專利名稱：脈沖化學(xué)制劑分配系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于處理襯底的液態(tài)處理單元、化學(xué)機(jī)械平整(CMP) 裝置以及用于襯底的液體處理的方法。
背景技術(shù)：
化學(xué)機(jī)械平整是使集成電路裝置中的電介質(zhì)以及互聯(lián)結(jié)構(gòu)的金屬 層兩者整體平面化的技術(shù)。化學(xué)機(jī)械平整也被稱作化學(xué)機(jī)械拋光，簡 寫為CMP。
CMP工藝通過將晶片安裝到載體上，其中以將要平整的襯底表面 向下而執(zhí)行。然后，載體壓向包含平整墊的壓板。將包含磨研磨劑的 漿液滴到墊上或通過所述墊送料。壓板和載體都相互獨立地旋轉(zhuǎn)。一 些CMP工具采用線性的平整墊運動，其它的釆用環(huán)形的平整墊運動。
CMP是亞微米集成電路裝置生產(chǎn)的關(guān)鍵實現(xiàn)技術(shù)，已經(jīng)在過去的 20多年得到發(fā)展。然而，CMP工藝的各個方面仍然在不斷的研究和 發(fā)展中?；旧?，在CMP工藝之前和之后，每個CMP應(yīng)用要求其自 身的漿液組合物和襯底的化學(xué)處理。例如，已開發(fā)出用于金屬鑲嵌 (damascene)鋁互連、用于鉤和用于銅互連的單獨的CMP工藝。也 開發(fā)出用于諸如二氧化硅的多種電介質(zhì)材料，以及更近的，用于低k 電介質(zhì)的單獨的CMP工藝。
CMP工藝的發(fā)展伴隨著CMP設(shè)備的發(fā)展。除CMP拋光工具和 諸如拋光墊、漿液等之類的CMP消耗品所提供的主要功能之外，也 更加關(guān)注CMP中的清洗問題。因為CMP是能夠在晶片中引入缺陷的 固有的不潔工藝。參與漿液可以引入外來的顆粒、金屬污染和化學(xué)制 劑，這對于晶片或芯片制造的另外的工藝步驟均有害。CMP后的清潔 步驟的主要目的是提供無漿液顆粒或有機(jī)殘留物或金屬離子的晶片。 己開發(fā)出拋光后清潔技術(shù)使得當(dāng)晶片返回清潔室進(jìn)行另外的工藝時，在CMP后不被污染。
在CMP構(gòu)架中包含處理液體應(yīng)用的另外已知處理步驟包括表面
鈍化，例如，用于防止銅的氧化或腐蝕的銅表面鈍化。典型地，此步
驟應(yīng)用在CMP裝置的輸入位置和輸出位置。也可知液體處理應(yīng)用位
于拋光壓板之間，以便在拋光工具不工作的情況下防止顆粒聚集、腐 蝕或晶片的干燥。
US6，927，198B2說明了一種用于在銅薄膜拋光后清潔半導(dǎo)體襯底 的方法和裝置。根據(jù)此文獻(xiàn)公開的方法，將具有拋光的銅層的半導(dǎo)體 襯底放置在洗滌器上。同時洗滌此襯底的兩邊。在清潔過程中，將以 清潔溶劑形式的處理液體應(yīng)用到襯底的兩邊，以輔助和/或?qū)崿F(xiàn)污染的 去除。清潔溶劑是去離子水中的化學(xué)制劑的混合物。在洗滌后，在將 襯底運送到輸出位置之前，將其放置在以漂洗、旋轉(zhuǎn)和干燥位置形式 的液體處理單元中，用于額外清潔。在那里，將襯底放置在用于轉(zhuǎn)移 到貯藏庫或轉(zhuǎn)移到另一清潔或處理系統(tǒng)的盒子中。
如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員眾所周知，在液體處理前，比如等待卸 載時，暴露在空氣甚至一小段時間的晶片是非常困難有時不可能進(jìn)行 清潔。而且金屬拋光漿液的及時去除被認(rèn)為非常重要，因為即使在拋 光停止后，這種漿液能繼續(xù)反應(yīng)并且從襯底表面去除材料。因此，類 似US6,927,198B2公開的現(xiàn)有技術(shù)液體處理單元提供連續(xù)的處理液體 流動，以確保處理的襯底表面不會變得干燥。
因此，CMP工藝的前后中的襯底表面的液體處理過程需要大量的 處理液體。由于處理液體的消耗涉及高成本，這不僅用于提供處理液 體，而且用于處置使用的和污染的處理液體，所以CMP工藝成本很 高，于是制作的集成電路裝置就昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
優(yōu)選地，本發(fā)明提供一種液體處理單元，特別是一種減少工藝成 本的化學(xué)機(jī)械平整裝置。本發(fā)明的又一目的是提供一種減少用于襯底 的液體處理的工藝成本的液體處理方法，特別是在化學(xué)機(jī)械平整處理 的前后。根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供一種用于處理襯底的液體處理單 元。所述液體處理單元包括-
貯液池，用于存貯處理液體；
分配器，具有與貯液池連接的輸入端，以及輸出端，所述分配器 為將在輸入端接收到的處理液體分配到襯底的輸出端；
控制閥門，具有控制輸入端，并且配置在貯液池和分配器輸出端 之間的液體連接路徑中，并且用于根據(jù)在控制輸入端接收到的閥門控 制信號，打開或關(guān)斷液體連接路徑。
所述液體處理單元還包括控制單元，所述控制單元與控制閥門的 控制輸入端連接，并且用于
根據(jù)在襯底的給定或所需溫度下和/或氣態(tài)氣氛的給定或所需壓 強(qiáng)下，和/或液體的給定或所需的溫度和壓強(qiáng)下，襯底上的處理液體的 蒸發(fā)速率，設(shè)定應(yīng)用到襯底上用于液體處理的分配脈沖的數(shù)量、單個 分配脈沖的各個脈沖持續(xù)時間和在所述單個分配脈沖之間的各個分配 中斷時間間隔；并且
