CN110838457B - 晶圆清洁设备与晶圆清洁方法 - Google Patents

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Abstract

本揭露的一实施方式有关于一种晶圆清洁设备与晶圆清洁方法。设备包含晶圆座、清洁喷嘴与清洁刷。晶圆座配置用以保持晶圆。清洁喷嘴配置以将清洁液分配至晶圆的第一表面(例如前表面)。清洁刷配置以清洁晶圆的第二表面(例如后表面)。通过清洁液的使用，清洁刷能够通过刷洗动作与超声波振动清洁晶圆的第二表面，使得从晶圆上去除缺陷获得改善。

Description

晶圆清洁设备与晶圆清洁方法
技术领域
本揭露的一实施方式有关于晶圆清洁设备与晶圆清洁方法。
背景技术
清洁半导体晶圆(例如硅晶圆)是制造半导体装置与微机电系统(microelectromechanical systems,MEMS)的程序中一个需要执行的流程。晶圆清洁程序的一个目标，是为了在不改变或损害晶圆表面或是基板的前提下，移除化学与颗粒杂质。而半导体晶圆的产量，与来自于晶圆加工的缺陷密度(例如洁净度与颗粒数)呈反比关系。换句话说，低的缺陷密度造就高的半导体晶圆产量。
发明内容
本揭露的一实施方式提供一种晶圆清洁设备。晶圆清洁设备可以包含晶圆座、清洁喷嘴以及清洁刷。晶圆座配置以保持晶圆。清洁喷嘴配置以分配清洁液于晶圆的第一表面上。清洁刷配置以清洁晶圆的第二表面，其中第二表面是相对于晶圆的第一表面。清洁刷可以包含多个刷毛与多个喷出口，而喷出口是配置以分配清洁液于晶圆的第二表面。设备可以进一步包含包围容器。包围容器是配置以以包围晶圆座、清洁喷嘴与清洁刷。
本揭露的另一实施方式提供一种晶圆清洁方法，这种晶圆清洁方法可以包含装载晶圆于晶圆座上。分配清洁液于晶圆的表面上。使晶圆旋转。通过清洁刷与运动机构施加压力于晶圆的表面上。
本揭露的另一实施方式提供一种晶圆清洁方法，这种清洁晶圆的方法可以包含装载晶圆于晶圆座上。通过将清洁液分配至晶圆的第一表面上以冲洗晶圆的第一表面。通过清洁刷上的喷出口分配清洁液于晶圆的第二表面上，其中第二表面相对于第一表面。通过清洁刷清洁晶圆的第二表面。在一些实施方式中，清洁晶圆的第二表面的步骤可以进一步包含施加压力使清洁刷抵靠晶圆、旋转清洁刷以及振动清洁刷。
附图说明
当结合附图阅读时，从以下详细描述中可以最好地理解本揭露的一实施方式的各方面。按照惯例，附图中各个元件的尺寸和相对位置不一定按比例绘制。实际上，为了清楚讨论，可以任意增加或减少各种特征的元件。
图1是根据本揭露的一些实施方式的示例的晶圆清洁设备的示意图；
图2是根据本揭露的一些实施方式的示例的清洁刷与影像感测器的示意图；
图3A与图3B是根据本揭露的一些实施方式的示例的晶圆清洁设备于不同流程模式下的示意图；以及
图4是根据本揭露的一些实施方式的一示例的晶圆清洁方法的流程图。
【符号说明】
100：晶圆清洁设备
105：包围容器
106：开口
108：排气元件
110：晶圆
120：晶圆座
122：支撑插脚
124：夹持插脚
125：旋转基座
130：清洁喷嘴
134：导电层
135：喷嘴臂
137：喷嘴臂
140：主轴
145：清洁液
150：清洁刷
151：刷毛
1511：第一组刷毛
1512：第二组刷毛
151C、151C1、151C2：涂层
152：刷子主体
153：喷出口
154：导电层
155：超声波发射器
157：压力感测器
159：位置感测器
204：影像感测器
300：晶圆清洁设备
303：方向
305：方向
350：晶圆清洁设备
353：方向
355：方向
400：晶圆清洁方法
401～404：流程
具体实施方式
以下揭露内容，提供了用于实现所描述主题不同特征的许多不同实施方式或示例。以下描述元件和配置的具体示例以简化本说明书。当然，这些仅仅是示例，而不是限制性的。例如，在随后的描述中，于第二特征之上或上方形成第一特征，可以包括其中第一特征和第二特征以直接接触形成的实施方式，并且还可以包括可以在第一特征和第二特征之间形成附加特征的实施方式，使得第一特征和第二特征可以不直接接触。
此外，这里可以使用空间相对术语，例如“在…下方”、“在…下面”、“低于”、“在…上方”、“高于”等，以便描述如图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。除了图中所示的方向之外，空间相对术语旨在包括使用或操作中的装置的不同方向。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方向上)，并且同样可以相应地解释这里使用的空间相对描述符号。
本说明书所使用的“标称”一词是指所期望、目标、特征值，或者是组件或操作过程的参数，这些在产品的设计阶段或是在操作的过程中设置，并具有一系列在期望值之上与/或之下范围的值。这些值具体的范围取决于制造工艺或公差的微小变化。
本说明书所使用的“平行”一词一般来说是指平行于一水平地面。
本说明书所使用的“垂直”一词一般来说是指垂直于一水平地面。
本说明书所使用的“大约”一词或“基本上”一词旨在表示给定的量值的变化是在5％的范围内(例如：值的变化是在±1％、±2％、±3％、±4％或是±5％)。
在半导体的制造工艺中，晶圆的清洁是移除被引入的污染物的重要程序。污染物包含有机物(例如有机副产品)、金属(金属的痕迹)以及原生的氧化物。晶圆的清洁程序包含干式清洁方法、湿式清洁方法或是从上述方法中混合使用。此外，晶圆清洁程可以于湿式工具(wet tool)中执行，其中这些湿式工具能够同时处理批量的晶圆(例如：在浴槽中处理多个)，或是处理单个晶圆(例如：“单晶圆”工具)。
