TW201628726A - 乾燥化模組中之可移動氣體噴嘴 - Google Patents

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Abstract

此處提供藉由以下者之清洗晶圓的方法及設備：利用水膜塗佈晶圓的活性表面，以清洗該晶圓；將氣體自氣體噴嘴傳送至活性表面的中心，以破壞活性表面上之水膜，從而在旋轉晶圓時形成濕-乾界線；以及藉由遵循濕-乾界線將氣體噴嘴從晶圓之活性表面的中心在徑向上向外移動至邊緣。藉由追蹤晶圓上的濕-乾界線，如照相機、或電荷耦合裝置的追蹤裝置及系統可與清洗晶圓的設備一起使用，以使氣體噴嘴遵循該濕-乾界線移動。此處提供的清洗設備可與蝕刻工具整合。

Description

乾燥化模組中之可移動氣體噴嘴
本發明相關於清洗晶圓的方法及設備。
在半導體製造製程中使用晶圓清洗方法及設備，以在處理結束時、並為後續處理做準備而提供清潔的晶圓表面。尤其，在蝕刻製程之後，並於沉積複數層之前、或之後，經常使用晶圓清洗，以減少晶圓表面上的粒子及污染。
此處提供清洗及乾燥化晶圓的方法。一實施態樣涉及藉由以下者的晶圓清洗方法：利用水膜塗佈晶圓的活性表面，以清洗該晶圓；將氣體自氣體噴嘴傳送至活性表面的中心，以破壞活性表面上之水膜，從而在旋轉晶圓時形成濕-乾界線；以及當水膜被破壞時，藉由遵循該濕-乾界線，將氣體噴嘴自晶圓之活性表面的中心在徑向上向外移動至邊緣。在一些實施例中，氣體係氮。
在一些實施例中，當將水傳送至晶圓的活性表面時，也將水傳送至晶圓的背面。透過使水以約0.5  l/min的流速流動，可將水傳送至晶圓的背面。
在不使氣體噴嘴移動至水傳送位置的條件下，可將水噴嘴移動至將水傳送至晶圓之活性表面中心的水傳送位置中。可自水傳送位置移走水噴嘴，且可將氣體噴嘴移動至將氣體傳送至活性表面中心的氣體傳送位置中。
氣體傳送位置及水傳送位置可處於實質上相同的位置。氣體傳送位置及水傳送位置可分別地引導氣體射流或水射流至晶圓的中心。
在一些實施例中，利用水膜對晶圓之活性表面的塗佈包含使水以約1.5 l/min的流速流動。可將水傳送至晶圓的中心，持續約20秒與約30秒之間的時間。也可在大氣壓力下清洗晶圓。在一些實施例中，氣體的傳送包含使氣體以約2 l/min與約20 l/min之間的流速進行流動。
在各種實施例中，追蹤裝置偵測濕-乾界線、並提供反饋迴路，從而對應於移動的濕-乾界線移動氣體噴嘴。
另一實施態樣可涉及包含清洗模組和晶圓成像系統的晶圓清洗設備，該清洗模組包含：水噴嘴、氣體噴嘴、用以在清洗期間固持晶圓並旋轉晶圓的晶圓固持器、以及定向成在晶圓於晶圓固持器上受到固持及旋轉時偵測晶圓表面的追蹤裝置；該晶圓成像系統包含用以利用表面的光學特性而偵測晶圓表面上濕-乾界線的圖像分析邏輯、及用以對應於自追蹤裝置所收集之資料而移動氣體噴嘴的反饋機構。
氣體噴嘴可自晶圓邊緣外的一點進行樞轉。氣體噴嘴可自晶圓表面外的一點進行樞轉。
在一些實施例中，清洗設備係與蝕刻設備整合，該蝕刻設備包含用以在晶圓上蝕刻圖案的一或更多處理室、及晶圓轉移工具。在一些實施例中，蝕刻設備係平台或叢集工具。光學的特性可包含偏振程度、或反射、或色彩及亮度。
該等及其他實施態樣係於以下參考圖式作進一步描述。
在以下描述內容中，提出許多具體的細節，以提供對所呈現之實施例的透徹理解。所揭露實施例可在沒有該等具體細節的一些或全部者的條件下實行。在其他情形中，已熟知的製程操作並未作詳細描述，以避免不必要地模糊所揭露實施例。儘管所揭露實施例將結合具體的實施例而進行描述，但即將理解的是，該具體的實施例並非意在限制所揭露之實施例。
對晶圓的蝕刻經常在晶圓的表面上導致粒子或污染物，若該粒子或污染物未被移除，則其可能對半導體裝置造成損壞。例示性的污染物包含蝕刻製程後殘留在晶圓表面上的含鹵素材料。如此材料的範例包含鹵素，該鹵素一旦暴露至空氣則可能形成鹵化氫。該等鹵化氫係可能導致裝置晶圓上良率損失的缺陷。因此，在蝕刻製程之後，經常在與晶圓蝕刻工具相分離的工具上沖洗及乾燥化晶圓，以移除任何的如此污染物，並針對後續處理（例如，沉積製程）準備晶圓。
在習知的清洗技術中，設置晶圓以供清洗。晶圓係藉由晶圓卡盤而受到固持，並在清洗及乾燥化製程期間旋轉。將去離子水傳送至晶圓，以沖洗晶圓，繼而引入氣體以支援晶圓的乾燥化。如此處所使用，用語「水」可解釋為去離子水、或者適合用於清洗部分製造半導體裝置的其他液體。氣體的組合物將晶圓吹乾，並且晶圓上作用於水上的離心力使晶圓乾燥。然而，氣體噴嘴在乾燥化操作期間係固定的，因此由於不均勻的乾燥化過程及對離心力的依賴，可能形成水痕。在習知的晶圓旋轉-沖洗-乾燥化製程之後，可能仍殘留有水滴，尤其在離心力較小的晶圓中心附近。
在一些習知的技術中，水及氣體噴嘴係在指向晶圓中心之固定的接合噴嘴中。因為噴嘴係固定的、且同位置協作的，所以在任何給定的時間，僅可調整水射流或氣體射流而不是兩者，以打擊晶圓的中心。氣體及水射流的位置不可獨立地受到控制。因此，儘管可將噴嘴定位於較遠離晶圓的中心，以預防來自水射流的飛濺，但如此之位置對於氣體射流有效地吹乾晶圓而言，可能過於遙遠。即使可移動接合噴嘴，但水及氣體噴嘴係一起移動，且因此兩者都指向晶圓的中心係不可能的。接合噴嘴也具有有限的移動。
