無損壞高效顆粒移除清潔的製作方法
2024-01-19 02:06:15
專利名稱：無損壞高效顆粒移除清潔的製作方法
技術領域：
本發明大體涉及半導體襯底處理，尤其涉及使用專門化學配方提供高效無損壞顆粒移除清潔的系統和方法。
背景技術：
半導體設備是通過各種製造操作得到的。在各種製造操作期間，襯底會暴露於各種汙染物，包括在製造操作中使用的任何材料或化學品。在諸如刻蝕、澱積等各種製造操作中使用的化學品在襯底表面上形成的半導體設備上或其周圍留下了微粒或聚合物殘渣汙染物。顆粒汙染物的大小為關鍵尺寸的量級或者大於襯底表面上製造的設備和特徵的關鍵尺寸。當半導體設備的尺寸變得越小，從襯底表面移除顆粒而不導致其上形成的設備損壞就變得越難。在某些實施方式中，將機械能用於從襯底表面移除汙染物。然而，應用機械能導致半導體設備塌陷是常識。人們已經知道，新半導體襯底處理構思使用專門化學配方從襯底表面去掉汙染物會導致半導體設備最小的損壞。通過專門的化學配方，顆粒移除效率(PRE)取決於如何向襯底表面施加和從襯底表面移除化學配方。專門化學配方的選擇主要取決於襯底的種類和所需移除顆粒的種類。使用專門配方的典型PRE值達到了約90%。雖然這是較高的PRE值，但應懂得在清潔操作後襯底上留下了剩餘10%的汙染物。這10%的顆粒汙染物可以導致重大的產量下降，因此，必須在後續過程操作前將其移除。前述PRE值反映了在完善的清潔環境下的最佳結果。現實中，PRE值可以比前述估計低得多(如40-50%那麼低)而導致剩餘成千上萬的汙染物在襯底表面，可能導致重大的產量損失。考慮到前面所述，需要從襯底表面移除汙染物的更有效的清潔技術，同時保持半導體設備結構的完整性。正是在這種背景下，本發明的實施方式出現了。
發明內容
一般說來，實施方式通過提供改進了的襯底清潔技術滿足需要，該清潔技術移除襯底表面的汙染物而形成在襯底表面的設備特徵沒有機械損壞。該襯底清潔技術利用的清潔材料包括分散在清潔溶液中的幹PVA顆粒。通過浸在清潔溶液中，PVA顆粒吸收水並且PVA材料被水解。當將清潔材料施加到襯底表面時，PVA顆粒與汙染物相互作用並施加額外的剪切力以破壞汙染物與襯底表面之間的結合。清潔溶液的長鏈聚合物與PVA顆粒俘獲釋放(release)的汙染物。所俘獲的汙染物與清潔材料一起被從襯底表面移除，留下基本乾淨的襯底表面。PVA顆粒為小的微米大小的顆粒，其充當微刷輕輕作用以使汙染物從襯底表面釋放。PVA顆粒如海綿的柔軟性質發揮作用以輕輕移除汙染物，而不會影響鄰近的特徵和設備。顆粒的微米尺寸大小能使清潔材料到達緊密形成的特徵之間區域並移除汙染物，形成基本乾淨的襯底表面。應該領會到本發明能夠以多種方式實施，包括以材料(或者溶液)、方法、過程、裝置或者系統實施。以下描述了本發明的若干創造性實施方式。在一個實施方式中，提供了從半導體襯底表面移除汙染物的清潔材料。所述清潔材料包括清潔溶液和分散在清潔溶液中的多個微米尺寸大小的幹聚乙烯醇(PVA)顆粒。所述清潔溶液表現出明顯的粘彈性。所述清潔溶液為單相的由長聚合鏈組成的聚合物(polymeric compound)。所述多個微米大小的幹聚乙烯醇顆粒吸收所述清潔溶液中的液體，並且均勻地懸浮在所述清潔材料中。所述懸浮的PVA顆粒與所述半導體襯底表面上的至少一部分汙染物相互作用並從所述襯底表面釋放和移除所述汙染物。所釋放的汙染物被俘獲在所述清潔材料中。在另一實施方式中，提供了清潔半導體襯底表面汙染物的裝置。所述裝置包括襯底支持裝置，以沿平面接收、託持並運送半導體襯底。所述裝置還包括清潔材料分配器，以施加清潔材料清潔襯底表面的汙染物。所述清潔材料包含清潔溶液和多個分散在所述清潔溶液中的微米尺寸大小的聚乙烯醇(PVA)顆粒。所述清潔溶液為表現明顯的粘彈性的帶有長聚合鏈的單相聚合物。所述幹PVA顆粒吸收所述清潔溶液中的液體，並且均勻地懸浮在所述清潔材料中。所述懸浮的PVA顆粒與至少一部分汙染物相互作用，以從所述襯底表面釋放汙染物。所釋放的汙染物被俘獲在所述清潔材料中，留下基本乾淨的襯底表面。在又一實施方式中，提供了從半導體襯底表面移除汙染物的方法。所述方法包括將所述半導體襯底放置在清潔裝置中。分配清潔材料以清潔所述襯底表面的汙染物。所述清潔材料包含清潔溶液和分散在所述清潔溶液中的多個微米尺寸大小的幹聚乙烯醇(PVA)顆粒。所述清潔溶液為表現粘彈性的帶有長聚合鏈的單相聚合物。所述幹PVA顆粒吸收所述清潔溶液中的液體，並且均勻地懸浮在所述清潔材料中。所述多個懸浮的PVA顆粒與所述半導體襯底表面上的至少一部分汙染物相互作用，以從所述襯底表面釋放汙染物。所釋放的汙染物被俘獲在所述清潔材料中。通過結合附圖及以舉例方式闡述本發明原理的下述具體描述，本發明的其他方面及優點將變得清晰。
