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TWI632957B - 清洗與乾燥基板的設備 - Google Patents

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TWI632957B
TWI632957B TW103121070A TW103121070A TWI632957B TW I632957 B TWI632957 B TW I632957B TW 103121070 A TW103121070 A TW 103121070A TW 103121070 A TW103121070 A TW 103121070A TW I632957 B TWI632957 B TW I632957B
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布朗布萊恩Ｊ
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Abstract

提供用於乾燥後CMP清潔設備中之濕基板的設備。設備提供清洗溶液(例如，DIW)的瀑布或淺儲槽，可升高基板通過清洗溶液的瀑布或淺儲槽。舉例而言，在馬蘭哥尼製程中，可在基板上的清洗溶液介面處提供溶劑蒸汽。在某些實施例中，可減少升高基板通過之溶液的容積，這可降低或排除顆粒重新附著至基板。

Description

清洗與乾燥基板的設備
本文描述之實施例大致關於後化學機械研磨清潔設備中之濕基板的乾燥。更明確地，本文所述之實施例關於用於後化學機械研磨清潔設備之基板乾燥器。
隨著半導體元件幾何持續降低，超清潔製程的重要性增加。傳統上，後化學機械研磨(CMP)清潔是一種執行用來清潔與完全乾燥基板而不留下任何顆粒或殘餘物(會負面地影響產量)於基板上的濕製程。在乾燥濕基板的製程中，乾燥之前存在於基板上之溶液中的任何顆粒可能重新附著至基板並在乾燥後殘留於基板上。
習知的馬蘭哥尼(Marangoni)乾燥方法產生表面張力梯度以引發槽流體自基板以留下實際上不帶有槽流體之基板的方式流動，並因此避免基板上的條紋狀、斑點狀與殘餘物標記。在馬蘭哥尼乾燥過程中，將混溶於槽流體的溶劑(即，異丙醇(IPA)蒸汽)引導至流體彎月面，流體彎月面在自槽升高基板時或在通過基板排空槽流體時形成。沿著流體表面吸收溶劑蒸汽。被吸收的蒸汽濃度在彎月面的尖端處較高。被吸 收蒸汽的較高濃度造成表面張力在彎月面的尖端處低於槽流體主體，這造成槽流體自乾燥彎月面流向槽流體主體。習知上述流動為「馬蘭哥尼」流，且上述流動可被用來達成基板乾燥而不會留下條紋、斑點或槽殘餘物於基板上。
以流體箱(例如，具有上述溶液的槽)水性清潔，隨後接著馬蘭哥尼製程的清洗槽(即，在分隔箱，或替換清潔箱流體)，這通常需要將基板拉過具有大體積的槽。因此，在清潔製程的某些部分過程中會將整個基板浸沒於箱中。被引導進入箱的顆粒會累積於箱中並重新附著至基板上。可藉由在箱中產生流體流動來降低顆粒重新附著的問題。然而，用於移動基板通過箱的設備會妨礙降低顆粒重新附著至基板所需的最佳流體流動。
因此，技術領域中需要的是避免後CMP乾燥製程中顆粒重新附著至基板的設備。
在一個實施例中，提供一種清洗與乾燥基板的設備。設備可包括主體，主體界定設以容納半導體基板的容積；與一個或多個清洗流體件，一個或多個清洗流體件經配置以在容積中提供清洗流體的瀑布。複數個濕噴灑件可經配置以在一個或多個清洗流體件下方提供清洗流體，而複數個溶劑噴灑件可經配置以在一個或多個清洗流體件上方提供乾燥劑。
