TW202410266A - 基板邊緣清潔和基板承載頭間隙清潔的設備和方法 - Google Patents

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Abstract

本揭示內容涉及裝載杯，所述裝載杯包括環形基板站，所述環形基板站被配置為接收基板。環形基板站包圍位於裝載杯內的噴霧器。噴霧器包括一組激勵流體噴嘴，所述一組激勵流體噴嘴鄰近在環形基板站與噴霧器之間的介面設置在噴霧器的上表面上。一組激勵流體噴嘴被配置為相對於上表面以向上角度釋放激勵流體。

Description

基板邊緣清潔和基板承載頭間隙清潔的設備和方法
本揭示內容的實施例總體涉及基板處理，並且更具體地涉及基板處理工具及其方法。
積體電路典型地通過在矽基板上順序沉積導電層、半導電層或絕緣層來在基板上形成。製造包括在非平面表面上沉積填料層，並且將填料層平坦化，直到暴露非平面表面。導電填料層可沉積在圖案化絕緣層上，以填充絕緣層中的溝槽或孔洞。然後，拋光填料層，直到暴露絕緣層的凸起圖案。在平坦化之後，導電層的保留在絕緣層的凸起圖案之間的部分形成在基板上的薄膜電路之間提供導電路徑的通孔、插塞和線路。另外，可能需要平坦化以平坦化基板表面處的介電層以用於光刻。
化學機械拋光(CMP)是一種公認的平坦化方法。此平坦化方法包括將基板安裝在CMP設備的承載頭或拋光頭上。基板的暴露表面抵靠旋轉的拋光盤墊或帶墊放置。承載頭在基板上提供可控負載以將基板的元件側推靠在拋光墊上。如果使用標準墊，則將包括至少一種化學反應劑和研磨顆粒的拋光漿料供應到拋光墊的表面。
基板典型地保持在承載頭下方、抵靠保持環內的隔膜。此外，當基板在承載頭中時，在基板的外邊緣與保持環的內周邊之間存在間隙。另外，在隔膜的外邊緣與保持環的內周邊之間存在間隙。這些間隙和在基板的外邊緣附近的其他區域在處理期間可能積聚拋光漿料和有機殘留物。這些殘留物在處理期間可能保留在基板邊緣上和/或移去，並且使基板出現缺陷並影響CMP設備的效率。因此，需要一種從基板邊緣去除殘留物和從包圍基板的承載頭中的間隙去除殘留物的方法。還需要一種用於在將基板從承載頭傳送走之前從基板邊緣去除殘留物和用於從包圍承載頭的隔膜的間隙去除殘留物的設備。
在一個實施例中，提供了一種裝載杯，所述裝載杯具有：環形基板站，所述環形基板站被配置為接收基板；以及噴霧器，所述噴霧器位於裝載杯內並且由環形基板站包圍。噴霧器具有一組激勵流體噴嘴，所述一組激勵流體噴嘴鄰近在環形基板站與噴霧器之間的介面設置在噴霧器的上表面上。一組激勵流體噴嘴被配置為相對於上表面以向上角度釋放激勵流體。
在另一個實施例中，提供了一種清潔化學機械拋光系統的方法，所述方法包括：在設置在承載頭中的基板的邊緣處引導來自裝載杯的一組激勵流體噴嘴的激勵流體。承載頭具有保持環以將基板保持在承載頭的隔膜下方。所述方法包括：從承載頭卸載基板；以及將來自一組激勵流體噴嘴的激勵流體引導到形成在隔膜的外邊緣與保持環的內周邊之間的間隙。
在另一個實施例中，一種化學機械拋光系統包括承載頭，所述承載頭具有保持環以將基板保持在承載頭的隔膜下方。化學機械拋光系統包括裝載杯，所述裝載杯具有一組激勵流體噴嘴，所述一組激勵流體噴嘴設置在承載頭的外部部分的上表面上。一組激勵流體噴嘴被配置為將激勵流體引導到在隔膜的外邊緣與保持環的內周邊之間的間隙。