結合附圖通過參照以下描述，將容易理解本發明。不應該拿這些附圖將本發明限制為優選的實施方式，這些附圖僅僅是用於解釋和理解的目的。相同的參考標號代表相同的結構元件。圖I示出在本發明的一個實施方式中，用於移除襯底表面汙染物的清潔材料的簡化物理圖。圖2A示出了在本發明一個實施方式中，將清潔材料施加到襯底表面時的簡化物理圖。圖2B示出了根據本發明一個實施方式，與襯底表面汙染物接觸的PVA顆粒的放大圖。圖2C示出了在本發明一個實施方式中，汙染物陷入PVA顆粒的放大圖。圖3示出了在本發明一個實施方式中，用於從襯底表面移除汙染物的清潔溶液的示範性聚合鏈。圖4示出了根據本發明一個實施方式，清潔襯底表面汙染物裝置的原理圖。
圖5示出了在本發明的一個實施方式中，用於清潔襯底表面汙染物裝置的替換實施方式。圖6示出了在本發明的一個實施方式中，使用標準清潔材料與加強的清潔材料的顆粒移除效率(PRE)。圖7示出了根據本發明的一個實施方式，在將加強的清潔材料施加到襯底表面操作中使用的流程圖。
具體實施例方式現在將描述在清潔操作期間，從襯底表面高效移除汙染物並增加顆粒移除效率而沒有損壞的若干實施方式。然而，對本領域技術人員來說，顯然沒有這些具體細節的某些或全部也可以實施本發明。另一方面，並沒有詳細描述公知的過程操作以免不必要地模糊本發明。從襯底表面有效移除汙染物有助於保持形成在襯底表面上的特徵的功能與形成的半導體設備的功能。移除更小技術節點的顆粒而沒有機械損壞變得越來越難。在本發明的一個實施方式中，使用了加強的清潔材料清潔襯底表面。該清潔材料包括由帶有長聚合鏈的聚合物組成的清潔溶液。該清潔溶液表現明顯的粘彈性。多個微米大小的幹PVA顆粒被分散在清潔溶液中以形成清潔材料。PVA顆粒吸收來自清潔溶液的液體並均勻地懸浮在清潔溶液中。當將清潔材料施加到襯底表面時，PVA顆粒與汙染物相互作用以從襯底表面釋放汙染物。所釋放的汙染物被俘獲在所述清潔材料中並與清潔材料一起被移除，留下基本乾淨的襯底表面。慣用的襯底清潔裝置和方法包括利用機械力從襯底表面移除微粒的刷和墊。對於窄寬度和高深寬比的先進技術，由刷和墊施加的機械力會損壞設備結構。另外，粗糙的刷和墊也可能在襯底表面上導致劃痕。利用空化氣泡和聲流清潔襯底的清潔技術，諸如兆聲(megasonic)清潔和超聲(ultrasonic)清潔,也會損壞脆弱的結構。使用噴射器(jet)和噴霧器(spray)的清潔技術會導致膜的侵蝕，並也會損壞脆弱的結構。某些清潔材料包括在清潔材料中的研磨固體以輔助清潔。對於具有細微特徵的先進技術，清潔材料中的研磨固體會導致設備結構的損壞。PVA顆粒的小尺寸能使清潔材料從襯底表面和特徵移除汙染物顆粒，而對特徵和襯底表面沒有造成機械損壞。進一步地，PVA顆粒吸收清潔溶液中的液體並均勻地懸浮在清潔溶液的聚合鏈中。PVA顆粒如軟微刷那樣作用，施加額外的能量到襯底表面並促使汙染物和襯底表面之間的結合破裂，從而使汙染物釋放而沒有損壞附近形成的特徵。所釋放的汙染物被俘獲在清潔溶液的長聚合鏈或PVA顆粒中。所俘獲的汙染物和清潔材料一起被移除。PVA顆粒提供了額外的顆粒移除機制，其與清潔溶液表現的通常顆粒移除機制並行作用，因而提高了襯底表面的顆粒移除效率。圖I示出了用於從襯底表面移除汙染物的清潔材料100的物理圖。清潔材料100包括清潔溶液110和多個微米尺寸大小的PVA顆粒120。清潔溶液由表現明顯粘彈性的帶有長聚合鏈的聚合物組成。在一個實施方式中，清潔溶液為單相化合物。清潔溶液的長聚合鏈提供了捕獲和俘獲汙染物與PVA顆粒的獨特能力。