在另一個實施例中，提供一種清洗與乾燥基板的設備。設備可包括主體，主體界定設以容納半導體基板的容積。 儲槽件可耦接至主體並具有基板通道配置通過儲槽件。基板通道可讓儲槽件中之流體流過基板通道而進入容積的下部。複數個濕噴灑件可經配置以在一個或多個清洗流體件下方提供清洗流體，而複數個溶劑噴灑件可經配置以在一個或多個清洗流體件上方提供乾燥劑。
100、150‧‧‧乾燥設備
102‧‧‧基板
103‧‧‧背側
104‧‧‧主體
105‧‧‧開口
106‧‧‧流體收集件
108‧‧‧排放管
109、142、144‧‧‧容積
110‧‧‧第二清洗流體件
112‧‧‧第一清洗流體件
114‧‧‧清洗流體源
115‧‧‧基板通道
116、118‧‧‧濕噴灑件
119‧‧‧頂板
120、122‧‧‧溶劑噴灑件
124‧‧‧引導件
126、128、129‧‧‧流體移動路徑
130‧‧‧輸出腔室
135‧‧‧卸載埠
140‧‧‧儲槽件
146‧‧‧堰
148‧‧‧床
160‧‧‧路徑
162‧‧‧第二側壁
164‧‧‧第一側壁
172‧‧‧底部部分
174‧‧‧側壁
176‧‧‧頂部部分
178‧‧‧管道
為了詳細理解本發明上述之特徵，可參照某些實施例來理解簡短概述於【發明內容】中的本發明的更明確描述，該等實施例中之一些實施例圖示於附圖中。然而，需注意附圖僅圖示本發明之典型實施例而因此附圖不被視為本發明之範圍的限制因素，因為本發明可接納其他等效實施例。
第1圖是根據本文所述之某些實施例的清洗與乾燥設備的示意橫剖面圖；第2圖是沿著第1圖的剖面線A-A繪製之清洗流體件的剖面圖；第3圖是根據本文所述之某些實施例的清洗與乾燥設備的示意橫剖面圖。
為了促進理解，已經盡可能應用相同的元件符號來標示圖式中共有的相同元件。預期一個實施例的元件與特徵可有利地併入其他實施例而不需特別詳述。
本文提供之實施例關於後CMP清潔設備中之濕基板的乾燥。設備提供清洗溶液(例如，去離子水(DIW))的瀑布 或淺儲槽，可升高基板通過此瀑布或淺儲槽。舉例而言，在馬蘭哥尼製程中，可在基板上的清洗溶液介面處提供溶劑蒸汽。在某些實施例中，減少升高基板通過之溶液的容積，這可降低或排除顆粒重新附著至基板。
第1圖是根據本文所述之某些實施例的清洗與乾燥設備100的示意橫剖面圖。設備100可被用來在後CMP清潔與乾燥製程中清潔基板。在上述製程中，可自基板102移除源自CMP製程的顆粒。自基板102移除顆粒通常提高總體元件產量並改善元件性能。
設備100包括主體104、一個或多個清洗流體件110與112、複數個濕噴灑件116與118及複數個溶劑噴灑件120與122。主體104可形成具有容積109的腔室，可升高基板102通過容積109。主體104可由適於清洗與乾燥製程的材料(諸如，鋁、不銹鋼與上述之合金或多個聚合物材料)所製成。主體104具有複數個側壁162與164，複數個側壁162與164界定尺寸可容納基板102(諸如，200mm基板、300mm基板、450mm基板或其他基板)的容積109。側壁162與164可實質上平行於路徑160，基板102沿著路徑160移動於容積109中。舉例而言，第一側壁164可實質上平行且面對基板102的元件側101，而第二側壁162可實質上平行且面對基板102的背側103。主體104的底部部分可包括流體收集件106(諸如，箱或盤)，流體收集件106可適以收集在清洗製程過程中應用的流體。流體收集件106可耦接至排放管108以自設備100移除使用過的清洗流體。