本揭示內容涉及裝載杯，所述裝載杯被配置有激勵流體（energized fluid）噴嘴，所述激勵流體噴嘴噴出可調激勵流體射流以在基板被從承載頭卸載之前清潔設置在承載頭中的基板的邊緣而不使基板過熱。從激勵流體噴嘴噴出的激勵流體射流具有有利於穿透並有效地清潔承載頭中的介於疏水隔膜與承載頭的保持環的內周邊之間的狹窄間隙的特性。根據本揭示內容的一個或多個實施例，已發現激勵流體射流的某些特性(諸如平坦扇形、高壓、高溫、氣相蒸汽、用於轟擊的固體可熔顆粒、聲波生成和它們的（多個）組合中的一者或多者)可有利地用於增強和快速的清潔。還已發現，激勵流體噴嘴中的每一者可與相應流體噴霧噴嘴(例如，去離子水噴霧噴嘴)結合地使用以改進控制，諸如溫度控制。
圖1描繪了根據本文揭示的實施例的化學機械拋光(CMP)系統100的俯視平面圖。儘管圖1中示出且本文中描述了CMP系統，但本文揭示的概念可應用於其他基板處理裝置。CMP系統100包括處理(例如，清洗和/或拋光)基板108的拋光區段102以及清潔和乾燥區段104。CMP系統100包括在基板108上執行其他製程的其他區段。如本文所使用，基板包括用於製造電子元件或電路部件的製品。基板包括半導體基板，諸如含矽基板、圖案化或未圖案化的基板、玻璃板、掩模等。穿透孔110是拋光區段102與清潔和乾燥區段104之間的開口，所述開口適應對基板108的傳送。
拋光區段102包括一個或多個拋光站114，諸如單獨的拋光站114A-114D。拋光站114中的每一者包括拋光墊，諸如單獨的拋光墊116A-116D。拋光墊抵靠基板108的表面旋轉以執行各種拋光製程。一種或多種漿料(未示出)被施加在基板108與拋光墊116A-116D之間以處理基板。
拋光區段102包括多個承載頭120，所述多個承載頭120在拋光期間將基板108保持抵靠在拋光墊116A-116D上。拋光站114A-114D中的每一者可包括單個頭部，諸如單獨的承載頭120A-120D。當承載頭120A-120D被傳送進出拋光站114A-114D時，承載頭120A-120D將基板108固定在其中。例如，當承載頭120A-120D在裝載杯124(例如，單獨的裝載杯124A、124B)與拋光站114A-114D之間傳送時，承載頭120A-120D將基板108固定在其中。裝載杯124A、124B在承載頭120A-120D與基板交換器130(例如，單獨的交換器130A、130B)之間傳送基板108。第一基板交換器130A在第一方向132A上旋轉，並且第二交換器130B在第二方向132B上旋轉，第二方向132B可與第一方向132A相反或相同。
清潔和乾燥區段104包括機器人136，機器人136通過穿透孔110將基板108在各種接入位置172A、172B處傳送進出基板交換器130A、130B。機器人136還在清潔和乾燥區段104中的站(未示出)與基板交換器130A、130B之間傳送基板108。
圖2A和2B描繪了根據一些實施例的承載頭120的側視圖和仰視圖，承載頭120可以是圖1中的承載頭120A-120D中的任一者。承載頭120包括保持環206以將基板108保持在隔膜204下方。隔膜204是柔性疏水隔膜204。隔膜外周邊205由保持環206的內周邊207包圍。間隙216被形成在保持環206的內周邊207與隔膜204的外周邊205之間。在一些實施例中，間隙216為約0.5mm至約3mm，諸如約1mm至約2mm。承載頭120包括由隔膜204限定的一個或多個獨立可控的可加壓腔室(例如，202A、202B、202C、202D)。可加壓腔室中的每一者具有相關聯壓力(P A、P B、P C和P D)，並且P R是指在處理期間施加在保持環206上的壓力。在處理期間，當承載頭120旋轉基板108而同時將基板108壓靠在拋光墊(例如，116A-116D)上時，拋光漿料、碎屑和殘留物可積聚在基板108邊緣、基板斜面區域和其他位置，諸如積聚在間隙216內。
