JP-2026514732-A - 霧化ノズルを用いて基板を洗浄するための方法及び装置

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Abstract

化学機械研磨システムは、第１の研磨パッドを支持する第１のプラテンを含む第１の研磨ステーションと、ロボットから基板を受け取る移送ステーションと、研磨ステーションから移送ステーションまでの所定の経路上で移動可能なキャリアヘッドと、キャリアガスのための入口を有するガス流調整器と、洗浄液のための入力を有する液体流量調整器と、所定の経路に沿った位置にあるジェットクリーナ流体ジェットクリーナとを含む。流体ジェットクリーナは、ガス流量調整器に連結された入力ポートと、液体流量調整器に連結された注入ポートと、キャリアヘッドが流体ジェットクリーナの上方に位置するときにキャリアヘッドによって保持された基板上にキャリアガスに同伴する洗浄液を噴霧するように配置された出力ポートとを含むアトマイザノズルを含む。【選択図】図２Ｂ

Inventors

ウー，ハオション
タン，ジャンシェ
オー，ジョンフン
チャン，ショウ－サン
チェン，フイ
チョウ，チーチュン
イェ，シー－リン
ドラウス，エミリー
チョン，エルトン
ポラード，チャド
シン，ソンリン

Assignees

アプライドマテリアルズインコーポレイテッド

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20240606
Priority Date: 20230606

Claims (20)

化学機械研磨システムであって、第１の研磨パッドを支持するための第１のプラテンを含む第１の研磨ステーションと、ロボットから基板を受け取るための移送ステーション、前記研磨ステーションから前記移送ステーションへと所定の経路上で移動可能なキャリアヘッド、キャリアガスのための入力を有するガス流量調整器、洗浄液のための入力を有する液体流量調整器、および前記所定の経路に沿った位置にある流体ジェットクリーナであって、前記ガス流量調整器に連結された入力ポートと、前記液体流量調整器に連結された注入ポートと、前記キャリアヘッドが前記流体ジェットクリーナの上方に位置するときに前記キャリアヘッドによって保持された前記基板上に前記キャリアガスに同伴する前記洗浄液を噴霧するように配置された出力ポートと、を含むアトマイザノズルを備える、流体ジェットクリーナを含むシステム。
前記アトマイザノズルが、収束拡散ノズルを含む、請求項１に記載のシステム。
前記入力ポートにおける前記アトマイザノズルを通るチャネルの直径と、前記チャネルのスロート部の最も狭い部分における前記チャネルの直径との比が、２と１０との間である、請求項１に記載のシステム。
前記流体ジェットクリーナが、前記移送ステーション内に配置される、請求項１に記載のシステム。
前記移送ステーションが、垂直方向の基板支持体を備える、請求項４に記載のシステム。
前記アトマイザノズルが、前記基板支持体によって支持され、前記基板支持体と共に移動可能である、請求項５に記載のシステム。
前記基板上にリンス流体を噴霧するための、前記移送ステーション内のネブライザをさらに備える、請求項４に記載のシステム。
前記基板上への洗浄液の噴霧の第１の圧力が、前記基板上への洗浄液の噴霧の第２の圧力よりも大きくなるように、前記ガス流量調整器及び前記液体流量調整器を制御するように構成されたコントローラを備える、請求項７に記載のシステム。
第２の研磨パッドを支持する第２のプラテンを含む第２の研磨ステーションをさらに備え、前記流体ジェットクリーナが、前記第１の研磨ステーションと前記第２の研磨ステーションとの間の前記所定の経路に沿って、プラテン間ステーションに配置される、請求項１に記載のシステム。
前記キャリアヘッドが前記流体ジェットクリーナの上方に位置するときに前記基板上にリンス流体を噴霧するネブライザノズルをさらに備えている、請求項１に記載のシステム。
前記アトマイザノズル及び前記ネブライザノズルが、共通の支持体に取り付けられている、請求項１０に記載のシステム。
前記基板上への洗浄液の噴霧の第１の圧力が、前記基板上への前記洗浄液の噴霧の第２の圧力よりも大きくなるように、前記ガス流量調整器及び前記液体流量調整器を制御するように構成されたコントローラを備える、請求項１０に記載のシステム。
前記流体ジェットクリーナが、列状に配置された複数のアトマイザノズルを含む、請求項１に記載のシステム。
前記所定の経路に沿って前記キャリアヘッドを駆動するモータを制御するように構成されたコントローラを備え、前記コントローラは、前記モータに、前記キャリアヘッドによって保持された前記基板の半径に沿って延びるアトマイザノズルの前記列で前記キャリアヘッドを位置決めさせるように構成されている、請求項１３に記載のシステム。
前記キャリアヘッドを回転速度で回転させて、前記アトマイザノズルが前記基板上に前記洗浄液を噴霧する間、前記基板の中心の周りの軌道上で前記アトマイザノズルの列をスイープさせるように構成されたコントローラを備える、請求項１６に記載のシステム。
前記コントローラが、各ノズルからの前記基板上への前記洗浄液の噴霧がある幅をカバーするように前記ガス流量調整器及び前記液体流量調整器を制御するように構成され、前記複数のアトマイザノズル間のピッチが前記幅よりも大きい、請求項１５に記載のシステム。
前記コントローラが、前記アトマイザノズルが前記基板上に前記洗浄液を噴霧する間、前記キャリアヘッドを前記複数のアトマイザノズルの上で横方向に振動させるように構成されている、請求項１６に記載のシステム。
前記コントローラが、前記キャリアヘッドの前記回転速度よりも低い振動周波数で前記キャリアヘッドを側方に振動させるように構成されている、請求項１７に記載のシステム。
前記回転速度が、前記振動周波数よりも２倍から２０倍大きい、請求項１８に記載のシステム。
前記洗浄液が１００～１２００ｍ／ｓで前記アトマイザノズルから出るように前記ガス流量調整器及び前記液体流量調整器を制御するように構成されたコントローラを備える、請求項１に記載のシステム。

