CN111656486A - 基板清洗方法及清洗装置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种基板清洗方法，包括步骤：将基板放置在基板保持装置上；对基板实施少气泡或无气泡的预湿润工艺；实施超声波或兆声波清洗工艺清洗基板。

Description

基板清洗方法及清洗装置
技术领域
本发明涉及清洗基板的方法及装置。更具体地说，涉及声能应用于基板清洗之前的预处理工艺，以避免基板清洗过程中气泡破坏性内爆，从而更有效地去除基板上图形结构中的微粒。
背景技术
半导体器件是在半导体基板上制造，使用许多不同的处理步骤来创建晶体管和互连元件。近年来，晶体管由二维发展到三维，如finFET晶体管和3D NAND存储器。为了将晶体管终端与半导体基板电连接，导电(如金属)沟槽、通孔等作为半导体器件的一部分在介电材料中形成。沟槽和通孔可以在晶体管之间、内部电路以及外部电路传递电信号和能量。
为了在半导体基板上形成finFET晶体管和互连元件，半导体基板需要经过多个步骤，如掩膜、刻蚀和沉积来形成所需的电子线路。尤其，多层掩膜和等离子体刻蚀步骤可以在半导体基板的电介质层形成finFET、3D NAND闪存单元和/或凹陷区域的图形作为晶体管的fin和/或互连元件的沟槽和通孔。为了去除刻蚀或光刻胶灰化过程中在fin结构和/或沟槽和通孔中产生的颗粒和污染物，需要进行湿法清洗。特别是，当器件制造节点延伸至16或14nm以及更小时，fin和/或沟槽和通孔的侧壁损失是维护临界尺寸的关键。为了减少或消除侧壁损失，使用温和的或稀释的化学液，有时只使用去离子水是很重要的。然而，稀释的化学液或去离子水通常不能有效去除fin结构、3D NAND孔和/或沟槽和通孔内的颗粒。因此，为了有效去除这些颗粒，需要使用例如超声波或兆声波等机械力。超声波或兆声波会产生气穴振荡为基板结构提供机械力。猛烈的气穴振荡例如不稳定的气穴振荡或微喷射将损伤这些图形结构。维持稳定或可控的气穴振荡是控制机械力损伤限度并有效去除微粒的关键参数。
图1A和图1B描述了在基板1010清洗过程中，不稳定的气穴振荡损坏基板1010上的图形结构1030。不稳定的气穴振荡可由用于清洗基板1010的声能产生。如图1A和图1B所示，由气泡1050内爆引起的微喷射发生在图形结构1030顶部的上方并且很猛烈(可达到几千大气压和几千摄氏度)，这可破坏基板1010上的图形结构1030，特别是当特征尺寸t缩小到70nm或更小时。
通过控制清洗过程中的气泡的气穴振荡克服了由气泡内爆引起的微喷射导致的基板图形结构损坏。可以在整个基板上实现稳定或可控的气穴振荡，以避免图形结构的损坏，这已在2015年5月20日提交的专利申请号为PCT/CN2015/079342中公开。
在某些情况下，即使用于清洗基板的超声波或兆声波的功率强度降低到非常低的水平(几乎没有颗粒去除率)，基板上的图形结构的损坏仍会发生。损坏的数量很少(100以下)。然而，通常情况下，在超声波或兆声波辅助清洗过程中，气泡的数量有数万个。基板上图形结构的损坏数量与气泡的数量不匹配。这种现象的机理尚未可知。
参考图2A所示，在超声波或兆声波辅助清洗基板的过程中，有一种现象是，尽管用于清洗基板2010的超声波或兆声波的功率强度降低到非常低的水平(几乎没有颗粒去除率)，但基板2010上的图形结构2030的损坏仍然发生。此外，通常是图形结构2030的单壁受到损坏。图2A给出了两个例子。一个例子是，图形结构2030的单壁朝一侧剥落，另一个例子是，图形结构2030的单壁的一部分被去除。尽管图2A仅给出了两个例子，但应当认识到，其他类似的损坏可能会发生。是什么导致了这些损坏的发生？
参考图2B至图2D所示，在基板清洗过程中，小气泡2050、2052倾向于附着在固体表面上，例如基板2010的表面或图形结构2030的侧壁，如图2B和图2C所示。当气泡2050、2052附着在基板2010的表面或图形结构2030的侧壁上时，例如气泡2052附着在图形结构2030的底部角落，气泡2050附着在图形结构2030的单侧壁上时，一旦这些气泡2050、2052内爆，则图形结构2030朝着与作用在单侧壁的气泡内爆力方向一致的方向从基板2010上的子层剥离，或是图形结构2030单侧壁的一部分被去除，如图2A所示。虽然内爆的强度不如微喷射，但是，由于气泡2050、2052附着在基板2010的表面及图形结构2030的侧壁上，小气泡内爆产生的能量也会损坏图形结构2030。
