具有整合基板对准台的干燥系统

技术领域

本公开关于用于干燥和对准基板的方法和系统。

背景技术

集成电路通常通过导电层、半导体层或绝缘层的顺序沉积以及通过所述层的后续处理而在基板(例如，半导体晶片)上形成。

化学机械抛光(CMP)是一种在集成电路制造中使用的用于平坦化基板表面的工艺。通常，CMP是通过提供压抵抛光表面的基板之间的相对运动来执行的。

在抛光后，基板必须被清洁和干燥，以有效地从基板的表面移除污染物。这些污染物可包括来自抛光浆料的研磨颗粒、由于抛光而从基板移除的材料、从抛光垫研磨掉的颗粒、或其他微粒或化学污染物。通过使用在清洁流体槽中的含水清洁、擦光刷、擦光垫或冲洗浴中的一者或多者，可以达到期望的清洁水平。湿基板的干燥可以使用旋转干燥或通过Marangoni干燥来执行。在CMP后的清洁和干燥之后，基板由工厂界面机器人卸载。在将基板从清洁器卸载后，可以通过工厂接口模块中的内联系统或使用独立的计量系统来执行基板的测量，例如，以检测厚度跨基板的变化。

发明内容

在一个方面中，一种基板清洁和干燥系统包括：清洁站，所述清洁站包括用于将基板保持在实质上竖直的取向上的第一支撑件；干燥站，所述干燥站与所述清洁站相邻地定位；清洁器机器人，所述清洁器机器人用于将基板从所述清洁站转移到所述干燥站；对准器台，所述对准器台与所述干燥站相邻；机器人臂，所述机器人臂可在用于从所述干燥站接收所述基板的实质上竖直的第一位置与用于将所述基板释放到所述对准器台上的实质上水平的第二位置之间旋转；工厂接口模块，所述工厂接口模块用于支撑用于保持多个基板的盒；以及工厂接口机器人，所述工厂接口机器人用于在处于水平取向上时将基板从所述对准器台转移到所述工厂接口模块中。所述干燥站包括用于容纳液体的槽、用于将所述基板在所述液体中保持在大致竖直的取向上的第二支撑件、以及用于递送包括表面活性剂的干燥流体的分配器。所述对准器台包括可旋转支撑件，所述可旋转支撑件用于将基板保持在实质上水平的取向上以及围绕实质上垂直于基板的轴将基板旋转到期望取向。

在另一方面中，一种用于在CMP清洁器中使用的基板干燥系统包括：干燥站，所述干燥站具有干燥器；对准器台，所述对准器台与所述干燥站相邻；以及机器人臂，所述机器人臂可在所述干燥器上方的第一位置与用于将基板释放到所述对准器台的所述可旋转支撑件上的第二位置之间移动，其中所述基板处于总体水平的取向上。所述对准器台包括可旋转支撑件，所述可旋转支撑件用于将所述基板保持在实质上水平的位置以及将所述基板旋转到期望的取向。

在另一方面中，一种操作干燥系统的方法包括：用竖直干燥工艺干燥第一晶片；将所干燥的第一晶片倾斜到水平取向；以及围绕竖直轴对准所述第一晶片，与此同时用所述竖直干燥工艺干燥第二晶片。

某些实施方式可包括但不限于以下可能的优点中的一者或多者。可以更高效地执行基板的干燥和对准，从而提高产量。减少干燥和对准基板所需的机器人移动的总次数允许机器人保持其稳定状态循环并精简了工艺。平均处理时间的减少可降低每个基板的成本。基板可被对准并以期望取向插入到内联计量系统或基板盒中。

在附图和说明书中阐述了一个或多个实施方式的细节。根据说明书、附图和权利要求书，本主题的其他特征、方面和优点将变得显而易见。

附图说明

图1是化学机械抛光系统的示意性俯视图。

图2是包括干燥站和基板对准台的干燥系统的示意性侧视图。

图3是定位在干燥器内的基板和喷嘴的示意性特写图。

图4A至图4E是示出干燥系统同时处理一个基板和对准另一基板的操作的示意性透视图。

各个附图中相同的附图标记和名称指示相同的元素。

具体实施方式

在化学机械抛光之后，基板需要被清洁和干燥以移除碎屑和污染物。在这个工艺之后，由工厂界面机器人拾取基板。随后工厂界面机器人将基板放入内联计量站或基板盒中。然而，当插入到在线计量站或基板盒中时，基板通常必须处于预定的取向，即“对准”。尽管工厂接口机器人通常具有足够的自由度来旋转基板以实现所需的对准，但是这些步骤耗费时间，在所述时间期间工厂接口机器人不能执行其他功能，例如将另一基板从盒传送到抛光系统。因此，由工厂接口机器人对准基板所需的时间会降低产量并增加处理时间。

