具有非恒定结节密度的刷子的制作方法

具有非恒定结节密度的刷子1.相关申请案的交叉引用2.本专利申请参考于2019年9月10日提交的题为“用于具有非恒定结节密度的刷子的设备(apparatus for a brush with non-constant nodule density)”的临时专利申请62/898,534和于2020年8月18日提交的美国专利申请第16/996,224号，并要求其优先权和权益，在此通过引用将其全部内容并入本文。背景技术：3.本公开涉及用于清洁表面的刷子，更具体地，涉及具有非恒定结节密度的刷子。4.在半导体制造工业和其它工业中，刷子用于从表面去除污染物，例如从半导体晶片的表面去除污染物。传统的刷子包括用于清洁表面的结节，其中刷子具有恒定密度的结节。5.通过将这些方法与参考附图在本公开的其余部分中阐述的本方法和系统的一些方面进行比较，调节和使用刷子的常规方法的限制和缺点对于本领域技术人员将变得显而易见。技术实现要素：6.提供了用于具有非恒定结节密度的刷子的方法和设备，基本上如权利要求书中更完整地阐述的附图中的至少一个所示和所描述的。附图说明7.结合附图，从示例性实施例的以下描述中，这些和/或其他方面将变得显而易见并且更容易理解。8.图1a和图1b示出了根据本公开的方面的具有非恒定结节密度的第一示例刷子。9.图2a和图2b示出了根据本公开的方面的具有非恒定结节密度的第二示例刷子。10.图3a和图3b示出了根据本公开的方面的具有非恒定结节密度的第三示例刷子。11.图4示出了根据本公开的方面的具有非恒定结节密度的第四示例刷子。12.图5示出了根据本公开的方面的具有非恒定结节密度的第五示例刷子。13.图6示出了根据本公开的方面的具有非恒定结节密度的第六示例刷子。14.图7a和图7b示出了根据本公开的方面的沿其纵向轴线具有非恒定直径的示例刷子。15.图8示出了根据本公开的方面的比较在通过常规刷子和通过非恒定结节刷子进行清洁期间的接触的曲线图。16.附图不必按比例绘制。适当时，相似或相同的附图标记用于表示相似或相同的部件。具体实施方式17.各种应用和工艺可以受益于物体表面的物理清洁。例如，在半导体制造中，在晶片上制造电子电路的一个或多个阶段期间，可以清洗半导体晶片以去除潜在的破坏性污染物。该清洁工艺涉及例如与待清洁表面接触的刷子清洁表面上的结节，其中待清洁表面可以是例如半导体晶片的表面。18.虽然应当理解，本公开的各个方面可以用于不同的应用，但是本公开中的示例参考将用于清洁半导体晶片的表面。19.在半导体晶片的制造过程中，在半导体晶片表面上可以发现例如有机和/或无机颗粒形式的大量污染物。这些污染物通常会导致器件失效和晶片成品率差。此外，对于每个新的半导体技术节点，半导体晶片上缺陷的临界尺寸和半导体晶片上缺陷的容许数目变得更小。20.半导体工业可在半导体器件制造中使用后化学机械平坦化(pcmp)清洁，其中诸如聚乙酸乙烯酯(pvac)刷子的刷子可与专用清洁剂和/或化学品组合使用以从半导体晶片表面去除污染物。21.图1a和图1b示出了用于清洁诸如半导体晶片表面的示例刷子的两个不同视图。在图1a中示出了刷子100，其包括中央芯部110(也可称为“心轴”)和清洁材料120。清洁材料120可以是例如pvac并且包括结节122。可以看出，在刷子100的纵向中心a附近的区域中的每单位面积的结节比在刷子100的纵向端部b和c附近的区域中的每单位面积的结节少。即，结节密度在刷子100的纵向中心a附近比在刷子的纵向端部b和c附近低。图1b是与图1a所示相同的刷子，除了图1b的刷子100相对于图1a绕其纵向轴线旋转90°。22.尽管未示出，在例如中央芯部110中可以有一个或多个导管，用于输送在清洁中使用的流体，例如去离子水和各种化学品。