Description

本開示は、化学機械研磨後の基板の洗浄に関する。典型的には、シリコンウエハに導電層、半導電層、又は絶縁層を連続して堆積させることによって、集積回路が基板上に形成される。ある製造工程は、非平坦面上に充填層を堆積し、その充填層を平坦化することを含む。特定の用途のために、充填層は、パターニングされた層の上面が露出するまで平坦化される。例えば、導電性充填層をパターニングされた絶縁層上に堆積させて、絶縁層内のトレンチ又は孔を充填することができる。平坦化した後、高くなった絶縁層のパターン間に残っている金属層の部分が、基板上の薄膜回路間の導電経路になるビア、プラグ、及びラインを形成する。酸化物の研磨といった他の用途のために、充填層が、例えば所定の時間の間研磨することで平坦化され、非平面的な表面の上に充填層の一部が残される。さらに、基板表面の平坦化が、フォトリソグラフィのために通常必要とされる。化学機械研磨（ＣＭＰ）は、認知された平坦化方法のうちの１つである。この平坦化方法では、通常、基板をキャリア又は研磨ヘッドに取り付ける必要がある。基板の露出面は、通常、回転研磨パッドに当接するように配置される。キャリアヘッドが、制御可能な荷重を基板にかけて、基板を研磨パッドに押し付ける。典型的に、研磨用研磨スラリが研磨パッドの表面に供給される。研磨中に、デブリ及びスラリが基板の表面に付着し、欠陥が生じる可能性がある。したがって、基板は、研磨後に洗浄システムに移送されて、例えば、メガソニッククリーナ、回転ブラシクリーナ、又はバフ研磨パッドクリーナのうちの１つ又は複数を使用して洗浄されることができる。一態様では、流体ジェットクリーナは、キャリアガス用の入力ポートと、洗浄液用の注入ポートと、キャリアガスに同伴する洗浄液を基板上に噴霧するように配置された出力ポートとを含むアトマイザノズルを含む。別の態様では、流体ジェットクリーナは、基板上に洗浄液を噴霧するための収束拡散ノズルを有するノズルを含む。別の態様では、洗浄モジュールは、基板を保持する支持体と、基板の半径上に延在する列状に配置された複数のノズルを有する流体ジェットクリーナとを含む。別の態様では、研磨後の基板を洗浄するために、洗浄液がノズルから１００～１２００ｍ／ｓの速度で基板上に噴霧される。別の態様では、化学機械研磨システムは、第１の研磨パッドを支持する第１のプラテンを含む第１の研磨ステーションと、ロボットから基板を受け取る移送ステーションと、研磨ステーションから移送ステーションへの所定の経路で移動可能なキャリアヘッドと、キャリアガスのための入力を有するガス流調整器と、洗浄液のための入力を有する液体流量調整器と、所定に沿位置にある流体ジェットクリーナとを含む。流体ジェットクリーナは、ガス流量調整器に連結された入力ポートと、液体流量調整器に連結された注入ポートと、キャリアヘッドが流体ジェットクリーナの上方に位置するときにキャリアヘッドによって保持された基板上にキャリアガスに同伴する洗浄液を噴霧するように配置された出力ポートとを含むアトマイザノズルを含む。本明細書に記載される発明の主題の特定の実施形態が、以下の技術的な利点のうちの１つ又は複数を実現するように、実現されうる。スループットに大きな影響を与えることなく欠陥を低減することができ、これにより歩留まりを向上させることができる。洗浄ノズルを研磨システムに組み込むことができ、これにより、基板は、専用の洗浄システムに搬送される前に予洗浄される。これにより、例えば、基板上のスラリの凝集に起因して、欠陥のリスクが増加することなく、基板が研磨システム内でより長い期間留まることが可能となり、これにより、洗浄システムへの基板の供給のスケジューリングの柔軟性が向上し、スループットが向上しうる。１つ又は複数の実施形態についての詳細が、添付の図面及び以下の明細書の記載において記載される。