可以解决这些问题中的一个或多个问题的方法是结合对准系统作为CMP后干燥工艺的一部分，并且将对准系统与工厂接口机器人对接。

图1示出了化学机械抛光(CMP)系统100的内部视图。系统100通常包括工厂接口102、输入穿过站104、抛光机106和清洁器108，所述清洁器具有干燥站134，所述干燥站具有干燥器(例如Marangoni干燥器)，用于干燥已经清洁的基板。所述四个主要部件通常设置在CMP系统100内。

工厂接口102包括用于保持多个基板盒110的支撑件、包封腔室的壳体111、以及一个或多个工厂接口机器人112。工厂接口机器人112通常提供在盒110与系统100的其他模块之间(例如，从盒110至输入站104和从清洁器108的干燥站134返回至盒110)转移基板所需的运动范围。

未处理的基板通常由工厂接口机器人112从盒110转移到输入站104。输入站104通常促进在工厂接口机器人112与转移机器人114之间转移基板。转移机器人114在输入站104与抛光机106之间转移基板。

抛光机106通常包括转移站116和一个或多个抛光站118。转移站116被配置为从转移机器人114接收基板，并将基板转移到在抛光期间保持基板的承载头124。在基板上执行抛光操作之后，承载头124将把基板转移回转移站116。

每个抛光站118包括可旋转盘形压板，抛光垫120安置在所述可旋转盘形压板上。压板可操作以绕轴旋转。抛光垫120可以是具有外部抛光层和较软的背衬层的双层抛光垫。抛光站118进一步包括分配臂122，用于将抛光液(例如，研磨浆料)分配到抛光垫120上。在研磨浆料中，研磨颗粒可以是氧化硅，但是对于一些抛光工艺，使用氧化铈研磨颗粒。抛光站118也可以包括调节器头123，用于将抛光垫120维持在一致的表面粗糙度。

随后转移机器人114从抛光机106移除基板。在一些实施方式中，转移机器人114将基板以水平取向从抛光机106移除，并将基板竖直地重新定向以放置在清洁器108中。

清洁器108通常包括一个或多个可以独立操作或协同操作的清洁站。例如，清洁器108可包括一个或多个刷或抛光垫清洁器130、131和兆频超声波(megasonic)清洁器132。简而言之，垫清洁器130包括腔室，可以将基板放置在所述腔室中，并且旋转刷或自旋擦光垫接触所述基板的表面以移除任何残留的微粒。在兆频超声波清洁器132中，高频振动在清洁液中产生受控的空化以清洁基板。在清洁后，将基板转移到干燥站134中的干燥器中。干燥站134也可以用作冲洗和干燥站，例如，用于在冲洗液中冲洗基板，并且随后当基板被从冲洗液移除时干燥基板。

在一些实施方式中，清洁站中的至少两个清洁站被配置为在清洁工艺期间将基板保持在实质上竖直的取向上，例如偏离竖直轴至多15°。基板可以由从轨道悬吊并可沿轨道移动的清洁器机器人臂在清洁站与干燥站之间在实质上竖直的取向上转移。控制器140可以使机器人臂保持每个基板并将每个基板沿着轨道从一个站移动到下一个站。干燥站134可以与轨道端部处的清洁器108相邻地定位。

如图2所示，干燥站134包括液体(B)(例如，冲洗液)的槽201和支撑件204，所述支撑件将基板205保持在实质上竖直的取向上，例如偏离竖直轴至多15°。干燥器211(例如Marangoni干燥器)作为槽201的一部分或支撑在槽201上方。图3更详细地示意性示出了干燥器211的操作。在Marangoni干燥器中，将可与液体(B)混溶的溶剂(S)(例如，液态或气态的异丙醇(IPA))引入到流体弯月面(M)，所述弯月面是在基板被从浴中提起时或在浴流体被排放经过基板时形成的。溶剂沿着液体的表面被吸收，其中在弯月面的尖端处溶剂的浓度更高。所述更高的溶剂浓度导致弯月面尖端处的表面张力低于浴液的主体中的表面张力，从而导致浴液从干燥弯月面朝向主体浴液流动。此类流动被称为“Marangoni”流动，并可用于实现基板干燥，而不会在基板上留下条纹、斑点或浴残留物。

