CN110957244B - 晶圆湿式清洁系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种晶圆湿式清洁系统及方法，实施例公开一种晶圆清洁过程，其中对配置以从晶圆去除金属污染物的排出的清洁溶液进行取样和分析，以决定溶液中金属离子的浓度。晶圆清洁过程包含于晶圆清洁站中在一或多个晶圆上分配化学溶液；收集分配的化学溶液；决定化学溶液中污染物的浓度；响应污染物的浓度大于基准值，调整清洁过程中的一或多个参数；并响应于污染物的浓度等于或小于基准值，将一或多个晶圆转移出晶圆清洁站。

Description

晶圆湿式清洁系统及方法
技术领域
本公开实施例涉及一种晶圆湿式清洁系统及方法。
背景技术
在半导体制造中所使用的生产设备，可以是为集成电路(integrated circuit，IC)制造设施中的多个半导体晶圆带来不需要的颗粒的来源。在晶圆制造过程中，半导体晶圆经历多次处理操作。随着晶圆暴露于附加的处理，在IC制造期间晶圆表面上的不需要的颗粒的数量会增加，从而不利地影响晶圆产量和IC性能
发明内容
在一些实施例中，一种晶圆湿式清洁系统包含一清洁站，配置以通过包含一化学溶液的一清洁过程从一或多个晶圆去除污染物；一排水收集器，配置以收集来自清洁站的化学溶液；一分析器，配置以分析在排水收集器中被收集的化学溶液，以决定化学溶液中的污染物浓度；以及一运算单元。运算单元配置以将污染物浓度与一基准值进行比较，基于化学溶液中的污染物浓度与基准值的比较，调整清洁过程的一或多个参数。
在一些实施例中，晶圆湿式清洁方法包含在晶圆清洁站中在一或多个晶圆上分配一化学溶液；收集所分配的化学溶液；决定化学溶液中污染物的浓度；响应污染物浓度大于基准值，调整清洁过程中的一或多个参数；并且响应污染物浓度等于或小于基准值，将一或多个晶圆转移出晶圆清洁站。
在一些实施例中，一种晶圆湿式清洁系统包含一晶圆清洁站，配置以通过在一或多个晶圆的上分配一化学溶液，在该一或多个晶圆上进行一清洁过程；一收集器，配置以从晶圆清洁站的一排出管收集所分配在一或多个晶圆上的化学溶液；一分析器，配置以分析所收集的化学溶液并输出溶解在化学溶液中的一或多个种金属离子的一浓度；以及一运算单元。运算单元用以比较一或多个种金属离子的浓度与相应的一或多个基准值，并且响应一或多个种金属离子的浓度等于或小于一或多个基准值，向晶圆清洁站传送一第一命令以从晶圆清洁站移除一或多个晶圆。此外，运算单元用以响应一或多个种金属离子的浓度大于一或多个基准值，向晶圆清洁站传送一第二命令以调整清洁过程的一或多个参数。
附图说明
根据以下的详细说明并配合说明书附图可以更加理解本发明实施例。应注意的是，根据本产业的标准惯例，图示中的各种部件并未必按照比例绘制。事实上，可能任意的放大或缩小各种部件的尺寸，以做清楚的说明。于本说明书和附图中，相似的附图标号表示相似的特征。
图1示出根据本公开一些实施例的一湿式清洁群集工具中的一示例性的一单晶圆清洁站的剖面图。
图2示出根据本公开一些实施例的用于晶圆清洁站的湿式清洁过程的流程图。
图3示出根据本公开一些实施例的一示例性的湿式清洁系统的示意图。
附图标记说明：
100 清洁站(晶圆湿式清洁站)
110 晶圆
120 晶圆固持器
125 旋转基座
130 喷嘴
135 喷嘴臂
140 主轴
145 清洁溶液
150 排出管
200 方法(晶圆湿式清洁方法)
210 操作
220 操作
230 操作
240 操作
250 操作
300 阀件
310 主排管
320 排出收集器
330 分析器
340 运算单元
具体实施方式
以下公开了许多不同的实施方法或是范例，以实行所提供的标的的不同特征，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，且不该以此来限定本公开的范围。举例来说，在说明书中若提到第一特征部件形成于第二特征部件之上，可包括第一特征部件与第二特征部件是直接接触的实施例，另外也包括于第一特征部件与第二特征部件之间另外有其他特征的实施例，亦即，第一特征部件与第二特征部件并非直接接触。
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。
这里所使用的术语“标称”是指在产品或过程的设计阶段期间设定的组件或过程操作的特征或参数的期望值或目标值，以及高于和/或低于期望值的值。前述值的范围通常是由于制造工艺或公差而有的微小变化。
