CN110875224B - 晶圆清洁方法以及清洁腔室 - Google Patents

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Abstract

本公开一些实施例提供一种晶圆清洁方法，包括：在清洁腔室中将晶圆浸入浴中；将晶圆从浴中取出，通过溶剂并将晶圆输入清洁腔室中的气体；从气体决定参数值；以及响应于决定参数值超过阈值，在清洁腔室中进行补救操作。本公开还涉及一种清洁腔室。

Description

晶圆清洁方法以及清洁腔室
技术领域
本公开实施例涉及一种晶圆清洁方法以及清洁腔室。
背景技术
随着电子产品的发展，半导体技术已广泛应用于制造存储器、中央处理器(central processing units，CPUs)、液晶显示器(liquid crystal displays，LCDs)、发光二极管(light emission diodes，LEDs)、激光二极管(laser diodes)和其他装置或芯片组。为了实现高的整合度和高的速度要求，已经降低了半导体集成电路的尺寸，并且已经提出了各种材料和技术来实现这些要求并克服制造期间的障碍。对在腔室(chamber)或槽(tank)内处理晶圆的条件进行控制是半导体制造技术的重要部分。
半导体制造技术的其中一个重要问题是由于在集成电路的制造期间会形成或存在不期望的颗粒所导致的污染。一般而言是通过在浴(bath)中产生向下或向上的流动以去除颗粒。然而在从浴中取出晶圆时，液体将会从晶圆的表面蒸发，导致在晶圆表面上出现条纹(streaking)、斑点及/或留下浴的残留物。这种条纹、斑点和残留物可能会导致后续装置故障。一种称为Marangoni干燥法的方法会产生表面张力的梯度(surface tensiongradient)，以诱导液体从晶圆流出而减少晶圆上的液体，从而避免条纹、斑点和残留物的痕迹。在使用Marangoni干燥法除去液体之后再进一步处理晶圆。作业员或工程师可以在所需的规格内手动调节浴中的液体的流速或压力和Marangoni干燥制程。然而，尽管在浴内具有流动并且使用了Marangoni干燥技术，颗粒仍可能会沉积在晶圆表面上并导致污染。因此避免颗粒污染的传统技术可能需要大量的花费和昂贵的硬件，但仍然不能产生令人满意的结果。所以避免污染的传统技术并不完全令人满意。
发明内容
在一些实施例中提供一种晶圆清洁方法，在清洁腔室中将晶圆浸入浴中；将晶圆从浴中取出，通过溶剂并将晶圆输入清洁腔室中的气体；从气体决定参数值；以及响应于决定参数值超过阈值，在清洁腔室中进行补救操作。
在一些实施例中提供一种晶圆清洁方法，包括在一清洁腔室中将晶圆浸入溶液中；从清洁腔室中去除溶液以露出晶圆；在清洁腔室中施加溶剂；在清洁腔室中施加气体；从气体决定参数值；以及响应于决定参数值超过阈值，在清洁腔室中进行补救操作。
在一些实施例中提供一种清洁腔室，包括槽区、干燥区、溶剂排放口、感测器、以及控制系统。槽区配置以容纳槽溶液。干燥区配置以容纳气体。溶剂排放口配置以在槽区以及干燥区之间提供溶剂，以分隔槽溶液以及气体。感测器配置以决定干燥区中的气体的参数。控制系统配置以将晶圆从槽溶液中取出并移入干燥区中，以及响应于决定参数超过阈值，在清洁腔室中进行补救操作。
附图说明
以下将配合附图详述本公开的实施例。应注意的是，依据在业界的标准做法，多种特征并未按照比例示出且仅用以说明例示。事实上，可能任意地放大或缩小元件的尺寸，以清楚地表现出本公开的特征。
图1是根据一些实施例的Marangoni清洁系统的方框图。
图2A是根据一些实施例的排放Marangoni清洁系统的方框图。
图2B是根据一些实施例的具有组合式浴区和填充有气体的干燥区的清洁腔室的方框图。
图2C是根据一些实施例的具有组合式浴区和填充有液体的干燥区的清洁腔室的方框图。
图3是根据一些实施例的批量Marangoni清洁系统的方框图。
图4是根据一些实施例的Marangoni清洁系统的各种功能性模块的方框图。
图5是根据一些实施例的Marangoni清洁制程的流程图。
其中，附图标记说明如下：
102 清洁腔室
104 晶圆承载座
106 晶圆
108 浴区
108B 浴区输出界面
108C 浴区排放口
110 干燥区
110A 干燥区输出界面
110B 干燥区排放口
112 液体
114 溶剂
114A 溶剂输出界面
114B 溶剂排放口
116 感测器
118 收集器
118A 收集器界面
120A 氮气输入界面
120B 氮气源
122A 溶剂输入界面
122B 溶剂源
124A 第二气体界面
124B 第二气体源
126A 液体接口
126B 液体源
128A 第二液体界面
128B 第二液体源
202 清洁腔室
206 组合式浴区与干燥区
210 晶圆承载座
214 组合式输出界面
216 组合式排放口
220 晶圆
222 气体
224 液体
302 清洁腔室
304 晶圆承载座
306 晶圆
402 清洁腔室系统
404 处理器
406 电脑可读取存储模块
408 控制器模块
410 使用者界面模块
412 网络连接模块
414 感测器
500 Marangoni晶圆清洁制程
502、504、506、508、510、512、514、516 操作
具体实施方式