此處提供清洗晶圓的方法和設備，該方法和設備使用獨立受控的水及氣體噴嘴，可選地伴隨著追蹤裝置及系統，以在乾燥化製程期間控制移動氣體噴嘴。該方法涉及沖洗晶圓、以及利用氣體射流（例如，氮）吹乾晶圓，後者使用位於晶圓之上的、在遠末端安裝有噴嘴的可旋轉氣體管線，用以進行氣體傳送。噴嘴可定向成在發射自噴嘴之氣體射流與晶圓表面之間維持法線角，其中便形成了在徑向上向外移動的濕-乾界線。晶圓係受到更均勻的乾燥，且水痕係被減少或消除。在某些實施例中，此處提供的設備包含具有積體清洗模組的蝕刻工具，其中清洗模組包含具有反饋迴路的追蹤裝置，以在乾燥化製程期間，相關於形成於晶圓上之移動的濕-乾界線而移動氣體噴嘴。 方法
圖1係根據所揭露實施例描述各種操作的處理流程圖。轉移晶圓至清洗模組中之前，可定向水噴嘴，使得水噴嘴之末端上的開口係遠離清洗模組內待放置晶圓之處而定位。針對清洗製程而安裝晶圓後，噴嘴係在晶圓之活性表面之上進行定位。見操作220。在一些實施例中，使用工具轉移自動機器將晶圓自蝕刻作業站轉移至清洗模組。晶圓可利用晶圓固持器而被固持定位，該晶圓固持器可包含對準及/或夾持構件，以在晶圓旋轉期間固持晶圓。晶圓可為矽晶圓（例如，200-mm晶圓、300-mm晶圓、450-mm晶圓），包含具有一或更多材料（例如，電介質材料、傳導材料、或半傳導材料）沉積於其上的晶圓。晶圓可包含特徴部，例如在之前製程中所蝕刻之特徴部。噴嘴可為用以傳送去離子水射流的水噴嘴，以及用以傳送氣體（例如氮、或氬）的氣體噴嘴。可將水或氣體傳送通過噴嘴之末端處的開口。在某些實施例中，當水噴嘴未使用時，將水的持續滴注傳送至水噴嘴，可使用約每兩秒鐘之滴注。根據所揭露之實施例，也可在任何清洗製程期間，如期望般地關閉水噴嘴滴注。在一些實施例中，兩個噴嘴係獨立地受到控制，使得每一噴嘴的定向可不同地進行設定，且一噴嘴的移動並不依賴於任何其他噴嘴的移動。在晶圓之上定位噴嘴後，該製程將水通過水傳送位置傳送至晶圓的中心。見操作230。晶圓可相關於中心軸而進行旋轉，以在整個晶圓表面的範圍傳送水，從而形成膜、並清洗晶圓。晶圓已清洗後，在如圖1中所示之二操作中使晶圓乾燥。首先，氣體噴嘴傳送如氮的乾燥化氣體至晶圓的中心，其中乾燥化氣體突破水膜。見操作240。最終，藉由遵循濕/乾界線，控制系統在徑向上將氣體噴嘴向外移動至晶圓邊緣。見操作250。
圖2係描述操作220之詳細操作的處理流程圖。在操作221中，關閉水噴嘴滴注，以預防水滴在晶圓上，水滴在晶圓上可使晶圓有斑點。關閉水噴嘴滴注後，在操作223中，在晶圓範圍內將水噴嘴定位至如晶圓中心的晶圓位置。晶圓中心可定義為晶圓之中心點中具有約0.5英吋之直徑的圓內的任何點。在一些實施例中，可引導水噴嘴開口至晶圓中心。在一些實施例中，水噴嘴之末端可係稍微偏心，使得水射流將以一角度（例如，相關於晶圓法線約20至約70度之間、或約45度）打擊晶圓中心內的晶圓表面。
在一些實施例中，也將氣體噴嘴定位於實質上與水噴嘴相同的位置。在一些實施例中，該位置係晶圓的中心。舉例而言，指向實質上相同方向的噴嘴將其開口指向具有約0.5英吋之直徑圓內的晶圓中心。氣體噴嘴的長度可長於水噴嘴，使得氣體噴嘴係在氣體噴嘴的末端定位於晶圓中心之正上方的條件下以一角度進行定位。氣體噴嘴可安裝成使得在發射自噴嘴之氣體的方向與晶圓表面之間維持法線角。舉例而言，氣體噴嘴可指向下，使得噴嘴係垂直於晶圓平面，且管線的樞轉點（旋轉的中點）在模組的角落。
在操作223期間，水噴嘴也可被定位於晶圓的下方，使得水噴嘴的底部係被定位成將水射流引導至晶圓背面的中心，以清洗背面。
圖3係清洗模組之俯視圖的示意性描述，該清洗模組具有：具有水噴嘴304的水傳送臂，及具有氣體噴嘴306的氣體傳送臂，其中每一者係定位於晶圓302之上，且每一者在其遠端（遠離樞軸而設置的遠端）具有噴嘴。如顯示，兩噴嘴係被定位成使得在水射流自具有水噴嘴304之水傳送臂噴入時，水射流將被引導至晶圓302的中心，且具有氣體噴嘴306之氣體傳送臂的噴嘴係被定位於晶圓302之中心的正上方。
圖4係清洗模組之俯視圖的示意性描述，該清洗模組具有被樞轉至晶圓邊側的氣體噴嘴306，使得水噴嘴304係受引導至晶圓的中心。該等噴嘴可在如以下所描述的某些製程後進行移動。如此處所描述之用語「樞轉」意指沿軸旋轉。舉例而言，若圖3描述樞轉前的清洗模組，且圖4顯示樞轉後的清洗模組，則氣體噴嘴306係受到樞轉，使得其沿軸旋轉，該軸係處於所描述之清洗模組的頂部右邊緣位置，且氣體噴嘴306樞轉成遠離晶圓302的中心而移動。儘管本揭露內容在各種操作中將噴嘴描述為受到樞轉，但可採用其他移動方法，例如移動或旋轉。
在操作226中，將照相機及/或其他感測裝置（例如，電荷耦合裝置（CCD，charge-coupled device））定位於晶圓之上。在一些實施例中，該裝置係於晚一點的時間而進行定位。關於照相機及/或其他感測裝置的進一步討論係於以下提供。
在操作227中，晶圓固持器旋轉晶圓，使得晶圓進行旋轉。晶圓固持器可具有凸輪機構，以在晶圓旋轉時於晶圓上施加夾持力。在某些實施例中，旋轉速度係約300rpm，高達約3000rpm。注意，晶圓在整個操作230-250過程中持續進行旋轉。
返回至圖1，將噴嘴定位後，在操作230中，將水通過水噴嘴傳送至晶圓的中心。水可同時自面向晶圓活性表面的水噴嘴、及自面向晶圓背側的水噴嘴而傳送。
