CN208352262U - 清洁系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种清洁系统。本公开内容的实施方式大体上涉及清洁基板，尤其是，涉及用于清洁工艺的终点检测的方法和装置。所述装置包括外部清洁槽、衬里和耦接至所述衬里的循环系统。所述循环系统包括用于将颗粒从流体中移除的过滤器。液体颗粒计数器流体耦接至所述衬里中的流体以用于进行颗粒计数。还描述了使用所述装置的方法。

Description

清洁系统
本申请是申请日为2017年04月28日、申请号为201720466579.X、实用新型名称为“清洁系统”的实用新型专利申请的分案申请。
技术领域
本公开内容的实施方式大体上涉及清洁基板，尤其是，涉及用于清洁工艺的终点检测的方法和装置。
背景技术
在半导体基板处理中，特征结构尺寸和线宽越来越小的趋势引起了在具有更高精度的半导体基板上进行掩模、蚀刻和沉积材料的能力的重视。由于半导体特征结构减小，因此器件结构变得更加脆弱。同时，由如果在清洁步骤期间未被移除则会使器件丧失功能的最小杂散颗粒定义的致命的缺陷尺寸变得更小且更难从表面移除。因此，减小设备损坏是清洁工艺面对的主要问题之一。所以，这种特征结构尺寸越来越小的趋势引起了对半导体制造工艺，包括在这些工艺中使用的腔室组成部件，的清洁度的重视。
目前，依赖于颗粒计数来确定清洁工艺的终点的清洁工艺需要在组成部件清洁工艺期间进行脱线(off-line)实验室分析。这要求操作者停止清洁工艺，并人工取出清洁工艺中使用的清洁溶液的样本。接着，该样本被送到实验室进行分析。或者，部件本身可以从清洁溶液中移除，并传送至远程位置以进行颗粒探测。这些人工密集工艺不仅带来了处理时间的显著增加，而且增加了其中移除了部件的工具的停机时间。工具停机时间的增加导致相应持有成本(CoO)的增加。
因此，需要一种用于清洁腔室组成部件的装置和方法以减少用于腔室维修和清洁的停机时间。
实用新型内容
在一个实施方式中，清洁系统包括：外部槽；衬里，所述衬里设置在所述外部槽内用于保持流体；循环系统，所述循环系统耦接至所述槽以使所述衬里中的所述流体循环，所述循环系统包括过滤器，所述过滤器用于将颗粒从所述流体中移除；以及液体颗粒计数器，所述液体颗粒计数器与所述流体连通。
此外，所述衬里可包括聚丙烯、聚乙烯或聚二氟乙烯。
另外，所述外部槽可包括不锈钢。
另外，所述外部槽可包括有涂层的金属。所述金属可为铝，所述涂层可为乙烯-四氟乙烯。
此外，所述清洁系统可进一步包括换能器，所述换能器放置在所述外部槽和所述衬里之间用于搅动(agitate)包含在所述外部槽和所述衬里内的溶液。
此外，所述清洁系统可进一步包括换能器，所述换能器放置在所述外部槽和所述衬里外部用于搅动包含在所述外部槽和所述衬里内的溶液，所述换能器放置在所述外部槽的底部下方。所述清洁系统可进一步包括耦接至所述外部槽的垂直壁的一个或多个附加的换能器。所述换能器可产生超声或兆声频率的振动。
在另一个实施方式中，清洁系统包括：外部槽；衬里，所述衬里设置在所述外部槽内用于保持流体；循环系统，所述循环系统耦接至所述槽以使所述衬里中的所述流体循环，所述循环系统包括第一液体颗粒计数器和过滤器；以及第二液体颗粒计数器，所述第二液体颗粒计数器与所述衬里流体连通。
此外，所述第一液体颗粒计数器和所述第二液体颗粒计数器可均包括光源和光电探测器。
另外，所述清洁系统可进一步包括支撑件，所述支撑件放置在所述外部槽和所述衬里之间以用于支撑所述衬里。
此外，所述清洁系统可进一步包括泵，所述泵将来自所述衬里的内部的流体输送至所述第二液体颗粒计数器。
另外，所述衬里可包括聚丙烯、聚乙烯或聚二氟乙烯。
此外，所述外部槽可包括不锈钢。
另外，所述外部槽可包括有涂层的金属。所述有涂层的金属可为铝，所述涂层可为乙烯-四氟乙烯。
此外，所述清洁系统可进一步包括换能器，所述换能器放置在所述外部槽和所述衬里之间用于搅动包含在所述外部槽和所述衬里内的溶液。
