CN106024580B - 用于在半导体制造加工的cmp工艺中清洗晶圆的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于在化学机械抛光(CMP)工艺之后清洗半导体晶圆的方法。该方法包括将半导体晶圆提供至清洗模块中。该方法还包括通过使清洗刷组件旋转来清洗半导体晶圆。该方法也包括施加搅拌的清洗液以清洗清洗刷组件。本发明还提供一种在半导体制造加工的CMP工艺中清洗晶圆的系统。

Description

用于在半导体制造加工的CMP工艺中清洗晶圆的方法和系统
技术领域
本发明涉及半导体领域，更具体地，涉及用于在半导体制造加工的CMP工艺中清洗晶圆的方法和系统。
背景技术
半导体器件用于各种电子应用中，诸如个人计算机、手机、数码相机和其他电子设备。半导体工业通过最小部件尺寸的持续减小而不断改进各种电子组件(例如，晶体管、二极管、电阻器、电容器等)的集成度，这允许更多组件集成到给定面积内。在一些应用中，这些较小的电子组件也需要比之前的封装件利用更小面积的更小的封装件。
在半导体器件的制造期间，各种处理步骤用于在半导体晶圆上制造集成电路。通常，工艺包括用于平坦化半导体晶圆的化学机械抛光(CMP)工艺。CMP工艺的挑战在于，在抛光之后产生清洁的衬底表面。因此，使用CMP工艺的问题在于，抛光之后的抛光浆料以及其他抛光残留物和粒子的有效和完全的去除，以防止在抛光的产品内引入缺陷。理想地，在不将附加的缺陷或损坏引入至衬底表面的情况下，CMP后清洗应该以快速和可重复的方式去除所有抛光浆料、抛光残留物和粒子。
虽然通常用于在CMP工艺之后清洗半导体晶圆的现有的方法和器件已经能够满足它们的预期目的，但是它们不是在所有方面都完全令人满意。因此，期望提供用于半导体制造操作的工艺控制的解决方案。
发明内容
本发明提供一种用于处理半导体晶圆的方法，包括：将所述半导体晶圆提供至化学机械抛光(CMP)模块中；抛光所述半导体晶圆；从所述CMP模块去除所述半导体晶圆；通过清洗刷组件清洗所述半导体晶圆；以及通过使用搅拌的清洗液清洗所述清洗刷组件。
优选地，通过使用搅拌的清洗液清洗所述清洗刷组件包括通过主要流体路径施加所述搅拌的清洗液，所述主要流体路径形成在所述清洗刷组件中并且沿着所述清洗刷组件旋转时所绕的旋转轴延伸。
优选地，通过使用搅拌的清洗液清洗所述清洗刷组件包括：朝着所述清洗刷组件的刷子构件的外表面以相对于所述清洗刷组件旋转时所绕的旋转轴从约0度至约180度的范围内的角度施加所述搅拌的清洗液。
优选地，通过使用搅拌的清洗液清洗所述清洗刷组件包括通过搅拌转换器施加所述搅拌的清洗液，所述搅拌转换器沿着所述清洗刷组件旋转时所绕的旋转轴延伸。
优选地，当由所述清洗刷组件清洗所述半导体晶圆时，实施通过使用搅拌的清洗液清洗所述清洗刷组件的操作，或者在去除所述半导体晶圆之后，实施通过使用搅拌的清洗液清洗所述清洗刷组件的操作。
优选地，实施通过清洗刷组件清洗所述半导体晶圆的操作的持续时间周期在从约20秒至约80秒的范围内。
优选地，通过搅拌转换器以从约500KHz至约2.5MHz的范围内的频率搅拌所述搅拌的清洗液。
本发明还提供一种用于在化学机械抛光(CMP)工艺之后清洗半导体晶圆的方法，包括：将所述半导体晶圆提供至清洗模块中；通过使清洗刷组件旋转而清洗所述半导体晶圆；以及施加搅拌的清洗液以清洗所述清洗刷组件。
优选地，施加搅拌的清洗液以清洗所述清洗刷组件包括通过主要流体路径施加所述搅拌的清洗液，所述主要流体路径形成在所述清洗刷组件中并且沿着所述清洗刷组件旋转时所绕的旋转轴延伸。
优选地，施加搅拌的清洗液以清洗所述清洗刷组件包括：朝着所述清洗刷组件的刷子构件的外表面，以相对于所述清洗刷组件旋转时所绕的旋转轴从约0度至约180度的范围内的角度施加所述搅拌的清洗液。
优选地，施加搅拌的清洗液以清洗所述清洗刷组件包括通过搅拌转换器施加所述搅拌的清洗液，所述搅拌转换器沿着所述清洗刷组件旋转时所绕的旋转轴延伸。
优选地，当由所述清洗刷组件清洗所述半导体晶圆时，实施施加搅拌的清洗液以清洗所述清洗刷组件的操作，或者在去除所述半导体晶圆之后，实施施加搅拌的清洗液以清洗所述清洗刷组件的操作。
优选地，实施通过使所述清洗刷组件旋转来清洗所述半导体晶圆的操作的持续时间周期在从约20秒至约80秒的范围内。