圖5係針對執行操作230描述詳細操作的處理流程圖。在操作231中，開啟水噴嘴射流，以使水傳送至晶圓的中心。在一些實施例中，在操作231中，覆蓋水薄膜至晶圓的表面上。在一些實施例中，覆蓋水薄膜至晶圓的活性表面上。水至晶圓活性表面的流速可為約1.5 l/min，而水至晶圓背側的流速可為約0.5 l/min。操作231的開始或開啟點係可調整的。在一些實施例中，晶圓的活性表面可利用水而進行沖洗約20至約30秒。注意，在操作231期間，晶圓係持續地旋轉，並且因此實質上所有的水由於作用在膜上之水上的離心力而在沖洗期間自晶圓的邊緣被甩出。在操作233中，關閉頂端水噴嘴及底部水噴嘴的水，，並且也關閉水滴注，使得自水噴嘴沒有水流動。在關閉頂部噴嘴之前約2秒，先關閉底部噴嘴，以預防由於離心力而自晶圓背側被甩出的水溢流至晶圓的活性表面上。一旦關閉水射流，水薄膜便留在晶圓的表面上。
在操作235中，使水噴嘴可選地向晶圓的邊緣進行樞轉，而使氣體噴嘴向晶圓的中心進行樞轉，直至該氣體噴嘴係處於類似圖4中所描述之內容的位置，不同的是氣體噴嘴306指向中心，且水噴嘴304係被樞轉通過晶圓的邊緣。在一些實施例中，若使兩噴嘴定位至如以上相關於圖3而描述之中心，則可使水噴嘴304樞轉至晶圓的邊緣，而氣體噴嘴306保持原位。注意，氣體噴嘴旋轉的度數可為約20至約120度。在一些實施例中，例如在圖3中已定位的水噴嘴304與氣體噴嘴306在操作236中可以不移動。若不移動噴嘴，則在晶圓進行乾燥時，至水噴嘴304的水滴注保持關閉狀態。可將水及氣體噴嘴位置編程至控制器的配方中。注意，水及氣體噴嘴的長度可有所不同，使得在其兩者樞轉時，兩噴嘴將不會碰撞。在一些實施例中，樞轉一噴嘴，而另一者保持固定。在一些實施例中，同時樞轉兩噴嘴。
在操作237中，假設水噴嘴並非係被定位於晶圓之上、且不存在細菌生長的風險，可開啟水噴嘴滴注。
返回至圖1，在操作240中，將氣體通過氣體噴嘴傳送至晶圓的中心，以破壞晶圓表面上的水薄膜。可使用任何適合的惰性氣體，例如氮或氬。在各種實施例中，使用氮，使得當晶圓表面受到乾燥、並且在移除水膜後便立即被暴露至氮時，晶圓的表面係受到保護，免於任何不想要的氧化作用。氣體也有助於使晶圓乾燥。一旦乾燥，晶圓的表面便不容易受到氧化作用。
將氣體直接地傳送至晶圓的中心，因為儘管晶圓係正在旋轉且離心力可向外壓迫表面上的水，但晶圓表面僅有的、不具有離心力的部分係晶圓的中心。將氣體傳送至中心，直至膜從晶圓的中心開始破裂，這大約可為1秒。可使氣體以約2 l/min與約20 l/min之間的流速流動，或者約5 l/min的流速。針對較高的流速而言，在增加流速之前，先使氣體以約1 l/min至約5 l/min流動約1秒，以預防因為初始氣體在晶圓中心爆發而發生飛濺。一旦膜破裂，濕-乾界線便在晶圓表面上形成。濕-乾界線係定義為晶圓表面上分隔乾晶圓表面與濕晶圓表面的界線。在一些實施例中，濕-乾界線係圓形的，使得由濕-乾界線所形成之圓的中心即為晶圓的中心。典型地，因為由晶圓的旋轉而導致的離心力，濕-乾界線在徑向上向外移動。
在操作250中，氣體噴嘴係在徑向上向外移向晶圓邊緣，隨後即為濕-乾界線，該濕-乾界線也在徑向上正在向外移動。注意，整個操作250過程中，氣體噴嘴持續使氣體流動。氣體噴嘴移動的速度及濕-乾界線移動的速度取決於晶圓旋轉速度、晶圓的親水性及疏水性、氣體的流速、及其他可能的參數。
圖6係針對圖1中操作250描述詳細操作的處理流程圖。在操作251中，觀察或偵測晶圓上的水膜，以判定晶圓上的水膜在中心被傳送至晶圓中心的氣體破壞的時間。在各種實施例中， 晶圓上水膜的邊緣係藉由追蹤裝置、及對應的晶圓圖像分析系統而受到偵測。
水薄膜可展現各種光學的特性，使得晶圓表面在乾表面與濕表面之間具有不同的特徵。表面的濕或乾係藉由在任何給定的點，晶圓表面上是否有水而受到偵測。追蹤裝置可使用以下特徵的任何一或更多者來偵測水膜被破壞的時間：色彩、亮度、反射、及/或偏振程度。
舉例而言，電荷耦合裝置（CCD，charge-coupled device）可偵測晶圓上的點，並且針對特定色彩估算亮度、或強度。可在照相機上使用過濾器，使得照相機偵測已過濾的色彩。在一些實施例中，可使用兩個或三個二極體（每一者具有其自身的光譜敏感度）來追蹤特定的色彩，以在範圍上進行限縮。可使用各種技術來做色彩偵測。舉例而言，2013年6月26日申請、名為「ELECTROPLATING AND POST-ELECTROFILL SYSTEMS WITH INTEGRATED PROCESS EDGE IMAGING AND METROLOGY SYSTEMS」的美國專利申請案第13/928,141號，以及2014年1月21日申請、名為「METHODS AND APPARATUSES FOR ELECTROPLATING AND SEED LAYER DETECTION」的美國專利申請案第14/160,471號描述晶圓圖像分析系統，該晶圓圖像分析系統包含用以偵測色彩、及強度或亮度的照相機及/或CCD裝置。
在另一實施例中，追蹤裝置或照相機可偵測自水表面所反射的光。因為自水表面所反射的光係比自乾晶圓所反射的光偏振程度程度較大，所以裝置可在二或更多位置偵測偏振程度的相對量，從而識別濕-乾界線。在一些實施例中，膜偏振程度可藉由使用偏振濾光器而受到偵測。因為矽對於紅外光中的光而言係透明的，但卻吸收可見光，因此偵測器可使用該等特徵來判定正受偵測之表面是含有水，或是乾燥的矽。針對不同的晶圓表面材料，可採用其他的特定波長鑑別技術。