此外，所述清洁系统可进一步包括：换能器，所述换能器放置在所述外部槽和所述衬里外部用于搅动包含在所述外部槽和所述衬里内的溶液，所述换能器放置在所述外部槽的底部下方；以及一个或多个附加的换能器，所述附加的换能器耦接至所述外部槽的垂直壁。
在又另一个实施方式中，清洁系统包括：外部槽，所述外部槽包括不锈钢；衬里，所述衬里设置在所述外部槽内用于保持流体，所述衬里包括聚丙烯、聚乙烯或聚二氟乙烯；循环系统，所述循环系统耦接至所述槽用于使所述衬里中的所述流体循环，所述循环系统包括第一泵和用于将颗粒从所述流体中移除的过滤器：液体颗粒计数器，所述液体颗粒计数器与所述衬里的内部连通；以及第二泵，所述第二泵设置在所述液体颗粒计数器的下游以使来自所述衬里的所述内部的流体移动通过所述液体颗粒计数器。
附图说明
为了能够详细的理解本公开内容上述记载的特征，可参照实施方式获得上文简要概括的本公开内容的更特定的描述，一些实施方式绘示于附图中。然而，需要注意的是附图仅仅绘示示例性实施方式，因此，附图不应被视为对本公开内容的范围的限制，并且本公开内容可以允许其他同等效力的实施方式。
图1A是根据本公开内容的一个方面的清洁系统的示意图。
图1B是根据本公开内容的一个方面的清洁系统的示意图。
图2是根据本公开内容的一个方面示出在清洁工艺期间的颗粒计数的曲线图。
为了利于理解，尽可能使用了相同的附图标记以指代各图共用的相同元件。应考虑到的是，一个实施方式的元件和特征可以有利的并入到其他实施方式中，而无需另外说明。
具体实施方式
本公开内容的实施方式大体上涉及清洁基板，尤其是，涉及用于清洁工艺的终点检测的方法和装置。所述装置包括外部清洁槽、衬里和耦接至所述衬里的循环系统。所述循环系统包括用于将颗粒从流体中移除的过滤器。流体颗粒计数器流体耦接至所述衬里中的流体以用于进行颗粒计数。还描述了使用所述装置的方法。
图1A是根据本公开内容的一个方面的清洁系统100A的示意图。清洁系统100A包括围绕衬里104的外部清洁槽102。换能器106放置在外部清洁槽102的下部中。可选支撑件108放置在换能器106上以支撑衬里104并且将衬里104和换能器106间隔开。选择性地，支撑件108可放置成使得衬里104搁置在外部清洁槽102的内表面上，因此，衬里104不接触换能器106。工件支撑件110放置在衬里104内，从而利于在清洁作业期间支撑工件112。
外部清洁槽102和衬里104每一个可以为圆形、椭圆形、多边形、正方形、矩形、或任意其他合适的形状以用于分别容纳流体114a、114b。在一个实施方式中，衬里104可由诸如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚二氟乙烯(PVDF)之类的材料制造而成，而外部清洁槽102可由不锈钢或有涂层的金属(例如，具有乙烯-四氟乙烯(ETFE)涂层的铝)形成。也考虑到其他不受清洁化学品侵害且不会产生大量微粒的材料。为了减少交叉污染，可根据位于衬里104中的工件112的材料而移除并替换衬里104。在一个实例中，包含在外部清洁槽102和衬里104的每一个中的流体114a和114b是去离子水。应考虑到的是，包含在外部清洁槽102和衬里104的每一个中的流体114a和114b可以是其他流体，例如，一种或多种溶剂、诸如标准清洁1(SC1)之类的清洁溶液、选择性沉积物去除试剂(SDR)、表面活性剂、酸类、碱类或任意其他有助于将污染物和/或微粒从组成部件移除的化学品。
换能器106被配置为提供超声或兆声能量至流体114a、114b，从而利于工件112的清洁。可例如使用压电致动器或任意其他能够生成所需振幅的超声或兆声频率的振动的合适机构来实现换能器106。换能器106可以是所示的单一换能器，或可以是换能器阵列，所述换能器阵列被定向为将超声能量导向其中放置工件112的衬里104中。换能器106可以配置成将超声或兆声能量导向正交于工件112的边缘的方向，或相对于该正交方向成一角度的方向。在一个实施方式中，换能器106的尺寸被设计成长度与装置(mean)或工件112的外径大致相等。在另一个实施方式中，换能器106的长度可以大于工件112的长度。来自电源116，例如射频电源，的电力可以施加于换能器。
