基板边缘清洁和基板承载头间隙清洁的设备和方法与流程

1.本公开内容的实施例总体涉及基板处理，并且更具体地涉及基板处理工具及其方法。


背景技术：

2.集成电路典型地通过在硅基板上顺序沉积导电层、半导电层或绝缘层来在基板上形成。制造包括在非平面表面上沉积填料层，并且将填料层平面化，直到暴露非平面表面。导电填料层可沉积在图案化绝缘层上，以填充绝缘层中的沟槽或孔洞。然后，抛光填料层，直到暴露绝缘层的凸起图案。在平面化之后，导电层的保留在绝缘层的凸起图案之间的部分形成在基板上的薄膜电路之间提供导电路径的通孔、插塞和线路。另外，可能需要平面化以平面化基板表面处的介电层以用于光刻。
3.化学机械抛光(cmp)是一种公认的平面化方法。此平面化方法包括将基板安装在cmp设备的承载头或抛光头上。基板的暴露表面抵靠旋转的抛光盘垫或带垫放置。承载头在基板上提供可控负载以将基板的器件侧推靠在抛光垫上。如果使用标准垫，则将包括至少一种化学反应剂和研磨颗粒的抛光浆料供应到抛光垫的表面。
4.基板典型地保持在承载头下方、抵靠保持环内的隔膜。此外，当基板在承载头中时，在基板的外边缘与保持环的内周边之间存在间隙。另外，在隔膜的外边缘与保持环的内周边之间存在间隙。这些间隙和在基板的外边缘附近的其他区域在处理期间可能积聚抛光浆料和有机残留物。这些残留物在处理期间可能保留在基板边缘上和/或移去，并且使基板出现缺陷并影响cmp设备的效率。因此，需要一种从基板边缘去除残留物和从包围基板的承载头中的间隙去除残留物的方法。还需要一种用于在将基板从承载头传送走之前从基板边缘去除残留物和用于从包围承载头的隔膜的间隙去除残留物的设备。


技术实现要素：

5.在一个实施例中，提供了一种装载杯，所述装载杯具有：环形基板站，所述环形基板站被配置为接收基板；以及喷雾器，所述喷雾器位于装载杯内并且由环形基板站包围。喷雾器具有一组激励流体喷嘴，所述一组激励流体喷嘴邻近在环形基板站与喷雾器之间的界面设置在喷雾器的上表面上。一组激励流体喷嘴被配置为相对于上表面以向上角度释放激励流体。
6.在另一个实施例中，提供了一种清洁化学机械抛光系统的方法，所述方法包括：在设置在承载头中的基板的边缘处引导来自装载杯的一组激励流体喷嘴的激励流体。承载头具有保持环以将基板保持在承载头的隔膜下方。所述方法包括：从承载头卸载基板；以及将来自一组激励流体喷嘴的激励流体引导到形成在隔膜的外边缘与保持环的内周边之间的间隙。
7.在另一个实施例中，一种化学机械抛光系统包括承载头，所述承载头具有保持环以将基板保持在承载头的隔膜下方。化学机械抛光系统包括装载杯，所述装载杯具有一组
激励流体喷嘴，所述一组激励流体喷嘴设置在承载头的外部部分的上表面上。一组激励流体喷嘴被配置为将激励流体引导到在隔膜的外边缘与保持环的内周边之间的间隙。
附图说明
8.为了可详细地理解本公开内容的上述特征，可参考实施例来得到以上简要地概述的本公开内容的更具体描述，实施例中的一些实施例在附图中示出。然而，需注意，附图仅示出了示例性实施例，并且因此不应被视为对其范围的限制，并且本公开内容可允许其他等效实施例。
9.图1描绘了根据实施例的化学机械抛光(cmp)系统的俯视平面图。
10.图2a描绘了根据实施例的抛光设备的局部侧视图。
11.图2b描绘了根据实施例的抛光设备的仰视图。
12.图3a描绘了根据实施例的装载杯的俯视平面图。
13.图3b描绘了根据实施例的喷嘴的喷雾图案的示意性侧视图。
14.图4描绘了根据实施例的用于处理基板的方法的流程图。
15.为了促成理解，已经在可能的情况下使用相同的附图标记标示附图共有的相同要素。设想的是，实施例的要素和特征可有益地结合在其他实施例中，而无需进一步陈述。
具体实施方式
