對于利用用于化學機械拋光的晶片及晶片邊緣/斜角清潔模塊的盤/墊清潔的設計的制作方法
【專利說明】對于利用用于化學機械拋光的晶片及晶片邊緣/斜角清潔 模塊的盤/墊清潔的設計
【背景技術】領域
[0001] 本發明的實現涉及用于在化學機械平面化（CMP)之后清潔基板的方法及裝置。 相關技術描述
[0002] 在制造現代半導體集成電路（IC)的工藝中，在沉積后續層之前往往需要平面化 表面以確保光致抗蝕劑掩模的準確形成并維持堆疊公差。一種用于在IC制造期間平面化 層的方法是化學機械平面化（CMP)。一般而言，CMP涉及在拋光頭中保持的基板相對于拋光 材料的相對運動，以從基板移除表面不規則性。在CMP工藝中，利用可含有研磨劑或化學拋 光組成中的至少一者的拋光液來弄濕拋光材料。可電輔助此工藝，以用電化學方法平面化 基板上的導電材料。
[0003] 平面化硬材料（諸如，氧化物）通常要求拋光液或拋光材料本身包括研磨劑。因 為研磨劑往往粘附或變得部分地嵌入正被拋光的材料的層中，所以在磨光模塊上處理基板 以從經拋光的層移除研磨劑。該磨光模塊通過在存在去離子水或化學溶液的情況下相對于 磨光材料移動仍保持在拋光頭中的基板來移除在CMP工藝期間所使用的研磨劑及拋光液。 除了所利用的拋光液以及于其上處理基板的材料之外，磨光模塊與CMP模炔基本上相同。
[0004] -旦磨光，便將基板傳送至一系列清潔模塊，這些清潔模塊在平面化及磨光工藝 之后粘附至基板的任意余留的研磨粒子及/或其他污染物可在基板上硬化且產生缺陷之 前進一步移除這些研磨粒子及/或其他污染物。清潔模塊可包括（例如）兆聲清潔器、一 個或多個洗滌器，以及干燥器。以垂直取向支撐基板的清潔模塊是尤其有利的，因為這些清 潔模塊還利用重力來增強在清潔工藝期間粒子的移除，并且通常亦是更緊湊的。
[0005] 盡管現有CMP工藝已被證實是穩健且可靠的系統，但系統設備的配置需要磨光模 塊利用可替代地被用于附加的CMP模塊的關鍵空間。然而，某些拋光液（例如，使用氧化鈰 的這些拋光液）尤其難以移除且通常需要在將基板傳送至清潔模塊之前在磨光模塊中處 理該基板，因為常規的清潔模塊未曾證明能夠從尚未在清潔之前進行磨光的氧化物表面令 人滿意地移除研磨粒子。
[0006] 因此，在本領域中需要改進的CMP工藝及清潔模塊。
【發明內容】
[0007] 本發明的實現涉及用于在化學機械平面化（CMP)之后清潔基板的方法及裝置。在 一種實現中，提供一種粒子清潔模塊。該粒子清潔模塊包括：外殼；基板保持器，該基板保 持器設置在外殼中，該基板保持器被配置成以基本上垂直的取向保持基板，該基板保持器 可在第一軸線上旋轉；第一墊保持器，該第一墊保持器設置在外殼中，該第一墊保持器具有 以平行且間隔開的關系面向基板保持器的墊保持表面，該第一墊保持器可在可平行于第一 軸線旋轉的第二軸線上旋轉；第一致動器，該第一致動器可操作以相對于基板保持器移動 第一墊保持器以改變在第一軸線與第二軸線之間所限定的距離；以及第二墊保持器，該第 二墊保持器設置在外殼中，該第二墊保持器具有以平行且間隔開的關系面向基板保持器的 墊保持表面，該第二墊保持器可在與第一軸線及第二軸線平行的第三軸線上旋轉。
[0008] 在一種實現中，提供一種粒子清潔模塊。該粒子清潔模塊包括：外殼；基板保持 器，該基板保持器設置在外殼中；第一墊保持器，該第一墊保持器設置在外殼中；第二墊保 持器，該第二墊保持器設置在外殼中；以及旋轉臂組件。該基板保持器被配置成以基本上垂 直的取向保持基板并且該基板保持器可在第一軸線上旋轉。該第一墊保持器具有以平行且 間隔開的關系面向基板保持器的墊保持表面，該第一墊保持器可在可平行于第一軸線旋轉 的第二軸線上旋轉。第一致動器可操作以相對于基板保持器移動第一墊保持器以改變在第 一軸線與第二軸線之間所限定的距離。該第二墊保持器具有以平行且間隔開的關系面向基 板保持器的墊保持表面，該第二墊保持器可在與第一軸線及第二軸線平行的第三軸線上旋 轉。該旋轉臂組件包括旋轉臂及橫向致動器機構，該旋轉臂與第二墊保持器耦接且可操作 以用于跨基板的表面掃掠第二墊保持器，該橫向致動器機構用于朝向基板移動該旋轉臂。
