TWI830078B - 用於處理基板的模組、方法及系統 - Google Patents

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Abstract

公開了用於化學機械拋光(CMP)處理系統的水平預清潔(HPC)模組。HPC模組包括具有共同限定處理區域的盆體和蓋體的腔室。該模組包括設置在該處理區域中的可旋轉真空台，該可旋轉真空台包括在其支撐表面中限定的溝道陣列。該模組包括設置成鄰近該可旋轉真空台的墊調節站。該模組包括耦接至墊承載組件的墊承載定位臂。該模組包括耦接至該墊承載定位臂且被配置成將該墊承載組件定位在該可旋轉真空台上方的第一位置和該墊調節站上方的第二位置之間的致動器。

Description

用於處理基板的模組、方法及系統
本文中描述的實施方式大體上涉及用於製造電子元件的設備，且更特定地，涉及一種可用於在半導體元件製造製程中清潔基板表面的水平擦光(buffing)模組。
化學機械拋光(chemical mechanical polishing；CMP)通常用於高密度積體電路的製造中以將沉積在基板上的材料層平坦化或拋光。在典型的CMP製程中，基板被保持在承載頭中，該承載頭在拋光流體存在的情況下朝向旋轉拋光墊按壓該基板的背側。藉由由拋光流體以及基板和拋光墊的相對運動提供的化學和機械活動的組合而在基板的與拋光墊接觸的整個材料層表面上移除材料。典型地，在一個或多個CMP製程完成之後，經拋光的基板進一步進行一個或多個CMP後基板處理操作。例如，可使用清潔、檢查和測量操作中的一者或其組合對經拋光的基板進行進一步的處理。一旦CMP後操作完成，基板就可被送出CMP處理區域至下一個元件製造製程，諸如光刻、蝕刻或沉積製程。
為節約有價值的製造佔地空間和減少勞動力成本，CMP系統通常包括：第一部分，例如前部，其包括CMP後清潔、檢查、和/或CMP前或CMP後計量站中的一者或其組合；和第二部分，例如背部，其與第一部分集成以形成單一拋光系統。第二部分可包括複數個拋光站。
第一部分可包括用於基板的CMP後清潔的一個或複數個垂直擦光模組。每個垂直擦光模組具有用於保持基板的旋轉卡盤組件和用於清潔基板表面的旋轉擦光墊。不幸的是，垂直擦光模組的取向限制了擦光墊的外徑，使得在給定時間只能清潔有限的基板區域。因此，按照與擦光墊的有限清潔區域關聯的較長的擦光時間，基板處理生產量不期望地降低。
進一步地，由於垂直擦光模組將基板保持為垂直取向，因而為了插入和移除基板，裝載在垂直擦光模組中的基板的垂直取向要求大的頂部餘隙。結果，按照與擦光模組的垂直取向關聯的較大頂部餘隙要求，CMP系統的整體尺寸和/或佔地面積不期望地增加。因此，CMP系統的生產量密度(每單位元面積的製造佔地空間每單位時間處理的基板)不期望地受系統的擦光模組配置所限。
因而，本領域中需要的是用於解決上述問題的設備和方法。
本文中描述的實施方式大體上涉及用於製造電子元件的設備，且更特定地，涉及一種可用於在半導體元件製造製程中清潔基板表面的水平擦光模組。
在一個實施方式中，一種基板處理模組包括腔室，所述腔室具有共同限定處理區域的盆體和蓋體。所述模組包括設置在所述處理區域中的可旋轉真空台，所述可旋轉真空台包括在其基板接收表面中限定的複數個環形溝道。所述模組包括設置成鄰近所述可旋轉真空台的墊調節站。所述模組包括墊承載定位臂，所述墊承載定位臂具有第一端部和在所述第一端部遠端的第二端部，其中所述第一端部耦接至墊承載組件，並且所述第二端部耦接至致動器，所述致動器被配置成使所述墊承載組件在所述可旋轉真空台上方的第一位置和所述墊調節站上方的第二位置之間擺動。
在另一實施方式中，一種處理基板的方法包括將基板定位在基板處理模組的真空台上。所述真空台包括在其基板接收表面中限定的複數個環形溝道。所述真空台的所述基板接收表面與重力方向實質上正交。由所述複數個環形溝道提供的抓握區域(grip area)在定位於其上的所述基板的表面區域的約5%和約30%之間。所述抓握區域包括由所述真空台的所述基板接收表面中的複數個溝道佔據的有效區域。所述方法包括將擦光墊推壓在所述基板的表面上，同時旋轉其下方的所述真空台。所述擦光墊具有約 67mm或更大的直徑，並且在所述擦光墊和所述基板的所述表面之間施加的壓力是約3psi或更大。
在又一實施方式中，一種模組化基板處理系統包括基板處理模組。所述模組包括含盆體和蓋體的腔室。所述蓋體包括複數個側面板，所述蓋體與所述盆體共同限定處理區域。所述模組包括設置在所述處理區域中的可旋轉真空台。所述模組包括設置在所述複數個側面板的第一側面板中的第一基板操縱裝置通道門。所述基板操縱裝置通道門用於利用第一基板操縱裝置將基板定位在所述可旋轉真空台上。所述模組包括設置在所述複數個側面板的第二側面板中的第二基板操縱裝置通道門。所述第二基板操縱裝置通道門用於利用第二基板操縱裝置從所述可旋轉真空台移除所述基板。所述模組包括設置成鄰近所述可旋轉真空台的墊調節站。所述模組包括具有第一端部和在所述第一端部遠端的第二端部的墊承載定位臂。所述第一端部耦接至墊承載組件，並且所述第二端部耦接至致動器，所述致動器被配置成使所述墊承載組件在所述可旋轉真空台上方的第一位置和所述墊調節站上方的第二位置之間擺動。