举例来说，在单晶圆工具中，晶圆进入清洁模组并定位于晶圆台上。随后，通过位于晶圆表面上方的一或多个喷嘴，对晶圆进行晶圆清洁处理。一或多个喷嘴可以在受压的情况下使化学物质(例如：化学溶液、去离子水等)于晶圆的表面上流动，以去除污染物。在晶圆清洁流程完成之后，可以干燥晶圆(例如通过旋转)并将晶圆从湿式清洁工具中释放。
本揭露的一实施方式有关于一种晶圆清洁设备与晶圆清洁方法，其使用清洁刷来清洁晶圆的后表面(例如晶圆的背面)。通过清洁液的使用，刷子通过刷洗运动与超声波振动清洁晶圆的后表面。这种晶圆清洁设备与晶圆清洁方法使从晶圆上去除缺陷获得了改善。
图1是根据本揭露一些实施方式中，示例的晶圆清洁设备100的示意图。晶圆清洁设备100可包含晶圆座120、清洁喷嘴130与清洁刷150。.在一些实施方式中，晶圆清洁设备100可以包含包围容器105，包围容器105配置以包围晶圆座120、清洁喷嘴130与清洁刷150。在一些实施方式中，图1中的z方向可以是沿着晶圆清洁设备100所处环境的重力方向。
在一些实施方式中，包围容器105可以于执行晶圆清洁的地方形成晶圆清洁设备100的内部空间(或称腔室)。在一些实施方式中，包围容器105可包括垂直壁(例如：沿z轴延伸的壁)、天花板(例如：沿x轴与y轴延伸的壁)、以及地板(例如，沿x轴与y轴延伸且位于天花板的下方)。在一些实施方式中，在垂直壁、天花板与地板中的一或多个可以具有一或多个开口106，以安装用于气体交换的元件，元件的功能例如用于抽吸空气或排出废气。非可燃材料可用于形成不可燃的包围容器105，以避免包围容器105燃烧。非可燃材料可包含但不限于乙烯三氟氯乙烯(ethylene chlorotrifluoroethylene,ECTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF,polyvinylidene fluoride)、全氟烷氧基烷烃(perfluoroalkoxy alkane,PFA)或其组合。
晶圆清洁设备100可以包含晶圆座120，晶圆座120是配置用于将晶圆110保持(或固定)于包围容器105之内。在一些实施方式中，晶圆座120还包含加热板(图1未绘示)，加热板的配置是为加热晶圆110，以在晶圆清洁过程中提高清洁的效率。晶圆座120还可包含多个支撑插脚122和多个夹持插脚124，以在晶圆清洁的过程中保持晶圆110，并防止晶圆110滑动。在一些实施方式中，晶圆座120可以包含具有三个附加支撑插脚(例如图1中未绘示出的夹持插脚)的六插脚设计，以减少晶圆清洁期间晶圆的滑动。在一些实施方式中，内部流动系统(图1中未绘示出)可操作地连接至晶圆座120，并配置以在晶圆清洁过程中将气流引到晶圆110，以便于清洁液的去除。晶圆座120可以进一步附接到旋转基座125。在一些实施方式中，晶圆座120可以通过旋转基座125来旋转晶圆110，而在晶圆清洁过程的进行期间，旋转基座125以不同的速度旋转晶圆110。在一些实施方式中，晶圆座120可以配置以在晶圆清洁过程间水平地(例如沿x-y平面)或垂直第(例如沿x-z平面)保持(或固定)晶圆。晶圆清洁设备100可以包含清洁喷嘴130，清洁喷嘴130是配置以供应清洁液145的流动(或分配)至晶圆110的前表面上。如本说明书的一实施方式所使用，晶圆110的前表面，是指能够形成半导体装置(们)于其上的主表面。当晶圆110保持在晶圆座120上时，前表面面向包围容器105的顶板(例如沿y方向)。清洁喷嘴130可以配置以将预定量的清洁液145流动(或分配)至晶圆110的前表面上。在一些实施方式中，清洁喷嘴130可以配置为冲洗晶圆的压力喷嘴(pressure nozzle)。清洁喷嘴130可以附接于喷嘴臂135，而喷嘴臂135可以在晶圆清洁的过程中绕主轴140枢转。在一些实施方式中，取决于晶圆清洁设备100的设计，晶圆清洁设备100可以配备多于一个的清洁喷嘴130。在一些实施方式中，于晶圆清洁过程的持续时间中，清洁喷嘴130与晶圆110之间的距离可以调整或保持固定。在一些实施例中，清洁喷嘴130相对于晶圆110的前表面的方向(例如在清洁喷嘴130之间相对于晶圆110的前表面的角度)，也可以被调整或是保持固定。清洁喷嘴130可以通过一或多个化学开关盒(图1中未绘示出)与化学物质连接至外部的罐子(图1中未绘示出)。化学开关盒可以是化学分配系统，化学分配系统容纳阀门与化学物质分配管线，并且在输送到清洁喷嘴130之前预先混合化学溶液。在一些实施方式中，清洁喷嘴130可以绕主轴140枢转，或是清洁喷嘴130也可以不绕绕主轴140枢转，并同时在晶圆110上供应(或分配)清洁液145。与此同时，晶圆110可以是旋转或是不旋转的，并同时于晶圆110上供应(或分配)清洁液145。
