TW201615819A - 使用經設計的黏性流體之高效率後ｃｍｐ清洗的方法與設備 - Google Patents
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Abstract
本發明設備及方法之實施例係用於後CMP清洗。更特定言之，實施例提供用於移除奈米尺寸顆粒的設備及方法。一個實施例提供一種用於清洗基板的方法。該方法包括使基板曝露於黏彈性流體中以自基板移除小顆粒。該黏彈性流體包含黏度調節劑及水性基底。
Description
本發明之實施例係關於用於在化學機械研磨後自基板移除顆粒的方法及設備。
在化學機械研磨(chemical mechanical polishing；CMP)後，基板一般通過後CMP清洗器，在該清洗器中移除漿料顆粒及有機殘餘物。通常，後CMP清洗器由數個清洗模組組成，該等清洗模組採用各種顆粒移除技術，諸如刷子清洗、高能量洗滌清洗、超音波清洗、流體噴射及其他者。
隨著工業過渡至較小節點，需要在後CMP清洗期間移除諸如奈米尺寸顆粒(小於100nm的顆粒)之較小顆粒，因為基板中可引發產出率損失的缺陷(諸如顆粒及刮痕)尺寸已變得越來越小。高數量之奈米顆粒可引發金屬短路，且因此引發產出率損失。奈米顆粒亦可引發表面形貌改變及影響後續微影中的焦點深度。另外，顆粒可團聚及自主表面或基板之斜面位移，且變成嵌入清洗刷子中，從而引發產出率致命性缺陷偏差。
然而，移除奈米尺寸顆粒象徵著一種挑戰。奈米尺寸顆粒難以移除，原因在於奈米尺寸顆粒可因凡得瓦
爾力而再附著於基板表面上。在使用刷子洗滌之前，可使用高能量洗滌，以移除具有120nm或更小尺寸的顆粒。然而，高能量洗滌依賴於清洗流體及/或清洗刷子之高剪力來移除顆粒。然而，剪力可引發微刮痕及其他損傷，特別是當基板上沉積有柔軟薄膜時。
因此，需要用於在後CMP清洗期間有效移除奈米尺寸顆粒的方法及設備。
本發明設備及方法之實施例係用於後CMP清洗。更特定言之，實施例提供用於移除奈米尺寸顆粒的設備及方法。
在一個實施例中，提供一種用於清洗基板的方法。該方法包括使基板曝露於黏彈性流體中以自基板移除小顆粒。黏彈性流體包含黏度調節劑及水性基底。
在另一實施例中，提供一種用於後CMP清洗的方法。該方法包括使基板曝露於黏彈性流體中以自基板移除小顆粒，及使用刷盒、沖洗站、噴射單元、超音波清洗器或上述之組合中的至少一者清洗基板。黏彈性流體包含黏度調節劑及水性基底。
在另一實施例中，提供一種用於清洗基板的黏彈性流體。黏彈性流體包含水性基底、用於增加黏彈性流體之黏度的黏度調節劑。
100‧‧‧清洗模組
101‧‧‧基板
102‧‧‧滾軸
103‧‧‧噴嘴
104‧‧‧洗滌碟
200A‧‧‧後CMP清洗模組
200B‧‧‧後CMP清洗模組
200C‧‧‧後CMP清洗模組
202‧‧‧基板移送模組
203‧‧‧基板搬運器
210‧‧‧清洗站
211‧‧‧貯槽
213‧‧‧碟刷
214‧‧‧噴嘴
215‧‧‧滾軸
220‧‧‧清洗站
221‧‧‧貯槽
223‧‧‧滾軸刷
230‧‧‧清洗站
231‧‧‧貯槽
233‧‧‧滾軸刷
240‧‧‧乾燥器
250‧‧‧第二洗滌器刷輥站
253‧‧‧洗滌器刷輥
254‧‧‧噴嘴
260‧‧‧非接觸黏彈性清洗器
261‧‧‧貯槽
262‧‧‧滾軸
因此，可詳細理解本揭示內容之上述特徵之方式，可參照實施例獲得上文簡要概述之本揭示內容之更特定描述，其中一些實施例圖示於附加圖式中。然而，應注意，附加圖式僅圖示本揭示內容之典型實施例，並且因此該等圖式不欲視為本揭示內容範疇之限制，因為本揭示內容可允許其他同等有效的實施例。
第1圖示意性圖示根據本揭示內容之一個實施例的使用黏彈性流體之預清洗製程。
第2圖示意性圖示根據本揭示內容之一個實施例的後CMP清洗器之平視圖。