这里使用的术语“基本上”表示可以基于与主题半导体器件相关联的特定技术节点而变化的给定量的值。在一些实施例中，基于特定技术节点，术语“基本上”可以指在例如目标(或预期)值的±5％内变化的给定量的值。
这里使用的术语“约”表示可以基于与主题半导体器件相关联的特定技术节点而变化的给定量的值。在一些实施例中，基于特定技术节点，术语“约”可以指在例如值的5-30％内变化的给定量的值(例如，±5％、±10％、±20％或±30％的值)。
晶圆清洁是去除在半导体制造工艺中引入的污染的工艺。污染物可包括有机物(例如，有机副产物)、金属(金属痕迹(traces))和天然氧化物。晶圆清洁方法包括干式清洁方法、湿式清洁方法或其组合。
湿式清洁可以在湿式工具中进行，其可一次处理批次的晶圆(例如，在浴中)或一次单个晶圆(例如，“单晶圆”工具)。举例而言，在单晶圆工具中，晶圆进入清洁模块并定位在晶圆台上。之后通过位于晶圆表面上方的一或多个喷嘴对晶圆进行湿式清洁。一或多个喷嘴可在压力下在晶圆表面上流动化学品(例如，化学溶液、去离子水等)以去除污染物。在清洁过程之后，可干燥晶圆(例如，通过旋转)并从湿式清洁工具中释放。
一或多个晶圆可以随机地被选择以筛检污染物和颗粒以评估湿式清洁过程的效率。污染物可以是(i)晶圆表面上经湿式清洁过程的任何不需要的颗粒、有机物、金属或天然氧化物，或(ii)来自湿式清洁和干燥处理中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)。
如果污染水平与基准水平相比仍较高，则可以“重新加工”(re-worked)晶圆(例如，在湿式工具中进行额外的清洁)或丢弃。上述工艺既耗时又昂贵，因为污染水平不是与湿式清洁过程同时(例如，及时)测量的，例如，上述采样过程要求在湿式清洁过程之后从湿式清洁工具上移除晶圆，在不同的工具上测量(例如，可能被运输到制造设施的不同位置)，并且如有必要，之后会返回湿式清洁工具进行额外清洁。此晶圆污染分析可能花费大量时间(例如，一或多个小时)，从而影响整个芯片生产量。
本公开涉及晶圆清洁过程，其在晶圆清洁过程期间收集和分析(例如，实时地)“消耗的”湿蚀刻化学物质，以在清洁操作期间决定和监测每个晶圆的污染水平。如果分析的数据显示污染水平与基准水平相比为较高，则可调整(例如，实时地)湿式清洁过程的参数。另一方面，如果分析的数据显示污染水平在基准水平内，则可干燥晶圆并从湿式清洁工具中取出。另外，此方法对于具低水平污染的来料晶圆(例如，低于一基准水平)可减少清洁过程时间，并需要较短的湿式清洁过程。
图1是表示一湿式清洁群集工具(为简单起见未在图1中示出)上的一示例性的单晶圆湿式清洁模块或清洁站100的剖视示意图。前述湿式清洁群集工具可包含操作所需的多个附加组件。作为示例而非限制，这些组件可包括多个模块(例如，传送模块和湿式清洁站)、多个机器人臂、多个泵、多个排气流水线、多个加热元件、多个气体和化学品输送流水线、多个控制器、多个阀件以及与群集工具的其他组件的多个外部和内部的电连接(例如，运算单元、化学分析器、质量流量控制器、压力控制器、阀件和泵)。这些附加组件可以或可以不在图1中示出，然而，它们在本公开的构思和范围内。
在示例性的清洁站100中，一晶圆110被转移/传送到一晶圆固持器120上。晶圆固持器120是进一步地附接到清洁站100的一旋转基座125。在一些实施例中，在湿式清洁或干燥过程中，晶圆固持器120可以通过旋转基座125以不同速度的旋转晶圆110。清洁站100还包含附接到一喷嘴臂135的一喷嘴130，喷嘴臂135可围绕一主轴(spindle)140枢转。在一些实施例中，清洁站100可根据清洁站100的设计而装配有多于一个的喷嘴130。在一些实施例中，喷嘴130和晶圆110之间的距离可在清洁过程的持续时间中调节或保持固定。此外，根据一些实施例，喷嘴130相对于晶圆110的一上表面的方向(orientation)也可以被调整或保持固定。喷嘴130可以以喷雾的形式将一种或多种化学溶液分配到晶圆110的表面。作为示例而非限制，喷嘴130可通过一或多个化学交换/切换盒(switch boxes)连接到填充有化学品的外部槽。化学切换盒可为化学分配系统，其中容纳了阀门和化学品分配流水线，并且在将化学溶液输送到喷嘴130之前预先混合化学溶液。为简单起见，图1中未示出化学切换盒和外部槽。在一些实施例中，当分配或发配一清洁溶液145在晶圆110上时，喷嘴130可以或可以不绕主轴140枢转。同时，当清洁溶液145分配在其表面上时，晶圆110可以旋转或不旋转。