在一些实施方式中，清洁喷嘴130的外表面的一部分，可以使用导电层134加以覆盖，以降低在晶圆清洁过程期间，可能在清洁喷嘴130处产生静电荷的风险。在一些实施方式中，清洁喷嘴130可由聚三氟氯乙烯(polychlorotrifluoroethylene,PCTFE)与/或聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)材料制成，这些材料具有静电值(例如对于PCTFE来说，静电值为-4.58kV)，而这可能会增加在操作清洁喷嘴130过程中，静电荷存在的风险。通过使用导电层134涂覆清洁喷嘴130的外表面的一部分，其中导电层134所使用的导电材料其静电值例如高于约-4kV(例如高于约-4kV、约-3.5kV、约-3kV、约-2.5kV、约-2kV，约-1.5kV，或约-1kV)，将可以降低静电荷存在的风险。在一些实施方式中，导电层134可以包含碳掺杂约为0.025wt％至约0.1wt％的奈米碳管，wt％即所谓重量百分比，而约为0.025wt％至约0.1wt％的碳掺杂例如是介于0.025wt％与0.1wt％之间、介于0.03wt％与0.09wt％、介于0.04wt％与0.08wt％之间，或是介于0.05wt％与0.07wt％之间。在一些实施方式中，附加的接地元件(例如接地板或连接至外部接地层的导线，在图1中未绘示出)可以连接至清洁喷嘴130，以进一步降低静电荷的风险。在一些实施方式中，清洁喷嘴130还可以包括离子产生器(ionizer，图1中未绘示出)，其配置以向清洁喷嘴130提供电晕放电，以减少静电荷。电晕放电可以是通过在导体(例如涂覆于清洁喷嘴130的外表面上的导电层134)被充电后，围绕导体的流体(例如空气)的电离所产生的放电。
清洁液145可包含但不限于氢氟酸、盐酸、硫酸、过氧化氢、氢氧化铵、丙酮、甲醇、异丙醇、去离子水或其组合。在一些实施方式中，清洁液145可以是溶液，包含但不限于盐酸/过氧化氢/去离子水(HPM)溶液、硫酸/过氧化氢/去离子水(SPM)溶液、盐酸/臭氧/去离子水(HOM)溶液、硫酸/臭氧/去离子水(SOM)溶液、氢氧化铵/臭氧/去离子水(AOM)溶液、氢氟酸/去离子水(DHF)溶液，臭氧溶液(在去离子水中稀释的臭氧)或其组合。在晶圆清洁过程的不同阶段，可以在晶圆上连续且彼此独立地供应一或多种清洗液。举例来说，示例性的晶圆清洁流程可以包含DHF操作流程和HPM操作流程，而在DHF操作流程和HPM操作流程之间具有另一个清洁流程。取决于用于晶圆清洁的特定清洁液，晶圆座120的加热板可以将晶圆110加热至合适的温度。举例来说，对于异丙醇，则可将晶圆110加热至约190℃至约195℃大约30秒以使异丙醇沸腾。在一些实施方式中，晶圆座120的加热板可将晶圆110加热至约75℃至约85℃持续约10分钟，以使氢氧化铵/过氧化氢/去离子水沸腾(例如SC1清洁)。在一些实施方式中，晶圆座120的加热板可将晶圆110加热至约75℃至约85℃持续约10分钟，以使盐酸/过氧化氢/去离子水沸腾(例如SC2清洁)。
晶圆清洁设备100可以包含清洁刷150，清洁刷150配置用以清洁晶圆110的后表面(例如晶圆110的背面)。晶圆110的后表面(背面)指的是与晶圆110的前表面相对的表面，例如与晶圆110的主表面相对的表面，其中半导体装置(们)是形成于主表面上。在一些实施方式中，清洁刷150可以包含多个刷毛151、刷子主体152、多个喷出口153以及超声波发射器155。刷毛151是配置用于刷洗晶圆110。刷子主体152配置用以承载(或固定)多个刷毛151。多个喷出口153配置以将清洁液供应(或分配)至晶圆110的后表面上。超声波发射器155配置以利用超声波振动清洁刷150。在一些实施方式中，清洁刷150还可以包含压力感测器157与位置感测器159。压力感测器157配置以检测施加至清洁刷150以抵靠晶圆110的压力。位置感测器159配置以追踪清洁刷150抵靠晶圆110的位置。在一些实施方式中，晶圆清洁设备100还可以包含运动机构(图1中未绘示出)，以控制清洁刷150的平移或旋转运动。在一些实施方式中，运动机构可以配置以按压清洁刷150，以对晶圆110提供压力。在一些实施方式中，运动机构可以包含机械臂(robotic arm图1中未绘示出)或运动台(图1中未绘示出)。
在一些实施方式中，多个刷毛151可以排列于多个刷毛簇中(例如图1中所绘示的9个簇)。刷毛簇的数量，可以是大于或等于一的任何数量。举例来说，刷毛簇的数量可以是在约2个与约30个之间。在一些实施方式中，根据本揭露的一些实施方式，刷毛簇的数量可以为约1个至约30个。在一些实施方式中，每个刷毛簇可包含多个具有相同长度、直径、硬度与/或材料的刷毛151。在一些实施方式中，每个刷毛簇可包含具有不同长度的多个刷毛151，以刷洗晶圆110的不平坦或是翘曲区域(图1中未绘示出)。举例来说，每个刷毛簇可包含第一组刷毛1511(图2中所示)与第二组刷毛1512(图2中所示)，其中第一组刷毛1511中刷毛的长度可以比第二组刷毛1512长。具有各种长度刷毛151的刷毛簇，可以一致地接触晶圆110的不平坦或翘曲表面，从而提高清洁刷150的清洁效率。在一些实施方式中，每个刷毛簇可以包含第一组刷毛1511和第二组刷毛1512，其中每个第一组刷毛1511可以与每个第二组刷毛1512交错。在一些实施方式中，每个刷毛簇可包含第一组刷毛1511和第二组刷毛1512，其中第一组刷毛1511可以围绕第二组刷毛1512。基于本说明书的内容，刷子主体152上的刷毛151(例如第一组刷毛1511与第二组刷毛1512)的其他长度和设置皆包含于本揭露的一实施方式的范围和精神内。在一些实施方式中，每个刷毛151可以具有约0.08mm至约1mm的直径。在一些实施方式中，每个刷毛151可具有约5mm至约8mm的长度。在一些实施方式中，多个刷毛151的材料可包含但不限于聚对苯二甲酸(polyethylene terephthalate,PET)、聚丙烯(polypropylene,PP)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)、聚酰胺(polyamide,PA)或其组合。在一些实施方式中，每个刷毛簇可以包含具有不同长度、直径、硬度与/或材料的多个刷毛151。
