CN1399581A - 高转速百万赫频率带域超音波清洗 - Google Patents
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Abstract
一种方法，该方法关于从位于基片上方的一喷嘴，喷洒一由百万赫频率带域超音波频率的音波所搅动的液体到该基片上。同时，当喷嘴扫过基片的上方时，基片以超过300RPM的转速自旋。在借由音波搅动液体之前，基片可于一刷子机台中刷洗。本发明的设备具有一臂，此臂与一喷嘴流体连通，该喷嘴具有一大于0°的角度位置θ。再者，在喷嘴的下方设有一基片自旋器。
Description
技术领域
本发明的领域关于基片清洗，尤其关于，用于半导体晶片的百万赫频率带域超音波清洗。
背景技术
在半导体装置的制造中，半导体晶片的表面必须清除掉晶片污染物。如果未将其除出，晶片污染物可能影响装置性能，并且以快于通常的速率造成装置发生失误。一般而言，有两种类型的晶片污染：微粒与金属。微粒为出现于晶片表面上的材料的细微块，其具有容易界定的边界，比如说，矽灰尘、二氧化硅(SiO2)、泥浆残留物、聚合体残留物、金属薄片、大气灰尘、塑胶微粒、以及硅酸盐微粒。
用以去除微粒污染的一种方法为百万赫频率带域超音波洗擢。百万赫频率带域超音波洗濯涉及到空穴现象。空穴现象是在音波搅动的作用下，液体介质中的微小汽泡的迅速形成与萎陷。音波搅动涉及到使液体遭受冲击波，并且就百万赫频率带域超音波洗濯而言，该冲击波的发生频率介于(含)0.4与1.5Mhz之间。在百万赫频率带域超音波洗濯中，一空穴过的液体喷洒到一自旋的晶片表面上。
当一空穴过的液体喷洒到一自旋的晶片上时，晶片表面上形成有一边界层(即，一液体薄层)。当晶片转动时，由于与晶片运动相关联的向心力，边界层液体通常辐射状向外流过晶片表面。一般而言，由于液体在与自旋关联的向心力的作用下更积极地被导向晶片的外部边缘，晶片转动愈快，边界层变得愈薄。边界层液体流过表面，且一旦其达到晶片边缘时，最终飞离晶片。因为被旋出的液体同时由新鲜的喷洒液体所取代，故百万赫频率带域超音波液体的连续喷洒能保持边界层厚度稳定。
发生于晶片表面上的边界层液体内的空穴现象活动移开与晶片表面相关联的微粒污染物。汽泡“弹起”，并使污染物松开。因为边界层液体也流过晶片朝向其边缘，被松开的微粒由流体挟带流过晶片表面，最终随着液体于晶片边缘处流出。除了所造成的流体流动外，与转动的晶片相关联的向心力自身也对微粒的向外运动有贡献。以此方式，百万赫频率带域超音波洗濯有助于晶片的清洗。
百万赫频率带域超音波洗濯可使用于任何装配有百万赫频率带域超音波喷洒设施和晶片自旋器的设施中。一个例子包括如图1所示的一晶片刷洗机系统100。在图1所示的系统中，需要清洗的晶片载入指标机台110中，且分别由内部与外部刷洗机台120与130中的刷子刷洗(或轻刷)。随后在机台140中被洗擢、自旋、且干燥。洗濯、自旋和干燥机台140位于前面所述的百万赫频率带域超音波洗濯的位置。就是说，机台140的洗濯器装配有百万赫频超音波喷洒设施。
百万赫频率带域超音波喷洒技术的存在的一个问题是它相对不成熟。因此，各种百万赫频率带域超音波喷洒制程参数对清洗效率(例如，通过百万赫频率带域超音波喷洒制程从晶片表面所移除的微粒的数目或百分比)的影响还不是很清楚。
发明内容
本发明的方法涉及从一个位于基片上方的喷嘴喷洒一由百万赫频率带域超音波频率的音波所搅动的液体到该基片上。同时，当喷嘴扫过基片的上方时，基片以超过300RPM的转速自旋。在由音波搅动液体之前，基片应于一刷子机台中刷洗。
本发明的设备具有一臂，流体联络于一喷嘴，该喷嘴具有一大于0°的角度位置θ。再者，有一基片自旋器位于喷嘴的下方。
附图说明
现将参考附图，以举例而非限制方式说明本发明。在图示中，相同的图号表示相同的元件，其中，
图1示出了一刷子擦洗系统的一个例子。
图2a、2b、2c示出了百万赫频率带域超音波喷洒设备的一个例子。
图3示出了一具有非零角度位置的喷嘴的一个例子。
具体实施方式
现说明一种方法，涉及到从一位于一基片上的喷嘴，喷洒一由百万赫频率带域超音波频率的音波所搅动的液体至该基片上。同时，当喷嘴扫过基片时，基片以高于300RPM的转速自旋。在以音波搅动液体之前，可于一刷子机台中刷洗基片。