当换能器106通过流体114a将能量导向衬里104中时，流体114b中引起声流，例如微气泡流。所述声流有助于将污染物从工件112移除，并且使移除的颗粒在流体114b内保持运动。清洁颗粒的持续运动减少了移除的颗粒重新附着至工件112的可能性。颗粒经由循环系统120从流体114b中移除。
循环系统120将流体114b从衬里104中移除，使流体114b循环通过线内液体颗粒计数器(LPC)122和过滤器124，接着使流体114b经由第一管道121返回至衬里104。可以使用泵126来促进流体114b移动通过循环系统120。应考虑到，可改变LPC 122、过滤器124和泵126的顺序。LPC 122测量流体114b中微粒的量，因此指示工件112的清洁程度。在测量操作之后以及流体114b返回至衬里104之前，过滤器124将微粒从流体114b中移除。示例性过滤器尺寸可以包括0.01微米至10微米的过滤器。示例性过滤器尺寸还可以包括0.04微米至1微米的过滤器。尽管图1A中示出了单一过滤器124，但是应当理解，本文描述的实施方式考虑到多个相似或不同尺寸的过滤器的使用。由于经由LPC 122测量的颗粒计数减少，因此工艺终点可以经由LPC 122来确定。可以通过流体114b中达到LPC 122测量的预定颗粒计数来指示过滤工艺的终点。
当颗粒穿过检测腔室时，LPC 122使用高能量光源来照射颗粒。由于颗粒穿过光源(通常是激光)生成的光束，通过光电探测器对重定向的光进行检测。所述终点可以通过监测由流体114b的颗粒阻挡的光来确定。测量被散射的光或被阻挡的光的幅度(amplitude)，对颗粒进行计数并制成表格。示例性LPC装置包括，例如，可从日本的RION有限公司购得的KS-42A液载颗粒计数器。在某些实施方式中，LPC 122包括内部泵。
清洁系统100A还包括第二LPC 128，例如，离线(offline)LPC。流体114b的样本通过第二管道130经由泵132提供至第二LPC 128。第二LPC适用于在通过循环系统120进行过滤的终点之后对流体114b进行分析。在一个实施例中，第二LPC 128可使用与LPC 122相似的光或测量技术。也考虑到其他技术。
传统的清洁工艺使用批量液体颗粒计数测试，所述测试要求在腔室组成部件清洁工艺期间进行脱线实验室分析。这要求系统操作者人工取出清洁溶液的样本，并将该样本送至装置外以用于颗粒分析。如果该样本没有满足所要求的颗粒计数规格，则要求继续清洁部件，以及取出附加的样本和进行颗粒计数分析所对应的工具停机时间。这导致了重复实验室分析，然后重复清洁顺序的高成本。然而，本公开内容的各方面能够进行原位(onsite)线内和离线测量，而无需操作者取出样本。因此，能够使用本公开内容的各方面更快的进行通常比线内液体颗粒计数更准确的离线液体颗粒计数，同时，将污染机会和停机时间最小化。
虽然图1A示出了一个实施方式，但也考虑到其他实施方式。虽然仅示出放置在衬里104下方的一个换能器106，但可以使用多个换能器。例如，附加的或替代的换能器106可以沿着衬里104的侧边沿垂直方向安置，从而将超声或兆声能量从侧边导向工件112。换能器106可以放置在衬里104内部或衬里104外部用于间接超声处理。换能器106可以放置在外部清洁槽102外部。在一个实施方式中，换能器106可以放置在外部清洁槽102中，从而将超声或兆声能量导向工件112。
图1B是根据本公开内容的一个方面的清洁系统100B的示意图。清洁系统100B与清洁系统100A相似。然而，清洁系统100B所包括的换能器106放置在外部清洁槽102外部，而非如图1A中所示的放置在外部清洁槽102内部。将换能器106放置在外部清洁槽102外部减少了流体114a的污染，也减少了换能器106的磨损。此外，当换能器位于外部清洁槽102外部时，换能器106的维修得以简化。另外，清洁系统100B包括耦接至外部清洁槽102的垂直壁的一个或多个换能器160(示出两个)以将能量导向流体114b，从而利于工件112的清洁。附加的换能器160有利于改善清洁并减少清洁时间。