不受理論束縛，據信，由於隔膜204是疏水的，因此包圍隔膜204的外周邊205的毛細管和/或彎月面力防止常規的沖洗水(例如，去離子(DI)水)容易地滲透這些間隙和特徵。殘留物和顆粒會隨時間而累積並在處理期間被釋放，從而潛在地導致基板108上的劃痕。一種解決方案可以是在隔膜204面朝上的情況下沖洗隔膜204；然而，此製程在工業中通常不使用，這至少是因為它會影響產量並使水結成水珠。隔膜204面朝下的沖洗製程無法潤濕疏水隔膜表面，並且清潔有效性受限。已發現，使用高壓蒸汽通過使用動能和熱能兩者來移去漿料殘留物和顆粒。在一些實施例中，當基板108不在適當位置時和當基板108保持在承載頭120中時，蒸汽都對清潔承載頭120中的間隙是有效的。
圖3A描繪了根據實施例的裝載杯124(例如，124A或124B)的俯視平面圖。裝載杯124包括具有環形形狀的基板站350。基板站350豎直移動以將基板放置到基板交換器130(例如130A、130B)的葉片334上和從葉片334移除基板108。葉片334可旋轉到接入位置172A、172B來由機器人136(圖1)裝載和卸載基板108。
基板站350包括凹口(例如，352A、352B、352C)以接收葉片334。葉片的遠端344由凹口352B和凹口352C接收。葉片334的近端由凹口352A接收。基板108擱置在基板站350的凸起特徵上。當基板站350沿向上方向移動並將基板108從葉片334移除時，基板108被定位在多個銷354內，多個銷354形成了使基板108居中的袋。
裝載杯124包括具有多個不同噴嘴(例如，358A、358B、358C、358D)的噴霧器356，這些噴嘴被配置為將流體(例如，去離子水)噴射到葉片334、葉片334上的基板108(圖3A中未示出)、承載頭120上的基板和/或位於裝載杯124上方的承載頭120(圖3A中未示出)上。噴霧器356包括圍繞噴霧器356的外部部分設置的一組第一噴嘴358A，例如以用於沖洗基板108，並且包括沿著噴霧器356的直徑設置成陣列的一組第二噴嘴358B，例如用於在被分別定位在裝載杯124之上時，沖洗承載頭120的隔膜204。噴霧器356包括在噴霧器356的外部部分上的一組第三噴嘴358C，所述一組第三噴嘴358C被配置為當承載頭120定位在裝載杯124之上時，無論承載頭120帶有或不帶有基板108，所述一組第三噴嘴358C都噴射承載頭120的部分，諸如在隔膜204的外周邊205與保持環206的內周邊207之間的間隙216。第三噴嘴358C(例如，噴霧噴嘴)也被配置為在基板108保持在承載頭120中時，噴射基板108的外邊緣，諸如在基板108的外邊緣與保持環206的內周邊207之間的間隙。第三噴嘴358C耦接到沖洗溶液，諸如在室溫下(諸如約10℃至約40℃)的去離子水。第三噴嘴358C中的每一者耦接到霧化器。
噴霧器356包括一組第四噴嘴358D(例如，激勵流體噴嘴)。第四噴嘴358D中的每一者在噴霧器356的外部部分處靠近每個第三噴嘴358C設置在噴霧器356的上表面上。在一些實施例中，激勵流體是去離子水(DIW)、DIW和氮氣、DIW和清潔乾燥空氣(CDA)、水冰顆粒和氮氣、水冰顆粒和CDA、乾冰、用超聲波或兆聲波（megasonic）發生器激勵的DIW或它們的組合。不受理論束縛，據信，包括冰粒的某些混合物可用於轟擊和移去小孔隙和間隙內的碎屑。激勵流體是氣相流體和/或混合相流體，諸如蒸氣和/或蒸汽。激勵流體(諸如蒸汽)的溫度為約80℃至約150℃，諸如約100℃至約120℃，諸如處於或高於流體的飽和溫度的溫度。被施加以激勵流體的壓力為約30psi至約140psi，諸如約40psi至約50psi。還設想了其他壓力和溫度，諸如針對乾冰和其他激勵流體。
