TW201539567A - 一種用於在一化學機械研磨製程之後清潔晶圓之刷具與方法 - Google Patents
一種用於在一化學機械研磨製程之後清潔晶圓之刷具與方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TW201539567A TW201539567A TW104105791A TW104105791A TW201539567A TW 201539567 A TW201539567 A TW 201539567A TW 104105791 A TW104105791 A TW 104105791A TW 104105791 A TW104105791 A TW 104105791A TW 201539567 A TW201539567 A TW 201539567A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- brush
- nodule
- nodules
- foam
- height
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 9
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 title description 22
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 34
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 27
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 19
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 claims description 7
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 6
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 6
- DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N acetaldehyde Diethyl Acetal Natural products CCOC(C)OCC DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 125000002777 acetyl group Chemical class [H]C([H])([H])C(*)=O 0.000 claims description 4
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 4
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 239000006261 foam material Substances 0.000 claims 6
- 230000016507 interphase Effects 0.000 claims 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 22
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 12
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 8
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 4
- QRUDEWIWKLJBPS-UHFFFAOYSA-N benzotriazole Chemical compound C1=CC=C2N[N][N]C2=C1 QRUDEWIWKLJBPS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000012964 benzotriazole Substances 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 2
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 125000005605 benzo group Chemical group 0.000 description 1
- 125000003354 benzotriazolyl group Chemical group N1N=NC2=C1C=CC=C2* 0.000 description 1
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000000682 scanning probe acoustic microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000006748 scratching Methods 0.000 description 1
- 230000002393 scratching effect Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 229910021654 trace metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 150000003852 triazoles Chemical class 0.000 description 1
- 238000007794 visualization technique Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02041—Cleaning
- H01L21/02057—Cleaning during device manufacture