作为一个示例，在干燥器211内，具有一个或多个干燥蒸汽喷嘴325的干燥蒸汽供应被定位成当基板305被从槽201提起时，使干燥蒸汽流过基板305的整个水平直径。干燥蒸汽可以是溶剂，例如异丙醇。干燥蒸汽喷嘴325优选地定位成使得干燥蒸汽将在空气/基板/冲洗液界面处被冲洗液吸收，并且所述界面优选地形成弯月面(如由图3中的虚线圆“M”所包围的)。或者，溶剂可以液体形式供应到槽201中以在浴流体(B)的顶部形成液膜。此外，具有一或多个冲洗流体喷嘴323的可选冲洗液供应可被定位为当基板305被从槽201提升到干燥器211中时，在基板305的整个水平直径上喷涂冲洗液。

返回到图2，将基板205降低到槽201中，如箭头203a所示。基板205由支撑件204保持在槽201中的第一位置202a处。可以由清洁器机器人臂将基板205直接降低到槽201中，从而将基板205转移到槽中的支撑件204上。或者，当支撑件204在槽201上方时，可以由清洁器机器人臂将基板205放置在支撑件204上，并且随后可以将带有基板205的支撑件204下降到槽201中。作为又另一替代方案，可以在槽201上方将基板205从清洁器机器人臂交接到专用机器人，所述专用机器人将基板降低到槽中的支撑件204上。

如由箭头203b所示，由第一机器人臂202将基板205从槽201中的第一位置202a实质上竖直地抬升到第二位置202b。第一机器人臂202可以沿着偏离竖直至多15°的轴提升基板205。在第二位置202b中，可以将基板205整个从槽201移除(如图2所示)，或者基板205可以仅部分在槽201之外，例如，大约一半在槽201之外。在一些实施方式中，超过一半的基板在液位(例如，来自槽的液位)上方，例如，25-40％的基板可以浸没在槽中的液体中或者在干燥蒸汽被供应到基板的位置下方。类似地，在第二位置202b中，基板205可以完全在干燥器211上方，或者仍然部分在干燥器中。

第一机器人臂202可以由清洁器机器人臂(即，将基板205降低到槽201中的同一机器人臂)提供。或者，如果支撑件204是竖直可移动的，则第一机器人臂202可由支撑件204提供，即，支撑件204将基板205提升到槽201外。作为又另一替代方案，可以例如由清洁器机器人臂将基板205降低到槽201中的支撑件204(在图2中以虚线示出)(例如，静止支撑件)上，并且随后可以使用单独的机器人臂将基板205提升离开支撑件204并提升到槽201外。例如，第一机器人臂202可以是推杆销，所述推杆销将基板从底部部分地推出槽201。或者，第一机器人臂202可包括凹口的主体，用于保持基板的底部边缘和从基板的底部边缘处的点提升；以及双指夹持器，用于将基板的顶部边缘保持就位。

在第二位置202b中，将基板205从第一机器人臂202转移到第二机器人臂221，例如，输出站臂。例如，第二机器人臂221可以从第一机器人臂202以实质上竖直的取向(例如，偏离竖直轴至多15°)拾取基板205。当第二机器人臂221正在保持基板205时，可以将第一机器人臂202重新插入槽中或者在槽内下降回到第一位置202a。

如果处于交接位置(即，第二位置202b)的基板没有完全离开槽201和干燥器211，则第二机器人臂221可以实质上竖直地提升基板205，直到基板205已经离开槽201和干燥器211。如由箭头222所示，从基板205已经离开槽201和干燥器211的位置，第二机器人臂221将基板205从实质上竖直的取向221a(例如，偏离竖直轴至多15°)倾斜到实质上水平的取向221b(例如，偏离水平轴至多15°)，并将基板205放置到对准器台231的可旋转基座232上。基板205搁置在对准器台231的可旋转基座232上的第三位置202c中，如图2所示。基板205可以通过真空吸力耦接至可旋转基座232，所述真空吸力可以在基座232旋转期间将基板205保持就位。或者，可以由基板边缘夹持器或辊旋转基板205，所述基板边缘夹持器或辊可以保持基板205并将所述基板旋转到期望的取向。

第二机器人臂221可包括凹口的主体，用于保持基板的顶部边缘并从基板的顶部边缘处的点(例如，在第一机器人臂202的夹持器的两个指状物之间的点)进行提升；以及双指夹持器，用于保持基板的底部边缘(例如，在第一机器人臂202的凹口的主体的相对侧上)。例如，一旦基板205被提升到槽201外，第二机器人臂221就夹持基板205，第一机器人臂202释放基板205并缩回，随后第二机器人臂221将晶片移动到水平取向。