第3圖示意性圖示根據本揭示內容之另一實施例的後CMP清洗器之平視圖。
第4圖示意性圖示根據本揭示內容之另一實施例的後CMP清洗器之平視圖。
為了促進理解，在可能的情況下，相同元件符號已用於代表諸圖共用之相同元件。應設想，一個實施例中所揭示之元件可有利地用於其他實施例而無需贅述。
本揭示內容描述多種用於在後CMP清洗期間移除奈米尺寸顆粒的方法。本揭示內容亦描述一種用於清洗基板的黏彈性流體。在一個實施例中，在預清洗模組中，將黏彈性流體應用於基板，其中基板為旋轉的。黏彈性流體具有比傳統清洗流體更大的黏度。在一個實施例中，在預清洗模組中旋轉超軟清洗墊。本揭示內容之方法
藉由使用黏性經設計的流體及超軟研磨墊在不引發損傷或微刮痕的情況下改良後CMP清洗器之顆粒移除效率。
第1圖示意性圖示根據本揭示內容之一個實施例的使用黏彈性流體之預清洗製程。預清洗製程經配置以自基板表面移除包括奈米尺寸顆粒在內的顆粒。術語「奈米尺寸顆粒」係指具有約100nm或更小直徑的顆粒。可在清洗模組100中執行預清洗製程。第1圖中的清洗模組100為垂直清洗裝置，其中在實質垂直定向上安置正在被處理之基板101。清洗模組100可包括一或更多個滾軸102，該一或更多個滾軸用於支撐及旋轉基板101。可安置噴嘴103以朝向基板101輸送流體流。可在清洗模組100中移動噴嘴103以在處理期間覆蓋基板101之整個半徑。清洗模組100可包括洗滌碟104，該洗滌碟經配置以清洗基板101。在一個實施例中，洗滌碟104可為超軟洗滌碟，該洗滌碟比後CMP清洗中所使用的傳統洗滌碟更軟。可旋轉及向前移動洗滌碟104以覆蓋基板101之整個表面。或者，可在其他配置之清洗設備中使用本揭示內容之實施例，該等清洗設備例如水平清洗模組，其中在托架上支撐及旋轉基板。
可在清洗模組100中安置正在被處理之基板101以移除奈米尺寸顆粒。在一個實施例中，可在基板101正在旋轉的同時朝向基板101導向黏彈性流體。黏彈性流體可為展示出黏性與彈性兩個特徵的流體。在接觸後，黏彈性流體將流體動力拖曳力施加至基板101之表
面。可藉由流體動力拖曳力自基板101之表面移除基板101上包括奈米尺寸顆粒在內的小顆粒。
在一個實施例中，可藉由在向基板101輸送黏彈性流體的同時施加剪力至基板101來增加流體動力拖曳力。在一個實施例中，可藉由抵靠基板101相對移動清洗墊施加剪力。舉例而言，抵靠基板101旋轉超軟洗滌碟104。超軟洗滌碟104亦可橫跨基板101移動以掃描基板101之整個表面。來自黏彈性流體的流體動力拖曳力與來自超軟洗滌碟104的剪力之組合有效地自基板101之表面移除包括奈米尺寸顆粒在內的小顆粒。
在一個實施例中，可由諸如超軟洗滌碟104之清洗墊施加剪力，該清洗墊由具有低動態剪力模數的材料製成，以最小化來自團聚顆粒的微刮痕。舉例而言，超軟洗滌碟104可由低密度及高孔隙率的保形材料製成。在一個實施例中，超軟洗滌碟104由聚乙酸乙烯酯(polyvinyl acetate；PVA)形成。
根據揭示內容之黏彈性流體具有高黏度及/或展示出黏彈特性。在一個實施例中，黏彈性流體可具有黏彈度，該黏彈度經選擇以自基板表面帶走及/或掃除奈米尺寸顆粒。黏彈性流體可為水性基底清洗介質，該清洗介質包括黏度調節劑及彈性調節劑中的一者或兩者。在一個實施例中，水性基底可為去離子水(de-ionized water；DIW)。舉例而言，水性基底可為超過95重量%之DIW。黏度及彈性調節劑可包括一或更多種高分子量聚合物，該
一或更多種高分子量聚合物諸如但不限於聚丙烯醯胺(polyacrylamide；PAM)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(poly(methyl methacrylate)；PMMA)、聚乙酸乙烯酯(polyvinyl acetate；PVA)或上述之組合。在一個實施例中，黏彈性流體可包括一或更多種高分子聚合物。黏度調節劑及彈性調節劑可進一步包括增稠劑，該增稠劑諸如乙二醇。