在另一實施方式中，一種基板處理模組包括設置在所述基板處理模組的處理區域中的可旋轉真空台，所述可旋轉真空台包括含溝道陣列的支撐表面。所述模組包括設置成鄰近所述可旋轉真空台的墊調節站。所述模組包括耦接至墊承載組件的墊承載定位臂。所述模組包括致動器，所述致動器耦接至所述墊承載定位臂且被配置成將所 述墊承載組件定位在第一位置上方和第二位置上方，所述第一位置設置在所述可旋轉真空台的所述支撐表面之上，所述第二位置設置在所述墊調節站之上。
在另一實施方式中，一種處理基板的方法包括將基板定位在基板處理模組的真空台上。所述真空台包括在其支撐表面中限定的溝道陣列。所述真空台的所述支撐表面與重力方向實質上正交。由所述溝道陣列提供的抓握區域在定位於其上的所述基板的表面區域的約5%和約30%之間。所述抓握區域包括由所述真空台的所述支撐表面中的所述溝道陣列佔據的有效區域。所述方法包括將擦光墊推壓在所述基板的表面上同時旋轉其下方的所述真空台。所述擦光墊具有約67mm或更大的直徑，並且在所述擦光墊和所述基板的所述表面之間施加的壓力是約3psi或更大。
在另一實施方式中，一種模組化基板處理系統包括基板處理模組。所述模組包括含盆體和蓋體的腔室。所述蓋體包括複數個側面板，所述蓋體與所述盆體共同限定處理區域。所述模組包括設置在所述處理區域中的可旋轉真空台。所述模組包括設置在所述複數個側面板的第一側面板中的第一基板操縱裝置通道門。所述基板操縱裝置通道門用於利用第一基板操縱裝置將基板定位在所述可旋轉真空台上。所述模組包括設置在所述複數個側面板的第二側面板中的第二基板操縱裝置通道門。所述第二基板操縱裝置通道門用於利用第二基板操縱裝置從所述可旋轉真空 台移除所述基板。所述模組包括設置成鄰近所述可旋轉真空台的墊調節站。所述模組包括耦接至墊承載組件的墊承載定位臂。所述模組包括致動器，所述致動器耦接至所述墊承載定位臂且被配置成將所述墊承載組件定位在第一位置上方和第二位置上方，所述第一位置設置在所述可旋轉真空台的所述支撐表面之上，所述第二位置設置在所述墊調節站之上。
3A:截面線
100:處理系統
105:第一部分
106:第二部分
110:CMP後清潔系統
112:垂直清潔模組
120:基板
124:第一機械手
130:系統裝載站
140:計量站
142:特定位置拋光(LSP)模組
150:第二機械手
160:系統控制器
161:可程式設計中央處理單元
162:記憶體
163:支援電路
170:乾燥單元
180:基板操縱裝置
200:HPC模組
202:第一端部
204:第二端部
206:第一側
208:第二側
210:腔室
212:處理區域
214:盆體
216:蓋體
218:第一側面板
220:第一基板操縱裝置通道門
222:第二側面板
224:第二基板操縱裝置通道門
226:第三側面板
228:檢修通道面板開口
230:可旋轉真空台
232:吸盤板
234:頂表面
236:中心鑽孔
238:徑向溝道
240:埠
244:吸盤配接器
248:吸盤馬達
250:縱向馬達鑽孔
252:可旋轉歧管
254:凸緣
256:軸承
258:旋轉彎頭
260:防松螺絲
264:承載膜
266:支撐表面
268:溝道
270:環形基板升降機構
272:基板接觸點
274:基板環
280:墊調節站
282:調節刷
284:刷軸
286:噴淋嘴
290:沖洗歧管
292:基板中心沖洗桿
294:基板噴淋桿
296:沖刷器
300:墊承載定位臂
302:遠端
304:墊承載組件
306:擦光墊
308:頭部馬達
310:萬向節底座
312:球面軸承
314:線性致動器
316:化學品歧管
322:近端
324:致動器
359:真空源
480:空腔
為了可詳細理解本公開內容以上記載的特徵的方式，可參照實施方式獲得以上簡要概述的本公開內容的更特定描述，其中一些實施方式被圖解在隨附的附圖中。然而，要注意的是，隨附的附圖僅圖解本公開內容的典型實施方式，並因此不應被視為限制其範圍，因為本公開內容可允許其他等同有效的實施方式。
圖1A是根據一個或多個實施方式的使用本文中描述的水平預清潔(HPC)模組的示例性化學機械拋光(CMP)處理系統的示意性平面圖。
圖1B是根據一個或多個實施方式的可對應圖1A中示出的示意性視圖的示例性CMP處理系統的等距俯視圖。
圖1C是根據一個或多個實施方式的可對應圖1A中示出的示意性視圖的圖1B的CMP處理系統的俯視立視圖。
圖2A是可用於本文中描述的CMP處理系統中的示例性HPC模組的一側的等距俯視圖。
圖2B是圖2A的HPC模組的該側的另一等距俯視圖。
圖2C是圖2A的HPC模組的另一側的等距俯視圖。
圖3A是沿著圖2C的截面線3A-3A獲取的側視截面圖。
圖3B至圖3C分別是可用於圖3A的HPC模組中的示例性可旋轉真空台的等距仰視和俯視圖。
圖3D是可與圖3B至圖3C的可旋轉真空台一起使用的示例性承載膜的平面圖。
圖3E是圖3D的一部分的放大平面圖。
圖4A是圖3A的HPC模組的平面圖。
圖4B是可用於圖3A的HPC模組中的示例性墊調節站的側視截面圖。
圖4C是可用於圖3A的HPC模組中的示例性墊承載定位臂的側視截面圖。
