对于利用用于化学机械抛光的晶片及晶片边缘/斜角清洁模块的盘/垫清洁的设计的制作方法
【专利说明】对于利用用于化学机械抛光的晶片及晶片边缘/斜角清洁 模块的盘/垫清洁的设计
【背景技术】领域
[0001] 本发明的实现涉及用于在化学机械平面化（CMP)之后清洁基板的方法及装置。 相关技术描述
[0002] 在制造现代半导体集成电路（IC)的工艺中，在沉积后续层之前往往需要平面化 表面以确保光致抗蚀剂掩模的准确形成并维持堆叠公差。一种用于在IC制造期间平面化 层的方法是化学机械平面化（CMP)。一般而言，CMP涉及在抛光头中保持的基板相对于抛光 材料的相对运动，以从基板移除表面不规则性。在CMP工艺中，利用可含有研磨剂或化学抛 光组成中的至少一者的抛光液来弄湿抛光材料。可电辅助此工艺，以用电化学方法平面化 基板上的导电材料。
[0003] 平面化硬材料（诸如，氧化物）通常要求抛光液或抛光材料本身包括研磨剂。因 为研磨剂往往粘附或变得部分地嵌入正被抛光的材料的层中，所以在磨光模块上处理基板 以从经抛光的层移除研磨剂。该磨光模块通过在存在去离子水或化学溶液的情况下相对于 磨光材料移动仍保持在抛光头中的基板来移除在CMP工艺期间所使用的研磨剂及抛光液。 除了所利用的抛光液以及于其上处理基板的材料之外，磨光模块与CMP模炔基本上相同。
[0004] -旦磨光，便将基板传送至一系列清洁模块，这些清洁模块在平面化及磨光工艺 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产生缺陷之 前进一步移除这些研磨粒子及/或其他污染物。清洁模块可包括（例如）兆声清洁器、一 个或多个洗涤器，以及干燥器。以垂直取向支撑基板的清洁模块是尤其有利的，因为这些清 洁模块还利用重力来增强在清洁工艺期间粒子的移除，并且通常亦是更紧凑的。
[0005] 尽管现有CMP工艺已被证实是稳健且可靠的系统，但系统设备的配置需要磨光模 块利用可替代地被用于附加的CMP模块的关键空间。然而，某些抛光液（例如，使用氧化铈 的这些抛光液）尤其难以移除且通常需要在将基板传送至清洁模块之前在磨光模块中处 理该基板，因为常规的清洁模块未曾证明能够从尚未在清洁之前进行磨光的氧化物表面令 人满意地移除研磨粒子。
[0006] 因此，在本领域中需要改进的CMP工艺及清洁模块。
【发明内容】
[0007] 本发明的实现涉及用于在化学机械平面化（CMP)之后清洁基板的方法及装置。在 一种实现中，提供一种粒子清洁模块。该粒子清洁模块包括：外壳；基板保持器，该基板保 持器设置在外壳中，该基板保持器被配置成以基本上垂直的取向保持基板，该基板保持器 可在第一轴线上旋转；第一垫保持器，该第一垫保持器设置在外壳中，该第一垫保持器具有 以平行且间隔开的关系面向基板保持器的垫保持表面，该第一垫保持器可在可平行于第一 轴线旋转的第二轴线上旋转；第一致动器，该第一致动器可操作以相对于基板保持器移动 第一垫保持器以改变在第一轴线与第二轴线之间所限定的距离；以及第二垫保持器，该第 二垫保持器设置在外壳中，该第二垫保持器具有以平行且间隔开的关系面向基板保持器的 垫保持表面，该第二垫保持器可在与第一轴线及第二轴线平行的第三轴线上旋转。
[0008] 在一种实现中，提供一种粒子清洁模块。该粒子清洁模块包括：外壳；基板保持 器，该基板保持器设置在外壳中；第一垫保持器，该第一垫保持器设置在外壳中；第二垫保 持器，该第二垫保持器设置在外壳中；以及旋转臂组件。该基板保持器被配置成以基本上垂 直的取向保持基板并且该基板保持器可在第一轴线上旋转。该第一垫保持器具有以平行且 间隔开的关系面向基板保持器的垫保持表面，该第一垫保持器可在可平行于第一轴线旋转 的第二轴线上旋转。第一致动器可操作以相对于基板保持器移动第一垫保持器以改变在第 一轴线与第二轴线之间所限定的距离。该第二垫保持器具有以平行且间隔开的关系面向基 板保持器的垫保持表面，该第二垫保持器可在与第一轴线及第二轴线平行的第三轴线上旋 转。该旋转臂组件包括旋转臂及横向致动器机构，该旋转臂与第二垫保持器耦接且可操作 以用于跨基板的表面扫掠第二垫保持器，该横向致动器机构用于朝向基板移动该旋转臂。