複數個濕噴灑件116與118可耦接至側壁162與164，並位在流體收集件106與一個或多個清洗流體件110與112之間。在一個實施例中，第一複數個濕噴灑件118可耦接至第一側壁164，而第二複數個濕噴灑件116可耦接至第二側壁162並面對濕噴灑件118。在一個實施例中，第一複數個濕噴灑件118可適以自清洗流體源114提供清洗流體至基板102的元件側101。第二複數個濕噴灑件116可適以自清洗流體源114提供清洗流體至基板的背側103。清洗流體可為適以清洗基板102的流體，諸如DIW或另一適以自基板102移除顆粒的適當流體。在某些實施例中，清洗流體可包括適以改變基板102表面的界面電位(電動電位)、附著至基板102的顆粒或基板102表面上存在的界面活性劑之稀釋化學物，以避免基板102的過早乾燥。舉例而言，稀釋的四甲基氫氧化銨或稀釋的氫氧化銨、溶解的二氧化碳(碳酸)與多種離子性與非離子性界面活性劑可被用來作為濕噴灑件116與118提供的清洗流體。預計利用適以改變基板102之界面電位的清洗流體可特別有用於避免由設備100處理之疏水性基板的過早乾燥。
濕噴灑件116與118可沿著側壁162與164配置於在不同方位中，諸如多種垂直的或水平的方位或上述之組合。第一與第二複數個濕噴灑件118與116可包括噴灑機構，諸如沿著側壁162與164垂直延伸的單一線性噴嘴或複數個噴嘴。當複數個濕噴灑件116與118噴灑清洗流體於基板102上時，濕噴灑件116與118可適以提供連續性噴灑以提供基板102的完整覆蓋。舉例而言，濕噴灑件116與118可適以 提供覆蓋至基板102的整個圓形計畫區。雖然第1圖中顯示為各自具有三個噴灑件，但可預期第一與第二複數個濕噴灑件116與118可具有任何方便數目的噴灑件。
濕噴灑件116與118可適以噴灑清洗流體至基板102的元件側101與背側103兩者。在通過一個或多個清洗流體件110與112之間的開口105之前弄濕基板102，這可讓複數個濕噴灑件116與118提供之清洗流體準備基板102的表面以用於額外的清洗。咸信具有濕表面的基板102可更能接受一個或多個清洗流體件110與112提供的清洗流體。如上所述，在以清洗流體件110與112提供之DIW清洗之前，可提供適以改變基板102表面之界面電位的稀釋化學物至疏水性基板，以避免基板102的過早乾燥。
一個或多個清洗流體件110與112可在複數個濕噴灑件116與118上方的區域處耦接至主體104。第一清洗流體件112可耦接至第一側壁164並面對基板102的元件側101。第二清洗流體件110可耦接至第二側壁162並面對基板102的背側103。第一清洗流體件112與第二清洗流體件110可相對於彼此並面對彼此般配置。
清洗流體件110與112可包括流體傳送件，諸如盤或槽。清洗流體件110與112可具有大於基板102直徑的寬度。在第1圖中所示之實施例中，單一清洗流體件可位於基板102的任一側上。預期多個清洗流體件可位於基板102的單一側上，多個清洗流體件可適以提供單一清洗流體流或多個清洗流體流至基板102。如第2圖中所示，清洗流體件110 與112可包括形成封閉的管道178的底部部分172、側壁174與頂部部分176。在一個實施例中，頂部部分176可為選擇性的，讓管道178向上開放。
運作中，清洗流體自清洗流體源114流過清洗流體件110與112的管道178。清洗流體件110與112具有配置鄰近於基板102的開口端，以引導清洗流體沿著抵靠基板102的元件側101與背側103之流體移動路徑126與128離開清洗流體件110與112。清洗流體件110與112的開口端與基板102有足夠的間隔距離，以致在接觸基板102之前流體移動路徑126與128可各自形成瀑布，瀑布以大致向下流動方式移動清洗流體橫跨基板102的元件側101與背側103。清洗流體源114可通過清洗流體件110與112持續地提供清洗流體。在一個實施例中，使用單次清洗流體來清洗基板102。咸信清洗流體的持續瀑布狀流可降低顆粒重新附著於基板102上的可能性。再者，可在清洗流體接觸基板102的介面處精準地控制瀑布狀流以產生彎月面好執行馬蘭哥尼乾燥製程。