根據(jù)具有設(shè)定數(shù)量的分配脈沖、設(shè)定的各個分配脈沖的持續(xù)時間 和設(shè)定的在單個分配脈沖之間的各個的分配中斷時間間隔的分配脈沖 順序，產(chǎn)生和提供一系列的閥門控制信號給控制閥門，用于打開或關(guān) 斷液體連接路徑。
本發(fā)明的第一方面的液體處理單元允許顯著減少處理液體的消 耗。名詞"處理液體"意思是包括去離子水中的不同化學(xué)制劑的溶劑 的各種液體處理化學(xué)制劑。然而，本發(fā)明不涉及到拋光墊上的分配漿
液。因此，名詞"處理液體"不應(yīng)被理解為包括用于實際CMP步驟 的漿液。
應(yīng)指出，盡管這里應(yīng)用參考是主要為CMP領(lǐng)域的本發(fā)明的優(yōu)選 使用，不應(yīng)理解為本發(fā)明的第一方面的液體處理單元的使用限于 CMP。能將液體處理單元用于任何襯底的液體處理。
相應(yīng)地，名詞"液體處理"包括具有處理液體的處理的襯底的各 種處理。特別地，在CMP工藝的構(gòu)架中，名詞"液體處理"包括上 述現(xiàn)有技術(shù)提到的實例，但不包括使用漿液執(zhí)行的實際的CMP步驟。此處使用的名詞"脈沖"具有延伸一段時間間隔的單個分配沖量 的意義，所述間隔小于或最大等于將液體處理提供給襯底表面的總時 間。名詞"脈沖"不具有沖量順序的意義。
用于液體處理的分配脈沖序列可以包括一個脈沖或多個脈沖。在 --些應(yīng)用中，單個分配脈沖通常足夠了。這種情況的一個典型實例為 互聯(lián)堆棧的Cu表面的鈍化處理。因此，控制單元設(shè)定分配脈沖的數(shù) 量為1，并且確定單個分配脈沖的需要持續(xù)的時間。然而，在由液體 處理產(chǎn)生的鈍化層需要重新生成的情況下，能應(yīng)用任何更高數(shù)量的分 配脈沖。
在本發(fā)明的第一方面的液體處理單元中，將控制閥門配置在包含 處理液體的貯液池和分配器之間的液體連接路徑中。控制閥門的操作
由控制單元支配?？刂茊卧獙崿F(xiàn)CMP工藝前后的襯底的液體處理過 程中的處理液體的脈沖傳輸。
每個分配脈沖提供的處理液體的數(shù)量依賴于在襯底的已知的或需 要的溫度下，和/或氣態(tài)環(huán)境氣氛的己知的或需要的壓強(qiáng)下的襯底上的 處理液體的蒸發(fā)速率，在液體處理步驟中或之后，襯底存貯所述氣態(tài) 環(huán)境氣氛中。應(yīng)指出，例如，如果環(huán)境的壓強(qiáng)為己知的工藝常數(shù)，蒸 發(fā)速率的壓強(qiáng)依賴可以不對裝置的實現(xiàn)起作用。因此，液體處理單元 的一個實施例僅使用溫度來設(shè)定工藝參數(shù)。另一方面，可以存在環(huán)境 壓強(qiáng)，而非溫度是實際上的決定性參數(shù)的工藝條件。因此，液體處理 單元的一個實施例僅使用環(huán)境壓強(qiáng)來設(shè)定處理參數(shù)。然而，在其它的 工藝環(huán)境中，兩個參數(shù)都影響處理參數(shù)的設(shè)定。
同樣已知其它參數(shù)，可能或不可能影響需要用于獲得單個分配脈 沖的特定處理結(jié)果的處理液體的數(shù)量。進(jìn)入需要數(shù)量的處理液體的詳 細(xì)參數(shù)一般依賴于液體處理的特定目的，且特別依賴于特定的分配脈 沖。液體處理的目的一般也是用于選擇處理液體組成的基本標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng) 然，必須選擇適用于特定目的和要處理的特定襯底表面的處理液體。 原則上，每個處理液體具有依賴于溫度和壓強(qiáng)的蒸發(fā)速率的固有特性。 分配脈沖序列的單個的分配脈沖的目的可能相同或不同。例如，第一 分配脈沖可用來產(chǎn)生金屬表面上的鈍化層，而接下來的相同序列的分配脈沖僅需要更新鈍化層。目的的不同可影響需要用于各個分配脈沖 的處理液體的數(shù)量以及脈沖持續(xù)時間。在已知的實例中，更新脈沖通 常需要較少數(shù)量的處理液體。
配置控制單元以根據(jù)已知的或需要的溫度和/或環(huán)境壓強(qiáng)值設(shè)定 分配脈沖序列的參數(shù)。下面將詳細(xì)說明名詞"已知的"和"需要的"。 "已知的"溫度或環(huán)境壓強(qiáng)指控制單元的操作過程中，時間上的 當(dāng)前或接近當(dāng)前的可測量的量。例如，如果在CMP步驟后等待從載 體上卸載時，將襯底保持為濕，則襯底的當(dāng)前溫度和工藝區(qū)域中載體 上的襯底處的氣態(tài)周圍空氣的壓強(qiáng)，當(dāng)然，還包括特定的處理液體的 已知的個體的蒸發(fā)特性，決定適合的處理液體的當(dāng)前蒸發(fā)速率。
例如，另一方面，如果在液體處理步驟后，襯底被立即存貯在液 體處理單元之外的不同單元中，將由不同單元中的襯底的溫度和應(yīng)用 在不同單元中的壓強(qiáng)決定處理液體的蒸發(fā)速率。因此，當(dāng)提及襯底的
"需要的"溫度和氣態(tài)氣氛的"需要的"壓強(qiáng)時，這可能指下一工藝階 段的溫度和壓強(qiáng)，這在設(shè)定分配脈沖序列的參數(shù)時還可能是不可測量的。
