、リザーバから液体連絡通路を越えてディスペンサーへと必要な圧力をもたらす従来周知の手段により達成される。例えば、ポンプを使用することができる。制御バルブが、別のバルブ制御信号に応じてリザーバとディスペンサーとの間の液体連絡通路を閉じた場合、処理液の分配が停止する。分配パルスシーケンスの設定パラメータに従い、制御バルブのこの動作の時期を決めることにより、本発明の液体処理ユニットは、処理液のパルス分配をもたらす。

本発明に従う処理液のパルス分配は、従来技術のＣＭＰ装置用液体処理ユニットを超えて、基板当たりに必要な処理液の量の相当な減少を達成する。これは、ＣＭＰ段階の処理コストおよび化学廃棄物処理の関連コストを削減し、そして、ＣＭＰを用いて作製される集積回路装置のコスト削減を支援する。或いは、薬品に関連するコストを増加することなく、処理効率を増加し得る。本発明は、コストを増加させることなく希釈率の低減を可能にすることで、希釈処理液の性能を向上する。従って、本発明の適用は、化学製品の消費を低減することによる環境上の効果も有する。

液体処理ユニットは、分離アドオンモジュール(separate add-on module)を形成することができる。本発明の液体処理ユニットを加えることにより、ＣＭＰ装置のような既存の処理装置を改善して、ＣＭＰ工程の処理コストと同様に処理コストを削減することができる。

好適な実施態様において、本発明の液体処理ユニットは、ＣＭＰ装置の不可分部分を形成する。

以下、本発明の第１態様の液体処理ユニットの好適な実施態様を記載する。互いに選択的であると特に記載しない限り、実施態様は互いに組み合わせることができる。

本発明の液体処理ユニットの好適な実施態様は、基板ホルダと、制御ユニットに接続し、且つ、基板ホルダ上の基板の存在を確認して第１モニタリング信号を制御ユニットに提供するように構成された関連第１モニタリングユニットとを備え、第１モニタリング信号は、基板が基板ホルダ上に存在するか否かを示し、ここで、制御ユニットは、制御バルブに閉まるように指示する制御信号を制御バルブに提供するように構成されている。好ましくは、制御ユニットは、基板ホルダ上に基板が存在しないことをモニタリング信号が示した場合に制御バルブを閉めるように指示する制御信号を制御バルブに提供するように構成されている。この液体処理ユニットの実施態様は、基板が基板ホルダ上に存在しない場合に、処理液の分配を中断する。このように、追加の処理液を節約することができる。分配パルスシーケンスの適用は、基板ホルダ上の基板の存在と関連させることができる。基板が存在しない場合、制御バルブを閉じる。

選択的に、別の実施態様において、同様の理由のために液体処理ユニットを化学的に処理する必要がある。例えば、液体処理ユニットの化学処理は、乾燥するのを防止するためにステーションが湿った状態に保たれることを意味し、或いは、ステーションからスラリーおよび他の粒子を除去するために洗浄薬品を使用すること意味し得る。この場合に、ステーションへの薬品のパルス塗布を使用しても良い。本実施態様は、前の選択的な実施態様と比べて、別の液体を分配することを含み得る。

前述した選択的な実施態様の両者を組み合わせるためには、液体の分配を停止すべきか、或いは、開始／継続すべきかを識別することを可能にする追加のセンサー手段を設けなければならない。

本発明の液体処理ユニットの追加的な実施態様において、基板ホルダと、第２モニタリングユニットとが設けられる。第２モニタリングユニットは、制御ユニットに接続し、且つ、基板ホルダからの基板の除去を検出して、基板が基板ホルダから除去されたことを示す第２モニタリング信号を制御ユニットに提供するように構成されている。この実施態様は、それぞれが液体処理ユニットの個々の実施態様を形成するいくつかの有用な用途の基礎を形成する。ウェハの存在または不存在が、それぞれ液体処理を始動または停止する。初期分配パルスは、ウェハが検出されると直ぐに塗布することができる。それに続くパルスシーケンスは、現在の温度および圧力条件、並びに処理液またはウェハの特性に従って制御ユニットで決定できる。好ましくは、液体処理ユニットは、基板温度を示す温度信号を提供するように構成された温度センサーを備える。好ましくは、液体処理ユニットは、基板ホルダ近傍の気体雰囲気の圧力を示す圧力信号を制御ユニットに提供するように構成された圧力センサーも備える。これは、制御ユニットが適合する一実施態様を可能にする。入力温度および／または圧力信号をモニタリングし、そして液体処理のために基板に塗布される分配パルスの前記数、個々の分配パルスの各パルス継続時間および／または個々の分配パルス間の各分配中断時間を調整する。このように、処理液の分配量および分配パルスシーケンスの特性は、変化する温度および圧力条件に適合させることができる。