- H01L21/02068—Cleaning during device manufacture during, before or after processing of conductive layers, e.g. polysilicon or amorphous silicon layers
- H01L21/02074—Cleaning during device manufacture during, before or after processing of conductive layers, e.g. polysilicon or amorphous silicon layers the processing being a planarization of conductive layers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B08—CLEANING
- B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
- B08B1/00—Cleaning by methods involving the use of tools
- B08B1/10—Cleaning by methods involving the use of tools characterised by the type of cleaning tool
- B08B1/12—Brushes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B08—CLEANING
- B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
- B08B1/00—Cleaning by methods involving the use of tools
- B08B1/30—Cleaning by methods involving the use of tools by movement of cleaning members over a surface
- B08B1/32—Cleaning by methods involving the use of tools by movement of cleaning members over a surface using rotary cleaning members
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B08—CLEANING
- B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
- B08B1/00—Cleaning by methods involving the use of tools
- B08B1/30—Cleaning by methods involving the use of tools by movement of cleaning members over a surface
- B08B1/32—Cleaning by methods involving the use of tools by movement of cleaning members over a surface using rotary cleaning members
- B08B1/34—Cleaning by methods involving the use of tools by movement of cleaning members over a surface using rotary cleaning members rotating about an axis parallel to the surface
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/34—Accessories
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02041—Cleaning
- H01L21/02096—Cleaning only mechanical cleaning
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
- H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
- H01L21/67028—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like
- H01L21/6704—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like for wet cleaning or washing
- H01L21/67046—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like for wet cleaning or washing using mainly scrubbing means, e.g. brushes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- Cleaning In General (AREA)
- Brushes (AREA)
Abstract
可使用一種在刷具之一外徑表面上具有結節之泡棉刷具在化學機械研磨(CMP)加工之後自基板上更佳地移除小顆粒及有機殘餘物,該等結節具有介於1.2與1.5之間的間距對直徑比(P/D)以及介於0.2至0.5之間的結節高度對結節直徑比。本發明之化學機械研磨清潔刷具亦可以相對軟且壓縮強度小於90克/平方釐米之泡棉來製備。具有此種P/D比及H/D比及視需要壓縮強度小於90克/平方釐米之化學機械研磨清潔刷具可用於包含銅化學機械研磨後製程在內之各種化學機械研磨清潔製程中。
Description
本申請案主張於2014年2月20日提出申請之美國臨時專利申請案第61/942,231號之權利,該美國臨時專利申請案之揭露內容以引用方式全文併入本文中。