此外，在湿法工艺中，小气泡可能会合并成较大的气泡。由于气泡趋向于附着在固体表面上，在固体表面上，例如图形结构和基板的表面，气泡的合并增加了气泡在图形结构上发生内爆的风险，特别是在临界几何部分。
图3A至图3H揭示了根据本发明的使用超声波或兆声波辅助湿法清洗过程中，附着在基板上的气泡内爆损坏基板上的图形结构的机理。图3A示意了清洗液3070被输送到具有图形结构3030的基板3010的表面上，并且至少一个气泡3050附着在图形结构3030的底部角落上。在图3B所示的超声波或兆声波正的声压工作过程中，F1是作用在气泡3050上的超声波或兆声波压力，F2是气泡3050压在基板3010上时，由基板3010产生的作用在气泡3050上的反作用力，F3是气泡3050压在图形结构3030的侧壁上时，由图形结构3030的侧壁产生的作用在气泡3050上的反作用力。在图3C和图3D所示的超声波或兆声波负的声压工作过程中，由于超声波或兆声波负力拉伸气泡3050，气泡3050膨胀变大。在气泡体积膨胀的过程中，F1’是气泡3050推清洗液3070的力，F2’是气泡3050推基板3010的力，F3’是气泡3050推图形结构3030侧壁的力。超声波或兆声波正的声压和负的声压交替作用数个周期后，气泡内的气体温度越来越高，气泡体积越来越大，最终发生气泡内爆3051，其产生作用在清洗液3070上的内爆力F1”，作用于基板3010的力F2”，作用于图形结构3030侧壁的力F3”，如图3G所示。内爆力导致图形结构3030的侧壁被损坏，如图3H所示。
为了避免在超声波或兆声波辅助湿法清洗过程中因气泡内爆导致基板上的图形结构受损，在将声能施加于清洗液以清洗基板之前，最好将气泡从图形结构的表面和基板的表面分离，这已在2018年1月23日提交的专利申请号为PCT/CN2018/073723的专利中有所揭示。然而，很难将所有气泡从图形结构的表面分离。因此，在图形结构表面上的剩余气泡仍有可能会导致基板上的图形结构的损坏。
发明内容
因此，本发明的目的是提供基板清洗方法及清洗装置。
根据本发明的一个实施例，提出一种基板清洗方法，包括以下步骤：将基板放置在基板保持装置上；对基板实施少气泡或无气泡的预湿润工艺；实施超声波或兆声波清洗工艺清洗基板。
根据本发明的一个实施例，提出一种基板清洗装置，包括：第一腔室，被配置为与泵相连以在第一腔室中形成真空环境；基板保持装置，被配置为设置在第一腔室中保持基板；至少一个喷头，被配置为向基板表面提供预湿润化学药液或化学药雾以在基板上形成少气泡或无气泡的化学液层；以及第二腔室，被配置有超声波或兆声波装置以清洗基板。
根据本发明的另一个实施例，提出一种基板清洗装置，包括：腔室，被配置为与泵相连以在腔室中形成真空环境；基板保持装置，被配置为设置在腔室中保持基板；至少一个喷嘴，被配置为在腔室中形成真空环境后向基板表面提供预湿润化学药液或化学药雾以在基板上形成少气泡或无气泡的化学液层；以及超声波或兆声波装置，被配置为清洗基板。
根据本发明的又一个实施例，提出一种基板清洗装置，包括：第一腔室，被配置为与汽化单元相连，所述汽化单元被配置为将预湿润化学溶液转化为气态；基板保持装置，被配置为设置在第一腔室中保持基板；至少一个喷头，被配置为与汽化单元相连以向基板表面提供汽化的液体分子以在基板上形成少气泡或无气泡的预湿润化学液层；以及第二腔室，被配置有超声波或兆声波装置清洗基板。
根据本发明的另一个实施例，提出一种基板清洗装置，包括：腔室；汽化单元，被配置为将预湿润化学溶液转化为气态；基板保持装置，被配置为设置在腔室中保持基板；至少一个喷头，被配置为与汽化单元相连以向基板表面提供汽化的液体分子以在基板上形成少气泡或无气泡的预湿润化学液层；至少一个喷嘴，被配置为向基板表面提供清洗用的化学药液或化学药雾以清洗基板；以及超声波或兆声波装置，被配置为清洗基板。
