TW201517155A - 用於化學機械平坦化後之基板拋光預清洗的系統、方法及裝置 - Google Patents

用於化學機械平坦化後之基板拋光預清洗的系統、方法及裝置 Download PDF

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Abstract

在某些具體實施例中，提供一種用於清洗一基板的裝置，該裝置包含(1)一基板卡盤，經配置以於一基板可接取的前側支撐該基板；(2)一拋光襯墊組件，經配置以支撐一拋光襯墊，該拋光襯墊的直徑小於該基板的直徑；以及(3)一擺動手臂，經耦接至該拋光襯墊並經配置以使該拋光襯墊沿著該基板前側定位及旋轉，並控制在清洗期間由該拋光襯墊抵住該基板前側施加的總力。該基板卡盤、該拋光襯墊組件與該擺動手臂係經配置以拋光清洗該基板。也揭示許多其他態樣。

Description

用於化學機械平坦化後之基板拋光預清洗的系統、方法及裝置 【相關申請之相互參照】
本申請書主張於2013年10月25日所申請之美國臨時專利序號61/895,527，以及於2013年11月27日所申請之美國臨時專利序號61/909,973的優先權權益。每一個臨時專利案都藉由引用形式而整體併入本文。
本發明之多數具體實施例概與包含化學機械平坦化(化學機械研磨，CMP)的電子裝置製造有關，且特別與用於化學機械研磨之後的基板拋光預清洗的方法與裝置有關。
於一基板上執行化學機械平坦化(化學機械研磨)處理之後，一般而言該基板係經清洗以自該基板移除不想要的碎屑與顆粒。例如，漿料、經研磨基板材料或其它殘餘物可能附貼至該基板，包含附貼在該基板的邊緣斜角。
在化學機械研磨之後，基板可經沖洗並轉移至一清 洗模組，像是洗滌器刷輥箱、超音波槽等等，以移除所述不想要的材料。然而，某些在化學機械研磨之後遺留的顆粒與殘餘物可能難以利用刷輥箱洗滌、超音波槽浸沒等等的傳統清洗方法移除。
在某些具體實施例中，提供一種用於清洗一基板的裝置，該裝置包含(1)一基板卡盤，經配置以於一基板可接取的前側支撐該基板；(2)一拋光襯墊組件，經配置以支撐一拋光襯墊，該拋光襯墊的直徑小於該基板的直徑；以及(3)一擺動手臂，經耦接至該拋光襯墊並經配置以使該拋光襯墊沿著該基板前側定位及旋轉，並控制在清洗期間由該拋光襯墊抵住該基板前側施加的總力。該基板卡盤、該拋光襯墊組件與該擺動手臂係經配置以拋光清洗該基板。
在某些具體實施例中，提供一種在化學機械平坦之後用於清洗一基板的預清洗拋光模組，該模組包含(1)一槽；(2)一基板卡盤，經放置於該槽之中並經配置以於一基板可接取的前側支撐該基板；(3)一拋光襯墊組件，經放置於該槽之中並經配置以支撐一拋光襯墊，該拋光襯墊的直徑小於該基板的直徑；以及(4)一擺動手臂，經放置於該槽之中，並經耦接至該拋光襯墊及經配置以使該拋光襯墊沿著該基板前側定位及旋轉，並控制在清洗期間由該拋光襯墊抵住該基板前側施加的總力；以及(5)一襯墊調整站台，經放置於該槽之中並 經配置以進行該拋光襯墊的清洗與調整之至少之一，該襯墊調整站台係經放置因此該擺動手臂係為可旋轉以將該拋光襯墊放置鄰近於該襯墊調整站台。其中該基板卡盤、該拋光襯墊組件與該擺動手臂係經配置以在一化學機械平坦化處理之後拋光清洗該基板。
在某些具體實施例中，提供一種在一基板拋光模組中清洗一基板的方法，該方法包含(1)將一基板裝載至該拋光模組之中；(2)將該基板固定至一基板卡盤；(3)使用該基板卡盤旋轉該基板；(4)在該基板上方移動一擺動手臂，該擺動手臂具有一可旋轉拋光襯墊；(5)旋轉該拋光襯墊；(6)將該拋光襯墊壓抵住該基板的前側；以及(7)使用該擺動手臂，擺動該旋轉中拋光襯墊跨過該基板前側，以能清洗該基板。
從下述示範具體實施例的詳細敘述、該等附加請求項以及該等伴隨圖式，本發明多數具體實施例之其他特徵與態樣將變得更加完全明確。
100‧‧‧預清洗拋光模組
102‧‧‧基板
104‧‧‧基板卡盤
106‧‧‧擺動手臂
108‧‧‧槽
110‧‧‧服務艙口
112‧‧‧襯墊調整站台
114a‧‧‧沖洗流體輸送系統機制
114b‧‧‧沖洗流體輸送系統機制
116a‧‧‧化學物質輸送系統機制
116b‧‧‧化學物質輸送系統機制
118‧‧‧基板支座
120a‧‧‧槽口
120b‧‧‧槽口
120c‧‧‧槽口
202‧‧‧馬達
204‧‧‧馬達
206‧‧‧馬達
208‧‧‧拋光襯墊
210‧‧‧控制器
302‧‧‧噴嘴
402‧‧‧拋光襯墊組件
404‧‧‧軸聯結器
406‧‧‧圓形部分
408‧‧‧平衡環側板
410‧‧‧撓曲板材
412‧‧‧拋光頭帽蓋
414‧‧‧風箱
416‧‧‧氣體接線
418a‧‧‧滑動軸承
418b‧‧‧滑動軸承
502a‧‧‧插梢
502b‧‧‧插梢
504a‧‧‧孔洞
504b‧‧‧孔洞
506a‧‧‧磁鐵
506b‧‧‧磁鐵
506c‧‧‧磁鐵
508a‧‧‧磁鐵
508b‧‧‧磁鐵
508c‧‧‧磁鐵
510‧‧‧附加特徵
602a‧‧‧支撐溝槽
602b‧‧‧支撐溝槽
602c‧‧‧支撐溝槽
604‧‧‧支撐溝槽
606‧‧‧軸
702‧‧‧刷子
704‧‧‧中心
812‧‧‧載體膜
814‧‧‧小開口
