清洗電路襯底的設備的制作方法

專利名稱：清洗電路襯底的設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及電路裝置的制造領域，具體地，涉及清洗電路襯底領域。
背景技術：
當制作電路裝置時，經常需要對其上形成和/或安裝了電路裝置的 襯底進行清洗。電路襯底的清洗在半導體襯底上制造集成電路器件時尤
其重要。
在半導體襯底(例如硅晶片)上制造集成電路器件期間需要執行許 多清洗步驟。在這些清洗過程中，通常需要去除諸如來自在半導體襯底 上承載的表面層的痕量金屬和顆粒之類的雜質，而不能損壞在所述表面 (或那些表面)上己經形成的結構。將雜質保持在表面上的力的種類和
強度是不同的。清洗工藝在化學機械拋光(CMP)、尤其是金屬CMP之后 執行的清洗步驟的情況下是特別具有挑戰性的。
通常，使用公知為包括一個或更多刷洗臺的洗滌器的設備執行各種 晶片清洗工藝(包括CMP后晶片清洗)。圖l示出了典型的刷洗臺結構， 所述結構能夠同時清洗半導體晶片的兩個主表面。
如圖1所示，將晶片W定位于一對洗滌器刷1之間并且與其直接接 觸，所述洗滌器刷的外表面用聚合體材料(諸如多乙酸乙烯酯PVA)制 造。涂敷清洗液體以便幫助刷子和晶片的清洗。將這些清洗液體滴落到 晶片和/或刷子上、噴射到晶片上、或者通過刷子本身來提供。清洗液體 一般是設計用于特定應用的專用化學藥品。這些化學藥品一般本質上是 水性的，典型地基于有機酸(檸檬酸、草酸等)或有機基(特別是TMAH)， 在晶片表面上具有遠低于0. 1M的摩爾濃度。一般將刷子與去離子水的穩 定流體相連，并且當晶片通過清洗工具時或在刷子清洗周期期間提供所 述化學藥品。在傳統的基于洗滌器的清洗工藝中，半導體襯底(這里是晶片w)繞其自己的軸旋轉，并且洗滌器刷子l繞它們各自的軸旋轉。當晶片和 洗滌器刷子旋轉時，通過洗滌器刷子的機械作用和/或溶液的化學作用移 走了晶片表面上的顆粒。然后，腔室中的液體動力機制將己移走的顆粒 從晶片表面上去除。如果進行合適地選擇，清洗化學藥品也可以通過調整晶片表面上的顆粒和材料的zeta電勢以使將它們彼此排斥的方式來 輔助清洗，使顆粒的去除更加容易。此外，再通過清洗液體的合適選擇， 可以通過晶片表面非常輕的刻蝕來剝離顆粒。此外，所述清洗應該有效 地去除電介質表面上的金屬物質并且禁止其再次沉積。這有助于減小在 晶片上制造的已完成的集成電路的表面漏電。
在圖l的結構中，晶片垂直朝向，因此將該洗滌器結構稱作"垂直 結構"。也可以使用水平結構。
現有技術的傳統洗滌器型清洗結構存在許多缺點。
首先，考慮圖l所示的傳統結構，示出了其中洗滌晶片的方式依賴 于晶片上的徑向位置而不同。更具體地，晶片W的中心與洗滌器刷子1 連續接觸，而晶片的外圍只斷斷續續地與洗滌器刷子接觸。圖2的曲線 近似示出了晶片與刷子接觸的時間比例隨著晶片上的徑向位置而變化。 此外，通過晶片和洗滌器刷子的旋轉引起的液體動力機制引起清洗液體 在晶片的中心區域與晶片上的其它區域相比不同地操作。
作為以上過程的結果，在晶片的徑向的清洗條件中存在梯度，其中 晶片的中心具有與晶片的邊緣不同的清洗程度。這導致在晶片中心部分 中特定缺陷出現頻率的增加，對于CuCMP工藝顯著的枝蔓和侵蝕。在其 它工藝之后的擦洗可能導致在晶片中心處類似更高級別的損傷 (defectivity)，或者相反(中心比邊緣更好地進行了清洗)。該效果如 圖3所示，示出了使用傳統清洗洗滌器結構的CMP后清洗工藝之后晶片 上的缺陷圖。
圖3A示出了已經使用傳統洗滌設備進行清洗的整個晶片的圖像。 在圖3A的圖像中，斑點表示已經通過缺陷探測工具査找到的缺陷。圖 3B、圖3C和圖3D示出了晶片的中心部分的特寫圖，并且示出了只在該 中心部分處可見的侵蝕缺陷。
其次，使用相同的洗滌器刷子清洗一連串不同的晶片。隨著時間的 繼續，刷子逐漸積聚了顆粒，并且將所述顆粒再次沉積到正在清洗的下 一個晶片上。盡管存在這樣的事實當在清洗站中不存在晶片時將刷子 用清洗液體和/或去離子水沖洗，這種積聚和再沉積也會發生，并且即使 刷子的外表面是由不吸收液體(試圖防止裝滿顆粒的液體的吸收)的材 料構成也會發生這種積聚和再沉積。此外，可能將顆粒嵌入到刷子表面 中，然后所述顆粒將引起進行清洗的晶片的擦傷。
最后，時常需要更換刷子。這可能引起清洗設備冗長的停機時間， 例如由于需要重新校準內部滾筒間隔。
考慮到上述問題而已經實現本發明。

發明內容
本發明提出了一種在所附權利要求中所述的清洗方法和清洗設備。