複数の処理液が必要であっても、例えば既知のＣＭＰ装置において、物理的な制限により複数のディスペンサーが実現可能でないかもしれない。本発明の液体処理ユニットの好適な実施態様を形成する選択的な解決策は、それぞれが個別の異なる処理液用の複数のリザーバと、それぞれ制御入力ポートを有すると共に、各リザーバとスプレーディスペンサーの出力ポートとの間の各液体連絡通路に配置され、且つ、制御入力ポートで受け取ったバルブ制御信号に従って各液体連絡通路を開閉するように構成された対応する複数の制御バルブとを備えており、ここで制御ユニットは更に、各制御バルブのために各バルブ制御信号を発生および提供するように構成されている。この複数制御バルブシステムを使用することにより、複数の処理液で基板表面を処理することができ、或いは、特定の化学処理を必要とする様々な基板上で異なる薬品を使用できるようになる。

処理液も、同時に塗布することができる。従って、更なる好適な実施態様は、片側にある複数のリザーバと、反対側にあるディスペンサーとの間の液体連絡通路に相互接続し、且つ、予め定められた混合比に従い流入してくる処理液の均一混合物をディスペンサーに分配するように構成された混合ユニットを備える。

多くのＣＭＰ手段の特異点は、それらが複数のウェハ処理キャリアを使用することである。従って、好適な実施態様は、対応する複数の基板を保持し、引き続いて基板のそれぞれ一つを液体処理に曝すように構成された複数のキャリアを有するキャリアユニットを備える。

しかしながら、一つ以上のＣＭＰキャリアが基板を取り付けない状況が起こり得る。例えば、全容量のＮ枚の基板の代わりに、Ｎ−１枚の基板のみが分配される。これは、Ｎ−１個のキャリアのみが動作した、換言すれば実際に機能した、或いは、言い換えれば運転可能であったことを意味する。液体処理ユニットの本実施態様は、制御ユニットと接続した第２モニタリングユニットを含有する。第２モニタリングユニットは、動作キャリアの数を検出し、そして動作キャリアの数を示す第２モニタリング信号を発生および提供するように構成されている。この実施態様の制御ユニットは、各動作キャリアのためにバルブ制御信号シーケンスを制御バルブへ発生および提供するように、つまり、入力ステーション中の動作キャリア上の基板の時間遅延にシーケンスを適合させるように構成されている。このように、処理液は動作キャリアの数に基づいて異なるシーケンスで分配される。

従って、本発明の液体処理ユニットの本実施態様は、処理液ひいては処理コストを更に節約するのに役立つ。

処理液を節約するための更に別の解決策は、再使用し得る使用済み処理液を回収することである。従って、本発明の液体処理ユニットの更に好適な実施態様は、使用済み処理液を回収するように配置および構成された回収容器を基板ホルダの処理位置の下に有する処理剤回収ユニットを備える。通常、処理液は最初の使用後に汚染される。従って、回収容器と液体連絡し、且つ、回収した処理液をろ過および／または浄化するように構成された浄化ユニットを含有することは有利である。

浄化ユニットの出口は、好ましくはリザーバと接続している。

液体を分配するための好適な様式は、スプレーの形式である。従って、ディスペンサーは、好ましくは処理液をスプレーの形式で出力するように構成される。

本発明の第２態様によれば、本発明の第１態様に従う、或いは、本明細書に記載した液体処理ユニットの実施態様の一つに従う液体処理ユニットを備える、略してＣＭＰ装置またはＣＭＰ手段とも呼ばれる化学機械平坦化装置が提供される。

