一种基板后处理装置和方法与流程

本发明涉及化学机械抛光后处理技术领域，尤其涉及一种基板后处理装置和方法。

背景技术：

化学机械抛光（chemicalmechanicalplanarization,cmp）是一种全局平整化的超精密表面加工工艺。由于化学机械抛光中大量使用的化学试剂和研磨剂会造成基板表面的污染，所以在化学机械抛光之后需要引入后处理工艺，后处理工艺一般由清洗和干燥组成，以提供光滑洁净的基板表面。

在通常的后处理工艺中，湿式清洗较为常用，其一方面利用机械作用使基板表面的污染物脱离并进入清洗液中，另一方面利用清洗液与基板表面的污染物发生化学反应使其溶解到清洗液中，从而实现从基板表面去除污染物。

专利cn104956467b公开了一种用于化学机械平坦化的基板清洗设备，其中清洗部分包括并列的数个清洗模块和烘干模块以使晶圆依次通过，晶圆竖直放入清洗模块的腔室中进行刷洗，刷洗完毕后再送入烘干模块进行烘干。

现有技术中将清洗和烘干分为多个模块，体积较大。且湿式清洗方法一般是将基板竖直放置在容器内进行旋转同时向基板喷淋清洗液，在此过程中，从基板表面溅射的清洗液飞散至容器内壁后会反弹而重新落在基板表面造成基板的二次污染，清洗效果差。并且为了消除二次污染的影响需要反复多次对基板进行冲洗，增加了清洗液的使用量，导致耗材浪费，提高生产成本，且反复冲洗过程增加了清洗时间，降低了清洗效率。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种基板后处理装置和方法，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明实施例的第一方面提供了一种基板后处理装置，包括：用于旋转基板的承载单元、向基板喷射流体的供给单元、流体收集单元以及环状挡板组件；挡板组件围绕承载单元设置且挡板组件内壁与基板边缘的距离设置成使得从该基板溅射至该挡板组件内壁的流体不会反溅至该基板表面。

在一个实施例中，承载单元和挡板组件均位于流体收集单元内，挡板组件位于承载单元外侧，承载单元使基板保持水平。

在一个实施例中，挡板组件内壁与基板边缘的水平距离为30mm至100mm。

在一个实施例中，流体收集单元包括两个以上环形腔室，以分别收集不同类型的流体。

在一个实施例中，挡板组件包括第一挡板，其具有平行于流体收集单元外壁的竖部以及分别从竖部的上部朝承载单元向上倾斜延伸的上斜部和朝承载单元向下倾斜延伸的下斜部，上斜部和下斜部将从基板溅射的流体引导至流体收集单元的第一腔室，竖部将从基板溅射的流体引导至流体收集单元的第二腔室，第一腔室位于第二腔室内侧。

在一个实施例中，挡板组件还包括位于第一挡板外侧的第二挡板，其由平行于流体收集单元外壁的竖直部和从竖直部的上部朝承载单元向上倾斜延伸的倾斜部构成。

在一个实施例中，基板后处理装置还包括用于控制挡板组件独立升降的挡板升降单元。

在一个实施例中，挡板升降单元包括气缸、活动连板和挡板支撑杆，气缸的一端连接流体收集单元，气缸的另一端连接活动连板，活动连板通过挡板支撑杆与挡板组件连接以通过气缸带动挡板组件升降。

在一个实施例中，供给单元包括至少一个上表面喷淋组件和至少一个下表面喷淋组件。

在一个实施例中，上表面喷淋组件包括喷嘴、机械臂和供流管路，供流管路与喷嘴接通，机械臂与喷嘴连接以带动喷嘴移动。

本发明实施例的第二方面提供了一种基板后处理方法，应用于如上所述的基板后处理装置，该方法包括：

利用承载单元旋转基板；

在供给单元向基板喷射流体时，采用挡板组件将从基板溅射的流体引导至流体收集单元且使溅射至挡板组件内壁的流体不会反溅至基板表面。

本申请所述的基板后处理装置和方法，其有益效果包括：通过设定挡板组件内壁与基板边缘的距离，实现了在挡板组件挡住从基板溅射的流体的同时使该流体不会反溅至基板，避免了从基板表面飞散的流体反溅而再次沾染基板造成的二次污染，改善了清洗效果，从而可以减少流体的冲洗次数，节省耗材，缩短处理时间，提高效率。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，但这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：