应理解的是，以下公开许多不同的实施方法或是范例来实行所提供的标的不同特征，以下描述具体的元件及其排列的实施例以阐述本公开。当然这些实施例仅用以例示，且不该以此限定本公开的范围。举例来说，应理解的是，当元件被称为“连接到”或“耦接到”另一个元件时，其可直接连接到或耦接到另一个元件，或亦可存在一或多个中间的元件。
此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示，这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。
此外，其中可能用到与空间相关用词，例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，这些空间相关用词是为了便于描述图示中一个(些)元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系，这些空间相关用词包括使用中或操作中的装置的不同方位，以及附图中所描述的方位。当装置被转向不同方位时(旋转90度或其他方位)，则其中所使用的空间相关形容词也将依转向后的方位来解释。
Marangoni效应描述了由于两种液体之间的表面张力梯度(gradient)而沿两种液体之间的界面的质量传递(mass transfer)。具有高表面张力的液体比具有低表面张力的液体更会拉动周围的液体。因此，液体表面张力的梯度将会导致液体从低表面张力的区域流走。
Marangoni干燥产生表面张力梯度以诱导液体从晶圆流出，以使晶圆实际上不具有液体，因此可以避免晶圆上的条纹、斑点和残留物的痕迹。在清洁腔室内的Marangoni干燥期间，将与液体混溶(miscible)的溶剂(例如异丙醇(isopropyl alcohol，IPA))引入弯液面(liquid meniscus)，所述弯液面是当从浴中提起液体或当从晶圆排出液体时形成。可以沿着液体表面吸收溶剂，使得所吸收的溶剂在弯液面的尖端处具有更高的浓度。吸收到的溶剂浓度越高，则会导致弯液面尖端的表面张力越低(和其他部分液体的表面张力相比)。这会导致液体从干燥的弯液面流向液体的其余部分。可以将这种流动称为Marangoni流动，并且其可以用于实现干燥晶圆，而不会在晶圆上留下条纹、斑点或浴的残留物。在施加Marangoni流动之后，可以通过在清洁腔室的干燥区内对晶圆施加干燥气体(例如N2或过滤过的环境空气)以进一步干燥晶圆。
本公开提供了利用Marangoni效应自动原位(in-situ)清洁晶圆的各种实施例。如果晶圆具有不期望的颗粒污染，则可以在各种实施例中执行对清洁腔室的颗粒污染进行自动原位补救(remediating)处理，而非使用湿式清洁工具批量重复(wholesale repeat)进行晶圆清洁。而且可以在晶圆仍在清洁腔室内时对清洁腔室技术效果的检查进行评估，而非在从清洁腔室去除晶圆之后或在进一步处理晶圆之后才进行评估。
可以利用在清洁腔室内对气体进行采样的感测器来检查清洁腔室。可以对气体进行采样以决定来自气体的参数值。所述参数值可以反映例如二氧化硫(SO2)、氨(NH3)、丙酮((CH3)2CO)、胺(amines)、酸及/或挥发性有机化合物(volatile organic compounds，VOC)的浓度(例如百分比值或百万分率(parts per million，PPM)值)。所述挥发性有机化合物可为在约101.3kPa的大气压下测量时初始沸点(initial boiling point)小于或等于约250℃的有机化合物。所述酸可包括任何含有氢离子(H+)的离子化合物。所述胺可为含有具有孤对电子(lone pair)的碱性氮原子的化合物或官能基团(functional groups)。所述参数值还可以反映其他参数，例如气体的湿度或温度。
所述感测器可为能从气体中决定参数值的任何类型的感测器。举例来说，所述感测器可为飞行时间质谱(flight mass spectrometry sensor，TOFMS)感测器、离子迁移率光谱感测器(ion mobility spectrometry sensor，IMS)、空气分子污染(airbornemolecular contamination，AMC)感测器、配置成检测特定溶剂的溶剂感测器、用于检测丙酮的感测器、湿度感测器及/或离子感测器。这些感测器可为传统的感测器并且可在市面上买到，因此不再详细讨论。所述感测器可用于检测一或多个参数值。举例来说，飞行时间质谱感测器可用于检测挥发性有机化合物的参数值，而离子迁移率光谱感测器可用于检测胺、酸或SO2的参数值。
在各种实施例中，感测器随着时间在清洁腔室内的Marangoni晶圆清洁的各次重复(iterative)操作中收集参数值。因此通过分析来自清洁腔室内的Marangoni晶圆清洁的各种聚集的(aggregated)数据，可以基于检测聚集数据的异常值而决定不期望的污染量与参数值之间的关系。在一些实施例中，这些异常值可以决定阈值(threshold values)，在通过(pass)阈值时可定义何时要进行补救。而且若通过特定阈值，则可以指出要执行补救的类型。可以根据对异常值的传统统计分析来决定这些异常值。举例来说，这些异常值可以定义代表晶圆未被充分清洁或者代表清洁腔室中存在故障的阈值。