清洗流體件110與112可耦接至主體104，以致第一清洗流體件112與第二流體清洗件110實質上配置於單一水平面中。因此，清洗流體件110與112提供之清洗流體可在實質上相同水平高度處於基板102的元件側101與背側103兩者上接觸基板。清洗流體件110與112亦可耦接至主體104，以致各個流體清洗件占據自己的水平面。清洗流體件110與112可相對於彼此耦接至主體104並有所分隔，以讓基板102通過清洗流體件110與112之間的開口105。舉例而言， 開口105可具有約10mm與約50mm之間的寬度。流體源114可進一步包括泵浦(未圖示)，泵浦適以控制通過清洗流體件110與112提供之清洗流體的數量或壓力。預期可在適當流動速率下提供清洗流體，當基板102移動通過開口105時，適當流動速率下提供之清洗流體可接觸基板102。
溶劑噴灑件120與122可在清洗流體件110與112上方區域處耦接至主體104。額外的溶劑噴灑件122可耦接至主體104的第一側壁164並面對基板102的元件側101。另一溶劑噴灑件120可耦接至主體104的第二側壁162並面對基板102的背側103。溶劑噴灑件120與122可面對彼此。溶劑噴灑件120與122亦可耦接至主體104的頂板119。在開口105中，清洗流體接觸基板102，而溶劑噴灑件120與122可配置於開口105中之區域上方。在開口105中，引導清洗流體接觸基板102，當基板102升高橫跨開口105時，溶劑噴灑件120與122可適以提供連續噴灑的蒸汽橫跨基板102的元件側101與背側103兩者。
當基板102自開口105中的清洗流體介面升高時形成了彎月面，而溶劑噴灑件120與122可經配置以噴灑蒸汽至彎月面。溶劑噴灑件120與122可包括單一線性噴嘴或複數個噴嘴，單一線性噴嘴環繞基板102移動通過之通道。在一個實施例中，溶劑噴灑件120與122包括不鏽鋼或石英管，不鏽鋼或石英管中形成有一排的孔。舉例而言，管可具有114個均勻間隔孔，各個孔的直徑在約0.005英吋至0.007英吋之間，且沿著臨近基板102的管均勻地間隔。
各個溶劑噴灑件120與122可經指向，以在相對於基板102之路徑160的期望角度下引導乾燥劑(諸如，IPA蒸汽、取自3M的NovecTM流體或其他適當流體)。可在流動偵測器(未圖示)的協助下或不需流動偵測器(未圖示)的協助下引導蒸汽流，而流動的角度可取決於即將乾燥之基板102上暴露的材料而有所變化。基板102上存在之表面張力梯度可造成清洗流體流動離開低表面張力區。可在液體/蒸汽介面處產生表面張力梯度。供應至基板102上之流體彎月面的蒸汽產生馬蘭哥尼力，這造成向下清洗流體流。因此，可乾燥基板102位於彎月面上方的一部分。隨著基板102沿著路徑160升高，將基板102升高朝向溶劑噴灑件120與122提供之蒸汽噴灑，藉此乾燥整個基板102。
多個排放歧管(未圖示)亦可耦接至容積109以自容積109排放蒸汽與其他氣體。在某些實施例中，可與IPA一起流動氮氣或其他惰性氣體以產生氮毯覆。可將氮氣流過指向彎月面之溶劑噴灑件120與122，以提供氮氣至基板102表面。氮氣流可控制IPA蒸汽的流動速率。在一個實施例中，可藉由位於卸載埠135附近或之中的設備(未圖示)提供氮氣流，以避免IPA蒸汽離開容積109。傳送機器人(未圖示)適以接收一個或多個乾燥的基板並傳送基板至基板搬運機制，以裝載乾淨與乾燥的基板進入配置於工廠介面中的匣。