參考附圖，根據作為示例給出的本發明各種優選實施例的以下描 述，本發明的特征和優點將變得清楚，其中
圖1示意性地示出了用于清洗半導體晶片的基于傳統洗滌器的裝
置；
圖2是表示當使用如圖1所示的傳統晶片清洗裝置時，給定晶片部 分與清洗刷子接觸的時間比例隨著晶片上的徑向位置如何變化的曲線；
圖3示出了已經使用如圖1所示的傳統晶片清洗工具進行了 CMP后 清洗的半導體晶片上的缺陷，其中
圖3A示出了整個晶片的缺陷圖；以及
圖3B至圖3D示出了在晶片中心處的侵蝕缺陷；
圖4示出了使用根據本發明第一方面的洗滌器型晶片清洗裝置的刷 子的優選實施例，其中
圖4A是刷子的側視圖4B是沿圖3A的X-X，線得到的剖面圖；以及 圖4C是沿圖3B的Y-Y，線得到的剖面圖。
圖5示出了在根據本發明第一方面的洗滌器型晶片清洗裝置中可用 的刷子表面的不同結構，其中-
圖5A示出了使用具有錐形末端的單空腔的變體； 圖5B示出了使用具有錐形末端的多個空腔的變體； 圖5C示出了使用具有變化寬度的螺旋形凹槽的變體；以及
圖5D示出了使用在刷子表面的不同區域中具有不同密度分布的空 腔的變體；
圖6示意性地示出了在根據本發明第二方面的洗滌器型清洗設備的 第一優選實施例中的主要部件；
圖7示意性地示出了圖6的洗滌器型清洗設備的變體； 圖8示意性地示出了在根據本發明第二方面的洗滌器型清洗設備的
第二優選實施例中的主要部件；
圖9示意性地示出了在根據本發明第二方面的洗滌器型清洗設備的 第三優選實施例中的主要部件；
圖10示意性地示出了用于晶片等的第一支撐結構，其中圖10A至 圖IOC示出了晶片的不同位置；以及
圖11示意性地示出了用于晶片等的第二支撐結構，其中圖11A至 圖IID示出了晶片的不同位置。
具體實施例方式
現在將描述本發明的第一方面，涉及設計用于減小晶片等上的清洗 性能差別的洗滌器型清洗方法和設備。
在根據本發明第一方面的第一優選實施例中，在洗滌器裝置中使用 的傳統刷子用具有新型形狀的刷子來代替，如圖4所示。圖4A示出了新刷 子的一個實施例的側視圖，而圖4B示出了沿圖4A的線X-X'得到的剖面 圖，而圖4C示出了沿圖4B的Y-Y'線得到的剖面圖。可以使用與傳統洗滌 器刷子相同的材料來制作新刷子。
傳統的洗滌器刷子形狀上是柱形的。如可以在圖4中看出的，本發 明的該實施例使用的刷子具有一般的柱形形狀，但是其中洗滌器刷子一 般將與正在清洗的晶片的中心區域連續接觸的位置處，在刷子的外圍存在空腔C。該空腔生成了其中刷子不與正在清洗的晶片的中心部分接觸的 非接觸區。通常，該非接觸區將大致定位于沿柱狀物長度的一半處。
如可以從圖4C所示的剖面圖看出的，非接觸區只延刷子外周延伸一 定距離，以便確保在刷子的每一次旋轉期間，正在清洗的晶片的中心與 刷子表面接觸一定比例的時間，而不是如在傳統洗滌設備中那樣連續地接觸。優選地，選擇空腔c的尺寸以便確保晶片在整個徑向上與刷子接觸實質上相同的時間量。
根據本發明的該實施例，刷子中的空腔C應該具有足夠的深度d，以確保在正在進行清洗的晶片(等)的中心區域和該位置處的刷子表面之 間沒有接觸，記住清洗期間可能在刷子和晶片(等)之間施加壓力。合適的深度一般在O. 5至5mm之間。
為了避免在晶片中產生應力、或者在晶片的正面和背面上摩擦作用 的差別，優選地，使用根據圖4的一對刷子(與圖l中所示的刷子一樣布 置)以同時清洗晶片的正面和背面，同時使刷子的旋轉同步，使得當一 個刷子的非接觸部分面向晶片的正面時，同時另一個刷子的非接觸部分 面向晶片的背面。
如圖3所示，刷子中空腔C的側壁實質上與刷子的柱形外表面垂直， 并且這些側壁實質上彼此垂直并且與空腔的底部垂直(于是限定了沿第 一平面的矩形部分空腔以及沿與第一平面垂直的第二平面的扇形部分空 腔)。然而，本發明不局限于使用這種形式的空腔來在刷子的外表面和正 在進行清洗的晶片等的中心區域之間提供非接觸區。更具體地，空腔的 側壁可以傾斜，使得空腔的深度在空腔中心處最大，并且向著空腔的外 圍逐漸減小，以便使晶片界面處的切向應力最小化。
此外，可以使用一個或更多空腔的不同結構，以便使晶片的不同部 分與刷子表面接觸的時間相等。例如，如圖5A所示，即使將單空腔C'設 置在刷子表面，該空腔的寬度和/或深度可以沿刷子的軸向(與晶片徑向 的方向相對應)變化。更具體地，空腔的寬度和/或深度可以在設計用于 與晶片的徑向內部的部分接觸的區域中最大，向著設計用于與晶片徑向 外部的部分接觸的區域逐漸減小，使得晶片上的每一個點與刷子接觸相同的時間量。