作為襯底的"需要的"溫度的另一實例，在應(yīng)用處理液體之后立 刻改變襯底的溫度而不必改變襯底的存貯位置，例如，通過閃光照明， 這在某些情況是有用的。這種溫度增長對于激活化學(xué)反應(yīng)，改善需要 的處理結(jié)果，或加速液體處理是有用的，使得能比在更低的溫度下更 快地獲得需要的液體處理結(jié)果。類似地，可能存在這種情況，其中在 改變的"需要的"壓強(qiáng)下，改善液體處理。
因此，在已知的或需要的溫度和壓強(qiáng)條件下的處理液體的蒸發(fā)速 率通過控制單元考慮，這時設(shè)定要應(yīng)用到用于液體處理的襯底的分配 脈沖的數(shù)量，單個的分配脈沖的各個脈沖持續(xù)時間和在單個的分配脈 沖之間的各個分配中斷時間間隔。這些參數(shù)定義分配脈沖序列，然后 通過提供控制控制閥門操作的閥門控制信號應(yīng)用它們。
當(dāng)控制閥門響應(yīng)對應(yīng)的閥門控制信號，打開貯液池和分配器之間 的液體連接路徑時，開始處理液體的分配。這可通過本領(lǐng)域公知的方 式獲得，這提供了跨過從貯液池到分配器的液體連接路徑的需要的壓強(qiáng)。例如，可使用泵。當(dāng)控制閥門響應(yīng)另一闊門控制信號，關(guān)斷貯液 池和分配器之間的液體連接路徑時，處理液體的分配停止。根據(jù)分配 脈沖序列的設(shè)定參數(shù)，通過安排控制閥門操作的時間，本發(fā)明的液體 處理單元提供處理液體的脈沖分配。
與用于CMP裝置的先前技術(shù)的液體處理單元相比，根據(jù)本發(fā)明 的處理液體的脈沖分配相當(dāng)程度地減少了每個襯底需要的處理液體的 數(shù)量。這減少了 CMP階段的工藝成本和相關(guān)的化學(xué)廢物處理的成本，
并且有助于減少采用CMP制造的集成電路裝置的成本。作為替代，
在不增加相關(guān)的化學(xué)制劑的成本的情況下，可增加處理效率。本發(fā)明 通過在不增加成本的情況下，允許稀釋的減少改善了稀釋的處理液體 的效率。因此，本發(fā)明的應(yīng)用也通過減少化學(xué)產(chǎn)品的消耗而具有生態(tài) 影響。
液體處理單元能形成分離的附加模塊。通過加入本發(fā)明的液體處
理單元，能改善諸如CMP裝置的現(xiàn)有的處理裝置，以減少工藝成本， 類似CMP步驟的工藝成本。
在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的液體處理單元形成CMP裝置的整體 部分。
下面將說明本發(fā)明的第一方面的液體處理單元的優(yōu)選實施例。除 非明確說明作為互相的替代，這些實施例能互相組合。
本發(fā)明的液體處理單元的優(yōu)選實施例包括襯底夾具和相關(guān)聯(lián)的第 一監(jiān)控單元，所述監(jiān)控單元與控制單元相連，并且配置其以確定襯底 夾具上襯底的存在，提供到控制單元的第一監(jiān)控信號，所述第一監(jiān)控 信號指示襯底夾具上的襯底是否存在，其中控制單元用于提供控制信 號給控制閥門，指令控制閥門關(guān)斷。優(yōu)選地，當(dāng)監(jiān)控信號指示襯底夾 具上不存在襯底時，控制單元用于提供控制信號給控制閥門，指令控
制閥門關(guān)斷。當(dāng)襯底夾具上不存在襯底時，液體處理單元的這個實施 例中斷分配處理液體。如此，可節(jié)約額外的處理液體。分配脈沖序列 的應(yīng)用可與襯底夾具上襯底的存在相關(guān)聯(lián)。如果襯底不存在，控制閥 門關(guān)斷。
作為替代，在另一實施例中，由于一些原因，需要化學(xué)處理液體處理單元。例如，液體處理的化學(xué)處理可意味著該位置要保持濕潤， 以防止變干，或可意味著使用清潔化學(xué)制劑以移除漿液和來自該位置 的其它粒子。在這種情況，也可以使用到該位置化學(xué)制劑的脈沖應(yīng)用。 本實施例可涉及分配與上述可替代實施不同的另一液體。
為組合前述可替代實施例，應(yīng)提供額外的傳感器裝置，以辨別液 體的分配應(yīng)停止或開始/繼續(xù)的情況。
在本發(fā)明的液體處理單元的又一實施例中，提供襯底夾具和第二 監(jiān)控單元。第二監(jiān)控單元與控制單元連接，并且配置為檢測從襯底夾 具中移除襯底，并提供到控制單元的第二監(jiān)控信號，以指示已從襯底 夾具中移除襯底。此實施例形成了幾個有用的應(yīng)用的基礎(chǔ)，它們的每 一個形成液體處理單元的單個的實施例。晶片的存在或不存在分別激 活或無效液體處理。 一旦檢測到晶片，將應(yīng)用初始的分配脈沖。后續(xù) 的脈沖序列可由控制單元根據(jù)當(dāng)前的溫度和壓強(qiáng)條件和處理液體或晶 片的特性確定。優(yōu)選地，液體處理單元包括溫度傳感器，配置為提供 襯底溫度的溫度信號指示。優(yōu)選地，壓強(qiáng)傳感器也包括在液體處理單 元中，并配置為提供到控制單元的壓強(qiáng)信號，用于鄰近襯底夾具的氣 態(tài)氣氛的壓強(qiáng)的指示。這實現(xiàn)一實施例，其中控制單元用于監(jiān)控到來 的溫度和/或壓強(qiáng)信號，并調(diào)整所述應(yīng)用到用于液體處理的襯底的分配 脈沖的數(shù)量，單個的分配脈沖的各個脈沖持續(xù)時間和/或在單個的分配 脈沖之間的各個分配中斷時間間隔。如此，處理液體的傳送數(shù)量和分 配脈沖的序列的特性能適用于變化的溫度和壓強(qiáng)條件。
