JP2013526054A - 流体ジェットを伴うディスクブラシ洗浄装置モジュール - Google Patents

Abstract

本発明の実施形態は、ディスクブラシを用いて基板を洗浄する装置および方法に関する。ある実施形態は、処理体積の中に配置された基板チャックと、処理体積の中に配置されたブラシアセンブリであって、基板チャックと対向して可動的に配置されたディスクブラシを備え、ディスクブラシの処理表面は基板チャック上の基板の表面に接している、ブラシアセンブリとを備えている。

Description

本発明の実施形態は、一般的に、半導体基板を処理する装置および方法に関する。さらに特定すると、本発明の実施形態は、ディスクブラシを用いて半導体基板を洗浄する装置および方法を提供する。

半導体デバイスの製造の間、酸化物や銅など様々な層は、以後の層を形成する前に、ステップや起伏を除去する平坦化を要求する。平坦化は、半導体基板のデバイス側を研磨剤化合物など研磨用の溶液で飽和状態にある研磨パッドに押し付け、研磨パッドを半導体基板に対して回転させることによって、機械的、化学的、および／または電気的に実行されるのが典型的である。

平坦化プロセスの後には、通常、残留物である研磨溶液および／または粒子を研磨対象から除去する洗浄プロセスが続く。従来型の洗浄プロセスには、一般的に、ポリビニルアセテート（ＰＶＡ）などの多孔性すなわちスポンジ状の材料から作られたブラシやナイロン植毛で作られたブラシを用いる機械的なスクラビングデバイスを用いて、基板表面をスクラブすることが含まれる。しかし、従来型のブラシ洗浄装置では、スクラブブラシの運動および下向きの力と基板の回転速度との制御が制限されていて、結果的に、スループットに制限があり、また、洗浄中に基板を損傷するおそれも存在する。

したがって、基板の洗浄装置および方法に対する必要性が存在する。

本発明は、一般的には、研磨プロセスの後で基盤を洗浄する方法および装置に関する。特に、本発明の実施形態は、チャックを用いて基板を回転させながら、ディスクブラシを用いて基板を洗浄する装置および方法に関する。

ある実施形態は、処理体積を画定するチャンバ本体であって、基板の通過を許容するように構成された頂部開口を有する、チャンバ本体と、処理体積の中に配置された基板チャックであって、基板を受け取り、基板を実質的に垂直な配向で回転させるように構成された、基板チャックと、処理体積の中に配置されたブラシアセンブリであって、基板チャックと対向して可動的に配置されたディスクブラシを備え、ディスクブラシの処理表面は基板チャック上の基板の表面に接している、ブラシアセンブリとを備えている基板洗浄装置を提供する。

別の実施形態は、上部開口と、基板を実質的に垂直な方向に収容する内部体積とを有するタンクと、内部体積の中に配置された真空チャックであって、実質的に垂直の配向に基板を受け取り回転させるように構成されている、真空チャックと、内部体積の下方部分に配置された基板ハンドラであって、真空チャックと外部のロボットとの間で基板を転送させるように構成されている、基板ハンドラと、ブラシアセンブリとを備えた基板洗浄装置を提供する。ブラシアセンブリは、基板チャックと対向するように内部体積の中に可動的に配置されたディスクブラシと、真空チャックと平行に真空チャックの中心領域と真空チャックのエッジ領域との間でディスクブラシをスライドさせるように構成されたスライディング機構と、ディスクブラシの近傍でスライディング機構に結合されたスプレイノズルであって、真空チャック上の基板とディスクブラシとの方向に処理流体を向ける、スプレイノズルと、ディスクブラシを回転させるように構成された回転モータと、ディスクブラシを真空チャックの方向へおよび真空チャックから離れる方向へ移動させるように構成されたシリンダとを備えている。

さらに別の実施形態は、基板を処理する方法であって、基板を垂直の配向で洗浄チャンバの処理体積まで移動させるステップと、洗浄チャンバの中に配置された基板チャック上に基板を固定するステップと、基板を実質的に垂直の配向に基板チャックを用いて回転させるステップと、洗浄チャンバの中に配置されたディスクブラシに基板を接触させるステップと、ディスクブラシを基板の中心からエッジにスライドさせる間に、ディスクブラシを基板に押しつけて回転させるステップを含む基板を洗浄するステップとを備えている方法を提供する。

本発明の上述した特徴が詳細に理解され得るように、上で概略を簡単に述べた本発明のより特定の説明を、添付の図面において一部が図解されている実施形態を参照することによって、行うことが可能である。しかし、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態だけを図解しているのであって、本発明は等しく有効な他の実施形態も許容する可能性があるのであるから、本発明の範囲を限定するものと見なされるべきではないことに注意すべきである。

本発明のある実施形態による洗浄装置モジュールの概略的な正面からの全体図である。 図１の洗浄装置モジュールの概略的な後方からの全体図である。 図１の洗浄装置モジュールの概略的な側方からの断面図である。 図１の洗浄装置モジュールの概略的な断面図であり、ディスクブラシと流体ジェットとを示している。 図５Ａ〜５Ｅは本発明のある実施形態による洗浄装置モジュールを用いた洗浄シーケンスを示す概略的なグラフトである。 本発明の別の実施形態による洗浄装置モジュールの概略的な正面からの全体図である。 本発明の別の実施形態による基板ホルダの概略的な全体図である。 本発明のある実施形態による対になった洗浄装置モジュールの概略的な全体図である。 本発明のある実施形態による洗浄装置モジュールを有する研磨システムの概略的な正面図である。