在一些实施方式中，清洁刷150可以包含多个喷出口153，这些喷出口153配置以在晶圆清洁过程期间将清洁液供应至晶圆110上(例如晶圆110的后表面或后侧)。在刷子主体152中可以嵌入多个喷出口153。喷出口153的数量可以在约1个至约30个的范围内。在一些实施方式中，喷出口153外表面的一部分可以利用导电层154加以覆盖，以降低静电荷存在的风险。在一些实施方式中，用于喷出口153的材料可以包含聚三氟氯乙烯(polychlorotrifluoroethylene,PCTFE)与/或聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)，这些材料具有静电值(例如PCTFE的静电值为-4.58kV)，可能会增加在操作期间喷出口153存在静电荷的风险。通过利用导电层154涂覆喷出口153外表面的一部分，可以降低静电荷存在的风险。导电层154例如可以使用导电材料，导电材料的静电值高于约-4kV(例如，高于-4kV、-3.5kV、-3kV、-2.5kV、-2kV、-1.5kV或-1kV)。在一些实施方式中，导电层154可以是奈米碳管，奈米碳管的碳掺杂在约0.025wt％至约0.1wt％之间(例如，在0.025wt％与0.1wt％之间、在0.03wt％与0.09wt％之间、在0.04wt％与0.08wt％之间、或是在0.05wt％与0.07wt％之间)。在一些实施方式中，附加的接地元件(在图1中未绘示出)可以连接至喷出口153，以进一步降低静电荷存在的风险。由喷出口153供应的清洁液可以包含但不限于氢氟酸、盐酸、硫酸、过氧化氢、氢氧化铵、丙酮、甲醇、异丙醇、去离子水其组合。在一些实施方式中，清洁液可以是溶液，包含但不限于盐酸/过氧化氢/去离子水(HPM)溶液、硫酸/过氧化氢/去离子水(SPM)溶液、盐酸/臭氧/去离子水(HOM)溶液、硫酸/臭氧/去离子水(SOM)溶液、氢氧化铵/臭氧/去离子水(AOM)溶液、氢氟酸/去离子水(DHF)溶液、臭氧溶液(在去离子水中稀释的臭氧)或其组合。在一些实施方式中，由多个喷出口153供应的清洁液，可以与由清洁喷嘴130所供应的清洁液145相同。而由多个喷出口153供应的清洁液也可以与由清洁喷嘴130所供应的清洁液145不同。清洁液的选择，可以通过晶圆110表面上的污染物来决定。仅是作为示例而非以此限制，HPM混合物是能够从晶圆表面去除金属的酸性溶液。更具体地说，HPM可以具有高氧化电位(例如高于约1.3V)与低pH值(例如pH值低于约7)的溶液。因此，在晶圆清洁过程中，晶圆表面上的金属污染物可以被电离并溶解于HPM溶液中。在晶圆清洁过程开始之前，可以随机选择一或多个晶圆，用以筛选污染物和颗粒的种类，借以评估晶圆清洁过程的效率。污染物举例来说，可以是(i)在晶圆清洁过程的后剩余的晶圆表面上的任何不需要的颗粒、有机物、金属或天然氧化物，(ii)来自在湿式清洁和干燥处理期间使用的湿式清洁溶液的化学痕迹(例如水斑、酸、氨的衍生物等)，或是(iii)上述它们的组合。
在一些实施方式中，清洁刷150还可包含超声波发射器155，超声波发射器155配置以提供超声波振动。在晶圆清洁过程中，超声波发射器155可以通过换能器晶体提供传播到多个刷毛151和清洁溶液中的超声波能量。转换晶体(transducer crystal)可以通过合适的电源供电，以在约28kHz至约600kHz范围内的超声波频率振动。超声波振动可以从晶圆110的表面(例如后表面或背面)去除直径至少为0.3微米的颗粒，这些颗粒包括有机与无机杂质。转换晶体可以是压电晶体(piezoelectric crystals，例如锆钛酸铅晶体或是钴钡晶体)。仅是作为示例而非以此为限，超声波发射器155可以放置在刷子主体152的下方并与刷子主体152接触。在一些实施方式中，超声波发射器155可以放置于刷子主体152、压力感测器157与/或位置感测器159的下方。
在一些实施方式中，清洁刷150还可以包含压力感测器157，压力感测器157配置用以检测与监测施加至清洁刷150抵靠晶圆110的压力。压力感测器157可以将压力读数传送到控制元件(图1中未绘示出)，此控制元件通过控制清洁刷150的移动，来控制施加至清洁刷150的压力抵靠晶圆110。举例来说，在晶圆清洁过程中，如果测量的压力太大而引起对晶圆损坏的担忧，则压力感测器157可向控制元件发送请求信号，以使清洁刷150远离晶圆110，从而对清洁刷150施加较小的压力抵靠晶圆110。请求信号可以通过有线通信装置或是无线通信装置(例如射频(Radio Frequency,RF)发射器或是蓝牙(Bluetooth,BT)发射器)发送。压力感测器157可包含但不限于压阻式压力感测器、电磁压力感测器、电容式压力感测器、压电式压力感测器与光学压力感测器。在一些实施方式中，在晶圆清洁过程期间，施加至清洁刷150对晶圆110的压力可以在约0.001kg/cm2与约0.05kg/cm2之间，以保持清洁效率且不损坏晶圆110的表面。在一些实施方式中，对应于施加压力低于0.001kg/cm2的情况，压力感测器157可以配置用以发送请求信号，以增加清洁时间或增加清洁刷150对晶圆110施加的压力。在一些实施方式中，对应于压力高于0.05kg/cm2的情况，压力感测器157可以配置用于发送请求信号，以减少清洁刷150施加在晶圆110上的压力。