16.本公开内容涉及装载杯，所述装载杯被配置有激励流体(energized fluid)喷嘴，所述激励流体喷嘴喷出可调激励流体射流以在基板被从承载头卸载之前清洁设置在承载头中的基板的边缘而不使基板过热。从激励流体喷嘴喷出的激励流体射流具有有利于穿透并有效地清洁承载头中的介于疏水隔膜与承载头的保持环的内周边之间的狭窄间隙的特性。根据本公开内容的一个或多个实施例，已发现激励流体射流的某些特性(诸如平坦扇形、高压、高温、气相蒸汽、用于轰击的固体可熔颗粒、声波生成和它们的(多个)组合中的一者或多者)可有利地用于增强和快速的清洁。还已发现，激励流体喷嘴中的每一者可与相应流体喷雾喷嘴(例如，去离子水喷雾喷嘴)结合地使用以改进控制，诸如温度控制。
17.图1描绘了根据本文公开的实施例的化学机械抛光(cmp)系统100的俯视平面图。尽管图1中示出且本文中描述了cmp系统，但本文公开的概念可应用于其他基板处理装置。cmp系统100包括处理(例如，清洗和/或抛光)基板108的抛光区段102以及清洁和干燥区段104。cmp系统100包括在基板108上执行其他工艺的其他区段。如本文所使用，基板包括用于制造电子器件或电路部件的制品。基板包括半导体基板，诸如含硅基板、图案化或未图案化的基板、玻璃板、掩模等。穿通孔110是抛光区段102与清洁和干燥区段104之间的开口，所述开口适应对基板108的传送。
18.抛光区段102包括一个或多个抛光站114，诸如单独的抛光站114a-114d。抛光站114中的每一者包括抛光垫，诸如单独的抛光垫116a-116d。抛光垫抵靠基板108的表面旋转以执行各种抛光工艺。一种或多种浆料(未示出)被施加在基板108与抛光垫116a-116d之间以处理基板。
19.抛光区段102包括多个承载头120，所述多个承载头120在抛光期间将基板108保持抵靠在抛光垫116a-116d上。抛光站114a-114d中的每一者可包括单个头部，诸如单独的承
载头120a-120d。当承载头120a-120d被传送进出抛光站114a-114d时，承载头120a-120d将基板108固定在其中。例如，当承载头120a-120d在装载杯124(例如，单独的装载杯124a、124b)与抛光站114a-114d之间传送时，承载头120a-120d将基板108固定在其中。装载杯124a、124b在承载头120a-120d与基板交换器130(例如，单独的交换器130a、130b)之间传送基板108。第一基板交换器130a在第一方向132a上旋转，并且第二交换器130b在第二方向132b上旋转，第二方向132b可与第一方向132a相反或相同。
20.清洁和干燥区段104包括机器人136，机器人136通过穿通孔110将基板108在各种接入位置172a、172b处传送进出基板交换器130a、130b。机器人136还在清洁和干燥区段104中的站(未示出)与基板交换器130a、130b之间传送基板108。
21.图2a和2b描绘了根据一些实施例的承载头120的侧视图和仰视图，承载头120可以是图1中的承载头120a-120d中的任一者。承载头120包括保持环206以将基板108保持在隔膜204下方。隔膜204是柔性疏水隔膜204。隔膜外周边205由保持环206的内周边207包围。间隙216被形成在保持环206的内周边207与隔膜204的外周边205之间。在一些实施例中，间隙216为约0.5mm至约3mm，诸如约1mm至约2mm。承载头120包括由隔膜204限定的一个或多个独立可控的可加压腔室(例如，202a、202b、202c、202d)。可加压腔室中的每一者具有相关联压力(pa、pb、pc和pd)，并且pr是指在处理期间施加在保持环206上的压力。在处理期间，当承载头120旋转基板108而同时将基板108压靠在抛光垫(例如，116a-116d)上时，抛光浆料、碎屑和残留物可积聚在基板108边缘、基板斜面区域和其他位置，诸如积聚在间隙216内。