流体通过中央芯部110中的开口输送到清洁材料120，在清洁材料120中，流体可与待清洁物体的表面接触。例如，待清洁的表面可以是半导体晶片180的表面。23.如图1a和图1b所示，结节可以形成螺旋(螺线)图案。该图案可以允许污染物、松散颗粒、清洁流体等被引导到刷子100的一端或两端部b和c。另外，刷子100中心的较低结节密度允许与例如半导体晶片180的中心部分的较少接触。这将参照图8进一步描述。24.结节122可以形成为清洁材料120的一部分或者可以附接到清洁材料120。例如，清洁材料120可以通过模具形成有结节122。结节122也可以单独形成并使用例如粘合剂附接到清洁材料120上。25.没有结节122的刷子100的横截面可以基本上是圆形的。清洁材料120可通过例如摩擦配合或通过使用一种或多种粘合剂附接到中央芯部110。另外，可以看出，结节122的螺旋图案可以朝向纵向端部b和/或c移动清洁流体、污染物等，以防止流体、污染物等再污染例如正被清洁的半导体晶片180或用于清洁半导体晶片180的刷子100。参照图8更详细地描述清洁过程。26.图2a和2b示出了与刷子100类似的刷子200。刷子200包括中央芯部210和包括结节222、224的清洁材料220。可以注意到，靠近纵向中心a的一些结节222是细长的，而结节224是圆形的。然而，可以看出结节222、224仍然形成螺旋图案。因此，本发明的各种示例可具有不同形状的结节，其有助于形成刷子上的图案。例如，结节形状可以是圆形、矩形、菱形、梯形、人字形等。刷子区域中的结节不必都具有相同的形状。27.如图2a和图2b所示，围绕纵向中心a的区域d-e可具有细长结节222，区域d-e之外的区域可具有圆形结节224。本公开的其他示例可以使用不同于本公开所示的形状，并且另一区域可以包括具有不同形状的结节。28.虽然可以看出结节222在物理上比结节224大，当结节接触例如用于清洁的半导体180的表面区域大于另一结节的表面区域时，结节也可以被描述为更大。29.图3a和图3b示出了与刷子100类似的刷子300。刷子300包括中央芯部310和包括结节322的清洁材料320。结节322呈网格图案，其中结节密度在刷子300上变化。因此，本发明的各种示例可具有不同形状的结节，其有助于形成刷子上的图案。另外，刷子区域中的结节不必全部具有相同的形状。30.图4示出了与刷子100类似的刷子400。刷子400包括中央芯部410和包括结节422的清洁材料420。结节422可以形成为使得纵向中心a的左侧上的图案与纵向中心a的右侧上的图案基本上对称。31.图5示出了与刷子100类似的刷子500。刷子500包括中央芯部510和清洁材料520，清洁材料520包括细长的结节522。细长结节522呈螺旋图案，其中结节密度在刷子500上变化。在图5所示的示例刷子500中，在刷子500的左侧有结节522，然而，除了在纵向中心a附近和端部c附近之外，刷子500的右侧基本上没有结节。虽然在该示例中的结节522仅示出在刷子500右侧的纵向中心a附近和端部c附近，但是本公开的各种示例可包括在刷子500右侧的各种区域处的结节。本发明的各种示例还可在刷子500上具有不同形状的结节522。即，刷子500的区域中的结节522可以具有不同的形状。32.图6示出了与刷子100类似的刷子600。刷子600包括中央芯部610和清洁材料620，清洁材料520包括细长的结节622。如图所示，刷子100的左侧可以与刷子600的右侧基本上对称。刷子600每一侧上的细长结节622呈具有变化结节密度的螺旋图案。虽然刷子600中的结节622被示出为细长的，但是本公开的各种示例可以具有如上所述的不同形状的结节。即，刷子600的区域中的各种结节622可以是不同的形状。33.