理解を容易にするため、複数の図面に共通である同一の構成要素を示すのに、可能な限り同一の参照番号が用いられている。ある実施形態において開示されている構成要素は、特別に言及することなく、他の実施例においても効果的に用いられることに配慮すべきである。

本発明の実施形態は、一般的に、研磨プロセスの後に半導体基板を洗浄する装置および方法に関する。特に、本発明の実施形態は、真空チャックを用いて基板を垂直方向に回転させながら、ディスクブラシを用いて基板を洗浄する装置および方法に関する。

本発明の実施形態は、洗浄プロセスのために、真空チャックによって回転される基板と接するように回転するディスクブラシを用いることに関する。本発明の実施形態の効果には、スループットの改善、変形の防止、および基板のエッジ領域の近傍の欠陥を減少させることが含まれる。

基板チャックを用いると、ローラを用いる場合よりもはるかに高速で基板を回転させることができるため、本発明の実施形態を用いることにより、洗浄スループットを著しく向上させることが可能である。また、本発明のディスクブラシは、従来型のブラシボックス洗浄装置において用いられるスクラブブラシよりも制御が容易である。

プロセスの間に基板を保持するのに基板チャックを用いることにより、基板の裏側からの基板の支持が提供される。その結果として、基板は洗浄の間も平坦なままで維持され、したがって、変形する可能性が低い。

基板チャックは基板のエッジ領域に接触する必要がないので、本発明の実施形態によると、ディスクブラシが基板のエッジを含む基板の表面全体にアクセスして洗浄することが可能になる。したがって、エッジ領域の近傍の欠陥が減少する。

さらに、基板の回転速度が上昇することにより、洗浄される基板の上の電荷条件が向上する。本発明の実施形態によると、噴霧化された洗浄用溶液を洗浄される基板の方向に向ける流体ジェットノズルが提供され、よって、基板上の電荷条件がいっそう向上する。

本発明から利益を得るように構成されうる洗浄モジュールの実施形態として、ＤＥＳＣＩＡ（登録商標）洗浄装置とＲＥＦＬＥＸＩＯＮ ＧＴ（登録商標）洗浄装置とがあるが、これらは共に、米国カリフォルニア州サンタクララ所在のアプライドマテリアルズ社から入手可能である。

図１〜４は、本発明のある実施形態による洗浄装置モジュール２００を概略的に図解している。図１は、洗浄装置モジュール２００の概略的な正面からの全体図であり、ディスクブラシアセンブリが示されている。図２は、洗浄装置モジュール２００の概略的な後方からの全体図であり、基板チャックのためのモータと基板ハンドラのための駆動機構とが示されている。図３は、洗浄装置モジュール２００の概略的な側方からの断面図である。図４は、洗浄装置モジュール２００の概略的な断面図である。

洗浄装置モジュール２００は、実質的に垂直方向の配向を有する基板を洗浄するように構成されている。洗浄装置モジュール２００は、実質的に垂直方向の配向を有する基板２０５を収容し洗浄するように構成された内部体積２０２を画定するタンク２０１を備えている。タンク２０１は、ベース２０４に固定されているのが一般的である。タンク２０１は、基板と外部ロボットのような外部的な基板ハンドラとの通過を許容する上部開口２０３を有する。ある実施形態では、タンク２０１は、処理の間は上部開口２０３の上に取り外し可能な態様で配置することが可能なふたを備えている場合がある。

ある実施形態では、洗浄装置モジュール２００は、基板ハンドラ２４０と、基板チャックアセンブリ２１０と、ディスクブラシアセンブリ２２０とを備えている。基板ハンドラ２４０は、外部の基板ハンドラと基板チャックアセンブリ２１０との間で基板を移動するように構成されている。基板チャックアセンブリ２１０は、タンク２０１の内部体積２０２において基板を実質的に垂直な位置に固定し回転させるように構成されている。ディスクブラシアセンブリ２２０は、基板チャックアセンブリ２１０の上の回転する基板２０５に対してディスクブラシ２２１を押しつけて基板２０５を洗浄するように構成されている。

ある実施形態では、基板チャックアセンブリ２１０は、タンク２０１の内部体積２０２に配置され基板を実質的に垂直な位置に固定する基板支持体２１３を備えている。基板支持体２１３は、基板支持体２１３を回転させるように構成されたモータ２１１のシャフト２１２に結合されている。モータ２１１はタンク２０１の外部に配置され、シャフト２１２がタンク２０１の側壁を通過して伸長している。モータ２１１は、基板支持体２１３を最高で約２０００ＲＰＭ（回転／分）の速さで回転させることができる。ある実施形態では、モータ２１１は基板支持体２１３とその上の基板２０５とを、洗浄の間、約１００ＲＰＭから約４００ＲＰＭまでの間の速度で回転させる。ある実施形態では、モータ２１１は、ホローシャフトモータである。