主體104可進一步包括裝載埠(未圖示)，裝載埠為基板102可通過而進入容積109的位置。裝載埠可在任何方便位置處通過主體104而配置，諸如通過主體104的側壁或 通過主體104的頂壁或蓋。可選擇性地將卸載埠135用作為裝載埠。引導件124(例如，濕推進器)可配置於容積109中並/或耦接至主體104，且可適以垂直地升高基板102通過容積109，以致將基板102完全地暴露至離開溶劑噴灑件120與122之蒸汽。引導件124可包括狹槽(諸如，V形或U形狹槽)，可在清洗製程過程中將基板102的邊緣配置於狹槽中。或者，引導件124可包括斜角表面，基板102邊緣可抵靠斜角表面而坐落，以最小化引導件124與基板102的接觸。在一個實施例中，引導件124可適以沿著實質上垂直的路徑160升高基板102通過容積109。在某些實施例中，路徑160可具有角度並偏離第1圖中所示之垂直方向。引導件124亦可將基板102保持於垂直方向或其他期望的方向。
可藉由引導件124將基板102在升高速度分佈下垂直地向上移動通過容積109朝向卸載埠135。舉例而言，當基板102鄰近複數個濕噴灑件116與118時，升高速度可在約10毫米/秒的第一速度下進行。當基板102的前導邊緣到達彎月面可能形成位置處的開口105時，速度可減慢至約5毫米/秒或更低。在整個基板102已經通過開口105且已經乾燥之後，引導件124可提高速度至約10毫米/秒的速度，以傳送基板102通過卸載埠135進入輸出腔室130。
第3圖是根據本文所述之某些實施例的另一清洗與乾燥設備150的示意橫剖面圖。為了簡潔起見，將不會進一步討論設備150中參照第1圖中所示之設備100所描述之相同特徵。複數個濕噴灑件116與118可在儲槽件140下方 耦接至主體104，而複數個溶劑噴灑件120與122可在儲槽件140上方耦接至主體104。
儲槽件140包括床148、堰146與容積142與144。儲槽件140亦可具有配置於床148中之基板通道115，以讓基板102由此通過。清洗流體源114可耦接至儲槽件140，以提供清洗流體至容積142與144。堰146可自床148延伸一距離，以界定儲槽件140的容積142與144。儲槽件140的深度可在約0.10英吋與約5.0英吋之間，例如在約0.25英吋與約2.0英吋之間。清洗流體源114提供至容積142與144之清洗流體(例如，DIW)大致上填滿容積142與144，且可在一數量下提供清洗流體，以致清洗流體沿著流體移動路徑129流過兩個堰146並沿著路徑126與128而與基板102接觸。雖然圖示為耦接至床148，但清洗流體源114可在任何方便位置處耦接至儲槽件140以提供清洗流體至容積142與144。自清洗流體源114提供之清洗流體可經提供，以致大部分的清洗流體沿著流體移動路徑129流動。儲槽件140中的流體流動提供容積142與144中之清洗流體的高度翻滾，以避免在容積142與144中收集可能會重新附著至基板102之顆粒。
面對基板102之背側103的容積142可適以清洗基板102的背側103，而面對基板102之元件側101的容積144可適以清洗基板102的元件側101。容積142與144可包括單一連續的容積或者可包括多個分離的容積。自主體104橫向向內延伸進入容積109的床148與堰146可提供容積142與144的結構。床148可自第一側壁164延伸第一距離並自第二 側壁162延伸第二距離。第一距離與第二距離可實質上相同，而基板通道115可通過床148而配置。基板通道115的尺寸經調整以讓基板102通過，並可讓少量的清洗流體沿著流體移動路徑126與128流過基板102表面。然而，可藉由基板通道115的大小與移動通過基板通道115之基板102的存在來最小化流動通過基板通道115之清洗流體的數量。基板通道115可具有約2毫米與約10毫米之間的寬度。可藉由流體收集件106收集沿著流體移動路徑126與128流動之清洗流體。流體收集件106亦可適於收集沿著流體移動路徑129移動之清洗流體。因此，流體收集件106的一部分可向外延伸超出主體104，以收集流過堰146之清洗流體。