在清洁系统100B中，泵132放置在LPC 128的下游。在这个实施方式中，由于来自泵132的污染减轻，因此通过LPC 128的流体114b的测量可以更加准确。另外，在图1B中示出的实施方式中，仅使用单一LPC。在这个实施方式中，省去了LPC 122(图1A中所示)，LPC 128进行线内和离线LPC测量。当循环系统120运行时，LPC 128进行线内测量，当循环系统120未运行时，LPC 128进行离线测量。与使用多个LPC的清洁系统100A相比，单一LPC的使用降低了设备成本。
通常，系统控制器(未示出)可以用来控制在清洁系统100A或100B中设置的一个或多个控制器部件。所述系统控制器通常设计成利于整个清洁系统100A或100B的控制和自动化，且主要包括中央处理单元(CPU)(未示出)、存储器(未示出)和支持电路(或I/O)(未示出)。所述CPU可以是用于工业设定中以用于控制各种系统功能、基板移动、腔室工艺和支持硬件(例如，传感器、机器人、马达、灯等)的任意一种形式的计算机处理器，且所述计算机处理器监测所述工艺(例如，基板支撑件温度、电源变量、腔室处理时间、处理温度、I/O信号、换能器功率等)。存储器连接至CPU，并且可以是一个或多个现有的存储器，例如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、或本地或远程的任意其他形式的数字储存器。软件指令和数据能够编码并储存在存储器内用于指示CPU。支持电路也连接至CPU用于以传统的方式支持处理器。支持电路可以包括高速缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路、子系统及类似装置。
系统控制器可读的程序(或计算机指令)确定哪些任务可以在基板上执行。优选的，所述程序为系统控制器可读的软件，包括代码以执行与移动的监测、执行和控制、支持和/或基板的定位有关的任务，以及在清洁系统100A或100B中执行的各种工艺配方任务和各种腔室工艺配方步骤。在一个实施方式中，系统控制器还包含用于本地控制清洁系统100A中的一个或多个模块的多个可编程逻辑控制器(PLC)。
图2是根据本公开内容的一个方面示出在清洁工艺期间的颗粒计数的曲线图250。为了利于图2的说明，将参照图1B对图2进行说明。在t0处，工件112放置在衬里104中，换能器106通电以在衬里104中产生声流。从t0到t1，由于声流，颗粒从工件112移除，并进入流体114b。流体114b经由循环系统120从衬里104中移除，其中流体114b经由LPC 128测量，经由过滤器124过滤，并返回到衬里104。这些操作不断重复直到颗粒水平达到由LPC128测量的预定终点。所述终点由时间t1处的颗粒水平来指示。线252表示LPC 128测量的颗粒的浓度，更特定地说，具有至少0.2微米的尺寸的颗粒的浓度。然而，应考虑到，可替代地或附加地监测其他尺寸。例如，可以测量具有约0.03微米至约1微米的尺寸范围的颗粒，例如，约0.5微米。
在时间t1处，换能器106关闭，而经过循环系统120的流动继续进行。从时间t1和时间t2继续进行流体114b的过滤。在时间t2处，换能器106打开，而经过循环系统120的循环关闭(因此，为了LPC测量，提供一固定体积)。时间t3可以是从时间t2开始的约X分钟，例如约1-30分钟或约5-10分钟，在时间t3处换能器106关闭，流体114b的样本输送至LPC 128。确定该样本的浓度，并且通过获知流体114b的总体积，能够确定总污染水平。如果输送至LPC 128的样本在预定颗粒计数(或浓度)之下，则完成清洁工艺，工件112从衬里104中移除。否则，将电力施加于换能器106和泵126，清洁操作从t0重复。应考虑到，可以在各操作之间冲洗第一管道121、第二管道130或过滤器，或根据需要进行冲洗。虽然线252示出了从t0到t3的连续颗粒计数，但应考虑到，可以在间隔中，例如每隔15秒至每隔1分钟，进行颗粒计数。可以利用控制器(现示于附图中)将本文描述的操作自动化。