清洁站100还包括一或多个排放流水线150。根据一些实施例，从晶圆表面处理完的“消耗的”化学溶液可通过一或多个排出管150收集至一收集槽，随后可将其转移到分析器进行分析。作为示例而非限制，在湿式清洁操作期间，可在晶圆110旋转时执行前述消耗的化学溶液的收集。
在一些实施例中，分析仪为分析工具，其决定或确定(determine)被收集的化学溶液中的金属离子的浓度。作为示例而非限制，分析工具可以使用X射线(x-ray)分析(例如，光子与物质的相互作用)，来决定所收集的化学溶液中的金属离子的浓度。例如，分析仪可以是X射线荧光(x-ray fluorescence，XRF)工具、全反射X射线荧光(total reflection x-ray fluorescence，TXRF)工具、X射线光电子能谱(x-ray photoelectron spectroscopy，XPS)工具、小角度X射线散射(small-angle x-ray scattering，SAXS)工具等。在一些实施例中，当清洁站100中的晶圆110的清洁操作正在进行时，以预定间隔(“采样间隔”)收集和分析使用过的化学溶液。分析收集的化学溶液的时间可以确定采样间隔。例如，分析越快，采样间隔则越短。在一些实施例中，采样间隔可以内置在湿式清洁过程中。作为示例而非限制，在湿式清洁过程开始时，收集的化学溶液中金属离子的浓度可以较高，而在湿式清洁过程结束时，金属离子的浓度则可以较低。在一些实施例中，分析的化学溶液中的金属离子浓度是晶圆110表面上的金属污染的指标。例如，取样的化学溶液中的高浓度金属离子可显示晶圆110表面上的金属污染物浓度高。相反地，采样的化学溶液中的低浓度金属离子可以显示晶圆110表面上的金属污染物浓度低。因此，当收集的化学溶液中的金属离子浓度低于一“既定基准水平”(例如，阈值)时，可以终止湿式清洁过程。前述所用的术语“既定基准水平”是指被认为对后续处理操作具有最小影响或对晶粒产量损失具有任何明显影响的污染水平。例如，在建立了化学溶液中的离子污染水平与对下游工艺的影响之间的相关性时，可确定湿式清洁过程的基准水平。在前端工艺(front end of the line，FEOL)湿式清洁过程中的单一类型的金属离子(例如，铝离子)的阈值可以与后端工艺(back end of the line，BEOL)湿式清洁过程中的阈值不同。作为示例而非限制，FEOL中的湿式清洁过程的铝离子浓度基准水平可以比BEOL中的湿式清洁过程的铝离子浓度基准水平低约一个数量级。
根据一些实施例，在湿式清洁操作开始时，由于来料晶圆的先前的处理操作(例如，沉积、蚀刻、平坦化、交叉污染等)，化学溶液中的金属离子的浓度水平可在晶圆至晶圆之间变化。然而，在湿式清洁过程结束时所收集的化学溶液中的金属离子浓度可以等于或低于基准水平。作为示例而非限制，晶圆上的金属污染物可包含铜、铁、钨、钴、钛、钽、钇、锆、钌、铪或其组合。然而，上述所列的金属污染物列表并非详尽无遗，并且在半导体制造中使用的其他金属可被检测到。
在一些实施例中，湿式清洁过程可为多步骤过程，其包含在每个步骤的不同的化学溶液。作为示例而非限制，湿式清洁过程可包含至少一种能够从晶圆表面去除金属污染物的化学溶液。例如，能够从晶圆表面去除金属污染物的化学溶液可包含盐酸/过氧化氢/去离子(deionized，DI)水(hydrochloric acid/hydrogen peroxide/deionized(DI)water，HPM)溶液、硫酸/过氧化氢/去离子水(sulfuric acid/hydrogen peroxide/DIwater，SPM)溶液、氢氟酸/去离子水(hydrofluoric acid/DI water，DHF)溶液、臭氧溶液(在水中稀释的臭氧)或其组合。这些化学溶液可以在湿式清洁过程的不同阶段连续地并且彼此独立地分配于晶圆上。举例而言，一示例性湿式清洁过程可以包含DHF步骤、HPM步骤和在两步骤之间的具另一清洁步骤。
作为示例而非限制，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，HPM可以是具有高氧化电位(例如，高于1.3V)和低pH(例如，低于约7)的溶液。因此，在湿式清洁过程中，晶圆表面上的金属污染物可以被离子化并溶解在HPM溶液中。于是，在湿式清洁过程之后，从湿式清洁模块中被除去(例如，排出)的“消耗的”HPM溶液含有来自晶圆的可测量浓度的金属离子。因此，能够从晶圆表面去除金属污染物的任何化学溶液，其在湿式清洁过程中使用后将含有的金属离子或金属的痕迹(traces of metal ions or metals)。