22.不受理论束缚，据信，由于隔膜204是疏水的，因此包围隔膜204的外周边205的毛细管和/或弯月面力防止常规的冲洗水(例如，去离子(di)水)容易地渗透这些间隙和特征。残留物和颗粒会随时间而累积并在处理期间被释放，从而潜在地导致基板108上的划痕。一种解决方案可以是在隔膜204面朝上的情况下冲洗隔膜204；然而，此工艺在工业中通常不使用，这至少是因为它会影响产量并使水结成水珠。隔膜204面朝下的冲洗工艺无法润湿疏水隔膜表面，并且清洁有效性受限。已发现，使用高压蒸汽通过使用动能和热能两者来移去浆料残留物和颗粒。在一些实施例中，当基板108不在适当位置时和当基板108保持在承载头120中时，蒸汽都对清洁承载头120中的间隙是有效的。
23.图3a描绘了根据实施例的装载杯124(例如，124a或124b)的俯视平面图。装载杯124包括具有环形形状的基板站350。基板站350竖直移动以将基板放置到基板交换器130(例如130a、130b)的叶片334上和从叶片334移除基板108。叶片334可旋转到接入位置172a、172b来由机器人136(图1)装载和卸载基板108。
24.基板站350包括凹口(例如，352a、352b、352c)以接收叶片334。叶片的远端344由凹口352b和凹口352c接收。叶片334的近端由凹口352a接收。基板108搁置在基板站350的凸起特征上。当基板站350沿向上方向移动并将基板108从叶片334移除时，基板108被定位在多个销354内，多个销354形成了使基板108居中的袋。
25.装载杯124包括具有多个不同喷嘴(例如，358a、358b、358c、358d)的喷雾器356，这些喷嘴被配置为将流体(例如，去离子水)喷射到叶片334、叶片334上的基板108(图3a中未示出)、承载头120上的基板和/或位于装载杯124上方的承载头120(图3a中未示出)上。喷雾器356包括围绕喷雾器356的外部部分设置的一组第一喷嘴358a，例如以用于冲洗基板108，并且包括沿着喷雾器356的直径设置成阵列的一组第二喷嘴358b，例如用于在被分别定位
在装载杯124之上时，冲洗承载头120的隔膜204。喷雾器356包括在喷雾器356的外部部分上的一组第三喷嘴358c，所述一组第三喷嘴358c被配置为当承载头120定位在装载杯124之上时，无论承载头120带有或不带有基板108，所述一组第三喷嘴358c都喷射承载头120的部分，诸如在隔膜204的外周边205与保持环206的内周边207之间的间隙216。第三喷嘴358c(例如，喷雾喷嘴)也被配置为在基板108保持在承载头120中时，喷射基板108的外边缘，诸如在基板108的外边缘与保持环206的内周边207之间的间隙。第三喷嘴358c耦接到冲洗溶液，诸如在室温下(诸如约10℃至约40℃)的去离子水。第三喷嘴358c中的每一者耦接到雾化器。
26.喷雾器356包括一组第四喷嘴358d(例如，激励流体喷嘴)。第四喷嘴358d中的每一者在喷雾器356的外部部分处靠近每个第三喷嘴358c设置在喷雾器356的上表面上。在一些实施例中，激励流体是去离子水(diw)、diw和氮气、diw和清洁干燥空气(cda)、水冰颗粒和氮气、水冰颗粒和cda、干冰、用超声波或兆声波(megasonic)发生器激励的diw或它们的组合。不受理论束缚，据信，包括冰粒的某些混合物可用于轰击和移去小空隙和间隙内的碎屑。激励流体是气相流体和/或混合相流体，诸如蒸气和/或蒸汽。激励流体(诸如蒸汽)的温度为约80℃至约150℃，诸如约100℃至约120℃，诸如处于或高于流体的饱和温度的温度。被施加以激励流体的压力为约30psi至约140psi，诸如约40psi至约50psi。还设想了其他压力和温度，诸如针对干冰和其他激励流体。
27.在一些实施例中，通过对流体加压、声激励(例如，通过声空化)、气动辅助(例如，使用与加压气体混合的液体)或它们的组合来激励流体。其他方法和组合也是可能的。声空化包括以超声波或兆声波的方式激励流体以移去残留物和碎屑。声激励流体使用压电换能器(pzt)，所述压电换能器(pzt)在从较低超声波范围(例如，约20khz)到较高兆声波范围(例如，约2mhz)的频率范围内工作。可使用其他频率范围。合适的声能源发生器(例如pzt)的形状是矩形。声源发生器耦接到第四喷嘴358d。