關於能被用於清潔溶液的聚合物種類的細節，可以參考2008年6月2日申請的、名稱為「Materials for ParticleRemoval by Single-Phase and Two-Phase Media」 的美國專利申請(12/131，654) (Atty.Docket NO. LAM2P628A)，2008 年 6 月 2 日申請的、名稱為「Methods for Particle Removalby Single-Phase and Two-Phase Media」 的美國專利申請(12/131，660) (Atty. DocketNO. LAM2P628C)，2008 年 6 月 2 日申請的、名稱為 「Apparatus for Particle Removalby Single-Phase and Two-Phase Media」 的美國專利申請(12/131，667) (Atty. DocketNO. LAM2P628G)，2008 年 6 月 30 日申請的、名稱為 「Single Substrate Processing Headfor Particle Removal Using Low Viscosity Fluid」的美國專利申請(12/165，577),以及2008 年 11 月 7 日申請的、名稱為「Compositions of a Cleaning Material for ParticleRemoval」 的美國專利申請(12/267，345) (Atty. Docket NO. LAM2P644)。為了各種目的，將這些相關申請中每一個的公開內容通過引用合併於此。多個微米大小的幹PVA顆粒分散在清潔溶液中。PVA顆粒性質上如同海綿，且包括多個孔130。PVA顆粒由彈性係數K定義，從而使得PVA顆粒在清潔操作期間能提供彈性。相應地，PVA顆粒在被壓到材料上時能失去其形態，但在PVA顆粒從材料移走時恢復其形態。PVA顆粒的大小由PVA顆粒的性質和成分確定。在一個實施方式中，PVA顆粒的大小
為相應PVA顆粒中相應孔的大小的量級。當分散在清潔溶液中時，PVA顆粒吸收清潔溶液中的液體，尺寸膨脹並被俘獲在清潔溶液的長聚合鏈的限制範圍(confine)中。在混合入幹PVA顆粒之前，清潔溶液的粘度明顯不同且高於去離子水(DIW)的粘度。這是因為在將PVA顆粒加到DIW或與DIW表現相似粘度的化學品時，PVA顆粒吸收水並正好沉澱在容器的底部，結塊並聚集在一起。在本發明中，用於懸浮PVA顆粒的清潔溶液的高粘度阻止了 PVA顆粒的沉澱。形成的清潔材料包括均勻懸浮的PVA顆粒，如圖I所示。清潔溶液提供了介質，通過該介質PVA顆粒被帶到與襯底表面上的汙染物極為貼近的位置，以便PVA顆粒能與汙染物相互作用並使汙染物從襯底表面釋放。在一個實施方式中，清潔材料是通過在聚合清潔溶液中混合重量百分比為約0. 1%到約20%的微米大小的幹PVA顆粒製備的。在另一實施方式中，幹PVA顆粒與聚合物的重量百分比在約I %到約5%之間。在一個實施方式中，幹PVA顆粒的大小範圍為約20微米到約200微米。在另一實施方式中，幹PVA顆粒的大小範圍為約I微米到約200微米。因為PVA顆粒懸浮在清潔溶液中，所以它們吸收水並且尺寸增大。使用力來施加清潔材料。該力可以與清潔材料在襯底表面的分配相關聯。在一個實施方式中，先進機械清潔(AMC)技術被用於將清潔材料施加到襯底表面。示範的使用AMC技術清潔襯底的裝置的細節可以在美國專利中找到，該專利申請號為12/165，577，申請日為 2008年6 月 30 日，名稱為「Single Substrate Processing Head for Particle RemovalUsing Low Viscosity Fluid」,其全部內容通過引用併入本文中。在這個實施方式中,清潔材料可以通過足夠的力進行分配，以便均勻地在襯底表面施加清潔材料。該力可以包括歸因於襯底對應於清潔材料的施加的相對運動而產生的力。該力使PVA顆粒接近襯底表面上的汙染物。PVA顆粒充當槓桿並施加額外的剪切力於汙染物以幫助從表面釋放汙染物。PVA顆粒海綿狀的柔軟性質阻止損壞附近的特徵和設備，同時PVA顆粒像微刷那樣作用在汙染物上以基本將汙染物釋放。圖2A到2C示出了在本發明的一個實施方式中，從襯底表面移除汙染物中使用的機制。如圖2A所示，使用清潔材料分配器(未示出)將帶有分散在清潔溶液110中的PVA顆粒120的清潔材料施加到襯底10表面的一部分。襯底10的表面包括多個特徵和設備(未示出)和多個汙染物130，在用於形成特徵和設備的一個或更多個製造操作中，汙染物130澱積在特徵/設備的上表面上和特徵之間中。通過諸如下向力之類的力，清潔材料分配器分配清潔材料，力推動清潔材料到表面上導致PVA顆粒與表面上不想要的顆粒相互作用。除了施加的力，其他力，諸如襯底10相對於清潔材料分配器的相對運動所產生的力，可以作用於清潔材料。這些力與粘彈性一起能使清潔材料與至少一部分汙染物相互作用，釋放、俘獲並移除襯底表面的汙染物。除了清潔溶液的粘彈性用於體現顆粒移除效率外，懸浮在清潔溶液110的PVA顆粒120也幫助移除汙染物130。圖2B和2C示出了 PVA顆粒120在從襯底表面移除汙染物130中的作用。如前面所述，微米大小的幹PVA顆粒120使用來自清潔溶液110的液體水解並在尺寸上膨脹。水解且膨脹後的PVA顆粒120在清潔溶液110的長聚合鏈中懸浮形成