圖5B中示出了另一個變體。根據該變體，代替使用單空腔以便使晶
片的不同區域與刷子的接觸時間相等，將多個空腔c"分布在刷子外周的
周圍。在圖5B所示的示例中，這些空腔C"的形狀從晶片的中心向晶片的 徑向外部的部分在寬度上逐漸變細，但是可以使用其他空腔形狀。
另一種可能(如圖5C所示)包括使用刷子表面中的一個或更多螺旋 狀凹槽G在刷子和晶片之間提供非接觸區。螺旋狀凹槽(或多個凹槽)G 可以向著刷子的末端(將與晶片的徑向外部接觸)較細，并且向著刷子 的中點(將與晶片的中心接觸)變得更粗和更深，以便維持刷子和晶片 上的不同區域之間的接觸的恒定時間。
刷子表面的另一種可能結構如圖5D所示。根據該變體，刷子的表面 配置有大量空腔，所述空腔減少了刷子和晶片之間的接觸。空腔的個數 在設計用于與晶片的中心接觸的刷子表面的第一區域Z1中最大，在將與 晶片上的徑向外部區域接觸的區域Z2和Z3中逐漸減小。設計用于與晶片 上的徑向最外部區域接觸的區域Z4可以沒有空腔。
在圖5D的變體中，在刷子表面中空腔的分布在刷子表面的不同區域 中按照離散的方式變化，但是這不是必需的。空腔的分布可以連續地變 化，或者空腔的大小可以改變(離散地或連續地)。
應該注意的是刷子表面的空腔或多個空腔可以具有許多形狀，不局 限于附圖中示出的那些形狀。同樣，盡管優選的是排列空腔/凹槽的圖案 以便使刷子和晶片的全部不同區域之間的接觸時間相等，本實施例(及 其變體)即使在接觸時間不相等時也是有利的(在減小接觸時間的差別 的情況下)。更具體地，空腔/凹槽的圖案可以只用于減小晶片的中心部 分和刷子之間的接觸時間，使其接近晶片的其它部分經歷的接觸時間。
另外，盡管根據本發明的第一方面的上述第一優選實施例(及其變 體)使用考慮到刷子和晶片的不同部分之間的接觸時間而設計的空腔/ 凹槽的圖案，可以設定空腔/凹槽圖案的設計，以便均衡在已經清洗晶片 之后所觀察到的缺陷(基于缺陷分布的經驗觀察)禾tV或以便使缺陷的總 數最小化。
根據本發明第一方面的第二實施例提出了一種洗滌器設備，其中可 以仍然使用傳統的刷子，但是通過在刷子和晶片之間引入相對平移運動
(relative translational movement)來防止在晶片(等)的中心區域 和刷子之間的連續接觸。
更具體地，根據本實施例，可以按照選定的速度向上或向下撥動晶 片的位置，以便確保晶片(等)的中心區域受到足夠程度的清洗而無需 與洗滌器刷子連續接觸。替換地，可以通過在晶片(等)的旋轉固定位 置的同時、向上和向下轉動刷子的位置來實現所需的平移運動。優選地， 沿兩個相反方向中的每一個方向，晶片位置相對于刷子整體位置的平移 幅度最大至約晶片直徑的三分之一。平移運動應該具有每秒0. 1至10個周 期之間的速度。如果晶片以軌道運動旋轉，旋轉速度應該在10至600rpm 之間。
根據本發明第一方面的第三實施例也提出了一種洗滌器設備，其中 仍然可以使用傳統的刷子，但是通過更改設備中的液體動力機制來更加 均勻地分布晶片(等)上的清洗性能。根據本實施例，使用新型的機制 將化學藥品分配到晶片(等)的表面上。
當晶片如圖l所示朝向時，在傳統的洗滌設備中，或者使用通過刷 子引起清洗液體分配的分配機制，或者使用從垂直噴射條/噴嘴(即，位 于晶片上方、與晶片對齊并且垂直向下噴出清洗液體的噴射條/噴嘴)將 清洗液體噴射到晶片表面上的分配機制，來在晶片表面上提供清洗液體。
根據本發明的該實施例，使用一種新的分配機制在晶片的兩側上 將清洗液體導弓I到晶片的中心。可以通過單個或多個噴嘴提供清洗液體， 其中典型地將多個噴嘴安裝在噴射多支管上。在使用噴射多支管的情況 下，典型地，噴嘴相對于晶片主表面的角度在30至90度之間。有利地， 根據本實施例，對清洗化學藥品所影響的晶片表面上的位置進行優化， 以在表面上產生化學藥品的均勻分布并且/或者使在已清洗晶片上的缺 陷最小化。典型地，噴嘴將位于晶片上方，但是它們可以位于其它位置。
本發明的第二方面涉及一種清洗方法和設備，所述方法和設備設計 用于減小正在進行清洗的晶片等表面的再次沾污和擦傷，現在將參考圖6
至圖ll進行描述。
在根據本發明第二方面的優選實施例中，將洗滌器裝置中使用的傳 統刷子用滾筒和清洗材料網狀物來代替。旋轉滾筒不與正在清洗的晶片(等)接觸，相反，將清洗材料網狀物饋入到滾筒和晶片(等)之間， 使得該清洗材料的清洗表面與晶片(等)表面接觸并且從所述表面上去 除雜質。在晶片和清洗材料與晶片的接觸點之間存在相對運動。滾筒通 過清洗材料向晶片施加壓力，并且確保機械清洗。