作为举例，以下将描述包含至少一HPM清洁步骤的湿式清洁过程。基于本公开内容，可以使用如上所述的能够从晶圆表面去除金属或其他污染物的附加清洁溶液。这些清洁溶液在本公开的构思和范围内。
图2是根据一些实施例的方法200的流程图，其描述了用于湿式清洁过程的示例性金属污染监测程序。作为示例而非限制，方法200的湿式清洁过程可以在图1中所示的清洁站100中执行。本公开将不被以下操作描述所限制，并且其他操作也在本公开的构思和范围内。应了解的是，可执行附加操作。此外，并非需要所有操作来执行本文所提供的公开内容。此外，一些操作可以同时执行，或者以与图2中所示的顺序不同的顺序执行。在一些实施例中，可以执行除当前描述的操作之外或代替当前描述的操作的一个或多个其他操作。出于说明目的，参考图1、图3的实施例描述方法(晶圆湿式清洁方法)200。然而，方法200不限于这些实施例。
作为示例目的，将针对单晶圆湿式清洁站描述方法200。基于本文的公开内容，方法200可同样地应用于可以一次处理多个晶圆的批次湿式清洁站。湿式清洁站的配置(单晶圆和批次)都在本公开的构思和范围内。
方法200以操作210开始，其中将晶圆传送或转移至湿式清洁站。例如，参阅图3，晶圆110可以通过具有机械人臂(未示出)的传送模块传送到湿式清洁站100。如上所述，湿式清洁站100可以是湿式清洁群集工具(未示出)中的模块，其可以进一步包含适合于其操作的附加湿式清洁站、模块和设备。在一些实施例中，由于先前的一或多个处理操作或搬运(handling)，晶圆110在其表面上包含金属污染物。
在方法200的操作220中，晶圆110暴露于湿式清洁站100中的湿式清洁过程。根据一些实施例，湿式清洁过程可包含一种或多种清洁溶液。所述一种或多种清洁溶液可以从晶圆110的表面去除颗粒、有机污染物和金属污染物。作为示例而非限制，在方法200中，可以使用HPM溶液、SPM溶液或DHF溶液去除金属污染物，上述任何一种溶液都可以是湿式清洁过程的一部分。在一些实施例中，湿法清洁过程是多步骤清洁过程，其使晶圆经受一是列的清洁溶液。如图1所讨论的，每个清洁溶液145可以经由喷嘴130而配置在晶圆110的表面上。如上所述，喷嘴130可以通过一个或多个化学切换盒(未示出)连接到填充有预混合或未混合的化学品(例如，盐酸、过氧化氢和/或去离子水)的外部槽(未示出)。前述化学切换盒可以是化学分配系统，其中容纳了阀门和化学品分配流水线，并且可以在通过清洁站100的喷嘴130输送到晶圆表面之前预先混合化学溶液。
HPM溶液(或能够从晶圆去除金属污染物的任何其他溶液)在被放置在晶圆表面上之前，基本上是没有金属离子痕迹的。换句话说，HPM溶液或能够从晶圆去除金属污染物的任何其他溶液在与晶圆表面接触之前不含有可检测的金属离子痕迹。当HPM溶液或能够从晶圆去除金属污染物的任何其他溶液与晶圆的金属污染表面接触时，晶圆表面上的金属污染物可以被离子化并随后溶解在HPM溶液中。随着HPM溶液从湿式清洁站排出，溶解在HPM溶液中的离子化金属污染物(此后称其为“金属离子污染物”)也随后从晶圆表面除去。结果，排出的HPM溶液被“注入”金属离子污染物并变成含金属离子的溶液。因此，从清洁站收集的HPM溶液可具有可追踪浓度的金属离子污染物。本文中所用的术语“含金属离子”是指已经分配在晶圆上的化学溶液，它与晶圆的表面发生化学或物理相互作用，并且由于这种相互作用，它可能含有可追踪量的金属离子污染物。在一些实施例中，排出的HPM溶液中金属离子污染物的浓度，是在湿式清洁过程中从晶圆表面除去的金属离子的量和晶圆上金属污染物的量的指标。随着湿式清洁过程的进行，HPM溶液中金属离子的浓度会降低。
在图2的方法200的操作230中，从湿式清洁站收集具有来自湿式清洁过程的金属离子污染物的清洁溶液。在一些实施例中，在清洁溶液145经由喷嘴130分配在晶圆110上时晶圆110可以旋转，以帮助从晶圆表面去除清洁溶液145。
具有金属离子污染物的清洁溶液145(例如，含金属的HPM溶液或能够从晶圆去除金属污染物的任何其他溶液)可以通过图3中所示的一条或多条排出管150收集。随后如图3所示，含金属离子的溶液可通过阀件300从主排管310转移(diverted)到图3所示的一排出收集器320中。在一些实施例中，排出收集器320可收集少量具有金属离子污染物的清洁溶液。在一些实施例中，排出收集器320可以从湿式清洁过程收集多于一种清洁溶液，例如，排出收集器320可以收集DHF、SPM或在湿式清洁过程中使用的其他溶液。未收集量的湿式清洁溶液可以转移到主排管310。在一些实施例中，主排管310是制造设施中的中心或中间废弃点，其中在湿式清洁群集工具所使用过的化学品被收集和中和。
