[发明专利]清洗电路衬底的设备

说明书

本申请是申请日为2005年4月20日，题为“清洗电路衬底的设备”的发明专利申请200580050186.0的分案申请。

技术领域

本发明涉及电路装置的制造领域，具体地，涉及清洗电路衬底领域。

背景技术

当制作电路装置时，经常需要对其上形成和/或安装了电路装置的衬底进行清洗。电路衬底的清洗在半导体衬底上制造集成电路器件时尤其重要。

在半导体衬底(例如硅晶片)上制造集成电路器件期间需要执行许多清洗步骤。在这些清洗过程中，通常需要去除诸如来自在半导体衬底上承载的表面层的痕量金属和颗粒之类的杂质，而不能损坏在所述表面(或那些表面)上已经形成的结构。将杂质保持在表面上的力的种类和强度是不同的。清洗工艺在化学机械抛光(CMP)、尤其是金属CMP之后执行的清洗步骤的情况下是特别具有挑战性的。

通常，使用公知为包括一个或更多刷洗台的洗涤器的设备执行各种晶片清洗工艺(包括CMP后晶片清洗)。图1示出了典型的刷洗台结构，所述结构能够同时清洗半导体晶片的两个主表面。

如图1所示，将晶片W定位于一对洗涤器刷1之间并且与其直接接触，所述洗涤器刷的外表面用聚合体材料(诸如多乙酸乙烯酯PVA)制造。涂敷清洗液体以便帮助刷子和晶片的清洗。将这些清洗液体滴落到晶片和/或刷子上、喷射到晶片上、或者通过刷子本身来提供。清洗液体一般是设计用于特定应用的专用化学药品。这些化学药品一般本质上是水性的，典型地基于有机酸(柠檬酸、草酸等)或有机基(特别是TMAH)，在晶片表面上具有远低于0.1M的摩尔浓度。一般将刷子与去离子水的稳定流体相连，并且当晶片通过清洗工具时或在刷子清洗周期期间提供所述化学药品。

在传统的基于洗涤器的清洗工艺中，半导体衬底(这里是晶片W)绕其自己的轴旋转，并且洗涤器刷子1绕它们各自的轴旋转。当晶片和洗涤器刷子旋转时，通过洗涤器刷子的机械作用和/或溶液的化学作用移走了晶片表面上的颗粒。然后，腔室中的液体动力机制将已移走的颗粒从晶片表面上去除。如果进行合适地选择，清洗化学药品也可以通过调整晶片表面上的颗粒和材料的zeta电势以使将它们彼此排斥的方式来辅助清洗，使颗粒的去除更加容易。此外，再通过清洗液体的合适选择，可以通过晶片表面非常轻的刻蚀来剥离颗粒。此外，所述清洗应该有效地去除电介质表面上的金属物质并且禁止其再次沉积。这有助于减小在晶片上制造的已完成的集成电路的表面漏电。

在图1的结构中，晶片垂直朝向，因此将该洗涤器结构称作“垂直结构”。也可以使用水平结构。

现有技术的传统洗涤器型清洗结构存在许多缺点。

首先，考虑图1所示的传统结构，示出了其中洗涤晶片的方式依赖于晶片上的径向位置而不同。更具体地，晶片W的中心与洗涤器刷子1连续接触，而晶片的外围只断断续续地与洗涤器刷子接触。图2的曲线近似示出了晶片与刷子接触的时间比例随着晶片上的径向位置而变化。此外，通过晶片和洗涤器刷子的旋转引起的液体动力机制引起清洗液体在晶片的中心区域与晶片上的其它区域相比不同地操作。

作为以上过程的结果，在晶片的径向的清洗条件中存在梯度，其中晶片的中心具有与晶片的边缘不同的清洗程度。这导致在晶片中心部分中特定缺陷出现频率的增加，对于Cu CMP工艺显著的枝蔓和侵蚀。在其它工艺之后的擦洗可能导致在晶片中心处类似更高级别的损伤(defectivity)，或者相反(中心比边缘更好地进行了清洗)。该效果如图3A-3D所示，示出了使用传统清洗洗涤器结构的CMP后清洗工艺之后晶片上的缺陷图。

图3A示出了已经使用传统洗涤设备进行清洗的整个晶片的图像。在图3A的图像中，斑点表示已经通过缺陷探测工具查找到的缺陷。图3B、图3C和图3D示出了晶片的中心部分的特写图，并且示出了只在该中心部分处可见的侵蚀缺陷。

其次，使用相同的洗涤器刷子清洗一连串不同的晶片。随着时间的继续，刷子逐渐积聚了颗粒，并且将所述颗粒再次沉积到正在清洗的下一个晶片上。尽管存在这样的事实：当在清洗站中不存在晶片时将刷子用清洗液体和/或去离子水冲洗，这种积聚和再沉积也会发生，并且即使刷子的外表面是由不吸收液体(试图防止装满颗粒的液体的吸收)的材料构成也会发生这种积聚和再沉积。此外，可能将颗粒嵌入到刷子表面中，然后所述颗粒将引起进行清洗的晶片的擦伤。

最后，时常需要更换刷子。这可能引起清洗设备冗长的停机时间，例如由于需要重新校准内部滚筒间隔。

考虑到上述问题而已经实现本发明。

发明内容

本发明提出了一种在所附权利要求中所述的清洗方法和清洗设备。