現在將參考圖6的清洗設備100描述根據本發明第二方面的第一優選實施例。在該實施例中，將待清洗的晶片(等)饋入到一對相對的滾筒110之間。滾筒110沿相對的方向旋轉，如同傳統洗滌設備中的刷子。
如圖6所示，每一個滾筒110與用于饋送相應清洗材料網狀物116的 機制相關聯，所述清洗材料網狀物116可以是薄紗(tissue)網。優選地， 所述薄紗由諸如PVA或聚亞安酯之類的軟聚合體合成物組成，具有表面參 數(例如電勢、表面函數(surface functionality)和電荷)的特定值。 清洗材料網狀物116可以用與形成傳統清洗刷子表面的通常使用的相同 材料制成。那么，可以確定薄紗不會溶解在清洗液體中。
更具體地，薄紗網從供給巻軸(新的薄紗鼓)112供應，纏繞在滾 筒表面的一部分上(在兩個滾筒彼此相對的位置)，并且巻攏到吸納巻軸 (己使用的薄紗鼓)114上。供應巻軸112和吸納巻軸114旋轉，并且可以 這樣設定它們的旋轉速度，使得清洗材料的饋送速率可以與滾筒的轉動 速率不同。在一個實施例中，只驅動吸納巻軸114旋轉并且設定清洗材料網狀物的饋送速度。
在使用期間，將晶片W (等)饋送到旋轉的滾筒110之間。然而，在 所述滾筒彼此相對的位置處，晶片(等)與纏繞到滾筒表面上的兩個清 洗材料網狀物116接觸，而不是與滾筒表面本身接觸。在晶片(等)與清 洗材料網狀物116之間的接觸區，沿與晶片相反的方向移動所述清洗材 料。
滾筒具有可調的間隔，將所述間隔設定為確保將清洗材料網狀物壓 到正在清洗的晶片(等)上的值。典型地，滾筒間隔將在0至3mm之間。滾筒還具有加載彈簧(未示出)，所述加載彈簧使得能夠在清洗材料與晶 片表面接觸的位置處，基本沿滾筒表面切向的方向將力施加到晶片(等) 上。來自滾筒的垂直力在清洗材料和晶片之間產生可控的非零摩擦系數。
典型地，摩擦系數大于0，并且最大為約15kg/cm2。連同晶片表面和清洗 材料之間的相對運動，這導致對粘附到晶片表面上的雜質顆粒起作用的 剪切力。這些剪切力試圖從晶片表面上去除雜質顆粒。
因為從供應巻軸連續地饋送清洗材料網狀物116，晶片表面總是與 清洗網狀物的清洗部分接觸。將已經與晶片表面接觸并且從所述晶片表 面上去除雜質的那部分清洗網狀物從晶片上帶走，并且纏繞到吸納巻軸 114上。因此，消除了通過已去除雜質對晶片表面的再沾污或刮傷的可能 性。
在該實施例中，優選地是使用清洗液體和清洗材料網狀物兩者以便 清洗晶片(等)的表面。清洗液體可以是去離子水和/或一個或更多合適 的化學藥品(如上所述)。例如如圖6所示，可以將這些清洗液體從分配 機制的管子118滴到或噴射到滾筒上。替換地，可以通過滾筒110來分配 所述清洗液體。
用于分配清洗液體的其它可能是(通過適當定位的分配機制)將 清洗液體直接分配到晶片表面上；或者(在新的清洗材料網狀物與待清 洗項目接觸之前)將清洗液體涂敷到新的清洗網狀物上；或者(例如通 過在如圖6虛線所示的位置處提供管子)來將清洗液體分配到清洗材料和 正在清洗的項目之間的界面。在一個變體中，清洗液體已經存在于供應 巻軸處，并且在清洗材料網狀物離開供應巻軸時或在離開供應巻軸之前， 例如通過將供應巻軸設置在鼓狀外殼內部或者加載具有清洗液體的鼓， 將清洗液體涂敷到清洗材料網狀物上。
優選的是在該實施例中使用的清洗材料網狀物是設置在非滲透性 的承載網狀物(例如，由塑料材料制成的帶子)上的吸收材料。該變體 150的優勢可以根據圖7更好地理解。
如圖7所示，當清洗材料網狀物166包括設置在非滲透性襯墊上的吸 收材料時，該網狀物這樣朝向，使得非滲透性襯墊面向滾筒表面，并且吸收材料面向待清洗的表面。在通過滾筒160和待清洗晶片表面之間之 前，清洗材料網狀物166吸收清洗液體，例如這可以通過在送出清洗材料 網狀物的供應鼓內提供清洗液體來實現。在該變體中，這樣設定滾筒160 之間的間隔，使得當清洗材料進入滾筒和晶片之間的間隙時壓縮所述清 洗材料。當壓縮清洗材料時，吸收材料將清洗液體釋放到晶片表面上。
當清洗材料離開滾筒160和晶片W之間的間隙時，清洗材料再次膨
脹，并且再次吸收現在已經加載了已經從晶片表面上去除的雜質的清洗 液體。因為清洗材料的網狀物具有配置為面向滾筒的非滲透性襯墊層， 防止了加載有已去除顆粒的清洗液體到達滾筒并且沾污其表面。