出于示例目的，将在HPM溶液的背景下描述方法200的湿式清洁过程中具有金属离子污染物的清洁溶液。基于本文的公开内容，可以使用能够从晶圆去除金属污染物的其他溶液。这些溶液在本公开的构思和范围内。
在一些实施例中，在HPM溶液分配于湿式清洁站100中时，HPM溶液可以以预定间隔收集。或者，可以在HPM分配步骤开始时收集一次HPM溶液并且在HPM分配步骤结束时收集一次HPM溶液。然而，这并非限制，可以基于所收集的化学溶液所需的分析时间来调节HPM溶液的收集频率。例如，分析越快，采样间隔就越短。在一些实施例中，采样间隔可以内置在湿式清洁过程中。根据一些实施例，收集的HPM溶液可以暂时存储在排出收集器320中，直到可以对其进行采样。一旦已对HPM溶液进行采样，就可通过一排出管将其重新导至主排管310。
在方法200的操作240中，对来自排出收集器320的具有金属离子污染物的清洁溶液(例如，HPM溶液)进行取样和分析以决定或确定其金属离子浓度。参阅图3，根据一些实施例，一分析器330可用于决定金属离子浓度。在一些实施例中，分析器330可以使用X射线分析来决定收集的溶液中金属离子的浓度。例如，分析器330可以是XRF工具、XPS工具或其他合适的工具。如上所述，HPM溶液中金属离子的浓度在HPM分配步骤开始时可以较高，而在HPM分配步骤结束时较低。此外，根据一些实施例，分析的清洁溶液中的金属离子浓度可以与晶圆110的表面上的金属污染物的浓度成正比。
在一些实施例中，前述排出收集器320和分析器330邻近清洁站100。例如，排出收集器320和分析器320可以定位在湿式清洁群集工具的旁边，湿式清洁群集工具中容纳有湿式清洁站100。在一些实施例中，排出收集器320和分析器310是独立单元或可以是湿式清洁群集工具中的模块。在一些实施例中，排出收集器320和分析器330对应于单个清洁站100。换句话说，湿式清洁群集工具上的每个清洁站具有专用的收集器和分析器。上述配置允许实时监控(real time monitoring)湿式清洁过程。作为示例而非限制，来自排出收集器320的HPM溶液的采样可以通过由分析器330中的一控制单元操作的流水线和阀件的网络(network)自动地执行。为简单起见，流水线和阀件的网络未在图中示出。在一些实施例中，湿式清洁多步骤序列触发来自排出收集器320的HPM溶液的取样。例如，采样序列可以按照湿式清洁过程的顺序(配方)建立。
在方法200的操作250中，可以基于所测量的收集的清洁溶液(例如，在HPM溶液中)的测量金属离子浓度，来调整方法200的湿式清洁过程的一或多个参数。在一些实施例中，将金属离子浓度与既定基准水平进行比较。根据一些实施例，并且取决于此比较的结果，可以调整湿式清洁过程的一个或多个参数。作为示例而非限制，可在运算单元340中执行分析数据与基准水平的比较。在一些实施例中，运算单元340可以是分析器330的一部分。然而，这并非限制，与操作单元340可以是位于不同位置的远程单元(例如，服务器)。根据一些实施例，运算单元340可以是大数据网络系统的一部分，前述大数据网络系统在整个制造设施中收集和处理来自各种来源的信息。例如，运算单元340可以从压力感测器、分析工具、质量流量控制器等收集数据。在一些实施例中，运算单元340被配置为从一个或多个分析器(例如分析器330)接收金属离子浓度数据，并将此数据与存储在数据库或本地存储媒介中的一既定基准值进行比较。基于此比较，运算单元340可以向清洁站100发送一个或多个命令以调整与湿式清洁过程相关联的一个或多个参数。
在一些实施例中，可调整的清洁站100中的湿式清洁过程参数是HPM溶液的水含量，例如，H2O与HCl+H2O2的比率或是H2O：(HCl+H2O2)。更具体而言，如果收集的HPM溶液中的金属离子浓度等于或大于存储的基准值，则运算单元340向清洁站100发送命令以降低HPM溶液中的水含量。在一些实施例中，如果收集的HPM溶液中的金属离子浓度低于存储的基准值，则运算单元340可以向清洁站100传送命令以增加HPM溶液中的水含量以用于清洁过程的剩余部分，例如，HPM溶液变得“较弱(weaker)”。在一些实施例中，HPM溶液中的水含量可以通过控制例如HPM溶液中的水流和/或盐酸流来调节。