在一個實施例中，黏彈性流體亦可包括一或更多種界面活性劑。示例性界面活性劑可為十二烷基硫酸銨或類似化學品。
黏彈性流體可包括根據正在被清洗之基板表面上的材料之pH調節劑。舉例而言，當清洗含銅基板時，需要高pH值產生靶表面修整。舉例而言，黏彈性流體可包括氫氧化銨(NH4OH)或氫氧化四甲銨(tetramethylammonium hydroxide；TMAH)。
黏彈性流體可經摻合以與基板表面相容，使得在清洗期間存在最小材料損失。舉例而言，黏彈性流體可與Cu、Co、W、Si、聚矽、氧化矽及正在被處理之基板上的其他材料相容。
黏彈性流體亦可經摻合以具有對顆粒的高捕集效率，該等顆粒諸如SiO2、SiN、Al2O3、CeO2的顆粒。舉例而言，黏彈性流體可經選擇以實現改良的捕集效率。
在一個實施例中，黏彈性流體可包括用於移除有機顆粒及殘餘物的添加劑，諸如苯并***(benzotrazole；BTA)。
如上文所論述，本揭示內容之實施例提供一種藉由在基板表面上流動具有黏彈性的黏彈性流體(諸如上文所論述之黏彈性流體)來有效移除包括奈米尺寸顆粒在內的小顆粒的方法。可藉由黏彈性流體向基板表面施加的流體動力拖曳力移除較小顆粒。可朝向旋轉基板噴射黏彈性流體以產生流體動力拖曳力。或者，可在黏彈性流體的浴中旋轉基板以自基板移除小顆粒。可在無外部墊或刷子接觸基板的情況下單獨使用黏彈性流體來移除顆粒。視情況，可在與黏彈性流體組合下將清洗墊或刷子應用於基板，以增加顆粒移除速率。清洗墊可為超軟墊以最小化刮痕缺陷。
使用黏彈性流體的清洗製程一般繼之以沖洗步驟，以自正在被處理之基板移除黏彈性流體。舉例而言，可在利用黏彈性流體的各個清洗製程後使用DI水沖洗。
使用黏彈性流體移除顆粒的方法可用於一般基板清洗或與其他清洗組合。在一個實施例中，可在後CMP清洗中使用黏彈性流體清洗以改良後CMP清洗中的顆粒移除速率。可將黏彈性清洗添加至傳統後CMP清洗及/或用於替換或修改傳統後CMP清洗中的傳統預清洗製程。
第2圖示意性圖示根據本揭示內容之一個實施例的後CMP清洗模組200A之平視圖。後CMP清洗模組200A包括清洗站，該清洗站經配置以使用根據本揭示內容的黏彈性流體執行清洗製程。
在化學機械研磨後，可採用後CMP清洗模組200A清洗基板。後CMP清洗模組200A包括複數個清洗站210、220、230及乾燥器240。基板移送模組202經安置以在清洗站210、220、230及乾燥器240間移動一或更多個基板101。清洗站210可為預清洗站，該預清洗站經配置以使用根據本揭示內容的黏彈性流體執行清洗製程。清洗站220、230可為洗滌器刷盒。基板搬運器203可用於移送基板101進出清洗站/乾燥器。
預清洗站210可包括貯槽211、碟刷213及噴嘴214。可將碟刷213可移動地安置於貯槽211中，使得碟刷213可在整個半徑上接觸基板。碟刷213亦可繞自身中心軸旋轉。噴嘴214經配置以朝向基板101導向清洗流體。在一個實施例中，可將噴嘴214可移動地安置於貯槽211中，使得自噴嘴214的流體流可到達基板101之整個半徑。預清洗站210亦可包括一或更多個滾軸215以在處理期間支撐及旋轉基板101。可將噴嘴214連接至上文所描述之黏彈性流體之流體源。碟刷213可包括超軟清洗墊，諸如由PVA製成的清洗墊。預清洗站210經配置以移除顆粒，該等顆粒包括但不限於諸如二氧化矽、氧化鋁或類似者之漿料殘餘物、諸如苯并***(benzotrazole；
BTA)或類似者之有機殘餘物及/或其他顆粒。黏彈性流體及自碟刷213的超軟清洗墊之應用改良了顆粒移除率，特別是改良了奈米尺寸顆粒之移除率。