816a‧‧‧大開口
816b‧‧‧大開口
818a‧‧‧切口
818b‧‧‧切口
818c‧‧‧切口
900‧‧‧方法
902‧‧‧區塊
904‧‧‧區塊
906‧‧‧區塊
908‧‧‧區塊
910‧‧‧區塊
912‧‧‧區塊
914‧‧‧區塊
916‧‧‧區塊
918‧‧‧區塊
920‧‧‧區塊
於以下詳細敘述與伴隨圖式中，揭示本發明之各種具體實施例。
第1A圖為根據本發明一或多個具體實施例所提供用於預清洗拋光一基板的示範預清洗拋光系統或「模組」的前視圖。
第1B圖與第1C圖為根據本發明多數具體實施例所 提供，當該擺動手臂在一轉移操作期間及/或透過一服務艙口提供服務而擺動遠離一基板時，第1A圖該預清洗拋光模組的前視圖。
第2圖為根據本發明一或多個具體實施例所提供第1A圖該預清洗拋光模組的部分斷面側視圖。
第3圖為根據本發明多數具體實施例所提供第1A圖至第1C圖該擺動手臂的側視圖，其描述耦接至該擺動手臂之一化學物質輸送系統機制的示範具體實施例。
第4A圖為根據本發明一或多個具體實施例所提供第1A圖至第1C圖該擺動手臂的部分橫斷面圖，該擺動手臂係耦接至一拋光襯墊組件。
第4B圖為根據本發明多數具體實施例所提供之耦接至一馬達及拋光襯墊組件之風箱的等角視圖。
第5A圖與第5B圖為根據本發明多數具體實施例所提供第4A圖之一拋光頭帽蓋與撓曲板材的下方等角視圖。
第6圖為根據本發明多數具體實施例所提供第1A圖至第1C圖一基板支座的等角視圖。
第7圖為根據本發明多數具體實施例所提供第1A圖至第1C圖一襯墊調整站台的前視圖。
第8圖為根據本發明多數具體實施例所提供之一載體膜的示意描繪，其與第1A圖至第1C圖該預清洗拋模組之該基板卡盤一起使用。
第9圖為根據本發明多數具體實施例在化學機械研磨之後進行一基板預清洗拋光之示範方法的流程圖。
在本發明的一或多個具體實施例中，提供一種預清洗拋光模組，以移除可能難利用刷輥箱洗滌、超音波槽浸沒等等的傳統清洗方法移除的漿料、經研磨基板材料或其它殘餘物。該預清洗拋光模組可達成該基板任何區域的標靶拋光清洗，像是基板邊緣或斜角，其可能難以在刷輥箱洗滌器、超音波槽之中清洗。
在某些具體實施例中，該預清洗拋光模組包含用以在預清洗拋光期間保持一基板的一基板卡盤，以及耦接至一擺動手臂的一拋光襯墊，該擺動手臂允許該拋光襯墊在預清洗拋光期間擺動跨過該基板之一前方表面。該基板卡盤與該拋光襯墊的一或兩者都可以在拋光清洗期間旋轉。提供一沖洗流體輸送系統機制及/或化學物質輸送系統機制，以沖洗及/或輸送清洗化學物至該基板(例如，在預清洗拋光之前、期間或之後)。在某些具體實施例中，該化學物質輸送系統機制可以耦接至該擺動手臂，並在預清洗拋光期間與該擺動手臂一起移動。
除非特別說明，否則當在此使用時，預期該用詞「研磨」意指自一基材移除在該基材平坦化或薄化所形成的材料。可以在一化學機械研磨(CMP)程序期間進行研磨，該程序使用一研磨襯墊將一基板平坦化及薄化至一終點(例如，特定表面平滑度或特定層厚度)。
除非特別說明，否則當在此使用時，預期該用詞「拋光」意指移除在無意間已經黏著至一基板上的殘餘物或其他顆粒。可在一化學機械研磨後，於一預清洗拋光程序期間，利用一拋光襯墊進行拋光。該預清洗拋光程序可以執行直到已經達到表面顆粒的下限或是預定門檻值為止。與研磨相比，預清洗拋光為一種較不具侵犯性的程序，其使用預期不使該基板變薄，但僅能移除已經黏著或已經附加至該基板的碎屑或殘餘物的較柔軟拋光襯墊。
除非特別說明，否則當在此使用時，預期該用詞「刷洗」意指移除已經累積在一基板上但不需要實質施力便能移除的殘餘物及顆粒。可以在一預清洗拋光程序之後，於一清洗程序期間執行刷洗。示範的清洗程序包含刷子刷洗或超音波清洗。與預清洗拋光相比，刷洗為一種較不具侵犯性的程序，其使用預期不對該基板施加明顯壓力的一軟刷(例如在洗滌器刷輥箱)及/或超音波能量。
在化學機械研磨之後，一般而言該基板係經沖洗並直接轉移至一清洗模組，像是洗滌器刷輥箱、超音波槽等等。然而，某些在化學機械研磨之後剩餘的黏著顆粒與殘餘物，可能難以在傳統的刷輥箱或超音波槽之中移除。因此，本發明的多數具體實施例提供預清洗拋光系統、裝置與程序，其在化學機械研磨之後，但於傳統的刷洗基板清洗之前(及/或取代刷洗基板清洗)，進行基板的預清洗。
與傳統清洗程序相比，該預清洗拋光程序運用一種較硬的拋光襯墊及/或一種化學協助清洗程序，以清洗在傳統基板清洗之前難以自一基板移除的顆粒及/或殘餘物。例如，該預清洗拋光程序可以利用聚氨酯、聚矽氧烷、聚乙烯醇或類似拋光襯墊或以適宜清洗化學物質(例如，酸溶液、鹼溶液、過氧化氫溶液等等)進行刷洗的方式，進行基板表面的直接前側拋光。
更一般的，本發明的多數具體實施例提供一種在化學機械研磨之後使用一卡盤(例如，真空卡盤)支撐基板以進行多數基板預清洗的緊密配置，因此可接取該基板前側以將一相對小的拋光襯墊應用至該基板前側一特定區域，以進行直接拋光。在某些具體實施例中，該拋光襯墊可以包括一堆疊拋光襯墊與子襯墊，其具有的接觸區域直徑小於該基板的直徑，例如，具有小於該基板直徑之半的直徑的拋光襯墊。
