CN107527836A - 用于粒子清理的设备 - Google Patents

Abstract

本揭露提供一种用于粒子清理的设备。所述用于粒子清理的设备包括声波产生器，所述声波产生器经配置以施加声波到所述声波产生器外部的多个粒子。所述用于粒子清理的设备还包含去除模块，所述去除模块经配置以去除所述被施加的粒子。本揭露提供的粒子清理设备，能够使位于抛光台或工件的表面上的粒子通过施加在所述表面上的声波而震动或因而移动。

Description

用于粒子清理的设备

技术领域

本揭露涉及一种用于粒子清理的设备。

背景技术

硅芯片或晶片的制造通常涉及许多的工艺步骤，例如，表面条件化、薄膜沉积、光刻、膜图案化、蚀刻等。在大部分的所述工艺中，可在晶片表面上发现残留粒子或是外来污染物。然而，必须维持晶片表面的清洁，以及避免污染与破坏以确保高产率。随着产业趋势持续专注于缩小装置尺寸，装置的线宽缩小，因而装置总数增加。由于粒子尺寸相较于装置的缩小特征尺寸被视为相对大，因而留在半导体芯片上的不希望有的粒子的影响可更为显著。因此，需要有效率的粒子清理结构，用以维持晶片的表面性质。

发明内容

本揭露的一些实施例提供一种粒子清理设备，包括声波产生器，经配置以施加声波到所述声波产生器外部的多个粒子；以及去除模块，经配置以去除所述被施加的粒子。

附图说明

为协助读者达到最佳理解效果，建议在阅读本揭露时同时参考附件图示和其详细文字叙述说明。请注意为遵循业界标准作法，本专利说明书中的图式不一定按照正确的比例绘制。在某些图式中，尺寸可能刻意放大或缩小，以协助读者清楚了解其中的讨论内容。

图1A与图1B是根据本揭露一些实施例说明半导体制造系统的示意图。

图2A与图2B是根据本揭露一些实施例说明去除模块的示意图。

图3A与图3B是根据本揭露一些实施例说明半导体制造系统的示意图。

图4A与图4B是根据本揭露一些实施例说明半导体制造系统的示意图。

图5A到图5C是根据本揭露一些实施例说明粒子清理设备的示意图。

图6A是根据本揭露一些实施例说明粒子清理设备的示意图。

具体实施方式

本揭露提供了数个不同的实施方法或实施例，可用于实现本发明实施例的不同特征。为简化说明起见，本揭露也同时描述了特定零组件与布置的范例。请注意提供这些特定范例的目的仅在于示范，而非予以任何限制。举例来说，在以下说明第一特征如何在第二特征上或上方的叙述中，可能会包括某些实施例，其中第一特征与第二特征为直接接触，而叙述中也可能包括其它不同实施例，其中第一特征与第二特征中间另有其它特征，以致于第一特征与第二特征并不直接接触。此外，本揭露中的各种范例可能使用重复的参考数字和/或文字注记，以使文件更加简单化和明确，这些重复的参考数字与注记不代表不同的实施例与/或配置之间的关联性。

另外，本揭露在使用与空间相关的叙述词汇，如“在…之下”、“低”、“下”、“上方”、“的上”、“下”、“顶”、“底”和类似词汇时，为便于叙述，其用法均在于描述图示中一个元件或特征与另一个(或多个)元件或特征的相对关系。除了图示中所显示的角度方向外，这些空间相对词汇也用来描述所述装置在使用中以及操作时的可能角度和方向。所述装置的角度方向可能不同(旋转90度或其它方位)，而在本揭露所使用的这些空间相关叙述可以同样方式加以解释。

在本揭露中，提供粒子清理设备与粒子清理系统。位于抛光台或工件的表面上的粒子通过施加在所述表面上的声波而震动或因而移动。此外，去除力去除粒子或包含所述粒子的流体，所述去除力例如抽吸力。有效地，所述声波与去除力合作防止所述粒子附接或留在所述表面上。如果粒子未完全清除，那么所提供的机制也可排除粒子再次沉积于所述表面上的问题。