优选地，通过搅拌转换器以从约500KHz至约2.5MHz的范围内的频率搅拌所述搅拌的清洗液。
本发明还提供一种用于实施化学机械抛光(CMP)工艺的系统，所述系统包括：CMP模块，配置为抛光半导体晶圆；清洗刷组件，配置为清洗所述半导体晶圆；以及液体搅拌组件，配置为产生搅拌的清洗液以清洗所述清洗刷组件。
优选地，所述清洗刷组件包括：旋转轴，其中，主要流体路径形成在所述旋转轴中，并且在所述旋转轴的外壁上形成多个孔以连接所述主要流体路径；以及刷子构件，覆盖所述孔，其中，所述液体搅拌组件包括搅拌转换器，所述搅拌转换器连接至所述旋转轴并且配置为搅拌施加至所述主要流体路径中的清洗液，以产生所述搅拌的清洗液。
优选地，系统还包括：清洗槽，其中，所述清洗刷组件定位在所述清洗槽中，并且所述液体搅拌组件包括搅拌转换器，所述搅拌转换器定位在清洗槽的侧板上并且配置为将清洗液转变成所述搅拌的清洗液。
优选地，所述搅拌的清洗液以相对于所述清洗刷组件旋转时所绕的旋转轴从约0度至约180度的角度施加在所述清洗刷组件上。
优选地，将所述清洗刷组件配置为绕旋转轴旋转，并且所述液体搅拌组件包括搅拌转换器，所述搅拌转换器配置为将清洗液转变成所述搅拌的清洗液，其中，所述搅拌转换器沿着平行于所述旋转轴的方向延伸，并且所述搅拌转换器的长度大于将被清洗的半导体晶圆的直径。
优选地，所述液体搅拌组件能够以从约500KHz至约2.5MHz的范围内的频率搅拌清洗液。
附图说明
当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
图1是根据一些实施例的用于处理半导体晶圆的化学机械抛光(CMP)系统的示意图。
图2是沿着图1的线A-A截取的截面图。
图3是根据一些实施例的清洗模块的示意图。
图4是根据一些实施例的清洗模块的示意图。
图5是根据一些实施例的用于处理半导体晶圆的方法的流程图。
图6A至图6C是根据一些实施例的在用于清洗不同晶圆之后的洗涤器的截面图。
图7是根据一些实施例的用于在清洗模块中清洗半导体晶圆的工艺的工作台的截面图。
图8是根据一些实施例的用于处理半导体晶圆的化学机械抛光(CMP)系统的示意图。
图9是沿着图8的线B-B截取的截面图。
图10是根据一些实施例的清洗模块的示意图。
图11是根据一些实施例的清洗模块的示意图。
具体实施方式
以下公开内容提供了许多不同实施例或实例，以用于实现所提供主题的不同特征的。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成附加的部件，使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简化和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
而且，为便于描述，本文可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…之上”、“上部”等的空间关系术语，以描述如图所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间关系术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，并且本文使用的空间关系描述符可以同样地作相应的解释。应该理解，可以在方法之前、期间和之后提供附加的操作，并且对于方法的其他实施例，可以代替或消除描述的一些操作。
图1是根据一些实施例的用于处理半导体晶圆5的化学机械抛光(CMP)系统1的示意图。CMP系统1包括CMP模块10、冲洗站模块20、多个清洗模块(诸如清洗模块30和40)、旋转-冲洗-干燥(SRD)模块50以及多个传递模块60。可以添加或省略CMP系统1的元件，并且本发明不应受实施例的限制。
半导体晶圆5可以由硅或其他半导体材料制成。可选地或附加地，半导体晶圆5可以包括诸如锗(Ge)的其他元素半导体材料。在一些实施例中，半导体晶圆5由诸如碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、砷化铟(InAs)或磷化铟(InP)的化合物半导体制成。在一些实施例中，半导体晶圆5由诸如硅锗(SiGe)、碳化硅锗(SiGeC)、磷砷化镓(GaAsP)或磷化镓铟(GaInP)的合金半导体制成。在一些实施例中，半导体晶圆5包括外延层。例如，半导体晶圆5具有位于块状半导体上面的外延层。在一些其他实施例中，半导体晶圆5可以是绝缘体上硅(SOI)或绝缘体上锗(GOI)衬底。