因為使用小型拋光襯墊，因此在清洗期間可以同時使用直接前側測量法，而不需要透過一窗口、拋光襯墊等等的成像。可以直接在該基板前側上分配化學物質，分配的分佈較為容易，化學物質的耗費也較為減輕。在某些具體實施例中，可以使用一嵌入式噴灑器直接將化學物質輸送至該基板，該嵌入式噴灑器安裝至支撐該拋光襯墊的一擺動手臂上。因為分配的改良及/或最佳控制，因此可以降低化學物質耗費。在一或多個具體實施例中，可以通過該拋光襯墊直接 輸送清洗化學物質。
在此敘述的多數具體實施例可以利用對該拋光襯墊施加不同負載及/或旋轉率的方式清洗一基板。一預清洗拋光曲線係例如由該拋光襯墊位置、及/或拋光襯墊擺動曲線(例如，包含雖掃範圍、頻率形狀、每次擺動區域時間等等)、及/或基板旋轉率、拋光襯墊速度及/或拋光襯墊隨擺動位置的壓力所控制。各種具體實施例係可針對於該基板的特定區域，因此該預清洗拋光系統可用於改善一基板的邊緣缺陷(例如，降低靠近該基板邊緣的缺陷程度)，這難以使用傳統清洗方法達成。此外，本發明的多數具體實施例可以提供一種預清洗拋光功能，其類似於以傳統化學機械研磨方法所發展在一化學機械研磨系統中進行其他平板的置換、重新配置目的的程序。
第1A圖為根據本發明一或多個具體實施例所提供用於預清洗拋光一基板102(以虛線圖示)的示範預清洗拋光系統或「模組」100的前視圖。該預清洗拋光模組100包含一基板卡盤104，其在預清洗拋光期間將該基板102保持於該預清洗拋光模組100之中。具有一拋光襯墊(於以下敘述)的擺動手臂106於預清洗拋光期間相對於該基板卡盤104樞轉或擺動，如以下進一步敘述。在所示具體實施例中，該基板102係經拋光，同時位於垂直定向中。也可以使用其他的基板定向(例如，水平)。
該基板卡盤104與擺動手臂106係經安置於該預清洗拋光模組100的一槽或本體108之中。該槽108的一服務艙口110允許對該擺動手臂106的服務接取(例如，當該擺動手臂可被旋轉通過及/或透過該服務艙口110接取時)。
該預清洗拋光模組100也可以包含一襯墊調整站台112，其允許對由該擺動手臂106所保持之該拋光襯墊進行調整及/或清洗。在某些具體實施例中，所述調整及/或清洗可在一基板轉移至該預清洗拋光模組100之中及/或自該預清洗拋光模組100移出時執行。這可以藉由消除一分離的拋光襯墊調整及/或清洗步驟的方式，增加系統的處理量。
該預清洗拋光模組100可以包含一或多個沖洗流體輸送系統機制114a-114b(於第1A圖中只圖示114a；也可於第2圖中所見)，以在該基板102裝載至該預清洗拋光模組100之中、自該預清洗拋光模組100移除及/或於該預清洗拋光模組100拋光時，輸送一沖洗流體至該基板102的前側及/或後側，例如，輸送去離子水(DI)水。在某些具體實施例中，雖然可以使用任何的沖洗流體輸送系統機制(例如，噴嘴)，但該沖洗流體輸送系統機制114a-114b可為多數噴桿。
可以提供一化學物質輸送系統機制116a，以輸送化學物質至該基板102，像是在預清洗拋光期間輸送。例如，該化學物質輸送系統機制116a可以在該基板102於該預清洗拋光模組100進行拋光的同時輸送像是酸溶液、鹼溶液、過氧 化氫溶液等等的化學物質至該基板102的前側，或是在任何適當的時間輸送。在某些具體實施例中，雖然可以使用任何的化學物質輸送系統機制(例如，噴嘴)，但該化學物質輸送系統機制116a可為多數噴桿。
在某些具體實施例中，一化學物質輸送系統機制116b可取代或額外於該化學物質輸送系統機制116a，經耦接至該擺動手臂106，以在預清洗拋光期間輸送化學物質至該基板102。使用該化學物質輸送系統機制116b允許在該刷墊/基板介面處精確放置化學物質。例如，該擺動手臂106可以在某些位置中阻擋自該化學物質輸送系統機制116a進行化學物質的輸送。然而，該化學物質輸送系統機制116b與該擺動手臂106一起移動，並可以更一致地及/或可控制地將化學物質輸送至該刷墊/基板介面。而在多數其他具體實施例中，化學物質的輸送可由該擺動手臂106保持的拋光襯墊進行。可以使用多種不同的沖洗及/或清洗流體，以清洗及/或沖洗該基板102與該拋光襯墊208。
第1B圖與第1C圖為根據本發明多數具體實施例所提供，當該擺動手臂106在一卸載操作期間及/或透過該服務艙口110提供服務而擺動遠離該基板102時，該預清洗拋光模組100的其他前視圖。例如，在第1C圖中，該擺動手臂106經放置於該襯墊調整站台112前方，因此該拋光襯墊可如以下進一步敘述被調整及/或清洗。
再次參考第1A圖至第1C圖，且特別參考第1C圖，該基板102可透過一機器人(未圖示)裝載至該預清洗拋光模組100之中，像是一種走動或流動束機器人，其將該基板102下降至該沖洗流體機制114a-114b(第2a圖)之間中的該預清洗拋光模組100之中，通過該化學物質輸送機制116a(如果使用時)，並放置在該基板卡盤104前方中所安置的一基板支座118上。該基板支座118可如以下進一步敘述朝向(於裝載期間)或朝離(於卸載期間)該基板卡盤104移動該基板102。在某些具體實施例中，該基板支座118與該基板102至少在三位置中接觸，以提供該基板102適當的支撐。於該基板卡盤104中可以提供多數槽口120a-120c，以允許該基板支座118於一裝載操作期間移動該基板102而與該基板卡盤104接觸，並在一卸載操作期間使該基板102與該基板卡盤104脫離。可以運用其他數量及/或其他位置的基板接觸點，及/或其他數量及/或其他位置的基板卡盤槽口。