その他の特徴及び利点は、これらの説明及び図面から、並びに特許請求の範囲から、自明となろう。例示の研磨装置の概略断面図である。移送ステーションの概略断面図を示す。移送ステーションの概略断面図を示す。流体ジェットクリーナの上の基板（点線）の概略上面図を示す。流体ジェットクリーナの上の基板の概略側面図である。収束拡散ノズルの概略断面図を示す。収束拡散ノズルの別の実装形態の概略断面図を示す。収束拡散ノズルの別の実装形態の概略断面図を示す。図において、同様の参照符号は同様の要素を示す。上述のように、基板を研磨した後、洗浄システムに移送することができる。しかしながら、最後の研磨ステーションから移送ステーションを通ってクリーナに基板を搬送するには、ある時間が必要である。この間、基板上の任意のデブリ又はスラリは乾燥して固化する可能性があり、したがって、クリーナの取り外しがより困難になる。この影響に対抗するために、基板は、例えば、移送ステーションのノズルによって、脱イオン（ＤＩ）水又は化学物質を含む水のミストで噴霧されうる。これにより、基板が乾燥するリスクを低減することができる。さらに、噴霧は、基板からルースな粒子をすすぎ得る。このようなリンスは「洗浄」ステップと見なされうるが、低圧での噴霧では、基板上に依然として粒子が残っており、顧客の欠陥率の低下に対する需要が高まるため、許容できない場合がある。この問題に対処することができる技術は、アトマイザ、例えば、収束拡散（ＣＤ）ノズルからの洗浄液を用いて、比較的高圧で基板に噴霧することである。これにより、例えばネブライザからの単なるミストの噴霧よりも深い洗浄が提供されうる。加えて、基板がキャリアヘッドによって保持されている間、且つ基板が予期される経路に沿って移動している間に洗浄され得るように、１つ又は複数のアトマイザを移送ステーションのロードカップ内又はプラテン間洗浄ステーションに設けることができる。したがって、この洗浄技法は、スループットに大きな影響を与えることなく、既存の研磨システムに組み込むことができる。図１は、研磨システム５０の一例を示す。研磨システム５０は、一又は複数の研磨ステーション１００、移送ステーション２００、及び任意選択的にプラテン間洗浄ステーション２５０を含み得る。各研磨ステーション１００は、回転可能な円盤状のプラテン１２０を含み、その上に研磨パッド１１０が位置する。研磨パッド110は、外側研磨層112及び、より軟性のバッキング層114を有する、二層研磨パッドであってよい。研磨パッド110は、外側研磨層112及び、より軟性のバッキング層114を有する、二層研磨パッドであってよい。各研磨ステーション１００において、プラテン１２０は、回転軸１２２の周りを回転するよう動作可能である。例えば、モータ124（例えばDC誘導モータ）が、駆動シャフト126を回して、プラテン120を回転させうる。各研磨ステーション１００は、研磨スラリなどの研磨液１３２を研磨パッド１１０上に供給するためのポート１３０を含むことができる（ポートは、簡略化のために１つのステーションでのみ示されている）。各研磨ステーション１００は、研磨パッド１１０を一定した研磨状態に維持するために研磨パッド１１０を磨く研磨パッドコンディショナも含みうる。研磨装置５０は、基板１０を保持するよう動作可能なキャリアヘッド１４０も含む。キャリアヘッド１４０は、移送ステーション２００と研磨ステーション１００との間で移動可能である。具体的には、キャリアヘッド１４０は、支持構造体１５０、例えば、カルーセル又はトラックから吊り下げられる。カルーセルの場合、例えばアクチュエータ１５２によるカルーセルの回転は、キャリアヘッド１４０を中心軸の周りを周回することができ、これにより、キャリアヘッド１４０を、移送ステーション２００から各研磨ステーション１００まで所定の経路１６０で順番に運び、移送ステーション２００に戻すことができる。