為了促進理解，已儘可能使用了相同的附圖標記來表示附圖中共同的相同元件。可以預見的是，一個實施方式的元件和特徵可有益地併入其他實施方式中而無需進一步敘述。
本文中描述的實施方式大體上涉及用於製造電子元件的設備，且更特定地，涉及一種可用於在半導體元件製造製程中清潔基板表面的水平擦光模組。
圖1A是根據一個或多個實施方式的使用本文中描述的水平預清潔(HPC)模組的示例性化學機械拋光(CMP)處理系統100的示意性平面圖。圖1B是根據一個或多個實施方式的可對應圖1A中示出的示意性視圖的示例性CMP處理系統100的等距俯視圖。圖1C是根據一個或多個實施方式的可對應圖1A中示出的示意性視圖的圖1B的CMP處理系統100的俯視立視圖。在圖1B和圖1C中，殼體的某些部件和某些其他內部和外部部件被省略以更清楚地示出CMP處理系統100內的HPC模組。在此，處理系統100包括第一部分105和耦接至第一部分105且與第一部分105集成的第二部分106。第一部分105是特徵在於複數個拋光站(未示出)的基板拋光部分。
第二部分106包括一個或多個CMP後清潔系統110、複數個系統裝載站130、一個或多個基板操縱裝置(例如，第一機械手124和第二機械手150)、一個或多個計量站140、一個或多個特定位置拋光(LSP)模組142、一個或多個HPC模組200和一個或多個乾燥單元170。HPC模組200被配置成處理設置在實質上水平取向中(即在x-y平面中)的基板120。在一些實施方式中，第二部分106可選 地包括被配置成處理設置在實質上垂直取向中(即在z-y平面中)的基板120的一個或多個垂直清潔模組112。
每個LSP模組142通常被配置成利用拋光構件(未示出)僅拋光基板表面的一部分，所述拋光構件的表面積小於待被拋光的基板120的表面積。經常在已用拋光模組拋光基板120之後使用LSP模組142進行修整，例如從基板的相對小的部分移除額外的材料。
計量站140用於在拋光之前和/或之後測量設置在基板120上的材料層的厚度、在拋光之後檢查基板120以決定材料層是否已從基板120的場表面清除、和/或在拋光之前和/或之後檢查基板表面的缺陷。在這些實施方式中，基於利用計量站140獲得的測量或表面檢查結果，可將基板120返回至拋光墊以進一步拋光和/或導引至不同的基板處理模組或站，諸如第一部分105內的拋光模組或至LSP模組142。如圖1A中所示，計量站140和LSP模組142位於第二部分106的區域中，第二部分106在清潔系統110的一者的一些部分上方(在Z方向上)。
第一機械手124定位成將基板120轉移至複數個系統裝載站130或從複數個系統裝載站130轉移基板120，例如在複數個系統裝載站130和第二機械手150之間和/或在清潔系統110和複數個系統裝載站130之間轉移基板120。在一些實施方式中，第一機械手124定位成在任意系統裝載站130和定位成鄰近該系統裝載站的處理系統之間轉移基板120。例如，在一些實施方式中，第一機械手 124可用於在系統裝載站130中的一者和計量站140之間轉移基板120。
第二機械手150用於在第一部分105和第二部分106之間轉移基板120。例如，在此第二機械手150定位成將從第一機械手124接收的待被拋光的基板120轉移至第一部分105以在其中進行拋光。第二機械手150然後用於將經拋光的基板120從第一部分105(例如從第一部分105內的轉移站(未示出))轉移至HPC模組200中的一者，和/或在位於第二部分106內的不同站和模組之間轉移經拋光的基板。或者，第二機械手150將基板120從第一部分105內的轉移站轉移至LSP模組142或計量站140中的一者。第二機械手150也可將基板120從LSP模組142或計量站140轉移至第一部分105以在其中進一步拋光。
圖1A中的CMP處理系統100的特徵在於設置在第二機械手150的兩側上的兩個清潔系統110。在圖1A中，清潔系統110的一者的至少一些模組(例如一個或多個垂直清潔模組112)位於計量站140和LSP模組142下方(在Z方向上)並因此未被示出。計量站140和LSP模組142未被示出在圖1C中。在一些其他實施方式中，處理系統100的特徵在於僅一個清潔系統110。在此，每個清潔系統110包括HPC模組200、一個或多個濕法清潔模組112(例如，刷盒或噴淋盒)、乾燥單元170、和用於在其間轉移基板120的基板操縱裝置180。在此，每個HPC模組200在鄰近第一部分105的位置中設置於第二部分106內。
典型地，HPC模組200藉由形成在HPC模組200的側面板中的第一開口(未示出)，例如藉由設置在側面板中的門或狹縫閥從第二機械手150接收經拋光的基板120。基板120被HPC模組200以水平取向接收以定位在其中水平設置的基板支撐表面上。然後在利用基板操縱裝置180從HPC模組200轉移基板120之前HPC模組200對基板120執行預清潔製程，諸如擦光製程。
藉由第二開口從HPC模組200轉移基板120，第二開口在此為第二基板操縱裝置通道門224(圖1B)，所述第二開口典型地是穿過HPC模組200的第二側面板設置的可用門(例如狹縫閥)關閉的水平狹縫。因此，基板120在從預清潔模組200轉移時仍然處於水平取向。在基板120從預清潔模組200轉移之後，基板操縱裝置180將基板120定位至垂直位置以在清潔系統110的垂直清潔模組112中進一步處理。例如，基板操縱裝置180可將基板120擺動至垂直位置。