图1为本发明的一个实施例提供的基板后处理装置的结构示意图；

图2示出水平距离、转速和液体反溅比例的关系曲线；

图3a至图3c为用于说明在挡板移动时流体飞散方向的示意图；

图4为本发明的另一实施例提供的基板后处理装置在一竖直剖面的剖视图；

图5为本发明的另一实施例提供的基板后处理装置在另一竖直剖面的剖视图；

图6为本发明的又一个实施例提供的俯视基板后处理装置的简化示意图；

图7为本发明的一个实施例提供的基板后处理装置的箱体示意图；

附图标记说明：

w、基板；

1、承载单元；a1、中轴；11、基板承载盘；111、夹持件；12、旋转轴；13、动力组件；14、底座；

2、供给单元；21、上表面喷淋组件；211、喷嘴；212、可移动机械臂；213、供流管路；22、下表面喷淋组件；

3、流体收集单元；31、第一腔室；32、第二腔室；33、排液孔；

4、挡板组件；41、第一挡板；411、上斜部；412、下斜部；413、竖部；42、第二挡板；421、倾斜部；422、竖直部；

5、挡板升降单元；51、气缸；52、活动连板；53、挡板支撑杆。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。应当理解的是，除非特别予以说明，为了便于理解，以下对本发明具体实施方式的描述都是建立在相关设备、装置、部件等处于原始静止的未给与外界控制信号和驱动力的自然状态下描述的。

如图1所示，本发明实施例所提供的一种基板后处理装置，包括：用于旋转基板w的承载单元1、向基板w喷射流体的供给单元2、流体收集单元3以及环状挡板组件4；挡板组件4围绕承载单元1设置且挡板组件4内壁与基板w边缘的距离设置成使得从该基板w溅射至该挡板组件4内壁的流体不会反溅至该基板w表面。

如图1所示，承载单元1和挡板组件4均位于流体收集单元3内，挡板组件4位于承载单元1外侧。承载单元1使基板w保持水平，并且，承载单元1带动基板w围绕中轴a1旋转。本申请中所述的“内侧”、“外侧”均是以该中轴a1为中心相对其离开的方向描述的。

本实施例中，在承载单元1带动基板w水平旋转的过程中，供给单元2向基板w表面喷射流体，同时挡板组件4围绕在基板w外侧以阻挡从基板w上向外飞散的流体并将其引流至流体收集单元3，进一步地，挡板组件4设置为距离基板w足够远以使从基板w溅射至挡板组件4内壁的流体不会反溅至基板w表面。可以理解的是，这里所说的流体不会反溅意指与现有后处理技术相比只有极少量的流体会反溅回基板w表面，换言之，是指从基板w表面飞散的液体中至少有90%以上的液体不会反溅，而不是完全绝对的不反溅。

本发明实施例通过设定挡板组件4内壁与基板w边缘的距离，实现了在挡板组件4挡住从基板w溅射的流体的同时使该流体不会反溅至基板w，避免了基板w的二次污染，改善了清洗效果。

在本发明的一个实施例中，为了实现从基板w溅射至挡板组件4内壁的流体不会反溅至基板w表面，设定挡板组件内壁与基板边缘的水平距离为30mm至100mm，相应的，在清洗时承载单元1带动基板w旋转的转速限定为300rpm至800rpm。优选的，可以设定挡板组件内壁与基板边缘的水平距离为45mm至60mm。

需要说明的是，清洗时一般采用较低的转速以防止基板w高速旋转导致的从基板w飞散的液体提速从而加剧反溅，然而在干燥时为了提高基板w表面脱水的速度可以采用更高的转速，甚至可以提速至3000rpm。