图1A是根据本揭露一些实施例说明半导体制造系统10的示意图。在实施例中，半导体制造系统10用于抛光操作中，例如化学机械抛光(chemical mechanical polishing，CMP)。半导体制造系统10包括平台112以及位于所述平台112的表面112A上方的垫调节器(pad conditioner)108。半导体衬底102被提供且位于所述平台112的表面112A上。

在一些实施例中，半导体衬底102为半导体芯片或晶片。半导体衬底102包含元素半导体，例如，结晶的硅或锗、多晶硅、或无定形结构；化合物半导体，包含砷化镓、磷化镓、碳化硅、磷化铟、砷化铟、与/或锑化铟；合金半导体，包含SiGe、GaAsP、AlGaAs、AlinAs、GaInAs、GaInP、与/或GaInAsP；任何其它合适的材料；以及/或其组合。再者，半导体衬底102可为绝缘体上半导体，例如，绝缘体上硅(silicon-on-insulator，SOI)或薄膜晶体管(thinfilm transistor，TFT)。在一些范例中，半导体衬底102包含掺杂的外延层或包埋层。在其它范例中，半导体衬底102具有多层化合物结构。

在实施例中，半导体衬底102可依所述技艺中已知的设计规格而包含各种掺杂区。所述掺杂区可掺杂P型或N型掺质。半导体衬底102可另包含在活性表面102A的各种活性区与元件。例如，活性区可经配置用于N型金属氧化物半导体晶体管装置(NMOS)，以及其它活性区经配置用于P型金属氧化物半导体晶体管装置(PMOS)。此外，半导体衬底102可包含互连结构、通路、接垫以及其它元件。

半导体制造系统10经配置以从半导体衬底102的一或多个沉积层去除过多的材料。平台112包括抛光垫110用于对准半导体衬底102的顶表面102A。在实施例中，抛光垫110可包括安置于其顶表面110A上的抛光头，所述顶表面110A为平台的顶表面112A。半导体衬底102经定位且接触抛光垫110的抛光层。顶表面102A面对平台112。在实施例中，提供晶片载体(未分别绘示)，以握持半导体衬底102，并且经配置以提供力以将半导体衬底102压向平台112。

为了促进半导体衬底102的抛光，沿着预定的方向与速度，去除平台112与半导体衬底102。可沿着平台112的旋转而旋转平台112。在另一实施例中，通过晶片载体，旋转半导体衬底102。在一些实施例中，以个别的角速度，移动平台112与半导体102。平台112与半导体102经配置以去除且维持彼此的相对距离。

在实施例中，抛光垫110可包括粗糙表面，以便于抛光工艺。在一些实施例中，抛光层包括多孔表面。在替代的实施例中，抛光层可包括纤维或以多孔结构形成。此外，抛光层经配置以保留突出的粗粒(grit)。保留在抛光层中的粗粒可为精细且高磨损的。当平台112与半导体衬底102接触且彼此相对移动时，由于所述粗粒的硬度较高，所述粗粒崩解半导体衬底102的表面102A上的物质。再者，半导体衬底102与平台之间贡献的相对移动可有助于抛光性能。

在CMP操作中，施加抛光流体120于平台112上。流体120可为泥浆(slurry)或其它抛光介质。流体120提供于平台112的表面112A上。在实施例中，流体120填充半导体衬底102与平台112之间的间隙。在实施例中，流体120可含有去离子(deionized，DI)水或其它化学物质。流体120也可包含研磨粒子，以利于抛光性能。

在实施例中，通过流体分配器124提供流体120。在实施例中，流体分配器124包括接近表面112A的一出口。在实施例中，流体分配器124包含用于分配流体120的喷嘴。

垫调节器108位于平台112上方。垫调节器108经配置以接收抛光垫110的表面110A，以回复抛光垫110的抛光能力。在实施例中，垫调节器108经配置以维持纤维直立并且使表面110A尽可能有灵活性(flexible)。在实施例中，垫调节器108经配置以确保表面110A附近有足够的开口或孔洞，以容纳来自流体120的研磨粒子。在实施例中，垫调节器108包含握持研磨粒子的衬底层。研磨粒子可由钻石或立方氮化硼制成。