因此，示例刷子可以使用例如形状类似于结节122/224/322的结节，其中结节122/224/322以与图6中类似的图案放置。然而，由于结节122/224/322的尺寸可以不同于结节622的尺寸，两个单独的结节122/224/322之间的距离可以不同于两个单独的结节622之间的距离。因此，可以看出，虽然对于给定的结节图案可以使用不同形状的结节，但是结节之间的距离(放置)可以取决于所使用的结节的类型。34.图7a和图7b示出了沿纵轴x不具有均匀直径的刷子700。如图所示，直径沿着x轴从左向右增加。在图7a中，中央芯部710的直径增加，而清洁材料720具有基本上恒定的厚度。在图7b中，中央芯部760具有恒定的直径，而清洁材料770具有沿纵向轴线x从左向右增加的厚度。清洁材料720、770可包括至少如图1-6所示的结节。35.虽然示出了具体示例，但是其他示例可以具有不同的形状，其中直径可以沿着纵向轴线x非线性地变化。例如，刷子700/750、中央芯部710/760和/或清洁材料720/770的直径在靠近纵向中心a的中心区域中可比靠近纵向端部y和z的中心区域稍小。另一个示例可以是，在靠近纵向中心a的中心区域的直径比靠近纵向端部y和z的直径稍大。36.还有其它示例可以具有图7a的中央芯部710和图7b的清洁材料770。在一些情况下，以这种方式形成的刷子可具有基本上恒定的外径。而且，根据中央芯部和清洁材料的对准，以及中央芯部和/或清洁材料的直径变化水平的变化，刷子可以呈现从左到右的不同斜率。37.还可以注意到，示例图1a-4和图6中的结节密度和/或图案示出了结节密度关于纵向中心a基本上对称。然而，应注意，本公开的各种示例不需要如此限制。即，如图5所示，结节密度不需要关于纵向中心a基本上对称。38.图8示出了传统刷子800与测试表面进行的接触的曲线图802，以及图1a和图1b中刷子100的结节布置不是恒定(偏置)的情况下刷子810与测试表面进行的接触的曲线图812。曲线图802示出了靠近测试表面的中心比远离测试表面的中心更暗的区域，表示在中心区域比在外部区域更多的接触。另一方面，曲线图812为测试表面的所有区域提供更恒定的接触量。39.当清洁过程发生时，刷子800、810可以围绕其纵向轴线在方向r1上旋转。例如可以类似于半导体晶片180的测试表面可以在所示的示例方向r2上旋转。由刷子的各种结节(例如，刷子100的结节122)与测试表面(半导体晶片180)形成的接触可导致清洁测试表面。去离子水(diw)和清洁流体以及来自刷子810的任何污染物和松散颗粒然后由于结节122的图案而沿方向d1移动。40.因此，具有不同的接触量意味着不同的清洁程度。此外，在中心具有附加接触可能表明由于附加接触而对中心区域造成了一些损坏。也就是说，如果外部区域具有足够的接触用于可接受的清洁，则中心区域可能由于过度清洁而损坏。或者，如果中心区域具有足够的接触用于可接受的清洁，则外部区域可能不能被可接受地清洁。41.然而，在查看曲线图812时，可以看出，中心区域的大部分具有与外部区域基本上相同的接触量。因此，可以更一致地清洁整个半导体晶片180，因此半导体晶片180具有更少的损坏区域。42.除了由于如图1a-6所示的非恒定结节密度而减少被清洁表面的中心区域中的接触之外，非恒定结节密度还可有助于减少被清洁表面中心附近的去离子水(diw)量。相对于清洗流体减少的diw量可有助于更好地清洗半导体晶片，同时降低晶片损坏的风险。因此，本发明的各种示例可具有偏置(减小)结节布置，其可呈任何形式，例如螺旋图案、网格图案或在操作时有助于将流体和/或颗粒移动到刷子的至少一个边缘y或z的任何其它图案等。偏置区域可具有归因于结节的接触面积，其可(例如)比刷子的未偏置区域小10-90％。此外，围绕纵向中心a的中心区域可以是刷子纵向长度的10-90％的任何宽度。