第2圖為根據本發明一或多個具體實施例所提供該預清洗拋光模組100的部分斷面側視圖。參考第2圖，在某些具體實施例中，一第一馬達202係經耦接至該基板卡盤104，並在以該預清洗拋光模組100進行的預清洗拋光期間，控制該基板卡盤104的旋轉。可以提供一第二馬達204以在以該預清洗拋光模組100進行的預清洗拋光期間控制該擺動手臂106的位置、擺動及/或返復式動作(如果使用時)。可 以提供一第三馬達206以在以該預清洗拋光模組100進行的預清洗拋光及/或(利用該襯墊調整站台112進行)該拋光襯墊208的調整/清洗期間，控制耦接至該擺動手臂106之一拋光襯墊208的旋轉。在某些具體實施例中，每一馬達202-206都可以各別控制。可以運用一額外的馬達(未圖示)以控制該基板支座118(第1A圖至第1C圖)的移動。可以提供一控制器210以控制該等馬達202-206的旋轉、擺動曲線及/或拋光曲線、沖洗流體及/或化學物質至該基板102的輸送、透過該基板支座118的基板102裝載及/或卸載等等。一般而言，該控制器210係為可操作以促動、監測及/或控制該系統100的該等各種組件。
在某些具體實施例中，該控制器210可以包含一處理器與操作上儲存可由該處理器所執行之多數指令(例如，一軟體程式)的一記憶體。該處理器可以包含一輸入/輸出(I/O)介面，其經調適以傳送控制訊息發送至該系統的該等各種組件(例如，該基板卡盤104、該擺動手臂106、該等馬達202-206、該沖洗流體及/或化學物質輸送系統機制114a-114b與116a-116b、該基板支架118等等)，以及傳送狀態訊息發送至監測及控制該系統100的多數外部系統。同樣的，該輸入/輸出介面可經進一步調適以接收來自多數外部系統的控制訊號發送，以及接收來自多數感測器或該系統該等各種組件之多數其他元件的狀態訊號發送(例如，壓力反 餽傳感器、旋轉速度感測器、測量感測器等等)。可以透過有線或無線的訊號發送，進行該輸入/輸出介面、該等外部系統與該系統100的該等各種組件之間的通訊。該控制器210可經編程以執行及/或包含電腦程式編碼，用以執行在此敘述之任何預拋光方法及/或操作。
第3圖為該擺動手臂106之側視圖，其描述耦接至該擺動手臂106之該化學物質輸送系統機制116b的示範具體實施例。該化學物質輸送系統機制116b包含耦接至該擺動手臂106的一噴嘴302，其引導一流體至該拋光襯墊208與該基板102之間的一介面，像是一化學物質流體，同時該基板102係由該基板卡盤104所保持。可以運用多種其他化學物質輸送系統機制、位置及/或配置。
第4A圖為根據本發明一或多個具體實施例所提供之該擺動手臂106的部分橫斷面圖，該擺動手臂106係耦接至一拋光襯墊組件402。在第4A圖的具體實施例中，該擺動手臂106包含耦接至該拋光襯墊組件402的馬達206，用以在該預清洗拋光模組100之中進行拋光的期間旋轉該拋光襯墊208。例如，該馬達206可經耦接至具有一圓形部分406的軸聯結器404。一平衡環側板408可耦接至該軸聯結器404的圓形部分406，以在該馬達206與該拋光襯墊組件402之間形成一平衡環。在某些具體實施例中，該拋光襯墊組件402包含耦接至一拋光頭帽蓋412的一撓曲板材410(以下參考第5A 圖與第5B圖進一步敘述)。
如第4A圖所示，該擺動手臂106可以包含一可充氣(及可放氣)風箱414，該風箱414耦接至該馬達206與該拋光襯墊組件402。例如，可以使氮氣或另一種適宜的氣體透過氣體接線416流動至該風箱414之中。此氣體使該風箱414膨脹，其接著自該擺動手臂106推離該馬達206與該拋光襯墊組件402，並推朝向由該基板卡盤104所保持的基板102。增加或降低輸送至該風箱414的氣體壓力將提高或降低由該拋光襯墊208壓抵住該基板102的力量。該馬達206與該拋光襯墊組件402之間的平衡環允許該拋光襯墊組件402移動的自由度，因此該拋光襯墊208在預清洗拋光期間保持與該基板102接觸。
第4B圖為耦接至該馬達206與該拋光襯墊組件402之風箱414的等角視圖。在第4B圖的具體實施例中，運用多數滑動軸承418a-418b以將該馬達206耦接至該擺動手臂106，並在該風箱414膨脹收縮時，允許該馬達206與該拋光襯墊組件402的移動。也可用多數其他配置。
第5A圖與第5B圖為根據本發明多數具體實施例所提供第4A圖之一拋光頭帽蓋412與撓曲板材410的下方等角視圖。如第5A圖與第5B圖中所示，在某些具體實施例中，該拋光頭帽蓋412包含二或多個對齊特徵或插梢502a及502b，其與該撓曲板材410的多數孔洞504a及504b對應。 一或多個永久性磁鐵506a-506c則嵌入於該拋光頭帽蓋412之中，與嵌入於該撓曲板材410之中的多數永久性磁鐵508a-508c(以虛線圖示)對齊。雖然在第5A圖與第5B圖中圖示兩個對齊插梢與三個永久性磁鐵，但將可瞭解到可以運用較少或較多的對齊插梢及/或磁鐵。例如，在某些具體實施例中，可以在該撓曲板材410與該拋光頭帽蓋412的每一個之中嵌入十二個或更多個的磁鐵。一或多個附加特徵510允許該撓曲板材410附加至該平衡環側板408(第4A圖)。