半导体制造系统10的抛光性能由一些贡献因子决定，例如平台112施加的机械力或势泥浆化学物质提供的化学力。此外，从抛光垫110或垫调节器108离开的粒子可不被稳固握持着，因而可掉落到半导体衬底102的表面102A上。那些粒子或外来粒子可附接到或再次沉积于表面102A，并且不利影响半导体衬底102上的电路功能。再者，从半导体衬底102的顶表面102A去除的材料量如果不被流体120或其它清理介质带走那么可能产生残留粒子。如果半导体衬底102或平台112的旋转速度低，那么情况可能更糟。由于缓慢移动，在表面102A附近可能累积更多粒子。再者，在这些残留粒子从表面102A被升起之后，可再次留在半导体衬底102上。再次沉积可能造成不希望有的短路、开路或性质退化。晶片产率因而降低。

在本揭露中，提供粒子清理设备100以于抛光或清理工艺过程中有效去除残留粒子。粒子清理设备100位于平台112与半导体衬底102附近。粒子清理设备100包括声波产生器104与去除模块106。

声波产生器104经配置以施加声波，其可相对于粒子清理设备从工件的表面移开残留粒子P，例如表面112A或表面102A。在实施例中，声波产生器104经配置以震动平台112或工件，例如半导体衬底102。在实施例中，声波产生器104使得粒子P移动且离开表面112A或半导体衬底102的表面。在实施例中，声波产生器104经配置以产生具有声波之上的超声波频率的声波。例如，所述声波范围从约20千赫到约200千赫。在实施例中，声波产生器104经配置以产生具有超声波震动频率(megasonic frequency)的声波，其范围从约0.8兆赫到约2兆赫。

在实施例中，声波产生器104可在流体120中的流动内施加声流效应(acousticstreaming effect)。所述流动可助于移动粒子P离开表面112A。此外，声波产生器104可产生空化(cavitation)或气泡效应，以利于清理。在实施例中，声波产生器104用于粒子且经配置以从表面112A去除粒子P。在实施例中，声波施加于流体120与流体120所包含的粒子P。声波经由流体120传送能量，并且协助去除流体120所包含的残留粒子P。在实施例中，粒子P可被导引而沿着声波的传播方向移动，例如沿着实质垂直于表面112A或102A的法线方向。在另一实施例中，粒子P可被导引以沿着实质平行于表面112A或102A的方向移动。

可用许多方式构建声波产生器104。在实施例中，声波产生器104包括声波转换器。在一些实施例中，声波产生器104可由压电材料夹在前金属与背金属之间而组成，并且产生具有逆压电效应的声波。在一些实施例中，声波产生器104可由磁铁与线圈形成，依电磁原理而产生声波。在实施例中，声波产生器104包括输出面于表面104A中，实质垂直于所产生的声波的传播方向。在实施例中，输出面接触平台的表面112A，并且声波经由平台112而传送。

参阅图1A，声波产生器104接触平台112的表面112A。在另一实施例中，声波产生器104接近但与平台112相隔。在本揭露中，流体120可分配于声波产生器104的输出面与平台112之间，以利于传送声波。在实施例中，流体120填充半导体衬底102与平台112之间的间隙。在实施例中，半导体衬底102与平台112之间的间隙或所填充的流体120的高度经决定为约1mm与约5mm之间。在实施例中，间隙或流体120的高度经决定为约0.5mm与约1mm之间。

在实施例中，可替代使用清理流体而非抛光流体120，所述清理流体分配于声波产生器104与平台112之间。清理流体可不含有抛光粒子或化学物质。在实施例中，清理流体可由清理液体组成，例如，DI水。在实施例中，清理流体可与抛光流体120混合用于清理表面102A或112A。

去除模块106位于平台112的表面112A上方。去除模块106经配置以去除表面112A上的残留粒子P。在实施例中，去除模块106经配置以去除含有残留粒子P的流体120。在例示的设计中，去除模块106抽出或携载流体120离开表面112A而不接触表面112A。去除模块106可经配置以抽吸残留粒子P与流体120或清理流体离开表面112A。