均勻的粘性清潔材料。圖2B和2C示出了 PVA顆粒120和汙染物130的放大圖，以更好地理解汙染物移除過程中PVA顆粒120的作用。向清潔材料施以剪切力，該力能使PVA顆粒120接近於汙染物130。因為PVA顆粒120接近於汙染物130，所以與PVA顆粒相關的彈性係數讓PVA顆粒120符合汙染物130的形狀，如圖2B中所示。PVA顆粒進而充當槓桿施加額外的剪切力於汙染物130以幫助從襯底表面釋放汙染物。一旦釋放後，汙染物130就陷入清潔材料的聚合鏈中。在本發明的一個實施方式中，PVA顆粒120海綿狀的性質使得其能捕獲所釋放的汙染物130。一旦捕獲所釋放的汙染物130，與PVA顆粒120關聯的彈性係數能使變形的PVA顆粒120恢復其原始形態，如圖2C所示。清潔材料施加的力和由襯底10表面提供的相對力幫助將汙染物130和清潔材料一起從襯底10表面移除，留下基本乾淨的襯底表面。圖2A-2C示出了範例的實施方式，其中單個PVA顆粒與單個汙染物相互作用。應該注意到，單個PVA顆粒可以與多個汙染物相互作用，將它們基本從襯底表面移除。圖3示出了本發明的另一實施方式，其中清潔溶液110的長聚合鏈幫助將汙染物130俘獲。應當注意到，圖3不是按比例繪製的。圖3的繪製是為了示出使用俘獲從襯底表面釋放的汙染物的俘獲原理。進一步地，圖3所示聚合鏈說明性地示出了在清潔過程中PVA顆粒120與汙染物130的俘獲且並不代表任何特別的化合物。實際的聚合物可以是更簡單得多或者更複雜的有相似俘獲構思的模型。如圖3所示，當PVA顆粒120被加入清潔溶液時，PVA顆粒120從清潔溶液110吸收液體，膨脹並陷入在清潔溶液110的聚合鏈中。當帶有PVA顆粒120的清潔材料被施加到襯底表面，施加的剪切力能使PVA顆粒與汙染物130相互作用。通過與清潔溶液110的相互作用，一部分汙染物130被釋放。通過與PVA顆粒120的相互作用，留下的至少一部分剩餘汙染物130被移除。PVA顆粒120充當微刷提供額外的力。PVA顆粒120充當槓桿並使用該額外的力作用，從襯底表面釋放剩餘汙染物130的一部分。如圖3所示，某些被釋放的汙染物130被俘獲在聚合鏈中，某些在PVA顆粒內的汙染物進而被俘獲在聚合鏈中。然後將汙染物130和清潔材料一起從襯底表面移除。可以使用任何一種公知的用於清潔襯底表面的裝置將清潔材料供應到襯底表面。在一個實施方式中，鄰近頭被用於分配清潔材料到襯底10的表面。根據本發明的一個實施方式，圖4示出了一個這樣的鄰近頭裝置200用於清潔襯底10。裝置200包括形式為鄰近頭的分配頭204a，用於在襯底10的表面15上分配清潔材料。分配頭204a包括將清潔材料輸送到襯底表面的入口。入口的大小被配置為能容易施加清潔材料的大小。在一個實施方式中，入口的大小在約0. 875mm到約Imm之間。分配頭204a聯接於供應清潔材料到襯底表面的清潔材料儲存器231。在一個實施方式中，分配頭204a被保持接近襯底10的表面15。使用鄰近頭清潔襯底的範例裝置的細節可以在美國專利申請中找到，該專利申請號為12/165，577，申請日為 2008年6 月 30 日，名稱為「Single Substrate Processing Head forParticle Removal Using Low Viscosity Fluid」,通過引用其全部內容將其合併於此。為確保充分利用清潔溶液的粘彈性以提供最大的顆粒移除效率，從晶片表面衝洗清潔溶液就應該以優選的方式實施。受限化學清潔(C3)頭提供了將清潔介質從襯底表面移除的最有效方式。C3頭和清潔溶液的更多信息可以參考美國專利申請(12/131,654)(Atty. Docket NO. LAM2P628A),申請日為 2008 年 6 月 2 日，名稱為 「Materials forParticle Removal by Single-Phase and Two-Phase Media」，美國專利申請(12/131，660)