在一些實施例中，通過對流體加壓、聲激勵(例如，通過聲空化)、氣動輔助(例如，使用與加壓氣體混合的液體)或它們的組合來激勵流體。其他方法和組合也是可能的。聲空化包括以超聲波或兆聲波的方式激勵流體以移去殘留物和碎屑。聲激勵流體使用壓電換能器(PZT)，所述壓電換能器(PZT)在從較低超聲波範圍(例如，約20KHz)到較高兆聲波範圍(例如，約2MHz)的頻率範圍內工作。可使用其他頻率範圍。合適的聲能源發生器(例如PZT)的形狀是矩形。聲源發生器耦接到第四噴嘴358D。
第四流體噴嘴358D向上定向，與噴霧器356的上表面垂直(例如，約90度)。還設想了相對於噴霧器356的上表面的其他角度，諸如約45度至約100度，其中45度是相對於噴霧器356徑向向外定向的角度。另外，第四流體噴嘴358D中的每一者被配置為以平坦扇形射流(例如，圖3B中所示的360)引導流體。圖3B描繪了根據一些實施例的用於第三噴嘴358C和/或第四噴嘴358D的平坦扇形射流360的噴霧圖案的示意性側視圖。平坦扇形射流與環形基板站350的內周邊的一部分基本上平行，並且在第四流體噴嘴358D的尖端處從平坦扇形射流的第一邊緣樞轉到第二邊緣的射流角α為約30度至約50度，諸如約40度。在一些實施例中，噴霧器356包括約1個至約5個第四流體噴嘴358D，諸如2個、3個或4個第四流體噴嘴358D。第四流體噴嘴358D中的每一者圍繞噴霧器356的外部部分等距間隔開。在一些實施例中，噴霧器356包括約1個至約5個第三噴嘴358C，並且每個第四流噴嘴358D靠近相應第三噴嘴358C設置。
圖4包括用於處理基板的方法的流程圖。方法400包括：操作402，在設置在承載頭(例如，120)中的基板(例如，108)的邊緣處引導來自裝載杯(例如，124)的一組激勵流體噴嘴(例如，358D)的激勵流體。承載頭120包括保持環206以將基板108保持在承載頭120的隔膜204下方。從承載頭120的外部測量，基板108邊緣保持在約60℃至約70℃的溫度。在一些實施例中，在拋光區段102中拋光基板108之後，在從拋光區段102沖洗和/或移除基板108期間將基板108冷卻至室溫，諸如約20℃至約40℃。據信，保持低的基板108溫度會降低在基板傳送期間腐蝕的可能性。本文描述的方法在清潔期間控制基板溫度，諸如通過將激勵流體定位到基板邊緣區域。在一些實施例中，在基板108的邊緣處從噴霧噴嘴(例如，358C)噴射DI水時，同時將激勵流體(例如，蒸汽)引導到基板108的邊緣。在一些實施例中，在激勵流體被引導到基板108的邊緣之後，立即噴射DI水。DI水和激勵流體的組合射流通過調節激勵流體的壓力和噴射的水量來控制。特別地，組合射流的溫度被控制以將基板108的溫度維持低於約70℃。據信，將基板108的溫度維持低於約70℃會減少對基板108的不期望的影響。將殘留物和碎屑從基板108的邊緣移去，而不使基板以及基板承載頭120的部分(諸如保持環206)過熱。管理溫度降低了基板108和承載頭120的材料退化的風險。噴射水還可沖洗掉移去的殘留物和碎屑。在一些實施例中，當基板108在承載頭120中並且隨承載頭而旋轉時，將激勵流體引導到基板邊緣。通過向隔膜施加真空壓力來將基板108固定到承載頭120。在隔膜的內周邊與基板邊緣之間的小間隙結合隔膜的疏水性使得使用常規方法難以清潔基板邊緣和斜面區域。本文描述的方法提供了具有扇形射流形狀和角度的激勵流體，在基板被固定到承載頭120時，所述激勵流體被引導到基板邊緣以增強清潔。
在操作404中，將基板108從承載頭120卸載，諸如通過將基板108裝載到基板交換器(例如，130A、130B)上並旋轉基板交換器。在操作406中，在將基板108從承載頭移除之後，使裝載杯124返回到在承載頭120附近的位置，並且在形成在隔膜204的外周邊205與保持環206的內周邊207之間的間隙216處將激勵流體引導到空承載頭120。在一些實施例中，在激勵流體之後立即噴射DI水以沖洗掉任何移去的殘留物和碎屑。