トラックの場合、キャリアヘッド１４０は、アクチュエータ１５４によってトラックに沿って駆動されうる。したがって、トラックは、キャリアヘッドが移送ステーション２００から各研磨ステーション１００へと順番に移動し、移送ステーション２００へと戻るための所定の経路１６０を提供する。キャリアヘッド１４０は、可撓性の膜１４４の下に基板１０を保持するための保持リング１４２を含むことができる。キャリアヘッド140は、膜によって画定された、個別に制御可能な一又は複数の加圧可能チャンバ（例えば3つのチャンバ146a～146c）も含む。これらのチャンバは、可撓性膜144の(ひいては基板10上の）関連ゾーンに、個別に制御可能な圧力を印加しうる。図を分かりやすくするために３つのチャンバのみを図１に示したが、１つ若しくは２つのチャンバ、又は４つ以上のチャンバがあってもよい。キャリアヘッド１４０はまた、ドライブシャフト１５６によってキャリアヘッド回転モータ１５８、例えばＤＣ誘導モータに接続されており、これにより、キャリアヘッドは軸１５９の周りを回転することができる。研磨液と、研磨パッド１１０と基板１０との間の相対運動との組み合わせ（例えば、キャリアヘッド１４０及びプラテン１２０の回転によってもたらされる）は、基板１０の露出面の研磨をもたらす。任意選択的に、各キャリアヘッド１４０は、研磨作業中に、例えば、支持構造１５０上のスライダ上で、又はカルーセル自体の回転振動によって、又はトラックに沿って摺動することによって、横方向に振動することができる。典型的な動作では、プラテンは、その中心回転軸１２５の周りを回転し、各キャリアヘッドは、その中心軸１５５の周りを回転し、研磨パッドの上面にわたって横方向に平行移動する。図２Ａを参照すると、基板は、ロードカップ２１０を含む移送ステーション２００でキャリアヘッド１４０内にロードされ得る。ロードカップは、例えばアクチュエータ２１４によって、垂直方向に移動可能でありうる。ロードカップ２１０内には、キャリアヘッド１４０にロードされる前、及び／又はキャリアヘッド１４０からアンロードされた後に基板１０を保持するための、エッジ支持リング、リフトピン、又はペデスタルなどの基板支持体２１２がある。基板支持体２１２は、例えばアクチュエータ２１４によって、回転可能かつ／又は垂直作動可能でありうる。基板支持体２１２は、ロードカップ２１０上に取り付けられてもよく、又はロードカップ２１０の一部であってもよい。移送ステーション２００は、オプションとして、ロードカップ２１０内に配置された一又は複数のノズル２２０（例えば、アトマイザ）を含み、基板が基板支持体２１２上に載置され、かつ／または移送ステーション２００においてキャリアヘッド１４０によって保持される間に（図２Ｂ参照）基板１０にリンス流体２２２（例えば、脱イオン水）を噴霧することができる。ネブライザとして、ノズル２２０は、リンス流体のミストを噴霧し、このミストは、比較的低い圧力又はエネルギー密度（すなわち、後述するアトマイザに対して）で基板１０に衝突する。例えば、リンス流体の流量は５０～５００ｃｃ／分であってよく、ミストは０.１～１００ｍ／秒の速度でノズルから排出されうる。ロードカップ２１０は、ノズル２２０からの液体が研磨システム内の他の構成要素を汚染するのを防止するスプラッシュガードとして機能することができる。図１に戻ると、動作中、基板１０は、ロボット２８０のエンドエフェクタ２８２によって、例えばカセットから移送ステーション２００まで運ばれ、基板支持体２１２上に下げられる（又は、基板をロボットエンドエフェクタ２８２から持ち上げるために基板支持体２１２を上げることができる）。ロボットのエンドエフェクタ２８２が後退し、基板支持体２１２が上昇し（又はキャリアヘッド１４０が下降し）、基板１０をキャリアヘッド１４０に挿入する