因此可以基于所述参数值在清洁腔室执行补救。在一些实施例中，若决定的参数值超过(exceeding)阈值，则会发生响应而进行补救。在一些实施例中，超过阈值可以代表在与对应的历史参数值进行比较时通过阈值，并且并不一定是大于或小于阈值。在其他实施例中，超过阈值可以特别代表大于阈值。阈值可为任意数值，或者可反映上述计算的或决定的异常值。浓度的任意阈值的范例可为SO2、NH3、(CH3)2CO、胺、酸及/或挥发性有机化合物的其中之一或其组合的介于约0.01-0.5百万分率(ppm)间的值。
所述补救可为任何类型的自动额外制程，以改进清洁腔室内的Marangoni晶圆清洁。举例来说，补救可以原位改善晶圆上及/或干燥区的气体内的污染水平。在一些实施例中，补救可以包括将晶圆重新浸入浴中并完全重复Marangoni晶圆清洁制程。在一些实施例中，补救可以包括改变清洁腔室内的湿度水平或温度。举例来说，可以在清洁腔室内降低干燥区的气体湿度及/或升高温度。在一些实施例中，补救可以包括从清洁腔室中除去溶剂和气体，并将溶剂和气体重新引入清洁腔室。在一些实施例中，补救可以包括从清洁腔室中去除气体同时将溶剂留在清洁腔室内，以及将气体重新引入清洁腔室。在一些实施例中，补救可以包括从清洁腔室中去除气体同时将溶剂留在清洁腔室内，以及将与一开始在干燥区中的气体不同的第二气体引入清洁腔室中。一开始的气体可为氮气(N2)，而第二气体可为干净且过滤过的环境空气，或者可为其他纯气体或特定的气体混合物。在一些实施例中，补救可以包括通过将第二气体引入干燥区以增加干燥区中的气体浓度及/或改变干燥区中的气体的组成。在一些实施例中，补救可以包括从清洁腔室去除一开始的液体，以及将第二液体引入清洁腔室中，第二液体不同于一开始在清洁腔室中的液体。一开始的液体可为去离子水(deionized water，DIW)，第二液体可为高密度水(high density water，HDW)。
可仅执行一次所述补救(例如一开始便执行，或在超过阈值之后执行一次)，或者可以循环地(iteratively)执行多次补救，直到参数值不再超过阈值水平或值。换句话说，多次循环地执行补救可以包括在一开始便执行补救，然后如果参数值在一段时间之后仍然继续超过阈值则随后加强所述补救。可以在补救过程或整个Marangoni晶圆清洁制程的不同循环之间对时间段进行设定(例如设定为定值)或进行变化。举例来说，随着每次循环，可以增加或减少时间段。加强所述补救可以包括相对于最初进行的补救进一步增加气体的温度或浓度。
在令人满意地进行补救之后，可以将晶圆传送出清洁腔室中。在一些实施例中，可以在将晶圆从清洁腔室去除之后执行传统的最终污染(例如晶圆上的颗粒沉积)评估，以决定是否应使用湿式清洁工具重复进行基于湿式工作台的晶圆清洁的整个制程(包括在清洁腔室内的Marangoni晶圆清洁)。
图1是根据一些实施例的清洁腔室102的方框图。清洁腔室102可包括配置成将晶圆106固定在清洁腔室102内的晶圆承载座104(例如架子)。清洁腔室102可包括浴区108和干燥区110。浴区108可包括液体112的浴。所述液体可为例如去离子水，也可以视为浴本身。干燥区110可以设置在浴区上方并且配置成包围气体。所述气体可为例如氮气。可以在干燥区110的气体和浴区108的浴之间将一层溶剂114设置在液体112上。溶剂可为例如异丙醇(IPA)。
在操作中，晶圆承载座104可以在干燥区110和浴区108之间移动晶圆106。因此晶圆可以穿过溶剂114，而从浸没在液体112中移动成被干燥区110的气体包围。如上所述，在清洁腔室102内的Marangoni干燥期间，溶剂114可以与液体112混溶并且可以沿着液体112的表面被吸收，使得所吸收的溶剂114在弯液面的尖端处具有更高的浓度。吸收到的溶剂114浓度越高，则会导致弯液面尖端的表面张力越低(和其他部分液体112的表面张力相比)。这会导致液体112从干燥的弯液面流向液体112的其余部分(例如回到浴区108中)。这种流动可以用于实现干燥晶圆，而不会在晶圆上留下条纹、斑点或浴残留物。在施加Marangoni流动之后，可以通过在清洁腔室的干燥区内将干燥气体(例如N2或过滤过的环境空气)施加到晶圆以进一步干燥晶圆。
在一些实施例中，至少一个感测器116可设置在清洁腔室102的干燥区110内。然而，在一些实施例中，至少一个感测器116可以设置在收集器118中，而非直接设置在清洁腔室102的干燥区110内。在一些实施例中，清洁腔室102的感测器116可以设置在干燥区110和收集器118中。收集器118可以经由收集器界面118A与干燥区110接合(interface)，而收集器界面118A对收集器118是否正在收集干燥区110的气体进行控制。举例来说，收集器界面118A可以包括阀门，可以打开所述阀门以允许收集器收集干燥区110的气体，且亦可关闭所述阀门。
至少一个感测器116可为任何类型的感测器116，可以由感测器116从气体决定参数值。例如，感测器116可为飞行时间质谱(TOFMS)感测器、离子迁移率光谱感测器(IMS)、空气分子污染(AMC)感测器、配置成检测特定溶剂的溶剂感测器、用于检测丙酮的感测器、湿度感测器及/或离子感测器。每个感测器可为传统的感测器并且可在市面上买到，因此不再详细讨论。所述感测器可用于检测一或多个参数值。举例来说，飞行时间质谱感测器可用于检测挥发性有机化合物的参数值，离子迁移率光谱感测器可用于检测胺、酸或SO2的参数值。