ある実施形態では、基板支持体２１３は、基板２０５の裏側を真空チャッキングすることにより基板２０５を固定するように構成された真空チャックである。ある実施形態では、基板支持体２１３は、エッジ領域の周囲において基板支持体２１３の上側表面２１３ａに付着したリップ２１４を備えている。リップ２１４は、基板２０５の裏側と接触し、基板２０５の裏側と基板支持体２１３の上側表面２１３ａとの間にポケット２０５ａを形成するように構成されている。真空源２１５が、ポケット２０５ａと流体的に接続されている。動作の間には、真空源２１５は、ポケット２０５ａに対するポンプ動作によりその中に低圧領域を形成し、真空チャックを付勢する。

基板ハンドラ２４０は、内部体積２０２の下部２０２Ｌに配置されたエンドエフェクタ２４３を備えている。エンドエフェクタ２４３は、基板をエッジ領域で受け取り移動させる。エンドエフェクタ２４３の概略的な全体図は図７に示されている。ある実施形態では、エンドエフェクタ２４３は、エンドエフェクタ２４３自体の上に、基板２０５のエッジを受け取る２個または２個以上のノッチ２４４が形成されている。ある実施形態では、エンドエフェクタ２４３は、基板の存在を検出するように構成されたセンサアセンブリを備えている。ある実施形態では、光源２４５と光センサ２４６とがエンドエフェクタ２４３の反対側に配置されていることにより、エンドエフェクタ２４３における基板が光源２４５と光センサ２４６との間の経路をブロックすることになる。

図２を再度参照すると、基板ハンドラ２４０は、シャフト２４７を経由してエンドエフェクタ２４３に接続された垂直運動アセンブリ２４１と水平運動アセンブリ２４２とを備えている。垂直運動アセンブリ２４１と水平運動アセンブリ２４２とは、タンク２０１の外部に配置される。シャフト２４７がタンク２０１の側壁における開口２０６ａを通過して伸長し、運動アセンブリ２４１および２４２をエンドエフェクタ２４３に接続する。可撓性のシール２０６を用いてシャフト２４７の周囲の開口２０６を密封し、シャフト２４７の垂直および水平方向の運動を可能にすることができる。

動作の間は、水平および垂直運動アセンブリ２４２および２４１が、エンドエフェクタ２４３を、タンク２０１の上部開口２０３から基板を垂直的に運ぶ外部の基板ハンドラから基板を受け取る交換位置に位置決めする。エンドエフェクタ２４３は、基板をノッチ２４４において受け取り、外部基板ハンドラがタンク２０１の外に回収する。エンドエフェクタ２４３は、次に、上方向に移動され、基板が基板支持体２１３のリップ２１４に接するように位置決めされるローディング位置に戻される。基板は、次に、基板支持体２１３に真空チャックされる。エンドエフェクタ２４３は、垂直および水平方向に移動して片づけられることにより、基板支持体２１３が基板を自由に回転させることができるようになる。基板が洗浄されると、エンドエフェクタ２４３はローディング位置まで移動され、基板を基板支持体２１３から回収する。基板を基板支持体２１３から回収すると、エンドエフェクタ２４３は、基板を外部基板ハンドラに手渡す交換位置まで移動され、外部基板ハンドラからの新たな基板を待機する。

ある実施形態では、垂直運動アセンブリ２４１と水平運動アセンブリ２４２とは、それぞれが２点の間を移動するように構成された直線状の円筒である。これらの直線状の円筒は空気圧でしたがって比較的低コストで制御することが可能である。別の実施形態では、図７に示されているように、モータ２４８および２４９を用いて、エンドエフェクタ２４３の垂直および水平運動がそれぞれ制御される。モータ２４８および２４９により、動作の間にエンドエフェクタ２４３が複数の位置を取ることが可能になり、また、設定の間の較正が可能になる。別の実施形態では、基板ハンドラ２４０ａは、直線状の円筒とモータとの組み合わせを用いて、エンドエフェクタ２４３の垂直および水平運動を制御する。

ディスクブラシアセンブリ２２０は、ディスクブラシ２２１を用いて基板支持体２１３上の回転する基板２０５を洗浄するように構成されており、ディスクブラシ２２１は、基板２０５と実質的に平行な上側表面２２１ａを有する。上側表面２２１ａは、小さな圧力でスクラブすることにより基板を洗浄するように構成された平坦な表面である。

ある実施形態では、ディスクブラシ２２１は、洗浄溶液との化学的適合性を有する柔軟な材料から作成される。ある実施形態では、ディスクブラシ２２１は、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）または類似の材料から作成される。ある実施形態では、ディスクブラシ２２１は、約６２ｇｍ／ｃｍ^２から約８４ｇｍ／ｃｍ^２までの間の圧力により厚さが３０％減少しうる柔軟性を有する。ディスクブラシ２２１は、また、約８５％から約９５％までの間の多孔率値を有する。

ある実施形態では、ディスクブラシ２２１は、円形または楕円形の形状を有する。上部表面２２１ａは、約２０ｍｍから約３１ｍｍまでの間の外径を有する。ディスクブラシ２２１は、約１５ｍｍから約２５ｍｍまでの厚さを有する。