如果需要多種處理液體，由于物理限制，例如，在已知的CMP 裝置中，多分配器不可行。形成本發(fā)明的液體處理單元的優(yōu)選實施例 的可替代方法包括多個貯液池，每個用于各個不同的處理液體，以及 相應(yīng)的多個控制閥門，每個具有控制輸入端，并且被設(shè)置在各個貯液 池和噴分配器的輸出端之間的各個液體連接路徑中，用于根據(jù)在控制 輸入端接收的閥門控制信號，打開或關(guān)斷各個的液體連接路徑。其中 還配置控制單元，以產(chǎn)生并提供用于每個控制閥門的各個閥門控制信 號。使用此多控制閥門系統(tǒng)，襯底表面能以多種處理液體處理，或者 不同的化學(xué)制劑能使用在需要特定化學(xué)處理的各種襯底上。也可同時應(yīng)用處理液體。因此，又一優(yōu)選的實施例包括互聯(lián)在一 邊上的多個貯液池和另一邊上的分配器之間的液體連接路徑中的混合 單元，并且其用于根據(jù)預(yù)定的混合比率向分配器提供輸入處理液體的 均勻混合。
大多數(shù)CMP工具的特殊性在于其使用多晶片處理載體。因此優(yōu) 選實施例包括具有多個載體的載體單元，配置為以夾持對應(yīng)的多個襯 底，并且將單個的襯底逐次暴露給液體處理。
然而，可發(fā)生這種情況，即其中一個或多個CMP載體不是和襯
底一起裝載。例如，僅提供N-1個襯底，而不是提供滿容量的N個襯 底。這意味著僅N-1個載體是激活的，也就是，實際上在工作，換言
之，在操作。液體處理單元的本實施例包括與控制單元連接的第二監(jiān) 控單元。配置第二監(jiān)控單元以檢測激活載體的數(shù)量，并且產(chǎn)生和提供 激活載體的數(shù)量的第二監(jiān)控信號指示。此實施例的控制單元用于產(chǎn)生 并提供閥門控制信號給用于每個激活載體的控制閥門，也就是，適應(yīng) 到輸入位置中的激活載體上的襯底的時間延遲的序列。如此，根據(jù)激 活載體的數(shù)量，將以不同序列提供處理液體。
因此，本發(fā)明的液體處理單元的此實施例有助于進(jìn)一步節(jié)約處理 液體，以及由此而來的工藝成本。
節(jié)約處理液體的再一方法是收集可再次使用的用過的處理液體。 因此，本發(fā)明的液體處理單元的又一優(yōu)選實施例包括處理收集單元， 所述處理收集單元具有配置的收集容器，并且配置其以收集襯底夾具 的處理位置下的用過的處理液體。典型地，處理液體在第一次使用后 被污染。因此，包括清潔單元是有益的，其與收集容器液體連接，并 且配置為過濾和/或凈化收集的處理液體。
優(yōu)選地，清潔單元的輸出與貯液池連接。
分配液體的較優(yōu)方式是以噴霧的形式。因此，優(yōu)選地配置分配器， 以便以噴霧的形式輸出處理液體。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供化學(xué)機(jī)械平整裝置，也簡稱為
CMP裝置或CMP工具，其包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面或根據(jù)此處說 明的液體處理單元的一個實施例的液體處理單元。液體處理單元可作為用作襯底的預(yù)CMP處理的CMP裝置輸入單 元的一部分。能額外地或可替代地提供用于襯底的后CMP處理的根 據(jù)本發(fā)明的液體處理單元，例如在本發(fā)明的CMP裝置的輸出位置， 或用于后CMP清潔。CMP裝置的又一有益的實施例額外地或可替代 地包括集成到CMP工藝區(qū)域的液體處理單元。此實施例對于CMP處 理中斷的情況是有用的，以保持當(dāng)前處理的襯底濕潤以及以此避免由 于干燥對襯底的損害。
根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，提供用于襯底的液體處理的方法，包 括分配處理液體到襯底表面上以獲得需要的液體處理結(jié)果的步驟。
本發(fā)明的方法包括，在分配步驟之前，步驟
根據(jù)在襯底的已知的或需要的溫度下和/或氣態(tài)氣氛的已知的或 需要的壓強(qiáng)下襯底上的處理液體的蒸發(fā)速率，設(shè)定在分配步驟中將被 應(yīng)用到襯底的分配脈沖的數(shù)量、單個的分配脈沖的各個脈沖持續(xù)時間 以及在所述單個的分配脈沖之間的各個分配中斷時間間隔。
本發(fā)明的方法的分配步驟包括應(yīng)用具有設(shè)定數(shù)量的分配脈沖的分 配脈沖序列、設(shè)定的各個脈沖持續(xù)時間和設(shè)定的在單個的分配脈沖之 間的各個分配中斷時間間隔。
本發(fā)明的液體處理方法的益處與先前在本發(fā)明的第一個方面的液 體處理單元和本發(fā)明的第二個方面的CMP裝置的內(nèi)容中說明的益處 相對應(yīng)。
下面，將說明本發(fā)明的方法的一些較優(yōu)的實施例，其不直接與本 發(fā)明的第一方面的液體處理單元的較優(yōu)的實施例相對應(yīng)。除非明確說 明作為互相替代，這些實施例可互相組合。
本發(fā)明的方法的較優(yōu)的實施例包括在設(shè)定步驟之前，測量襯底溫 度或鄰近襯底的氣態(tài)氣氛的壓強(qiáng)，或同時測量這兩個量的步驟。測量 襯底溫度能通過測量襯底溫度的指示的任何量來執(zhí)行。例如，如果襯 底已存貯在氣態(tài)氣氛中足夠的時間間隔，鄰近襯底的氣態(tài)周圍空氣的 溫度通常也是襯底溫度的指示。
蒸發(fā)速率的準(zhǔn)確知識允許精確地估計需要的處理液體的數(shù)量。蒸 發(fā)速率可通過測量或監(jiān)控直接確定，例如，通過采用蒸發(fā)傳感器(蒸發(fā)計)，或通過以溫度和壓強(qiáng)參數(shù)為基礎(chǔ)的計算。應(yīng)指出在溫度和/或 壓強(qiáng)能從其它參數(shù)或預(yù)定條件推導(dǎo)出的情況下，不必分別測量各個量。 在這種情況下，可將已知的溫度和/或壓強(qiáng)用于設(shè)定分配脈沖序列的參數(shù)。