半导体晶圆5可以具有各种器件元件。形成在半导体晶圆5中的器件元件的实例包括晶体管(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管、双极结型晶体管(BJT)、高压晶体管、高频晶体管、p沟道和/或n沟道场效应晶体管(PFET/NFET)等)、二极管和/或其他适用的元件。实施各种工艺以形成器件元件，诸如沉积、蚀刻、注入、光刻、退火和/或其他合适的工艺。在一些实施例中，浅沟槽隔离(STI)层、层间介电层(ILD)或金属间介电层覆盖形成在半导体晶圆5上的器件元件。
将CMP模块10配置为在半导体制造工艺中对半导体晶圆5实施平坦化工艺。在一些实施例中，CMP模块10包括：基底110；多个抛光衬垫120a、120b和120c；多个装载杯130和头部旋转单元140。可以添加或省略CMP模块10的元件，并且本发明不应受实施例的限制。
在一些实施例中，在基底110上提供抛光衬垫120a、120b和120c。三个抛光衬垫120a、120b和120c有助于在短时间内同时处理多个晶圆。每个抛光衬垫都安装在可旋转圆盘(图中未示出)上。在基底100上提供衬垫调节器121a、121b和121c并且该衬垫调节器可以在相应的抛光衬垫120a、120b和120c上方清扫，以用于调节抛光衬垫120a、120b和120c。还在基底110上提供浆料供应臂122a、122b和122c，以将浆料供应至相应的抛光衬垫120a、120b和120c的表面。
将装载杯130配置为装载和卸载半导体晶圆5。在一些实施例中，每个装载杯130都包括圆形基座，在圆形基座上放置半导体晶圆5，以用于将半导体晶圆5装载在抛光衬垫120a、120b和120c上，以及用于从抛光衬垫120a、120b和120c卸载半导体晶圆5。
头部旋转单元140具有多个抛光头141a、141b、141c和141d，以用于在抛光衬垫120a、120b和120c上承载和固定旋转半导体晶圆5。头部旋转单元140的抛光头141a、141b、141c和141d安装在相应的旋转轴(图中未示出)上，通过头部旋转单元140内的驱动机制旋转旋转轴。抛光头141a、141b、141c和141d承载相应的半导体晶圆5并且将半导体晶圆5压向相应的抛光衬垫120a、120b和120c的顶面。以这种方式，从相应的半导体晶圆5去除材料层。
根据一些实施例，冲洗站模块20包括容器21。将容器21配置为将半导体晶圆5浸没在包含在该容器中的清洗液内。在一些实施例中，冲洗站模块20可以包括安装至容器21的底部的转换器(图中未示出)。转换器用于将音波能量向上引导至半导体晶圆5。因此，将来自转换器的音波能量垂直引导至半导体晶圆5。结果，在半导体晶圆5的每个全循环期间，半导体晶圆5都受到等量的音波能量的作用。
第一清洗模块30邻近冲洗站20布置并且配置为接收已经由冲洗站20清洗的半导体晶圆5。如图2所示，在一些实施例中，第一清洗模块30包括清洗槽31、清洗刷组件32和液体搅拌组件33。
在一些实施例中，清洗刷组件32包括两条旋转轴321和两个刷子构件322。一条旋转轴321沿着旋转轴C1延伸并且可绕相应的旋转轴C1旋转。另一旋转轴321沿着旋转轴C2延伸并且可绕相应的旋转轴C2旋转。在一些实施例中，旋转轴C1和C2平行于垂直方向。在每条旋转轴321中形成主要流体路径323。此外，多个孔324形成在每条旋转轴321的外壁上并且流体连接至主要流体路径323。在一些实施例中，两条旋转轴321以可移动方式布置，使得两条旋转轴321之间的距离是可调整的。
两个刷子构件322分别连接至两条旋转轴321。例如，两个刷子构件322中的每个都包括海绵。在一些实施例中，每个刷子构件322都周向地围绕相应的旋转轴321，并且覆盖形成在旋转轴321的外壁上的孔324。如图1所示，每条旋转轴321的两端都未被刷子构件322覆盖。旋转轴321可以由帽承载，将该帽配置为驱动旋转轴321旋转。