図４は、基板支持体２１３から眺めたディスクブラシアセンブリ２２０の正面図を示している。ディスクブラシ２２１以外に、ディスクブラシアセンブリ２２０は、ディスクブラシ２２１の近くに配置されたスプレイノズル２２４と、ディスクブラシ２２１の近くに配置された第１の流体ジェット２２５と、基板支持体２１３の半径ほどまたは処理されている基板２０５の半径ほどの距離だけディスクブラシ２２１から離れて位置決めされている第２の流体ジェット２２６とをさらに備えている。ディスクブラシ２２１と、スプレイノズル２２４と、流体ジェット２２５および２２６とは、ディスクブラシ２２１を基板支持体２１３と平行に基板支持体２１３の中心近くから基板支持体２１３のエッジ近くまで移動するスライディングブロック２２３に結合されている。スプレイノズル２２４と流体ジェット２２５および２２６とは、ディスクブラシ２２１と共に移動する。

ある実施形態では、スプレイノズル２２４は、流体フローを円錐状の範囲に噴射するように構成されている。スプレイノズル２２４は、ディスクブラシ２２１が基板支持体２１３上の基板２０５に接触しているときに円錐状の流体フローがディスクブラシ２２１の上部表面２２１ａと基板２０５との両方に到達するように、位置決めされている。洗浄の間、スプレイノズル２２４は、基板２０５のディスクブラシ２２１よりも上流の領域に処理流体を噴射することにより、処理流体が噴射された領域にディスクブラシ２２１が到達するときに基板２０５が濡れているように構成されている。また、スプレイノズル２２４は、ディスクブラシ２２１が基板２０５と接触するときにディスクブラシ２２１を洗浄する。外向きの半径方向に移動する間に基板２０５を洗浄するようにディスクブラシ２２１が構成されている場合には、スプレイノズル２２４は、ディスクブラシ２２１の外向きの半径方向に位置決めされる。

流体ジェット２２５および２２６は、処理の間に、噴霧化された流体フローを基板２０５の方向に独立に向けるように構成されている。ある実施形態では、流体ジェット２２５および２２６は、それぞれが、処理流体源と、噴霧化された流体フローを運ぶ加圧された空気源とに接続されている。ある実施形態では、処理流体と加圧空気とは、約４５ｐｓｉまでの類似する圧力レベルを有する。ある実施形態では、処理流体と空気との混合物は、約２０から１００ミリリットル／分で運ばれる。流体ジェット２２５および２２６は、処理されている基板のほぼ半径の距離だけ相互に離れて配置されることにより、スライディングブロック２２３が半径方向を内向きにおよび半径方向を外向きに移動するときに、噴霧化された流体フローを基板の中心からエッジに提供することができる。例示的なシーケンスは、図５Ａ〜５Ｅと関連して後で論じられる。流体ジェット２２５および２２６は、特に回転速度が遅いときに、処理されている基板上での電荷を強化する。

ディスクブラシ２２１は、ディスクブラシ２２１をその中心軸を中心として回転させるように構成されたディスクブラシモータ２２２に結合されている。ディスクブラシモータ２２２は、タンク２０１の外部に配置され、タンク２０１を通過するシャフト２２２ａを介してディスクブラシ２２１に結合されている。ディスクブラシ２２１の回転は、基板２０５とディスクブラシ２２１との間に追加的な相対運動を提供し、よって、処理の間の洗浄プロセスを強化する。ある実施形態では、ディスクブラシ２２１は、約１００ＲＰＭから約４００ＲＰＭまでの間で回転する。

ディスクブラシアセンブリ２２０は、ディスクブラシ２２１と共にスライディングブロック２２３を移動させるように構成されたスライディング機構２３０と、ディスクブラシモータ２２２と、スプレイノズル２２４と、タンク２０１の内部で行き来する流体ジェット２２５および２２６とをさらに備えている。ある実施形態では、スライディング機構２３０は、スライディングブロック２２３を駆動する線形駆動ユニットに結合されたモータを含む。

ディスクブラシアセンブリ２２０は、基板２０５とディスクブラシ２２１の上部表面２２１ａとの間の距離を調整してディスクブラシ２２１を介して基板２０５に力を加えるように構成されたブラシ深度制御アセンブリ２３１をさらに備えている。ある実施形態では、ブラシ深度制御アセンブリ２３１は、スライディング機構２３０とスライディングブロック２２３とを介してディスクブラシ２２１に接続されたシリンダ２３２を備えている。シリンダ２３２は、ディスクブラシ２２１とスライディング機構とスライディングブロック２２３とを水平方向に移動させて基板２０５とディスクブラシ２２１との間の距離を調整するように構成されている。

ある実施形態では、シリンダ２３２は、ディスクブラシ２２１によって基板２０５に加えられる力を制御するように構成されたコントローラ２５０に接続されている。シリンダ２３２が基板支持体２１３の方向へディスクブラシ２２１を駆動して基板２０５と接触させると、コントローラ２５０はシリンダ２３２のレギュレータの圧力をモニタし、レギュレータの圧力が所定の値に到達すると、シリンダ２３２を停止させる。ある実施形態では、ディスクブラシ２２１から基板２０５に加えられる力は、約０．１ｌｂから約２．０ｌｂまでの間である。