(Atty. Docket NO. LAM2P628C)，申請日為 2008 年 6 月 2 日，名稱為「Methods for ParticleRemoval by Single-Phase and Two-Phase Media」，美國專利申請(12/131，667) (Atty.Docket NO. LAM2P628G)，申請日為 2008 年6 月 2 日，名稱為 「Apparatus for ParticleRemoval by Single-Phase and Two-Phase Media」,通過引用將這些申請結合於此。由 C3頭實現的DIW衝洗彎液界面提供了清潔溶液上的合力，使顆粒由於液體的粘彈性而能從襯底表面移除。在彎液界面上具有兩相流(液體+空氣)對實現顆粒移除效率的最大化是關鍵的。可選地，裝置也可以包括衝洗和乾燥頭204b_l以衝洗並乾燥襯底10的表面15。衝洗和乾燥頭204b-l聯接於衝洗液儲存器232，衝洗液儲存器232提供了衝洗襯底表面15的衝洗液，襯底表面15由分配頭204a分配的清潔材料的膜所覆蓋。此外，衝洗和乾燥頭204b-l聯接於廢物儲存器233和真空234。廢物儲存器233接收並容納帶有從襯底表面15移除汙染物的清潔材料與由衝洗和乾燥頭204b-l分配的衝洗液的混合物。在一個實施方式中，在分配頭204a與衝洗和乾燥頭204b_l下面，使用襯底支承裝置(未示出)接收、支承並運送襯底10。當襯底在分配頭204a下面運行時，首先用清潔材料對其表面15進行處理。清潔材料被分配成薄膜以覆蓋至少一部分襯底表面15。然後使用由衝洗和乾燥頭204b-l分配的衝洗液衝洗並乾燥襯底表面15。清潔材料施加的力與襯底相對清潔材料的施加的相對運動生成能使PVA顆粒移動接近汙染物並與汙染物相互作用的剪切力。清潔材料中PVA顆粒充當軟微刷提供額外的能量到襯底10的表面15。PVA顆粒充當槓桿在汙染物上施加額外的能量在汙染物上並幫助從襯底表面15釋放汙染物。替代地，可以保持襯底205穩定(靜止)，且將分配頭204a與衝洗和乾燥頭204b_l移動。與襯底移動的實施方式提到的一樣，由移動的分配頭與衝洗和乾燥頭提供的額外力幫助PVA顆粒作用於汙染物並將汙染物從襯底表面釋放。在一個實施方式中，分配頭204a與衝洗和乾燥頭204b_l屬於單個系統。在此實施方式中，襯底支承裝置被用於首先在分配頭204a下面移動襯底10，在分配頭204a下面清潔材料被分配，接著在衝洗和乾燥頭204b-l下面移動襯底10，在衝洗和乾燥頭204b-l下面衝洗液被分配並與清潔材料和汙染物一起被移除。在另一實施方式中，分配頭204a與衝洗和乾燥頭204b-l屬於兩個單獨的系統。在帶有分配頭204a的第一系統中，通過在分配頭204a下面移動襯底，清潔材料被分配在襯底10的表面15上。襯底然後被移動到具有衝洗乾燥裝置的第二系統。在一個實施方式中，衝洗和乾燥裝置為衝洗和乾燥頭204b-l。實施方式不限於鄰近頭，而是可以包括分配清潔材料和衝洗液的其他裝置。在一個實施方式中，除了供應清潔材料和衝洗液到襯底上表面的分配頭204a與衝洗和乾燥頭204b-l外，可以提供額外的分配頭和/或衝洗和乾燥頭來覆蓋襯底10的下表面。圖4示出了一種這樣的實施方式。如圖4所示，在表面10的下方提供了兩個額外的衝洗和乾燥頭204b-2與204b-3來清潔襯底的下表面。在一個實施方式中，兩個下部衝洗和乾燥頭204b-2與204b-3聯接於相應的衝洗液儲存器232』、廢物儲存器233』和真空(泵)234』，如圖4所示。在另一實施方式中，下部衝洗和乾燥頭204b-2與204b_3中的每個聯接於單獨的衝洗液儲存器、單獨的廢物儲存器和單獨的真空泵。在又一個實施方式中，結合的衝洗液儲存器被用於供應衝洗液到襯底10的頂部和底部。相似地，結合的廢物儲存器和結合的真空泵可以為襯底的上表面和下表面提供廢物容器和真空。如本領域公知的那樣，各種清潔材料分配器204a、衝洗和乾燥頭204b-l、204b_2、204b-3等的位置可以有各種變化。各種分配器與衝洗和乾燥頭的位置可以獨立於彼此或者依賴於彼此的位置。圖5示出了在一個替換的實施方式中，清潔化學品分配裝置的示意圖。分配裝置270具有容納襯底支承組件272的容器271。襯底支承組件272具有支承襯底10的襯底支架273。聯接於清潔化學品存儲單元(未示出)的分配臂275用於將清潔化學品提供於襯底10的表面。分配臂275包括分配出口，分配出口被配置為足夠大以使施加清潔材料容易。襯底支承組件272聯接於旋轉裝置274以旋轉被支承在襯底支架273上的襯底。