在這一示例中，HPC模組200具有面向處理系統100的第一部分105的第一端部202、背向第一端部202的第二端部204、面向第二機械手150的第一側206和背向第一側206的第二側。第一側206和第二側208在第一端部202和第二端部204之間正交地延伸。
複數個垂直清潔模組112位於第二部分106內。一個或多個垂直清潔模組112是用於從基板表面移除拋光 副產物的接觸和非接觸清潔系統(例如噴淋盒和/或刷盒)中的任一者或組合。
乾燥單元170用於在基板已由清潔模組112處理之後和在基板120被第一機械手124轉移至系統裝載站130之前乾燥基板120。在此，乾燥單元170是水平乾燥單元，從而乾燥單元170被配置成在基板120設置成水平取向的同時藉由開口(未示出)接收基板120。
本文中，利用基板操縱裝置180在HPC模組200和垂直清潔模組112之間、在各個清潔模組112之間、和在清潔模組112和乾燥單元170之間移動基板120。
在本文中的實施方式中，包括基板操縱裝置180在內的CMP處理系統100的運行由系統控制器160導引。系統控制器160包括可與記憶體162(例如，非易失性記憶體)和支援電路163一起運行的可程式設計中央處理單元(CPU)161。支援電路163常規地耦接至CPU 161並包括快取記憶體、時鐘電路、輸入/輸出子系統、電源和類似者，且它們的組合耦接至CMP處理系統100的各種部件以促進其控制。CPU 161是諸如可程式設計邏輯控制器(PLC)之類的用於工業設定中的任何形式的通用電腦處理器中的一者以控制處理系統的各種部件和子處理器。耦接至CPU 161的記憶體162是非瞬態的且典型地是本端或遠端的一種或多種容易獲得的記憶體，諸如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟機、硬碟或任何其他形式的數位記憶體。
典型地，記憶體162是包含指令的非瞬態電腦可讀取儲存介質的形式(例如，非易失性記憶體)，這些指令在由CPU 161執行時促進CMP處理系統100的運行。記憶體162中的指令是程式產品的形式，諸如實現本公開內容的方法的程式。程式碼可符合多種不同程式設計語言中的任一者。在一個示例中，本公開內容可被實現為存儲在與電腦系統一起使用的電腦可讀取儲存介質上的程式產品。該程式產品的程式限定了多個實施方式(包括本文中描述的方法)的功能。
說明性的非瞬態電腦可讀取儲存介質包括，但不限於：(i)非可寫入的存儲介質(例如，電腦內的唯讀記憶體裝置，諸如可由CD-ROM驅動器讀取的CD-ROM盤、快閃記憶體、ROM晶片或任何類型的固態非易失性半導體記憶體裝置，例如，其上可永久性存儲資訊的固態驅動器(SSD))；和(ii)其上存儲有可改變的資訊的可寫入的存儲介質(例如，磁碟機或硬碟驅動器內的軟碟或任何類型的固態隨機存取半導體記憶體)。這些電腦可讀取儲存介質在攜帶導引本文中描述的方法的功能的電腦可讀取指令時是本公開內容的實施方式。在一些實施方式中，本文中闡述的方法或其部分藉由一個或多個專用積體電路(ASIC)、現場可程式設計閘陣列(FPGA)、或其他類型的硬體實現方案來執行。在一些其他實施方式中，本文中闡述的基板處理和/或操縱方法藉由軟體常式、ASIC、FPGA、和/或其他類型的硬體實現方案的組合來 實現。一個或多個系統控制器160可與本文中描述的各種模組化拋光系統中的一者或任意組合一起使用和/或與其各個拋光模組一起使用。
圖2A是可用於本文中描述的CMP處理系統100中的示例性HPC模組200的第二側208的等距俯視圖。在圖2A中，檢修通道面板被省略以更清楚地示出HPC模組200的內部部件。圖2B是圖2A的HPC模組200的第二側208的另一等距俯視圖。在圖2B中，蓋體216的頂面板被進一步省略以更清楚地示出HPC模組200的內部部件。圖2C是圖2A的HPC模組200的第一側206的等距俯視圖。在圖2C中，蓋體216被省略以更清楚地示出HPC模組200的內部部件。
一般而言，HPC模組200包括腔室210，在此為盆體214和蓋體216，其共同限定處理區域212，蓋體216由複數個側面板形成。
第一側面板218形成在HPC模組200的面向第二機械手150的第一側206上。第一側面板218包括用於利用第二機械手150將基板120定位在可旋轉真空台230上的第一基板操縱裝置通道門220。第二側面板222形成在HPC模組200的背向第一部分105的第二端部204上。第二側面板222包括用於利用基板操縱裝置180從可旋轉真空台230移除基板120的第二基板操縱裝置通道門224。第三側面板226形成在HPC模組200的第二側208上。第三側面板226包括檢修通道面板開口228。形成在HPC模組 200的相對側面板上的第一基板操縱裝置通道門220和檢修通道面板開口228的對稱性有益地提供了可如圖1C中所示被安裝在處理系統100的任一側上的水平擦光模組。