综上所述，本发明在实施超声波或兆声波清洗工艺清洗基板之前，对基板实施少气泡或无气泡的预湿润工艺，当实施超声波或兆声波清洗工艺时，有效防止气泡内爆对基板上的图形结构造成损坏，通过对基板的预处理，气泡不再趋向于附着在图形结构表面，或者图形结构表面附近的气泡在其附着在图形结构表面之前将容易地去除。这样，气泡内爆可以通过超声波或兆声波功率控制得到更好的控制，而不受气泡在图形结构表面的积聚或附着的影响，特别是不受临界几何部分的影响。
附图说明
图1A至1B描述了在清洗过程中不稳定的气穴振荡损坏基板上的图形结构示意图。
图2A至2D描述了附着在基板上的图形结构表面的气泡内爆损坏图形结构的示意图。
图3A至3H描述了附着在基板上的图形结构表面的气泡内爆损坏图形结构的机理示意图。
图4A至4B描述了根据本发明的一个实施例的用于清洗基板的装置的示意图。
图5描述了根据本发明的另一个实施例的用于清洗基板的装置的示意图。
图6A至6B描述了根据本发明的又一个实施例的用于清洗基板的装置的示意图。
图7描述了根据本发明的再一个实施例的用于清洗基板的装置的示意图。
图8A至8B描述了根据本发明的一个实施例的基板清洗方法的示意图。
图9A至9D描述了根据本发明的另一个实施例的基板清洗方法的示意图。
具体实施方式
参考图4A至4B所示，揭示了根据本发明的一个实施例的基板清洗装置。该装置能够在随后的超声波或兆声波清洗工艺之前对基板进行预处理，以获得少气泡或无气泡的基板表面。该装置包括预湿腔4020和清洗腔4000。基板4010在预湿腔4020中预处理以获得少气泡或无气泡的预湿表面，然后将基板4010传输到清洗腔4000中以进行随后的超声波或兆声波清洗工艺。图4A揭示了预湿腔4020。预湿腔4020包括用于将基板移进或移出预湿腔4020的门、连接至真空泵以在预湿腔4020中产生真空环境的真空口4022、在预湿腔4020中保持基板4010的基板保持器4021、驱动基板4010旋转的旋转驱动装置4024、以及至少一个位于基板4010上方的喷头4023，用于向基板4010的表面提供预湿润的化学药液或化学药雾以在基板4010上形成少气泡或无气泡的化学液层。在一个实施例中，多个喷头4023用于使预湿润的化学药液均匀分布在基板4010表面。预湿腔4020内的真空度设置在25Torr及以上。图4B揭示了清洗腔4000。清洗腔4000包括保持基板4010的基板支架4002、设置在基板支架4002周围以防止清洗液4070飞溅的清洗杯罩4001、连接至基板支架4002以驱动基板支架4002旋转的旋转致动器4003、设置在清洗腔4000顶部的风机过滤单元4015(FFU)、至少一个排气口4017、安装有超声波或兆声波装置4006以向清洗液4070传递声能清洗基板4010的摆臂4005、多个喷嘴臂4008，每个喷嘴臂4008安装有至少一个喷嘴4009以向基板4010的表面提供化学药液、化学药雾或干燥气体。
根据本发明的一个实施例，提出一种基板清洗方法，包括以下步骤：
步骤1：将基板4010传输到预湿腔4020中，基板4010由基板保持器4021保持。
步骤2：关闭预湿腔4020的门并开始通过真空口4022对预湿腔4020抽真空以在设定的时间在预湿腔4020内建立真空环境。预湿腔4020内的真空度设置在25Torr及以上。
步骤3：真空环境形成后，以100-200RPM的转速使基板4010旋转，并向基板4010的表面提供预湿润的化学药液或化学药雾。
步骤4：以400-600RPM的转速使基板4010旋转，然后使基板4010停止旋转并释放预湿腔4020中的真空压力，然后打开预湿腔4020的门。
步骤5：将基板4010从预湿腔4020传输至清洗腔4000，基板4010由清洗腔4000中的基板支架4002保持。
步骤6：以设定的低转速，10RPM至1000RPM，驱动基板4010旋转。
步骤7：将喷嘴臂4008摆动到基板4010表面上方的位置以向基板4010表面提供清洗液。在该步骤中可以使用多种化学溶液。
步骤8：向基板4010表面提供清洗液以用于超声波或兆声波清洗工艺。
步骤9：向下移动超声波或兆声波装置4006至距离基板4010表面一定高度，超声波或兆声波装置4006与基板4010表面之间的间隙内填满清洗液作为传递声波的介质。
步骤10：打开超声波或兆声波装置4006，在一定时间内按程序配方清洗基板4010表面。