根據本發明第二方面的第一優選實施例使用清洗材料網狀物以便 從晶片等的表面上去除雜質。接觸晶片(等)表面那部分清洗材料總是 新的部分，以便確保不會將己去除的雜質再次沉積到所述表面上。此外， 相對簡單的結構使得能夠執行雙側清洗。換句話說，實質同時地對晶片 (等)的兩個主表面進行清洗。
此外，當清洗材料網狀物接近用光時，可以使用己知類型的帶末 (end-of-tape)傳感器(未示出)來檢測這一事實并且產生適當的報警 輸出。這使得能夠取得新的清洗材料巻軸，并且將其起始端附加到前一 個清洗材料巻軸的終止末端。因此，將一個清洗材料網狀物改變成下一 個清洗材料網狀物所花費的時間相對較小，并且可以避免諸如滾筒分離 和滾筒之間的間隔重新校準之類的冗長程序。
本實施例可以按照這樣的方式實現，使得將晶片一個接一個地與多 個不同的網狀物接觸。例如，本實施例可以使用如圖6所示的多組設備100 來實現組成濕臺的第一組設備100;組成清洗臺的下一組；以及組成干
臺的第三組。將晶片w按照所需順序簡單地傳送通過不同的臺。
現在將參考圖8的清洗設備200描述根據本發明第二方面的第二優 選實施例。該第二優選實施例使用兩個連續的清洗材料網狀物216，用于 從晶片等的兩個主表面去除雜質。
如圖8中所示，使用兩個壓力滾筒210將兩個連續的清洗材料網狀物 216壓到待清洗的晶片(等)上。這些壓力滾筒210與在前的實施例(圖6和圖7)中使用的滾筒110、 160實質相同，因此這里將不再詳細描述。也 將每一個連續的清洗材料網狀物壓到附加的饋送滾筒對212、 214上，所
述饋送滾筒對保持清洗材料網狀物的所需的運行路徑和運行速度。典型 地，清洗材料網狀物的運行速度在0至100m/min，而晶片將花20至90秒通
過所述單元。
在該實施例中，有利的是每一個網狀物216的清洗材料由多孔薄 紗材料構成，所述多孔薄紗材料例如可以由PVA或聚亞安酯構成，并且當 其與待清洗晶片(等)接觸時加載有清洗液體。多孔薄紗材料可以具有 帶電的表面函數，以便陷落顆粒。
當將清洗材料壓到晶片(等)的表面上時，所述清洗材料從晶片表 面上去除雜質并且帶走雜質。然后清洗材料通過下部饋送滾筒214，開且 通過帶狀調節器220，所述帶狀調節器220摩擦清洗材料的表面以便使清 洗材料再生效。該帶狀調節器可以由金剛石盤組成，所述金剛石盤在每 個晶片通過過程之后或者按照預定的間隔與清洗材料表面接觸。典型地， 對于每一個晶片通過過程去除了0至5微米的清洗材料表面。
清洗材料的連續網狀物的接觸表面(即，其表面與待清洗晶片接觸) 的這種再生效的重要性如下
防止將顆粒嵌入到清洗材料的表面中(否則，將引起下一個待清洗 表面的劃傷)；以及
確保了在每一次通過過程中，清洗材料具有足夠粗糙以有效去除雜 質的接觸表面。
替換地，在清洗材料具有帶電表面函數的情況下，可以將顆粒從清 洗材料上去除如下將薄紗在具有適用于顛倒薄紗的zeta電勢的pH值的 環境中沖洗，顆粒不再粘附到薄紗上，因此通過沖洗過程去除了顆粒。
在已經通過帶狀調節器使清洗材料的接觸表面再生效之后，連續的 網狀物的運行路徑攜帶再生效的部分通過漂洗臺222。在該漂洗臺222中， 使清洗材料網狀物216接受連續的漂洗液體流，以便從其上提取已經從晶 片表面上去除的顆粒以及在最后一個清洗過程期間已經用于從晶片表面 去除雜質的現在已沾污的清洗液體。替換地，可以按照脈沖方式施加漂
洗液體。將漂洗臺222配置用于引起漂洗液體通過多孔清洗材料，例如通
過沿與網狀物216的表面基本垂直的方向進行導引。典型地，漂洗液體的 流速在20至1000ml/min之間。
漂洗液體可以由去離子水或任意合適的漂洗液體(包括特定的清洗 液體)構成，所述漂洗液體適用于從清洗材料網狀物中提取顆粒和已沾 污的清洗液體。有利的是使用中和從晶片上去除的顆粒的電荷的漂洗液 體。例如，如果在從晶片上去除顆粒期間使用的清洗液體是TMAH (四甲 基氫氧化銨)，那么可以使用諸如檸檬酸之類的物質作為漂洗液體(反之 亦然)。
在通過漂洗臺222之后，連續的清洗材料網狀物216通過干燥臺224。 在干燥臺224中，從清洗材料中去除過多的液體，以便確保實質上涂敷到 清洗材料網狀物上的是很少或沒有稀釋的清洗液體。可以通過任意方便 的方法從所述網狀物中去除過多的液體，例如，通過在抽氣的條件下引 起空氣通過網狀物。如果空氣通過網狀物以便去除過多的液體，然而優 選地的是使該空氣變潮濕以便確保所述網狀物不會完全干燥；這有助于 確保在清洗網狀物的表面殘留的任意顆粒不會化學接合到表面上(這可 能導致被清洗晶片的劃傷)。