操作上，一拋光襯墊208係經耦接至該拋光頭帽蓋412。例如，該拋光襯墊208可透過雙面膠帶或另一黏著方式附加至該拋光頭帽蓋412。該等對齊插梢502a及502b與磁鐵506a-506c的使用允許該拋光頭帽蓋412快速且牢固地附加至該撓曲板材410(或自該撓曲板材410移除)。同樣的，替換的拋光頭帽蓋412(具有附加的替換拋光襯墊)也可以更快且更容易的安裝。這可以減少系統於襯墊置換時的停機時間。該拋光頭帽蓋412可如第4A圖所示套在該撓曲板材410上。
第6圖為根據本發明多數具體實施例所提供第1A圖至第1C圖該基板支座118的等角視圖。參考第6圖，該基板支座118包含多數支撐溝槽602a、602b與602c，其沿著該基板102一邊緣三個接觸點處支撐該基板102。可以提供較少或較多的支撐溝槽。如第6圖所示，一馬達604可透過一軸606耦接至該基板支座118，以在基板卸載或承載操作期間將 該基板支座118移離該基板卡盤104或朝向該基板卡盤104移動。該馬達604可例如由該控制器210(第2圖)進行控制。
第7圖為根據本發明多數具體實施例所提供第1A圖至第1C圖該襯墊調整站台112的前視圖。例如，在某些具體實施例中，可以使用具有或不具有化學物質(可通過該刷子702的中心704施加)的尼龍毛刷或其他適宜的刷子702，以進行該拋光襯墊208的原位或異位調整。可以執行所述調整以中斷該拋光襯墊208，以清洗及/或粗化該拋光襯墊208的表面等等。在其他具體實施例中，可以運用一種內嵌鑽石或研磨調整襯墊，以調整及/或清洗該拋光襯墊208。在一或多個具體實施例中，該拋光襯墊208可在使用之前、於基板拋光清洗操作之間、於擺動循環之間、一基板被裝載至該預清洗拋光模組100之中或自該預清洗拋光模組100移除的同時、待機期間及/或在任何需要的時間或時常地進行調整。
為了減少相對於該基板卡盤104的基板旋轉及/或滑動，可以在該基板卡盤104與該基板102之間提供一載體膜812(第8圖)。例如，該載體膜812可為一種閉合單元聚氨酯盤，其具有多數開口，以允許透過該載體膜812對該基板102施加真空條件。在某些具體實施例中，該載體膜812可以包含碳黏合劑以改良該載體膜812的壓縮性質。該載體膜812的示例厚度範圍大約從25至60密耳。可以運用多種其他的載體膜材料、形式、厚度及/或配置。
在第8圖的具體實施例中，該載體膜812包含複數個小開口814以及多數個較大的開口816a-816b。可以提供多數切口818a-818c以透過該基板支座118(第6圖)適應該基板102的支撐及/或在基板定位/定向期間使用。該等切口818a-818c可以與該基板卡盤104(第1C圖)的該等槽口120a-120c對齊。
在第8圖的具體實施例中，於該載體膜812的上半部提供較多的開口。例如，在基板的卡盤釋放期間，該載體膜812可能傾向「保持住」該基板102。為了釋放該基板102，可以關閉對該基板102背側施加的真空條件，並透過該載體膜812該等開口對該基板102背側施加輕微的受壓氣體。在該基板102上方部分處額外的壓力位置(例如，由該載體膜812的多數開口所提供)有助於在卡盤釋放期間由該基板支座118施加至該基板102底部之壓力的補償。可以運用其他的卡盤釋放及/或載體膜812配置。
第9圖為根據本發明多數具體實施例在化學機械研磨之後進行一基板預清洗拋光之示範方法900的流程圖。雖然該系統100的操作主要係針對於化學機械研磨之後的基板預清洗敘述，但將可瞭解相同的方法900可以使用於在其他基板處理步驟(例如，蝕刻步驟以移除蝕刻殘餘物或是其他的應用)之後進行的基板拋光清洗，而不論是否執行後續的清洗步驟。
參考第9圖，在區塊902中該基板102係經裝載至該預清洗拋光模組100之中。例如，一(未圖示)機器人可將該基板102下降至該預清洗拋光模組100的槽108中，並下降至該基板支座118上。在某些具體實施例中，在區塊904中，該基板102可以利用該等沖洗流體輸送系統機制114a及114b，以去離子水或一流體進行沖洗，同時被下降至該基板支座118上。
在區塊906中，該基板102被固定至該基板卡盤104。例如，該基板支座118可以將該基板102移鄰近該基板卡盤104(利用與該基板卡盤104該等槽口120a-120c對齊的方式)。可穿過該基板卡盤104(及載體膜812)施加一真空條件，以抵住該基板卡盤104牢固保持該基板102。接著該基板支座118可被下降及/或移出。
在區塊908中，以利用該馬達202(第2圖)旋轉該基板卡盤104的方式旋轉該基板102。在區塊910中，移動該擺動手臂106以將該拋光襯墊208安置於該基板102上方。在區塊912中，該拋光襯墊208係經旋轉(例如，由該馬達206旋轉)並壓抵住該基板102(例如，利用供應氣體至該擺動手臂106之風箱414的方式)。在某些具體實施例，可以在預清洗拋光期間供應一清洗化學物質或其他流體至該基板102(例如，使用該等化學物質輸送系統機制116a及/或116b)。示例化學物質包含酸溶液、鹼溶液、過氧化氫等等。