此外，偏置的结节区域可以形成沿着刷子的任何长度的连续或不连续的螺旋图案，其中螺旋图案可以具有任何宽度和节距，并且宽度/节距可以针对螺旋图案的不同部分而变化。43.因此，可以看出，本公开提供了一种用于清洁表面的刷子，其中该刷子包括中央芯部和围绕该中央芯部的清洁材料。中央芯部包括结节，其中清洁材料的第一区域的第一结节密度不同于清洁材料的第二区域的第二结节密度。例如，在第一区域中的每单位面积的结节可能比在第二区域中的少，或者每单位面积的结节上的接触面积的数量可能比在第二区域中的少。44.例如，在刷子的纵向中心处的结节密度可以小于在刷子的纵向端部处的结节密度。本公开的一些示例可使结节在清洁材料上形成基本上螺旋图案。本公开的其它示例可使结节在清洁材料上形成基本上网格图案。本公开的各种示例可具有关于刷子的纵向中心对称的结节图案。45.本公开的一些示例可形成结节作为清洁材料的一部分。例如，可以使用模具来形成具有结节的清洁材料。本公开的一些示例可单独形成结节，然后例如用粘合剂将它们附接到清洁材料。或者结节可以在置于清洁材料上的套筒上。46.在本公开的示例中，可以存在具有与另一组结节不同的形状的一个或多个结节。例如，第一结节可以是圆柱形，而第二结节可以是细长形。因此，结节可以是任何不同的形状。47.刷子还可以成形为使得刷子的一端具有与刷子的另一端不同的直径，或者刷子的两个不同截面可以具有不同的直径。当不考虑结节时，刷子的横截面通常为圆形。48.在本公开的示例中，清洁材料可以摩擦配合在中央芯部上，或者清洁材料可以用粘合剂联接到中央芯部。49.至少一些结节可以以一种图案放置，以将清洁流体移向刷子的纵向端部，其中至少在例如半导体晶片的表面的清洁过程期间，将清洁流体提供给刷子和表面中的一个或两个。50.另外，可以看出，本公开还提供了一种用于清洁表面的刷子，其中该刷子包括中央芯部和围绕该中央芯部的清洁材料。清洁材料包括结节，其中在刷子的第一区域处的第一结节具有第一形状，而在刷子的第二区域处的第二结节具有第二形状。第一区域和第二区域中的一个或两个可以包括具有第一形状的第一结节和具有第二形状的第二结节。例如，第一区域可以比第二区域更靠近刷子的纵向中心。在本公开的一些示例中，第一形状在表面区域上可以大于第二形状，并且更具体地，在接触待清洁物体的表面区域上可以大于第二形状。第一结节和/或第二结节可以以一种图案放置，以将清洁流体移向刷子的纵向端部，其中至少在表面的清洁过程期间将清洁流体提供给刷子和表面中的一个或两个。51.如本文所用，“和/或”意指由“和/或”加入的列表中的项目中的任何一个或多个。作为示例，“x和/或y”意指三元素集{(x),(y),(x,y)}中的任何元素。换言之，“x和/或y”意指“x和y中的一者或两者”。作为另一示例，“x、y和/或z”意指七元素集合{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中的任何元素。换言之，“x、y和/或z”意指“x、y和z中的一个或多个”。如本文所用，术语“示例性”意指用作非限制性示例、实例或说明。如本文所用，术语“例如”和“如”引起一个或多个非限制性示例、实例或说明的列表。52.虽然已经参考本公开的某些方面描述了本方法和/或系统，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本方法和/或系统的范围的情况下，可以进行各种改变并且可以替换等同物。此外，在不脱离本公开的范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导。因此，本方法和/或系统不限于所公开的任何特定示例。相反，本方法和/或系统将包括在字面上和在等同原则下落入所附权利要求的范围内的所有实现。