在一些实施方式中，不是单独的第一机器人和第二机器人，而是单个机器人臂用于将基板205从槽201中的第一位置202a提升到在槽201之外并且在干燥器211上方的第二位置202b，并且随后将基板205从第二位置202b旋转到对准器台231上方的实质上水平的第三位置202c。

在对准传感器234检测基板205的取向的同时，可旋转基座232如由箭头233所示旋转。控制器140可用于指定基板205的期望取向。一旦对准工艺完成，即基板已经被旋转到期望的取向，工厂接口机器人112就从可旋转基座232以实质上水平的取向拾取基板205，并将基板205传送出干燥站134。由箭头242示出了工厂接口机器人112的移动。以此方式，对准系统可以整合作为CMP后干燥工艺的一部分，所述CMP后干燥工艺是到工厂接口机器人的交接的一部分。下面参照图4A至图4E更详细地描述同时干燥和对准多个基板的工艺。

图4A图示了处于实质上竖直的取向(例如，偏离竖直轴至多15°)上的第二机器人臂221(例如，输出站臂)、对准器台231和处理第一基板205a的干燥器201。由于第一基板205a以实质上竖直的取向(例如，偏离竖直轴至多15°)定位在干燥器201中，所以第一基板205a的干燥被称为竖直干燥工艺。如图4B所示，一旦干燥完成，第一机器人臂202就将第一基板205a竖直地部分或全部移到槽201和干燥器211外，并且第二机器人臂221以如上文参考图2所述的方式拾取基板。接下来，如果需要，则第二机器人臂221完成将基板提升到槽201和干燥器211外。随后，第二机器人臂221从实质上竖直的取向倾斜到实质上水平的取向(例如，偏离水平轴至多15°)(如箭头251所示)，并将第一基板205a放置到对准器台231上，如图4C所示。与此同时，第二基板205b(如图4D所示)可以上面参照图2所述的方式进入干燥器201。

现在参考图4D，如箭头253所示，对准器台231将第一基板205a旋转到期望取向。对准器台231可以顺时针或逆时针旋转基板205a。旋转可以围绕垂直于基板表面的轴进行，并且所述轴可以穿过基板的中心。与此同时，当第二基板205b正在干燥器201中被处理的同时，如箭头252所示，第二机器人臂221从水平取向倾斜回到竖直取向(例如，偏离竖直轴15°)。接下来，参考图4E，一旦第一基板205a的对准工艺完成，工厂接口机器人112就如箭头242所示朝向对准器台231移动，以实质上水平的取向从对准器台231拾取第一基板205a，并以箭头243所示的方向将所述第一基板移出干燥站。与此同时，第二基板205b竖直移出干燥器201，并以如上文参考图2所述的方式与第二机器人臂221对接。

以此方式，可以在一个干燥站中同时干燥和对准多个基板，从而导致显著的产量增加和处理时间减少。由于干燥器201不需要在开始处理第二基板205b之前等待工厂接口机器人取回(retrieve)第一基板205a，因此干燥器生产率可以提高高达18％。此外，可以减少每次基板对准需要由工厂接口机器人112执行的移动次数，使得工厂接口机器人112能够维持其稳定状态循环并提高生产率。

在另一实施方式中，对准器台231可以用用于晶片输出的静态站代替，使得直接由工厂接口机器人112从静态站拾取基板205a，并将所述基板移出以进行进一步处理，而无需对准。使用此种实施方式，工厂接口机器人112仍然与干燥站关键路径解耦，从而允许与上面参照图4A至图4E所述的优点相同的优点，诸如显著的产量增加和处理时间减少。

本文所述的系统的控制器和其他计算设备部件可以在数字电子电路系统中实施，或者在计算机软件、固件或硬件中实施。例如，控制器可包括处理器，用于执行存储在计算机程序产品中(例如，非暂态机器可读存储介质中)的计算机程序。此种计算机程序(也称为程序、软件、软件应用或代码)可以用包括编译或解释语言的任何形式的编程语言编写，并且此种计算机程序可以以任何形式部署，这些形式包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程、或适合在计算环境中使用的其他单元。

尽管本文件包含许多特定的实施细节，但这些实施细节不应被解释为对任何发明或可能主张保护的范畴的限制，而是作为对特定于特定发明的特定实施例的特定特征的描述。本文件中在单独实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实施。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独实施或者以任何合适的子组合实施。此外，尽管特征可以在上面被描述为以某些组合起作用并且甚至最初如此要求保护，但是来自所要求保护的组合的一个或多个特征在一些情况下可以从所述组合中删除，并且所请求保护的组合可涉及子组合或子组合的变体。

因此，已经描述了主题的特定实施例。其他实施例在以下权利要求书的范畴内。