在區塊914中，係用該擺動手臂106使該拋光襯墊208擺動跨過該基板102前側。例如，可以使用一預定的擺動或「清洗」曲線，以進行該基板102多數特定區域的目標清洗(例如，邊緣或其他可能難以清洗的區域)。在某些具體實施例中，可以對該拋光襯墊208運用不同的負載及/或旋轉率。該拋光/清洗曲線可由拋光襯墊位置及/或拋光襯墊擺動曲線(例如，包含擺動範圍、頻序、形狀、每次擺動區域的時間等等)所控制。各種具體實施例可以針對於該基板102的多數特定區域，因此可以使用該預清洗拋光模組100以改善該基板102的邊緣缺陷(例如，降低靠近該基板102邊緣的缺陷程度)，而這是難以利用傳統的清洗方式達成。
在預清洗拋光之後，在區塊916中，使用該沖洗流體輸送系統機制114a及/或114b沖洗該基板102，並可自該基板102移出該擺動手臂106。例如，該擺動手臂106可以將該拋光襯墊208移至該襯墊調整站台112以進行清洗/調整(第1C圖)。
在區塊918中，該基板支座118係並安置於該基板102下(例如，利用該基板卡盤104的多數槽口120a-120c)，而該基板102係被釋放至該基板支座118。例如，可自該基板102背側移除真空條件，並可以施加一小氣體壓力以釋放該基板102。
在區塊920中，自該槽108舉升該基板102(例如， 使用一適宜的機器人)。在移除期間，在某些具體實施例中，使用該等沖洗流體輸送系統機制114a-114b，以去離子水或另一流體沖洗該基板102。該基板102接著被轉移至一清洗模組中，像是刷輥洗滌器或超音波槽，以進行進一步的清洗。
如同所提及的，在某些具體實施例中，於基板裝載及/或卸載期間，可利用該襯墊調整站台112進行該拋光襯墊208的清洗及/或調整。
以下於範例1中提供該預清洗拋光模組100的示例處理參數。將可瞭解到這些處理參數僅為範例。可以運用多種其他的處理參數及/或處理參數的組合。
範例1
在某些具體實施例中，於研磨期間施加至該風箱414及/或拋光襯墊208的壓力可以介於大約每平方英吋0.1至4磅的範圍。示例壓力精確性可以大約為完全規模的+/-4%，而示例壓力反應時間則介於小於大約0.5秒至小於大約2秒的範圍。可以運用其他的壓力、壓力精確性及/或壓力反應時間。
在某些具體實施例中，該拋光襯墊208可以聚氨酯、聚矽氧烷、聚乙烯醇或類似的材料形成。示例拋光襯墊直徑則介於大約20-80毫米，厚度大約為3.75至大約6.25毫米。示例拋光襯墊旋轉率介於大約每分鐘0至3000轉，精確性為完全規模的+/-4%。可以運用其他的拋光襯墊材料、尺寸及/或旋轉率。
在某些具體實施例中，該擺動手臂106可以負責(在該基板上)大約0至200毫米的擺動範圍，精確性為完全規模的+/-4%。該擺動手臂106的示例擺動速度介於大約每秒3至5徑度(以樞轉方式)，而在某些具體實施例中大約為每秒4.14徑度，精確性為完全規模的+/-4%。可以運用其他的擺動範圍及/或擺動速度。
在某些具體實施例中，該基板旋轉率可以介於每分鐘大約0至1500轉，精確性為完全規模的+/-4%。可以使用其他的基板旋轉率。
在某些具體實施例中，該載體膜812可為一種連續、無壓花襯墊，像是一種閉合單元聚氨酯盤。可以運用其他的載體膜形式及/或材料。
在某些具體實施例中，能於預清洗拋光期間運用的示例化學物質包含像是可得於日本大阪和光純藥工業株式會社的CX100或可得於美國賓州阿倫頓空氣化工產品公司的Electroclean、高酸鹼值的化學物質、鹼溶液、最大為30%濃度的過氧化氫等等。可以運用其他的清洗化學物質。
在某些具體實施例中，可以使用大約為每分鐘150至3000毫升的化學物質及/或沖洗流體流率，精確性為完全規模的+/-6%。可以運用其他的化學物質及/或沖洗流體流率。
在某些具體實施例中，該襯墊調整站台112可以運用一固定或旋轉刷子，像是尼龍毛刷，用以調整及/或清洗該 拋光襯墊208。示例的調整刷子其直徑尺寸介於大約50至80毫米。可以運用其他的調整刷子及/或尺寸。注意可以使用一額外的馬達(未圖示)以旋轉所述的襯墊調整刷。
在某些具體實施例中，該預清洗拋光模組100可以適用於具有酸鹼值範圍從大約1至12的化學物質。可以提供其他的酸鹼值適用範圍。
在某些具體實施例中，可以使用一調整毛刷進行該拋光襯墊208的原位或異位調整，該調整毛刷具有通過該刷子的中心施加的化學物質。在多數其他具體實施例中，可以使用一鑽石修整盤進行該拋光襯墊208的原位或異位調整。在某些具體實施例中，於該預清洗拋光模組100的外罩中可以包含用於改變該拋光襯墊208(及/或用於改變用來進行拋光襯墊調整之調整毛刷或鑽石盤)的一表面艙口(例如，服務艙口110)。
在某些具體實施例中，該拋光襯墊208可以包含一相對軟的拋光襯墊(然而其比一般性的聚乙烯醇刷為硬)，以清理難以去除的顆粒。本發明之多數具體實施例提供對一基板前側應用一化學物質拋光程序的能力，例如，於傳統的化學機械研磨執行之後應用。因此，本發明之多數具體實施例可用一化學機械研磨程序之後，為一清洗程序(例如，使用傳統刷輥箱或超音波清洗器)準備一基板該前側表面。