可旋轉真空台230設置在HPC模組200的處理區域212內，並且可用於真空吸附基板120。也設置在處理區域212內的可以是設置在可旋轉真空台230徑向外部的環形基板升降機構270、設置成鄰近可旋轉真空台230的墊調節站280、和可在可旋轉真空台230上方的第一位置和墊調節站280上方的第二位置之間移動的墊承載定位臂300。例如，墊承載定位臂300可將墊承載組件304定位在第一位置上方和第二位置上方，所述第一位置設置在可旋轉真空台230的支撐表面之上，所述第二位置設置在墊調節站280之上。
可旋轉真空台230、環形基板升降機構270、墊調節站280和墊承載定位臂300各自獨立地被安裝至盆體214。HPC模組200進一步包括安裝至盆體214的沖洗歧管290。基板中心沖洗桿292和一個或多個基板噴淋桿294從沖洗歧管290的一側延伸。基板中心沖洗桿292用於朝向可旋轉真空台230的中心區域導引沖洗流體，例如清潔流體或水。基板噴淋桿294用於朝向可旋轉真空台230的一個或多個其他區域，例如可旋轉真空台230的周圍區域或側部分導引噴淋物。沖洗歧管290朝向盆體214的角落定位，並且沖洗桿292和基板噴淋桿294沿著HPC模組200的第二端部204在第二側面板222內延伸。在一些實施方式中， 沖洗歧管290與第二側208相鄰(圖2A至圖2B)。在一些其他實施方式中，沖洗歧管290與第一側206(圖2C)相鄰。HPC模組200還包括安裝至盆體214的沖刷器(brush rinse)296。沖刷器296朝向HPC模組200的第一端部202定位且與墊調節站280相鄰以沖洗墊調節站280的一個或多個部件。
在本文中的實施方式中，HPC模組200包括旋轉吸盤組件，其具有設置於其上且固定於其的承載膜。吸盤組件使用藉由複數個溝道施加的真空壓力來在旋轉期間將基板固定就位，所述複數個溝道穿過承載膜而形成。在一些實施方式中，複數個溝道形成為陣列。用於典型的承載膜中的溝道的結構配置可在較高的扭矩下導致基板表面的局部變形以及基板的滑移。例如，與真空溝道陣列對準的基板區域可相對設置在承載膜的固體部分之上的基板的相鄰區域變形。基板局部變形的區域降低了對其施加的擦光墊壓力，從而導致不平整的基板清潔。因此，以下描述的實施方式降低了和/或實質上消除了承載膜的局部變形。
圖3A是沿著圖2C的截面線3A-3A獲取的側視截面圖。圖3B至圖3C分別是可使用於圖3A的HPC模組200中的示例性可旋轉真空台230的等距仰視和俯視圖。圖3D是可與圖3B至圖3C的可旋轉真空台230一起使用的示例性承載膜的平面圖。圖3E是圖3D的一部分的放大平面圖。
可旋轉真空台230包括具有頂表面234的吸盤板232。吸盤板232的頂表面234與重力方向實質上正交。吸 盤板232是具有與重力方向對齊的縱軸c1的圓柱形板。吸盤板232包括連接複數個徑向溝道238的中心鑽孔236，複數個徑向溝道238例如以徑向陣列形成。在此，吸盤板232具有六個周向間隔相等的溝道238。在一些其他實施方式中，吸盤板232包括從3至12個溝道，諸如從5至10個溝道，諸如從6至8個溝道。徑向溝道238的陣列中的每個溝道從中心鑽孔236延伸至形成在頂表面234中的複數個埠240。在此，徑向溝道238的陣列各自包括五個埠240。在一些其他實施方式中，每個徑向溝道238包括從3至7個埠，諸如從4至6個埠。在此，複數個埠240沿著溝道238的陣列之一在徑向方向上彼此均等地間隔開。在一些其他實施方式中，複數個埠240是非均勻間隔開的。中心鑽孔236、徑向溝道238的陣列、和複數個埠240被配置成提供從真空源359至吸盤板232的頂表面234的壓力和流體連通以真空吸附在其上的基板120。在一些實施方式中，真空壓力為相對於大氣壓力的約-8psi至約-4.5psi、諸如相對於大氣壓力的約-7psi至約-5.5psi。因此，藉由複數個埠240施加負真空壓力將基板120固定至頂表面234。為了從吸盤板232移除基板120，真空壓力被放空(vented)且施加任選的正壓氮氣吹掃。
吸盤板232的底側耦接至吸盤配接器244。吸盤配接器244是設置在吸盤板232和吸盤馬達248之間且將吸盤板232耦接至吸盤馬達248的圓柱形板。吸盤馬達248被配置成使吸盤板232和吸盤配接器244圍繞縱軸c1旋 轉。吸盤馬達248的縱向馬達鑽孔250容置可旋轉歧管252，該可旋轉歧管252在近端處具有凸緣254。凸緣254耦接至吸盤配接器244，使得可旋轉歧管252藉由吸盤配接器244的旋轉而旋轉。吸盤板232、吸盤配接器244和可旋轉歧管252可作為子組件從馬達鑽孔250移除。在一些實施方式中，吸盤板232、吸盤配接器244、可旋轉歧管252、吸盤板232和吸盤配接器244之間的螺釘和對準銷、以及凸緣254和吸盤配接器244之間的螺釘由塑膠或聚合物(例如聚醚醚酮(PEEK))形成。在整個子組件中用塑膠部件取代金屬部件(例如不銹鋼)降低了基板120的痕量金屬污染。軸承256在可旋轉歧管252的遠端處設置在馬達鑽孔250內以使可旋轉歧管252處於馬達鑽孔250中心。軸承256具有用於可旋轉地耦接可旋轉歧管252的外徑的內徑，以促進可旋轉歧管252和馬達鑽孔250之間的相對旋轉。旋轉彎頭258藉由防松螺絲260耦接至可旋轉歧管252的遠端。旋轉彎頭258在固定的真空源359和可旋轉歧管252之間提供壓力和流體連通。