本發明概言之係關於對基板之化學機械研磨。更具體而言,本發明係關於一種用於在化學機械研磨之後清潔基板之刷具。
在半導體器件之製作中,需要執行化學機械研磨(chemical mechanical polishing;CMP)操作及晶圓清潔。通常,積體電路器件係為多層階結構(multi-level structure)之形式。在晶圓層階上,形成具有擴散區域(diffusion region)之電晶體器件。在隨後之層階中,將金屬互連線圖案化並且電性連接至電晶體器件,以界定所需之功能器件。眾所習知,經圖案化之導電層係藉由介電材料(例如二氧化矽)與其他導電層絕緣。隨著形成越來越多之金屬化層階及相關聯介電層,將介電材料平坦化之需求亦在增長。若不進行平坦化,則其他互連層及介電層之製作會因表面形貌之更大變化而變得實質上更為困難。在半導體製造製程中,將金屬互連圖案
形成於晶圓上之介電材料中,並接著執行化學機械平坦化(chemical mechanical planarization;CMP)操作以移除過量金屬。在任何此種化學機械研磨操作之後,需要清潔經平坦化之晶圓以移除微粒及污染物。
在電子器件(例如積體電路)之製造中,晶圓上之微粒污染、痕量金屬(trace metal)及移動離子之存在係為一嚴重問題。微粒污染可引發各種問題,例如積體電路中之局部腐蝕、劃傷及「短路」。移動離子及痕量金屬污染物亦可導致積體電路之可靠性及功能性問題。該等因素之組合使晶圓上之器件良率降低,因而增加了晶圓上之平均功能器件之成本。處於不同製作階段之每一晶圓皆代表原材料、設備製作時間以及相關聯研發方面之重大投資。
化學機械研磨(「CMP」)係為一種用於在對晶圓進行後續加工之前將晶圓上之膜平坦化之常用技術。化學機械研磨通常涉及將具有50奈米至100奈米尺寸之磨料顆粒之一研磨漿料引入至一研磨墊表面上。具有欲被移除之材料層、介電層或金屬層之晶圓被抵靠具有漿料之一研磨墊表面放置。藉由使晶圓抵靠旋轉之研磨墊進行旋轉,會經由化學作用與機械作用之一組合而減小層之厚度。漿料通常係為水系漿料並且可包含精細之磨料顆粒,例如氧化矽、氧化鋁及其他金屬氧化物磨料材料。在研磨完成之後,必須清潔經加工之晶圓以完全移除來自研磨製程之殘餘漿料及其他殘餘物。藉此,表面便可備用於其他加工步驟,例如電化學沈積、蝕刻及光刻步驟。
為自經研磨表面之表面清潔殘餘漿料材料(尤其是直徑小於0.1微米之顆粒),通常使用清潔刷具。該等清潔刷具通常係為圓柱形並且沿刷具之一中心軸線旋轉。清潔刷具亦常常係由泡棉或多孔聚合物材料(例
如聚乙烯醇(polyvinyl alcohol;「PVA」))製成。此等刷具可注射成型(injection molded),例如在美國專利第8,460,475號中所述,該美國專利係由本申請案之所有者所擁有且出於所有目的而以引用方式併入本文中。
為自動執行清潔操作,製作實驗室(fabrication lab)採用清潔系統。清潔系統通常包含一或多個刷具盒以在其中擦洗晶圓。各該刷具盒包含一對刷具,俾使各該刷具分別擦洗晶圓之相應一側。為增強此等刷具盒之清潔能力,通常做法係為遞送流經刷具(through the brush;TTB)之清潔流體。遞送流經刷具之流體係藉由以下方式來達成:實作具有複數個孔之刷具芯體(brush core),該等孔容許在一特定壓力下饋入至刷具芯體中之流體釋放至基板表面上。流體自刷具芯體經由聚合物材料而被分配至基板表面上。
刷具之旋轉運動、抵靠晶圓而施加於刷具上之力或壓力、以及清潔流體或去離子水之施加相結合會將殘餘漿料材料自晶圓之表面移除。
此等刷具在其表面上具有突出部或突結(node)以用於接觸及用於自一基板移除材料。刷具被形成為套管並且滑套在用於向刷具遞送流體並旋轉該刷具之芯體支撐件(core support)上。
隨著半導體特徵尺寸之減小及器件效能需求之持續增加,清潔工程師亦面臨改良其相關聯製程之挑戰。在高級半導體製造節點處,在化學機械平坦化(chemical mechanical planarization;CMP)製程之後自基板(如晶圓及平板顯示器)上移除顆粒及移除有機殘餘物之有效性一直係以經過調整之參數及材料來測試,以滿足對於自所研磨基板上移除更小漿料顆粒及腐蝕抑制劑添加劑(corrosion inhibitor additive)以達到目標污染
控制水準以下的高級節點清潔要求。舉例而言,在銅化學機械研磨製程中,例如與苯並***(Benzotriazole;BTA)相關但不限於苯並***之有機殘餘物可在銅化學機械研磨加工之後吸附於銅表面上。在進行進一步製程之前藉由刷具清潔來移除苯並***殘餘物係為有利的。可使用X射線光電子光譜法(X-ray photoelectron spectroscopy;XPS)來偵測銅及銅氧化物表面上之苯並***。可使用XPS氮1s線(nitrogen 1s line;N 1s line)之下的面積來確定表面上之苯並***之存在及量或相對量,且可使用銅2p3/2線來指示銅氧化物之存在。可利用在具有苯並***之基板上在刷具清潔後,在一系列XPS光譜條件下N 1s線之下的面積的減小來指示苯並***正自該基板移除。可使用XPS N1s線下之面積來比較在清潔之後不同基板上之苯並***量。其他可用於偵測銅基板上之苯並***之技術包含傅裏葉變換紅外光譜法(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)、液滴在表面上之接觸角、及俄歇電子光譜法(Auger Electron Spectroscopy)。因此,藉由量測剩餘之有機殘餘物,此等刷具之使用者能夠計量製程改良之有效性。
儘管最佳化之努力著重於調整製程參數及材料上,然而對與刷具之物理結構相關之參數(例如結節尺寸、形狀、長寬比(aspect ratio)及密度)以及此等參數彼此之組合之最佳化似乎尚未得到解決。在本發明之實施例中,一圓柱形泡棉刷具具有介於1.2與1.5之間的一結節間距對結節直徑比(P/D)以及介於0.2至0.5之間的一結節高度對結節直徑比。
在本發明一實施例中,一圓柱形泡棉刷具具有複數個結節,其中在二個端部其中之每一者處具有一列細長結節且在該二個端部之間具有形狀均一之結節,該二個端部間之該等形狀均一之結節具有介於1.2與1.5
之間的一結節間距對結節直徑比(P/D)以及介於0.2至0.5之間的一結節高度對結節直徑比(H/D)。