又一較優(yōu)的實施例包括在分配步驟之前，保持處理液體的溫度在 所需溫度值的步驟?？刂铺幚硪后w的溫度允許控制液體處理的化學(xué)反 應(yīng)參數(shù)。例如，通過將處理液體加熱到所需溫度，可以增加反應(yīng)速度， 因此減少了用于液體處理的處理時間并且增加了襯底的生產(chǎn)量。
又一實施例包括，在設(shè)定步驟之前，根據(jù)在襯底的給定或所需溫 度下和氣態(tài)氣氛的給定或所需壓強(qiáng)下，襯底上的處理液體的蒸發(fā)速率， 確定處理液體數(shù)量的步驟，其需要獲得液體處理步驟的所需處理結(jié)果， 其中在或液體處理步驟之后將存貯襯底在所述氣態(tài)氣氛中。此實施例 實現(xiàn)分配脈沖序列的適用參數(shù)的自動調(diào)節(jié)，并且減少預(yù)編程處理液體 數(shù)量的需要及其對溫度和壓強(qiáng)的依賴。
根據(jù)本發(fā)明的第四個方面或它的一個實施例，提供一種化學(xué)機(jī)械 平整方法，所述方法包括在化學(xué)機(jī)械平整步驟之前或之后，用于本發(fā) 明的第三個方面的液體處理方法。


下面，參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的液體處理單元的示意圖； 圖2示出了圖1的液體處理單元的控制單元的優(yōu)選實施例的方框
圖3示出了在圖2的控制單元中所采用的控制方法的實施例的流 程圖4和5示出了化學(xué)機(jī)械平整步驟之前或之后產(chǎn)生的用于襯底的 液體處理的分配脈沖序列的說明性示例。
具體實施例方式
圖1示出了用于CMP設(shè)備的液體處理單元100的示意圖。此圖簡化為方框圖，其僅示出了那些對于說明本發(fā)明是必要的液體處理單 元100的元件。
液體處理單元包括用于處理液體的一組貯液池，其中的三個用如
圖1中所示的參考標(biāo)記102、 104和106表示。應(yīng)理解，根據(jù)特定應(yīng)用， 用于處理液體的貯液池組可包括任何有用數(shù)量的單個貯液池。為了示 意性的目的，假設(shè)貯液池102和104包括液體處理化學(xué)制劑，下面稱 為化學(xué)制劑#1和化學(xué)制劑#2。而且，假設(shè)貯液池106包含有去離子(DI) 水。
忙液池102至106通過各個導(dǎo)管110、 112、 114和116與噴淋錐 形式的分配器連接。控制閥門118、 120和122在各個貯液池102、 104 和106及分配器108之間的液體連接路徑中互連。公用導(dǎo)管116配置 在貯液池102至106及分配器108之間的液體連接路徑中的閥門118 至122之后。
如上所述，分配器108為噴淋錐形物。其通過多個噴嘴124提供 液體噴霧。配置噴嘴面向上朝向襯底夾具126，包括具有互聯(lián)疊層132 的硅襯底130的晶片128放置其上。當(dāng)然可設(shè)想作為向上的錐形物的 補(bǔ)充或替代的其它的配置。各種分配配置對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是
己知的。
在貯液池102、 104和106及各個控制閥門118、 120和122之間 配置流量計134、 136和138，并且允許監(jiān)測每單位時間流過導(dǎo)管截面 的液體的數(shù)量。可提供控制裝置以設(shè)定流量，但此處未示出。
容器形式的處理液體收集單元140，其朝向分配器108上方的液 體處理區(qū)域開口，用于收集離開晶片128或液體處理單元部分的所有 用過的處理液體。處理液體收集單元140通過排水導(dǎo)管144連接到多 端口分離裝置142。多端口分離裝置142用于從用過的液體中分離化 學(xué)制劑#1禾卩#2，并且將分離的液體傳送到各個過濾裝置144和146， 然后通過各個離子凈化裝置"8和150。離子凈化裝置148和150的 輸出分別連接到化學(xué)制劑#1和#2的貯液池102和104的輸入。多端口 分離裝置142還包括與用于收集不可循環(huán)的液體廢物的排水裝置(未 示出)的輸出?？刂崎y門118至122具有控制輸入端，其用于與控制單元1502 的信號接收(或信號交換，例如握手(handshake))的連接?？刂茊?元包括時間開關(guān)154，其根據(jù)處理器156計算出的分配脈沖序列，通 過產(chǎn)生和提供用于打開和關(guān)斷控制閥門的閥門控制信號的序列與控制 閥門118至122直接通信。
圖2的方框圖給出了控制單元152的更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。下面說明同 時參考圖1和2。
處理器156包括存貯器158和處理器160。存貯器158存貯有助 于計算分配脈沖序列的數(shù)據(jù)。例如，可以將預(yù)計算的分配脈沖的序列 以參數(shù)集的形式存貯存貯器158中，所述參數(shù)集定義脈沖的數(shù)量、單 個的分配脈沖的持續(xù)時間和在單個的分配脈沖之間的中斷時間間隔。 為此目的，存貯器158可以組織為查找表的形式，其向給定系列的溫 度和壓強(qiáng)值分配特定系列的分配脈沖序列參數(shù)。