根据一些实施例，液体搅拌组件33包括两个搅拌转换器331和电连接至搅拌转换器331的信号发生器332。在一些实施例中，两个搅拌转换器331分别连接至两个旋转轴321。两个搅拌转换器331中的每个都可以周向地围绕相应的旋转轴321的未由刷子构件322覆盖的部分。在一些实施例中，在操作期间，将来自信号发生器332的交流电压施加至搅拌转换器331，以使转换器产生在压缩和膨胀之间的振荡，从而将兆频超声波能量耦合至通过旋转轴321的流体。
在一些实施例中，第一清洗模块30还包括两个晶圆支撑件(图中未示出)。将两个晶圆支撑件配置为垂直支撑半导体晶圆5。两个支撑件是可旋转的，并且每个支撑件都优选地包括可旋转轮，可旋转轮具有v形沟槽以用于在最少接触的情况下支撑半导体晶圆5。电机可以耦合至两个支撑件，以驱动两个支撑件积极地旋转。因此，两个支撑件用作用于使半导体晶圆5旋转的旋转机制。然而，应该理解，可以对本发明的实施例作出许多变化和修改。
应该理解，第一清洗模块30的配置不应限制于上述实施例，并且只要搅拌的液体可以施加在刷子构件322上，就可以修改液体搅拌组件33。
图3示出了根据一些实施例的第一清洗模块30a的示意图。在一些实施例中，第一清洗模块30a和图2中示出的第一清洗模块30之间的差别包括：液体搅拌组件33a的定位在清洗槽31的侧板311上的两个搅拌转换器331a。在一些实施例中，多个侧壁限定用于清洗半导体晶圆5的空间，并且两个搅拌转换器331a定位在清洗槽31的不同侧壁上。
在一些实施例中，两个搅拌转换器331a流体连接至清洗液源并且配置为搅拌来自清洗液源的清洗液，以清洗刷子构件322。两个搅拌转换器331a可以以相对于垂直方向从约0度到约180度的范围内的角度在刷子构件322的外表面上施加搅拌的清洗液，该垂直方向平行于清洗刷组件32的旋转轴C1。利用通过两个搅拌转换器331a供应的搅拌的清洗液，去除刷子构件322中累积的污染粒子。
图4示出了根据一些实施例的第一清洗模块30b的示意图。在一些实施例中，第一清洗模块30b和图2中示出的第一清洗模块30之间的差别包括液体搅拌组件33b的两个搅拌转换器331b，该两个搅拌转换器定位在清洗槽31的侧板311上并且延伸预定长度，该预定长度大于半导体晶圆5的直径。
在一些实施例中，两个搅拌转换器331b流体连接至清洗液源并且配置为搅拌来自清洗液源的清洗液，以清洗刷子构件322。两个搅拌转换器331b在平行于旋转轴C1的垂直方向上的长度可以等于刷子构件322。可选地，两个搅拌转换器331b中的每个在垂直方向上的长度都大于刷子构件322的长度。利用通过两个搅拌转换器331b供应的搅拌的清洗液，在刷子构件322的旋转期间充分清洗每个刷子构件322的整个外表面。
在一些实施例中，两个搅拌转换器331b和两个旋转轴沿着直线布置。在一些实施例中，两个搅拌转换器331b和两个旋转轴不沿着直线布置。两个搅拌转换器331b可以偏离于连接在两个旋转轴321之间的虚线。
参照图1，第二清洗模块40邻近第一清洗模块30布置并且配置为接收已经由第一清洗模块30清洗的半导体晶圆5。第二清洗模块40可以与第一清洗模块30相同或不同。例如，第一清洗模块30具有如图2所示的配置，而第二清洗模块40具有如图3所示的配置。此外，供应至第一清洗模块30的清洗液可以与供应至第二清洗模块40的清洗液相同或不同。此外，可以以相同或不同的频率搅拌不同清洗模块中的搅拌的清洗液，以提高清洗效率。
SRD模块50邻近第二清洗模块40布置并且配置为接收已经由第二清洗模块40清洗的半导体晶圆5。当将半导体晶圆5传递至SRD模块50时，用去离子水冲洗半导体晶圆5并且然后干燥该半导体晶圆。
根据一些实施例，传递模块60包括一个或多个驱动元件(图中未示出)和多个机械臂61。诸如电机的驱动元件受控制模块控制并且耦合至机械臂61。通过驱动元件驱动机械臂61，以在固定平面上提供径向和旋转运动，从而将半导体晶圆5从CMP系统1内的一个位置拾起、传递和传送至另一位置。例如，利用传递模块60，在诸如FOUP的载体65与CMP模块10之间传递半导体晶圆5。可选地，通过传递模块60在CMP模块10与冲洗站20之间传递半导体晶圆5。可选地，在SRD模块50与载体65之间传递半导体晶圆5。
图5是根据一些实施例的示出用于清洗晶圆的方法70的流程图。为了说明的目的，将利用图1和图2中示出的示意图描述该流程图。对于不同的实施例，可以代替或消除描述的一些阶段。可以在半导体器件结构中添加附加的部件。对于不同的实施例，可以代替或消除描述的一些部件。