在本發明一實施例中,一圓柱形泡棉刷具具有複數個形狀均一之結節,該等結節具有介於1.2與1.5之間的一平均結節間距對結節直徑比(P/D)以及介於0.2至0.5之間的一結節高度對結節直徑比(H/D)。
本發明之一優點在於使在化學機械研磨加工之後小顆粒及有機殘餘物自基板上之移除得到改良。在實施例中,化學機械研磨清潔刷具可由一低壓縮強度泡棉製成。各實施例之一特徵及優點在於,此種化學機械研磨清潔刷具可使用於並可有效地用於包含銅化學機械研磨後製程在內之各種化學機械研磨清潔製程中,以自經研磨之基板上移除小顆粒及有機物。
4‧‧‧化學機械研磨清潔刷具
8‧‧‧基座
12‧‧‧外表面
14‧‧‧結節
16‧‧‧朝外面
19‧‧‧側壁
21‧‧‧側壁表面
25‧‧‧較小直徑
26‧‧‧較大直徑
31‧‧‧圓角
33‧‧‧圓角
41‧‧‧列
h‧‧‧高度
I.D.‧‧‧內徑
n.a.‧‧‧結節軸線
n.c.‧‧‧結節中心
n.d.‧‧‧結節直徑
N.S.‧‧‧結節間隔
O.D.‧‧‧外徑
β‧‧‧錐度角
第1圖例示關於一化學機械研磨後製程清潔刷具之各種尺寸及特徵;第2圖係為根據本文中之發明,一刷具之側視立面圖;第3圖係為一結節之側視立面詳視圖;以及第4圖係為在刷具基座端部處具有複數列細長結節之一刷具。
參見第1圖,其顯示一化學機械研磨清潔刷具4,化學機械研磨清潔刷具4具有一基座8,基座8具有一外表面12及複數個結節14。各該結節具有一朝外面16及一側壁19,側壁19具有一側壁表面21。該朝外面係為
大致平坦的,但可具有一微凸形狀。各該結節具有一高度h、一結節軸線n.a.、一結節中心n.c.、及結節直徑n.d.。該等結節被佈置成使得各該結節具有相鄰結節,在各相鄰結節中心之間界定結節間隔(N.S.)或「間距」。當一結節與各相鄰結節具有不同間隔時,間距係為最近之相鄰結節之中心距。刷具具有一內徑(inside diameter;ID)及一外徑(outside diameter;OD)。結節可自與基座相鄰處至結節頂部具有一輕微錐度,參見錐度角β或相對於圓柱形之變化角度。
參見第2圖,其顯示其中形狀均一且相間之結節可係為實質上圓柱形之實施例。「實質上圓柱形」被定義為直徑在結節之整個長度上之變化不超過20%之情形。
參見第1圖及第3圖,當結節中存在一錐度時,結節直徑n.d.被定義為較小直徑25與較大直徑26之平均值;其中量測係在結節頂部任一圓角(radiused corner)31正下方鄰近頂面處以及在結節底部之任一圓角33處進行。本文中「頂部」意指沿徑向向外,而底部或下部意指沿徑向向內。
下表1顯示利用二種不同方法量測之刷具結節之間距、高度、及直徑之結果。該等結果顯示該二種技術對於類似刷具而言係為相當的,例如藉由雷射照相機所量測之刷具C1之P/D比為1.47且H/D比0.64;利用一可視化技術進行之量測得到之P/D比為1.44且H/D比為0.64。表中列示若干測試刷具之字母標識、P/D比或H/D比、以及刷具自基板移除的苯並***量之相對定性表示(欠佳、一般、良好、非常好)。
間距P(其係為刷具上各結節之中心間距)可介於自5毫米或約5毫米至22毫米或約22毫米之範圍。某些刷具具有成列之結節,其中該等不同列以圓柱形本體之縱向軸線為中心設置於相間之徑向位置處,俾使一列中之各突起以一定間隔設置而在延伸穿過相鄰偏置結節之中心軸線之徑向線之間界定一22.5°的角度。該22.5°的角度圍繞圓周給出16個結節。亦可採用其他角度及圍繞刷具圓周之其他結節數目。結節之高度可自結節之基座至其最頂表面量測,且結節高度可介於自2毫米或約2毫米至8毫米或約8毫米之範圍。結節之直徑可介於自4毫米或約4毫米至15毫米或約15毫米之
範圍。刷具上各結節之直徑可係為相同的,抑或刷具上之各結節可具有不同之直徑;刷具上各結節之高度皆係為實質上相同的;刷具上各結節之間的間距可係為相同的或不同的。若不同,則可使用刷具之平均間距來應用於本發明。
下表2中例示結節直徑、結節至結節間距、及結節高度之某些代表性組合,該等代表性組合落於處於1.2與1.5之間的結節間距對結節直徑比範圍(P/D)內以及處於0.2至0.5之間的結節高度對結節直徑比範圍內。在各種版本之刷具中,亦可使用表2中未列出之結節直徑、結節至結節間距、及結節高度之其他組合而並無限制。
刷具外徑可藉由量測自刷具之中心旋轉軸線至一結節頂面之距離並將其乘以二來確定一即使對於其中結節在刷具上之位置並非彼此相對之刷具,亦可使用此種方法來確定刷具之一有效外徑。在某些版本中,
刷具之外徑或刷具之有效外徑可介於自40毫米至70毫米之範圍。
刷具之結節間距對結節直徑比(P/D)可介於自1.2至1.5之範圍。若P/D小於1.2,則存在高的劃傷基板之風險,乃因各結節之間幾乎沒有供顆粒自刷具結節下方逃逸之空間。若P/D大於1.5,則存在無足夠之接觸面積來高效地進行清潔之風險,乃因在刷具上存在較大之不含有結節之自由空間。
刷具之結節高度對結節直徑比(H/D)可介於自0.2至0.5之範圍。若H/D小於0.2(本質上較0.2至0.5更為粗短),則自刷具結節作用於晶圓上之應力可變大,進而可致使基板損壞。若P/D比大於0.5,則結節施加至基板之剪切力將較小,進而降低清潔效率。
在某些版本中,P/D比可由一P/A(間距對接觸面積)比來替代,且同樣地,H/D比可由一H/A(高度對接觸面積)比來替代。在某些版本中,結節之橫截面可係為實質上圓柱形的,例如根據對一給定結節或一組給定節點之量測位置而定,直徑變化不超過±20%。與結節之錐形區段之端部(結節在此處過渡至圓柱形基座)處之直徑相比,結節外表面之直徑。在錐形結節之某些版本中,直徑可在結節之頂部量取。結節之間距、高度、及直徑量測值可係為對10或更多個結節進行之平均。對於不規則形狀之結節、非對稱形狀之結節,可使用包圍不規則形狀結節之圓形之直徑作為直徑。在例如以引用方式併入本文中之美國公開案US 2013/0048018所示刷具構型中,例示非對稱形狀之結節。
各相鄰結節之間的間距或間隔可自各相鄰結節(通常是處於同一列中之結節)之中心至中心量測,但結節可係為螺旋形或其他構型。結節可係為圓柱形或其他幾何形狀(例如截頭錐體)。對於不規則形狀之結