分配臂可以是位置能被移動到以便施加清潔材料到襯底表面的可移動臂。施加的合力與襯底的相對運動為PVA顆粒與汙染物互相作用提供能量。由PVA顆粒提供的額外剪切力充當槓桿以從襯底表面脫離汙染物。所脫離的汙染物要麼被捕獲在PVA顆粒中，要麼被俘獲在清潔溶液的長聚合鏈中，並與清潔材料一起被移除。懸浮在清潔介質的PVA顆粒觸及特徵頂部上和在某些情況下特徵之間裡面的汙染物顆粒，並且充當軟微刷成功地作用在汙染物上而不損壞附近形成的特徵/設備，以便能實現徹底的清潔。在一個實施方式中，在清潔操作之後，用於供應清潔材料的分配臂也可以用於供應衝洗液到襯底表面。在該實施方式中，分配臂可以包括轉換裝置以轉換清潔材料和衝洗液的供應。在可替換的實施方式中，第二分配臂可以用於供應衝洗液來衝洗並移除襯底表面15的清潔材料。以上實施方式描述了使用聚合清潔溶液，通過混合多個微米大小的PVA顆粒，提供增強清潔的清潔技術。PVA顆粒在工業中作為清潔輔助成分是公知的。慣用的清潔技術在滾筒刷中使用PVA材料。使用PVA刷的最大缺點是給特徵造成機械損壞。PVA滾筒清潔是接觸清潔方法。在清潔過程中，滾筒接觸半導體襯底並提供壓力到襯底。雖然該技術對從平面表面移除顆粒可能非常有效，但引入到特徵的力經常給特徵造成機械損壞，因此不能用於清潔具有幾何形狀(geometry)的襯底。在當前的實施方式中，PVA顆粒陷入清潔溶液中的長聚合鏈的限制範圍中。PVA顆粒提供剪切力，該剪切力作用以克服汙染物和襯底表面之間的結合力。本申請的主要優點是，由於分散在清潔材料清潔溶液中的PVA顆粒的大小，以及由於施加的力，所以清潔材料從襯底表面移除顆粒而沒有機械損壞。PVA顆粒成功地作用以從表面脫離汙染物。清潔溶液和合適PVA顆粒的選擇以汙染物的種類以及多個與設備/特徵關聯的處理參數為基礎。處理參數可以通過分析形成特徵/設備的各種製備層來獲得。處理參數限定了汙染物和每個設備/特徵的特性。某些與每個特徵/設備與汙染物關聯的處理參數包括種類、大小和成分中的一個或多個。當約0. 5 ii m到約200 u m大小的PVA顆粒以重量百分比為約0. 1%到約20%分散在清潔溶液中，並且使用約為15-1500ml/min的流率施加時，會獲得最佳的清潔效果。為獲得最佳的清潔效果，可以在室溫下施加清潔材料。圖6示出了在本發明的一個實施方式中，顆粒移除效率(PRE)和清潔處理之後留下汙染物的數量。通過在清潔溶液中混合約1%到約20%重量的PVA顆粒來製備清潔材料。PRE通過使用顆粒監控襯底來測量，顆粒監控襯底上特意澱積了各種大小的氮化矽顆粒。使用乾淨的矽襯底。氮化矽澱積在矽襯底上。在澱積後測量澱積在襯底上氮化矽顆粒的數量。然後首先用清潔材料清潔襯底，並在清潔之後測量氮化矽顆粒的數量。接著使用下面被認同的標準公式計算PRE。襯底PRE的計算是在清潔溶液的處理之後且在清潔材料
的處理之後的，其中清潔溶液通過在清潔溶液中分散PVA顆粒而增強。PRE通過下面列出的等式⑴計算
PRE =(清潔前計數-清潔後計數)/清潔前計數...............(I)掃描帶有SiN
的襯底來測量使用標準清潔溶液與增強清潔溶液的清潔前顆粒計數與清潔後顆粒計數，以便比較增強清潔溶液在清潔上的效果。如圖6可以看到的那樣，標準清潔溶液的PRE為約85. 8%，與之相比增強清潔溶液的PRE為約94%，顯然表明在從襯底表面移除汙染物上增強清潔溶液更有效。在清潔材料中清潔溶液的聚合鏈和網狀物幫助將從襯底表面釋放的汙染物捕獲和俘獲，因而阻止了汙染物澱積或重新澱積在襯底表面，並且PVA顆粒在更有效清潔襯底表面的汙染物上發揮了作用。根據本發明的一個實施方式，圖7示出了使用清潔材料清潔襯底的處理流程，清潔材料中分散了多個微米大小的PVA顆粒。襯底為帶有突出襯底表面的特徵/設備的圖案化襯底。如操作710所示，處理從待清潔的襯底放置在清潔裝置中開始。可以將襯底放置在襯底支承裝置上，襯底支承裝置移動襯底通過清潔裝置，或者襯底支承裝置靜止而一個或更多個分配器相對襯底運動。在操作720，清潔材料被分配到襯底表面上。清潔材料包括具有明顯粘彈性的清潔溶液。此外，選擇的清潔材料是具有長聚合鏈的單相聚合物。將多個微米大小的幹PVA顆粒分散到清潔溶液中。幹PVA顆粒吸收來自清潔溶液的液體，膨脹並均勻地懸浮在清潔溶液的聚合鏈中。襯底清潔方法還包括施加力到PVA顆粒以將PVA顆粒帶到襯底上現有的汙染物附近，以便在PVA顆粒和汙染物之間發生相互作用。在一個實施方式中，當將清潔材料分配到襯底表面上時，在PVA顆粒上施加力。在另一實施方式中，當將清潔材料分配在襯底表面上且當將衝洗液施加在襯底表面上時，在PVA顆粒上施加力。在此實施方式中，衝洗中在襯底表面上施加的力也幫助PVA顆粒更接近汙染物以在PVA顆粒和汙染物之間發生相互作用。在一個實施方式中，襯底上清潔材料的流率是被控制的，以便增強清潔材料施加的力來使PVA顆粒與汙染物相互作用。只要有施加力到清潔材料PVA顆粒的裝置，以便PVA顆粒與要移除的汙染物產生相互作用，用於從襯底移除汙染物的本發明方法就可以多種不同的方式實施。