在一個實施例中，貯液池還包括用于不同的單獨處理液體和用于 不同的單獨處理目的的查找表。而且，存貯器158可以包括可執(zhí)行的 程序代碼，其配置為根據(jù)溫度和壓強(qiáng)計算己知的液體的蒸發(fā)速率，并 且確定需要的處理液體數(shù)量。 '
處理器160用于訪問存貯器158中的查找表以便檢索適當(dāng)?shù)姆峙?脈沖序列的參數(shù)集，并執(zhí)行存貯在存貯器158中的程序代碼。處理器 160典型地不是直接地，是借助轉(zhuǎn)換裝置的方式接收各種監(jiān)控信號作 為輸入?yún)?shù)，所述監(jiān)控信號表示當(dāng)前溫度T、當(dāng)前壓強(qiáng)P和可得到的 CMP裝置載體數(shù)N。而且，將處理單元160與用戶接口相連以自由地 接收來自液體處理單元100操作者的指令。根據(jù)這種給定的輸入?yún)?shù)， 處理器160通過訪問存貯器158中的適當(dāng)?shù)牟檎冶砗?或執(zhí)行提到的程 序代碼，來確定適當(dāng)?shù)姆峙涿}沖序列。將適當(dāng)?shù)姆峙涿}沖序列檢索到 的和/或計算的參數(shù)輸入到時間開關(guān)154，其產(chǎn)生適當(dāng)?shù)拈y門控制信號， 用于在產(chǎn)生分配脈沖序列時在確定的點打開和關(guān)斷控制閥門118至 120。
應(yīng)指出，由于環(huán)境壓強(qiáng)固定為已知的值，單獨的應(yīng)用不需要考慮 -當(dāng)前的環(huán)境壓強(qiáng)。類似地，可以固定溫度，使得在此情況下不需測量襯底溫度。這種條件將加速適當(dāng)?shù)姆峙涿}沖序列的查找。然而，當(dāng)溫 度可能發(fā)生變化時，測量它是有利的，以便能根據(jù)變化的溫度調(diào)節(jié)分 配脈沖序列的參數(shù)。例如，如果在清潔步驟中溫度升高，考慮緩和溫 度下的增長的蒸發(fā)速率，可以增加下面的噴霧脈沖以提供更大數(shù)量的 液體。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的液體處理方法的方框圖。在表l中提供了與 各種方框相對應(yīng)的文字。
參考數(shù)字文字
300開始
302開始監(jiān)控溫度和壓強(qiáng)
304對活動載體的數(shù)量進(jìn)行計數(shù)
306設(shè)定每個襯底的噴霧脈沖序列
308設(shè)定用于成批的所有襯底的總噴霧 脈沖序列
310產(chǎn)生控制信號并向控制閥門提供控 制信號
312下一批？
314結(jié)束
表1
方法幵始于步驟300。在步驟302中，開始監(jiān)測溫度和壓強(qiáng)。在 接下的步驟304中，對活動的CMP設(shè)備載體的數(shù)量進(jìn)行計數(shù)。然后， 使用可用載體的數(shù)量和活動的載體的數(shù)量，在步驟306中確定并設(shè)定 每個襯底的適當(dāng)?shù)膰婌F脈沖序列。在步驟308中設(shè)定用于所有活動載 體的總噴霧脈沖序列。接下來，產(chǎn)生閥門控制信號并且提供給需要用 于所需液體處理的所有控制閥門(步驟310)。在下一步驟312中，確 定在輸入級是否存在下一個數(shù)量的待處理的襯底。如果存在，處理支 路回到步驟304或302以確定工作載體的數(shù)量。如果沒有更多待處理 的襯底，方法結(jié)束于步驟314。圖4示出了要應(yīng)用到單個襯底的噴霧脈沖序列的示意性實例的時 序圖。橫坐標(biāo)示出了任意單元中的時間，縱坐標(biāo)示出了任意線性單元
中的流量計134至138中的一個測量的液體流量。在晶片裝載在液體 處理單元100之后，在t,和t2之間應(yīng)用化學(xué)制劑的第一脈沖402。在 中斷時間間隔t3-t2后，應(yīng)用具有t4-t3的持續(xù)時間的第二噴霧脈沖404。 在15和16之間及17和ts之間產(chǎn)生另外的兩個噴霧脈沖406和408，因 此結(jié)束圖4的液體處理循環(huán)。應(yīng)指出，第一噴霧脈沖402比后續(xù)的噴 霧脈沖404、 406和408延伸更長的時間間隔12+。例如，在初始表面 鈍化層的產(chǎn)生中，這種噴霧脈沖序列是有用的，其中相對于化學(xué)制劑 的總體積，需要更大量總體積的化學(xué)制劑以確保所述表面的完全鈍化， 以維持所述鈍化層。因此，第一噴霧脈沖402的持續(xù)時間比后續(xù)的脈 沖的持續(xù)時間長，以提供所需處理液體的更大體積。
圖5示出了噴霧脈沖序列的又一示意性示例。再次以與圖4的相 同坐標(biāo)的時序圖的形式示出了噴霧脈沖序列。圖5的示意性示例反映 了這種情況，其中在液體處理單元中處理總共三個晶片，并將其裝載 到提供用于4個襯底(即4載體)的空間的CMP工具上。為了本示 意性示例的目的，假定CMP工具的第二載體為非活動的。這種情形 可以通過執(zhí)行僅與檢測到的活動載體的數(shù)量相對應(yīng)的噴霧脈沖序列的 數(shù)量而考慮。在這種情況下，可設(shè)置在4晶片的完整集合存在時執(zhí)行 的第二噴霧脈沖序列。僅在第二噴霧脈沖序列的持續(xù)時間后重新開始 處理。
上述說明示出了根據(jù)本發(fā)明的控制的脈沖液體分配系統(tǒng)的益處。 特別地，液體處理期間使用的處理液體的數(shù)量比以前的方法大量降低。