追蹤裝置偵測到水膜被破壞的時間後，在操作253中，照相機、或其他感測器及相關的追蹤裝置可進一步偵測由於離心力而在徑向上向外移動的濕-亁界線。當界線移動時，裝置將位置資訊發送至控制製程之操作的控制器。如此的資訊可包含濕-亁界線的位置坐標、濕-亁界線移動的速度、及其他資料。控制器由此資料判定氣體噴嘴的適當位置，使得氮或其他惰性氣體緊隨移動的界線後方而流動至表面上。控制器將位置控制訊號傳送至氣體噴嘴，如此即為實施了反饋迴路，使得在操作255中，氣體噴嘴可對應於所偵測之濕-亁界線而在徑向上向外移動。在另一實施例中，對噴嘴的控制並非係在即時反饋迴路中執行。可使用電腦及軟體來記錄作為時間函數的濕-亁界線位置，並且可使用此資訊來針對下一晶圓控制氣體噴嘴的移動。可記錄若干曲線，並取其平均，以產生用以控制噴嘴移動的黃金曲線。這將為其他任務釋出計算帶寬，並且降低電腦的成本。在各種實施例中，當氣體噴嘴及濕-亁界線在徑向上向外移動時，氣體噴嘴緊隨濕-亁界線，但在濕-亁界線後方維持小段的距離（例如，約一毫米或更小）。這確保受到乾燥的晶圓表面係立即被暴露至氮，而未被暴露至空氣，以預防氧化作用。所傳送的氣體也有助於使表面乾燥，這增加乾燥化製程的效率，並降低使晶圓完全乾燥所花費的時間。一旦濕-亁界線已到達晶圓的邊緣，且氣體噴嘴已越過晶圓的邊緣，則整個晶圓係被完全地乾燥化。然後，晶圓可停止旋轉、被返回至本位，以容許工具機器收集晶圓，並且轉移晶圓至另一作業站、另一腔室、或另一工具，以持續進行後續的處理。 設備
圖7提供旋轉-沖洗-乾燥之清洗模組712的範例。模組712包含晶圓固持器710、氣體噴嘴706、水噴嘴704、及追蹤裝置或感測器708。可將氣體噴嘴706安裝於用於氣體傳送（例如，N2 ）的可旋轉氣體管線（或，臂）的尖端（位於晶圓之上），使得氣體噴嘴係被安裝成為該管線的遠端，且氣體噴嘴係被定向成在發射自噴嘴之氣體射流與晶圓表面、以及與向外移動的濕-亁界線之間維持法線角。可將氣體噴嘴706安裝於管線的末端，且氣體噴嘴706垂直於晶圓表面指向下。可將管線的樞轉點（旋轉的中點）連接至步進器馬達，該步進器馬達可在幾毫秒的時間內對管線的角位置進行制動。樞轉點也可位於晶圓範圍之外。晶圓之上氣體噴嘴的徑向位置可經由控制器和反饋迴路而受到控制，使得氣體射流在晶圓表面上的打擊點緊隨徑向上向外移動之濕-亁界線的徑向位置。
每一噴嘴在噴嘴內可包含管線，且在噴嘴的末端上具有開口。水或氣體可通過管線而進行傳送、且通過噴嘴上的開口而進行釋放。可將噴嘴附接至模組，並且噴嘴可從與模組的附接點到達至晶圓表面上之範圍。
追蹤裝置708可用於經由圖像分析邏輯714而追蹤乾燥化製程、或追蹤界線（包含反饋迴路）。反饋迴路可估算不規則的液體表面破裂，並且可藉由利用安裝在氣體噴嘴706附近的追蹤裝置708而建立，使得追蹤裝置708感測到濕-亁界線的位置，並且藉由控制器將資訊饋送至上述步進器馬達，該步進器馬達調整氣體噴嘴706的角度位置。可對噴嘴移動的反饋控制進行編程，使得晶圓上濕-亁界線的徑向位置係永不被氣體噴嘴706超過。氣體噴嘴706的移動可獨立於水噴嘴704的位置而受到控制。
追蹤裝置708可為照相機、線性CCD裝置、或其他感測器。追蹤裝置708可包含由步進器馬達驅動的臂，以追蹤濕-亁界線、或晶圓的任何部分。追蹤裝置708可指向下被安裝在氣體噴嘴706附近。追蹤裝置708可偵測濕-亁界線的位置，該濕-亁界線在旋轉-乾燥化製程期間可自晶圓的中心在徑向上向外移動至晶圓的邊緣。
使可被連接至、或者可包含圖像分析邏輯714控制器730可選地連接至電腦。此邏輯判定界線介面的位置、以及氮射流之撞擊點與該界線的距離。此距離可經由製程配方而規定。成像軟體也可偵測液體表面的不規則破裂，該不規則破裂可導致水痕。在如此情形中可發佈警告或錯誤訊息。2013年6月26日申請、名為「ELECTROPLATING AND POST-ELECTROFILL SYSTEMS WITH INTEGRATED PROCESS EDGE IMAGING AND METROLOGY SYSTEMS」的美國專利申請案第13/928,141號、以及2014年1月21日申請、名為「METHODS AND APPARATUSES FOR ELECTROPLATING AND SEED LAYER DETECTION」的美國專利申請案第14/160,471號提供額外的解釋、以及針對晶圓圖像分析系統而使用之演算法的範例。
根據所揭露實施例，適合的模組712可包含：用以執行各種製程操作的硬體、以及具有用以控制製程操作之指令的控制器730。控制器730將典型地包含一或更多記憶體裝置、及一或更多處理器，該一或更多處理器係與各種製程控制設備（例如，閥、晶圓處置系統等）通訊連接、且係用以執行指令，使得設備將根據所揭露實施例而執行技術，例如，圖1之清洗操作中所提供的技術。根據本揭露內容，包含用以控制製程操作之指令的機器可讀媒體可被耦接至控制器730。控制器730可與各種硬體裝置（例如，質流控制器、閥、真空泵等）通訊連接，以促進對各種製程參數的控制，如此處所描述之該製程參數與清洗操作相關。
在一些實施例中，控制器730可控制模組712的所有活動。控制器730可執行儲存於大容量儲存裝置中、裝載至記憶體裝置中、以及執行於處理器上之系統控制軟體。系統控制軟體可包含用以控制以下者的指令：氣體流動的計時、晶圓移動等，以及用以控制以下者的指令：氣體之混合物、腔室及/或作業站壓力、腔室及/或作業站溫度、晶圓溫度、目標功率位準、基板基座、卡盤、及/或托座位置、以及藉由模組712而執行之特定製程的其他參數。系統控制軟體可以任何適合的方式而進行配置。舉例而言，可撰寫各種處理工具元件子程序或控制物件，以控制對實行各種處理工具製程而言有必要之處理工具元件的操作。系統控制軟體可以任何適合的電腦可讀程式語言而進行編碼。