図６は、本発明の別の実施形態による洗浄装置モジュール２００ａの概略的な正面からの全体図である。洗浄装置モジュール２００ａは洗浄装置モジュール２００と類似しているが、洗浄装置モジュール２００ａは異なるブラシ深度制御アセンブリ２３１ａを備えている点が異なる。ブラシ深度制御アセンブリ２３１ａは、スライディング機構２３０とスライディングブロック２２３とを介してディスクブラシ２２１と接続されたシリンダ２３２とモータ２３３とを備えている。シリンダ２３２とモータ２３３とは共に、ディスクブラシ２２１を基板支持体２１３と基板２０５との方向に移動させるように構成されている。コントローラ２５０は、シリンダ２３２とモータ２３３とに接続され、ディスクブラシ２２１と基板２０５との間の距離を制御する。

動作の間は、モータ２３３は、第１に、ディスクブラシ２２１を基板だけの方向に駆動し、コントローラ２５０がモータ２３３のトルクをモニタする。ディスクブラシ２２１が基板２０５に接触するとすぐに、ディスクブラシ２２１を移動させる障害は増大し、したがって、モータ２３３のトルクも増加する。したがって、コントローラ２５０は、モータ２３３のトルクの劇的な上昇を監視することにより、いつディスクブラシ２２１が基板２０５に接触するかを判断することができる。トルクが約２５％上昇するなどトルクの上昇が観察されると、コントローラ２５０はモータ２３３を停止させ、トルクの増加が検出された位置にシリンダ２３２のためのホットストップの印を付ける。次に、モータ２３３は、ディスクブラシ２２１を基板２０５からスタンバイ位置に戻す。よって、シリンダ２３２は、基板２０５の洗浄のプロセスの間、スタンバイ位置（ディスクブラシ２２１は基板２０５に接触していない）とホットストップ（ディスクブラシ２２１が基板２０５に接触している）との間で移動する。

エクストラモータ２３３を用いることにより、ブラシ深度制御アセンブリ２３１ａは、ディスクブラシ２２１と処理されている基板との間の相対的な位置の制御における精度と再現可能性とを向上させる。

再び図３を参照すると、洗浄装置モジュール２００は、内部体積２０２の上方部分２０２Ｕに配置されており基板がタンク２０１の中へおよび外へ転送される間に洗浄用溶液またはすすぎ溶液を基板に向けて噴射する２つ以上のスプレイバーをさらに備えている。ある実施形態では、洗浄装置モジュール２００は、基板支持体２１３に対向して配置され洗浄用溶液またはすすぎ溶液を運ぶように構成された２つの前側スプレイバー２５２および２５３と、基板支持体２１３と同じ側に配置された裏側スプレイバー２５１とを備えている。前側スプレイバー２５２および２５３は、異なる垂直方向のレベルに位置決めされている。それぞれのスプレイバー２５１、２５２、２５３は、基板の経路の方向に向かう複数のノズル２５１ａ、２５２ａ、２５３ａを有する。

ある実施形態では、スプレイバー２５１および２５２は、ＤＩ水源に接続されていてＤＩ水を基板に向けて噴射するように構成されており、下側の前側スプレイバー２５３は洗浄用液体源に接続され洗浄用液体を運ぶように構成されている。

図５Ａ〜５Ｅは、本発明のある実施形態による洗浄装置モジュール２００を用いた洗浄シーケンスを示す概略的なグラフトである。

基板を洗浄する前に、ロボットなど外部の基板ハンドラが、基板を、交換位置にある基板ハンドラ２４０まで運ぶ。基板がタンク２０１の開口２０３から下方部分２０２Ｌの基板ハンドラ２４０に向けて移動する間に、スプレイバー２５１、２５２および２５３が、ＤＩ水と洗浄用液体とを基板に向ける。ある実施形態では、スプレイバー２５１および２５２はそれぞれがＤＩ水を約０．５Ｌ／分から約３．６Ｌ／分の間の流量で運び、スプレイバー２５３は洗浄用液体を約０．５Ｌ／分から約３．６Ｌ／分の間の流量で運ぶ。ある実施形態では、スプレイバー２５１、２５２および２５３は、基板がディスクブラシ２２１によって洗浄された後でタンク２０１の外へ転送される間、すすぎ用溶液と洗浄用液体とを同じ態様で運ぶ。

次に、基板ハンドラ２４０が、ローディング位置まで移動し、基板を基板支持体２１３の上にロードする。真空が適用され、基板を基板支持体２１３の上にチャックする。基板ハンドラ２４０は、次に、ローディング位置から離れる方向に、交換位置または別のスタンバイ位置のいずれかまで移動することにより、基板支持体２１３が基板ハンドラ２４０に接触しないで基板を回転させられるようにする。

ディスクブラシ２２１は、基板支持体２１３の中心領域の近傍の基板から離れて位置決めされる。ここで、ブラシ深度制御アセンブリ２３１が、基板支持体２１３の上の基板に対してディスクブラシ２２１を押しつけるように機能する。これは、シリンダ２３２だけを用いて基板とディスクブラシ２２１との間の力を制御することによって、または、モータ２３３とシリンダ２３２とを一緒に用いて基板とディスクブラシ２２１との間のギャップを制御することによって、達成することが可能である。

ディスクブラシ２２１が基板に対して押しつけられた後で、洗浄プロセスを開始することができる。最初は、図５Ａに示されているように、スプレイノズル２２４が基板に向けて洗浄用液体を運び、ディスクブラシ２２１の近傍に位置決めされている流体ジェット２２５が基板に向かって洗浄用液体を運び、ディスクブラシ２２１から離れて位置決めされている流体ジェット２２６はアイドル状態である。