液体処理ユニットは、基板のＣＭＰ前処理に役立つ、ＣＭＰ装置の入力ユニットの一部にすることができる。本発明に従う液体処理ユニットは、例えば本発明のＣＭＰ装置の出力ステーション中に基板のＣＭＰ後処理のために、或いは、ＣＭＰ後洗浄の後のために追加的または選択的に設けることができる。ＣＭＰ装置の更に有利な実施態様は、追加的または選択的に、ＣＭＰプロセス領域に組み込まれた液体処理ユニットを備える。この実施態様は、ＣＭＰ処理の中断の場合に、現在処理している基板を湿った状態に維持し、そしてそれにより乾燥による基板への損傷を避けるために有用である。

本発明の第３態様によれば、所望の液体処理結果を達成するために基板上に処理液体を分配する工程を備える基板の液体処理方法が提供される。

本発明の方法は、分配工程の前に、所定若しくは所望の基板温度及び／又は気体雰囲気の所定若しくは所望の圧力における基板上の処理液の蒸発速度に基づいて、分配工程の間に基板に塗布される分配パルスの数、個々の分配パルスの各パルス継続時間、並びに個々の分配パルス間の各分配中断時間を設定する工程を備える。

本発明の方法の分配工程は、分配パルスの数の設定、各パルス継続時間の設定、および個々の分配パルス間の各分配中断時間の設定を有する分配パルスシーケンスを使用することを備える。

本発明の液体処理方法の利点は、本発明の第１態様の液体処理ユニットおよび本発明の第２態様のＣＭＰ装置との関係で前に記載したものに対応する。

以下、本発明の第１態様の液体処理ユニットの好適な態様に直接は一致しない、本発明の方法のいくつかの好適な実施態様を記載する。互いに選択的であると特に記載しない限り、実施態様は互いに組み合わせることができる。

本発明の方法の好適な態様は、設定工程の前に、基板温度または基板近傍の気体雰囲気の圧力、或いは、両方の数量を測定する工程を備える。基板温度の測定は、基板温度を示す任意の数量を測定することにより実施できる。例えば、気体雰囲気中に十分な時間基板が貯蔵されていた場合、基板近傍の気体雰囲気の温度は、通常、基板温度も示す。

蒸発速度の正確な知見は、必要な処理液の量を正確に見積もることを可能にする。蒸発速度は、測定またはモニタリング、例えば蒸発センサー（エバポロメーター(evaporometer)）を使用することにより、或いは、温度および圧力パラメータに基づいた計算により、直接決定することができる。温度および／または圧力が他のパラメータまたは予設定条件から推定できる場合、それぞれの数量を別々に測定する必要がないことに留意する。その場合、既知の温度および／または圧力値を、分配パルスシーケンスのパラメータ設定に使用できる。

更に好適な実施態様は、分配工程の前に、処理液の温度を所望の温度で維持する工程を備える。処理液の温度の制御は、液体処理の化学反応パラメータの制御を可能にする。所望の温度まで処理液を加熱することにより、反応速度が例えば増大し、それにより液体処理の処理時間を低減して基板処理量を増加する。

追加の実施態様は、設定工程の前に、基板の所定若しくは所望の温度および基板を液体処理工程の間または後に貯蔵する気体雰囲気の所定若しくは所望の圧力における基板上の処理液の蒸発速度に基づいて、液体処理工程の所望の処理結果を達成するために必要な処理液量を確定する工程を備える。この実施態様は、分配パルスシーケンスの適当なパラメータの自動調整を可能にし、また、必要な処理液量並びにその温度および圧力への依存性を事前にプログラムする必要を減らす。

本発明の第４態様またはその実施態様の一つによれば、化学機械平坦化工程の前または後に本発明の第３態様の液体処理方法を備える化学機械平坦化方法が提供される。

以下に、添付図面を参照して本発明の更に好適な実施態様を記載する。

図１は、ＣＭＰ装置中で使用する液体処理ユニット１００の概略図を示す。図は、本発明を説明するために必要な液体処理ユニット１００の要素のみを示すブロック図に簡略化した。