對此處說明的實施例的變換是可能的。例如，不需要對所有脈沖 或脈沖序列的溫度和/或壓強(qiáng)測量。不考慮當(dāng)前或需要的條件，可經(jīng)驗 地確定、編程和執(zhí)行在更壞的情況的溫度和壓強(qiáng)值下的需要的順序。
當(dāng)解釋本說明和其相關(guān)聯(lián)的權(quán)利要求時，諸如"包括"、"包含"、 "合并"、"含有"、"是"和"具有"之類的表述應(yīng)以非排他的方式解 釋，g卩，解釋為也允許存在沒有明確準(zhǔn)確定義的其它項目或組件。對
多個的引用也可理解為對多個的引用，反之亦然。而且，本發(fā)明也可以比此處說明的實施例更少組件實現(xiàn)，其中一 個組件執(zhí)行多個功能。同樣也可以采用比圖中說明的更多元件實現(xiàn)本 發(fā)明，其中將通過該實施例中的一個組件執(zhí)行的功能分布在多個組件上。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易意識到說明中公開的各種參數(shù)可被修改， 并且在不偏離本發(fā)明的范圍下組合各種公開的和/或要求保護(hù)的實施 例。
應(yīng)約定，權(quán)利要求中的參考標(biāo)記不限制權(quán)利要求的范圍，只是插 入以提高權(quán)利要求的易讀性。
權(quán)利要求
1、一種用于處理襯底的液體處理單元(100)，包括貯液池(102、104、106)，用于存貯處理液體；分配器(108)，具有與所述貯液池連接的輸入端，以及輸出端，所述分配器配置為將輸入端接收到的處理液體分配到襯底上；控制閥門(118、120、122)，具有控制輸入端并且配置在所述貯液池和所述分配器的輸出端之間的液體連接路徑中，用于根據(jù)在控制輸入端接收到的閥門控制信號打開或關(guān)斷所述液體連接路徑；以及控制單元(152)，與所述控制閥門的控制輸入端相連，并且用于根據(jù)在襯底的給定或所需溫度下和/或襯底的氣態(tài)環(huán)境氣氛的給定或所需壓強(qiáng)下襯底上的處理液體的蒸發(fā)速率，設(shè)定將應(yīng)用到襯底上用于液體處理的分配脈沖(402、404、406、408)的數(shù)量、單個的分配脈沖的各個脈沖持續(xù)時間以及在所述單個的分配脈沖之間的各個分配中斷時間間隔；以及根據(jù)具有設(shè)定的分配脈沖(402、404、406、408)的數(shù)量、設(shè)定的各個分配脈沖持續(xù)時間和設(shè)定的在單個的分配脈沖之間的各個分配中斷時間間隔的分配脈沖序列，產(chǎn)生一系列的閥門控制信號并且提供給所述控制閥門，用于打開和關(guān)斷所述液體連接路徑。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體處理單元，包括襯底夾具(126) 和相關(guān)聯(lián)的第一監(jiān)控單元，所述監(jiān)控單元與控制單元相連接，并且配 置用于確定所述襯底夾具上襯底的存在，以及向控制單元提供第一監(jiān) 控信號，所述第一監(jiān)控信號表示所述襯底夾具上是否存在襯底，其中 所述控制單元(152)用于向控制閥門提供控制信號，該控制信號指令 所述控制閥門關(guān)斷，或者作為替代，當(dāng)監(jiān)控信號表示襯底夾具上不存 在襯底時指令所述控制閥門打開。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體處理單元，包括多個貯液池(102、 104、 106)，每個貯液池用于各個不同的處理液體，以及相應(yīng)數(shù)量的控 制閥門(118、 120、 122)，每個控制閥門具有控制輸入端，并配置在 各個貯液池和噴霧分配器的輸出端之間的各個液體連接路徑中，并且每個控制閥門用于根據(jù)在控制輸入端接收到的閥門控制信號打開或關(guān)斷各個液體連接路徑，其中所述控制單元(152)額外地配置為產(chǎn)生和 提供用于每個控制閥門的各個閥門控制信號。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的液體處理單元，包括混合單元(116)， 所述混合單元(116) —側(cè)互連于多個貯液池(102、 104、 106)之間 的液體連接路徑中，另一側(cè)互連于分配器(108)，并且所述混合單元(116)用于根據(jù)預(yù)定的混合比率向分配器提供輸入處理液體的均勻混 合物。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體處理單元，包括第二監(jiān)控單元，所 述第二監(jiān)控單元與包括多個載體的CMP設(shè)備的載體單元相關(guān)聯(lián)，配 置所述載體以夾持多個襯底，并且逐次地將單個的襯底暴露給液體處 理，所述第二監(jiān)控單元與控制單元(152)連接，并且配置為對活動 CMP設(shè)備載體(304)的數(shù)量進(jìn)行計數(shù)，并且配置為產(chǎn)生和提供表示 活動CMP設(shè)備載體的數(shù)量的第二監(jiān)控信號，其中所述控制單元(152)用于根據(jù)操作的CMP設(shè)備載體的計數(shù) 數(shù)量，產(chǎn)生和提供用于每個襯底的控制閥門的闊門控制信號(310)的 序列。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的液體處理單元，包括處理液體收集單元， 所述處理液體收集單元具有收集容器(140)，排列并配置用于在所述 襯底夾具(126)的處理位置下面收集用過的處理液體。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的液體處理單元，還包括清潔單元(142 至150)，所述清潔單元與所述收集容器液體連接，并且配置用于過濾 和凈化所收集的處理液體。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體處理單元，其中所述分配器(108) 用于以噴霧的形式輸出所述處理液體。