在一些实施方式中，清洁刷150还可以包含位置感测器159，位置感测器159配置用以追踪清洁刷150于晶圆110上的位置。位置感测器159可以将清洁刷150于晶圆110上的实时位置传送至控制元件(图1中未绘示出)，以确保清洁刷150覆盖到晶圆110的整个表面。在一些实施方式中，清洁刷150的实时位置可以通过有线通信装置或是无线通信装置(例如，射频(RF)发射器或蓝牙(BT)发射器)发送。
在一些实施方式中，晶圆清洁设备100还可包含一或多个感测器(在图1中未绘示)，这些感测器被配置例如以实时地检测与晶圆110相关联的一或多个特征。在一些实施方式中，感测器可以是红外(Infrared,IR)感测器，或是可以检测晶圆110温度的其他任何合适的感测器(例如实时的感测器)。在一些实施方式中，感测器可以是相机或是任何其他合适的感测器，这些感测器举例来说，在晶圆110的前表面与/或后表面，可以实时地处生成各种不同波长范围的图像。感测器的输出，可以通过操作员手动观察分析，与/或通过分析系统自动接收进行处理(例如分析系统自动识别异常情况)。用于例如实时地监视晶圆清洁情况的感测器，其数量不受限制。在一些实施方式中，可以应用单个感测器来监视与晶圆110相关联的一或多个属性。在一些实施方式中，附加的感测器可以用于监视与晶圆清洁设备100中的其他元件相关联的属性，举例来说但不限于以下的例子：包围容器105中的氧浓度、包围容器105中的湿度以及包围容器105中的污染水平，以确保安全与/或制造品质。
在一些实施方式中，晶圆清洁设备100还可以包含排气元件108，排气元件108配置用以排出从包围容器105内的清洁液所产生的蒸气。排气元件108可以通过包围容器105天花板上、垂直壁上或是底板上的一或多个开口106安装。在一些实施方式中，排气元件108可以包含位于包围容器105的垂直壁上的管道，以形成用于清洁液蒸气的通道，这个通道用以使清洁液蒸气自晶圆清洁设备100的包围容器105离开。管道可以涂覆吸附材料，例如活性炭，用于吸附通过管道的清洁液蒸气。在一些实施方式中，排气元件108可包括冲洗喷嘴，冲洗喷嘴是配置以产生雾，并且利用雾来冲洗通过管道的清洁液蒸气。蒸气浓度可以通过来自冲洗喷嘴的雾减少。在一些实施方式中，雾可以通过混合液体与惰性气体由冲洗喷嘴来形成，其中相较于单独的液体，混合液体与惰性气体的混合物的冲洗具有更好的蒸气吸附能力。
图2是根据一些实施方式的示例的清洁刷150与配置以监视清洁刷150的影像感测器204的示意图。对图中相同标号的元件的讨论，除非另有说明，否则图1和图2彼此适用。每个刷毛151可以涂覆有涂层151C，涂层151C配置以表现出每个刷毛151的磨损。在一些实施方式中，涂层151C可以是变色磨损指示器。变色磨损指示器的特征，在于随着清洁刷150使用时段的进行，磨损指示器的颜色会有所改变，使得当颜色变化达到磨损指示器预定的颜色(例如红色)时，说明已达到了清洁刷150的推荐使用周期。此时，可以更换多个刷毛151或清洁刷150。在一些实施方式中，多个刷毛151的材料可包含但不限于聚对苯二甲酸(polyethylene terephthalate,PET)、聚丙烯(polypropylene,PP)、聚氯乙烯(polyvinylchloride,PVC)、聚酰胺(polyamide,PA)或其组合。在一些实施方式中，用于涂层151C的材料可包含但不限于聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate),(PMMA))或是丙烯腈丁二烯苯乙烯(acrylonitrile butadiene styrene,ABS)。涂层151C可以具有不同于与刷毛151的颜色。举例来说，刷毛151的颜色例如是红色，涂层151C的颜色例如是白色。相较于刷毛151，涂层151C可以具有较低的耐磨性。在使用于清洁刷150的一段时间后，涂层151C可以部分地磨损，以显示出颜色的变化。刷毛151的颜色可以从一种颜色(例如显示情况为完全被覆盖的涂层151C1的白色)变为另一种颜色(例如显示情况为部分磨损的涂层151C2的红色)。在一些实施方式中，影像感测器204可以附接在包围容器105内并朝向清洁刷150，以通过监测颜色变化来监测多个刷毛151的使用情形。
图3A与图3B是根据一些实施方式中，在不同操作模式下的示例的晶圆清洁设备300与350的示意图：分别是水平晶圆取向(图3A)和垂直晶圆取向(图3B)。晶圆清洁设备300与350都可以是晶圆清洁设备100的实施方式。除非另有说明，否则晶圆清洁设备100的讨论可以应用于晶圆清洁设备300和350。此外，在接下来的讨论中，有与图1与图2具有相同标号的元件。除非另有说明，否则图1、图3A与图3B之间彼此适用。在水平晶圆取向模式中，如图3A所示，晶圆110的表面法线可以是沿z方向(例如沿着渐变方向)。因此，在水平晶圆取向模式中，晶圆座120(如图1中所示，而图3A和图3B中未绘示出)可以配置为水平地保持或固定晶圆110(例如在图3A所示中，晶圆110的表面可以沿着x-y平面)。在一些实施方式中，于水平晶圆取向模式中，清洁刷150可以配置以使用超声波发射器155(图3A中未绘示出)沿着方向305(例如在z方向上)振动，并且沿着方向303移位(例如沿x-y平面)，以刷洗与清洁晶圆110。而另一方面，在垂直晶圆取向模式中，晶圆110的表面法线可以垂直于z方向(例如，垂直于重力方向)。因此，晶圆座120可以配置为垂直地保持或固定晶圆110(例如晶圆110的表面可以沿着图3B中所示的x-z平面)。此外，如图3B所示，晶圆清洁设备100还可包含连接喷嘴臂137，连接喷嘴臂137是配置以使清洁喷嘴130旋转(例如绕y轴旋转)，以水平地(例如在y方向上)朝向垂直晶圆110的方向(例如，在z方向上)喷射清洁液145。在一些实施方式中，连接喷嘴臂137可配置被旋转(例如围绕y轴)与平移(例如沿x-z平面，如图3B所示)，并且经由清洁喷嘴130朝向垂直晶圆110的方向上喷射清洁液145。在一些实施方式中，于垂直晶圆取向模式中，清洁刷150可以配置以使用超声波发射器155(图3B中未示出)沿着方向353(例如在y方向上)振动并且沿着方向355移位(例如沿x-z平面)，以刷洗和清洁晶圆110。