如图2所示，示例了四组水平距离l、转速和液体反溅比例的关系曲线。

其中，液体反溅比例为使用高速相机观察到的从挡板反溅至基板w表面的液体与从基板w向外飞散的液体总量之间的比例百分数的估计值。水平距离l和转速均为测量值。

由图2可见，当水平距离l增加时液体反溅比例大幅度的减小，并且液体反溅比例也会随转速增加而增加。为了满足液体反溅比例不大于10%，应当选择合适的水平距离与转速配合，另外由于晶圆厂生产车间面积的限制使装置直径不易过大，所以水平距离也不能无限增大，故优选了本实施例中的技术参数。

在一个实施例中，供给单元2可以按照不同的清洗和干燥需求分别向基板喷射不同类型的流体，包括用于清洗基板的清洗液和用于干燥基板的干燥气体以分别实现清洗作业和干燥作业。在清洗作业中，供给单元2提供的清洗液一般分为水、酸性溶液和碱性溶液，溶液成分主要包括ph调节剂、络合剂、缓蚀剂，ph调节剂用于调整溶液的ph值，络合剂主要用于去除金属离子，缓蚀剂用于防止清洗时对基板w的腐蚀。干燥作业时，干燥气体可以是洁净空气、氮气、异丙醇蒸气等。

本实施例中可以将清洗和干燥集成在一个腔室中实现，能够减小设备体积。

如图1所示，在一个实施例中，流体收集单元3包括两个以上同心设置的环形腔室，以分别收集不同类型的流体，例如分别收集酸性液体或碱性液体的腔室，可防止不同类型的液体混合从而发生反应造成安全隐患。

图1中示出了流体收集单元3包括两个腔室的示例，分别为位于内侧的第一腔室31和位于外侧的第二腔室32。

如图1所示，每个腔室的底面上均设有排液孔33，排液孔33可以通过排液管路（未示出）将流体收集单元3内的液体排出。不同腔室的排液孔33可以连接不同的排液管路以将不同的液体分别单独回收。

如图1所示，在一个实施例中，挡板组件4可以包括同心间隔设置的多个挡板。挡板可以设置为可单独升降的，在不同的挡板与基板w的周端面相对时，可以将从基板w溅射的不同液体引导至流体收集单元3的不同腔室。图1中示出了挡板组件4包括第一挡板41和第二挡板42的示例，可以理解的是，挡板组件4还可以包括其他数量的挡板。挡板的材料可以选用耐酸碱的塑料，例如聚丙烯（pp）材料、聚苯硫醚（pps）材料或聚氯乙烯（pvc）材料等。

如图1所示，第一挡板41具有平行于流体收集单元3外壁的竖部413以及分别从竖部413的上部朝承载单元1向上倾斜延伸的上斜部411和朝承载单元1向下倾斜延伸的下斜部412。

如图1所示，第二挡板42由平行于流体收集单元3外壁的竖直部422和从竖直部422的上部朝承载单元1向上倾斜延伸的倾斜部421构成。

其中，第一挡板41和第二挡板42均可以一体成型。第一挡板41的上斜部411与下斜部412之间的夹角可以为圆角。第二挡板42的倾斜部421与竖直部422之间的夹角也可以为圆角。

竖部413和竖直部422还可向大体平行于流体收集单元3外壁的方向直线延伸，例如与竖直面呈一定夹角，只需满足能够防止从其外侧流下的流体倒流入其内侧的腔室即可。上斜部411和倾斜部421的剖面形状可以为直线状或平滑上凸的弧状，下斜部412的剖面可以为直线状或平滑下凹的弧状。

作为一种可实施方式，第一挡板41的上斜部411与水平面的夹角可以为15°至45°，下斜部412与水平面的夹角可以为20°至80°。第二挡板42的倾斜部421平行于第一挡板41的上斜部411。上斜部411、下斜部412、竖部413、倾斜部421和竖直部422的长度均可为30至80mm。第一挡板41内壁与基板边缘的水平距离为45mm至55mm。第二挡板42底端距第一挡板41底端的水平距离可为10至50mm。第一挡板41或第二挡板42的升降行程，即升至最高位与降至最低位之间的距离可以为40至80mm。最高位高于基板表面的距离可以为20至40mm。