9、 一種化學(xué)機(jī)械平整(CMP)設(shè)備或CMP后襯底清潔設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體處理單元。
10、 一種用于襯底的液體處理的方法，包括將處理液體分配到襯 底表面上以獲得所需液體處理結(jié)果的步驟，在所述分配步驟之前包括以下步驟-根據(jù)在襯底的給定或所需溫度下和/或在襯底的氣態(tài)環(huán)境氣 氛的給定或所需壓強(qiáng)下襯底上的處理液體的蒸發(fā)速率，設(shè)定(306)在分配步驟期間將應(yīng)用到襯底上的分配脈沖(402、 404、 406)的數(shù)量、 單個的分配脈沖的各個脈沖持續(xù)時間以及在所述單個的分配脈沖之間 的各個分配中斷時間間隔； 其中所述分配步驟包括應(yīng)用分配脈沖序列，所述分配脈沖序列具有設(shè)定數(shù)量的分配 脈沖、設(shè)定的各個脈沖持續(xù)時間和設(shè)定的在單個分配脈沖之間的各個 分配中斷時間間隔。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，包括在所述設(shè)定步驟之前，測 量所述處理液體的蒸發(fā)速率、襯底溫度和氣態(tài)環(huán)境氣氛壓強(qiáng)中的至少 一個的步驟(302)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，包括在所述分配步驟之前，維 持所述處理液體的溫度在所需溫度值的步驟。
13、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，包括第一步驟(304)，所述第 一步驟在應(yīng)用所述分配脈沖序列的步驟之前，所述第一步驟監(jiān)測襯底 夾具以確定襯底夾具上是否存在襯底，其中如果在襯底夾具上檢測不 到襯底，則不應(yīng)用所述分配脈沖序列。
14、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，包括在所述分配步驟之后，收 集用過的處理液體的步驟。
15、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，包括再循環(huán)所收集的用過的處 理液體的步驟。
16、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，包括清潔所收集的用過的處理 液體的步驟。
17、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中在噴霧步驟之前，合并至少兩個部分處理液體以形成分配的處理液體。
18、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中分配所述處理液體的步驟包括將所述處理液體噴霧到所述襯底表面上。
19、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括，在所述設(shè)定步驟之前，確定處理液體數(shù)量的步驟，需要所述步驟以根據(jù)襯底的給定或所需溫 度下和氣態(tài)氣氛的給定或所需壓強(qiáng)下襯底上的處理液體的蒸發(fā)速率， 實現(xiàn)各個分配脈沖的所需處理結(jié)果，其中在所述液體處理步驟期間或 之后將襯底存貯在所述氣態(tài)氣氛中。
20、根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，在化學(xué)機(jī)械平整方法或化學(xué)機(jī)械平整后的清潔方法之前、期間或之后，將所述方法用于襯底的液體 處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及節(jié)約成本的液體處理單元(100)。根據(jù)本發(fā)明，控制單元(152)，連接到控制閥門(118、120、122)的輸入端，用于根據(jù)在襯底的給定或所需溫度下和/或襯底的氣態(tài)周圍空氣的給定或所需的壓強(qiáng)下襯底上的處理液體的蒸發(fā)速率單個的分配脈沖的各個脈沖持續(xù)時間，以及在單個的分配的脈沖之間的各個分配中斷的時間間隔，設(shè)定將應(yīng)用到襯底用于液體處理分配脈沖的數(shù)量。如此，將處理液體的使用減小到最小數(shù)量，因此，減少了用于提供和清潔處理液體的成本。
文檔編號H01L21/00GK101473413SQ200780004144
公開日2009年7月1日 申請日期2007年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月1日
發(fā)明者奧利維耶·杜甫瑞爾, 斯丹·科爾迪克, 西奧多·卡拉姆比麗斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司