節,例如但不限於國際專利申請案第PCT/US2012/057337號所揭露者,可使用橫截面之近似質量中心來估計結節之中心,該國際專利申請案於2012年9月26日提出申請且名稱為「化學機械研磨後製程清潔裝置及方法(Post-CMP Cleaning Apparatus and Method)」,並且以引用方式全文併入本文中。結節之高度可如第1圖所示自其最頂表面16或最頂點至刷具基座之外表面12來量測。
在某些版本中,化學機械研磨刷具具有一不平衡(unbalanced)結節構型,例如以刷具或晶圓之中心區域為中心不平衡或如美國專利公開案第US2013/0048018號中所揭露,該美國專利公開案以引用方式全文併入本文中。在包含一低壓縮泡棉及一不平衡結節構型之化學機械研磨刷具之某些版本中,刷具一側上之結節可具有一第一P/D比及H/D比或第一組P/D比及H/D比,而中心區域另一側上之結節可具有一第二P/D比及H/D比或第二組P/D比及H/D比;該第一組P/D比及H/D比與該第二組P/D比及H/D比可係為相同的或不同的,並且該二個組皆落於處於1.2與1.5之間的結節間距對結節直徑比(P/D)範圍內以及處於0.2至0.5之間的結節高度對結節直徑比(H/D)範圍內。
包含刷具之泡棉之壓縮強度可係為60克/平方釐米至90克/平方釐米。與泡棉壓縮強度大於90克/平方釐米之刷具相比,壓縮強度為60克/平方釐米至90克/平方釐米之化學機械研磨清潔刷具被視為一相對軟之刷具。在某些版本中,刷具具有壓縮強度為90克/平方釐米或以下之泡棉。較軟之刷具會有利於減少由陷獲於結節頂部與基板間之漿料顆粒在基板上造成之劃傷,但較低之壓縮強度可降低自一基板移除顆粒及有機物(如苯並***)之刷具清潔效率。
在刷具與基板之間使用較高之力自基板(例如但不限於經過銅化學機械研磨之後的晶圓)移除小顆粒及有機物。結節P/D比介於1.2至1.5之間且結節H/D比介於0.2至0.5之間的刷具表明,尤其是利用低壓縮刷具泡棉所進行之清潔具有質的改善。
刷具可例如使用Benson於2006年8月16日提出申請之美國專利第7,984,526號及Wargo等人於2006年11月21日提出申請之美國專利第8,092,730號之教示內容來製成,該等美國專利之內容以引用方式全文併入本文中。刷具亦可使用Rosenblatt於1976年1月2日提出申請之美國專利第4,098,728號、以及2000年3月24日提出申請之美國專利第6,793,612號之教示內容來製成,該等美國專利之教示內容以引用方式全文併入本文中。
參見第4圖,刷具可在一個端部上或在二個端部上沿周向具有一列或二列41細長結節,如由以引用方式併入本文中之美國專利2013/0048018所提供。
刷具泡棉可係為聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、聚乙烯縮醛(polyvinyl acetal)、聚氨酯(polyurethane)或其他用於製成泡棉刷具以用於化學機械研磨清潔之材料。
壓縮可藉由如下方式來確定:切下刷具之一環狀(橫截面)樣片,使用英斯特朗強度試驗機(Instron)將其壓縮至環狀樣片原高度之30%,並且記錄達成該30%之高度壓縮所需之力。刷具壓縮結果可以克/平方釐米來記錄。
結合前述說明,將會更佳地領會及理解本發明之該等及其他態樣。該說明儘管表明化學機械研磨刷具及化學機械研磨刷具結節之各種
實施例或版本以及其眾多具體細節,然而其係僅以例示方式而非限制方式給出。可在本發明之範圍內作出諸多替代、潤飾、添加或重新安排,且本發明包含所有此等替代、潤飾、添加或重新安排。
美國專利第6,793,612號第3欄第30至65行中所揭露之結節屬性可用於例示處於本文所述刷具之外的刷具及結節構型。舉例而言,美國專利第6,793,612號第3欄第30至65行所示結節具有約為0.1875英吋(0.476釐米)之結節高度以及約為0.31英吋(0.78釐米)之直徑。該等結節以一定間隔設置,在延伸穿過突起之徑向線之間界定22.5°的角度,進而圍繞刷具直徑具有16個突起。在具有上述結節之一7釐米外徑刷具之假想例中,刷具半徑將為3.5釐米,且各結節之間的間距被計算為(2*3.145*(3.5))/16或1.37釐米。對於一假想的具有相同結節之4釐米外徑刷具,各結節之間的間距將為0.78釐米。對於假想之7釐米外徑刷具,P/D比將為(1.37/0.78=1.76),且H/D比將為(0.476/0.78=0.61);對於假想之4釐米外徑刷具,P/D比將為(0.78/0.78=1),且H/D比將為(0.476/0.78=0.61)。具有美國專利第6,793,612號第3欄第30至65行所示結節的假想之7釐米外徑刷具以及假想之4釐米外徑刷具兩者皆不具有介於1.2與1.5之間的間距對直徑比(P/D)以及介於0.2至0.5之間的結節高度對結節直徑比(H/D)。
儘管本文闡述了各種組成物及方法,然而應理解,本發明並非受限於所述之特定分子、組成物、設計、方法或協定,乃因該等特定分子、組成物、設計、方法或協定可有所變化。亦應理解,本說明中所用之術語僅係用於闡述特定版本或實施例,而並非旨在限制本發明之範圍,本發明之範圍將僅由隨附申請專利範圍限制。
亦須注意,除非上下文中清楚地另外指明,否則本文及隨附
申請專利範圍中所用之單數形式「一(a、an)」及「該(the)」包含複數形式。因此,舉例而言,所提及之「結節(nodule)」係指一或多個結節及熟習此項技術者所習知之其等效形式等。除非另外定義,否則本文所用之所有技術及科學用語之意義皆與此項技術中之通常知識者所通常理解之意義相同。與本文所述之方法及材料類似或等效之方法或材料可用於實踐或測試本發明之實施例。本文所提及之所有出版物皆以引用方式全文併入本文中。本文中之全部內容皆不被視為承認本發明無權憑藉先前發明而超前於此等揭露內容。「視需要(optional或optionally)」意指隨後所述之事件或情況可能發生或可能不發生,並意指說明中包含其中事件發生之情形及其中事件不發生之情形。本文中之所有數值皆可由用語「大約(about)」來修飾,無論是否明確指明。用語「大約(about)」一般係指熟習此項技術者認為等價於所列值(即,具有相同之功能或結果)之數字範圍。在某些實施例中,用語「大約(about)」係指所述值之±10%,在其他實施例中,用語「大約(about)」係指所述值之±20%。儘管以「包含(comprising)」各種組分或步驟之用語(被解釋為「包含但不限於」之意義)來闡述各組成物及方法,然而該等組成物及方法亦可實質上由或由該等組分及步驟「組成(consist)」,此術語應被解釋為定義基本上封閉或封閉之構件群組。