图4是根据一些实施方式的示例的晶圆清洁方法400的流程图。在晶圆清洁方法400中所示的流程并非详尽无遗；而在任何所示流程之前、之后或是之间，也可以执行其他流程。在一些实施方式中，晶圆清洁方法400的流程可以以不同的顺序执行。而晶圆清洁方法400的变形在本揭露的一实施方式的范围内。
在流程401中，将晶圆(例如晶圆110)装载到晶圆座(例如晶圆座120)上。举例来说，如图1所示，晶圆的装载可以包括将晶圆放置在晶圆座120上。在一些实施方式中，晶圆的装载可以包含通过在晶圆座的加热板加热晶圆，以提高清洁效率。加热晶圆的时间点可以是在晶圆清洁过程(例如流程402-404可以是晶圆清洁过程的实施例)开始之前，或是在晶圆清洁过程期间。在一些实施方式中，晶圆的装载可包含通过多个支撑插脚(例如支撑插脚122)与多个夹持插脚(例如夹持插脚124)，以将晶圆保持或固定在晶圆座120上，这可以防止晶圆在晶圆清洁过程期间滑动(例如在流程402-404中滑动)。在晶圆清洁过程中，晶圆座可以配置以水平地(例如晶圆表面的法线可以沿着重力方向，如图1所示)或是垂直地(例如晶圆表面的法线可以平行于重力，如图3B所示)保持(或固定)晶圆。举例来说，晶圆的装载可以包含水平地(例如沿着图1的x-y平面)将晶圆放置于晶圆支架上，使用一或多个支撑插脚与/或夹持插脚将晶圆固定于晶圆支架上，并且将晶圆旋转大约90度，以垂直地保持晶圆(例如沿着图1与图3B的x-z平面)。
在流程402中，通过清洁喷嘴(例如清洁喷嘴130)，将清洁液(例如清洁液145)的流动供应(或分配)至晶圆(例如晶圆的前表面，即半导体装置所形成的表面)上。清洁液可包括但不限于氢氟酸、盐酸、硫酸、过氧化氢、氢氧化铵、丙酮、甲醇、异丙醇、去离子水或上述的组合。在一些实施方式中，清洁喷嘴外表面的一部分可以覆盖导电层(例如导电层134)，导电层的材料例如是奈米碳管，以减少在清洁流程中于清洁喷嘴处形成的静电荷。在一些实施方式中，供应清洁液的步骤可包括将清洁喷嘴附接到喷嘴臂(例如喷嘴臂135)，并使喷嘴臂围绕主轴(例如主轴140)枢转。在一些实施方式中，供应清洁液的步骤可包括用清洁液冲洗晶圆的前表面。在一些实施方式中，可以通过围绕主轴枢转喷嘴臂，以同时执行冲洗晶圆的前表面。在一些实施方式中，供应清洁液的步骤可包括经由压力喷嘴形成清洁液流，并且朝向晶圆的前表面注入清洁液流(例如清洁喷嘴可以是压力喷嘴，并通过压力喷嘴冲洗晶圆)。此外，流程402还可以包括经由旋转基座(例如旋转基座125)以不同的速度在晶圆座上旋转晶圆与/或使用晶圆座加热晶圆。在一些实施方式中，晶圆的旋转与/或加热可以与供应清洁液同时进行。
在流程403中，通过位于清洁刷(例如清洁刷150)上的多个喷出口(例如多个喷出口153)将清洁液分配(或喷射)至晶圆的后表面(例如背面)上。在流程403中，用于清洁晶圆后表面(例如背面)的清洁液可以由与清洁晶圆的前表面(例如流程402中所描述的清洁液)相同或是不同的化学物质制成。在一些实施方式中，于晶圆背面上分配清洁液的步骤可包括冲洗晶圆的后表面。在一些实施方式中，分配清洁液的步骤可包括形成清洁液流并将清洁液引导通过喷出口且朝向晶圆的后表面。在一些实施方式中，于晶圆背面上分配清洁液的步骤可包括使用晶圆座加热晶圆。在一些实施方式中，可以同时执行流程402与流程403中所描述的一或多个流程。在一些实施方式中，喷出口的外表面的一部分可以用导电层(例如导电层154)加以覆盖，以降低静电荷存在的风险。
在流程404中，通过清洁刷刷洗晶圆的后表面(例如背面)。举例来说，晶圆的后表面可以通过清洁刷150刷洗，而晶圆可以放置或固定在晶圆座120上。在一些实施方式中，通过清洁刷刷洗晶圆背面的步骤，可以包括对清洁刷施加压力抵靠晶圆的后表面、旋转晶圆以及旋转/移动清洁刷(在本说明书中称为「刷洗模式」)以使用运动机构(例如机械臂或运动台)来刷洗晶圆。在刷洗模式中，清洁刷可以以小于阈值(例如约2500rpm)的旋转速度旋转，以确保清洁刷稳定性(例如清洁刷的运动稳定性)的控制。在一些实施方式中，在刷洗模式下，晶圆可以是静止的，而与此同时清洁刷则是旋转/移位，以刷洗晶圆的后表面。在一些实施方式中，在刷洗模式下，旋转清洁刷可包括以逆时针或是以顺时针旋转清洁刷。在一些实施方式中，在刷洗模式下，旋转清洁刷可包括使清洁刷的逆时针旋转与顺时针旋转交错实施，也就是说，清洁刷的旋转可以包含清洁刷不同的逆时针旋转与顺时针旋转。
在一些实施方式中，刷洗晶圆背面的步骤可包括使晶圆的后表面与清洁刷接触、旋转晶圆、以及通过例如超声波振动装置振动清洁刷(在本文中称为「振动模式」)。在振动模式下，清洁刷的超声波振动可以在约28kHz与约600kHz之间的频率下执行。振动清洁刷可以包括沿着晶圆后表面正常摆动清洁刷(例如沿着图3A中的z方向，或沿着图3B中的y方向振动清洁刷)。在一些实施方式中，经由清洁刷刷洗晶圆背面可以包括于晶圆的后表面上执行刷洗模式与振动模式。在一些实施方式中，刷洗晶圆的背面可以包括同时执行先前于刷洗模式中描述的一或多个操作(例如施加压力或旋转清洁刷)，以及先前于振动模式中描述的一或多个操作(例如，振动清洁刷)。在一些实施方式中，刷洗晶圆的后表面可包括在刷洗模式和振动模式之间交替切换顺序执行。