在一些实施例中，可以调整的清洁站100中的湿式清洁过程参数的是HPM清洁步骤的持续时间。更具体地，如果收集的HPM溶液中的金属离子浓度等于或大于存储的基准值，则运算单元340可以向清洁站100发送命令以延长HPM清洁步骤的持续时间(例如，延长持续时间为1秒、3秒、7秒、10秒、1分钟等)。或者，如果收集的HPM溶液中的金属离子浓度低于存储的基准值，则运算单元340可以向清洁站100发送命令以缩短或终止HPM清洁步骤。
根据一些实施例，可以响应于HPM溶液中的金属离子污染而调整的清洁站100中的另一个湿式清洁过程参数是HPM溶液的温度。例如，可以升高或降低分配在晶圆上的HPM溶液的温度，以调节HPM溶液的强度，用于湿式清洁步骤的剩余部分。在一些实施例中，升高HPM溶液的温度会增强清洁溶液，而降低HPM溶液的温度则会削弱清洁溶液。
在一些实施例中，可以响应于HPM溶液中的金属离子污染物来调节清洁站100中的多个湿式清洁参数。例如，HPM溶液的持续时间、水含量、HPM溶液的温度或其组合可以同时或单独调整。
尽管本公开已描述了使用包含HPM溶液的湿式清洁的方法200，但是参与湿式清洁过程的其他溶液可以与方法200一起使用以优化从晶圆上去除金属污染物。例如，如果湿式清洁过程包括DHF和HPM步骤，其中DHF在HPM之前分配，则可以收集DHF并分析金属离子污染物，以便可以在分配HPM溶液之前调整HPM溶液的参数。这些参数可包含但不限于HPM溶液分配时间(例如，持续时间)、HPM溶液水含量、HPM溶液温度或其组合。
方法200中描述的示例性金属污染监测程序不限于单晶圆清洁站(例如，清洁站100)。举例而言，方法200中描述的示例性金属污染物监测程序可以应用于湿式清洁浴，其可以一次处理批次的晶圆而不是一次处理一个晶圆。作为示例而非限制，可以根据方法200的金属污染监测程序排出、收集和分析来自清洁浴的化学溶液。
本公开涉及一种晶圆清洁过程，其中对用于从晶圆去除金属污染物的排出的清洁溶液进行取样和分析，以决定溶液中金属离子的浓度。溶液中的金属离子浓度是晶圆上金属污染的指标。基于所收集的清洁溶液中的金属离子污染物的浓度，可以在晶圆清洁过程期间动态地调整晶圆清洁过程的各种参数。例如，如果溶液中测量的金属离子浓度与基准水平相比为较高时，则可以增加湿式清洁过程的持续时间或溶液的强度。另一方面，如果测量的金属离子浓度在基准水平内，则可以将晶圆干燥并从湿式清洁站移除，或者可以进一步稀释用于剩余部分或湿式清洁过程的溶液。本文所述的晶圆清洁方法，对于具低水平污染的来料晶圆(例如，低于一基准水平)可减少清洁过程时间，并需要较短的湿式清洁过程。
于本公开一些实施例中，公开了一种晶圆湿式清洁系统。此系统包含一清洁站，配置以通过包含一化学溶液的一清洁过程从一或多个晶圆去除污染物；一排水收集器，配置以收集来自清洁站的化学溶液；一分析器，配置以分析在排水收集器中被收集的化学溶液，以决定化学溶液中的污染物浓度；以及一运算单元。运算单元配置以将污染物浓度与一基准值进行比较，并且响应污染物浓度等于或小于基准值，向清洁站传送一第一命令以终止清洁过程。此外，响应于污染物浓度大于基准值，运算元配置以向清洁站传送一第二命令以调整清洁过程中的一或多个参数。
在一些实施例中，前述污染物浓度包括一或多个晶圆上的一金属污染物的量。在一些实施例中，金属污染物包括铜、铁、钨、钴、钛、钽、钇、锆、钌、铪或其组合。在一些实施例中，化学溶液包括盐酸、过氧化氢和去离子水的一混合物。
在一些实施例中，前述运算单元更配置以：响应污染物浓度等于或小于的基准值，向清洁站传送一第一命令以终止清洁过程；以及响应污染物浓度大于基准值，向清洁站传送一第二命令以调整清洁过程中的一或多个参数。运算单元更配置以响应污染物浓度大于基准值，向清洁站传送一第三命令以改变化学溶液的一水含量、以增加清洁过程的一持续时间或两者兼之。运算单元更配置以响应一金属离子浓度大于基准值，向清洁站传送一第三命令以增加化学溶液的一温度。
于本公开另一些实施例中，公开了一种晶圆湿式清洁方法。此方法包含在晶圆清洁站中在一或多个晶圆上分配一化学溶液；收集所分配的化学溶液；决定化学溶液中污染物的浓度；响应污染物浓度大于基准值，调整清洁过程中的一或多个参数；并且响应污染物浓度等于或小于基准值，将一或多个晶圆转移出晶圆清洁站。