儘管已針對一或多個實施方案顯示並闡述了本發明,然而其他熟習此項技術者在閱讀及理解本說明書及附圖後將會聯想出等效之改動及潤飾。本發明包含所有此等潤飾及改動且僅由以下申請專利範圍之範圍來限制。此外,儘管可針對若干實施方案其中之僅一個來揭露本發明之一特定特徵或態樣,然而若對於任一給定或特定應用而言合意或有利,則此特徵或態樣可與其他實施方案之一或多個其他特徵或態樣相結合。此外,若在本詳細說明或申請專利範圍中使用用語「包含(includes)」、「具有
(having)」、「具有(has)」、「帶有(with)」、或其變形,則此等用語旨在以與用語「包含(comprising)」類似之方式具有包含性。此外,用語「實例性(exemplary)」僅意在表示一實例,而非最佳的。亦應理解,為簡明及易於理解起見,本文所描繪之特徵、層、及/或元件以相對於彼此之特定尺寸及/或取向來例示,並且實際尺寸及/或取向可實質上不同於本文所示者。
儘管已參照本發明之某些實施例相當詳細地闡述了本發明,然而亦可具有其他版本。因此,隨附申請專利範圍之精神及範圍不應受限於本說明書內所包含之說明及版本。
n.d.‧‧‧結節直徑
N.S.‧‧‧結節間隔
Claims (28)
- 一種用於在一化學機械研磨(chemical mechanical polishing;CMP)製程之後清潔晶圓之刷具,該刷具係由一泡棉材料形成並包含一圓柱形基座及自該基座向外延伸之複數個形狀均一且相間之結節,該圓柱形基座具有一軸線,各該結節具有一中心、一結節高度、及一結節直徑,該等刷具結節具有介於1.2與1.5之間的一結節間距對結節直徑比(P/D)以及介於0.2至0.5之間的一結節高度對結節直徑比(H/D)。
- 如請求項1所述之刷具,其中該刷具泡棉之壓縮強度小於90克/平方釐米。
- 如請求項1所述之刷具,其中該刷具泡棉之該壓縮強度介於60克/平方釐米與90克/平方釐米之間。
- 如請求項1至3中任一項所述之刷具,其中該泡棉材料係由聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、聚乙烯縮醛(polyvinyl acetal)、及聚氨酯(polyurethane)其中之一構成。
- 如請求項1至3中任一項所述之刷具,其中各該形狀均一且相間之結節係為實質上圓柱形的。
- 如請求項1至3中任一項所述之刷具,其中該刷具具有二個端部且在該二個端部至少其中之一處具有沿圓周的一列細長結節。
- 如請求項1至3中任一項所述之刷具,其中垂直於該刷具之該旋轉軸線之一平面將該刷具劃分成一第一側及一第二側,且其中該刷具之該第一側上之結節構形不同於該刷具之該第二側上之結節構形。
- 如請求項1至3中任一項所述之刷具,其中該刷具之一外徑係為40毫米至 70毫米。
- 一種用於在一化學機械研磨製程之後清潔晶圓之刷具,該刷具係由一泡棉材料形成並包含一圓柱形基座及自該基座向外延伸之複數個結節,該圓柱形基座具有一軸線,各該結節具有一中心、一結節高度、及一結節直徑,該等刷具結節具有介於1.2與1.5之間的一平均結節間距對結節直徑比(P/D)以及介於0.2至0.5之間的一結節高度對結節直徑比(H/D)。
- 如請求項9所述之刷具,其中該刷具泡棉之壓縮強度小於90克/平方釐米。
- 如請求項9所述之刷具,其中該刷具泡棉之該壓縮強度介於60克/平方釐米與90克/平方釐米之間。
- 如請求項9至11中任一項所述之刷具,其中該泡棉材料係由聚乙烯醇、聚乙烯縮醛、及聚氨酯其中之一構成。
- 如請求項9至11中任一項所述之刷具,其中各該結節係為形狀均一且相間的。
- 如請求項13所述之刷具,其中各該結節係為實質上圓柱形的。
- 如請求項9至11中任一項所述之刷具,其中該刷具具有二個端部,且在該二個端部至少其中之一處具有沿圓周的一列細長結節。
- 如請求項9至11中任一項所述之刷具,其中垂直於該刷具之該旋轉軸線之一平面將該刷具劃分成一第一側及一第二側,且其中該刷具之該第一側上之結節構形不同於該刷具之該第二側上之結節構形。
- 如請求項9至11中任一項所述之刷具,其中該刷具之一外徑係為40毫米至70毫米。
- 如請求項9至11中任一項所述之刷具,其中各該結節係為不對稱的。
- 一種用於在一化學機械研磨製程之後清潔晶圓之刷具,該刷具係由一泡棉材料形成並包含一圓柱形基座,該圓柱形基座具有二個端部及一旋轉軸線,該刷具更包含自該基座向外延伸之複數個形狀均一且相間之結節,該等結節自鄰近該基座之各該二個端部處延伸,各該結節具有一中心、一結節高度、及一結節直徑,該等刷具結節具有介於1.2與1.5之間的一結節間距對結節直徑比(P/D)以及介於0.2至0.5之間的一結節高度對結節直徑比(H/D)。
- 如請求項19所述之刷具,其中該刷具泡棉之壓縮強度小於90克/平方釐米。
- 如請求項19所述之刷具,其中該刷具泡棉之該壓縮強度介於60克/平方釐米與90克/平方釐米之間。
- 如請求項19所述之刷具,其中該泡棉材料係由聚乙烯醇、聚乙烯縮醛、及聚氨酯其中之一構成。
- 如請求項19中任一項所述之刷具,其中各該結節係為形狀均一且相間的。
- 如請求項19所述之刷具,其中各該結節係為實質上圓柱形的。
- 如請求項19所述之刷具,其中該刷具具有二個端部且在該二個端部至少其中之一處具有沿圓周的一列細長結節。
- 如請求項19所述之刷具,其中垂直於該刷具之該旋轉軸線之一平面將該刷具劃分成一第一側及一第二側,且其中該刷具之該第一側上之結節構形不同於該刷具之該第二側上之結節構形。
- 如請求項19所述之刷具,其中該刷具之一外徑係為40毫米至70毫米。
- 一種在一銅化學機械研磨製程之後清潔一晶圓之方法,包含:使用如請求項1至3、請求項9至11、及請求項17至27中任一項所述之刷具。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201461942231P | 2014-02-20 | 2014-02-20 | |
US61/942,231 | 2014-02-20 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
TW201539567A true TW201539567A (zh) | 2015-10-16 |