步骤11：关闭超声波或兆声波装置4006并向上移动超声波或兆声波装置4006。
步骤12：向基板4010表面提供冲洗化学液或去离子水清洗基板4010。
步骤13：干燥基板4010。
步骤14：停止旋转基板4010，从清洗腔4000中取出基板4010。
步骤2至步骤3的目的是少气泡或无气泡的预湿润过程。由于在步骤2中将预湿腔4020中的例如空气或氮气等气体抽真空，在基板4010表面周围建立了真空环境，因此，在步骤3中，预湿润化学药液进入基板4010上的通孔和沟槽等，而不会有气泡的阻塞。
步骤7至步骤11可以重复至少一个周期。至少一种化学溶液，例如SC1(氢氧化铵、双氧水及水的混合液)、臭氧水、氨水等可以在此清洗循环中使用。
在步骤6至步骤12的清洗步骤中，基板4010的转速根据不同时间段可设置在10RPM至1500RPM并由可编程配方控制。
图5揭示了根据本发明的另一个实施例的基板清洗装置。该装置能够在随后的超声波或兆声波清洗工艺之前对基板进行预处理，以获得少气泡或无气泡的基板表面。该装置将预湿功能与清洗功能结合在一个清洗腔5000中，其中，基板经过预处理以获得少气泡或无气泡的预湿润表面，然后由随后的超声波或兆声波清洗工艺进行清洗。图5揭示了清洗腔5000。清洗腔5000包括清洗杯罩5001、连接至真空泵以在清洗腔5000中产生真空环境的真空口5018、旋转致动器5003、基板支架5002、产生向下的气流的风机过滤单元5015、至少一个排气口5017、用于排气口5017的第一挡件5047和用于风机过滤单元5015的第二挡件5045、安装有超声波或兆声波装置5006的摆臂5005、多个喷嘴臂5008，每个喷嘴臂5008安装有至少一个喷嘴5009以向基板5010表面提供预湿润用的化学药液或化学药雾、清洗用的化学药液或化学药雾或干燥气体。当真空口5018在预处理过程中开始在清洗腔5000中形成真空压力时，风机过滤单元5015和排气口5017停止在基板5010表面上产生向下的气流。关闭第二挡件5045以隔离风机过滤单元5015和清洗腔5000，同时关闭第一挡件5047以隔离排气口5017和清洗腔5000，从而在清洗腔5000中建立真空环境。在之后的清洗过程中，打开风机过滤单元5015和排气口5017以产生向下的气流。
根据本发明的另一个实施例，提出一种基板清洗方法，包括以下步骤：
步骤1：将基板5010传输到清洗腔5000中，基板5010由基板支架5002保持。
步骤2：关闭清洗腔5000的门，关闭风机过滤单元5015和排气口5017，关闭第一挡件5047和第二挡件5045，开始通过真空口5018对清洗腔5000抽真空以在设定的时间在清洗腔5000内建立真空环境。清洗腔5000内的真空度设置在25Torr及以上。
步骤3：真空环境形成后，以设定的低转速，10RPM至1000RPM，驱动基板5010旋转。
步骤4：将预湿润用的喷头旋转到基板5010表面上方的位置以向基板5010表面提供预湿润化学药液或化学药雾。
步骤5：释放清洗腔5000中的真空压力，打开风机过滤单元5015、排气口5017、第一挡件5047及第二挡件5045以在基板5010上形成向下的气流。
步骤6：将喷嘴臂摆动到基板5010表面上方的位置以向基板5010表面提供清洗液。在该步骤中可以使用多种化学溶液。
步骤7：向基板5010表面提供清洗液以用于超声波或兆声波清洗工艺。
步骤8：向下移动超声波或兆声波装置5006至距离基板5010表面一定高度，超声波或兆声波装置5006与基板5010表面之间的间隙内填满清洗液作为传递声波的介质。
步骤9：打开超声波或兆声波装置5006，在一定时间内按程序配方清洗基板5010表面。
步骤10：关闭超声波或兆声波装置5006并向上移动超声波或兆声波装置5006。
步骤11：向基板5010表面提供冲洗化学液或去离子水清洗基板5010。
步骤12：干燥基板5010。
步骤13：停止旋转基板5010，从清洗腔5000中取出基板5010。
步骤2至步骤4的目的是少气泡或无气泡的预湿润过程。由于在步骤2中将清洗腔5000中的例如空气或氮气等气体抽真空，在基板5010表面周围建立了真空环境，因此，在步骤4中，预湿润化学药液进入基板5010上的通孔和沟槽等，而不会有气泡的阻塞。