干燥区110可以通过干燥区输出界面110A与干燥区排放口110B接合。干燥区输出界面110A还可包括泵，以允许干燥区110内的气体可被泵送到干燥区排放口110B中，使得气体可从干燥区排出，随后将进一步进行讨论。
干燥区110还可以通过各种干燥区输入界面进行接合，所述干燥区输入界面向干燥区110提供可以存在于干燥区110中或经由干燥区110引入清洁腔室102的各种气体或溶剂。具体来说，干燥区110可以通过氮气输入界面120A与氮气源120B接合，可以从氮气源120B将氮气输送到干燥区110中。氮气输入界面120A还可包括泵，以允许氮气源120B的氮气可被泵送到干燥区110中。而且，干燥区110可以通过溶剂输入界面122A与溶剂源122B(例如异丙醇源)接合，溶剂可以从溶剂源122B输入到干燥区110。溶剂输入界面122A还可以包括泵，以允许溶剂源122B的溶剂可被泵送到干燥区110中。此外，干燥区110可以通过第二气体界面124A与第二气体源124B接合，从第二气体源124B可以将第二气体输入到干燥区110中。第二气体界面124A还可包括泵，以允许第二气体源124B的第二气体可被泵送到干燥区110中。此外，第二气体源124B可代表任何数量的第二气体而不仅一种第二气体。举例来说，第二气体源124B可以包括过滤过的环境空气源及氮气和氧气的气体混合物，或者可以代表分离的多个过滤的环境空气源及氮气和氧气的气体混合物。每个第二气体源124B可以共享第二气体界面124A以与干燥区110连接，或者可以具有相应的第二气体界面124A以与干燥区连接。
浴区108的液体112可以通过浴区输出界面108B与浴区排放口108C接合。浴区输出界面108B还可包括泵，以允许浴区108内的液体112可被泵送到浴区排放口108C中，使得液体112可从浴区排出。浴区108可以通过液体接口126A与液体源126B接合，以允许液体源126B的液体可被输送到浴区108中。在一些实施例中，液体可包括去离子水(DIW)、高密度水(HDW)或电容去离子水(capacitively deionized water，CDIW)。液体接口126A还可以包括泵，以允许液体源126B的液体可被泵送到浴区108中。在一些实施例中，浴区108的液体112可以通过第二液体界面128A与第二液体源128B接合，从第二液体源128B可以将第二液体输入到浴区108中。在一些实施例中，第二液体源128B处的第二液体可包括与液体源126B不同类型的液体。举例来说，如果液体源126B包括去离子水，则第二液体源128B可以包括高密度水。第二液体界面128A还可以包括泵，以允许第二液体源128B的液体可以被泵送到浴区108中。此外，在一些实施例中，第二液体源128B可代表任何数量的不同的液体而不仅一种第二液体。每个相应的第二液体可以共享第二液体界面128A或者可以具有相应的第二液体界面128A。
溶剂114还可以通过溶剂输出界面114A与溶剂排放口114B接合。溶剂输出界面114A还可包括泵，以允许溶剂114可被泵送到溶剂排放口114B中，使得溶剂114可从浴区108和干燥区110中排出。在一些实施例中，溶剂输出界面114A可以包括输入口，输入口在液体112的水线(water line)附近或邻近处与水线接合，例如在添加溶剂时恰好在液体112的下方或在预定的水线处。
图2A是根据一些实施例的具有组合式浴区与干燥区206的清洁腔室202的方框图。图2A的清洁腔室202也可以称为排出Marangoni清洁系统。组合式浴区与干燥区206可以起到类似于前述讨论的浴区和干燥区的作用，但是可以在相同区域内以功能性的方式实现。举例来说，组合式浴区与干燥区206可以是完全没有液体的干燥区，并且当完全充满液体时可以完全是浴区。因此，与在图1讨论的晶圆承载座相反，晶圆承载座210可以不需要垂直移动。此外，组合式浴区与干燥区206可以通过组合式输出界面214与组合式排放口216接合。组合式输出界面214还可以包括泵，组合式浴区与干燥区206内的液体或气体可被泵送到组合式排放口216中，以允许组合式浴区与干燥区206中的气体及/或液体可以从组合式排放口216排出，进而可将气体及/或液体从组合式浴区与干燥区206排出
在操作中，将液体浴从组合式浴区与干燥区206排出并换成气体，而非使用晶圆承载座210在相应的浴区和干燥区中的液体浴和干燥气体之间移动晶圆220。此外，当排出液体时，可以将溶剂加入到组合式浴区与干燥区206中。清洁腔室202的其余部分在前述已使用相似的标号进一步讨论，为了简洁起见在此不再重复。为了说明，图2B是根据一些实施例的清洁腔室202的方框图，其中以气体222填充组合式浴区与干燥区206。此外，图2C是根据一些实施例的清洁腔室202的方框图，其中以液体224填充组合式浴区与干燥区206。
图3是根据一些实施例的具有晶圆承载座304的清洁腔室302的方框图，晶圆承载座304支撑一批多个晶圆306。图3的清洁腔室302也可称为批量Marangoni清洁系统。晶圆承载座可以被配置为支撑例如18个晶圆，以同时进行制程。然而在其他实施例中，单个晶圆承载座304可以支撑其他数量的晶圆。清洁腔室302的其余方面和元件已经参考图1和图2详细讨论，于此不再赘述。此外，虽然图3中没有明确说明溶剂、溶剂输出界面和溶剂排放口，但它们仍然可为清洁腔室302的一部分并且与上述溶剂、溶剂输出界面和溶剂排放口具有相同的功能。