因此，本揭示內容涉及裝載杯，所述裝載杯被配置有激勵流體噴嘴，所述激勵流體噴嘴噴出可調激勵流體射流以在基板被從承載頭卸載之前清潔設置在承載頭中的基板的邊緣而不使基板過熱。從激勵流體噴嘴噴出的激勵流體射流具有有利於穿透並有效地清潔承載頭中的介於疏水隔膜與承載頭的保持環的內周邊之間的狹窄間隙的特性。激勵流體噴嘴中的每一者可與相應流體噴霧噴嘴(例如，去離子水噴霧噴嘴)結合地使用以改進控制，諸如溫度控制。
100:CMP系統 102:拋光區段 104:清潔和乾燥區段 108:基板 110:穿透孔 114:拋光站 114A:拋光站 114B:拋光站 114C:拋光站 114D:拋光站 116A:拋光站 116B:拋光站 116C:拋光站 116D:拋光站 120:承載頭 120A:承載頭 120B:承載頭 120C:承載頭 120D:承載頭 124:裝載杯 124A:裝載杯 124B:裝載杯 130:交換器 130A:交換器 130B:交換器 132A:第一方向 132B:第二方向 136:機器人 172A:接入位置 172B:接入位置 202A:可加壓腔室 202B:可加壓腔室 202C:可加壓腔室 202D:可加壓腔室 204:隔膜 205:外周邊 206:保持環 207:內周邊 216:間隙 334:葉片 344:遠端 350:基板站 352A:凹口 352B:凹口 352C:凹口 354:銷 356:噴霧器 358A:第一噴嘴 358B:第二噴嘴 358C:第三噴嘴 358D:第四噴嘴 360:平坦扇形射流 400:方法 402:操作 404:操作 406:操作
為了可詳細地理解本揭示內容的上述特徵，可參考實施例來得到以上簡要地概述的本揭示內容的更具體描述，實施例中的一些實施例在附圖中示出。然而，需注意，附圖僅示出了示例性實施例，並且因此不應被視為對其範圍的限制，並且本揭示內容可允許其他等效實施例。
圖1描繪了根據實施例的化學機械拋光(CMP)系統的俯視平面圖。
圖2A描繪了根據實施例的拋光設備的局部側視圖。
圖2B描繪了根據實施例的拋光設備的仰視圖。
圖3A描繪了根據實施例的裝載杯的俯視平面圖。
圖3B描繪了根據實施例的噴嘴的噴霧圖案的示意性側視圖。
圖4描繪了根據實施例的用於處理基板的方法的流程圖。
為了促成理解，已經在可能的情況下使用相同的附圖標記標示附圖共有的相同要素。設想的是，實施例的要素和特徵可有益地結合在其他實施例中，而無需進一步陳述。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
124:裝載杯
130:交換器
334:葉片
344:遠端
350:基板站
352A:凹口
352B:凹口
352C:凹口
354:銷
356:噴霧器
358A:第一噴嘴
358B:第二噴嘴
358C:第三噴嘴
358D:第四噴嘴

Claims (20)

  1. 一種裝載杯，包括： 一環形基板站，該環形基板站被配置為接收一基板；以及 一噴霧器，該噴霧器位於該裝載杯內並且由該環形基板站包圍，該噴霧器包括一組激勵流體噴嘴，該一組激勵流體噴嘴鄰近在該環形基板站與該噴霧器之間的一介面設置在該噴霧器的一上表面上，其中該一組激勵流體噴嘴被配置為相對於該上表面以一向上角度釋放激勵流體。
  2. 如請求項1所述的裝載杯，進一步包括一組噴霧噴嘴，該一組噴霧噴嘴被配置為遞送一流體噴霧，其中每個相應噴霧噴嘴設置在每個相應激勵流體噴嘴附近。
  3. 如請求項2所述的裝載杯，其中該激勵流體是蒸汽，並且該流體噴霧是去離子(DI)水。