步骤6至步骤10可以重复至少一个周期。至少一种化学溶液，例如SC1(氢氧化铵、双氧水及水的混合液)、臭氧水、氨水等可以在此清洗循环中使用。
在步骤5至步骤11的清洗步骤中，基板5010的转速根据不同时间段可设置在10RPM至1500RPM并由可编程配方控制。
图6A至6B揭示了根据本发明的又一个实施例的基板清洗装置。该装置能够在随后的超声波或兆声波清洗工艺之前对基板进行预处理，以获得少气泡或无气泡的基板表面。该装置包括预湿腔6020和清洗腔6000。基板在预湿腔6020中预处理以获得少气泡或无气泡的预湿表面，然后将基板传输到清洗腔6000中以进行随后的超声波或兆声波清洗工艺。图6A揭示了预湿腔6020。预湿腔6020包括：汽化单元6030，其被配置为将预湿润液态的化学溶液6031转化为气相分子；旋转驱动装置6024，其被配置为驱动基板6010旋转；至少一个喷头6023，其被配置为连接到汽化单元6030并向基板6010表面提供汽化的液体分子以在基板6010上形成少气泡或无气泡的预湿润化学液层；基板保持器6021，其被配置为在预湿腔6020中保持基板6010。在一个实施例中，多个喷头6023用于使汽化的液体分子均匀分布在基板6010的表面。汽化单元6030用于将液相的预湿润化学溶液6031转化为气相分子。在一个实施例中，汽化单元6030通过声波发生法将预湿润化学溶液6031转化为气相分子。当使用声波发生法形成化学液体蒸汽时，化学液体蒸汽被加热到高于基板6010的温度。或者，将基板6010冷却到低于化学液体蒸汽的温度。在另一个实施例中，汽化单元6030通过加热的方法将预湿润化学溶液6031转化为气相分子。汽化的液体分子也可以通过例如氮气、空气、臭氧、氨气、氢气或氦气等介质气体携带。载气可以是惰性气体，仅用于汽化的液体分子携带，载气也可以是活性气体以协助汽化的液体分子用于基板表面氧化或钝化。
汽化的液体分子更容易从大量的蒸汽环境中输送到基板6010上的沟槽和通孔等图形结构中。汽化的液体分子分布在基板8010的表面后，汽化的液体分子在基板8010的表面冷凝形成一薄层8020预湿润液体分子，液体分子在基板8010的通孔和沟槽中由下至上逐层形成，如图8A至8B所示。然而，如果基板的表面有部分没有被很好的湿润，这种由下至上的液层形成将受到影响，由于表面张力，液层将在基板表面上没有被很好的湿润的地方发生断裂。在一个实施例中，汽化单元6030将含有表面活性剂或添加剂的液相的预湿润化学溶液转化为含有表面活性剂或添加剂分子的汽化的混合液体分子。含有表面活性剂或添加剂分子的汽化的混合液体分子能够增加液体化学溶液在基板表面上的润湿性，使得液体化学溶液能够自下而上填满基板6010上的通孔、沟槽等图形结构而无气泡堵塞。将含羧基的乙二胺四乙酸(EDTA)、四羧基乙二胺四丙酸(EDTP)酸或盐等作为表面活性剂掺杂在液体化学溶液中以提高化学溶液的润湿性。在另一个实施例中，汽化单元6030将含有用于将基板6010表面从疏水性氧化成亲水性的化学品的液相的预湿润化学溶液转化为汽化的混合液体分子。该汽化的混合液体分子能够增加液体化学溶液在基板表面上的润湿性，使得液体化学溶液能够自下而上填满基板6010上的通孔、沟槽等图形结构而无气泡堵塞。使用例如臭氧溶液或SC1溶液(氢氧化铵，双氧水，水的混合物)等化学品将疏水性表面材料例如硅或多晶硅层氧化成亲水性氧化硅层。
图6B揭示了清洗腔6000。清洗腔6000包括：清洗杯罩6001、旋转致动器6003、基板支架6002、风机过滤单元6015、至少一个排气口6017、安装有超声波或兆声波装置6006的摆臂6005、多个喷嘴臂6008，每个喷嘴臂6008安装有至少一个喷嘴6009以向基板6010表面提供清洗用的化学药液或化学药雾或干燥气体。
根据本发明的一个实施例，提出一种基板清洗方法，包括以下步骤：
步骤1：将基板6010传输到预湿腔6020中，基板6010由基板保持器6021保持。
步骤2：将预湿润化学溶液供应至汽化单元6030以产生汽化的液体分子。
步骤3：关闭预湿腔6020的门，驱动基板6010旋转，通过喷头6023向基板6010表面提供汽化的液体分子以进行预湿润工艺。