在將清洗化學物質施加至該基板102時，該擺動手 臂106可經調適以擺動或震盪該旋轉中拋光襯墊208跨及該基板的前側表面，以影響該基板102的預清洗。該擺動手臂106係由該馬達204(例如，透過齒輪傳動組件)震盪。在某些具體實施例中，取代一擺動手臂，可以使用一線性支架以支撐並移動該拋光襯墊208、該拋光襯墊馬達206，以及選擇性的該化學物質輸送系統機制116a。
本發明之多數具體實施例提供一預清洗裝置與程序，以在化學機械研磨之後，但於傳統的基板清洗之前(及/或取代之)，進行一基板的「預清洗」。在某些具體實施例中，一預清洗拋光模組可以取代更傳統的清洗工具清洗模組(例如，刷輥箱模組)。
本發明之多數具體實施例提供一種在化學機械研磨之後使用一卡盤(例如，真空卡盤)以支撐一基板進行多數基板預清洗的緊密配置，因此該前側可被接取以使用一相對小的拋光襯墊(例如，具有小於該基板直徑之直徑的小接觸區域的研磨襯墊)進行直接拋光。可以同時使用直接前側測量法，而不需要透過一窗口、拋光襯墊等等的成像。可以直接在該基板前側上分配化學物質，分配的分佈較為容易，化學物質的耗費也較為減輕。在某些具體實施例中，可以使用一嵌入式噴灑器直接將化學物質輸送至該基板，該嵌入式噴灑器安裝至該擺動手臂上(例如，因為改良及/或最佳控制，因此可以降低化學物質耗費)。在一或多個具體實施例中， 可以通過該拋光襯墊直接輸送清洗化學物質。
在某些具體實施例中，該預清洗拋光模組100可以放置於一研磨器與一刷輥箱(例如，取代一超音波槽模組)之間。在某些具體實施例中，該預清洗拋光模組100可以取代一刷輥箱模組。在一或多個具體實施例中，該預清洗拋光模組100可額外於超音波或刷子洗滌方式而使用。例如，該預清洗拋光模組100可以與一超音波槽及一或多個刷輥箱一起使用。在一範例中，該預清洗拋光模組100可與一超音波槽、兩個刷輥箱以及一基板乾燥工具一起使用，像是噴洗式旋乾機或Marangoni乾燥器(例如，四個清洗程序與一乾燥程序)。
在所示之具體實施例中，該基板卡盤104係為一垂直定向真空卡盤，其經配置以在拋光清洗期間將一基板保持定位於垂直定向中。在多數其他具體實施例中，該基板102可為水平定向及/或不以真空方式保持(例如，以夾鉗方式)。
該拋光襯墊208可為任何適宜的材料，像是多孔聚氨酯、矽酮等等，其適宜用於移除顆粒、有機殘餘物等等。當該拋光襯墊208於拋光清洗期間由該擺動手臂106壓抵住該基板102所施加的示例壓力，對於介電質而言大約為每平方英吋1至2磅及/或對於軟性金屬而言大約為每平方英吋0.2至0.8磅。在拋光清洗期間可以運用較大或較小的壓力。
因為該拋光襯墊208小於該基板102，因此該拋光 清洗的總量可跨及該基板而改變或「調整」。例如，掃瞄/擺動曲線、擺動範圍、停留時間、擺動率、拋光襯墊壓力、拋光襯墊旋轉率、基板旋轉率等等都可在拋光清洗期間調整及/或變化。例如，擺動率、停留時間、壓力、旋轉率及或類似參數可經調整以改善邊緣清洗效果。
如同所述，在某些具體實施例中可以透過該拋光襯墊208及/或利用一分離的液體輸送系統機制提供沖洗流體及/或化學物質，像是透過耦接至該擺動手臂106之一流體輸送接線/噴灑噴嘴。例如，該拋光襯墊208可以包含一開口(未圖示)以在拋光清洗期間輸送清洗流體及/或任何需要的化學物質至該基板102。在所述具體實施例中，可以使用不同的沖洗及/或清洗流體，以清洗及/或沖洗該基板102及該拋光襯墊208。
藉由例如一適宜編程通用目的電腦或其他計算裝置的實作或在該等裝置的控制下，將可更容易瞭解在此敘述之該等方法。一般而言，一處理器(例如，一或多個微處理器)將自一記憶體或類似裝置接收多數指令，並執行這些指令，藉此執行由該等指令所定義的一或多個程序。此外，實作所述方法的程式可利用各種媒體(例如，電腦可讀媒體)以許多方式進行儲存及傳輸。在某些具體實施例中，可以使用硬連線電路與客製化硬體，以取代或與多數軟體指令組合，以實作該等各種欲具體實施例的程序。因此，多數具體實施例 並不限定為任何特定的硬體與軟體組合。據此，對於一程序的敘述也同樣描述用於執行該程序之至少一裝置，並同樣描述用於執行該程序之至少一電腦可讀媒介及/或記憶體。執行該程序之裝置可以包含適合執行該程序之多數元件與裝置(例如，一處理器、輸入與輸出裝置)。一電腦可讀媒介可以儲存適宜執行該方法的多數程式元件。
前述敘述只用於揭示本發明的示例具體實施例。對於該領域一般技術人員而言，顯而易見的是落於本發明範圍之中對於以上揭示之系統、裝置與方法的修改。例如，在某些具體實施例中，可以與該預清洗拋光模組100一起使用一種稀釋漿料，以改善顆粒及/或殘餘物的去除(例如，對於切口的顆粒及/或殘餘物)。雖然本發明之多數具體實施例主要已經針對於在化學機械研磨之後以及超音波或刷子洗滌之前的基板預清洗進行敘述，但將能瞭解到，本發明的多數具體實施例可被運用於其他的清洗及/或預清洗應用。例如，該預清洗拋光模組100可被運用於自一基板移除後蝕刻殘餘物、用於進行一基板的背側清洗、自一基板背側移除卡盤標記等等。在某些具體實施例中，在拋光清洗之後可以不運用一額外的清洗步驟(例如，像是當該基板將進行進一步處理時)。也就是說，該該預清洗拋光模組100可被更一般性的使用作為任何適宜應用的拋光清洗模組。
據此，雖然本發明已經聯結其多數示例具體實施例 揭示，但應該瞭解到如以下請求項所定義的多數其他具體實施例也落於本發明範圍之中。