在一些实施例中，前述晶圆湿式清洁方法还包括：响应污染物的第一浓度等于或小于基准值，将一或多个晶圆转移出晶圆清洁站；以及响应污染物的第一浓度大于基准值，调整第一化学溶液的该些参数。在一些实施例中，调整该第一化学溶液的该些参数的操作包括降低分配到一或多个晶圆上的第一化学溶液中的一水含量。在一些实施例中，降低第一化学溶液中的水含量的操作包括减少在晶圆清洁站中的一水流。在一些实施例中，前述污染物包括一或多个种金属离子。
在一些实施例中，调整第一化学溶液的该些参数的操作包括提高分配在一或多个晶圆上的第一化学溶液的一温度。在一些实施例中，第一化学溶液的该些参数包括第一化学溶液的一分配时间、第一化学溶液的一水含量、第一化学溶液的一温度或其组合。在一些实施例中，前述晶圆湿式清洁方法还包括：在调整第一化学溶液的该些参数的操作后，收集分配的第一化学溶液；决定第一化学溶液中的污染物的一第二浓度；响应污染物的第二浓度大于基准值，调整第一化学溶液的该些参数；以及响应污染物的第二浓度等于或小于基准值，将一个或多个晶圆转移出晶圆清洁站。
在一些实施例中，前述晶圆湿式清洁方法还包括：在分配第一化学溶液到一或多个晶圆上的操作之前，在一或多个晶圆上分配一第二化学溶液；决定第二化学溶液中的一污染物浓度；以及响应第二化学溶液中的污染物浓度大于基准值，调整第一化学溶液的该些参数。在一些实施例中，调整第一化学溶液的该些参数的操作包括调整第一化学溶液的一温度、调整第一化学溶液的一水含量、调整第一化学溶液的一分配时间或其组合。
于本公开另一些实施例中，公开了一种晶圆湿式清洁系统。此系统包含一晶圆清洁站，配置以通过在一或多个晶圆的上分配一化学溶液，在该一或多个晶圆上进行一清洁过程；一收集器，配置以从晶圆清洁站的一排出管收集所分配在一或多个晶圆上的化学溶液；一分析器，配置以分析所收集的化学溶液并输出溶解在化学溶液中的一或多个种金属离子的一浓度；以及一运算单元。运算单元用以比较一或多个种金属离子的浓度与相应的一或多个基准值，并且响应一或多个种金属离子的浓度等于或小于一或多个基准值，向晶圆清洁站传送一第一命令以从晶圆清洁站移除一或多个晶圆。此外，运算单元用以响应一或多个种金属离子的浓度大于一或多个基准值，向晶圆清洁站传送一第二命令以调整清洁过程的一或多个参数。
在一些实施例中，前述清洁过程的一或多个参数包括化学溶液的一温度、化学溶液的一分配时间或化学溶液的一水含量。在一些实施例中，前述运算单元更被配置以响应一或多个种金属离子的浓度大于基准值，增加化学溶液的一分配时间。
应当理解的是，详细描述部分而非本公开的摘要部分旨在用于解释权利要求。本公开的摘要部分可以阐述发明人所预期的本公开的一个或多个但不是所有可能的实施例，因此，并不旨在以任何方式限制所附加的权利要求。
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，可更加理解本公开的各面向。任何所属技术领域中技术人员，可能无困难地以本公开为基础，设计或修改其他工艺及结构，以达到与本公开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，在不脱离本公开的构思和范围内做不同改变、代替及修改，如这些效的创造并没有超出本公开的构思及范围。

Claims (18)

1.一种晶圆湿式清洁系统，包括：
一清洁站，配置以通过包含一化学溶液的一清洁过程从一或多个晶圆去除污染物；
一排出收集器；
一主排管，配置以在该清洁过程期间收集来自该清洁站的该化学溶液，并将一部分的该化学溶液转移到该排出收集器中，其中该排出收集器配置以暂时储存该部分的该化学溶液，直到该部分的该化学溶液被采样；
一分析器，配置以分析在排出收集器中被收集的该化学溶液，以决定该化学溶液中的一污染物浓度，其中该排出收集器将已分析的该部分的该化学溶液重新导至该主排管，并且该主排管是中间废弃点；以及
一运算单元，配置以：
将该污染物浓度与一基准值进行比较；
响应该污染物浓度等于或小于该基准值，向该清洁站传送一第一命令以终止该清洁过程；以及
响应该污染物浓度大于该基准值，向该清洁站传送一第二命令以调整该清洁过程中的一或多个参数，其中在调整该清洁过程中的该一或多个参数的操作之前、期间和之后，该化学溶液连续地分配于该一或多个晶圆上。
2.如权利要求1所述的晶圆湿式清洁系统，其中该污染物浓度包括该一或多个晶圆上的一金属污染物的量。
3.如权利要求2所述的晶圆湿式清洁系统，其中该金属污染物包括铜、铁、钨、钴、钛、钽、钇、锆、钌、铪或其组合。
4.如权利要求1所述的晶圆湿式清洁系统，其中该化学溶液包括盐酸、过氧化氢和去离子水的一混合物。