28.第四流体喷嘴358d向上定向，与喷雾器356的上表面垂直(例如，约90度)。还设想了相对于喷雾器356的上表面的其他角度，诸如约45度至约100度，其中45度是相对于喷雾器356径向向外定向的角度。另外，第四流体喷嘴358d中的每一者被配置为以平坦扇形射流(例如，图3b中所示的360)引导流体。图3b描绘了根据一些实施例的用于第三喷嘴358c和/或第四喷嘴358d的平坦扇形射流360的喷雾图案的示意性侧视图。平坦扇形射流与环形基板站350的内周边的一部分基本上平行，并且在第四流体喷嘴358d的尖端处从平坦扇形射流的第一边缘枢转到第二边缘的射流角α为约30度至约50度，诸如约40度。在一些实施例中，喷雾器356包括约1个至约5个第四流体喷嘴358d，诸如2个、3个或4个第四流体喷嘴358d。第四流体喷嘴358d中的每一者围绕喷雾器356的外部部分等距间隔开。在一些实施例中，喷雾器356包括约1个至约5个第三喷嘴358c，并且每个第四流喷嘴358d靠近相应第三喷嘴358c设置。
29.图4包括用于处理基板的方法的流程图。方法400包括：操作402，在设置在承载头(例如，120)中的基板(例如，108)的边缘处引导来自装载杯(例如，124)的一组激励流体喷嘴(例如，358d)的激励流体。承载头120包括保持环206以将基板108保持在承载头120的隔膜204下方。从承载头120的外部测量，基板108边缘保持在约60℃至约70℃的温度。在一些实施例中，在抛光区段102中抛光基板108之后，在从抛光区段102冲洗和/或移除基板108期
间将基板108冷却至室温，诸如约20℃至约40℃。据信，保持低的基板108温度会降低在基板传送期间腐蚀的可能性。本文描述的方法在清洁期间控制基板温度，诸如通过将激励流体定位到基板边缘区域。在一些实施例中，在基板108的边缘处从喷雾喷嘴(例如，358c)喷射di水时，同时将激励流体(例如，蒸汽)引导到基板108的边缘。在一些实施例中，在激励流体被引导到基板108的边缘之后，立即喷射di水。di水和激励流体的组合射流通过调节激励流体的压力和喷射的水量来控制。特别地，组合射流的温度被控制以将基板108的温度维持低于约70℃。据信，将基板108的温度维持低于约70℃会减少对基板108的不期望的影响。将残留物和碎屑从基板108的边缘移去，而不使基板以及基板承载头120的部分(诸如保持环206)过热。管理温度降低了基板108和承载头120的材料退化的风险。喷射水还可冲洗掉移去的残留物和碎屑。在一些实施例中，当基板108在承载头120中并且随承载头而旋转时，将激励流体引导到基板边缘。通过向隔膜施加真空压力来将基板108固定到承载头120。在隔膜的内周边与基板边缘之间的小间隙结合隔膜的疏水性使得使用常规方法难以清洁基板边缘和斜面区域。本文描述的方法提供了具有扇形射流形状和角度的激励流体，在基板被固定到承载头120时，所述激励流体被引导到基板边缘以增强清洁。
30.在操作404中，将基板108从承载头120卸载，诸如通过将基板108装载到基板交换器(例如，130a、130b)上并旋转基板交换器。在操作406中，在将基板108从承载头移除之后，使装载杯124返回到在承载头120附近的位置，并且在形成在隔膜204的外周边205与保持环206的内周边207之间的间隙216处将激励流体引导到空承载头120。在一些实施例中，在激励流体之后立即喷射di水以冲洗掉任何移去的残留物和碎屑。
31.因此，本公开内容涉及装载杯，所述装载杯被配置有激励流体喷嘴，所述激励流体喷嘴喷出可调激励流体射流以在基板被从承载头卸载之前清洁设置在承载头中的基板的边缘而不使基板过热。从激励流体喷嘴喷出的激励流体射流具有有利于穿透并有效地清洁承载头中的介于疏水隔膜与承载头的保持环的内周边之间的狭窄间隙的特性。激励流体喷嘴中的每一者可与相应流体喷雾喷嘴(例如，去离子水喷雾喷嘴)结合地使用以改进控制，诸如温度控制。