液体処理ユニットは、一組の処理液用リザーバを備え、３つリザーバを参照符号１０２，１０４および１０６の下で図１に示す。特定の用途に基づいて一組の処理液用リザーバがどの有用な数の個々のリザーバを含んでも良いことを理解する。説明目的で、以下、リザーバ１０２および１０４には薬品＃１および薬品＃２と称される液体処理薬品が入っていると仮定する。更に、リザーバ１０６には脱イオン（ＤＩ）水が入っていると仮定する。

リザーバ１０２〜１０６は、各導管１１０，１１２，１１４および１１６を用いてシャワーコーンの形式のディスペンサーと接続している。制御バルブ１１８，１２０および１２２は、各リザーバ１０２，１０４および１０６と、ディスペンサー１０８との間の液体連絡通路の中で相互接続している。共通の導管１１６が、リザーバ１０２〜１０６と、ディスペンサー１０８との間の液体連絡通路の中でバルブ１１８〜１２２の後方に配置されている。

上述したように、ディスペンサー１０８はシャワーコーンである。それは、複数のノズル１２４を介して液状スプレーを分配する。ノズルは、相互接続積層体１３２を有するシリコン基板１３０を備えるウェハ１２８が上に堆積した基板ホルダ１２６に向かって上向きで配置されている。上向きのコーンに加えて、或いは、変えて、もちろん他の配置も想定できる。当業者に様々な分配配置が知られている。

流量計１３４，１３６および１３８は、リザーバ１０２、１０４および１０６と、各制御バルブ１１８，１２０および１２２との間に配置され、単位時間当たりに導管断面積を流通する液体の量をモニターすることを可能にする。流量を設定するための制御手段を設けても良いが、ここでは図示しない。

ディスペンサー１０８の上側の液体処理領域に向かって開口した容器の形をした処理液回収ユニット１４０が、ウェハ１２８または液体処理ユニットの一部から落ちる全ての使用済み処理液を回収するように機能する。処理液回収ユニット１４０は、排水導管１４４で複数ポート分離装置１４２に接続されている。複数ポート分離装置１４２は、使用済み処理液から薬品＃１および＃２を分離し、そして分離した液体を後に各イオン浄化装置１４８および１５０が続く各ろ過装置１４４および１４６へ送るように機能する。イオン浄化装置１４８および１５０の出口は、それぞれ薬品＃１および＃２用のリザーバ１０２および１０４の入口と接続している。複数ポート分離装置１４２は更に、再循環させることができない回収液廃水用の配水管（図示せず）への出口を含有する。

制御バルブ１１８〜１２２は、信号受信（またはハンドシェークのような信号交換）のために制御ユニット１５２と接続した制御入力ポートを有する。制御ユニットは、プロセッサ１５６で計算された分配パルスシーケンスに基づき制御バルブを開閉するためのバルブ制御信号のシーケンスを発生および提供することにより制御バルブ１１８〜１２２と直接連絡する時限スイッチ１５４を備える。

制御ユニット１５２のより詳細な構造は、図２のブロック図で与えられる。以下の記載は図１および２を同時に参照する。

プロセッサ１５６は、メモリ１５８とプロセッサ１６０とを備える。メモリ１５８は、分配パルスシーケンスの計算に役立つデータを保存する。例えば、予め計算された分配パルスシーケンスは、パルスの数、個々の分配パルス継続時間、および個々の分配パルス間の中断時間を決定するパラメータ集合の形でメモリ１５８中に保存することができる。メモリ１５８は、この目的のために、所定の一組の温度および圧力値に対して特定の一組の分配パルスシーケンスパラメータを指定する参照表の形式で編成されても良い。

一実施態様において、メモリは異なる個々の処理液用や、異なる個々の処理目的用の参照表を更に含有する。また、メモリ１５８は、温度および圧力に基づいて所定の液体の蒸発速度を計算し、そして必要な処理液量を決定するように構成された実行用プログラムコードを含有しても良い。