次に、ディスクブラシ２２１が基板に対して押しつけられ、ディスクブラシ２２１が基板のエッジを通過するまで図５Ｂに示されているように基板２０５の中心領域から基板のエッジ領域に半径方向に外向きに移動する間、基板支持体２１３は基板を回転させ、ディスクブラシ２２１は基板支持体２１３とは反対の方向に回転する。ある実施形態では、ディスクブラシ２２１は、洗浄の間、約０．１ｌｂから約０．５ｌｂまでの間の力で基板２０５を押しつける。ある実施形態では、基板の回転速度は、約１００ＲＰＭから約４００ＲＰＭである。ディスクブラシ２２１の回転速度は、約１００ＲＰＭから約４００ＲＰＭである。ディスクブラシ２２１の直線方向の速さは、ディスクブラシ２２１が基板２０５の中心からエッジに移動する洗浄の間、約０．８インチ／秒から約６インチ／秒である。

スプレイノズル２２４と流体ジェット２２５および２２６とは、ディスクブラシ２２１と共に移動する。スプレイノズル２２４は、ディスクブラシ２２１の到着よりも前に基板の上の領域を濡らすように位置決めされる。ある実施形態では、スプレイノズル２２４は、約５０ｍｉｌ／分から約５００ｍｌ／分までの間の流量で、洗浄用液体の円錐状または扇形のフローを運ぶ。ある実施形態では、流体ジェット２２５が、４０ｐｓｉまでの圧力の窒素ガスを用いて、約２０ｍｌ／分から約１００ｍｌ／分までの間の流量で、基板に向けて洗浄用液体の噴霧化されたフローを噴射する。

図５Ｃに示されているように、回転するディスクブラシ２２１は、基板に押しつけられ、基板のエッジに向けて半径方向に移動して、エッジを通過する。

次に、図５Ｄに示されているように、ディスクブラシ２２１は基板から離れる方向へ移動され、ディスクブラシ２２１と流体ノズルとは元の場所に移動して戻る。移動して戻る間、ディスクブラシ２２１の近傍の流体ジェット２２５はアイドル状態に維持されるが、ディスクブラシ２２１から離れている流体ジェット２２６は、流体ジェット２２６が基板の中心領域から基板のエッジ方向へ移動し基板支持体２１３が基板を連続的に回転させているときに、噴霧化された流体フローを基板の方向に向ける。流体フロー２２６は、噴霧化された流体フローを運んで基板を洗浄して濡らし、基板を、電荷を用いて条件付ける。ある実施形態では、スプレイノズル２２４は、ＤＩ水などのすすぎ用の流体をディスクブラシ２２１の方向に向け、ディスクブラシ２２１をすすいで洗浄する。ある実施形態では、図５ｅに示されているように基板のエッジから中心に戻る間のディスクブラシ２２１の直線方向の速さは、約６インチ／秒である。

図５Ａ〜５Ｅに示されている洗浄シーケンスの間、処理されている基板は、基板支持体２１３によって連続的に回転される。

図５Ｅに示されているように、ディスクブラシ２２１とスプレイノズル２２４と流体ジェット２２５および２２６とが移動して当初の位置まで戻ることにより、洗浄サイクルが完了する。ある実施形態では、図５Ａ〜５Ｅに示されている洗浄サイクルは、それぞれの基板に対して複数回反復されることがある。

洗浄プロセスが完了した後に、基板ハンドラ２４０はローディング位置まで移動して戻り、基板支持体２１３から基板をピックアップする。次に、基板ハンドラ２４０が交換位置まで移動して戻ることによって、外部のハンドラが基板をピックアップできるようになる。

洗浄装置モジュール２００は、スタンドアロンのモジュールとして動作する。２つの洗浄装置モジュールが、システムの中で、対になった洗浄装置モジュールを形成することがある。図８は、本発明のある実施形態による対になった洗浄装置モジュール３００の概略的な全体図である。

対になった洗浄装置モジュール３００は、支持フレーム３０１の上に固定された２つの洗浄装置モジュール３０２ａおよび３０２ｂを備えている。洗浄装置モジュール３０２ａおよび３０２ｂは、それぞれが、基板を垂直の配向で受け取りディスクブラシを用いて洗浄するように構成されている。洗浄装置モジュール３０２ａおよび３０２ｂは、上述した洗浄装置モジュール２００と類似している。ある実施形態では、洗浄装置モジュール３０２ａおよび３０２ｂの構造は、設置面積を最小化するため、相互の鏡像イメージを有するようになっている。

１つまたは複数の洗浄装置モジュール３００は、２つの基板を並行的な態様で洗浄するように構成されたシステムにおいて用いることができる。

図９は、本発明のある実施形態による研磨システム１００の概略的な平面図である。研磨システム１００は、一般的に、ファクトリインターフェース１０２と、洗浄装置モジュール１０４と、研磨モジュール１０６とを含む。ファクトリインターフェース１０２と研磨モジュール１０６との間で基板１７０を転送するのに、ウェットロボット１０８が提供される。ウェットロボット１０８は、研磨モジュール１０６と洗浄装置モジュール１０４との間で基板を転送するようにも構成することができる。ある動作モードでは、研磨システム１００を通過する半導体ウエハやその他のワークピースなどの基板のフローが、矢印１６０によって示されている。