在一些實施例中，控制器730（該控制器730可包含一或更多物理或邏輯控制器）控制蝕刻腔室之操作的一些或所有者。控制器730可含一或更多記憶體裝置、及一或更多處理器。處理器可包含中心處理單元（CPU, central processing unit）或電腦、類比及/或數位輸入/輸出連接、步進器馬達控制器板、及其他類似元件。用以實施適當控制操作的指令係在處理器上而進行執行。該等指令可被儲存於與控制器730相關的記憶體裝置上，或者該等指令可經由網路而提供。在某些實施例中，控制器730執行系統控制軟體。
系統控制軟體可包含用以控制應用的計時、及/或以下腔室操作條件之任何一者或更多者之大小的指令：複數氣體的混合物及/或組成、腔室壓力、腔室溫度、晶圓/晶圓支撐件溫度、晶圓移動速度、及藉由工具所執行之特定製程的其他參數。系統控制軟體可以任何適合的方式而進行配置。舉例而言，可撰寫各種處理工具元件子程序或控制物件，以控制對實行各種處理工具製程而言有必要之處理工具元件的操作。系統控制軟體可以任何適合的電腦可讀程式語言而進行編碼。
在一些實施例中，系統控制軟體包含用以控制以上描述之各種參數的輸入/輸出控制（IOC, input/output control）序列指令。舉例而言，晶圓清洗製程的每一階段可包含針對控制器730之執行內容的一或更多指令。舉例而言，用以針對沖洗階段設定製程條件的指令可包含於相對應的沖洗配方階段中。在一些實施例中，可順序地設置配方階段，使得圖案化製程（例如，二維製程）中之複數步驟係以針對該製程階段的某一順序執行。
在一些實施例中，可採用其他的電腦軟體及/或程序。針對此目的之程式或部分程式的範例包含晶圓定位程式、處理氣體組成控制程式、壓力控制程式、及加熱器控制程式。
在一些情形中，控制器730控制氣體濃度、及/或晶圓移動。舉例而言，控制器730可藉由以下方式控制氣體濃度：打開及關閉相關閥，以產生一或更多的入口氣體流，該入口氣體流提供適當的濃度的必要反應物。舉例而言，晶圓移動可藉由引導晶圓定位系統如期望般移動而受到控制。控制器730可控制該等及其他實施態樣，該實施態樣係基於感測器輸出（例如，當功率、壓力等達到某一臨界值時）、操作的計時（例如，在製程中的某些時間點將閥打開），或者係基於自使用者所接受的指令。
由Lam Research Corp. of Fremont, CA生產的KiyoTM 反應器係可用來實施此處所描述技術的適合的反應器的範例。如圖8中所顯示，反應器可包含於平台或叢集工具之真空側上，使得將如圖7中所描述之清洗模組整合於工具的大氣側上。圖8描述具有與真空轉移模組（VTM，vacuum transfer module）838相接合之各種模組的半導體製程叢集結構。用以在複數儲存設施及處理模組當中「轉移」晶圓之轉移模組的配置可稱為「叢集工具結構」系統（或平台）。也稱為裝載室的氣室模組830係與具有四個處理模組820a-820d的VTM（真空轉移模組）838一起顯示，可單獨地使該四個處理模組820a-820d最佳化，以執行各種製造製程。舉例而言，處理模組820a-820d可用來執行基板蝕刻、沉積、離子植入、晶圓清洗、濺射、及/或其他半導體製程。可如此處所揭露般地使用基板蝕刻處理模組其中的一或更多者（820a-820d其中的任何者），也就是說，根據所揭露實施例，用以沉積間隙-填充AHM層、沉積保形膜、蝕刻一維及二維圖案、晶圓平坦化、及其他適合的功能。氣室模組830及處理模組820可稱為「作業站」。每一作業站具有使作業站接合至VTM 838的結面836。在每一結面內，當晶圓826在各個作業站之間移動時，使用感測器1-18偵測晶圓826的通過。
自動機器822在複數作業站之間轉移晶圓826。在一實施例中，自動機器822具有一臂，且在另一實施例中，自動機器822具有兩臂，其中每一臂具有末端執行器824，以拿取如晶圓826的晶圓，用以進行輸送。大氣轉移模組（ATM，atmospheric transfer module）840中的前端自動機器832係用來將晶圓826自裝載埠模組（LPM，load port module）842中之卡匣或前開式晶圓傳送盒（FOUP，front opening unified pod）834轉移至氣室模組830。處理模組820中之模組中心828係用以放置晶圓826的位置。使用ATM 840中之對準器844對準晶圓。可將清洗模組899整合至設備，使得自動機器822拿取晶圓、並且轉移晶圓進出清洗模組899。清洗模組899可與圖7中所提供之範例類似。
在例示性處理方法中，將晶圓放置於LPM 842中之FOUP 834的其中一者中。前端自動機器832將晶圓自FOUP 834轉移至對準器844，該對準器844容許在晶圓826受蝕刻或處理之前，適當地使其居於中心。對準後，晶圓826係藉由前端自動機器832而移動至氣室模組830中。因為氣室模組具有匹配ATM與VTM之間之環境的能力，所以晶圓826能夠在不受損壞的條件下於兩個壓力環境之間移動。藉由自動機器822，將晶圓826自氣室模組830轉移通過VTM 838，並且至處理模組820a-820d其中一者中。為達成此晶圓移動，自動機器822在其臂的每一者上使用末端執行器824。一旦晶圓826已受處理，藉由自動機器822可將其自處理模組移動820a-820d轉移至氣室模組830。從此，藉由前端自動機器832，可將晶圓826移動至FOUP 834其中一者、或至對準器844。