在一些实施方式中，清洁液(例如清洁液145)可以同时供应至晶圆(例如晶圆的前表面与/或后表面)，而晶圆的后表面由清洁刷刷洗(例如流程404中所描述的一或多个操作，可以与流程402与/或流程403中描述的一或多个操作同时执行)。
此外，在流程404中，经由清洁刷刷洗晶圆的后表面可以包括经由压力感测器(例如压力感测器157)检测与调节清洁刷对晶圆的压力。在一些实施方式中，清洁刷相对于晶圆的压力可以在约0.001kg/cm2与约0.05kg/cm2之间，以保持清洁效率且不损坏晶圆的表面。在一些实施方式中，若检测到的压力高于0.05kg/cm2，则压力感测器可以向控制元件发送请求信号，以增加清洁刷与晶圆之间的间隔减少压力。在一些实施方式中，如果检测到的压力低于0.001kg/cm2，则压力感测器可以向控制元件发送请求信号，以减少清洁刷和晶圆之间的间隔增强压力。
此外，在流程404中，刷洗晶圆的后表面可以包括经由位置感测器(例如位置感测器159)追踪清洁刷的位置。位置感测器可以将清洁刷的位置以例如实时的方式传送至控制元件，以确保清洁刷在晶圆清洁过程中覆盖晶圆的整个后侧表面。
此外，在流程404中，经由清洁刷刷洗晶圆后表面，可以包括检测清洁刷的可见特征，并将检测到的可见特征与基准特征进行比较，并且基于比较结果清洁刷替换清洁刷。在一些实施方式中，检测清洁刷的可见特征可以包括使用影像感测器(例如图2中的影像感测器204)监测与清洁刷相关联的刷毛的颜色外观。如图2所示，可以将检测到的颜色外观(例如图2中所示的磨损清洁刷的涂层151C2颜色)与合格清洁刷(例如新清洁刷的颜色涂层151C1)的基准颜色特征进行比较。如果比较表示清洁刷已磨损，则需要更换清洁刷。在一些实施方式中，可以在先前描述的刷洗模式与振动模式开始之前执行检测可见特征、比较可见特征以及更换清洁刷(例如在开始清洁晶圆之前检查与更换清洁刷)。
根据本揭露的各种实施方式，提供了一种用于半导体装置制造中的晶圆清洁设备与晶圆清洁方法。晶圆清洁设备可包括晶圆座、清洁喷嘴与清洁刷。晶圆保持座配置以保持晶圆；清洁喷嘴配置以将清洁液分配至晶圆的第一表面(例如前表面)上；清洁刷用于清洁晶圆的第二表面(例如后表面)。清洁刷可以通过刷洗与超声波振动以及清洁液清洁晶圆的后表面。这样的晶圆清洁设备与晶圆清洁方法，可以提供更好与更有效的清洁方式，以从晶圆上去除缺陷。
在一些实施方式中，用于晶圆清洁设备可以包含晶圆座、清洁喷嘴以及清洁刷。晶圆座配置以保持晶圆；清洁喷嘴配置以分配清洁液于晶圆的第一表面上；清洁刷配置以清洁晶圆的第二表面，其中第二表面市相对于晶圆的第一表面。清洁刷可以包含多个刷毛与多个喷出口，而喷出口是配置以分配清洁液于晶圆的第二表面。晶圆清洁设备可以进一步包含包围容器，包围容器是配置以以包围晶圆座、清洁喷嘴与清洁刷。
在一些实施方式中，包围容器的材料可以包含非可燃材料。非可燃材料包含乙烯三氟氯乙烯(ethylene chlorotrifluoroethylene,ECTFE)、聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)、全氟烷氧基烷烃(perfluoroalkoxy alkane,PFA)及其组合所组成的群组。在一些实施方式中，导电层覆盖清洁喷嘴的外表面的一部分。在一些实施方式中，清洁液包含氢氟酸、盐酸、硫酸、过氧化氢、氢氧化铵、去离子水及其组合所组成的群组。在一些实施方式中，清洁刷可以进一步包含刷子主体与超声波发射器。刷子主体配置以携带刷毛。超声波发射器接触刷子主体并配置以移动刷毛。在一些实施方式中，清洁刷进一步包含压力感测器，压力感测器配置以侦测清洁刷施加于晶圆的压力。在一些实施方式中，清洁刷进一步包含位置感测器，位置感测器配置以追踪清洁刷于晶圆的第二表面上的位置。在一些实施方式中，清洁刷的刷毛的材料包含聚对苯二甲酸(polyethyleneterephthalate,PET)、聚丙烯(polypropylene,PP)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)、聚酰胺(polyamide,PA)及其组合所组成的群组。在一些实施方式中，刷毛上可以包含涂层，涂层配置以表示这些刷毛的磨损情况。在一些实施方式中，晶圆清洁设备进一步包含影像感测器，影像感测器配置以监视这些刷毛的使用。而在一些实施方式中，刷毛包含多个第一刷毛与多个第二刷毛，其中这些刷毛中的第一多个刷毛中的每一个刷毛长于第二多个刷毛中的每一个刷毛。
在一些实施方式中，一种晶圆清洁方法可以包含装载晶圆于晶圆座上、分配清洁液于晶圆的表面上、使晶圆旋转以及通过清洁刷与运动机构施加压力于晶圆的表面上。
在一些实施方式中，施加压力的步骤可以包含旋转清洁刷、沿该晶圆的表面移动清洁刷以及振动清洁刷。在一些实施方式中，施加压力的步骤可以包含交替地以逆时针与顺时针旋转清洁刷。在一些实施方式中，一种晶圆清洁方法可以进一步包含侦测清洁刷的可见特征、将可见特征与基准特征比较以及基于比较结果替换清洁刷。