方法70开始于操作71，其中，在CMP模块(诸如CMP模块10)内提供一个或多个半导体晶圆(诸如半导体晶圆5)。在一些实施例中，通过传递模块60将半导体晶圆5从载体65传递至CMP模块10内。
方法70继续进行操作72，其中，通过CMP模块10的至少一个抛光衬垫(诸如抛光衬垫120a、120b、120c)抛光半导体晶圆5。每个抛光衬垫都代表单独的抛光步骤，其中，可以抛光晶圆上的不同材料。例如，第一抛光衬垫120a上的第一抛光步骤可以是铜抛光步骤；第二抛光衬垫120b上的第二抛光步骤可以是氮化钽(TaN)抛光步骤；以及第三抛光衬垫120c上的第三抛光步骤可以是氧化物抛光步骤。然而，应该理解，可以对本发明的实施例作出许多变化和修改。
方法70继续进行操作73，其中，从CMP模块10去除半导体晶圆5。在一些实施例中，通过传递模块60从CMP模块10去除半导体晶圆5，并且将该半导体晶圆传递至冲洗站模块20或第一清洗模块30，以在化学机械抛光之后清洗或去除抛光残留物。
方法70继续进行操作74，其中，通过清洗刷组件(诸如清洗刷组件32)清洗半导体晶圆5。在一些实施例中，将由CMP模块10处理的半导体晶圆5传递至第一清洗模块30。在第一清洗模块30中，半导体晶圆5垂直地布置并且定位在两个旋转轴321之间。在将半导体晶圆5定位在两个旋转轴之间之后，可以调整两个旋转轴321之间的距离，以建立两个刷子构件322与半导体晶圆5之间的接触。
如图6A所示，在一些实施例中，驱动两个旋转轴321旋转，以清洗半导体晶圆5的前面和背面。此外，在第一清洗模块30中清洗半导体晶圆5的同时也使该半导体晶圆旋转。在一些实施例中，在晶圆清洗操作期间，通过相应的旋转轴321的主要流体路径323和孔324将诸如去离子水(DIW)或柠檬酸的清洗液9提供至每个刷子构件322。当清洗的刷子构件322接触旋转的半导体晶圆5时，通过刷子构件322和清洗液9去除半导体晶圆5上的粒子和/或污染物。
然而，当刷子构件322用于清洗半导体晶圆一段时间时，由于刷子构件322上累积的粒子(或污染物)，所以清洗效率将降低。图6A至图6C是根据一些实施例的在用于清洗不同晶圆之后的刷子构件322的示意图。
如图6A所示，在使用刷子构件322清洗半导体晶圆5之后，污染粒子7(或污染物)在刷子构件322上累积。如图6B所示，在刷子构件322进一步用于清洗包括半导体晶圆5’的更多晶圆之后，更多的污染粒子7累积在刷子构件322上。随着刷子构件322不断地用于清洗半导体晶圆，越来越多的污染粒子7可以粘附至刷子构件322并且污染刷子构件322。因此，当刷子构件322用于清洗新的晶圆时，一些颗粒污染物可以落在新的晶圆上，从而降低刷子构件322的清洗效率。
例如，如图6C所示，在刷子构件322继续用于清洗包括半导体晶圆5”的甚至更多的晶圆时，甚至更多的污染粒子7累积在刷子构件322上。在一些实施例中，一些污染粒子7从刷子构件322落下并且留在半导体晶圆5”上。结果，未充分清洗半导体晶圆5”，这将导致半导体晶圆5”的产率降低。
为了防止上述问题，方法70继续进行操作75，其中，通过使用搅拌的清洗液清洗清洗刷组件32。如图7所示，在一些实施例中，通过液体搅拌组件33搅拌施加在旋转轴321内的清洗液9，并且将该清洗液转变成搅拌的清洗液9’。然后，通过主要流体路径323和孔324(图2)将搅拌的清洗液9’传送至刷子构件322。由于搅拌的清洗液9’，将粘附至清洗刷组件32的污染粒子7从刷子组件32甩掉。结果，清洗刷组件32准备用于清洗已经抛光的另一半导体晶圆5。
在一些实施例中，通过从如图3和图4所示的搅拌转换器331a或331b施加的搅拌的清洗液9’洗涤刷子构件322。此外，同时将清洗液供应至清洗刷组件32的旋转轴中，以冲洗刷子构件322。可选地，在从搅拌转换器331a或331b供应搅拌的清洗液9’期间，没有清洗液供应至清洗刷组件32的旋转轴中。
在一些实施例中，由于通过在晶圆清洗工艺时由搅拌的清洗液9’清洗的刷子构件322洗涤半导体晶圆5，所以本实施例的清洗工艺比传统的清洗工艺花费更少的时间。结果，增加了CMP系统1的整体生产量。在一些实施例中，用于通过使清洗刷组件32旋转来实施清洗半导体晶圆5的操作的持续时间周期在从约20秒到约80秒的范围内。