ファクトリインターフェース１０２は、一般的に、１つまたは複数のカセット１１４と１つまたは複数の転送プラットフォーム１１６との間で基板１７０を転送するように構成されたドライロボット１１０を含む。ある実施形態では、ドライロボット１１０は、トラック１１２の上に設置される。

ウェットロボット１０８は、一般的に、基板１７０をファクトリインターフェース１０２から上向きで水平の配向で回収し、基板１７０を研磨モジュール１０６に対する下向きで水平な配向にフリップし、基板１７０を洗浄装置モジュール１０４に対して垂直の配向に回転させるように構成されている。ある実施形態では、ウェットロボット１０８はトラック１２０の上に設置され、ウェットロボット１０８の直線的な並進運動を容易にする。

研磨モジュール１０６は、一般的に、基板１７０を保持するように構成された複数の研磨ヘッド１２６と、基板１７０をウェットロボット１０８から受け取り受け取った基板１７０を研磨ヘッド１２６に転送するように構成されたロードカップ１２２と、基板１７０を研磨ヘッド１２６の上で研磨するように構成された２つ以上の研磨ステーション１２４とを備えている。

ある実施形態では、研磨ヘッド１２６は、オーバヘッドトラック１２８に結合されている。オーバヘッドトラック１２８は、研磨ヘッド１２６を転送し、研磨ヘッド１２６を研磨ステーション１２４とロードカップ１２２との上に選択的に位置決めするように構成されている。この実施形態では、オーバヘッドトラック１２８は、ロードカップ１２２と研磨ステーション１２４との上で、および／または、ロードカップ１２２と研磨ステーション１２４とから外れた位置で、研磨ヘッド１２６が選択的に回転されることを許容する円形の構成を有する。オーバヘッドトラック１２８は、楕円形、卵形、直線状またはその他の適切な配向を含む他の構成を有することもあることに注意すべきである。

処理の間、基板１７０は、ドライロボット１１０によって、カセット１１４から転送プラットフォーム１１６に転送される。そして、基板１７０は、ウェットロボット１０８によってピックアップされ、ロードカップ１２２まで転送される。図１に戻ると、処理された基板は、研磨モジュール１０６のロードカップ１２２に戻され、ウェットロボット１０８によって洗浄装置モジュール１０４に転送される。洗浄装置モジュール１０４は、一般的に、シャトル１４０と１つまたは複数の洗浄モジュール１４４とを含む。シャトル１４０は、ウェットロボット１０８から１つまたは複数の洗浄モジュール１４４への処理された基板のハンドオフを容易にする転送機構１４２を含む。

処理された基板は、オーバヘッド転送機構（図示せず）によって、シャトル１４０から１つまたは複数の洗浄モジュール１４４を通過して転送される。図１に示されている実施形態では、２つの洗浄モジュール１４４が、位置合わせがなされた平行な構成で示されている。洗浄モジュール１４４は、それぞれが、一般的に、１つまたは複数のメガソニック洗浄装置と、１つまたは複数のブラシボックスと、１つまたは複数のスプレイジェットボックスと、１つまたは複数のドライヤとを含む。図１に示されている実施形態では、洗浄モジュール１４４のそれぞれは、メガソニック洗浄装置モジュール１４６と、２つのブラシボックスモジュール１４８と、ジェット洗浄装置モジュール１５０と、ドライヤ１５２とを含む。ドライヤ１５２を出る乾燥された基板は、ドライロボット１１０によって回収されるように水平の配向になるまで回転され、ドライロボット１１０は乾燥された基板１７０をウエハストレージカセット１１４の中の１つにおける空のスロットに戻す。

ある実施形態では、転送デバイス（図示せず）を用いて、基板１７０を回収し、洗浄モジュール１４４を通過してシーケンシャルに、メガソニック洗浄装置モジュール１４６からブラシボックスモジュール１４８に、さらにはジェット洗浄装置モジュール１５０とドライヤ１５２とに進める。それぞれのモジュール１４６、１４８、１５０は、異なる洗浄機能に焦点を合わせて希望する洗浄効果を達成する。

メガソニック洗浄装置モジュール１４６は、メガソニックエネルギを用いて効率的な洗浄ステップを実行するように構成されている。ジェット洗浄装置モジュール１５０は、加圧された液体を用いて洗浄ステップを実行するように構成されている。ドライヤ１５２は、洗浄の後に基板を迅速に乾燥させ、浴の残存物を除去し、蒸発によって生じるストリーキングおよびスポッティングを防止する。

ブラシボックスモジュール１４８は、スクラブ運動などの機械的接触を用いて洗浄ステップを実行するように構成されている。また、洗浄装置モジュールの実施形態は、本出願の図１〜４および６〜８を用いて説明されている。

以上では本発明の実施形態について述べたが、本発明のこれ以外のさらなる実施形態を本発明の基本的な範囲から離れることなく考案することが可能であり、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲の記載によって決定される。

Claims (15)