步骤4：将基板6010从预湿腔6020传输至清洗腔6000，基板6010由清洗腔6000中的基板支架6002保持。
步骤5：以设定的低转速，10RPM至1000RPM，驱动基板6010旋转。
步骤6：将喷嘴臂6008摆动到基板6010表面上方的位置以向基板6010表面提供清洗液。在该步骤中可以使用多种化学溶液。
步骤7：向基板6010表面提供清洗液以用于超声波或兆声波清洗工艺。
步骤8：向下移动超声波或兆声波装置6006至距离基板6010表面一定高度，超声波或兆声波装置6006与基板6010表面之间的间隙内填满清洗液作为传递声波的介质。
步骤9：打开超声波或兆声波装置6006，在一定时间内按程序配方清洗基板6010表面。
步骤10：关闭超声波或兆声波装置6006并向上移动超声波或兆声波装置6006。
步骤11：向基板6010表面提供冲洗化学液或去离子水清洗基板6010。
步骤12：干燥基板6010。
步骤13：停止旋转基板6010，从清洗腔6000中取出基板6010。
步骤2至步骤3的目的是少气泡或无气泡的预湿润过程。汽化的液体分子分布在基板6010表面，汽化的液体分子在基板6010表面冷凝形成一薄层预湿润液体分子，液体分子在基板6010的通孔和沟槽中由下至上逐层形成。
步骤7至步骤10可以重复至少一个周期。至少一种化学溶液，例如SC1(氢氧化铵、双氧水及水的混合液)、臭氧水、氨水等可以在此清洗循环中使用。
在步骤6至步骤11的清洗步骤中，基板6010的转速根据不同时间段可设置在10RPM至1500RPM并由可编程配方控制。
图7揭示了根据本发明的一个实施例的基板清洗装置。该装置能够在随后的超声波或兆声波清洗工艺之前对基板进行预处理，以获得少气泡或无气泡的基板表面。该装置将预湿功能与清洗功能结合在一个清洗腔7000中，其中，基板经过预处理以获得少气泡或无气泡的预湿润表面，然后由随后的超声波或兆声波清洗工艺进行清洗。图7揭示了清洗腔7000。清洗腔7000包括：清洗杯罩7001、旋转致动器7003、基板支架7002、风机过滤单元7015、至少一个排气口7017、安装有超声波或兆声波装置7006的摆臂7005、用于将预湿润液态化学溶液7031转化为气相分子的汽化单元7030、多个喷嘴臂7008，其中每个喷嘴臂7008安装有至少一个喷头7023和至少一个喷嘴7009，所述喷头7023连接至汽化单元7030以向基板7010表面提供汽化的液体分子以在基板7010上形成少气泡或无气泡的预湿润化学液层，所述喷嘴7009用于向基板7010表面提供清洗用的化学药液或化学药雾和干燥气体。在一个实施例中，多个喷头7023用于使汽化的液体分子均匀分布在基板7010的表面。汽化单元7030用于将液相的预湿润化学溶液7031转化为气相分子。在一个实施例中，汽化单元7030通过声波发生法将预湿润化学溶液7031转化为气相分子。在另一个实施例中，汽化单元7030通过加热的方法将预湿润化学溶液7031转化为气相分子。汽化的液体分子也可以通过例如氮气、空气、臭氧、氨气、氢气或氦气等介质气体携带。载气可以是惰性气体，仅用于汽化的液体分子携带，载气也可以是活性气体以协助汽化的液体分子用于基板7010表面氧化或钝化。
汽化的液体分子更容易从大量的蒸汽环境中输送到基板7010上的沟槽和通孔等图形结构中。汽化的液体分子分布在基板7010的表面后，汽化的液体分子在基板7010的表面冷凝形成一薄层8020预湿润液体分子，液体分子在基板7010的通孔和沟槽中由下至上逐层形成，如图8A至8B所示。然而，如果基板7010的表面有部分没有被很好的湿润，这种由下至上的液层形成将受到影响，由于表面张力，液层将在基板表面上没有被很好的湿润的地方发生断裂。在一个实施例中，汽化单元7030将含有表面活性剂或添加剂的液相的预湿润化学溶液转化为含有表面活性剂或添加剂分子的汽化的混合液体分子。含有表面活性剂或添加剂分子的汽化的混合液体分子能够增加液体化学溶液在基板表面上的润湿性，使得液体化学溶液能够自下而上填满基板7010上的通孔、沟槽等图形结构而无气泡堵塞。将含羧基的乙二胺四乙酸(EDTA)、四羧基乙二胺四丙酸(EDTP)酸或盐等作为表面活性剂掺杂在液体化学溶液中以提高化学溶液的润湿性。在另一个实施例中，汽化单元7030将含有用于将基板7010表面从疏水性氧化成亲水性的化学品的液相的预湿润化学溶液转化为汽化的混合液体分子。该汽化的混合液体分子能够增加液体化学溶液在基板表面上的润湿性，使得液体化学溶液能够自下而上填满基板7010上的通孔、沟槽等图形结构而无气泡堵塞。使用例如臭氧溶液或SC1溶液(氢氧化铵，双氧水，水的混合物)等化学品将疏水性表面材料例如硅或多晶硅层氧化成亲水性氧化硅层。