應該注意，控制晶圓移動的電腦可在叢集結構的局域、或者可位於廠房內叢集結構之外、或者在遠端位置中並經由網路而連接至叢集結構。控制器850係用來控制以下者之控制器的範例：晶圓移動、氣體流動、溫度及壓力、以及其他條件。控制器850可包含一或更多記憶體裝置856、一或更多大容量儲存裝置854、以及一或更多處理器852。處理器852可包含CPU或電腦、類比及/或數位輸入/輸出連接、步進器馬達控制器板等。在一些實施例中，控制器850控制處理工具的所有活動。在一些實施例中，清洗模組899具有其自身的控制器。
在一些實施例中，控制器850係系統的一部分，該系統可為以上描述範例的一部分。如此系統可包含半導體處理設備，該半導體處理設備包含（複數）處理工具、（複數）腔室、（複數）處理平台、及/或特定的處理元件（晶圓基座、氣體流動系統等）。該等系統可與電子設備整合，以在半導體晶圓或基板的處理之前、期間、以及之後，控制該等系統的運作。該電子設備可稱為「控制器」，其可控制系統或複數系統的各種元件或子部件。取決於處理需求及/或系統類型，控制器850可程式設計成控制此處所揭露製程的任何者，包含處理氣體的傳送、溫度設定（例如，加熱及/或冷卻）、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻（RF, radio frequency ）產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流速設定、流體傳送設定、位置和操作設定、晶圓轉移（進出與特定系統相連接或相接合之工具及其他轉移工具、及/或裝載室）。
廣泛地講，控制器850可定義為具有用以接收指令、發佈指令、控制操作、啟動清洗操作、啟動終點量測以及類似者之各種積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子設備。積體電路可包含：儲存程式指令之韌體形式的晶片、數位訊號處理器（DSP，digital signal processors）、定義為特殊用途積體電路（ASIC，application specific integrated circuits ）的晶片、及/或一或更多微處理器、或執行程式指令（例如，軟體）的微控制器。程式指令可為以各種單獨設定（或程式檔案）之形式而傳達至控制器850或系統的指令，該單獨設定（或程式檔案）為實行特定的製程（在半導體晶圓上，或針對半導體晶圓）而定義操作參數。在一些實施例中，操作參數可以是由製程工程師為了在一或更多以下者的製造期間實現一或更多處理步驟而定義之配方的一部分：疊層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、以及/或者晶圓的晶粒。
在一些實施例中，控制器850可為電腦的一部分，或耦接至電腦，該電腦係與系統整合、耦接至系統、以其他網路的方式接至系統、或其組合的方式而接至系統。舉例而言，控制器850可在能容許遠端存取晶圓處理之「雲端」或廠房主機電腦系統的全部、或部分中。電腦可使系統能夠遠端存取，以監控製造操作的目前進度、檢查過去製造操作的歷史、自複數的製造操作檢查其趨勢或效能度量，以改變目前處理的參數、設定目前處理之後的處理步驟、或開始新的處理。在一些範例中，遠端電腦（例如，伺服器）可經由網路而提供製程配方至系統，該網路可包含局域網路或網際網路。遠端電腦可包含使得可以進入參數及/或設定、或對參數及/或設定進行程式設計的使用者介面，然後將該參數及/或設定自遠端電腦傳達至系統。在一些範例中，控制器850以資料的形式接收指令，該指令為即將於一或更多操作期間受到執行之處理步驟的每一者指定參數。應該理解，參數可特定地針對待執行之製程的類型、以及控制器850與之接合或加以控制之工具的類型。因此如上所述，控制器850可為分散式，例如藉由包含以網路的方式接在一起、且朝向共同之目的（例如，此處所描述之處理、及控制）而運作的一或更多的分離的控制器。用於如此目的之分散式控制器850的範例將是腔室上與位於遠端的一或更多積體電路（例如，在作業平臺位準處、或作為遠端電腦的一部分）進行通訊的一或更多積體電路，兩者相結合以控制腔室上之製程。
例示性系統可包含但不限於包含以下者：電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉沖洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清洗腔室或模組、斜角緣部蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積（PVD，physical vapor deposition）腔室或模組、化學氣相沉積（CVD ，chemical vapor deposition ）腔室或模組、原子層沉積（ALD ，atomic layer deposition ）腔室或模組、原子層蝕刻（ALE ，atomic layer etch）腔室或模組、離子植入腔室或模組、軌道腔室（track chamber）或模組、以及可在半導體晶圓的製造及/或加工中相關聯的、或使用的任何其他半導體處理系統。
如以上所提及，取決於即將藉由工具而執行之（複數）製程步驟，控制器850可與半導體加工工廠中之一或更多的以下者進行通訊：其他工具電路或模組、其他工具元件、叢集工具（cluster tools）、其他工具介面、鄰近的工具、相鄰的工具、遍及工廠而分布的工具、主電腦、另一控制器、或材料輸送中使用之工具，該材料輸送中使用之工具將晶圓容器帶至工具位置及/或裝載埠，或自工具位置及/或裝載埠帶來晶圓容器。