TWI670763B TWI670763B (zh) | 2019-09-01 |
Family
ID=53879067
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
TW104105791A TWI670763B (zh) | 2014-02-20 | 2015-02-24 | 一種用於在一化學機械研磨製程之後清潔晶圓之刷具與方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10790167B2 (zh) |
JP (2) | JP6843621B2 (zh) |
TW (1) | TWI670763B (zh) |
WO (1) | WO2015127301A1 (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111326451A (zh) * | 2018-12-14 | 2020-06-23 | 夏泰鑫半导体(青岛)有限公司 | 用于清洗晶圆的背面刷子、清洗装置以及清洗晶圆的方法 |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2552512A (en) * | 2016-07-26 | 2018-01-31 | Matchstick Monkey Ltd | An improved teething device |
US11766703B2 (en) * | 2018-08-15 | 2023-09-26 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Apparatus and method for wafer cleaning |
US11109667B2 (en) * | 2019-10-16 | 2021-09-07 | Tung An Development Ltd. | Device of bi-spiral cleaning brush |
US20230064958A1 (en) * | 2021-08-30 | 2023-03-02 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. | Method for wafer backside polishing |
CN114227526B (zh) * | 2022-02-28 | 2022-06-07 | 西安奕斯伟材料科技有限公司 | 一种研磨载台、研磨装置、研磨方法及硅片 |
Family Cites Families (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US937509A (en) * | 1908-03-09 | 1909-10-19 | Donald A Carpenter | Lavatory-fixture. |
US4098728A (en) | 1976-01-02 | 1978-07-04 | Solomon Rosenblatt | Medical surgical sponge and method of making same |
JPS596974A (ja) | 1982-07-05 | 1984-01-14 | カネボウ株式会社 | 洗浄方法 |
JPH03155551A (ja) | 1989-11-14 | 1991-07-03 | Seiko Epson Corp | 洗浄用治具 |
US6080092A (en) * | 1994-10-06 | 2000-06-27 | Xomed Surgical Products, Inc. | Industrial cleaning sponge |
JP3680185B2 (ja) | 1996-07-19 | 2005-08-10 | アイオン株式会社 | 洗浄用ローラ |
JP3403108B2 (ja) | 1999-02-26 | 2003-05-06 | アイオン株式会社 | 洗浄用スポンジローラ |
EP0937509A4 (en) * | 1996-11-08 | 2005-01-19 | Aion Co Ltd | SPONGE ROLL FOR CLEANING |
US6502273B1 (en) * | 1996-11-08 | 2003-01-07 | Kanebo, Ltd. | Cleaning sponge roller |
US6299698B1 (en) * | 1998-07-10 | 2001-10-09 | Applied Materials, Inc. | Wafer edge scrubber and method |
JP2000270929A (ja) | 1999-03-26 | 2000-10-03 | Shibaura Mechatronics Corp | 洗浄用ブラシ |
JP2001358110A (ja) | 2000-06-13 | 2001-12-26 | Hitachi Ltd | スクラブ洗浄装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法 |
JP2004298767A (ja) | 2003-03-31 | 2004-10-28 | Aion Kk | 洗浄用多孔質ロール体 |
CN1863645B (zh) * | 2003-08-08 | 2011-11-30 | 安格斯公司 | 用于制作浇注在可旋转基体上的整体式多孔垫的方法和材料 |
US20050109371A1 (en) * | 2003-10-27 | 2005-05-26 | Applied Materials, Inc. | Post CMP scrubbing of substrates |
KR101324870B1 (ko) | 2005-12-06 | 2013-11-01 | 엔테그리스, 아이엔씨. | 다공성 패드를 위한 성형된 회전가능 기부 |
JP2009066527A (ja) | 2007-09-13 | 2009-04-02 | Nec Electronics Corp | 洗浄用ローラおよび洗浄装置 |