在已經在干燥臺224中處理了清洗材料之后，清洗材料運行通道使 清洗材料通過其中加載有一種或更多種清洗液體的加載臺226。例如，可 以使用傳統的清洗液體ATM工生產的無氟堿性產品ESC784;由光純化學 株式會社(Wako Pure Chemical Industries)生產的C100等。通過按照
與漂洗液體的涂敷類似的方式引起清洗化學藥品流過清洗材料的網狀物 216來將清洗化學藥品涂敷到清洗材料的網狀物216上。
在離開加載臺226之后，清洗材料網狀物216通過上饋送滾筒212， 在這里它被導引去往壓力滾筒210之間的與晶片(等)的接觸區域。
和根據本發明第二方面的第一優選實施例一樣，該第二優選實施例 允許使用新的清洗表面來清洗晶片等的表面(在這種情況下，連續的清 洗材料網狀物的再生效表面)。這避免了困擾傳統洗滌器型清洗設備的晶 片再沾污和晶片劃傷等問題。
現在將參考圖9的清洗設備300來描述根據本發明第二方面的第三 優選實施例。在該第三優選實施例中，使用在其接觸表面上具有粘附材 料的網狀物來清洗晶片(等)的表面。
如圖9所示，在該實施例中，清洗材料網狀物316可以是在其表面上 具有粘附層的帶子。使用一對滾筒310將每一個帶子與晶片W (等)的相 應主表面接觸。滾筒310實質上可以與在本發明的在先實施例中使用的那 些滾筒相同，因此這里將不再詳細描述。當將粘附性材料壓向晶片時， 晶片表面上存在的雜質顆粒被粘到粘附性材料上并且從晶片上脫離。
明顯的是，必須這樣選擇粘附性材料及其承載帶，使得粘附材料和 承載帶之間的粘附力比粘附材料與在晶片(等)表面上遇到的任意物質 之間的接合力大。如果不是這樣的，那么粘附性材料可能會粘到晶片表 面上。合適的粘附性材料包括丙烯酸、橡膠、或合成橡膠基粘附劑。 典型的載體包括聚乙烯、聚丙烯或聚酯帶。各種版本的這些粘附劑和承 載帶由3M公司制造，包括由3M制造的高強度、高接合性、高軌跡(high track)和超凈版本。
如圖9所示，在滾筒310旋轉并且相對于晶片平移時保持被清洗的晶 片(等)靜止。在該結構中，在滾筒向下移動(圖9中)將涂敷粘附劑的 帶子的新部分壓向晶片表面的連續部分的同時，也保持每一個清洗帶靜 止。 一旦已經處理了整個晶片表面，增加滾筒310之間的間隔以便使它們 從晶片表面撤回。這允許去除所述晶片并且將另一個晶片就位以便清洗。 同時，使清洗帶前進以便將新的清洗帶部分帶到待清洗的下一個晶片的 任意側的位置。
當下一個晶片和清洗帶的新部分在適當位置時，使滾筒310恢復彼 此相對，并且相對于待清洗的下一個晶片旋轉和平移。這引起清洗帶上 粘附性材料的連續部分再次壓向下一個晶片表面的連續部分。可以這樣 配置所述設備，使得滾筒310在清洗操作期間沿相同的方向移動(例如， 如圖9所示向下)。替換地，可以這樣配置所述設備，使得滾筒在一次清 洗過程中向下移動而在下一次清洗過程中向上移動，并且按照交替的方 式如此往復。
代替平移滾筒310相對于晶片W(等)的位置，還可以這樣支撐滾筒，使得它們在固定的位置旋轉，并且移動晶片通過清洗設備。如以下詳細 描述的，這可以使用多個不同的結構來實現。然而，這里應該注意的是，在該實施例的滾筒310在固定的位置旋轉、并且將晶片平移通過清洗設備 的情況下，例如使用與圖6類似的結構的饋送滾筒使清洗帶運行通過所述 設備。
根據本發明的第二方面，清洗材料與晶片表面的接觸點需要相對于 晶片進行平移運動，以便清洗晶片的整個表面。在根據本發明第二方面 的全部實施例中，可以通過平移滾筒的整體位置(例如，如圖9所示)來 產生該運動。替代地，可以平移晶片的整體位置，使得晶片通過滾筒之 間。然而，在這兩種情況下，因為滾筒比晶片寬，需要采用這樣的晶片 支撐結構，所述支撐結構確保在滾筒和晶片之間的相對平移期間支架結 構本身不會影響滾筒。
圖10示出了可以用于平移晶片(等)通過如上結合圖6到9所述的洗 滌器型清洗設備的第一結構。為了輔助理解，在圖10中只示出了一對滾 筒，并且使用虛線示出其位置。粗虛線標出晶片一半的位置。
如圖10所示，使用一組轉動軸(capstan)支撐晶片。在該示例中， 使用四對轉動軸，并且將每一對轉動軸用從1至4中的相應數字來標記。
在該示例中，首先將晶片放置在清洗設備下面，位于兩個滾筒之間 的平面中。例如使用支撐架(未示出)來支撐整個轉動軸組，所述支撐 架如圖10所示地向上平移所述組轉動軸的整體位置，從而在滾筒之間向上移動晶片。