[0009] 在另一實現中，提供一種用于清潔基板的方法。該方法包括以下步驟：使以垂直 取向設置的基板旋轉；向旋轉的基板的表面提供清潔液；抵靠旋轉的基板按壓第一墊；跨 基板橫向地移動第一墊；向旋轉的基板的邊緣部分提供拋光液；抵靠旋轉的基板按壓第二 墊；以及跨基板的邊緣橫向地移動第二墊。抵靠旋轉的基板按壓第一墊可進一步包括使第 一墊旋轉。抵靠旋轉的基板按壓第一墊可進一步包括使第一墊旋轉。該方法可進一步包括 以下步驟：在跨基板橫向地移動第一墊之前將基板放置在兆聲清潔模塊中；在跨基板的邊 緣橫向地移動第二墊之后將基板放置在一個或多個刷模塊中；以及在將基板放置在一個或 多個刷模塊中之后將基板放置在干燥器中。該方法可進一步包括在將基板放置在兆聲清潔 模塊中之前平面化該基板的表面。該方法可進一步包括在跨基板橫向地移動第一墊之后并 且在將基板放置在一個或多個刷模塊中之前將清潔液提供給基板。
[0010] 在又一個實現中，提供一種用于清潔基板的方法。該方法包括以下步驟：使以垂直 取向設置的基板旋轉；向旋轉的基板的表面提供清潔液；抵靠旋轉的基板按壓第一墊；跨 基板沿著曲線路徑移動第一墊；向旋轉的基板的排除區域及/或邊緣部分提供拋光液；抵 靠旋轉的基板按壓第二墊；以及跨基板的邊緣橫向地移動第二墊。
【附圖說明】
[0011] 以便可詳細理解本發明的上述特征的方式，可通過參照實現來對于上文簡要概述 的本發明進行更詳細的描述，該等實現中的一些實現圖示于附圖中。然而應注意的是，這些 附圖僅圖示本發明的典型實現且因此不被視為限制本發明的范疇，因為本發明可允許其他 同等有效的實現。
[0012] 圖1是基板的一部分的橫截面的不意圖；
[0013] 圖2示出了具有清潔系統的半導體基板化學機械平面化系統的俯視圖，該清潔系 統包括根據本文中所描述的實現的粒子清潔模塊的一種實現；
[0014] 圖3是根據本文中所描述的實現的在圖2中所繪示的清潔系統的正視圖；
[0015] 圖4是根據本文中所描述的實現的在圖2中所繪示的粒子清潔模塊的截面圖；
[0016] 圖5是根據本文中所描述的實現的沿圖4的剖面線5-5所取的粒子清潔模塊的截 面圖；
[0017] 圖6是根據本文中所描述的實現的沿圖4的剖面線6-6所取的粒子清潔模塊的截 面圖；
[0018] 圖7是根據本文中所描述的實現的在圖2的粒子清潔模塊內使墊與由基板保持器 所保持的基板嚙合的墊保持器的俯視圖；
[0019] 圖8是其中設置有墊調節組件的粒子清潔模塊的俯視示意圖；
[0020] 圖9A-9C是根據本文中所描述的實現的盤墊保持器的示意圖；
[0021] 圖10A-10D是根據本文中所描述的實現的盤墊保持器的示意圖；
[0022] 圖11是根據本文中所描述的實現的粒子清潔模塊的另一實現的示意性截面圖；
[0023] 圖12是根據本文中所描述的實現的盤墊保持器的另一實現的橫截面示意圖；
[0024] 圖13是根據本文中所描述的實現的圖11的粒子清潔模塊的另一示意圖；
[0025] 圖14是根據本文中所描述的實現的圖11的粒子清潔模塊的另一示意圖；
[0026] 圖15是示出了根據本文中所描述的實現的墊調節組件的另一實現的粒子清潔模 塊的一部分的示意圖；以及
[0027] 圖16是根據本文中所描述的實現的邊緣墊拋光組件的另一實現的示意圖。
[0028] 為了促進理解，已經在所有可能的地方使用相同的附圖標記來指示諸圖所共有的 相同元件。另外，一個實現的元件可有利地適于在本文中所描述的其他實現中利用。