图4是根据一些实施例的清洁腔室系统402的各种功能模块的方框图。清洁腔室系统402还可包括各种额外的元件(例如浴区、干燥区、感测器、排放口、界面、气体或液体源等)，其在前述关于图1至图3所示和讨论并作为清洁腔室402的一部分，但图4中未示出。清洁腔室系统402可包括处理器404。在一些实施例中，处理器404可以实现为一或多个处理器。
处理器404可以可操作地连接到电脑可读取存储模块406(例如存储器及/或数据库)、控制器模块408(例如控制器)、使用者界面模块410(例如使用者界面)、网络连接模块412(例如网络界面)和感测器414。在一些实施例中，电脑可读取存储模块406可包括可配置处理器404以执行本文所讨论的各种制程的清洁腔室逻辑(logic)。电脑可读取存储器还可以存储数据，例如由感测器收集的感测器数据、一晶圆或一批晶圆的识别符号、干燥槽的识别符号、特定补救的识别符号、湿式台式清洁制程的识别符号、补救和阈值类型之间的关系、阈值、历史参数值以及可以用于执行本文所讨论的各种制程的任何其他参数或信息。
清洁腔室系统402可包括控制器模块408。控制器模块408可以配置以对用于控制晶圆承载座、界面(例如泵或阀)、排放口(例如用于排放气体或液体的排放口)、或源(例如气体的气体源或液体的液体源)的移动或功能的各种物理设备进行控制。举例来说，控制器模块408可以控制可以移动或启动晶圆承载座、泵、阀及/或加热器中的至少一者的马达或致动器。控制器可以由处理器控制，并且可以执行本文所讨论的各种制程的各方面。
清洁腔室系统402还可包括使用者界面模块410。使用者界面模块410可以包括供使用者对清洁腔室系统402进行输入及/或输出给的任何类型的界面，所述界面包括但不限于显示器、笔记本电脑、平板电脑或移动装置等。
网络连接模块412可以促进动态接触件清洁腔室系统402与清洁腔室系统402的各种装置及/或元件的网络连接，上述装置及/或元件可以与清洁腔室系统402内部或外界环境进行通信(例如发送信号、消息、指令或数据)。在一些实施例中，网络连接模块412可以促进物理连接，例如线路或总线(bus)。在一些实施例中，网络连接模块412可以例如在无线区域网络(wireless local area network，WLAN)上通过使用发射器、接收器及/或收发器来促进无线连接。举例来说，网络连接模块412可以促进与感测器414、处理器404、电脑可读取存储模块406、和控制器模块408的无线或有线连接。
感测器414可为可以提供参数值的读数或测量值的感测器。换句话说，感测器414可为任何类型的可以从气体中决定参数值的感测器。举例来说，所述感测器可为飞行时间质谱(TOFMS)感测器、离子迁移率光谱感测器(IMS)、空气分子污染(AMC)感测器、配置成检测特定溶剂的溶剂感测器、用于检测丙酮的感测器、湿度感测器及/或离子感测器。每个感测器可为传统的感测器并且可在市面上买到，因此不再详细讨论。所述感测器可用于检测一或多个参数值。举例来说，飞行时间质谱感测器可用于检测挥发性有机化合物的参数值，离子迁移率光谱感测器可用于检测胺、酸或SO2的参数值。
图5是根据一些实施例的Marangoni晶圆清洁制程500的流程图。可以使用上述的清洁腔室来执行Marangoni晶圆清洁制程500。应注意的是，Marangoni晶圆清洁制程500仅是一个范例，并非用于限制本公开。因此应理解的是可以在图4的Marangoni晶圆清洁制程500之前、之中、和之后提供额外的操作。可以省略某些操作，可以与其他操作同时执行某些操作，并且于此可以仅简单描述一些操作。
在操作502，可以将晶圆浸入清洁腔室内的浴区的液体中。如上所述，浴区可包括如去离子水的液体以清洁晶圆。可以通过将晶圆移动到液体中以浸泡晶圆，或者可以通过将晶圆放入浴区并用液体填充浴区以浸泡晶圆。
在操作504，可以将晶圆从浴区的液体中去除并通过溶剂。如上所述，在一些实施例中，溶剂可为异丙醇。可以在将晶圆从浴区的液体中去除之前或当将晶圆从浴区的液体中去除时将溶剂添加到干燥区中。溶剂可与浴区中的液体混溶，所述弯液面是当从浴中提起液体或当从晶圆排出液体时形成。可以沿着液体表面吸收溶剂，使得溶剂在弯液面的尖端处具有更高的浓度。吸收到的溶剂浓度越高，则会导致弯液面尖端的表面张力越低(和浴区中其他部分液体的表面张力相比)。这会导致在浴区中的液体从干燥的弯液面流向液体的其余部分。这种流动可以用于实现干燥晶圆，而不会在晶圆上留下条纹、斑点或浴的残留物。
在操作506，可以在通过溶剂之后将晶圆传送到清洁腔室的干燥区内的气体(例如干燥气体)中。在各种实施例中，干燥气体可为N2、过滤过的环境空气，或可以用于干燥清洁的晶圆的任何其他类型的纯气体或气体混合物。干燥气体可以在晶圆移入干燥区之前被泵送到干燥区中，或者可以在干燥区接收晶圆时被泵送到干燥区中。由于可能存在多种类型的干燥气体，因此在补救之前便在干燥区内的原始干燥气体可以与作为补救的一部分而加到干燥区的二次干燥气体区分开。