例如，上斜部411与水平面的夹角为20°，下斜部412与水平面的夹角为45°，上斜部411、下斜部412、竖部413、倾斜部421和竖直部422的长度分别为50mm、45mm、40mm、50mm和40mm。第二挡板42底端距第一挡板41底端的水平距离为15mm。

图3a至图3c示出了第一挡板41和第二挡板42在不同位置时流体的引导方向。

如图3a所示，在第一挡板41上升至与基板w的周端面相对时，第一挡板41的上斜部411和下斜部412将从基板w溅射的液体引导至流体收集单元3的第一腔室31。其中，第一腔室31的外侧壁顶端距中轴a1的距离大于下斜部412底端距中轴a1的距离，以使第一腔室31能够完全接收从下斜部412流下的液体。

如图3b所示，在第一挡板41下降同时第二挡板42上升至与基板w的周端面相对时，第二挡板42的倾斜部421和竖直部422与第一挡板41的竖部413配合，以将从基板w溅射的液体引导至流体收集单元3的第二腔室32，并且此时第一挡板41的竖部413可以防止液体倒流入第一腔室31。其中，第二腔室32的外侧壁距中轴a1的距离大于竖直部422底端距中轴a1的距离，以使第二腔室32能够完全接收从竖直部422流下的液体。

如图3c所示，在第一挡板41和第二挡板42均下降至低于基板w时，流体收集单元3的外壁可将基板w溅射的液体引导入其腔室内。其中，流体收集单元3的外壁高于基板w表面，以使基板w溅射的液体不会飞出流体收集单元3。

如图4和图5所示，在本发明的一个实施例中，基板后处理装置还包括用于控制挡板组件4独立升降的挡板升降单元5。挡板升降单元5可以设有多个以分别与多个挡板一一对应连接。

如图4所示，设有与第一挡板41连接的一挡板升降单元5。该挡板升降单元5包括气缸51、活动连板52和挡板支撑杆53。气缸51的基座511可拆卸地固定安装至流体收集单元3的底壁使得气缸基座511相对于流体收集单元3固定，气缸51向外伸出的活塞杆512连接至活动连板52，活动连板52通过挡板支撑杆53与一个挡板连接，使得当活塞杆512运动时可通过活动连板52和挡板支撑杆53带动挡板沿竖直方向上下移动，如图4中双向箭头ab所示，其中a表示向上的方向，b表示向下的方向。

类似地，作为一种替代实施方式，气缸51的活塞杆512可拆卸地固定安装至流体收集单元3的底壁，气缸51的基座511与活动连板52固定连接，同样可以实现当活塞杆512运动时通过活动连板52和挡板支撑杆53带动挡板沿竖直方向上下移动。

如图5所示，还设有与第二挡板42连接的另一挡板升降单元5，用于带动第二挡板42沿图中双向箭头ab所示方向移动。该挡板升降单元5的结构和图4中与第一挡板41连接的挡板升降单元的结构相同，运动原理也相同。

需要理解的是，图4中与第一挡板41连接的一挡板升降单元可以和图5中与第二挡板42连接的另一挡板升降单元平行设置。也就是说，图4中的气缸51和图5中的气缸51设置在流体收集单元3底壁的不同位置，以使图4中的活动连板52和图5中的活动连板52平行。

如图4所示，在一个实施例中，承载单元1包括基板承载盘11、旋转轴12、动力组件13和底座14。动力组件13固定于底座14内，基板承载盘11、旋转轴12和动力组件13依次连接以使动力组件13驱动旋转轴12转动以带动基板承载盘11旋转。作为本实施例的进一步改进，基板承载盘11的边缘处可设置多个夹持件111以将基板w可拆卸地夹持固定在基板承载盘11上从而使承载单元1带动基板w旋转以实现后处理作业，多个夹持件111可均匀等间隔的沿基板承载盘11的边缘分布。

如图4所示，在本发明的一个实施例中，供给单元2包括至少一个上表面喷淋组件21和至少一个下表面喷淋组件22。

下表面喷淋组件22设置在承载单元1的底座14上，下表面喷淋组件22的喷嘴通过基板承载盘11在对应位置处的通孔向基板w的下表面喷射流体，以清洗和/或干燥基板w的下表面。