洗滌器刷輥盒220、230可自基板表面清洗相對較小的顆粒。洗滌器刷盒220可包括安置於貯槽221中的兩個滾軸刷223。兩個滾軸刷223抵靠正在被處理之基板之後表面及前表面旋轉。洗滌器刷盒220可用於清洗可已形成於基板表面上的任何氧化銅(CuxO)節結或類似者。類似地，洗滌器刷盒230可包括安置於貯槽231中的兩個滾軸刷233。
後CMP清洗模組200A之乾燥器240可為旋轉沖洗乾燥器，該乾燥器可包括異丙醇(isopropyl alcohol；IPA)蒸汽乾燥器(例如，用於馬蘭各尼乾燥)或任何其他類型乾燥器。第2圖中所示之乾燥器240為貯槽型馬蘭各尼乾燥器。
在一個實施例中，可使用後CMP清洗模組200A執行後CMP清洗。首先，將完成CMP製程的基板移送至預清洗站210中。藉由滾軸旋轉基板。可抵靠基板噴射黏彈性流體。可在掃描基板之半徑的同時抵靠基板旋轉碟刷213。與基板接觸的黏彈性流體施加流體動力拖曳力，該力自基板移除顆粒。超軟清洗墊抵靠基板移動，從而產生剪力以增加流體動力拖曳力及改良顆粒移除速率。清洗墊之超軟性幫助防止產生不良刮痕缺陷。
在一個實施例中，預清洗站210可包括第二洗滌器刷輥，該第二洗滌器刷輥比碟刷213中的超軟洗滌器更硬。舉例而言，第二洗滌器刷輥可由polytex或其他適宜材料形成。在使用黏彈性流體清洗後，可在抵靠基板旋轉第二洗滌器刷輥的同時朝向基板噴射諸如DI水或低pH化學品(諸如約2至約4之pH範圍)之習知預清洗流體。
在預清洗站210中執行預清洗後，當基板在後CMP清洗模組中沿清洗站移動時，可對基板執行傳統後CMP清洗製程。舉例而言，可將基板移送至刷盒220，其中藉由滾軸刷用高pH化學品(諸如大於7的pH值，例如約11至約12.5之間的pH範圍)洗滌基板。高pH化學品洗滌可在形成氧化層的同時移除殘留顆粒及在任何金屬結構上留下鈍化表面。鈍化表面防止表面與鬆動顆粒之間的化學鍵形成。隨後可將基板移送至刷盒230及再次用高pH化學品洗滌。刷盒220、230可使用不同化學品及/或不同類型刷子以實現所欲清洗結果。隨後可將基板移送至乾燥器240以例如藉由異丙醇(isopropyl alcohol；IPA)蒸汽而變乾。
儘管第2圖描述兩個刷盒中的清洗，但可根據製程製作方法使用各種類型清洗站之組合。舉例而言，可使用刷盒、沖洗站、噴射單元、超音波清洗器、上述之組合遵循預清洗製程以完成後CMP清洗。
第3圖示意性圖示根據本揭示內容之另一實施例的後CMP清洗模組200B之平視圖。後CMP清洗模組200B類似於後CMP清洗模組200A，不同之處在於在預清洗站210後立即安置第二洗滌器刷輥站250。第二洗滌器刷輥站250包括洗滌器刷輥253及噴嘴254，該洗滌器刷輥比碟刷213中的超軟洗滌器更硬。洗滌器刷輥253可由polytex製成。在預清洗站210中使用黏彈性流體清洗後，可在第二洗滌器刷輥站250中利用傳統清洗流體(諸如DI水或低pH化學品)執行洗滌清洗。
第4圖示意性圖示根據本揭示內容之另一實施例的後CMP清洗模組200C之平視圖。後CMP清洗模組200C類似於後CMP清洗模組200A，不同之處在於在乾燥器240前立即安置非接觸黏彈性清洗器260。非接觸黏彈性清洗器260可包括貯槽261。可在貯槽261中安置兩個或更多個滾軸262以在貯槽中旋轉基板。在處理期間，可在預清洗站210中利用黏彈性流體執行習知洗滌清洗或預清洗。在執行中間清洗製程後，例如在刷盒220及230中，可將基板移送至非接觸黏彈性清洗器260以移除任何殘留小顆粒。在一個實施例中，非接觸黏彈性清洗器260可在貯槽261中具有黏彈性流體浴，且可藉由在黏彈性流體浴中旋轉基板來清洗基板。在另一實施例中，可在基板正由滾軸262旋轉的同時朝向基板噴射黏彈性流體。或者，非接觸黏彈性清洗器可與乾燥器240組合。