當將晶片向滾筒運送并且到達兩個滾筒之間的區域中時，只通過較 低的兩對轉動軸(轉動軸對3和轉動軸對4)支撐晶片。將最上面的轉動 軸對(轉動軸對1和轉動軸對2)保持遠離晶片的邊緣，如圖10A所示。分 離最上面的轉動軸對l，使得這對轉動軸可以在滾筒的末端周圍移動。
當晶片進一步前進通過清洗設備時，將第二對轉動軸對(轉動軸對 2)分離，使得該對中的轉動軸可以在滾筒末端周圍移動(參見圖10B)。 同時，最上面的轉動軸對(轉動軸對l)現在繞過滾筒，并且與晶片邊緣接觸。
當晶片進一步其前進時，第二對轉動軸對(轉動軸對2)在晶片中 點以下的位置處與晶片邊緣接觸。現在晶片被支撐在第二對轉動軸對(轉
動軸對2)上，并且通過第一對轉動軸(轉動軸對l)來穩定其位置。現 在可以分離最下面的兩對轉動軸(轉動軸對3和轉動軸對4)，以便避免碰 到滾筒。
圖10中所示的結構具有以下優勢將特定對的轉動軸專用于在清洗
之前和之后操縱晶片。換句話說，轉動軸對1和轉動軸對2只在已經清洗 了晶片之后與晶片接觸，而轉動軸對3和轉動軸對4只在清洗之前與晶片 接觸。這進一步地減小了清洗之后晶片的再沾污風險。
圖ll示出了可以用于將晶片(等)平移通過如上結合圖6至圖9所述 的洗滌器型清洗設備的第二結構。在該示例中，再次使用四對轉動軸來 支撐晶片。
在圖ll所示的示例中，將全部轉動軸對偏向晶片邊緣并且支撐晶 片，除了必須使它們分離以便避免與滾筒接觸的時候。
在該示例中，當將晶片向滾筒運送時通過全部的轉動軸來支撐晶 片。當晶片的頂部邊緣到達兩個滾筒之間的區域時，最上面的轉動軸對 (轉動軸對l)分離以便允許這對轉動軸繞過滾筒的末端。如圖11A所示， 此時通過轉動軸對2至轉動軸對4來支撐所述晶片。
當晶片進一步前進通過清洗設備時，將第二對轉動軸(轉動軸對2) 分離，使得這對轉動軸可以在滾筒末端周圍移動(參見圖11B)。同時， 最上面一對轉動軸(轉動軸對l)現在繞過滾筒，并且與晶片邊緣接觸。
類似地，當晶片進一步前進使得晶片的中點已經通過了滾筒時，分 離第三對轉動軸(轉動軸對3)使得這對轉動軸可以在滾筒的末端周圍移 動(參見圖11C)。同時，第二對轉動軸(轉動軸對2)現在已經繞過了滾 筒并且與晶片邊緣接觸。最下面的轉動軸對(轉動軸對4)仍然與晶片接 觸并且支撐所述晶片。
當第三對轉動軸(轉動軸對3)巳經繞過了滾筒并且縮回，以在晶 片中點以下的位置處與晶片邊緣接觸時，最下面的一對轉動軸對(轉動軸對4)分離以便避免撞擊滾筒，如圖11D所示)。
在圖ll中所示的結構中，轉動軸在清洗之前和之后與晶片邊緣接 觸，從而存在清洗的晶片表面再沾污的可能性。然而，再沾污的風險較小，并且該結構具有以下優勢總是通過大量轉動軸來支撐所述晶片。
此外，在圖10和圖11的結構中，可以向每一個轉動軸裝備清洗結構， 從而將清洗材料網狀物饋送至轉動軸周圍，使得是清洗材料而不是轉動 軸本身與晶片邊緣接觸(與用于清洗晶片本身的清洗材料網狀物的配置 類似)。
在以上兩種結構中，有利的是轉動軸旋轉以便使晶片旋轉。在這種 情況下，晶片進行相對于其與清洗材料的接觸點的旋轉和平移。因為晶片表面上的雜質顆粒受到沿不同方向的剪切力，所得到的晶片中心的軌 道運動(如圖ll所示)提供更加有效的清洗。
己經針對晶片進行相對于(在固定位置旋轉的)滾筒平移的情況描 述了圖10和圖11的結構。應該易于理解的是在滾筒進行平移而晶片處于固定位置的情況下，可以使用圖10和圖11的結構來防止晶片的支撐結 構和滾筒之間的接觸。
應該注意的是本發明的洗滌器型清洗結構適用于清洗剛性板狀物 體，例如半導體晶片，所述半導體晶片如果受到過大的橫向力(沿與晶片的主表面的平面實質垂直的方向作用的力)將破裂。此外，根據本發 明的結構提供了一種雙側清洗。
盡管以上已經參考特定的優選實施例描述了本發明，應該理解的是 本發明不局限于參考這些優選實施例的特定細節。更具體地，本領域的普通技術人員應該易于理解，在不脫離所附權利要求所限定的本發明的 范圍的情況下，可以在優選實施例中進行各種修改和改進。
例如，附圖示出了使用配置為垂直結構的洗滌器設備的本發明的實 施例。應該理解的是本發明也包含水平結構。
另外，盡管特定的附圖示出了用于清洗設備中滾筒和晶片之間的平 移運動的具體方向，應該理解的是相對平移方向不是嚴格的，只要其被設定以使得對晶片的整個表面進行清洗即可。
此外，應該理解的是在圖8和圖9的結構中，使用的轉動軸對的個數 可以不是4。
此外，盡管己經在半導體晶片的清洗方面討論了本發明的優選實施 例，應該理解的是本發明可以更通用地應用于清洗具有剛性盤狀結構的 電路襯底等，尤其是具有碟形形狀的物體。