在一些实施例中，当通过刷子构件322清洗半导体晶圆5时，操作液体搅拌组件33。也通过搅拌的清洗液9’清洗半导体晶圆5上的浆料或残留物。可选地或附加地，在从刷子构件322去除半导体晶圆5之后，操作液体搅拌组件33。可选地或附加地，不管在第一清洗模块30中存在或不存在半导体晶圆5，都保持操作液体搅拌组件33。在一些实施例中，通过连接至清洗槽31的液体出口单元(图中未示出)排出具有污染粒子7的搅拌的清洗液9’。被污染的清洗液不保留在清洗槽31中。
在一些实施例中，液体搅拌组件33能够以从约500KHz至约2.5MHz的范围内的频率搅拌清洗液。可以根据累积在刷子组件32中的粒子尺寸改变振荡的频率。例如，如果累积在刷子组件32中的粒子具有相对较大的尺寸，则以低频率使清洗液振荡，以提高清洗效率。然而，应该理解，可以对本发明的实施例作出许多变化和修改。
在一些实施例中，在通过第一清洗模块30清洗半导体晶圆5之后，将半导体晶圆5传递至第二清洗模块40以再次清洗。类似于在第一清洗模块30中实施的清洗工艺，也通过使用搅拌的清洗液清洗第二清洗模块40中的刷子构件322。
在一些实施例中，在通过第一清洗模块30或第二清洗模块40清洗半导体晶圆5之后，将半导体晶圆5传递至SRD模块50。当将半导体晶圆5传递至SRD模块50时，利用去离子水冲洗半导体晶圆5，并且然后在将该半导体晶圆传递至载体65之前干燥该半导体晶圆。
图8示出了根据一些实施例的用于处理半导体晶圆5的化学机械抛光(CMP)系统1c。CMP系统1c包括CMP模块10c、冲洗站模块20c、诸如清洗模块30c、40c和80c的多个清洗模块、旋转-冲洗-干燥(SRD)模块50c和多个传递模块60c。可以添加或省略CMP系统1c的元件，并且本发明不应受实施例的限制。
将CMP模块10c配置为在半导体制造工艺中实施半导体晶圆5的平坦化工艺。在一些实施例中，CMP模块10c包括多个抛光站11c。每个抛光站11c都包括第一抛光装置111c和第二抛光装置112c。任何数量的抛光站11c都是可能的。将每个抛光站11c都配置为对多个半导体晶圆5提供第一抛光操作和第二抛光操作。
在一些实施例中，第一抛光操作和第二抛光操作在所使用的抛光浆料的类型和化学物质以及工艺配方上不同，工艺配方诸如旋转速率、施加至半导体晶圆5的力和抛光的持续时间。在一些实施例中，第一抛光操作可以是粗抛光，并且第二抛光操作可以是细抛光。在一些实施例中，第一抛光操作可以配置为从半导体晶圆5去除介电材料，并且第二抛光操作可以配置为去除金属。
将冲洗站模块20c配置为将半导体晶圆5浸没在包含在该冲洗站模块中的清洗液内。第一清洗模块30c邻近冲洗站模块20c布置并且配置为接收已经由冲洗站20c清洗的半导体晶圆5。
如图9所示，根据一些实施例，第一清洗模块30c包括清洗槽31c、清洗刷组件32c和液体搅拌组件33c。在一些实施例中，清洗刷组件32c包括两条旋转轴321c和两个刷子构件322c。一条旋转轴321c沿着旋转轴C3延伸并且可绕相应的旋转轴C3旋转。另一旋转轴321c沿着旋转轴C4延伸并且可绕相应的旋转轴C4旋转。在一些实施例中，旋转轴C3和C4平行于水平方向。旋转轴321c和刷子构件322c的配置可以类似于如图2所示的旋转轴321和刷子构件322，并且为了简洁而未详细描述。然而，应该理解，可以对本发明的实施例作出许多变化和修改。
根据一些实施例，液体搅拌组件33c包括两个搅拌转换器331c和电连接至搅拌转换器331c的信号发生器332c。在一些实施例中，两个搅拌转换器331c分别连接至清洗刷组件32c的两条旋转轴321c。在一些实施例中，在操作期间，将来自信号发生器332c的交流电压施加至搅拌转换器331c，以使转换器产生在压缩和膨胀之间的振荡，从而将兆频超声波能量耦合至通过旋转轴321c的流体。
应该理解，第一清洗模块30c的配置不应限制于上述实施例，并且只要搅拌的液体可以施加在刷子构件322c上，就可以修改液体搅拌组件33c。
图10示出了根据一些实施例的第一清洗模块30d的示意图。在一些实施例中，第一清洗模块30d和图9中示出的第一清洗模块30c之间的差别包括定位在清洗槽31c的侧板311c上的两个搅拌转换器331d。
在一些实施例中，两个搅拌转换器331d流体连接至清洗液源并且配置为搅拌来自清洗液源的清洗液，以清洗刷子构件322c。在一些实施例中，两个搅拌转换器331d朝着刷子构件322c的外表面以相对于水平方向从约0度至约180度的范围内的角度施加搅拌的清洗液。水平方向平行于清洗刷组件32c的旋转轴C3和C4。