プロセッサ１６０は、適当な分配パルスシーケンスのパラメータ集合を読み出すためにメモリ１５８中の参照表にアクセスし、そして、メモリ１５８中に保存されたプログラムコードを実行するように構成されている。プロセッサ１６０は、通常、直接ではなく変換装置を用いて、現在温度Ｔ、現在圧力Ｐおよび利用できるＣＭＰ装置キャリアの数Ｎを示す入力パラメータとして様々なモニタリング信号を受け取る。更に、処理ユニット１６０は、液体処理ユニット１００の操作者から任意に指示を受けるためのユーザーインターフェースに接続している。そのような与えられた入力パラメータに基づき、プロセッサ１６０は、メモリ１５８中の適当な参照表にアクセスおよび／または前述のプログラムコードを実行することにより、適当な分配パルスシーケンスを決定する。読み出され、および／または計算された適当な分配パルスシーケンスのパラメータ値は、分配パルスシーケンスを作り出すために、決まった時に制御バルブ１１８〜１２０を開閉するために適当なバルブ制御信号を発生する時限スイッチ１５４に分配される。

個々の用途は、雰囲気圧力が既知の値に固定されているので、現在の雰囲気圧力を考慮に入れることを必要としなくても良いことに留意する。同様に、基板温度の測定を不要とできるように温度を固定しても良い。そのような状況は、適当な分配パルスシーケンスの検索を促進する。しかしながら、温度が変化し得る場合、変化する温度に分配パルスシーケンスのパラメータを調整できるように温度を測定することは有利である。例えば、洗浄工程の間に温度が上昇した場合、次のスプレーパルスの継続時間を増加させて、緩和した温度での増加した蒸発速度を考慮した大量の液体を分配することができる。

図３は、本発明に従う液体処理方法のブロック図を示す。様々なボックスに対応するテキストを、表１に示す。

方法は、ステップ３００から始まる。ステップ３０２で、温度および圧力のモニタリングを開始する。次のステップ３０４で、動作中のＣＭＰ装置キャリアの数を数える。その後、ステップ３０６で、利用可能なキャリアの数と動作キャリアの数とを用いて基板ごとに適当なスプレーパルスシーケンスを確定および設定する。ステップ３０８で、全ての動作キャリアの総スプレーパルスシーケンスを設定する。続いて、全ての制御バルブに、所望の液体処理に必要なバルブ制御信号を発生および提供する（ステップ３１０）。次のステップ３１２において、次の個数の処理される基板が入力段に存在しているかどうか確認する。存在している場合、処理分岐はステップ３０４または３０２まで戻って機能しているキャリアの数を決定する。存在していない場合、それ以上基板は処理されず、方法はステップ３１４で終了する。

図４は、一つの基板に使用するスプレーパルスシーケンスの説明例のタイムチャートを示す。横軸は任意のユニットにおける時間を示し、また、縦軸は任意の線形ユニットにおいて流量計１３４〜１３８の一つで測定された液体の流量を示す。ウェハが液体処理ユニット１００に取り付けられた後、ｔ_１とｔ_２との間に薬品の第１パルス４０２が塗布される。中断時間ｔ_３−ｔ_２の後、ｔ_４−ｔ_３の継続時間を有する第２スプレーパルス４０４が塗布される。更に二つのスプレーパルス４０６および４０８がｔ_５とｔ_６との間並びにｔ_７とｔ_８との間に発生し、それにより図４の液体処理サイクルが終了する。第１スプレーパルス４０２が、連続的なスプレーパルス４０４，４０６および４０８より長い時間ｔ_２−ｔ_１に及んでいることに留意する。この種のスプレーパルスシーケンスは、例えばパッシベーション層を維持するために必要な薬品の総量に対して表面の完全なパッシベーションを保証するために一般的に多量の薬品が必要である場合に、初期表面パッシベーション層の作製に有用である。従って、第１スプレーパルス４０２の継続時間は、大量の必要な処理液を分配するために、後に続くパルスの継続時間より長い。

図５は、スプレーパルスシーケンスの追加的な説明例を示す。スプレーパルスシーケンスが、図４と同一の軸を用いてタイムチャートの形式で再び描かれる。図５の説明例は、合計３つのウェハが液体処理ユニットで処理され、そして、４つの基板用の空間つまりキャリアを備えるＣＭＰ手段上に堆積される場合を示す。本説明例の目的のために、ＣＭＰ手段の第２キャリアが作動しないと仮定する。この状況は、動作キャリアの検出数に対応するスプレーパルスシーケンスの数のみ実施することにより、説明することができる。この場合、４つのウェハの完全なセットの存在下では、実施される第２スプレーパルスシーケンスが、差し引かれる。処理は、第２スプレーパルスシーケンスの継続時間の後にのみ再開する