在操作508，可以通过感测器对干燥区内的气体进行采样。感测器可以直接设置在干燥区中或在收集气体给感测器的收集器中。感测器可为任何类型的可以从气体中决定参数值的感测器。举例来说，所述感测器可为飞行时间质谱(TOFMS)感测器、离子迁移率光谱感测器(IMS)、空气分子污染(AMC)感测器、配置成检测特定溶剂的溶剂感测器、用于检测丙酮的感测器、湿度感测器及/或离子感测器。每个感测器可为传统的感测器并且可在市面上买到，因此不再详细讨论。所述的感测器可用于检测一或多个参数值。举例来说，飞行时间质谱感测器可用于检测挥发性有机化合物的参数值，离子迁移率光谱感测器可用于检测胺、酸或者是SO2的参数值。
在操作510，可以决定参数值。可以使用感测器从采样气体决定参数值。在一些实施例中，参数值可以反应浓度，例如SO2、NH3、(CH3)2CO、胺、酸及/或挥发性有机化合物的浓度。参数值还可以反映其他参数，例如湿度值或气体的温度值。
在操作512，可以决定参数值是否超过阈值。阈值可为表示何时执行补救的预定值。所述补救可用于校正未充分清洁的晶圆或校正清洁腔室中发生的故障。
阈值可为任意数值，或者可反映上述计算的或决定的异常值。浓度的任意阈值的范例可为SO2、NH3、(CH3)2CO、胺、酸及/或挥发性有机化合物的其中之一或其组合的介于约0.01-0.5百万分率(ppm)间的值。可以通过分析来自清洁腔室内的Marangoni晶圆清洁的各种循环的聚集数据来决定异常值。这些异常值可能代表在晶圆上或清洁腔室内的不希望的或大于正常的污染量。因此，这些异常值可以决定阈值，在通过所述阈值时可以定义何时可以执行补救。举例来说，这些异常值可以定义指示晶圆未被充分清洁或者清洁腔室中存在故障(例如与正常值的显著偏差)的阈值。可以根据对异常值的传统统计分析来决定这些异常值。
如果参数值超过阈值，则Marangoni晶圆清洁制程500进行到操作514。如果测量的参数值未超过阈值，则Marangoni晶圆清洁制程500进行到操作516。
在操作514，基于超过的阈值执行补救。在一些实施例中，若通过特定阈值，则可指示出要执行的补救的类型。然而，在一些实施例中，仅可基于超过单个阈值的参数值而执行单一类型的补救。
如上所述，所述补救可为任何类型的自动额外制程，以改进清洁腔室内的Marangoni晶圆清洁。举例来说，补救可以原位改善晶圆上及/或干燥区的气体内的污染水平。在一些实施例中，补救可以包括将晶圆重新浸入浴中并重复Marangoni晶圆清洁制程。在一些实施例中，补救可以包括改变清洁腔室内的湿度水平或温度。举例来说，可以在清洁腔室内降低干燥区的气体湿度及/或升高温度。在一些实施例中，补救可以包括从清洁腔室中除去溶剂和气体，并将溶剂和气体重新引入清洁腔室。在一些实施例中，补救可以包括从清洁腔室中去除气体同时将溶剂留在清洁腔室内，并将气体重新引入清洁腔室。在一些实施例中，补救可以包括从清洁腔室中去除气体同时将溶剂留在清洁腔室内，以及将与一开始在干燥区中的气体不同的第二气体引入清洁腔室中。一开始的气体可为氮气(N2)，第二气体可为干净且过滤过的环境空气，或者可为其他纯气体或特定的气体混合物。在一些实施例中，补救可以包括通过将第二气体引入干燥区以增加干燥区中的气体浓度及/或改变干燥区中的气体的组成。在一些实施例中，补救可以包括从清洁腔室去除一开始的液体，以及将第二液体引入清洁腔室中，第二液体不同于一开始在清洁腔室中的液体。一开始的液体可为去离子水，第二液体可为高密度水。
在特定实施例中，所执行的补救类型可以与超过的特定阈值相关。举例来说，第一类型的阈值可以包括湿度值或干燥区的气体中的NH3的值(例如百分比或PPM)中的至少一者。超过第一类型的阈值可引起补救，所述补救是增加干燥区内的温度、增加干燥区中气体(例如N2)的浓度、通过将第二气体(例如干净的干燥空气)引入干燥区来改变干燥区中的气体组成、及/或用第二气体(例如干净的干燥空气)替换干燥区中的气体的至少一者。这种类型的补救可以改善晶圆的清洁，使得晶圆具有较少的不期望颗粒污染(例如通过上述所讨论的补救)。
第二类型的阈值可包括干燥区的气体内的挥发性有机化合物的值(例如百分比或PPM)。超过第二类型的阈值可以引起下列补救的至少一者：在干燥区内引入溶剂作为蒸汽、提高干燥区内的温度、或者将加热的氮气加入干燥区。这种类型的补救可以改善晶圆的清洁，使得晶圆具有较少的不期望颗粒污染(例如通过上述所讨论的补救)。
第三类型的阈值可包括干燥区内挥发性有机化合物、酸、NH3、胺、或SO2的值(例如百分比或PPM)。超过第三类型的阈值可以引起下列补救的至少一者：用高密度水替换浴区中的液体、用新溶剂替换溶剂、以及将晶圆浸入高密度水中和取回、及/或用加热到大于干燥区内最初的气体的水平的氮气替换干燥区内的气体。这种类型的补救可以改善晶圆的清洁，使得晶圆具有较少的不期望颗粒污染(例如通过上述所讨论的补救)。
第四类型的阈值可包括干燥区内的酸、NH3、胺、或SO2的值(例如百分比或PPM)。超过第四类型的阈值可以引起下列补救的至少一者：用电容去离子水(CDIW)替换浴区中的液体、用新溶剂替换浴区中的溶剂、将晶圆浸入高密度水中和取回、用加热到大于干燥区内最初的气体的水平的氮气替换干燥区内的气体、及/或用干净的干燥空气(例如过滤过的环境空气)替换干燥区内的气体。这种类型的补救可以改善晶圆的清洁，使得晶圆具有较少的不期望颗粒污染(例如通过上述所讨论的补救)。