PVA顆粒充當軟微刷提供額外的力。該額外的力能使PVA顆粒充當槓桿幫助汙染物從襯底表面釋放。被釋放的汙染物陷入PVA顆粒或清潔材料的長聚合鏈中。在操作730，帶有俘獲汙染物的清潔化學品被迅速從襯底表面移除，留下基本清潔的表面。在一個實施方式中，通過應用真空將帶有俘獲汙染物的清潔材料移除。在另一實施方式中，衝洗液被分配並迅速從襯底表面移除。在衝洗液的移除中，帶有汙染物的清潔材料也被迅速地移除。在圖案化襯底上要被移除的汙染物實質上可以是任何種類的與半導體晶片製造過程相關的表面汙染物，包括但不限於顆粒汙染物、微量金屬汙染物、有機汙染物、光刻膠殘片、來自晶片輸送設備的汙染物、晶片斜角邊緣汙染物和晶片背面顆粒汙染物。在將衝洗液用於移除帶有汙染物的清潔材料的實施方式中，衝洗液被認真選擇以促進帶有汙染物的清潔材料的有效移除。在此實施方式中選擇衝洗液以便所選衝洗液和其輸送方法補充在清潔操作中使用的清潔材料。用於衝洗操作730的衝洗液可以是任何液體，諸如DIW或其它液體，其促進清潔材料的徹底移除而在襯底表面沒留下任何化學殘留。
在一個實施方式中，衝洗液被施加通過受限化學清潔(C3)頭。然而，為實現顆粒移除效率的最大化，可以有各種方式將衝洗液實施到晶片上。關於襯底支承設備的更多信息，諸如晶片載體，可以參考申請號為11/743，516的美國專利申請，其名稱為「HYBRID COMPOSITE WAFER CARRIER FOR WET CLEAN EQUIPMENT」，申請日為2007年5月2日，被轉讓於本主題申請的受讓人並通過引用將其合併於此。對於有關鄰近頭的更多信息，可以參考如美國專利No. 6，616，772描述的範例鄰近頭，其公開於 2003 年 9 月 9 日，名稱為 「METHODS FOR WAFER PROXIMITY CLEANING ANDDRYING」。該美國專利被轉讓給該主題申請的受讓人朗姆研究公司，通過引用將其合併於此。對於有關彎液面的更多信息，可以參考美國專利No. 6，998，327，其公開於2005年
I月 24 日且名稱為「METHODS AND SYSTEMS FOR PROCESSING A SUBSTRATE USING A DYNAMICLIQUID MENISCUS」，以及美國專利No. 6，998，326，其公開於2005年I月24日且名稱為「PHOBIC BARRIER MENISCUS SEPARATION AND CONTAINMENT」。這些美國專利被轉讓給該主題申請的受讓人，為了各種目的通過引用其全部內容合併於此。對於有關頂部和底部彎液面的更多信息，可以參考如美國專利申請公開的範例彎液面，其申請號為10/330,843，申請日為2002年12月24日，名稱為「MENISCUS，VACUUM,IPA VAPOR, DRYING MANIFOLD」。該美國專利被轉讓於該主題申請的受讓人朗姆研究公司，通過引用將其合併於此。雖然已經以若干實施方式的形式描述了本發明，但應該領會到通過閱讀前面的說明書和研究附圖，本領域的技術人員將認識到本發明的各種變化、附加、置換和等同方式。因此，本發明擬包括所有落入本發明真實精神和範圍的這些變化、附加、置換和等同方式。在權利要求中，元件和/或步驟不意味著操作的任何特別順序，除非其明確地陳述在權利要求中。
權利要求
1.從半導體襯底表面移除汙染物的清潔材料，其包括 表現明顯粘彈性的清潔溶液，所述清潔溶液為聚合物、去離子水和一種或多種帶有長聚合鏈的添加劑的單相混合物；以及 多個幹聚乙烯醇(PVA)顆粒，其分散於所述清潔溶液中以形成清潔材料，所述幹聚乙烯醇顆粒為微米尺寸大小，其中所述幹聚乙烯醇顆粒吸收所述清潔溶液的液體並均勻懸浮在所述清潔材料中； 其中均勻懸浮在清潔材料中的所述幹聚乙烯醇顆粒與所述汙染物的至少一部分相互作用以從所述襯底表面釋放所述汙染物，且其中所釋放的所述汙染物被俘獲在所述清潔材料中。