根据本发明的又一个实施例，提出一种基板清洗方法，包括以下步骤：
步骤1：将基板7010传输到清洗腔7000中，基板7010由基板支架7002保持。
步骤2：以设定的低转速，10RPM至1000RPM，驱动基板7010旋转。
步骤3：将预湿润化学溶液供应至汽化单元7030以产生汽化的液体分子。
步骤4：将喷嘴臂7008摆动到基板7010表面上方的位置，通过喷头7023向基板7010表面提供汽化的液体分子以进行预湿润工艺。
步骤5：使用喷嘴7009向基板7010表面提供清洗液。在该步骤中可以使用多种化学溶液。
步骤6：向基板7010表面提供清洗液以用于超声波或兆声波清洗工艺。
步骤7：向下移动超声波或兆声波装置7006至距离基板7010表面一定高度，超声波或兆声波装置7006与基板7010表面之间的间隙内填满清洗液7070作为传递声波的介质。
步骤8：打开超声波或兆声波装置7006，在一定时间内按程序配方清洗基板7010表面。
步骤9：关闭超声波或兆声波装置7006并向上移动超声波或兆声波装置7006。
步骤10：向基板7010表面提供冲洗化学液或去离子水清洗基板7010。
步骤11：干燥基板7010。
步骤12：停止旋转基板7010，从清洗腔7000中取出基板7010。
步骤2至步骤4的目的是少气泡或无气泡的预湿润过程。汽化的液体分子分布在基板7010表面，汽化的液体分子在基板7010表面冷凝形成一薄层预湿润液体分子，液体分子在基板7010的通孔和沟槽中由下至上逐层形成。
步骤6至步骤9可以重复至少一个周期。至少一种化学溶液，例如SC1(氢氧化铵、双氧水及水的混合液)、臭氧水、氨水等可以在此清洗循环中使用。
在步骤5至步骤10的清洗步骤中，基板7010的转速根据不同时间段可设置在10RPM至1500RPM并由可编程配方控制。
图9A至9B示意了具有图形结构9060的基板9010，在基板9010的凹陷区域具有一些浮渣或毛刺9061。在预湿润过程和随后的清洗过程中，气泡9062将会积聚在这些具有浮渣或毛刺9061的区域周围，这将导致在超声波或兆声波清洗过程中图形结构9060可能会发生如图2A所示的损坏。因此，较佳的，在实施少气泡或无气泡的预湿润工艺之前，最好使用预处理单元去除浮渣和毛刺9061以获得图形结构9060光滑表面，如图9C所示。在这种情况下，在预湿润工艺中没有气泡会附着在浮渣或毛刺表面，如图9D所示。在一个实施例中，利用高能等离子体去除图形结构9060上的浮渣和毛刺9061以获得图形结构光滑表面。然后，将基板9010传输至预湿腔实施少气泡或无气泡的预湿润工艺，和传输至清洗腔实施超声波或兆声波清洗工艺。

Claims (24)

1.一种基板清洗方法，其特征在于，包括：
将基板放置在基板保持装置上；
对基板实施少气泡或无气泡的预湿润工艺；
实施超声波或兆声波清洗工艺清洗基板。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述少气泡或无气泡的预湿润工艺包括在基板周围建立真空环境，然后向基板上提供预湿润化学药液或化学药雾。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，真空度设置在25Torr及以上。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述少气泡或无气泡的预湿润工艺包括汽化预湿润化学溶液，然后将汽化的液体分子提供到基板表面以在基板上形成预湿润化学液层。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，使用声波发生法将预湿润化学溶液转化为气相分子。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括加热汽化的液体分子，使汽化的液体分子的温度高于基板的温度。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括冷却基板，使基板的温度低于汽化的液体分子的温度。