可仅执行一次补救(例如一开始便执行，或在超过阈值之后执行一次)或者可以循环地(iteratively)执行多次，直到参数值不再超过阈值。换句话说，多次循环地执行可以包括在一开始执行，然后如果参数值在一段时间之后仍然超过阈值则随后加强所述补救。可以在补救过程或整个Marangoni晶圆清洁制程的不同循环之间对时间段进行设定(例如设定为定值)或进行变化。举例来说，随着每次循环，可以增加或减少时间段。加强所述补救可以包括例如相对于最初进行的补救进一步增加气体的温度或浓度。
在执行补救之后，Marangoni晶圆清洁制程500可以进行到操作516。在操作516，可以从清洁腔室输送晶圆。在一些实施例中，可以基于所测量的参数值不超过任何阈值(例如在预定时间段内不超过任何阈值)或在完成补救之后，从清洁腔室输送晶圆。由于不超过任何阈值，可以决定晶圆已令人满意地被清洁(例如没有颗粒污染物)。而且由于不超过任何阈值，可以决定清洁腔室未具有可预先决定的故障。
在一些实施例中提供一种晶圆清洁方法，在清洁腔室中将晶圆浸入浴中；将晶圆从浴中取出，通过溶剂并将晶圆输入清洁腔室中的气体；从气体决定参数值；以及响应于决定参数值超过阈值，在清洁腔室中进行补救操作。
如本公开一些实施例所述的晶圆清洁方法，补救操作包括将晶圆再次浸入浴中。在一些实施例中，补救操作包括改变清洁腔室中的湿度水平。在一些实施例中，补救操作包括从清洁腔室去除溶剂以及气体，以及将气体以及溶剂再次引入清洁腔室中。在一些实施例中，补救操作包括从清洁腔室去除气体，而在清洁腔室中留下溶剂，以及将气体再次引入清洁腔室中。在一些实施例中，补救操作包括改变气体的温度。在一些实施例中，补救操作包括降低清洁腔室中的湿度。
在一些实施例中提供一种晶圆清洁方法，包括在一清洁腔室中将晶圆浸入溶液中；从清洁腔室中去除溶液以露出晶圆；在清洁腔室中施加溶剂；在清洁腔室中施加气体；从气体决定参数值；以及响应于决定参数值超过阈值，在清洁腔室中进行补救操作。
如本公开一些实施例所述的晶圆清洁方法，补救操作包括从清洁腔室去除气体，而在清洁腔室中留下溶剂，以及重新引入第二气体到清洁腔室中。在一些实施例中，补救操作包括在清洁腔室中增加气体的浓度。在一些实施例中，晶圆清洁方法还包括将气体收集到收集器中，且决定参数值的操作包括从收集器中的气体决定参数值。在一些实施例中，参数值是清洁腔室中的湿度。在一些实施例中，参数值是清洁腔室中的挥发性有机化合物的浓度。在一些实施例中，参数值是清洁腔室中的酸的浓度。
在一些实施例中提供一种清洁腔室，包括槽区、干燥区、溶剂排放口、感测器、以及控制系统。槽区配置以容纳槽溶液。干燥区配置以容纳气体。溶剂排放口配置以在槽区以及干燥区之间提供溶剂，以分隔槽溶液以及气体。感测器配置以决定干燥区中的气体的参数。控制系统配置以将晶圆从槽溶液中取出并移入干燥区中，以及响应于决定参数超过阈值，在清洁腔室中进行补救操作。
如本公开一些实施例所述的清洁腔室，感测器是设置在干燥区中。在一些实施例中，清洁腔室还包括连接到干燥区的收集器，收集器配置以收集干燥区中的气体。在一些实施例中，感测器是设置在收集器中。在一些实施例中，干燥区接触槽区。在一些实施例中，干燥区与槽区隔开。
上述内容概述许多实施例的特征，因此任何所属技术领域中技术人员，可更加理解本发明的各面向。任何所属技术领域中技术人员，可能无困难地以本发明为基础，设计或修改其他制程及结构，以达到与本发明实施例相同的目的及/或得到相同的优点。任何所属技术领域中技术人员也应了解，在不脱离本发明的精神和范围内做不同改变、代替及修改，如此等效的创造并没有超出本发明的精神及范围。
在本说明书中，本文所使用的术语“模块”是代表用于执行本说明书描述的相关功能的软件、固件、硬件和这些元件的任何组合。此外，为了方便讨论，是将各种模块描述为离散的模块。然而，可将两个或更多个模块组合成执行根据本公开实施例的相关功能的单个模块，而且对于本领域通常知识者来说是显而易见的。
本领域通常知识者将进一步理解，结合本说明书所公开的方面描述的各种说明性逻辑方块、模块、处理器、装置、电路、方法和功能中的任何一者可以通过电子硬件(例如以数字的方式实现、以模拟的方式实现或以两者的组合实现)、固件、各种形式的程序或包含指令的设计代码(为了方便起见，此处可称为“软件”或“软件模块”)或前述技术的任何组合而实现。为了清楚地说明硬件、固件和软件的这种可互换性，先前已经大致上描述了各种说明性的元件、方块、模块、电路和步骤的功能。这种功能是否实现为硬件、固件和软件或这些技术的组合取决于特定应用和加在整个系统上的设计约束。本领域通常知识者可以针对每个特定应用以各种方式实现所描述的功能，而不会超出本公开的范围。
此外，本领域通常知识者将理解本文描述的各种说明性逻辑方块、模块、装置、元件和电路可以在可以包括通用处理器(general purpose processor)、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、特殊应用集成电路(application specificintegrated circuit，ASIC)、现场可程序化逻辑门阵列(field programmable gatearray，FPGA)、其他可程序化逻辑装置、或其任何组合的集成电路(integrated circuit，IC)内实现或执行。所述逻辑方块、模块和电路还可以包括天线及/或收发器，以与网络内或装置内的各种元件进行通信。通用处理器可为微处理器，或者任何传统的处理器、控制器或状态机(state machine)。处理器还可以实现为计算装置的组合，例如数字信号处理器和微处理器的组合、多个微处理器、一或多个微处理器与数字信号处理器核心结合、或者任何适合于执行所述功能的配置。