在一些實施例中，控制器850控制清洗模組899控制器。控制器850執行儲存於大容量儲存裝置854中、裝載至記憶體裝置856中、以及執行於處理器852上之系統控制軟體858。或者，可將控制邏輯硬編碼於控制器850中。針對該等目的，可使用特定應用積體電路（applications specific integrated circuits ）、可編程邏輯裝置（Programmable Logic Devices）（例如，場域可編程閘陣列，或稱為FPGA（field-programmable gate arrays））及類似者。在以下討論中，使用「軟體」或「編碼」之任何處，可適當地使用功能上可比較的硬編碼邏輯。系統控制軟體858可包含用以控制以下者的指令：計時、氣體混合物、次飽和氣體流動的量、腔室及/或作業站壓力、腔室及/或作業站溫度、晶圓溫度、目標功率位準、RF功率位準、基板基座、卡盤及/或托座位置，以及藉由處理工具而執行之特定製程的其他參數。系統控制軟體858可以任何適合的方式而配置。舉例而言，可撰寫各種處理工具元件子程序或控制物件，以控制對實行各種處理工具製程而言有必要之處理工具元件的操作。系統控制軟體858可以任何適合的電腦可讀程式語言而編碼。
在一些實施例中，系統控制軟體858可包含用以控制以上描述之各種參數的輸入/輸出控制（IOC, input/output control）序列指令。在一些實施例中，可採用儲存於與控制器850相關之大容量儲存裝置854及/或記憶體裝置856上的其他電腦軟體及/或程式。針對此目的之程式或程式之部分的範例包含基板定位程式、處理氣體控制程式、壓力控制程式、加熱器控制程式、以及電漿控制程式。
基板定位程式可包含針對處理工具元件的程式編碼，該處理工具元件係用以將基板裝載至基座上，且係用以控制基板與處理工具之其他部件之間的間隔。
處理氣體控制程式可包含用以控制氣體組成及流動速率的編碼，且該編碼係可選地用以在蝕刻之前使氣體流動至一或更多處理作業站，以穩定處理作業站內的壓力。壓力控制程式可包含用以藉由調節以下者而控制處理作業站內壓力的編碼：如處理作業站之排氣系統內的節流閥、進入處理作業站的氣體流動等。
加熱器控制程式可包含用以控制至加熱單元之電流的編碼，使用該加熱器加熱基板。或者，加熱器控制程式可控制熱轉移氣體（例如，氦）至基板的傳送。
根據此處實施例，電漿控制程式可包含用以對施加至處理電極的RF功率位準進行設定的編碼。
根據此處實施例，壓力控制程式可包含用以在反應腔室中維持壓力的編碼。
在一些實施例中，可具有與控制器850相關的使用者介面。使用者介面可包含顯示螢幕、設備及/或處理條件的圖形軟體顯示、以及使用者輸入裝置（例如，指示裝置、鍵盤、觸摸屏、麥克風等）。
在一些實施例中，由控制器850調整的參數可與處理條件有關。非限制性範例包含處理氣體組成及流速、溫度、壓力、電漿條件（例如，RF偏壓功率位準）等。可將該等參數以配方的形式提供給使用者，可利用使用者介面進入該配方。
用以監控製程的訊號可藉由控制器850之類比及/或數位輸入連接而自各種處理工具感測器提供。用以控制製程的訊號可在處理工具之類比及/或數位輸出連接上進行輸出。可受到控制之處理工具感測器的非限制性範例包含質流控制器、壓力感測器（例如，壓力計）、熱偶等。適當編程的反饋及控制演算法可與來自該等感測器的資料一起用來維持製程條件。
控制器850可提供用以實施上述沉積製程的程式指令。程式指令可控制各種製程參數，例如DC功率位準、RF偏壓功率位準、壓力、溫度等。根據此處所描述之各種實施例，指令可控制參數，以操作膜堆棧的即時沉積。
典型地，控制器850將包含一或更多記憶體裝置、以及一或更多用以執行指令的處理器，使得設備將根據所揭露實施例而執行方法。可將機器可讀媒體耦接至控制器850，該機器可讀媒體包含用以根據所揭露實施例控制製程操作的指令。 實驗 實驗1
進行實驗，以評估晶圓的沖洗、以及晶圓利用旋轉-乾燥化自晶圓邊緣向中心的乾燥化。提供具有包覆親水層（連續的固體塗佈物）的晶圓至清洗模組。旋轉晶圓，並且在旋轉時利用去離子水沖洗晶圓20與30秒之間的時間。沒有使用氣體吹乾晶圓。針對沖洗步驟，晶圓係以約600rpm的速度旋轉，且針對乾燥化步驟，晶圓係以1300rpm的速度旋轉。傳送水後，自外側向內至中心使晶圓乾燥，使得濕-亁界線自晶圓之外側邊緣移動，並且移動至晶圓的中心。根據所揭露實施例，該實驗中之離心力對於有效乾燥化製程的目的而言係視為過高。 實驗2
進行實驗，以評估親水性晶圓的沖洗、以及根據所揭露實施例之旋轉-乾燥化步驟。提供具有包覆親水層的晶圓至清洗模組。旋轉晶圓，並且在旋轉時利用去離子水沖洗晶圓20與30秒之間的時間。傳送氮氣，以吹乾晶圓。引導氣體至晶圓的中心，以破壞膜，然後向外移動氣體，以遵循所形成之濕-亁界線直到晶圓乾燥為止。使氣體以約5 l/min的流速流動。從目視檢查來看，晶圓係有效地受到清洗及乾燥，並且晶圓之表面上少有，或沒有水滴形成。氮氣有助於保護晶圓不受氧化作用，且有助於吹乾表面。 實驗3
進行實驗，以評估無旋轉-乾燥化的條件下親水性晶圓的沖洗。提供具有包覆親水層的晶圓至清洗模組。旋轉晶圓，並且在旋轉時利用去離子水沖洗晶圓20與30秒之間的時間。沒有傳送氣體吹乾晶圓。來自正在旋轉之晶圓的離心力使晶圓旋轉-乾燥，並且從目視檢查來看，晶圓受到乾燥，但晶圓的表面上卻形成些許水滴。該結果顯示，可增加額外的吹乾製程，以更充分地使晶圓表面乾燥。 結論