JP2009117765A (ja) | 2007-11-09 | 2009-05-28 | Aion Kk | 洗浄用スポンジローラ |
JP5470746B2 (ja) | 2008-05-22 | 2014-04-16 | 富士通セミコンダクター株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
US8555458B2 (en) * | 2008-06-30 | 2013-10-15 | Aion Co., Ltd | Cleaning sponge roller |
US9524886B2 (en) | 2009-05-15 | 2016-12-20 | Illinois Tool Works Inc. | Brush core and brush driving method |
JP5977175B2 (ja) * | 2010-02-22 | 2016-08-24 | インテグリス・インコーポレーテッド | Cmp後の洗浄ブラシ |
JP5535687B2 (ja) | 2010-03-01 | 2014-07-02 | 株式会社荏原製作所 | 基板洗浄方法及び基板洗浄装置 |
KR20140069043A (ko) | 2011-09-26 | 2014-06-09 | 인티그리스, 인코포레이티드 | 포스트-cmp 세정 장치 및 방법 |
US20130255721A1 (en) * | 2012-04-03 | 2013-10-03 | Illinois Tool Works Inc. | Concave nodule sponge brush |
-
2015
- 2015-02-20 WO PCT/US2015/016949 patent/WO2015127301A1/en active Application Filing
- 2015-02-20 US US15/120,553 patent/US10790167B2/en active Active
- 2015-02-20 JP JP2016553552A patent/JP6843621B2/ja active Active
- 2015-02-24 TW TW104105791A patent/TWI670763B/zh active
-
2020
- 2020-09-30 JP JP2020165904A patent/JP7097415B2/ja active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111326451A (zh) * | 2018-12-14 | 2020-06-23 | 夏泰鑫半导体(青岛)有限公司 | 用于清洗晶圆的背面刷子、清洗装置以及清洗晶圆的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TWI670763B (zh) | 2019-09-01 |
JP2021013028A (ja) | 2021-02-04 |
JP6843621B2 (ja) | 2021-03-17 |
JP7097415B2 (ja) | 2022-07-07 |
WO2015127301A1 (en) | 2015-08-27 |
JP2017513210A (ja) | 2017-05-25 |
US10790167B2 (en) | 2020-09-29 |
US20170018422A1 (en) | 2017-01-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI670763B (zh) | 一種用於在一化學機械研磨製程之後清潔晶圓之刷具與方法 | |
US7879724B2 (en) | Method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor manufacturing equipment | |
US9630295B2 (en) | Mechanisms for removing debris from polishing pad | |
US11705324B2 (en) | Apparatus and method for wafer cleaning | |
US9559021B2 (en) | Wafer back-side polishing system and method for integrated circuit device manufacturing processes | |
CN104802068B (zh) | 化学机械抛光方法 | |
CN104802071A (zh) | 化学机械抛光方法 | |
JP6955537B2 (ja) | 多結晶仕上げを有する半導体ウエハを処理する方法 | |
CN105364699B (zh) | 一种化学机械研磨方法和化学机械研磨设备 | |
TW201103083A (en) | Scrubber clean before oxide chemical mechanical polish (CMP) for reduced microscratches and improved yields | |
CN101347922A (zh) | 研磨垫的清洗方法 | |
CN105312268A (zh) | 晶圆清洗装置 | |
US10312128B2 (en) | Chemical-mechanical polish (CMP) devices, tools, and methods | |
TWI771276B (zh) | 用於處理具有多晶修整之半導體晶圓之方法 | |
TWI690389B (zh) | 用於化學機械研磨的設備以及用於化學機械研磨的方法 | |
CN102528638A (zh) | 一种铜化学机械研磨方法及设备 | |
JP2006088231A (ja) | ドレッシング治具およびこれを用いたドレッシング装置 | |
TWM365218U (en) | A semiconductor device for cleaning a surface of a wafer |