參照圖3D，承載膜264設置在吸盤板232的頂表面234上。在一些實施方式中，利用黏合劑將承載膜264固定至頂表面234。在一些實施方式中，承載膜264被可移除地附接至頂表面234，從而可替換承載膜264。承載膜264具有背向吸盤板232的頂表面234的支撐表面266(例如，基板接收表面)。支撐表面266與重力方向實質上正交。在一些實施方式中，承載膜264具有封閉的單元多孔 結構以藉由其連通真空壓力並在吸盤板232和基板120之間形成密封。在一些實施方式中，承載膜264由聚合物或塑膠(例如聚氨酯)形成。有益地，承載膜264改善了吸盤板232和基板120之間的接觸區域、減少了痕量金屬污染、減少了因在吸盤板232和基板120之間捕獲的顆粒而形成劃痕和缺陷、和/或優化了施加至基板120的真空壓力的分佈。承載膜264包括在支撐表面266中以陣列形成的複數個溝道268。溝道268的陣列是承載膜264中的開口，其與設置在其下方的環形溝道的對應溝道對準。
在此，溝道268的陣列是環繞縱軸c1的環形溝道。在一些其他實施方式中，溝道268的陣列具有非環形的形狀。在此，溝道268的陣列中最內溝道與穿過承載膜264的中心的縱軸c1在徑向方向上間隔距離r1。在一些實施方式中，距離r1是約100mm或更大，諸如從約100mm至約200mm，諸如約150mm。在此，承載膜264包括在徑向方向上在相鄰的溝道268之間具有相等間隔s1的5個同心溝道268。在一些其他實施方式中，承載膜264包括從3至7個同心溝道，諸如從4至6個同心溝道。在一些其他實施方式中，溝道268的陣列是非均勻間隔開的。在一些實施方式中，溝道268之間的間隔s1是約50mm或更小，諸如從約20mm至約50mm，諸如從約30mm至約40mm。在此，溝道268的陣列各自包括6個弧狀區段。在一些其他實施方式中，溝道268的陣列包括從3至12個弧狀區段，諸如從5至10個弧狀區段，諸如從6至8個弧狀區段。 在一些實施方式中，同一溝道268的相鄰弧狀區段之間的周向間隔s2是約50mm或更小，諸如從約20mm至約50mm。
有益地，溝道268的陣列具有在施加真空時防止基板120變形的寬度w1。在一些實施方式中，寬度w1是約10mm或更小，諸如約5mm或更小，諸如約2mm或更小，諸如約1mm或更小，或者從約1mm至約2mm，諸如約1.5mm。在一些實施方式中，使用較窄的溝道268能夠在不導致基板120變形的情況下實現更高的真空壓力。在一些實施方式中，由溝道268的陣列提供的抓握區域是設置在其上的待被處理的基板120的表面區域的約5%或更大，諸如約5%和約30%之間，諸如約10%和約30%之間，諸如約15%和約30%之間，諸如約15%和25%之間，諸如約20%。抓握區域被定義為可旋轉真空台230的支撐表面266中由溝道268的陣列佔據的有效區域。在一些實施方式中，HPC模組200與垂直清潔模組112相比使用更高的扭矩。為了操縱相對於其他設計更高的扭矩，本文中描述的溝道268的陣列具有增大的真空抓握，以在不導致基板120變形的情況下防止基板120從可旋轉真空台230滑移，其中增大的真空抓握由更高的抓握區域、更高的真空壓力、或兩者提供。
圖4A是圖2C的HPC模組200的平面圖。環形基板升降機構270設置在可旋轉真空台230的徑向外部。升降機構270包括設置成鄰近可旋轉真空台230的周緣的複數 個基板接觸點272。每個基板接觸點272是形成在圍繞吸盤板232的基板環274上的朝上的肩部。升降機構270被配置成：在從可旋轉真空台230的支撐表面266提升基板120時，複數個基板接觸點272中的一者在複數個基板接觸點272中的其他者之前接觸基板120。環形基板升降機構270與前述的真空壓力的放空和任選的氮氣吹掃協同工作以從吸盤板232移除基板120。有益地，使用基板升降機構270能相對於僅使用放空和任選的氮氣吹掃實現更快地將基板120解吸附。
圖4B是可用於圖3A的HPC模組200中的示例性墊調節站280的側視截面圖。墊調節站280設置成鄰近可旋轉真空台230。墊調節站280包括背向盆體214的調節刷282。在一些實施方式中，刷282包括纖維材料。在一些實施方式中，纖維由尼龍或另一種類似材料形成。刷282耦接至可旋轉的刷軸284。刷軸284延伸穿過盆體214且與調節流體源(未示出)流體連通。刷軸284被配置成將調節流體(例如去離子水)傳遞至設置成鄰近刷282的噴淋嘴286。在墊調節站280的運行期間，刷282由刷軸284旋轉。在旋轉期間，調節流體流經刷軸284至噴淋嘴286，由此潤濕刷282並促進調節製程。