图1B是根据本揭露一些实施例说明半导体制造系统10的俯视示意图。半导体衬底102、声波产生器106、去除模块106与垫调节器108在平台112的表面112A上方彼此分离。在操作中，半导体衬底102、声波产生器104、去除模块106与垫调节器108可交错地以所决定的周期设置到位。因而可原位(in situ)进行抛光操作与平台清理操作。在实施例中，半导体衬底102、声波产生器104、去除模块106与垫调节器108至少其中的扫描整个表面112A并且以个别角速度在表面112A上方旋转。例如，声波产生器104以角速度V1旋转，而去除模块106以角速度V2旋转。在一些实施例中，声波产生器104与去除模块106以实质相同的角速度旋转，即，V1＝V2。在实施例中，半导体衬底102另包括当晶片载体旋转时，晶片载体施加的自转运动。

图2A与图2B是根据本揭露一些实施例说明去除模块200的示意图。参阅图2A，去除模块200包括支撑物202、抽吸单元204以及层206。层206包括数个通路220与多个开孔230。

在实施例中，流体120填充在去除模块200与平台112之间。抽吸单元204经配置以产生抽吸力，以抽回流体200与残留粒子P。在实施例中，抽吸单元204可包括泵，例如，离心泵、磁驱动泵、垂直管柱泵、潜水泵或正位移泵(positive displacement pump)。

在实施例中，抛光流体120可分配于平台112的表面112A附近。在实施例中，去除模块200经配置以经由层206提供清理流体150。在一些实施例中，所述开孔230可位于与所述通路220相邻。所述开孔230经配置以将清理流体150喷洒于表面112A上，以及所述通路220经配置以使得粒子通过而被吸到抽吸单元214。虽然分别说明清理流体150与抛光流体120，然而在一些实施例中，可混合流体150与流体120。粒子P可包含于抛光流体120或清理流体150中。在实施例中，仅清理流体150或抛光流体120其中的一者存在作为携载粒子的清理介质。

图2A所示的流体F1建立于平台112与去除模块200之间。在实施例中，流体流动F1依循从所述开孔230中的一个到所述通路220中的一个的实质圆形方向。因此，残留粒子P从表面112被带离，并且经由通路220而被吸到抽吸单元204中。在实施例中，粒子P以实质垂直于表面112A的方向而从表面112A离开。

参阅图2B，去除模块200包括支撑物202、抽吸单元204、层206、通路220与滞留片(retention cuff)240。在实施例中，在支撑物202与抽吸单元204内形成凹槽222。在实施例中，凹槽222经配置以接收清理流体150。在实施例中，凹槽222具有开口222A，面向平台112。凹槽222可被视为流体通道，流体150或流体120经由所述流体通道从开口被导引到抽吸单元204。在实施例中，可通过接近去除模块200的底侧的个别来源，提供清理流体150到凹槽222。流体120或流体150于流体流动F2中被吸到抽吸单元204。在实施例中，流体流动F2依循凹槽222的开口222A往抽吸单元204的直线方向。可发现流体流动F2的方向与粒子P从表面112A被携载离开的所沿方向实质相同。

滞留片240与去除模块200的底侧相邻。滞留片240经配置以防止流体120或流体150溢出凹槽222的开口区域。在一些实施例中，滞留片240包括朝向表面112A的空气入口与出口，因而在表面112A与滞留片240之间的间隙区域形成空器阻障或气刀(gas knife)。在实施例中，滞留片240的仰视图为圆形或多角形。在实施例中，滞留片240定义且环绕开口222A。在实施例中，滞留片240可包括开孔(未分别绘示)，类似于图2A中的开孔230经配置以提供清理流体150。

图3A与图3B是根据本揭露一些实施例说明半导体制造系统30的示意图。半导体制造系统30包括载体112、数个载体接脚(carrier pin)130以及粒子清理设备300。载体112支撑半导体衬底102。载体接脚130维持半导体衬底102到位。在实施例中，载体接脚130提供旋转力，以旋转半导体衬底102。

粒子清理设备300包括声波产生器304与去除模块306。声波产生器304与去除模块306与工件102对立。参阅图1A与图3A，粒子清理设备200经配置以清理半导体制造操作之后留下或当晶片暴露于空气时所出现的不希望有的粒子P。不同于用于平台112的粒子清理设备100，粒子清理设备300用于清理工件的表面，例如，半导体表面102。在实施例中，例如抛光流体120、清理流体150或二者，分配于表面102A与粒子清理设备300之间。