本文使用了术语“线内”和“离线”测量。通常，线内测量是指当样本的体积不固定时，或当流体移动通过循环系统120时进行的测量。反之，“离线”测量是指当系统中的流体静止，且循环系统120未使流体循环时进行的测量。
由于清洁期间操作者交互作用的减少，本公开内容的优势包括减少污染的可能性和改善清洁时间。此外，能够在清洁容器处明确地确定离线终点。因为能够在清洁容器处立即确定终点，所以无需等待送至装置外的样本分析，因此消除了指示继续清洁时的延迟。
虽然前文针对本公开内容的实施方式，但在不背离本公开内容的基本范围的情况下，可以设计本公开内容的其他以及进一步的实施方式，并且本公开内容的范围由下文的权利要求来确定。

Claims (15)

1.一种清洁系统，其特征在于，包括：
外部槽；
衬里，所述衬里设置在所述外部槽内用于保持流体；
循环系统，所述循环系统被配置为使所述衬里中的所述流体循环，所述循环系统包括：
第一液体颗粒计数器；
过滤器，所述过滤器设置在所述第一液体颗粒计数器的下游；以及
第一管道，所述第一管道将所述过滤器和所述第一液体颗粒计数器串联地流体耦接至所述衬里；
第二液体颗粒计数器；以及
第二管道，所述第二管道被配置为将容纳在所述衬里中的所述流体提供至所述第二液体颗粒计数器。
2.根据权利要求1所述的清洁系统，其特征在于，所述第一液体颗粒计数器和所述第二液体颗粒计数器连接至不同的泵。
3.根据权利要求1所述的清洁系统，其特征在于进一步包括：
支撑件，所述支撑件将所述衬里和所述外部槽间隔开，所述外部槽保持所述衬里与所述外部槽之间的流体。
4.根据权利要求1所述的清洁系统，其特征在于进一步包括：
换能器，所述换能器放置在所述外部槽与所述衬里之间而被配置为搅动保持在所述外部槽内的所述流体。
5.根据权利要求1所述的清洁系统，其特征在于，所述衬里由聚丙烯、聚乙烯或聚二氟乙烯构成。
6.根据权利要求5所述的清洁系统，其特征在于，所述外部槽由不锈钢或有涂层的金属构成。
7.根据权利要求6所述的清洁系统，其特征在于，所述有涂层的金属为铝并且所述涂层为乙烯-四氟乙烯。
8.根据权利要求1所述的清洁系统，其特征在于进一步包括：
换能器，所述换能器被放置为输送能量通过所述衬里并将所述能量输送至设置在所述衬里中的所述流体中。
9.根据权利要求8所述的清洁系统，其特征在于，所述换能器放置在所述外部槽的外部。
10.根据权利要求9所述的清洁系统，其特征在于进一步包括：
耦接至所述外部槽的垂直壁的一个或多个附加的换能器。
11.一种清洁系统，其特征在于，包括：
外部槽；
衬里，所述衬里设置在所述外部槽内；
第一液体颗粒计数器，所述第一液体颗粒计数器在循环系统的线内，所述循环系统被配置为使保持在所述衬里中的流体循环；以及
第二液体颗粒计数器，所述第二液体颗粒计数器从所述循环系统离线，所述第二液体颗粒计数器被配置为对保持在所述衬里中的流体采样。
12.根据权利要求11所述的清洁系统，其特征在于，所述第一液体颗粒计数器和所述第二液体颗粒计数器连接至不同的泵。
13.根据权利要求11所述的清洁系统，其特征在于进一步包括：
换能器，所述换能器被配置为给设置在所述衬里中的流体提供能量，所述换能器放置在所述外部槽与所述衬里之间。
14.根据权利要求11所述的清洁系统，其特征在于进一步包括：
换能器，所述换能器被放置为输送能量通过所述衬里并将所述能量输送至设置在所述衬里中的所述流体中，所述换能器放置在所述外部槽的外部。
15.根据权利要求14所述的清洁系统，其特征在于进一步包括：
耦接至所述外部槽的垂直壁的一个或多个附加的换能器。
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