在一些实施方式中，一种晶圆清洁方法已经被揭示。这个晶圆清洁方法可以包含装载晶圆于晶圆座上；通过将清洁液分配至晶圆的第一表面上以冲洗晶圆的第一表面；通过清洁刷上的喷出口分配清洁液于晶圆的第二表面上，其中第二表面相对于第一表面；以及通过清洁刷清洁晶圆的第二表面。在一些实施方式中，清洁晶圆的第二表面的步骤可以进一步包含施加压力使清洁刷抵靠晶圆、旋转清洁刷以及振动清洁刷。
在一些实施方式中，旋转清洁刷的步骤可以进一步包含以小于约2500rpm的转速旋转该清洁刷。在一些实施方式中，振动清洁刷的步骤可以进一步包含在介于约28kHz与约600kHz之间的频率下超声波地振动清洁刷。
值得一提的是，在实施方式的段落而非本揭露的一实施方式的摘要的段落中，其作用旨在解读申请范围。揭露的摘要的段落可能会提出本揭露的一实施方式中发明人(们)所考虑的一或多个实施方式，因此这些在任何方式下并不旨在加以限制所申请的范围。
前面概述了若干实施方式的特征，使得本领域技术人员可以在各方面更好地理解本说明。本领域的技术人员应理解，他们可以很容易的使用本说明作为基础，设计或修改其他的过程与结构，已实现与本文介绍实施例相同的目的与/或相同的优点。本领域的技术人员也应理解，这样等价的结构不脱离本说明相通的精神与范围，并在不脱离本说明的精神与范围的情况下，他们可以进行各种变化，替换或是变更。

Claims (18)

1.一种晶圆清洁设备，其特征在于，包含：
一晶圆座，配置以保持一晶圆；
一清洁喷嘴，配置以分配一清洁液于该晶圆的一第一表面上；以及
一清洁刷，配置以清洁该晶圆的一第二表面，该第二表面相对于该晶圆的该第一表面，包含：
多个刷毛，其中所述多个刷毛的每一者包含一涂层，该涂层具有与所述多个刷毛不同的颜色；以及
多个喷出口，配置于该清洁刷的一表面，以分配该清洁液于该晶圆的该第二表面。
2.根据权利要求1所述的晶圆清洁设备，其特征在于，进一步包含一包围容器，该包围容器配置以包围该晶圆座、该清洁喷嘴与该清洁刷，其中该包围容器包含一非可燃材料。
3.根据权利要求2所述的晶圆清洁设备，其特征在于，该非可燃材料包含乙烯三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯、全氟烷氧基烷烃及其组合所组成之群组。
4.根据权利要求1所述的晶圆清洁设备，其特征在于，一导电层覆盖该清洁喷嘴的一外表面的一部分。
5.根据权利要求1所述的晶圆清洁设备，其特征在于，该清洁液包含氢氟酸、盐酸、硫酸、过氧化氢、氢氧化铵、去离子水及其组合所组成之群组。
6.根据权利要求1所述的晶圆清洁设备，其特征在于，该清洁刷进一步包含：
一刷子主体，配置以携带所述多个刷毛；以及
一超声波发射器，接触该刷子主体并配置以移动所述多个刷毛。
7.根据权利要求1所述的晶圆清洁设备，其特征在于，该清洁刷进一步包含一压力感测器，该压力感测器配置以侦测施加于该清洁刷抵靠该晶圆的一压力。
8.根据权利要求1所述的晶圆清洁设备，其特征在于，该清洁刷进一步包含一位置感测器，该位置感测器配置以追踪该清洁刷于该晶圆的该第二表面上的一位置。
9.根据权利要求1所述的晶圆清洁设备，其特征在于，所述多个刷毛包含聚对苯二甲酸、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺及其组合所组成之群组。
10.根据权利要求1所述的晶圆清洁设备，其特征在于，进一步包含一影像传感器，该影像传感器配置以监视所述多个刷毛的使用。
11.根据权利要求1所述的晶圆清洁设备，其特征在于，所述多个刷毛包含一第一多个刷毛与一第二多个刷毛，其中该第一多个刷毛中的每一者长于该第二多个刷毛中的每一者。
12.一种晶圆清洁方法，其特征在于，包含：
装载一晶圆于一晶圆座上；
经由一清洁刷的一表面的多个喷出口分配一清洁液于该晶圆的一表面上；
使该晶圆旋转；
通过该清洁刷与一运动机构施加一压力于该晶圆的该表面上以清洁该晶圆的该表面，其中该清洁刷包含多个刷毛，所述多个刷毛的每一者包含一涂层，该涂层具有与所述多个刷毛不同的颜色；
侦测该清洁刷的所述多个刷毛的该涂层的颜色变化；以及
当该清洁刷的所述多个刷毛的该涂层的颜色达到一预定颜色，更换该清洁刷。
13.根据权利要求12所述的晶圆清洁方法，其特征在于，该施加该压力的步骤包含：
旋转该清洁刷；
沿该晶圆的该表面移动该清洁刷；以及
振动该清洁刷。
14.根据权利要求12所述的晶圆清洁方法，其特征在于，该施加该压力的步骤包含交替地以逆时针与顺时针旋转该清洁刷。
15.一种晶圆清洁方法，其特征在于，包含：
装载一晶圆于一晶圆座上；
通过将一清洁液分配至该晶圆的一第一表面上以冲洗该晶圆的该第一表面；
通过一清洁刷上的一表面的一喷出口分配该清洁液于该晶圆的一第二表面上，该第二表面相对于该第一表面；
通过旋转该清洁刷清洁该晶圆的该第二表面，其中该清洁刷包含多个刷毛，所述多个刷毛的每一者包含一涂层，该涂层具有与所述多个刷毛不同的颜色；
侦测该清洁刷的所述多个刷毛的该涂层的颜色变化；以及
当该清洁刷的所述多个刷毛的该涂层的颜色达到一预定颜色，更换该清洁刷。
16.根据权利要求15所述的晶圆清洁方法，其特征在于，该清洁该晶圆的该第二表面的步骤包含：
施加一压力使该清洁刷抵靠该晶圆；
旋转该清洁刷；以及
振动该清洁刷。
17.根据权利要求16所述的晶圆清洁方法，其特征在于，该旋转该清洁刷的步骤包含以小于2500 rpm的一转速旋转该清洁刷。
18.根据权利要求16所述的晶圆清洁方法，其特征在于，该振动该清洁刷的步骤包含在介于28 kHz与600 kHz之间之一频率下超声波地振动该清洁刷。
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