图3B是根据本揭露一些实施例说明半导体制造系统30的俯视示意图。声波产生器304与去除模块306分别位于半导体衬底102的表面102A上方。在操作中，声波产生器304与去除模块306可用决定的周期交错配置于适当位置。在实施例中，声波产生器304与去除模块306扫描整个表面102A，并且以个别的角速度V1与V2旋转于其上。

图4A与图4B是根据本揭露一些实施例说明半导体制造系统40的示意图。参阅图3A与图4A，声波产生器304位于与顶侧102A对立的底侧102B上。声波产生器304产生的声波可经由半导体衬底102的中间材料而施加到顶表面102A。因此，可增加粒子清理设备300的安装灵活性而不会退化清理性能。在实施例中，流体150可分配于声波产生器304与底表面102B之间，以利于声波的传送。在实施例中，声波产生器304位于载体112的背面上。声波经由载体112而传送到第一表面102A。

参阅提供半导体制造系统40的俯视图的图4B，仅可看到去除模块306。在此配置之下，去除模块306与声波产生器304可于独立的旋转方向与不同的个别速度中操作。

图5是根据本揭露一些实施例说明粒子清理设备50的示意图。粒子清理设备50包括第一臂522与第二臂524，其中在第一臂522与第二臂524之间形成狭缝。在晶片清理工艺中，工件通过狭缝526，所述工件例如晶片或半导体衬底102。当半导体衬底102通过狭缝526时，多个部分连续受到狭缝526覆盖而后被清理。留在个别部分的顶表面上的外来粒子被去除。

图5B是根据本揭露一些实施例说明图5A中沿着线AA'的粒子清理设备50的剖面图。粒子清理设备50包括支撑物502、去除模块504、开孔506与516、声波产生器508以及滞留片510，其皆至少被包含在第一臂522或第二臂524中。

凹槽520形成于第一臂522中并且受到支撑物502、开孔506、声波产生器508与粒子清理模块504环绕。此外，凹槽520具有开口520A与狭缝526相邻并且面对第二臂524。此外，声波产生器508位于凹槽520中。因此，凹槽520中形成流体通道530。在实施例中，流体通道530局部环绕声波产生器508，例如，从其底侧。在实施例中，流体通道530包括开口520A。在实施例中，开口520面对半导体衬底102，因而粒子P经由开口520A而移动到流体通道530。流体通道530包括两端，连接开孔506与516。开孔506可经配置以提供流体到工件102上。或者，开口506可连接到清理流体源。在操作中，清理流体532经由开孔506注入到流体通道530中。接着，流体532流向狭缝526，接近半导体衬底102的表面102A。至少通过声波产生器508的协助而产生流体532的流动F3，以导引表面102A上的粒子。流体532与粒子P被吸到移动模块504中，以响应来自声波产生器508的声波或是来自移动模块504的拖曳力(draggingforce)造成的移动。

在实施例中，声波产生器508位于开孔506与移动模块504之间。在实施例中，流体通道530的至少一部分接触声波产生器508。流体通道530中的流体532受到流动F3的导引。再者，粒子P在离开表面102A之后，也沿着接近开口520A实质平行于表面102A的方向F3被带走。在实施例中，移动模块504沿着实质平行于表面102A的水平方向，移动表面102A上的流体532。在实施例中，至少在开口520A的中心区段附近，流体532沿着实质对准沿着流体532被吸走的方向流动。

滞留片510从与狭缝526相邻的水平方向环绕流体通道530。滞留片510经配置以防止流体532溢出流体530的开口520A。在实施例中，滞留片510经配置以防止流体532从狭缝526溢出第一臂522或是第二臂524。

图5C是根据本揭露一些实施例说明粒子清理设备60的剖面图。参阅图5B与图5C，流体通道530受到支撑物202环绕。此外，声波产生器518位于第二臂524中。在实施例中，声波产生器518面对穿过狭缝526的流体通道530的开口520A。在实施例中，声波产生器518接触半导体衬底102或经由中间材料而间接耦合到半导体衬底102。所产生的声波第二臂524可经由半导体衬底102而施加到流体通道530中的流体532。以此配置，可有效缩小第一臂522的几何形状。

在本实施例中，由第二臂524到第一臂522的方向T传送声波。此外，从表面102A去除粒子P，并且粒子P被导引到流体通道530。在实施例中，方向T实质垂直于狭缝526或半导体衬底102。因此，声波产生器518的配置使得声波的传播方向T实质对准粒子从半导体衬底102离开的移动方向。如此更增进施加于粒子上的清理力。