權利要求
1.一種電路襯底清洗設備，包括一對延長滾筒，配置使得所述延長滾筒的曲面在間隙兩端彼此相對，每一個滾筒可繞其縱軸旋轉，并且每一個滾筒的外部曲面適合進行清洗；以及電路襯底支撐裝置，用于支撐和旋轉在滾筒之間并且與滾筒接觸的電路襯底；其特征在于包括補償裝置，適用于減小在電路襯底的徑向上的清洗的不均勻性。
2. 根據權利要求1所述的電路襯底清洗設備，其中所述補償裝置 包括一個或更多非接觸區，設置在配置為面對被支撐在滾筒之間的電路 襯底的所述中心區的位置處的滾筒曲面中。
3. 根據權利要求1所述的電路襯底清洗設備，其中所述補償裝置 包括當電路襯底在滾筒之間被支撐并且旋轉時撥動電路襯底相對于滾筒 的整體位置的裝置。
4. 根據權利要求1所述的電路襯底清洗設備，其中所述補償裝置 包括當電路襯底在滾筒之間被支撐并且旋轉時，向電路襯底的所述中心 區導引清洗液體的裝置。
5. —種電路襯底清洗裝置，包括一對延長滾筒，配置使得所述延長滾筒的曲面在間隙兩端彼此相對，每一個滾筒可繞其縱軸旋轉；電路襯底支撐裝置，用于支撐在滾筒之間的間隙中的電路襯底； 饋送裝置，用于在所述滾筒之一與被支撐在滾筒之間的間隙中的電路襯底之間饋送清洗材料網狀物，從而在使用中，清洗材料接觸所述電路襯底。
6. 根據權利要求5所述的電路襯底清洗設備，還包括分配裝置， 用于將清洗液體涂敷到所述清洗材料網狀物和所述電路襯底中的至少一 個上。
7. 根據權利要求5或6所述的電路襯底清洗設備，其中所述饋送裝置配置為在滾筒和被支撐在滾筒之間的間隙中的電路襯底之間饋送包 括多孔材料層和非滲透性襯墊帶的清洗材料網狀物，其中襯墊帶配置為面向滾筒。
8. 根據權利要求5或6所述的電路襯底清洗設備，其中所述饋送 裝置配置為在滾筒和被支撐在滾筒之間的間隙中的電路襯底之間饋送包 括粘附性材料層和承載帶的清洗材料網狀物，其中承載帶配置為面向滾筒。
9. 根據權利要求5至8中任一項所述的電路襯底清洗設備，其中 所述饋送裝置包括用于在所述滾筒中的第一滾筒和被支撐在滾筒之間的 間隙中的電路襯底的第一主表面之間饋送第一清洗材料網狀物的裝置， 以及用于在所述滾筒中的第二滾筒和所述電路襯底的第二主表面之間饋 送第二清洗材料網狀物的裝置。
10. 根據權利要求5至9中任一項所述的電路襯底清洗設備，包括表面再調節臺，用于再調節所述清洗材料網狀物的表面，其中所述饋送 裝置適用于使清洗材料的連續回路沿通過滾筒之間的間隙、并且通過表 面再調節臺的路徑進行循環。
11. 根據權利要求10所述的電路襯底清洗設備，包括漂洗臺，用 于漂洗所述清洗材料網狀物，其中所述饋送裝置適用于沿通過所述漂洗 臺的路徑使清洗材料的連續回路進行循環。
12. 根據權利要求5至11中任一項所述的電路襯底清洗設備，其中所述滾筒比待清洗的電路襯底寬；在清洗操作期間，電路襯底的整體位置相對于滾筒進行平移；以及 所述電路襯底支撐裝置包括多對轉動軸，每一對轉動軸中的轉動軸在與電路襯底邊緣接觸的第一位置和彼此間隔開足以繞過滾筒的距離的第二位置之間移動。
13. 根據權利要求12所述的電路襯底清洗設備，其中所述電路襯底支撐裝置配置為使得轉動軸給予正在清洗的電路襯底旋轉運動。
14. 根據權利要求12或13所述的電路襯底清洗設備，其中所述多 對轉動軸包括第一組轉動軸，適用于在電路襯底與清洗材料網狀物接 觸之前接觸電路襯底；以及第二組轉動軸，適用于在電路襯底已經與清 洗材料網狀物接觸之后接觸電路襯底。
全文摘要
使用新的洗滌器型設備對硅晶片等進行清洗，其中采用手段以通過以下方式對晶片中心區域的有差異清洗進行補償使用具有一個或更多非接觸部分的旋轉刷子，非接觸部分配置在旋轉刷子的面對襯底中心區域的部分中；或者撥動晶片和旋轉刷子的相對位置；或者優先地將清洗液體導引到晶片的中心區域。本發明的另一個方面提出了一種洗滌器型清洗設備，其中用滾筒(110)來代替旋轉刷子。將清洗材料網狀物(116)插入到每一個滾筒和襯底之間。可以使用各種不同的清洗材料網狀物，例如一段薄紗、在每一次清洗過程中其表面再次調節的清洗材料的連續回路、以及在承載帶上設置的粘附性材料等。
文檔編號H01L21/00GK101203937SQ200580050186
公開日2008年6月18日 申請日期2005年4月20日 優先權日2005年4月20日
發明者亞諾什·法爾卡斯, 凱文·E·庫珀, 塞巴斯蒂安·珀蒂迪迪埃, 揚·范-哈塞爾, 斯爾詹·科爾迪克 申請人:飛思卡爾半導體公司;皇家飛利浦電子股份有限公司