5.如权利要求1所述的晶圆湿式清洁系统，其中该一或多个参数包括该化学溶液的一水含量、该清洁过程的一持续时间或两者兼之。
6.如权利要求1所述的晶圆湿式清洁系统，其中该运算单元更配置以响应一金属离子浓度大于该基准值，向该清洁站传送一第三命令以增加该化学溶液的一温度。
7.一种晶圆湿式清洁方法，包括：
于一晶圆清洁站中分配一第一化学溶液至一或多个晶圆上；
在清洁过程期间通过一主排管收集来自该晶圆清洁站的分配的该第一化学溶液，并将一部分的该第一化学溶液转移到一排出收集器中，其中该排出收集器配置以暂时储存该部分的该第一化学溶液，直到该部分的该第一化学溶液被采样；
在该清洁过程期间分析并决定该第一化学溶液中的一污染物的一第一浓度，其中该排出收集器将已分析的该部分的该第一化学溶液重新导至该主排管，并且该主排管是中间废弃点；
比较该污染物的该第一浓度与一基准值；
响应该污染物的该第一浓度等于或小于该基准值，将该一或多个晶圆转移出该晶圆清洁站；以及
响应该污染物的该第一浓度大于该基准值，调整该第一化学溶液的多个参数，其中在调整该第一化学溶液的该些参数的操作之前、期间和之后，该第一化学溶液连续地分配于该一或多个晶圆上。
8.如权利要求7所述的晶圆湿式清洁方法，其中调整该第一化学溶液的该些参数的操作包括降低分配到该一或多个晶圆上的该第一化学溶液中的一水含量。
9.如权利要求8所述的晶圆湿式清洁方法，其中降低该第一化学溶液中的该水含量的操作包括减少在该晶圆清洁站中的一水流。
10.如权利要求7所述的晶圆湿式清洁方法，其中该污染物包括一或多个种金属离子。
11.如权利要求7所述的晶圆湿式清洁方法，其中调整该第一化学溶液的该些参数的操作包括提高分配在该一或多个晶圆上的该第一化学溶液的一温度。
12.如权利要求7所述的晶圆湿式清洁方法，其中该第一化学溶液的该些参数包括该第一化学溶液的一分配时间、该第一化学溶液的一水含量、该第一化学溶液的一温度或其组合。
13.如权利要求7所述的晶圆湿式清洁方法，还包括：
在调整该第一化学溶液的该些参数的操作后，收集分配的该第一化学溶液；
决定该第一化学溶液中的该污染物的一第二浓度；
响应该污染物的该第二浓度大于该基准值，调整该第一化学溶液的该些参数；以及
响应该污染物的该第二浓度等于或小于该基准值，将该一个或多个晶圆转移出该晶圆清洁站。
14.如权利要求7所述的晶圆湿式清洁方法，还包括：
在分配该第一化学溶液到该一或多个晶圆上的操作之前，在该一或多个晶圆上分配一第二化学溶液；
决定该第二化学溶液中的一污染物浓度；以及
响应该第二化学溶液中的该污染物浓度大于该基准值，调整该第一化学溶液的该些参数。
15.如权利要求14所述的晶圆湿式清洁方法，其中调整该第一化学溶液的该些参数的操作包括调整该第一化学溶液的一温度、调整该第一化学溶液的一水含量、调整该第一化学溶液的一分配时间或其组合。
16.一种晶圆湿式清洁系统，包括：
一晶圆清洁站，配置以通过在一或多个晶圆的上分配一化学溶液，在该一或多个晶圆上进行一清洁过程；
一收集器；
一主排管，配置以在该清洁过程期间从该晶圆清洁站的一排出管收集所分配在该一或多个晶圆上的该化学溶液，并将一部分的该化学溶液转移到该收集器中，其中该收集器配置以暂时储存该部分的该化学溶液，直到该部分的该化学溶液被采样；
一分析器，配置以分析所收集的该化学溶液并输出溶解在该化学溶液中的一或多个种金属离子的一浓度，其中该收集器将已分析的该部分的该化学溶液重新导至该主排管，并且该主排管是中间废弃点；以及
一运算单元，配置以：
比较该一或多个种金属离子的该浓度与相应的一或多个基准值；
响应该一或多个种金属离子的该浓度等于或小于该一或多个基准值，向该晶圆清洁站传送一第一命令以从该晶圆清洁站移除该一或多个晶圆；以及
响应该一或多个种金属离子的该浓度大于该基准值，向该晶圆清洁站传送一第二命令以调整该清洁过程的一或多个参数，其中在调整该清洁过程中的该一或多个参数的操作之前、期间和之后，该化学溶液连续地分配于该一或多个晶圆上。
17.如权利要求16所述的晶圆湿式清洁系统，其中该清洁过程的该一或多个参数包括该化学溶液的一温度、该化学溶液的一分配时间或该化学溶液的一水含量。
18.如权利要求16所述的晶圆湿式清洁系统，其中该运算单元更被配置以响应该一或多个种金属离子的该浓度大于该基准值，增加该化学溶液的一分配时间。
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