图6A是根据本揭露实施例说明粒子清理设备600的示意图。粒子清理设备600包括支撑物602、声波产生器604、去除模块614以及流体通道606。

参阅图6A，提供待清理的工件102，例如，半导体衬底或平台。粒子清理设备600位于工件102上方。在实施例中，第一流体610可分配于工件102与粒子清理设备600之间。第一流体610可包括与图1A的抛光流体120相同的组成。或者，第一流体610可为清理流体。此外，粒子清理设备600包括多个开孔，经配置以分别接收与排出第二流体620。

第二流体620可包含DI水与溶解的气体材料G，例如，氧气、二氧化碳与氮气。在实施例中，第二流体620不是抛光型，且可不包含液体化学物质或固体粒子。在实施例中，粒子清理设备600包括耦合到流体通道606的气体提供器612，以提供气体材料G，并且与第二流体620混合。

声波产生器604受到支撑物602与流体通道606环绕。在本揭露中，去除模块614可耦合到流体通道606。在本揭露中，可移动粒子清理设备600以于方向F4扫描表面102A。此外，第二流体620可经配置以于接近流体通道606的底部的方向F4流动。换句话说，粒子清理设备600经配置以沿着与流体实质相同的方向移动用于携载粒子。粒子清理设备600的累积速度与流体流动可进一步增进清理性能。

本揭露提供的粒子清理设备与系统具有一些优点。可用声波从晶片表面取走晶片抛光或另一半导体制造操作所产生且容易粘在表面上的粒子。此外，可通过去除力协助，清理去除包含于流体中的粒子。在一些实施例中，去除模块包括泵，其提供抽吸力以汲取流体与粒子。在一些范例中，在实质对准流体被汲取的方向，供应流体。如此更改善粒子去除设备的清理效率。

本揭露提供一种粒子清理设备。所述设备包括声波产生器，所述声波产生器经配置以施加声波于所述声波产生器外部的粒子。所述设备也包含去除模块，所述去除模块经配置以去除被施加的粒子。

本揭露提供一种半导体制造系统。所述系统包括平台、经配置以于所述平台附近产生声波的声波产生器以及经配置从所述平台汲取粒子的去除模块。

本揭露提供一种用于清理粒子的设备。所述设备包括经配置以提供流体到工件上的开孔、经配置以施加声波到所述流体上的声波产生器以及经配置以汲取所述流体的去除模块。

前述内容概述一些实施方式的特征，因而所属领域的技术人员可更加理解本揭露的各方面。所属领域的技术人员应理解，可轻易使用本揭露作为基础，用于设计或修饰其它工艺与结构而实现与本申请案所述的实施例具有相同目的与/或达到相同优点。所属领域的技术人员也应理解，此均等架构并不脱离本揭露揭示内容的精神与范围，并且所属领域的技术人员可进行各种变化、取代与替换，而不脱离本揭露的精神与范围。

符号说明

10 半导体制造系统

30 半导体制造系统

40 半导体制造系统

50 粒子清理设备

60 粒子清理设备

100 粒子清理设备

102 半导体衬底

102A 表面

102B 底表面

104 声波产生器

104A 表面

106 去除模块

108 垫调节器

110 抛光垫

110A 表面

112 平台

112A 表面

120 流体

124 流体分配器

130 载体接脚

150 流体

200 去除模块

202 支撑物

204 抽吸单元

206 层

220 通路

222 凹槽

222A 开口

230 开孔

240 滞留片

300 粒子清理设备

304 声波产生器

306 去除模块

502 支撑物

504 去除模块

506 开孔

508 声波产生器

510 滞留片

516 开孔

520 凹槽

520A 开口

522 第一臂

524 第二臂

526 狭缝

530 流体通道

532 流体

600 粒子清理设备

602 支撑物

604 声波产生器

606 流体通道

610 第一流体

612 气体提供器

614 去除模块

620 第二流体

Claims (1)

1.一种粒子清理设备，包括：

声波产生器，经配置以施加声波到所述声波产生器外部的多个粒子；以及

去除模块，经配置以去除所述被施加的粒子。