图11示出了根据一些实施例的第一清洗模块30e的示意图。在一些实施例中，第一清洗模块30e和图9中示出的第一清洗模块30c之间的差别包括液体搅拌组件33e的定位在清洗槽31c的侧板311c上并且延伸预定长度的两个搅拌转换器331e，该预定长度大于半导体晶圆5的直径。
在一些实施例中，两个搅拌转换器331e流体连接至清洗液源并且配置为搅拌来自清洗液源的清洗液，以清洗刷子构件322c。两个搅拌转换器331e在平行于清洗刷组件32c的旋转轴C3和C4的水平方向上的长度可以等于刷子构件322c。可选地，两个搅拌转换器331e中的每个在水平方向上的长度都大于刷子构件322c的长度。利用通过两个搅拌转换器331e供应的搅拌的清洗液，在刷子构件322c的旋转期间充分地清洗每个刷子构件322c的整个外表面。
第二清洗模块40c邻近第一清洗模块30c布置并且配置为接收已经由第一清洗模块30c清洗的半导体晶圆5。第三清洗模块80c邻近第二清洗模块40c布置并且配置为接收已经由第二清洗模块40c清洗的半导体晶圆5。
应该理解，第二清洗模块40c和第三清洗模块80c的配置可以与以上公开的第一清洗模块30c、30d和30e的各种配置类似。此外，供应至三个清洗模块的清洗液可以相同或不同。此外，可以以相同或不同的频率搅拌三个清洗模块中的搅拌的清洗液，以提高清洗效率。
以上描述的用于清洗CMP后装置中的刷子构件的机制的实施例将搅拌的清洗液施加在刷子构件上。由于搅拌能量的帮助，所以有效地清洗了刷子构件。结果，防止了由于污染导致的半导体晶圆的产率降低。此外，由于刷子构件重新用于清洗其他晶圆，所以可以延长关闭清洗系统以用于替换新的刷子构件的持续时间周期，并且减少了制造成本和时间。
根据一些实施例，提供了一种用于处理半导体晶圆的方法。该方法包括将半导体晶圆提供至化学机械抛光(CMP)模块中。该方法还包括抛光半导体晶圆。该方法也包括从CMP模块去除半导体晶圆。此外，该方法包括通过清洗刷组件清洗半导体晶圆。附加地，该方法包括通过使用搅拌的清洗液清洗清洗刷组件。
根据一些实施例，提供了一种用于在化学机械抛光(CMP)工艺之后清洗半导体晶圆的方法。该方法包括将半导体晶圆提供至清洗模块中。该方法还包括通过使清洗刷组件旋转而清洗半导体晶圆。该方法也包括施加搅拌的清洗液，以清洗清洗刷组件。
根据一些实施例，提供了一种用于在半导体制造中清洗晶圆的系统。该系统包括用于抛光半导体晶圆的化学机械抛光(CMP)模块。该系统还包括清洗刷组件。清洗刷组件用于清洗半导体晶圆。该系统也包括液体搅拌组件。液体搅拌组件用于产生搅拌的清洗液，以清洗清洗刷组件。
虽然详细描述了实施例及它们的优势，但应该理解，在不背离所附权利要求限定的实施例的精神和范围的情况下，本文可以作出各种变化、替代和修改。此外，本申请的范围不旨在限制于说明书中所述的工艺、机器、制造、物质组成、工具、方法和步骤的特定实施例。作为本领域的普通技术人员将容易地从本发明中理解，根据本发明，可以利用现有的或今后将被开发的、执行与本文所述的对应实施例基本相同的功能或实现基本相同的结果的工艺、机器、制造、物质组成、工具、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些工艺、机器、制造、物质组成、工具、方法或步骤包括在它们的范围内。另外，每一个权利要求构成一个单独的实施例，并且不同权利要求和实施例的组合都在本发明的范围内。

Claims (14)

1.一种用于处理半导体晶圆的方法，包括：
将所述半导体晶圆提供至化学机械抛光(CMP)模块中；
抛光所述半导体晶圆；
从所述化学机械抛光模块去除所述半导体晶圆；
通过清洗刷组件清洗所述半导体晶圆；以及
通过使用搅拌的清洗液清洗所述清洗刷组件；
其中，所述清洗刷组件包含清洗所述半导体晶圆的刷子构件和被所述刷子构件周向围绕的旋转轴；以及