1. 処理体積を画定するチャンバ本体であって、基板の通過を許容するように構成された頂部開口を有する、チャンバ本体と、
   前記処理体積の中に配置された基板チャックであって、基板を受け取り、前記基板を実質的に垂直な配向で回転させるように構成された、基板チャックと、
   前記処理体積の中に配置されたブラシアセンブリであって、
   前記基板チャックと対向して可動的に配置されたディスクブラシを備え、前記ディスクブラシの処理表面は前記基板チャック上の前記基板の表面に接している、ブラシアセンブリと
   を備えている基板洗浄装置。
2. 前記処理体積の中に配置された基板ホルダアセンブリをさらに備えており、前記基板ホルダアセンブリは、前記基板チャックと外部の基板ハンドラとの間で基板を転送するように構成されている、請求項１に記載の基板洗浄装置。
3. 前記基板ホルダアセンブリは、
   基板を前記基板のエッジ領域により受け取り支持するように構成された基板ホルダと、
   前記基板ホルダを水平方向に移動させるように構成された水平運動アセンブリと、
   前記基板ホルダを垂直方向に移動させるように構成された垂直運動アセンブリと
   を備えている、請求項２に記載の基板洗浄装置。
4. 前記処理体積の中で前記ブラシアセンブリの上方に配置された少なくとも２つのスプレイバーをさらに備えており、それぞれのスプレイバーは、処理されている前記基板の前方側または後方側に向かって流体を噴射するように構成された複数のノズルを有している、請求項１に記載の基板洗浄装置。
5. 前記ブラシアセンブリは、
   前記基板チャックと平行に前記基板チャックの半径を横断して前記ディスクブラシを移動させるように構成されたディスクブラシスライディングアセンブリと、
   前記ディスクブラシを前記ディスクブラシの中心軸を中心にして回転させるように構成されたディスクブラシモータと
   をさらに備えている、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
6. 前記ブラシアセンブリは、
   前記ディスクブラシの近傍で前記ディスクブラシスライディングアセンブリに結合されたディスクブラシスプレイノズルをさらに備えており、前記ディスクブラシスプレイノズルは、前記基板チャック上の基板が濡れるように流体を噴射して前記ディスクブラシを洗浄するように構成されている、請求項５に記載の基板洗浄装置。
7. 前記ブラシアセンブリは、
   前記ディスクブラシを前記基板チャック上の基板に押しつけるように構成されたブラシ深度制御アセンブリをさらに備えている、請求項６に記載の基板洗浄装置。
8. 前記ブラシ深度制御アセンブリは、前記ディスクブラシを前記基板チャックに向かう方向と前記基板チャックから離れる方向とに移動させるように構成されたシリンダを備えており、前記シリンダは、前記ディスクブラシによって所定の圧力が前記基板チャック上の前記基板に加えられると、前記シリンダを停止するようにレギュレータによって制御される、請求項６または７に記載の基板洗浄装置。
9. 前記ディスクスライディングアセンブリに結合された第１の流体ジェットと、
   前記ディスクスライディングアセンブリに結合された第２の流体ジェットとをさらに備えており、前記第１の流体ジェットは前記ディスクブラシの近傍に位置決めされ、前記第２の流体ジェットは、処理されている前記基板のほぼ半径の距離だけ前記ディスクブラシから離隔して位置決めされ、前記第１および第２の流体ジェットは、噴霧化された処理流体を、処理されている前記基板の方向に向けるように構成されている、請求項８に記載の基板洗浄装置。
10. 前記基板チャックは真空チャックである、請求項１ないし４、６ないし７および９のいずれか一項に記載の基板洗浄装置。
11. 基板を処理する方法であって、
    前記基板を垂直の配向で洗浄チャンバの処理体積まで移動させるステップと、
    前記洗浄チャンバの中に配置された基板チャック上に前記基板を固定するステップと、
    前記基板を実質的に垂直の配向に前記基板チャックを用いて回転させるステップと、
    前記洗浄チャンバの中に配置されたディスクブラシに前記基板を接触させるステップと、
    前記ディスクブラシを前記基板の中心からエッジにスライドさせる間に、前記ディスクブラシを前記基板に押しつけて回転させるステップと
    を備えている方法。
12. 前記基板を洗浄することは、前記ディスクブラシの近傍に配置されたスプレイノズルから前記基板に向かう方向に処理流体を噴射するステップと、前記ディスクブラシをスライドさせるステップとをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記基板を洗浄することは、前記ディスクブラシの近傍に位置決めされた第１の流体ジェットから前記基板に向かう方向に噴霧化された流体フローを向けるステップを含む、請求項１１または１２に記載の方法。
14. 前記基板を洗浄することはさらに、
    前記ディスクブラシを前記基板から離れる方向に移動させるステップと、
    前記基板のほぼ半径の距離だけ前記ディスクブラシから離隔して位置決めされた第２の流体ジェットから前記基板の方向へ噴霧化された流体フローを向ける間に、前記ディスクブラシを前記基板の前記エッジから前記中心にスライドさせるステップと
    をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記基板を移動させるステップは、
    前記処理体積の中に配置された基板ハンドラを、前記基板を外部のロボットから受け取る受け取り位置に移動させるステップと、
    前記基板ハンドラを、前記基板を前記基板チャックにロードするローディング位置まで移動させるステップと
    を含む、請求項１１ないし１４のいずれか一項に記載の方法。

Images