圖4C是可用於圖3A的HPC模組200中的示例性墊承載定位臂300的側視截面圖。墊承載定位臂300設置成鄰近可旋轉真空台230和墊調節站280。墊承載定位臂300的遠端302包括可垂直移動的墊承載組件304以用於在設 置於其下端處的擦光墊支撐表面上支撐可旋轉的擦光墊306。在一些實施方式中，墊承載組件304的尺寸被設定成支撐直徑為約67mm或更大，諸如從約67mm至約150mm，諸如為約67mm或者約134mm的擦光墊306。在一些實施方式中，本公開內容的墊承載定位臂300支撐與常規預清潔模組相比更大的擦光墊306，並且更大的擦光墊改善了效能並減少了擦光時間。墊承載組件304包括頭部馬達308，該頭部馬達308用於使擦光墊306和擦光墊支撐表面圍繞與重力方向實質上對齊的軸c2旋轉。墊承載組件304包括藉由球面軸承312耦接至頭部馬達308的萬向節底座310，從而允許墊承載組件304的擦光墊支撐表面相對於與軸c2正交的平面樞轉。為了便於公開，墊調節站280出於說明性目的而未被示出在圖4C中，但會設置在空腔480中。
在CMP之後，HPC模組200被配置成在基板120乾燥之前清理拋光漿料和碎片。在一些實施方式中，HPC模組200替換了由處理系統100的第一部分105的複數個拋光站執行的一個或多個清潔步驟。HPC模組200的擦光墊306具有比拋光站的拋光表面小的形狀因數(form factor)，因為可局部執行清潔，而不是藉由在基板120的整個表面上全域執行的CMP移除材料。也就是說，擦光墊306在直徑上小於基板120，其尺寸被設定為僅執行局部擦光，而並非被設計成同時覆蓋基板120的整個表面。
墊承載定位臂300包括在墊承載組件304和墊承載定位臂300的近端322之間耦接的線性致動器314，例如氣動缸。線性致動器314被配置成沿著軸c2升起或降低墊承載組件304以用於相對於設置在可旋轉真空台230上的基板120或者相對於墊調節站280的刷282定位擦光墊306以向其施加擦光墊306的操作下壓力。在一些實施方式中，在擦光墊306和基板120的表面之間施加的壓力是約0.5psi或更大，諸如從約0.5psi至約4psi，諸如約3psi，或者約4psi。在一些實施方式中，由擦光墊306施加給基板120的下壓力軸向載荷(downforce thrust load)正比例於壓力。在一些實施方式中，軸向載荷是從約0.5 lbf至約100 lbf，諸如從約10 lbf至約65 lbf。墊承載定位臂300的下側包括具有多個噴淋嘴的化學品歧管316以將化學品(例如處理流體)分配至基板120的表面上。
墊承載定位臂300的近端322耦接至致動器324，例如馬達，致動器324被配置成使墊承載組件304在可旋轉真空台230上方的第一位置和墊調節站280上方的第二位置之間擺動。墊承載定位臂300被配置成使墊承載組件304擺動通過檢修通道面板開口228以促進對其維護。
在一些實施方式中，墊承載組件304的下壓力、擦光墊306的扭矩、基板120的扭矩和可旋轉真空台230經由承載膜264的保持力和抓握力被調整和控制以優化效 能。在一些實施方式中，擦光墊306的扭矩是約2Nm或更大，諸如從約2Nm至約6Nm，諸如從約3Nm至約5Nm。在一些實施方式中，基板120的扭矩是約10Nm或更大，諸如從約10Nm至約30Nm，諸如從約15Nm至約25Nm。在一些實施方式中，對潤濕的基板120的保持力是約25 lbf或更大，諸如約30 lbf或更大，諸如從約30 lbf至約40 lbf，諸如約30 lbf。在一些實施方式中，潤濕的基板上的邊緣提升抓握力是約2 lbf或更大，諸如從約2 lbf至約3 lbf，諸如從約2 lbf至約2.4 lbf。
儘管前述有關本公開內容的實施方式，但在不脫離本公開內容的基本範圍的情況下可設計本公開內容的其他和進一步的實施方式，並且本公開內容的範圍由隨附的申請專利範圍來決定。
200:HPC模組
202:第一端部
204:第二端部
206:第一側
208:第二側
210:腔室
212:處理區域
214:盆體
216:蓋體
222:第二側面板
224:第二基板操縱裝置通道門
226:第三側面板
228:檢修通道面板開口
230:可旋轉真空台
232:吸盤板
270:環形基板升降機構
280:墊調節站
290:沖洗歧管
300:墊承載定位臂
302:遠端
304:墊承載組件
322:近端
324:致動器

Claims (20)

  1. 一種基板處理模組，包括：一可旋轉真空台，該可旋轉真空台設置在該基板處理模組的一處理區域中，該可旋轉真空台包括包含一弧狀同圓心溝道陣列的一支撐表面；一墊調節站，該墊調節站設置成鄰近該可旋轉真空台；一墊承載定位臂，該墊承載定位臂耦接至一墊承載組件；和一致動器，該致動器耦接至該墊承載定位臂且被配置成將該墊承載組件定位在一第一位置上方和一第二位置上方，該第一位置設置在該可旋轉真空台的該支撐表面之上，該第二位置設置在該墊調節站之上。
  2. 如請求項1所述的基板處理模組，其中該弧狀同圓心溝道陣列中的各個弧狀同圓心溝道的一寬度是約10mm或更小。
  3. 如請求項2所述的基板處理模組，其中由該弧狀同圓心溝道陣列提供的一抓握區域在設置於其上的一待被處理的基板的一表面區域的約5%和約30%之間，該抓握區域包括在該真空台的該支撐表面中由該弧狀同圓心溝道陣列佔據的一有效區域。
  4. 如請求項1所述的基板處理模組，其中該墊承載組件的尺寸被設定成支撐一直徑為約67mm或更大的一擦光墊。
  5. 如請求項1所述的基板處理模組，其中該真空台的該支撐表面與一重力方向實質上正交。