2.根據權利要求I所述的清潔材料，其中所述幹PVA顆粒包括多個孔，所述孔的大小變化以所述幹PVA顆粒的化學成分為基礎。
3.根據權利要求I所述的清潔材料，其中從所述襯底表面釋放的所述汙染物被捕獲在懸浮在所述清潔材料中的所述PVA顆粒的所述多個孔中。
4.根據權利要求I所述的清潔材料，其中從所述襯底表面釋放的所述汙染物被捕獲在所述清潔材料的所述長聚合鏈中。
5.根據權利要求I所述的清潔材料，其中所述幹PVA顆粒由彈性係數限定，所述彈性係數提供所述幹PVA顆粒彈性以在施加所述清潔材料期間變形和恢復形狀。
6.根據權利要求I所述的清潔材料，其中所述PVA顆粒在所述清潔溶液中的懸浮通過由所述幹PVA顆粒吸收所述清潔溶液中的水成分、所述PVA顆粒膨脹且所述PVA顆粒被俘獲在所述清潔溶液的長聚合鏈中形成，在與所述汙染物相互作用時被俘獲的所述PVA顆粒充當軟微刷，從而阻止對形成在所述襯底表面上的特徵的損壞。
7.根據權利要求I所述的清潔材料，其中由於在施加到所述襯底表面的所述清潔材料上施加力，所述PVA顆粒與所述清潔材料一起在形成於所述襯底上的半導體設備周圍變形，在相互作用期間所述PVA顆粒提供額外的剪切力以從所述襯底表面移除所述汙染物而不導致所述特徵的機械損壞。
8.根據權利要求I所述的清潔材料，其中所述幹PVA顆粒包括多個孔，懸浮在所述清潔材料中的所述幹PVA顆粒的大小由所述孔的大小確定，以致所述幹PVA顆粒的大小大於相應的所述孔以便維持所述幹PVA顆粒的結構完整性與功能性。
9.根據權利要求8所述的清潔材料，其中所述幹PVA顆粒的大小在約20微米到約200微米之間。
10.根據權利要求I所述的清潔材料，其中所述清潔材料由具有約1%到約5%重量百分比範圍的幹PVA顆粒組成。
11.根據權利要求I所述的清潔材料，其中所述清潔材料由具有約O.1%到約20%重量百分比範圍的幹PVA顆粒組成。
12.根據權利要求I所述的清潔材料，其中所述清潔溶液選自去離子水、聚合化合物、PH調節劑和其他添加劑。
13.根據權利要求I所述的清潔材料，其中所述幹PVA顆粒的大小在約45-150微米到約1000-1180微米的範圍內。
14.從半導體襯底表面清潔汙染物的裝置，其包括襯底支承裝置，其沿著平面接收、託持和運送所述襯底；以及 清潔材料分配器，其用於施加清潔材料到所述半導體襯底表面，其中所述清潔材料包括 表現明顯粘彈性的清潔溶液，所述清潔溶液為帶有長聚合鏈的單相聚合物； 多個幹聚乙烯醇(PVA)顆粒，其分散於所述清潔溶液中以形成清潔材料，所述幹聚乙烯醇顆粒為微米尺寸大小，其中所述幹聚乙烯醇顆粒吸收所述清潔溶液的液體並均勻懸浮在所述清潔材料中； 其中均勻懸浮在所述清潔材料中的所述幹聚乙烯醇顆粒與所述汙染物的至少一部分相互作用以從所述襯底表面釋放所述汙染物，且其中所釋放的所述汙染物被俘獲在所述清潔材料中。
15.根據權利要求14所述的裝置，其中所述清潔材料分配器為帶有輸送孔以分配所述清潔材料的鄰近頭，所述分配頭的輸送孔大小大於所述PVA顆粒的大小以能施加所述清潔材料到所述襯底表面。
16.根據權利要求15所述的裝置，其中所述配送孔的大小在約O.875mm到約IOmm之間。
17.根據權利要求15所述的裝置，其中所述半導體襯底在所述鄰近頭下面運動，所述半 導體襯底的運動在所述清潔材料和所述襯底表面之間引入了剪切力，所述清潔材料中的所 述PVA顆粒提供額外的剪切力來從所述襯底表面釋放所述汙染物。
18.根據權利要求14所述的裝置，其中所述清潔材料分配器為噴射器。
全文摘要
從半導體襯底表面移除汙染物的系統、方法和裝置，其包括施加清潔材料。所述清潔材料包括清潔溶液和分散於所述清潔溶液的多個微米大小的幹聚乙烯醇顆粒。所述清潔溶液為由長聚合鏈組成的並表現明顯的粘彈性的單相聚合物。所述多個微米大小的幹聚乙烯醇顆粒吸收所述清潔溶液中的液體並均勻地懸浮在所述清潔材料中。所述懸浮的聚乙烯醇顆粒與半導體襯底表面上汙染物的至少一部分相互作用，以從襯底表面釋放並移除汙染物。釋放後的汙染物被俘獲在所述清潔材料中並與所述清潔材料被移除，留下基本乾淨的襯底表面。
文檔編號C23G1/00GK102803564SQ201080027509
公開日2012年11月28日 申請日期2010年6月21日 優先權日2009年6月24日
發明者卡特裡娜·米哈利欽科 申請人:朗姆研究公司