所述旋转轴连接至搅拌转换器且所述搅拌转换器周向围绕所述旋转轴的未由所述刷子构件覆盖的部分，其中，所述搅拌转换器配置成基于被施加的交流电压而产生在压缩和膨胀之间的振荡，并且来自所述搅拌转换器的超声波能量耦合至通过所述旋转轴的清洗液以产生所述搅拌的清洗液。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过使用搅拌的清洗液清洗所述清洗刷组件包括通过主要流体路径施加所述搅拌的清洗液，所述主要流体路径形成在所述清洗刷组件中并且沿着所述清洗刷组件旋转时所绕的所述旋转轴延伸。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，当由所述清洗刷组件清洗所述半导体晶圆时，实施通过使用搅拌的清洗液清洗所述清洗刷组件的操作，或者在去除所述半导体晶圆之后，实施通过使用搅拌的清洗液清洗所述清洗刷组件的操作。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，实施通过清洗刷组件清洗所述半导体晶圆的操作的持续时间周期在从20秒至80秒的范围内。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述搅拌转换器以从500KHz至2.5MHz的范围内的频率搅拌所述搅拌的清洗液。
6.一种用于在化学机械抛光(CMP)工艺之后清洗半导体晶圆的方法，包括：
将所述半导体晶圆提供至清洗模块中；
通过使清洗刷组件旋转而清洗所述半导体晶圆；以及
施加搅拌的清洗液以清洗所述清洗刷组件；
其中，所述清洗刷组件包含清洗所述半导体晶圆的刷子构件和被所述刷子构件周向围绕的旋转轴；以及
所述旋转轴连接至搅拌转换器且所述搅拌转换器周向围绕所述旋转轴的未由所述刷子构件覆盖的部分，其中，所述搅拌转换器配置成基于被施加的交流电压而产生在压缩和膨胀之间的振荡，并且来自所述搅拌转换器的超声波能量耦合至通过所述旋转轴的清洗液以产生所述搅拌的清洗液。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，施加搅拌的清洗液以清洗所述清洗刷组件包括通过主要流体路径施加所述搅拌的清洗液，所述主要流体路径形成在所述清洗刷组件中并且沿着所述清洗刷组件旋转时所绕的所述旋转轴延伸。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，当由所述清洗刷组件清洗所述半导体晶圆时，实施施加搅拌的清洗液以清洗所述清洗刷组件的操作，或者在去除所述半导体晶圆之后，实施施加搅拌的清洗液以清洗所述清洗刷组件的操作。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，实施通过使所述清洗刷组件旋转来清洗所述半导体晶圆的操作的持续时间周期在从20秒至80秒的范围内。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，通过所述搅拌转换器以从500KHz至2.5MHz的范围内的频率搅拌所述搅拌的清洗液。
11.一种用于实施化学机械抛光(CMP)工艺的系统，所述系统包括：
化学机械抛光(CMP)模块，配置为抛光半导体晶圆；
清洗刷组件，配置为清洗所述半导体晶圆，并且所述清洗刷组件包含清洗所述半导体晶圆的刷子构件和被所述刷子构件周向围绕的旋转轴；以及
液体搅拌组件，配置为产生搅拌的清洗液以清洗所述清洗刷组件，其中，所述液体搅拌组件的搅拌转换器连接至所述旋转轴且所述搅拌转换器周向围绕所述旋转轴的未由所述刷子构件覆盖的部分；
其中，所述搅拌转换器配置成基于被施加的交流电压而产生在压缩和膨胀之间的振荡，并且来自所述搅拌转换器的超声波能量耦合至通过所述旋转轴的清洗液以产生所述搅拌的清洗液。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，主要流体路径形成在所述旋转轴中，并且在所述旋转轴的外壁上形成多个孔以连接所述主要流体路径；以及
所述刷子构件，覆盖所述孔，其中，所述搅拌转换器配置为搅拌施加至所述主要流体路径中的清洗液，以产生所述搅拌的清洗液。
13.根据权利要求11所述的系统，还包括：清洗槽，其中，所述清洗刷组件定位在所述清洗槽中，所述搅拌转换器配置为将清洗液转变成所述搅拌的清洗液。
14.根据权利要求11所述的系统，其中，所述液体搅拌组件能够以从500KHz至2.5MHz的范围内的频率搅拌清洗液。
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