现也说明一设备，其具有一与喷嘴间有流体联络的臂，该喷嘴的角度位置θ大于0°。再者，有一基片自旋器位于喷嘴上方。
本发明的此等或其他实施例得依据下列教导而实现，并且在下列教导中显然可进行各种修改与变化，而不会偏离本发明的较广的精神与范围。据此，说明书及附图仅被认为示例而非限制，且本发明仅由申请专利范围所衡量。
前述的百万赫频率带域超音波喷洒设施200的一个例子显示于图2中。百万赫频率带域超音波喷洒设备具有一固定于一臂202上的喷嘴201。液体流经在臂202中的一管子或其他中空通道，随后流过喷嘴201，从该处喷洒至晶片204上。因此，臂202与喷嘴201具有流体联络。晶片204由晶片自旋器设施212a，b，c所转动。液体典型地在喷嘴201中由一位于喷嘴201内且由电源单位203供能的压电晶体加以空穴。许多的百万赫频率带域超音波喷洒制程参数都和喷嘴201的位置有关。
喷嘴201可以由许多不同的方法安置。首先，喷嘴201在晶片204上方的高度205(称为“喷嘴高度“)可典型地由调整臂202在晶片204上方的高度216而变化。再者，喷嘴201典型地被设计成可转动。该喷嘴可被称为一可转动的喷嘴。在图2的实施例中，喷嘴头关于x轴209、y轴210、以及z轴211转动，分别导致三个角度位置：θ206、φ207、α208。该喷嘴201位置可由四个可能的制程参数所描述：喷嘴高度205和三个角度位置：θ206、φ207、α208。
另一百万赫频率带域超音波喷洒参数与由晶片自旋器设施212a，b，c所驱动的晶片204的转动速度(也称为“晶片速度”)有关。晶片速度的单位典型上为每分钟的晶片转动(或RPM)。如所讨论那样，因为液体借由与自旋的晶片204相关联的向心力更积极地导向晶片的外部边缘，所以晶片转动愈快，边界层213变得愈薄。这也对应于边界层213液体在辐射状方向上以较快的流体流动流过晶片204表面。
另一百万赫频率带域超音波喷洒参数与喷嘴201的关于晶片204的运动有关。大多数的百万赫频率带域超音波喷洒设施允许喷嘴201沿着x轴209于晶片204的表面上方往复移动214。即，参照图2，喷嘴201从晶片中央215移动至晶片边缘216，然后移回晶片中央215(即，在晶片204的半径上方往复运动)。此运动(从晶片中央215起且再返回)被称为“一扫”。此额外的制程参数与每一完整的晶片204洗濯中扫的数目、以及每一完整的晶片204洗濯中每一扫所消耗的时间。扫的数目乘以所消耗的时间可称为每一完整的晶片204洗濯的总扫时间。其他的扫的模式也是可能的。
此制程参数的特征如下：1)与晶片204转动有关的(晶片速度)；2)与喷嘴201有关的(喷嘴高度205与角度位置θ206、φ207、α208)；3)喷嘴201关于晶片204的位置的相对运动(扫的数目、每扫所消耗的时间)；以及4)额外的参数例如：液体流经喷嘴201的流速、所用的液体类型、以及百万赫频率带域超音波搅动的频率。
下列的讨论关于一系列实验，用以更好了解各种制程参数对于百万赫频率带域超音波清洗效率的影响。观察每一完整的晶片洗濯使用1、2、与3扫时的结果。再者，进一步观察每扫所消耗的时间为10、14、20、与28秒时导致总扫时间的结果在从10秒(1扫×每扫10秒)至84秒(3扫×每扫28秒)的范围内。使用1.5Mhz的百万赫频率带域超音波频率。液体流经喷嘴201的流速从0.8升/分钟至2.0升/分钟。所用的液体的电阻值为18MΩ的DI水。
所有的实验的每一个OnTrak系列II DSS-200的刷洗系统中进行。对150mm与200mm晶片都进行处理。晶片在许多半导体制程应用中受到处理，例如：1)浅渠沟隔结(STI)后的化学机械抛光(CMP)；2)钨(W)之后的CMP；3)铜(Cu)后的CMP；4)氧化(O2)后的CMP；5)钨回蚀(WEB)；以及6)与用于喷墨打印机内的硅(Si)装置的制程相关联的硅(SI)钻孔。在硅钻孔中，孔洞穿过晶片204的厚度而形成，在钻孔后需要进行彻底的清洗。硅钻孔通常上造成大于0.5μm的微粒。