可將清洗流體維持於容積142與144中，以致清洗流體沿著流體移動路徑129與流體路徑126與128持續地流過堰146。沿著流體路徑126與128流動之清洗流體可流動通過基板通道115橫跨整個基板102的寬度。在接觸基板102之後，沿著流體路徑126與128流動之清洗流體可流動通過容積109而至流體收集件106，以致容積109保持實質上不具有收集的清洗流體。複數個溶劑噴灑件120與122可在適以執行馬蘭哥尼製程的區域耦接至主體104。舉例而言，當自含有清洗流體之儲槽件140的容積142與144升起基板時，複數個溶劑噴灑件120與122可適以在基板102上形成之彎月面處提供溶劑。預期床148與堰146形成之容積142與144的地形可適以降低流動死區，例如容積142與144中呈現極少流體流動或沒有流體流動的區域。舉例而言，沒有鼓勵在 容積142與144中收集顆粒的設備(諸如，引導件或噴嘴)存在於容積142與144中。因此，可在乾燥基板102之前，降低或排除顆粒重新附著至基板102。
雖然上文關於本發明的實施例，但可在不悖離本發明之基本範圍下設計出本發明之其他實施例與進一步實施例，且本發明之範圍由隨後之申請專利範圍所確定。

Claims (11)

  1. 一種清洗與乾燥一基板的設備，包括：一主體，該主體界定一設以容納一半導體基板的容積；一個或多個儲槽件，該一個或多個儲槽件包含一堰，該一個或多個儲槽件耦接至一個或多個清洗流體源且耦接至該主體，該一個或多個儲槽件具有一基板通道配置通過該一個或多個儲槽件，其中該基板通道的尺寸經調整以讓一基板通過，該基板通道讓該些儲槽件提供一來自該一個或多個清洗流體源的清洗流體的瀑布通過該基板通道而進入該容積的一下部；複數個噴嘴，該複數個噴嘴經配置以在該一個或多個儲槽件下方提供清洗流體用以覆蓋遍及該基板的一區域；複數個溶劑噴灑件，該複數個溶劑噴灑件經配置以在該一個或多個儲槽件上方提供一乾燥劑；以及一流體收集件，該流體收集件與該主體間隔且在該主體下方並且向外延伸超出該主體，使得該容積對該主體外部的區域開放並且該清洗流體不會聚集在該容積內，其中該流體收集件適以收集流過該堰的清洗流體和流動通過該基板通道的清洗流體。
  2. 如請求項1所述之設備，進一步包括一引導件，該引導件配置於該容積中並適以控制該容積中之該基板的一水平高度。
  3. 如請求項2所述之設備，其中該引導件以使得該基板保持在被收集於該流體收集件中的清洗流體上方的方式耦接至該主體。
  4. 如請求項1所述之設備，其中該一個或多個儲槽件進一步包括：一第一儲槽件與一第二儲槽件，該第一儲槽件與該第二儲槽件耦接至該主體，其中該第一儲槽件與該第二儲槽件彼此面對。
  5. 如請求項4所述之設備，進一步包括一引導件，該引導件適以讓該基板通過該第一儲槽件與該第二儲槽件之間。
  6. 如請求項1所述之設備，其中該些清洗流體源設以提供去離子水至該容積。
  7. 如請求項6所述之設備，其中該引導件適以讓該基板通過該複數個噴嘴的至少兩者之間。
  8. 如請求項6所述之設備，其中該引導件適以讓該基板通過該些溶劑噴灑件的至少兩者之間。
  9. 如請求項1所述之設備，進一步包括一卸載埠，該卸載埠位於該複數個溶劑噴灑件上方形成於該主體中。
  10. 如請求項1所述之設備，其中該些噴嘴設以提供一流體，該流體適以改變該基板表面的一界面電位。
  11. 如請求項1所述之設備，其中該基板通道設以使得在清洗流體接觸該基板的一介面處精準地控制來自該一個或多個清洗流體源的該清洗流體的瀑布以產生適於執行一馬蘭哥尼乾燥製程的一彎月面。
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