100‧‧‧預清洗拋光模組
102‧‧‧基板
104‧‧‧基板卡盤
106‧‧‧擺動手臂
108‧‧‧槽
110‧‧‧服務艙口
112‧‧‧襯墊調整站台
114a‧‧‧沖洗流體輸送系統機制
116a‧‧‧化學物質輸送系統機制
116b‧‧‧化學物質輸送系統機制
118‧‧‧基板支座

Claims (20)

  1. 一種清洗一基板的裝置，該裝置包括：一基板卡盤，經配置以於一基板可接取的一前側支撐該基板；一拋光襯墊組件，經配置以支撐一拋光襯墊，該拋光襯墊的直徑小於該基板的直徑；以及一擺動手臂，經耦接至該拋光襯墊並經配置以使該拋光襯墊沿著該基板前側定位及旋轉，並控制在清洗期間由該拋光襯墊抵住該基板前側施加的總力，其中該基板卡盤、該拋光襯墊組件與該擺動手臂係經配置以拋光清洗該基板。
  2. 如請求項1所述之裝置，其中該基板卡盤係經配置以在以該拋光襯墊清洗期間於垂直定向中保持該基板。
  3. 如請求項1所述之裝置，其中該擺動手臂包含一馬達，該馬達經配置以旋轉該拋光襯墊組件，且其中該拋光襯墊組件係透過一平衡環耦接至該擺動手臂的馬達。
  4. 如請求項1所述之裝置，其中該拋光襯墊組件包含耦接至該擺動手臂的一第一部分，以及以可移除方式耦接至該第一部分的一第二部分，該第二部分經配置以支撐該拋光襯墊。
  5. 如請求項4所述之裝置，其中該第一與第二部分包含一 或多個磁鐵，該等磁鐵經配置以將該第一與第二部分保持在一起。
  6. 如請求項5所述之裝置，其中該第一與第二部分包含一或多個對齊特徵，當該第一與第二部分被耦接在一起時，該等對齊特徵將該第一部分的一或多個磁鐵與該第二部分的一或多個磁鐵對齊。
  7. 如請求項1所述之裝置，其中該擺動手臂包含一馬達，該馬達驅動該拋光襯墊的旋轉，也包含耦接至該馬達之一風箱，其中該風箱的充氣造成該拋光襯墊的移動，以及造成在以該拋光襯墊清洗期間由該拋光襯墊壓抵住該基板的力量改變。
  8. 如請求項1所述之裝置，進一步包括一流體輸送系統機制，該流體輸送系統機制經耦接至該擺動手臂，並經配置以在以該拋光襯墊清洗期間輸送一流體至該拋光襯墊與該基板之間的一介面。
  9. 如請求項8所述之裝置，其中耦接至該擺動手臂之該流體輸送系統機制係經配置以輸送化學物質至該拋光襯墊與該基板之間的該介面。
  10. 如請求項1所述之裝置，進一步包括第一與第二沖洗流體輸送系統機制之一，其經配置以輸送沖洗流體至該基板之一前側與一後側至少之一。
  11. 如請求項1所述之裝置，進一步包括一基板支座，該基板支座經配置以支撐該基板並在裝載期間將該基板放置鄰近於該基板卡盤，並在卸載期間支撐該基板。
  12. 如請求項1所述之裝置，進一步包括一襯墊調整站台，該襯墊調整站台經配置以進行該拋光襯墊的清洗與調整之至少之一。
  13. 一種在化學機械平坦之後用於清洗一基板的預清洗拋光模組，該模組包括：一槽；一基板卡盤，經放置於該槽之中並經配置以於一基板可接取的一前側支撐該基板；一拋光襯墊組件，經放置於該槽之中並經配置以支撐一拋光襯墊，該拋光襯墊的直徑小於該基板的直徑；以及一擺動手臂，經放置於該槽之中並經耦接至該拋光襯墊組件及經配置以使該拋光襯墊沿著該基板前側定位及旋轉，並控制在清洗期間由該拋光襯墊抵住該基板前側施加的總力； 一襯墊調整站台，經放置於該槽之中並經配置以進行該拋光襯墊的清洗與調整之至少之一，該襯墊調整站台係經放置因此該擺動手臂係為可旋轉以將該拋光襯墊放置鄰近於該襯墊調整站台；其中該基板卡盤、該拋光襯墊組件與該擺動手臂係經配置以在一化學機械平坦化處理之後拋光清洗該基板。
  14. 如請求項13所述之預清洗拋光模組，進一步包括一流體輸送系統機制，該流體輸送系統機制經耦接至該擺動手臂，並經配置以在以該拋光襯墊預清洗期間輸送一流體至該拋光襯墊與該基板之間的一介面。
  15. 如請求項13所述之預清洗拋光模組，其中該拋光襯墊組件包含耦接至該擺動手臂的一第一部分，以及以可移除方式耦接至該第一部分的一第二部分，該第二部分經配置以支撐該拋光襯墊。
  16. 一種在一基板拋光模組中清洗一基板的方法，該方法包括：將一基板裝載至該拋光模組之中；將該基板固定至一基板卡盤；使用該基板卡盤旋轉該基板；在該基板上方移動一擺動手臂，該擺動手臂具有一可旋轉拋光襯墊； 旋轉該拋光襯墊；將該拋光襯墊壓抵住該基板之一前側；以及使用該擺動手臂，擺動該旋轉中拋光襯墊跨過該基板前側，以能清洗該基板。
  17. 如請求項16所述之方法，其中該拋光襯墊的直徑小於該正被清洗之基板的直徑。
  18. 如請求項16所述之方法，進一步包括在將一基板裝載至該拋光模組之中與自該拋光模組卸載一基板之至少之一的期間，於該拋光模組之中調整或清洗該拋光襯墊。
  19. 如請求項16所述之方法，進一步包括在運用耦接至該擺動手臂的一化學物質輸入系統機制清洗期間，將一化學物質輸送至該拋光襯墊與該基板前側之間的一介面。
  20. 如請求項16所述之方法，其中該拋光襯墊係耦接至拋光頭帽蓋，該拋光頭帽蓋係由該擺動手臂以磁力方式保持。
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