典型地，对于此等应用而言(并参照图1)，晶片在放置于洗濯、自旋、干燥机台140中的前系于机台120与130中被刷洗。在机台140中，于仅自旋直到干燥之前，百万赫频率带域超音波液体以一总扫时间被喷洒于晶片上。一但晶片离开机台140时，其即被加入输出机台150。该实验更可延伸至基片，具体而言基片通常相对于晶片或硅晶片。晶片速度
典型上在百万赫频率带域超音波洗濯的过程中，工业晶片速度在100-300RPM的范围内。此处，对于晶片速度位于1000-1400RPM的范围内而言，可观察到显著改善过的清洗效率。在使用10mm喷嘴高度205的实验中，仅借由增加晶片速度至1000-1400RPM的范围内，使在100-300RPM速度时所获得的平均清洗效率改善超过二个因子(对于大于0.15μm的微粒而言，是从14.5％至30％)。对于大于0.5μm的微粒而言，肉眼检查指出在1000-1400RPM范围内超过50％的清洗效率。一般而言，当晶片速度从100-300RPM增加至1000-1400RPM而所有其他的制程参数固定时，所观察到的清洗效率的改善约二倍多(例如，在另一实验中20％至37.5％)。再者，对于RPM值从400至1000RPM而言观察到少于约二倍多的改善。因此，晶片速度高于300RPM对清洗效率的影响已被观察到。
已发现该清洗效率随着晶片速度的增加而改善。在较高的晶片速度时，因为流过晶片204表面的液体的辐射状流动增加，故边界层213厚度降低(对于从喷嘴201而来的固定流速而言)。可以相信清洗效率的改善是因为该增加的辐射状流速或降低的厚度。可理解地，在较高的边界层213辐射流的条件下，被松开的微粒更难重新固着于晶片204表面。喷嘴位置
在百万赫频率带域超音波洗濯的技术中，一般已知喷嘴高度205被建议为晶片204上方10mm-20mm，而角度位置θ206、φ207、α208皆设定为零。在此范围内已发现晶片清洗效率为均匀的，使得如图2所示的在10mm-20mm的喷嘴高度205且喷嘴201的所有角度位置θ206、φ207、α208都为零的条件下，所达到的清洗效率几乎没有变化。所观察到的清洗效率典型上约为50+/-5％。
对于喷嘴高度205低于10mm而角度位置θ206、φ207、α208设为零而言，发现晶片清洗效率恶化到无法接收的程度。然而，参照图3，编号320代表喷嘴301与被清洗的晶片321之间的距离。对于喷嘴高度305低于10mm(高于10mm也相同)且具有非零角度位置θ306而言，已观察到可接受的清洗效率。可以相信非零角度位置θ306是改善空穴现象活动的原因。精确地说，回到图2a与2b，对于θ＝0和α＝0(即，当喷嘴201的位置以使液体以正向入射角流至晶片204)而言，经过喷嘴201发射出的音波(从百万赫频率带域超音波单位203)在晶片204表面反射，且消除或降低用于喷嘴201内空穴现象的音波的振幅。此破坏性干涉导致降低的清洗效率。
因此，回到图3，倾斜喷嘴301(例如所显示的非零的θ306)使进入喷嘴301的反射波消除。对于θ306的值大于2°而言，能观察到显著的清洗效率改善。对于3mm或更多的喷嘴高度305而言，最佳的清洗效率出现于45°。且清洗效率从55°或更高处开始(从45°效率)逐渐降低。
回到图2a与2b，前述所建议的10mm的最小喷嘴高度205(且θ、φ、α＝0°)用于使反射波的能量消失。即，当喷嘴高度205为10mm或更高时，进入喷嘴201的反射波不具有足够的用以有意义地降低在百万赫频率带域超音波单元203中空穴现象活动的振幅。就此而言，再回到图3，具有非零的θ306角度的低至3mm的喷嘴高度305已被使用。
举例而言，在3mm的喷嘴高度305且θ306的值为0°、30°、以及45°时，所观察到的对于大于0.15μm(直径)的微粒的清洗效率分别为23％、32％、以及38％。因此，清洗效率随着θ306的增加而改善。扫的数目与每扫所消耗的时间
对于总扫时间(即，每晶片清洗流程：扫的数目×每扫所消耗的时间)超过20秒而言，清洗效率是稳定的。也就是说，倘若总扫时间超过20秒，清洗效率不会与总扫时间有太大关系。然而，对于晶片速度的值超过400RPM而言，在总扫时间低至10秒时可观察到清洗效率的改善(相对于晶片速度在100-300RPM范围内)。低于10秒清洗效率可能显著地降低，大概是由于缺乏暴露至对于微粒移除而言所需要的空穴现象活动，该空穴现象活动发生于晶片表面。液体与液体流速