  4. 如請求項2所述的裝載杯，其中該激勵流體噴嘴中的每一者被配置為以一平坦扇形射流引導流體，其中該平坦扇形射流的一平坦部分與該環形基板站的一內周邊基本上平行，其中在該激勵流體噴嘴的一尖端處從該平坦扇形射流的一第一邊緣樞轉到一第二邊緣的一射流角為約30度至約50度。
  5. 如請求項2所述的裝載杯，其中該一組噴霧噴嘴中的每一者都耦接到霧化器，使得來自該噴霧噴嘴的流體呈霧形式。
  6. 如請求項1所述的裝載杯，其中該激勵流體的該向上角度相對於該噴霧器的該上表面為約90度。
  7. 如請求項1所述的裝載杯，其中該一組激勵流體噴嘴包括圍繞該噴霧器的一外部部分的該上表面等距間隔開的約1個至約5個激勵流體噴嘴。
  8. 一種化學機械拋光系統，包括： 一承載頭，該承載頭包括一保持環以將一基板保持在該承載頭的一隔膜下方；以及 一裝載杯，該裝載杯包括設置在該裝載杯的一外部部分的一上表面上的一組激勵流體噴嘴，其中該一組激勵流體噴嘴被配置為將激勵流體引導到在該隔膜的一外邊緣與該保持環的一內周邊之間的一間隙。
  9. 如請求項8所述的化學機械拋光系統，進一步包括一組噴霧噴嘴，該一組噴霧噴嘴中的每一噴嘴設置在一相應激勵流體噴嘴附近，其中該激勵流體噴嘴中的每一者被配置為以一平坦扇形射流引導激勵流體，其中該平坦扇形射流的一平坦部分與該保持環的一內周邊的一部分基本上平行，其中在該一組激勵流體噴嘴中的每一噴嘴的一尖端處從該平坦扇形射流的一第一邊緣樞轉到一第二邊緣的一射流角為約30度至約50度。
  10. 如請求項9所述的化學機械拋光系統，進一步包括霧化器，該等霧化器耦接到每一組噴霧噴嘴。
  11. 如請求項8所述的化學機械拋光系統，其中該組激勵流體噴嘴經設置使得該激勵流體以相對於該裝載杯的一上表面約90度噴灑。
  12. 如請求項8所述的化學機械拋光系統，其中該隔膜是疏水的，並且形成在該隔膜的一外周邊與該保持環的該內周邊之間的該間隙為約0.5 mm至約2 mm。
  13. 一種化學機械拋光系統，包括： 一承載頭，該承載頭包括一保持環以將一基板保持在該承載頭的一隔膜下方； 一裝載杯，該裝載杯包括： 一第一陣列的流體噴嘴，該第一陣列的流體噴嘴設置在該裝載杯的一外部部分的一上表面上，其中該第一陣列的流體噴嘴被引導往在該隔膜的一外邊緣與該保持環的一內周邊之間的一間隙； 一第二陣列的流體噴嘴，該第二陣列的流體噴嘴的每一流體噴嘴設置在該第一陣列的流體噴嘴的一相應流體噴嘴附近且自該第一陣列的流體噴嘴的該相應流體噴嘴徑向向外設置，該第二陣列的流體噴嘴是在該間隙處被引導的平坦扇形射流噴嘴。
  14. 如請求項13所述的化學機械拋光系統，其中該第二陣列的流體噴嘴被佈置使得其噴霧與該保持環的一內周邊的一部分基本上平行。
  15. 如請求項13所述的化學機械拋光系統，其中該第二陣列的流體噴嘴的該平坦扇形射流為約30度至約50度。
  16. 如請求項13所述的化學機械拋光系統，進一步包括一音速產生器，該音速產生器耦接到該第一陣列的流體噴嘴。
  17. 如請求項13所述的化學機械拋光系統，其中該隔膜是一疏水膜。
  18. 如請求項13所述的化學機械拋光系統，其中該裝載杯進一步包括一噴霧器，該噴霧器自一可移動的基板站徑向向內設置。
  19. 如請求項18所述的化學機械拋光系統，其中該第一陣列的流體噴嘴與該第二陣列的流體噴嘴設置在該噴霧器上。
  20. 如請求項19所述的化學機械拋光系統，進一步包括一第三陣列的流體噴嘴，該第三陣列的流體噴嘴沿該噴霧器的一直徑以一陣列的方式設置。
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