除非另外特别说明，否则如“可”、“可以”、“可能”、“能”的类的条件语言在内文中通常是理解为用于表达一些实施例包括而其他实施例不包括的特定特征、元件及/或步骤。因此，这种条件语言通常不代表一或多个实施例需要某些特征、元素及/或步骤，或不代表一或多个实施例必须包括在有或无使用者的状况下在特定实施例中包括是否所述的特征、元件、及/或步骤会被包括或进行的决定逻辑。
另外，于阅读完本公开之后，本领域通常知识者将能够配置功能实体以执行本文所述的操作。此处所使用的关于指定操作或功能的用语“配置”指的是物理地或虚拟地构建、程序化及/或布置用以执行指定操作或功能的系统、装置、元件、电路、结构、机器等。
除非另有明确说明，否则本文如“X、Y、或Z中的至少一者”的析取语言(disjunctive language)通常用于代表项目、用语等可为X、Y或Z、或其任何组合(例如、X、Y及/或Z)。因此，这种析取语言通常不代表且不应该暗示一些实施例需要存在至少一个X、至少一个Y或至少一个Z。
应强调的是，可以对上述实施例进行各种变化和修改，其中的元素应理解为其他可接受的范例。所有的修改和变化皆包括在本公开的范围内并且由所附的权利要求所保护。

Claims (20)

1.一种晶圆清洁方法，包括：
在一清洁腔室中将一晶圆浸入一浴中；
将该晶圆从该浴中取出，移动该晶圆以穿过一溶剂，并使该晶圆被该清洁腔室中的一气体包围；
使用一感测器从该气体决定一参数值，其中该感测器包括飞行时间质谱感测器、离子迁移率光谱感测器、空气分子污染感测器、配置成检测特定溶剂的溶剂感测器、用于检测丙酮的感测器、湿度感测器及/或离子感测器；以及
响应于决定该参数值超过一阈值，判断晶圆清洁工艺发生异常，以在该清洁腔室中进行一补救操作。
2.如权利要求1所述的晶圆清洁方法，其中该补救操作包括将该晶圆再次浸入该浴中。
3.如权利要求1所述的晶圆清洁方法，其中该补救操作包括改变该清洁腔室中的湿度水平。
4.如权利要求1所述的晶圆清洁方法，其中该补救操作包括：
从该清洁腔室去除该溶剂以及该气体；以及
将该气体以及该溶剂再次引入该清洁腔室中。
5.如权利要求1所述的晶圆清洁方法，其中该补救操作包括：
从该清洁腔室去除该气体，而在该清洁腔室中留下该溶剂；以及
将该气体再次引入该清洁腔室中。
6.如权利要求1所述的晶圆清洁方法，其中该补救操作包括改变该气体的温度。
7.如权利要求1所述的晶圆清洁方法，其中该补救操作包括降低该清洁腔室中的湿度。
8.一种晶圆清洁方法，包括：
在一清洁腔室中将一晶圆浸入一溶液中；
从该清洁腔室中去除该溶液以露出该晶圆；
在该清洁腔室中施加一溶剂；
在该清洁腔室中施加一气体；
使用一感测器从该气体决定一参数值，其中该感测器包括飞行时间质谱感测器、离子迁移率光谱感测器、空气分子污染感测器、配置成检测特定溶剂的溶剂感测器、用于检测丙酮的感测器、湿度感测器及/或离子感测器；以及
响应于决定该参数值超过一阈值，判断晶圆清洁工艺发生异常，以在该清洁腔室中进行一补救操作。
9.如权利要求8所述的晶圆清洁方法，其中该补救操作包括：
从该清洁腔室去除该气体，而在该清洁腔室中留下该溶剂；以及
重新引入一第二气体到该清洁腔室中。
10.如权利要求8所述的晶圆清洁方法，其中该补救操作包括在该清洁腔室中增加该气体的浓度。
11.如权利要求8所述的晶圆清洁方法，还包括将该气体收集到一收集器中，且决定该参数值的操作包括从该收集器中的该气体决定该参数值。
12.如权利要求8所述的晶圆清洁方法，其中该参数值是该清洁腔室中的湿度。
13.如权利要求8所述的晶圆清洁方法，其中该参数值是该清洁腔室中的挥发性有机化合物的浓度。
14.如权利要求8所述的晶圆清洁方法，其中该参数值是该清洁腔室中的酸的浓度。
15.一种清洁腔室，包括：
一槽区，配置以容纳一槽溶液；
一干燥区，配置以容纳一气体；
一溶剂排放口，配置以在该槽区以及该干燥区之间提供一溶剂，以分隔该槽溶液以及该气体；
一感测器，配置以决定该干燥区中的该气体的一参数，其中该感测器包括飞行时间质谱感测器、离子迁移率光谱感测器、空气分子污染感测器、配置成检测特定溶剂的溶剂感测器、用于检测丙酮的感测器、湿度感测器及/或离子感测器；以及
一控制系统，配置以：
将一晶圆从该槽溶液中取出并移入该干燥区中；以及
响应于决定该参数超过一阈值，判断晶圆清洁工艺发生异常，以在该清洁腔室中进行补救操作。
16.如权利要求15所述的清洁腔室，其中该感测器是设置在该干燥区中。
17.如权利要求15所述的清洁腔室，还包括连接到该干燥区的一收集器，其中该收集器配置以收集该干燥区中的该气体。
18.如权利要求17所述的清洁腔室，其中该感测器是设置在该收集器中。
19.如权利要求15所述的清洁腔室，其中该干燥区接触该槽区。
20.如权利要求15所述的清洁腔室，其中该干燥区与该槽区隔开。
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