以上の記載は本発明に係る制御されたパルス液体処理分配システムの利点を説明する。特に、液体処理の間に使用される処理液の量が、以前の解決策を超えて著しく削減される。

本明細書に記載した実施態様の変形が可能である。例えば、温度および／または圧力の測定は、全てのパルスまたはパルスシーケンスに対して必要なわけではない。必要なシーケンスは、最悪の場合の温度および圧力値で実験的に決定し、予めプログラムし、そして現在または所望の条件の実際の参照なしに実施しても良い。

本明細書およびその関連する請求項を解釈する場合、「備える」、「含有する」、「組み合わせる」、「含む」、「は」、および「有する」のような表現は、非排他的な様式で、すなわち、明示されていない他の項目または要素が存在することも許すように解釈される。単数形の言及も同様に複数形の言及と解釈され、逆の場合も同じである。

更に、本発明は、本明細書に記載した実施態様に設けたものより少ない要素で具体化されても良く、その場合一つの要素が複数の機能を果たす。全く同様に、本発明は図面に描くより多い要素を使用しても良く、その場合、提供された実施態様中の一つの要素により実行される機能は、複数の要素上に分散される。

当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、明細書中に開示した様々なパラメータを変更しても良く、また、開示および／または請求の範囲に記載した様々な実施態様を組み合わせても良いことを容易に理解する。

特許請求の範囲中の参照符号は請求の範囲を制限せず、特許請求の範囲の読み易さを高めるために単に挿入したことを明記する。

本発明の好適な実施態様に従う液体処理ユニットの概略図である。 図１の液体処理ユニットの制御ユニットの好適な実施態様を説明するブロック図である。 図２の制御ユニットで使用されている制御方法の一態様のフローチャートである。 化学機械平坦化工程の前または後の基板の液体処理用に作成した分配パルスシーケンスの説明例である。 化学機械平坦化工程の前または後の基板の液体処理用に作成した分配パルスシーケンスの説明例である。

Claims (20)