如图6所示，在一个实施例中，上表面喷淋组件21包括喷嘴211、可移动机械臂212和供流管路213，供流管路213与喷嘴211接通，机械臂212与喷嘴211连接以带动喷嘴211移动，可移动机械臂212的基座可固定安装至流体收集单元3。可以理解的是，图6仅示出了供给单元2包括3个上表面喷淋组件21的示例，具体应用中也可以为其他数目，例如1个、2个或4个等。

如图6所示，可移动机械臂212能够将喷嘴211移至基板w表面上方的工作位也可将喷嘴211恢复至离开基板w表面的原始位，如图中双向箭头ab所示。当一个上表面喷淋组件21处于工作位时，其余的上表面喷淋组件21处于原始位，以避免互相干扰。进一步地，在喷嘴211喷射流体的同时，机械臂212带动喷嘴211做绕轴往复摆动，例如在清洗时机械臂212带动喷嘴211在喷嘴对准基板圆心的两侧来回往复摆动，从而提高流体与基板表面的接触面积。

作为一种可选实施例，供给单元2中还可以设置换能器，换能器中发射出兆声波或超声波，以使喷嘴通过清洗液将声波能量作用于基板表面从而提高清洗效果，实现兆声清洗或超声清洗。

如图7所示，在一个实施例中，基板后处理装置设置在封闭的箱体6内。承载单元1（未示出）、供给单元2（未示出）、流体收集单元3和挡板组件4均封装在箱体6内。

图7中，箱体6的顶部设有送风单元61，底部设有排气单元（未示出）。送风单元61包括风机和过滤层以将洁净空气输送至箱体6内。排气单元包括气液分离装置和抽气装置，气液分离装置对流体收集单元3收集的流体进行气液分离，分离后的液体通过排液管路（未示出）排出，气体由抽气装置抽出并经排气管路（未示出）排出。

图7中，箱体6的侧壁上还设有观察窗口62以方便操作人员观察箱内各部件运行情况。观察窗口62可以由透明材料封闭，例如玻璃。

本发明实施例还提供了一种基板后处理方法，应用于如上所述的基板后处理装置，该方法包括：

利用承载单元旋转基板；

在供给单元向基板喷射流体时，采用挡板组件将从基板溅射的流体引导至流体收集单元且使溅射至挡板组件内壁的流体不会反溅至基板表面。

为了便于理解，以一个具体应用场景为例对清洗作业和干燥作业的操作步骤进行说明。

第1步，将第二挡板42上升至最高位同时第一挡板41下降至最低位以使第二挡板42与基板的周端面相对，机械臂212带动喷嘴211摆动同时喷嘴211向基板表面喷淋去离子水以形成表面水膜，基板低速旋转（例如600rpm），第二挡板42将从基板上飞散的去离子水引导至第二腔室32。

第2步，将第一挡板41上升至最高位以使第一挡板41与基板的周端面相对，机械臂212带动喷嘴211摆动同时喷嘴211向基板表面喷淋化学溶液以清洗表面杂质，基板低速旋转，第一挡板41将从基板上飞散的化学溶液引导至第一腔室31。

第3步，使第一挡板41下降至最低位同时第二挡板42保持最高位，机械臂212带动喷嘴211摆动同时喷嘴211向基板表面喷淋去离子水以清洗表面的化学溶液，基板低速旋转一段时间后停止喷水，然后基板高速旋转（例如2000rpm）以进行甩干。

第4步，甩干进行一段时间后，基板表面已经干燥，此时使基板减速停止旋转，第二挡板42下降。

更换基板后重复执行上述第1步至第4步。并且在执行上述四步的过程中，箱体内送风单元和排气单元持续工作以使箱体内部保持自上向下的气流，该气流带动各种液体和气体向下运动可防止再次沾污基板。

以上只是一种可选的实施方式，显然本领域技术人员可知在不同的实际需求下，可以按照不同的操作顺序依次向基板喷淋水、酸性溶液和/或碱性溶液，并使用不同的挡板将不同液体引导至不同的腔室内。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。