[0009] 在另一实现中，提供一种用于清洁基板的方法。该方法包括以下步骤：使以垂直 取向设置的基板旋转；向旋转的基板的表面提供清洁液；抵靠旋转的基板按压第一垫；跨 基板横向地移动第一垫；向旋转的基板的边缘部分提供抛光液；抵靠旋转的基板按压第二 垫；以及跨基板的边缘横向地移动第二垫。抵靠旋转的基板按压第一垫可进一步包括使第 一垫旋转。抵靠旋转的基板按压第一垫可进一步包括使第一垫旋转。该方法可进一步包括 以下步骤：在跨基板横向地移动第一垫之前将基板放置在兆声清洁模块中；在跨基板的边 缘横向地移动第二垫之后将基板放置在一个或多个刷模块中；以及在将基板放置在一个或 多个刷模块中之后将基板放置在干燥器中。该方法可进一步包括在将基板放置在兆声清洁 模块中之前平面化该基板的表面。该方法可进一步包括在跨基板横向地移动第一垫之后并 且在将基板放置在一个或多个刷模块中之前将清洁液提供给基板。
[0010] 在又一个实现中，提供一种用于清洁基板的方法。该方法包括以下步骤：使以垂直 取向设置的基板旋转；向旋转的基板的表面提供清洁液；抵靠旋转的基板按压第一垫；跨 基板沿着曲线路径移动第一垫；向旋转的基板的排除区域及/或边缘部分提供抛光液；抵 靠旋转的基板按压第二垫；以及跨基板的边缘横向地移动第二垫。
【附图说明】
[0011] 以便可详细理解本发明的上述特征的方式，可通过参照实现来对于上文简要概述 的本发明进行更详细的描述，该等实现中的一些实现图示于附图中。然而应注意的是，这些 附图仅图示本发明的典型实现且因此不被视为限制本发明的范畴，因为本发明可允许其他 同等有效的实现。
[0012] 图1是基板的一部分的横截面的不意图；
[0013] 图2示出了具有清洁系统的半导体基板化学机械平面化系统的俯视图，该清洁系 统包括根据本文中所描述的实现的粒子清洁模块的一种实现；
[0014] 图3是根据本文中所描述的实现的在图2中所绘示的清洁系统的正视图；
[0015] 图4是根据本文中所描述的实现的在图2中所绘示的粒子清洁模块的截面图；
[0016] 图5是根据本文中所描述的实现的沿图4的剖面线5-5所取的粒子清洁模块的截 面图；
[0017] 图6是根据本文中所描述的实现的沿图4的剖面线6-6所取的粒子清洁模块的截 面图；
[0018] 图7是根据本文中所描述的实现的在图2的粒子清洁模块内使垫与由基板保持器 所保持的基板啮合的垫保持器的俯视图；
[0019] 图8是其中设置有垫调节组件的粒子清洁模块的俯视示意图；
[0020] 图9A-9C是根据本文中所描述的实现的盘垫保持器的示意图；
[0021] 图10A-10D是根据本文中所描述的实现的盘垫保持器的示意图；
[0022] 图11是根据本文中所描述的实现的粒子清洁模块的另一实现的示意性截面图；
[0023] 图12是根据本文中所描述的实现的盘垫保持器的另一实现的横截面示意图；
[0024] 图13是根据本文中所描述的实现的图11的粒子清洁模块的另一示意图；
[0025] 图14是根据本文中所描述的实现的图11的粒子清洁模块的另一示意图；
[0026] 图15是示出了根据本文中所描述的实现的垫调节组件的另一实现的粒子清洁模 块的一部分的示意图；以及
[0027] 图16是根据本文中所描述的实现的边缘垫抛光组件的另一实现的示意图。
[0028] 为了促进理解，已经在所有可能的地方使用相同的附图标记来指示诸图所共有的 相同元件。另外，一个实现的元件可有利地适于在本文中所描述的其他实现中利用。
【具体实施方式】