在一实施例中，使用具有18MΩ电阻值的DI水(流速从0.8至2.0升/分钟)。一般而言，清洗效率随着流速而改善。在一实施例中，最佳的清洗效率发生于流速约为2.0升/分钟。类似增加的晶片速度，增加的流速相信会造成较快的流体流过晶片204表面或晶片表面上方更多的空穴现象活动。就此讨论的目的而言，流速在喷嘴开口230处量测。其他可使用的液体包括稀释的氨水、SCI(为容积比为1∶4∶20的NH4OH∶H2O2∶H2O)、以及表面活性剂。百万赫频率带域超音波频率
在一实施例中，百万赫频率带域超音波频率固定为1.5MHz。然而，如所讨论那样，典型的有效百万赫频率带域超音波频率范围在0.4-1.5MHz。制程
一般而言，较好的清洗效率可由下列各点的制程所获得：1)晶片速度超过1000RPM；2)喷嘴高度高于10mm且喷嘴角度θ大于2°；3)总扫时间超过20秒；以及4)流速1.5升/分种或更高的具有18MΩ电阻值的DI水。
Claims (23)
1、一种方法，包含：
a)从一位于一基片上方的喷嘴，喷洒一由百万赫频率带域
超音波频率的音波所搅动的液体到该基片上；
b)与该液体的喷洒同时，该基片以超过300RPM的转速自
旋；以及
c) 与该液体的喷洒同时，该喷嘴扫过该基片的上方。
2、如权利要求1所述的方法，其中该自旋发生于1000RPM或更高。
3、如权利要求1所述的方法，其中该扫发生于一总扫时间为10秒或更多。
4、如权利要求3所述的方法，其中该喷嘴的该扫依据20秒的总扫时间而发生。
5、如权利要求1所述的方法，其中该液体的喷洒发生于流速介于也包括0.8与2.0升/分钟之间。
6、如权利要求1所述的方法，还包含在该喷洒之前使该液体流经一臂。
7、如权利要求1所述的方法，还包含使该喷嘴在该基片上方的高度介于也包括10mm与20mm之间。
8、如权利要求1所述的方法，还包含使该喷嘴的角度位置θ大于0°。
9、如权利要求8所述的方法，更包含使该喷嘴的角度位置θ介于也包括45°与55°之间。
10、一种方法，包含：
a)在一刷子机台中刷洗一基片；
b)从一位于该基片上方的喷嘴，喷洒一由百万赫频率带域超
音波频率的音波所搅动的液体到该基片上；
c)与该液体的喷洒同时，该基片以超过300RPM的转速自旋；
以及
d)与该液体的喷洒同时，该喷嘴扫过该基片的上方。
11、如权利要求10所述的方法，还包含在该刷洗之前，对于该基片进行化学机械抛光(CMP)。
12、如权利要求11所述的方法，其中该CPM进行于一浅渠沟隔绝区域上。
13、如权利要求11所述的方法，其中该CMP进行于钨、铜、以及氧化物中的一个上。
14、如权利要求10所述的方法，还包含在该刷洗之前，对于该基片进行一钨回蚀制程。
15、如权利要求10所述的方法，还包含在该刷洗之前，对于该基片进行Si钻孔。
16、一种设备，包含：
a)一臂；
b)一喷嘴，与该臂流体连通，且具有一大于0°的角度位置θ；以及
c)一基片自旋器，位于该喷嘴下方。
17、如权利要求16所述的设备，其中该臂与喷嘴位于一洗濯、自旋、干燥机台内。
18、如权利要求17所述的设备，更包含一刷子机台，耦合于该洗濯、自旋、干燥机台。
19.如权利要求16所述的设备，其中该角度位置θ为45°。
20、如权利要求16所述的设备，其中该基片自旋器使基片自旋于400RPM或更高。
21、一种设备，包含：
用以从位于一基片上方的一喷嘴，喷洒一由百万赫频率带域超音波频率的音波所搅动的液体到该基片上的装置；
用以与该液体的喷洒同时，使该基片以超过300RPM的转速自旋的装置：以及
用以与该液体的喷洒同时，使该喷嘴扫过该基片的上方的装置。
22、如权利要求21所述的设备，还包含用以使该喷嘴在该基片上方的高度介于并包括10mm与20mm之间的装置。
23、如权利要求21所述的设备，更包含用以使该喷嘴的一角度位置θ大于0°的装置。
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