  6. 如請求項1所述的基板處理模組，進一步包括設置在該真空台的徑向外部的一環形基板升降機構。
  7. 如請求項6所述的基板處理模組，其中該環形基板升降機構包括設置成鄰近該真空台的一周緣的複數個基板接觸點，並且其中該環形基板升降機構被配置成使得在從該真空台的該支撐表面提升該基板時，該複數個基板接觸點中的一者在該複數個基板接觸點中的其他者之前接觸一基板。
  8. 一種處理一基板的方法，包括以下步驟：將一基板定位在一基板處理模組的一真空台上，該真空台包括包含一弧狀同圓心溝道陣列的一支撐表面，其中該真空台的該支撐表面與一重力方向實質上正交，並且其中由該弧狀同圓心溝道陣列提供的一抓握區域在定位於其上的該基板的一表面區域的約5%和約30%之間，該抓握區域包括在該真空台的該支撐表面中由該弧狀同圓心溝道陣列佔據的一有效區域；以及在旋轉該基板下方的該真空台的同時，將一擦光墊推壓在該基板的一表面上，其中該擦光墊具有約67mm或更大的一直徑，並且在該擦光墊和該基板的該表面之間施加的一壓力是約3psi或更大。
  9. 如請求項8所述的方法，進一步包括一真空台膜，該真空台膜具有穿過該真空台膜形成的該弧狀同 圓心溝道陣列，該真空台膜利用一黏合劑固定至該真空台的一吸盤板，該吸盤板具有設置在該吸盤板的一頂表面中的複數個開口，其中該真空台膜中的該弧狀同圓心溝道陣列與設置在其下方的該開口中對應的開口對準，並且其中該弧狀同圓心溝道陣列中的各個弧狀同圓心溝道的一寬度是約10mm或更小。
  10. 如請求項8所述的方法，其中該真空台設置在該基板處理模組的一處理區域中，該基板處理模組包括：一腔室，該腔室包括一盆體和一蓋體，該盆體和該蓋體共同限定該處理區域；該真空台，該真空台設置在該處理區域中；一墊調節站，該墊調節站設置成鄰近該真空台；一墊承載定位臂，該墊承載定位臂耦接至一墊承載體；和一致動器，該致動器耦接至該墊承載定位臂且被配置成將一墊承載組件定位在一第一位置上方和一第二位置上方，該第一位置設置在該真空台的該支撐表面之上，該第二位置設置在該墊調節站之上。
  11. 一種模組化基板處理系統，包括：一基板處理模組，包括：一腔室，該腔室包括一盆體和一蓋體，該蓋體包括複數個側面板，該蓋體與該盆體共同限定一處理區域； 一可旋轉真空台，該可旋轉真空台設置在該處理區域中；一第一基板操縱裝置通道門，該第一基板操縱裝置通道門設置在該複數個側面板的一第一側面板中，其中該第一基板操縱裝置通道門用於利用一第一基板操縱裝置將一基板定位在該可旋轉真空台上；一第二基板操縱裝置通道門，該第二基板操縱裝置通道門設置在該複數個側面板的一第二側面板中，其中該第二基板操縱裝置通道門用於利用一第二基板操縱裝置從該可旋轉真空台移除該基板；一墊調節站，該墊調節站設置成鄰近該可旋轉真空台；和一墊承載定位臂，該墊承載定位臂耦接至一墊承載組件；和一致動器，該致動器耦接至該墊承載定位臂且被配置成將該墊承載組件定位在一第一位置上方和一第二位置上方，該第一位置設置在該可旋轉真空台之上，該第二位置設置在該墊調節站之上，其中該真空台包括在該真空台的一支撐表面中限定的一弧狀同圓心溝道陣列。
  12. 如請求項11所述的模組化基板處理系統，其中該複數個側面板的一第三側面板的特徵在於一檢修開口，並且該墊承載定位臂被配置成穿過該檢修開口定位該墊承載組件以促進對該墊承載組件的維護。
  13. 如請求項11所述的模組化基板處理系統，進一步包括：一第一基板處理區域，該第一基板處理區域包括複數個拋光站；和一第二基板處理區域，該第二基板處理區域包括該基板處理模組和該第一基板操縱裝置，其中該第一基板操縱裝置定位成將基板從該第一基板處理區域轉移至該基板處理模組。
  14. 如請求項13所述的模組化基板處理系統，其中該第二基板處理區域進一步包括一基板清潔系統，並且該基板處理模組設置在該基板清潔系統上方。
  15. 如請求項14所述的模組化基板處理系統，其中該第二基板操縱裝置定位成將一基板從該基板處理模組轉移至設置在該基板處理模組下方的該基板清潔系統的一清潔站。
  16. 如請求項11所述的模組化基板處理系統，其中該基板處理模組進一步包括圍繞該真空台的一環形基板升降機構。
  17. 如請求項16所述的模組化基板處理系統，其中該環形基板升降機構包括設置成鄰近該真空台的一周緣的複數個基板接觸點，並且其中該環形基板升降機構被配置成使得在從該真空台的一支撐表面提升該基板時，該複數個基板接觸點中的一者在該複數個基板接觸點中的其他者之前接觸一基板。
  18. 如請求項11所述的模組化基板處理系統，其中該弧狀同圓心溝道陣列中的各個弧狀同圓心溝道的一寬度是約10mm或更小。
  19. 如請求項18所述的模組化基板處理系統，其中由該弧狀同圓心溝道陣列提供的一抓握區域在設置於其上的一待被處理的基板的一表面區域的約5%和約30%之間，該抓握區域包括在該真空台的該支撐表面中由該弧狀同圓心溝道陣列佔據的一有效區域。
  20. 如請求項19所述的模組化基板處理系統，其中該墊承載組件的尺寸被設定成支撐一直徑為約67mm或更大的一擦光墊。
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