[0029] 本发明的实现涉及用于在化学机械平面化（CMP)之后清洁基板的方法及装置。更 特定言之，本发明的实现提供用于清洁及/或抛光基板的排除区域及/或边缘的改良方法 及装置。氧化物CMP中所使用的研磨粒子（例如，氧化铺（CeO))难以使用传统的PVA刷洗 涤移除且往往需要在抛光工具上的附加压板上执行磨光工艺。然而，即使利用抛光压板上 的磨光，晶片边缘处（例如，< 2mm)的粒子仍非常难以移除。
[0030] 本文中所描述的某些实现提供一种清洁工艺，在该清洁工艺中，在粒子清洁之后 在晶片的排除区域及/或边缘处执行液抛光。本发明的某些实现提供一种装置，在该装置 中，在不影响设备区域中的抛光性能的情况下在晶片的排除区域及/或边缘处执行液抛光 工艺。在下文被描述为粒子清洁模块的该装置有利地允许CMP系统的增加的利用及产量， 同时降低有效地清洁基板所需的消耗品的数量及成本，如下文进一步描述的。
[0031] 粒子清洁模块具有可支撑整个晶片大小的晶片夹盘及直径小于50mm的盘刷保 持器。晶片夹盘转速可大于500rpm并且盘刷保持器转速可大于lOOOrpm。软垫（诸如， Politex类型材料）可被用作清洁垫。可用压敏型黏合剂将清洁垫粘附在盘刷保持器的顶 部上。在清洁工艺期间，通过晶片夹盘旋转晶片，且具有软垫的盘刷旋转且从晶片的中心扫 掠至晶片的边缘，或反之亦然。可通过线性电机来控制软垫与晶片之间的接触压力及/或 间隙。此运动可重复若干次直到从除晶片边缘处的< 2_的边缘排除区处以外的大部分晶 片表面移除研磨粒子。然后，执行抛光步骤，其中将抛光垫移动至晶片的边缘且将紧挨着抛 光垫输送浆料，其中在抛光期间使晶片与垫旋转并接触。期望使抛光垫仅抛光排除区域及 /或边缘区域而不触摸设备区域。抛光垫可以高速旋转以及在晶片的边缘来回扫掠。在某 些实现中，期望具有单独的垫，亦即，用于从晶片的表面移除粒子的第一垫以及用于在输送 局部浆料的晶片边缘处抛光的第二垫。
[0032] 在某些实现中，粒子清洁模块使用旋转臂来代替横向线性运动设计。盘/垫/流 体喷射模块设计使用旋转臂运动概念来控制盘/垫/流体喷射以在晶片表面上扫描。通过 使用旋转臂运动设计，处理罐密封及维修是较为容易的并且生产成本低于当前的横向线性 运动盘/垫/流体喷射设计。
[0033] 在某些实现中，粒子清洁模块设计为多晶片处理提供常见设计布局。举例而言，通 过替换盘、垫或流体喷射，该粒子清洁模块设计可在此常见模块中执行诸多类型的晶片清 洁工艺。粒子清洁模块亦提供用于晶片边缘清洁及晶片斜角清洁的柔性边缘清洁盘/垫。 盘/垫/流体喷射可进出移动以控制至晶片表面的处理力及距离。晶片上的盘/垫清洁压 力可被设定为从OLb至5Lb。此外，晶片真空夹盘设计提供对较高的盘/垫处理力的完整晶 片支撑。晶片夹持器设计在处理及冲洗期间提供晶片的两侧（前侧及后侧）的晶片边缘接 触。
[0034] 下文将参照可使用可购自加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司 (AppliedMaterials,Inc.)的化学机械抛光工艺设备（诸如，MIRRA?、MIRRAMESA?、 REFLEXION?、REFLEXIONLK?及REFLEXION?GT?化学机械平面化系统）来执行 的平面化工艺及组成来描述本文中所描述的实现。其他平面化模块（包括使用处理垫、平 面化腹板或以上的组合的平面化模块，以及使基板以旋转、线性或其他平面运动方式相对 于平面化表面移动的平面化模块）亦可被适配成受益于本文中所描述的实现。另外，使用 本文中所描述的方法或组成赋能化学机械抛光的任何系统可加以利用。以下装置描述是说 明性的且不应被理解或解释为限制本文中所描述的实现的范畴。
[0035] 图1是基板100的一部分的横截面的示意图。参照图1，基板100可包括两个主要 表面102a、1