【具體實施方式】
[0029] 本發明的實現涉及用于在化學機械平面化（CMP)之后清潔基板的方法及裝置。更 特定言之，本發明的實現提供用于清潔及/或拋光基板的排除區域及/或邊緣的改良方法 及裝置。氧化物CMP中所使用的研磨粒子（例如，氧化鋪（CeO))難以使用傳統的PVA刷洗 滌移除且往往需要在拋光工具上的附加壓板上執行磨光工藝。然而，即使利用拋光壓板上 的磨光，晶片邊緣處（例如，< 2mm)的粒子仍非常難以移除。
[0030] 本文中所描述的某些實現提供一種清潔工藝，在該清潔工藝中，在粒子清潔之后 在晶片的排除區域及/或邊緣處執行液拋光。本發明的某些實現提供一種裝置，在該裝置 中，在不影響設備區域中的拋光性能的情況下在晶片的排除區域及/或邊緣處執行液拋光 工藝。在下文被描述為粒子清潔模塊的該裝置有利地允許CMP系統的增加的利用及產量， 同時降低有效地清潔基板所需的消耗品的數量及成本，如下文進一步描述的。
[0031] 粒子清潔模塊具有可支撐整個晶片大小的晶片夾盤及直徑小于50mm的盤刷保 持器。晶片夾盤轉速可大于500rpm并且盤刷保持器轉速可大于lOOOrpm。軟墊（諸如， Politex類型材料）可被用作清潔墊。可用壓敏型黏合劑將清潔墊粘附在盤刷保持器的頂 部上。在清潔工藝期間，通過晶片夾盤旋轉晶片，且具有軟墊的盤刷旋轉且從晶片的中心掃 掠至晶片的邊緣，或反之亦然。可通過線性電機來控制軟墊與晶片之間的接觸壓力及/或 間隙。此運動可重復若干次直到從除晶片邊緣處的< 2_的邊緣排除區處以外的大部分晶 片表面移除研磨粒子。然后，執行拋光步驟，其中將拋光墊移動至晶片的邊緣且將緊挨著拋 光墊輸送漿料，其中在拋光期間使晶片與墊旋轉并接觸。期望使拋光墊僅拋光排除區域及 /或邊緣區域而不觸摸設備區域。拋光墊可以高速旋轉以及在晶片的邊緣來回掃掠。在某 些實現中，期望具有單獨的墊，亦即，用于從晶片的表面移除粒子的第一墊以及用于在輸送 局部漿料的晶片邊緣處拋光的第二墊。
[0032] 在某些實現中，粒子清潔模塊使用旋轉臂來代替橫向線性運動設計。盤/墊/流 體噴射模塊設計使用旋轉臂運動概念來控制盤/墊/流體噴射以在晶片表面上掃描。通過 使用旋轉臂運動設計，處理罐密封及維修是較為容易的并且生產成本低于當前的橫向線性 運動盤/墊/流體噴射設計。
[0033] 在某些實現中，粒子清潔模塊設計為多晶片處理提供常見設計布局。舉例而言，通 過替換盤、墊或流體噴射，該粒子清潔模塊設計可在此常見模塊中執行諸多類型的晶片清 潔工藝。粒子清潔模塊亦提供用于晶片邊緣清潔及晶片斜角清潔的柔性邊緣清潔盤/墊。 盤/墊/流體噴射可進出移動以控制至晶片表面的處理力及距離。晶片上的盤/墊清潔壓 力可被設定為從OLb至5Lb。此外，晶片真空夾盤設計提供對較高的盤/墊處理力的完整晶 片支撐。晶片夾持器設計在處理及沖洗期間提供晶片的兩側（前側及后側）的晶片邊緣接 觸。
[0034] 下文將參照可使用可購自加利福尼亞州圣克拉拉市的應用材料公司 (AppliedMaterials,Inc.)的化學機械拋光工藝設備（諸如，MIRRA?、MIRRAMESA?、 REFLEXION?、REFLEXIONLK?及REFLEXION?GT?化學機械平面化系統）來執行 的平面化工藝及組成來描述本文中所描述的實現。其他平面化模塊（包括使用處理墊、平 面化腹板或以上的組合的平面化模塊，以及使基板以旋轉、線性或其他平面運動方式相對 于平面化表面移動的平面化模塊）亦可被適配成受益于本文中所描述的實現。另外，使用 本文中所描述的方法或組成賦能化學機械拋光的任何系統可加以利用。以下裝置描述是說 明性的且不應被理解或解釋為限制本文中所描述的實現的范疇。
[0035] 圖1是基板100的一部分的橫截面的示意圖。參照圖1，基板100可包括兩個主要 表面102a、1