儘管上述實施例已針對清楚理解之目的而作詳細地描述，但將顯而易見的是，在所附申請專利範圍的範疇中，可實行某些變更及修改。應注意，實施本實施例之製程、系統、及設備的方法有許多。因此，本實施例應視為舉例性而非限制性，且實施例不應受限於此處所給出的細節。
220‧‧‧操作
221‧‧‧操作
223‧‧‧操作
225‧‧‧操作
227‧‧‧操作
230‧‧‧操作
231‧‧‧操作
233‧‧‧操作
235‧‧‧操作
237‧‧‧操作
240‧‧‧操作
250‧‧‧操作
251‧‧‧操作
253‧‧‧操作
255‧‧‧操作
302‧‧‧晶圓
304‧‧‧水噴嘴
306‧‧‧氣體噴嘴
704‧‧‧水噴嘴
706‧‧‧氣體噴嘴
708‧‧‧追蹤裝置（感測器）
710‧‧‧晶圓固持器
712‧‧‧模組
714‧‧‧圖像分析邏輯
730‧‧‧控制器
820‧‧‧處理模組
820a‧‧‧處理模組
820b‧‧‧處理模組
820c‧‧‧處理模組
820d‧‧‧處理模組
822‧‧‧自動機器
824‧‧‧末端執行器
826‧‧‧晶圓
836‧‧‧磨光面
828‧‧‧模組中心
830‧‧‧氣室模組
832‧‧‧前端自動機器
834‧‧‧前開式晶圓傳送盒（FOUP）
838‧‧‧真空轉移模組（VTM）
840‧‧‧大氣轉移模組（ATM）
842‧‧‧自裝載埠（LPM）
844‧‧‧對準器
850‧‧‧控制器
852‧‧‧處理器
854‧‧‧大容量儲存裝置
856‧‧‧記憶體裝置
858‧‧‧系統控制軟體
899‧‧‧清洗模組
圖1、2、5、及6係根據各種實施例描述操作的處理流程圖。
圖3和4係根據各種實施例，操作期間之設備的俯視圖的示意性描述。
圖7係根據各種實施例，清洗及乾燥化模組的示意性描述。
圖8係根據各種實施例，包含設備之工具的示意代表圖。
220‧‧‧操作
230‧‧‧操作
240‧‧‧操作
250‧‧‧操作
251‧‧‧操作
253‧‧‧操作
255‧‧‧操作

Claims (21)

  1. 一種清洗晶圓的方法，該方法包含： 利用一水膜塗佈該晶圓的一活性表面，以清洗該晶圓， 自一氣體噴嘴傳送氣體至該活性表面的中心，以破壞該活性表面上的水膜，以在旋轉該晶圓時形成一濕-乾界線，以及 當該水膜被破壞時，藉由遵循該濕-乾界線的方式，將該氣體噴嘴自該晶圓之該活性表面的中心在徑向上向外移動至該晶圓之邊緣。
  2. 如申請專利範圍第1項之清洗晶圓的方法，更包含在傳送水至該晶圓的該活性表面時，傳送水至該晶圓的一背面。
  3. 如申請專利範圍第1項之清洗晶圓的方法，更包含將一水噴嘴移動至一水傳送位置中，以便在不使該氣體噴嘴移動至該水傳送位置的條件下，將水傳送至該晶圓之該活性表面的中心。
  4. 如申請專利範圍第1項之清洗晶圓的方法，更包含自該水傳送位置移走該水噴嘴，且將該氣體噴嘴移動至用以將氣體傳送至該活性表面中心的一氣體傳送位置中。
  5. 如申請專利範圍第4項之清洗晶圓的方法，其中該氣體傳送位置與該水傳送位置係處於實質上相同的位置。
  6. 如申請專利範圍第5項之清洗晶圓的方法，其中該氣體傳送位置與該水傳送位置分別將一氣體射流或一水射流引導至該晶圓的中心。
  7. 如申請專利範圍第1項之清洗晶圓的方法，其中利用該水膜對該晶圓之該活性表面的塗佈包含使水以約1.5 l/min的流速流動。
  8. 如申請專利範圍第2項之清洗晶圓的方法，其中將水傳送至該晶圓的該背面包含使水以約0.5 l/min的流速流動。
  9. 如申請專利範圍第1-8項其中任一項之清洗晶圓的方法，其中將水傳送至該晶圓的中心，持續約20秒與約30秒之間的一時間。
  10. 如申請專利範圍第1-8項其中任一項之清洗晶圓的方法，其中在大氣壓力下清洗該晶圓。
  11. 如申請專利範圍第1-8項其中任一項之清洗晶圓的方法，其中一追蹤裝置偵測該濕-乾界線、並提供一反饋迴路，從而對應於移動的該濕-乾界線移動該氣體噴嘴。
  12. 如申請專利範圍第1-8項其中任一項之清洗晶圓的方法，其中該氣體係氮。
  13. 如申請專利範圍第1-6項其中任一項之清洗晶圓的方法，其中氣體的傳送包含使氣體以約2 l/min與約20 l/min之間的一流速進行流動。
  14. 一種清洗晶圓的設備，該設備包含： 一清洗模組，包含： 一水噴嘴， 一氣體噴嘴， 一晶圓固持器，用以在清洗期間固持該晶圓並旋轉該晶圓，以及 一追蹤裝置，其係定向成在該晶圓於該晶圓固持器上受到固持及旋轉時偵測該晶圓的表面；以及 一晶圓成像系統，包含： 圖像分析邏輯，用以利用表面的光學特性偵測該晶圓的表面上的一濕-乾界線，以及 一反饋機構，用以對應於自該追蹤裝置所收集之資料移動該氣體噴嘴。
  15. 如申請專利範圍第14項之清洗晶圓的設備，其中該清洗設備係與一蝕刻設備整合，該蝕刻設備包含用以在晶圓上蝕刻圖案的一或更多處理室、及一晶圓轉移工具。
  16. 如申請專利範圍第14項之清洗晶圓的設備，其中該光學特性包含偏振程度。
  17. 如申請專利範圍第14項之清洗晶圓的設備，其中該光學特性包含反射。
  18. 如申請專利範圍第14項之清洗晶圓的設備，其中該光學特性包含色彩及亮度。
  19. 如申請專利範圍第14項之清洗晶圓的設備，其中該氣體噴嘴係自該晶圓之邊緣外的一點而樞轉。
  20. 如申請專利範圍第14項之清洗晶圓的設備，其中該水噴嘴係自該晶圓之表面外的一點而樞轉。
  21. 如申請專利範圍第15-20項其中任一項之清洗晶圓的設備，其中該蝕刻設備系一平台或叢集工具。
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