8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，使用加热的方法将预湿润化学溶液转化为气相分子。
9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预湿润化学溶液包括表面活性剂或添加剂。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述表面活性剂是含羧基的乙二胺四乙酸(EDTA)或四羧基乙二胺四丙酸(EDTP)酸或盐。
11.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预湿润化学溶液包括氧化剂以将基板表面从疏水性氧化成亲水性。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述氧化剂是臭氧溶液或SC1溶液。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在对基板实施少气泡或无气泡的预湿润工艺之前，去除浮渣或毛刺以提高基板凹陷区域的表面光滑度。
14.一种基板清洗装置，其特征在于，包括：
第一腔室，被配置为与泵相连以在第一腔室中形成真空环境；
基板保持装置，被配置为设置在第一腔室中保持基板；
至少一个喷头，被配置为向基板表面提供预湿润化学药液或化学药雾以在基板上形成少气泡或无气泡的化学液层；以及
第二腔室，被配置有超声波或兆声波装置以清洗基板。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，进一步包括预处理单元，被配置为去除基板凹陷区域的浮渣或毛刺。
16.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第一腔室的真空度设置在25Torr及以上。
17.如权利要求14所述的装置，其特征在于，进一步包括旋转驱动装置，被配置为与基板保持装置相连。
18.一种基板清洗装置，其特征在于，包括：
腔室，被配置为与泵相连以在腔室中形成真空环境；
基板保持装置，被配置为设置在腔室中保持基板；
至少一个喷嘴，被配置为在腔室中形成真空环境后向基板表面提供预湿润化学药液或化学药雾以在基板上形成少气泡或无气泡的化学液层；以及
超声波或兆声波装置，被配置为清洗基板。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，进一步包括预处理单元，被配置为去除基板凹陷区域的浮渣或毛刺。
20.如权利要求18所述的装置，其特征在于，真空度设置在25Torr及以上。
21.一种基板清洗装置，其特征在于，包括：
第一腔室，被配置为与汽化单元相连，所述汽化单元被配置为将预湿润化学溶液转化为气态；
基板保持装置，被配置为设置在第一腔室中保持基板；
至少一个喷头，被配置为与汽化单元相连以向基板表面提供汽化的液体分子以在基板上形成少气泡或无气泡的预湿润化学液层；以及
第二腔室，被配置有超声波或兆声波装置清洗基板。
22.如权利要求21所述的装置，其特征在于，进一步包括预处理单元，被配置为去除基板凹陷区域的浮渣或毛刺。
23.一种基板清洗装置，其特征在于，包括：
腔室；
汽化单元，被配置为将预湿润化学溶液转化为气态；
基板保持装置，被配置为设置在腔室中保持基板；
至少一个喷头，被配置为与汽化单元相连以向基板表面提供汽化的液体分子以在基板上形成少气泡或无气泡的预湿润化学液层；
至少一个喷嘴，被配置为向基板表面提供清洗用的化学药液或化学药雾以清洗基板；以及
超声波或兆声波装置，被配置为清洗基板。
24.如权利要求23所述的装置，其特征在于，进一步包括预处理单元，被配置为去除基板凹陷区域的浮渣或毛刺。
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