1. 処理液を貯蔵するリザーバと、
   前記リザーバと連絡する入力ポートと、出力ポートとを有し、且つ該入力ポートで受け取った処理液を基板上に分配するように構成したディスペンサーと、
   制御入力ポートを有し、前記リザーバと前記ディスペンサーの出力ポートとの間の液体連絡通路中に配置し、且つ前記制御入力ポートで受け取ったバルブ制御信号に従って該液体連絡通路を開閉するのに適合した制御バルブと、
   前記制御バルブの制御入力ポートに接続し、且つ
   基板の所定若しくは所望の温度及び／又は基板での気体雰囲気の所定若しくは所望の圧力における基板上の処理液の蒸発速度に基づいて、前記基板に適用すべき液体処理用の分配パルスの数、個々の分配パルスの各パルス継続時間、および個々の分配パルス間の各分配中断時間を設定し、また
   前記設定した分配パルスの数、各分配パルス継続時間、および個々の分配パルス間の各分配中断時間を有する分配パルスシーケンスに従って前記液体連絡通路を開閉するために前記制御バルブに一連のバルブ制御信号を発生および提供するのに適合した制御ユニットと
   を備えることを特徴とする基板処理用の液体処理ユニット。
2. 基板ホルダと、前記制御ユニットに接続し、前記基板ホルダ上の基板の存在を確認して第１モニタリング信号を該制御ユニットに提供するように構成した関連第１モニタリングユニットとを備え、
   前記第１モニタリング信号が前記基板ホルダ上に基板が存在しているかどうかを示し、
   前記制御ユニットが、前記モニタリング信号が前記基板ホルダ上に基板が無いことを示した場合に制御信号を前記制御バルブに付与して、該制御バルブを閉じるか、或いはまた開くように指示するのに適合した請求項１に記載の液体処理ユニット。
3. 各々がそれぞれ異なる処理液用の複数のリザーバと、
   各々が制御入力ポートを有し、且つ各リザーバとスプレーディスペンサーの出力ポートとの間の各液体連絡通路に配置し、また各々が該制御入力ポートで受け取ったバルブ制御信号に従い当該各液体連絡通路を開閉するのに適合した対応する複数の制御バルブとを備え、
   前記制御ユニットが、各制御バルブ用の各バルブ制御信号を発生および提供するように更に構成されている請求項１に記載の液体処理ユニット。
4. 片側の複数のリザーバと、反対側にあるディスペンサーとの間の液体連絡通路に相互接続し、且つ所定の混合比で流入する処理液の均質な混合物を前記ディスペンサーに分配するに適合させた混合ユニットを備える請求項３に記載の液体処理ユニット。
5. 複数の基板を保持し、引き続きかかる基板のそれぞれ一つを液体処理に曝すように構成した複数のキャリアを備えるＣＭＰ装置のキャリアユニットと関連する第２モニタリングユニットを備え、
   前記第２モニタリングユニットを前記制御ユニットに接続し、また動作ＣＭＰ装置キャリアの数を数え、該動作ＣＭＰ装置キャリアの数を示す第２モニタリング信号を発生および提供するように構成し、
   前記制御ユニットが、前記計数した動作ＣＭＰ装置キャリアの数に従って一連のバルブ制御信号を各基板用の制御バルブに発生および提供するに適合した請求項１に記載の液体処理ユニット。
6. 前記基板ホルダの処理位置の下に使用済み処理液を回収するように配置、構成した回収容器を有する処理液回収ユニットを備える請求項２に記載の液体処理ユニット。
7. 前記回収容器と液体連絡し、また回収処理液をろ過および浄化するように構成した浄化ユニットを更に備える請求項６に記載の液体処理ユニット。
8. 前記ディスペンサーが前記処理液をスプレーの形で出力するように適合された請求項１に記載の液体処理ユニット。
9. 請求項１に記載の液体処理ユニットを備えることを特徴とする化学機械平坦化（ＣＭＰ）装置またはＣＭＰ後基板洗浄装置。
10. 所望の液体処理結果を達成するために基板表面上に処理液を分配する工程を備える基板の液体処理方法において、前記分配工程の前に、
    基板の所定若しくは所望の温度及び／又は基板での気体雰囲気の所定若しくは所望の圧力における基板上の処理液の蒸発速度に基づいて、前記分配工程の間に前記基板に適用すべき液体処理用の分配パルスの数、個々の分配パルスの各パルス継続時間、および個々の分配パルス間の各分配中断時間を設定する工程を備え、
    前記分配工程が、前記設定した分配パルスの数、各パルス継続時間、および個々の分配パルス間の各分配中断時間を有する分配パルスシーケンスを適用する工程を備えることを特徴とする基板の液体処理方法。
11. 前記設定工程の前に、前記処理液の蒸発速度、基板温度および前記気体雰囲気の圧力の少なくとも一つを測定する工程を備える請求項１０に記載の方法。
12. 前記分配工程の前に、前記処理液の温度を所望の温度で維持する工程を備える請求項１０に記載の方法。
13. 前記分配パルスシーケンスを適用する工程の前に、基板ホルダ上の基板の存在に関して該基板ホルダをモニタリングする第１工程を備え、
    前記基板ホルダ上に基板が検出されない場合には分配パルスシーケンスを適用しない請求項１０に記載の方法。
14. 前記分配工程の後に、使用済み処理液を回収する工程を備える請求項１０に記載の方法。
15. 回収した使用済み処理液を再循環する工程を備える請求項１０に記載の方法。
16. 回収した使用済み処理液を浄化する工程を備える請求項１０に記載の方法。
17. 少なくとも二つの部分的な処理液をスプレー工程の前に一つにまとめて、前記分配処理液を形成する請求項１０に記載の方法。
18. 前記処理液の分配工程が、前記処理液を基板表面にスプレーする工程からなる請求項１０に記載の方法。
19. 前記設定工程の前に、基板の所定若しくは所望の温度および液体処理工程の間または後に基板を貯蔵する気体雰囲気の所定若しくは所望の圧力における基板上の処理液の蒸発速度に基づいて、各供給パルスの所望の処理結果を達成するために必要な処理液量を確定する工程を更に備える請求項１０に記載の方法。
20. 化学機械平坦化方法又は化学機械平坦化後洗浄方法の前、間または後で基板の液体処理用に用いる請求項１０に記載の方法。

Images