應注意，甚至利用上文所描述之黏彈性流體的清洗製程可繼之以沖洗步驟以移除黏彈性流體。可藉由朝向基板噴射DI水執行沖洗。
使用黏彈性流體預清洗基板具有多種優勢。使用黏彈性流體允許減小由清洗墊或洗滌器刷輥所提供之剪力。不是依賴於自清洗墊或刷子的向下力提供剪力，而是由黏彈性流體提供剪力。較低向下力減小了因位移顆粒而造成的微刮痕風險。使用黏彈性流體亦減少位移顆粒嵌入清洗墊或刷子中的機會。
在後CMP清洗中使用黏彈性流體減少了CMP製程後基板上的缺陷計數。在後CMP清洗期間使用黏彈性流體執行清洗製程防止在高襯墊向下力下由位移團聚漿料顆粒造成的微刮痕。在後CMP清洗期間使用黏彈性流體執行清洗製程亦改良了顆粒移除效率。在後CMP清洗期間使用黏彈性流體執行清洗製程防止位移顆粒嵌入清洗刷/墊中，從而延長刷子的服務壽命及降低成本。
儘管結合後CMP清洗描述上文實施例，但是可在任何適宜基板清洗製程中實施根據本揭示內容的經設計流體及/或超軟墊。
儘管上文所述係針對本揭示內容之實施例，但是可在不脫離本揭示內容之基本範疇的情況下設計出本揭示內容之其他及進一步實施例，且由以下申請專利範圍決定本發明之範疇。
100‧‧‧清洗模組
101‧‧‧基板
102‧‧‧滾軸
103‧‧‧噴嘴
104‧‧‧洗滌碟
Claims (20)
- 一種用於清洗一基板的方法，該方法包含以下步驟：使該基板曝露於一黏彈性流體中以自該基板移除小顆粒，其中該黏彈性流體包含：一黏度調節劑；以及一水性基底。
- 如請求項1所述之方法，其中使該基板曝露於該黏彈性流體中之步驟包含以下步驟：在朝向該基板噴射該黏彈性流體的同時旋轉該基板。
- 如請求項2所述之方法，進一步包含：抵靠該基板之表面旋轉一碟刷。
- 如請求項3所述之方法，其中該碟刷由聚乙酸乙烯酯製成。
- 如請求項1所述之方法，其中使該基板曝露於該黏彈性流體中之步驟包含以下步驟：在該黏彈性流體之一浴中旋轉該基板。
- 一種用於後CMP清洗的方法，該方法包含以下步驟：使該基板曝露於一黏彈性流體中以自該基板移除小顆粒，其中該黏彈性流體包含：一黏度調節劑；及 一水性基底；以及使用一刷盒、一沖洗站、一噴射單元、一超音波清洗器或上述之組合中的至少一者清洗該基板。
- 如請求項6所述之方法，其中使該基板曝露於該黏彈性流體中之步驟包含以下步驟：在清洗該基板前，在一預清洗站中預清洗該基板。
- 如請求項7所述之方法，進一步包含以下步驟：在朝向該基板噴射該黏彈性流體的同時抵靠該基板旋轉一超軟洗滌器碟。
- 如請求項6所述之方法，其中在清洗該基板後執行使該基板曝露於一黏彈性流體之步驟。
- 一種用於清洗一基板的黏彈性流體，該黏彈性流體包含：一水性基底；以及一黏度調節劑，用於增加該黏彈性流體之一黏度。
- 如請求項10所述之黏彈性流體，其中該黏度調節劑包含一聚合物。
- 如請求項11所述之黏彈性流體，其中該聚合物包含聚丙烯醯胺(PAM)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚乙酸乙烯酯(PVA)或上述之組合。
- 如請求項11所述之黏彈性流體，其中該黏度調節劑進一步包含一增稠劑。
- 如請求項13所述之黏彈性流體，其中該增稠劑包含乙二醇。
- 如請求項10所述之黏彈性流體，其中該水性基底為DI水。
- 如請求項15所述之黏彈性流體，其中該DI水為約95重量%。
- 如請求項10所述之黏彈性流體，進一步包含一pH調節劑。
- 如請求項17所述之黏彈性流體，其中該pH調節劑包含氫氧化銨(NH4OH)及氫氧化四甲銨(TMAH)中的一者。
- 如請求項10所述之黏彈性流體，進一步包含一界面活性劑。
- 如請求項19所述之黏彈性流體，其中該界面活性劑為十二烷基硫酸銨。
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