TWI716966B - 晶圓清潔設備與晶圓清潔方法 - Google Patents

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Abstract

本揭露之一實施方式有關於一種晶圓清潔設備與晶圓清潔方法。設備包含晶圓座、清潔噴嘴與清潔刷。晶圓座配置用以保持晶圓。清潔噴嘴配置以將清潔液分配至晶圓的第一表面(例如前表面)。清潔刷配置以清潔晶圓的第二表面(例如後表面)。通過清潔液的使用，清潔刷能夠藉由刷洗動作與超聲波振動清潔晶圓的第二表面。

Description

晶圓清潔設備與晶圓清潔方法
本揭露之一實施方式有關於晶圓清潔設備與晶圓清潔方法。
清潔半導體晶圓(例如矽晶圓)是製造半導體裝置與微機電系統(microelectromechanical systems,MEMS)的程序中一個需要執行的流程。晶圓清潔程序的一個目標，是為了在不改變或損害晶圓表面或是基板的前提下，移除化學與顆粒雜質。而半導體晶圓的產量，與來自於晶圓加工的缺陷密度(例如潔淨度與顆粒數)呈反比關係。換句話說，低的缺陷密度造就高的半導體晶圓產量。
本揭露之一實施方式提供一種晶圓清潔設備。晶圓清潔設備可以包含晶圓座、清潔噴嘴以及清潔刷。晶圓座配置以保持晶圓。清潔噴嘴配置以分配清潔液於晶圓的第一表面上。清潔刷配置以清潔晶圓的第二表面，其中第二表面是相對於晶圓的第一表面。清潔刷可以包含多個刷毛與多個噴出口， 而噴出口係配置以分配清潔液於晶圓的第二表面。
本揭露之另一實施方式提供一種晶圓清潔方法，這種晶圓清潔方法可以包含裝載晶圓於晶圓座上。分配清潔液於晶圓的表面上。使晶圓旋轉。通過清潔刷與運動機構施加壓力於晶圓的表面上。
本揭露之另一實施方式提供一種晶圓清潔方法，這種清潔晶圓的方法可以包含裝載晶圓於晶圓座上。藉由將清潔液分配至晶圓的第一表面上以沖洗晶圓的第一表面。藉由清潔刷上的噴出口分配清潔液於晶圓的第二表面上，其中第二表面相對於第一表面。藉由清潔刷清潔晶圓的第二表面。
100:晶圓清潔設備
105:包圍容器
106:開口
108:排氣元件
110:晶圓
120:晶圓座
122:支撐插腳
124:夾持插腳
125:旋轉基座
130:清潔噴嘴
134:導電層
135:噴嘴臂
137:噴嘴臂
140:主軸
145:清潔液
150:清潔刷
151:刷毛
1511:第一組刷毛
1512:第二組刷毛
151C、151C1、151C2:塗層
152:刷子主體
153:噴出口
154:導電層
155:超聲波發射器
157:壓力感測器
159:位置感測器
204:影像感測器
300:晶圓清潔設備
303:方向
305:方向
350:晶圓清潔設備
353:方向
355:方向
400:晶圓清潔方法
401~404:流程
當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述中可以最好地理解本揭露之一實施方式的各方面。按照慣例，附圖中各個元件的尺寸和相對位置不一定按比例繪製。實際上，為了清楚討論，可以任意增加或減少各種特徵的元件。
第1圖是根據本揭露之一些實施方式之示例的晶圓清潔設備的示意圖；第2圖是根據本揭露之一些實施方式之示例的清潔刷與影像感測器的示意圖；第3A圖與第3B圖是根據本揭露之一些實施方式之示例的晶圓清潔設備於不同流程模式下的示意圖；以及第4圖是根據本揭露之一些實施方式之一示例的晶圓清潔方法的流程圖。
以下揭露內容，提供了用於實現所描述主題不同特徵的許多不同實施方式或示例。以下描述元件和配置的具體示例以簡化本說明書。當然，這些僅僅是示例，而不是限制性的。例如，在隨後的描述中，於第二特徵之上或上方形成第一特徵，可以包括其中第一特徵和第二特徵以直接接觸形成的實施方式，並且還可以包括可以在第一特徵和第二特徵之間形成附加特徵的實施方式，使得第一特徵和第二特徵可以不直接接觸。
此外，這裡可以使用空間相對術語，例如「在…下方」、「在…下面」、「低於」、「在…上方」、「高於」等，以便描述如圖中所示的一個元件或特徵與另一個元件或特徵的關係。除了圖中所示的方向之外，空間相對術語旨在包括使用或操作中的裝置的不同方向。裝置可以以其他方式定向(旋轉90度或在其他方向上)，並且同樣可以相應地解釋這裡使用的空間相對描述符號。
本說明書所使用之「標稱」一詞係指所期望、目標、特徵值，或者是組件或操作過程的參數，這些在產品的設計階段或是在操作的過程中設置，並具有一系列在期望值之上與/或之下範圍的值。這些值具體的範圍取決於製造工藝或公差的微小變化。
本說明書所使用之「平行」一詞一般來說係指平行於一水平地面。
本說明書所使用之「垂直」一詞一般來說係指垂直於一水平地面。
本說明書所使用之「大約」一詞或「基本上」一詞旨在表示給定的量值的變化是在5%的範圍內(例如：值的變化是在±1%、±2%、±3%、±4%或是±5%)。
在半導體的製造工藝中，晶圓的清潔是移除被引入之汙染物的重要程序。汙染物包含有機物(例如有機副產品)、金屬(金屬的痕跡)以及原生的氧化物。晶圓的清潔程序包含乾式清潔方法、濕式清潔方法或是從上述方法中混合使用。此外，晶圓清潔程可以於濕式工具(wet tool)中執行，其中這些濕式工具能夠同時處理批量的晶圓(例如：在浴槽中處理多個)，或是處理單個晶圓(例如：「單晶圓」工具)。
舉例來說，在單晶圓工具中，晶圓進入清潔模組並定位於晶圓台上。隨後，通過位於晶圓表面上方的一或多個噴嘴，對晶圓進行晶圓清潔處理。一或多個噴嘴可以在受壓的情況下使化學物質(例如：化學溶液、去離子水等)於晶圓的表面上流動，以去除污染物。在晶圓清潔流程完成之後，可以乾燥晶圓(例如藉由旋轉)並將晶圓從濕式清潔工具中釋放。
本揭露之一實施方式有關於一種晶圓清潔設備與晶圓清潔方法，其使用清潔刷來清潔晶圓的後表面(例如晶圓的背面)。通過清潔液的使用，刷子通過刷洗運動與超聲波振動清潔晶圓的後表面。這種晶圓清潔設備與晶圓清潔方法使從晶圓上去除缺陷獲得了改善。
第1圖是根據本揭露一些實施方式中，示例的晶 圓清潔設備100的示意圖。晶圓清潔設備100可包含晶圓座120、清潔噴嘴130與清潔刷150。在一些實施方式中，晶圓清潔設備100可以包含包圍容器105，包圍容器105配置以包圍晶圓座120、清潔噴嘴130與清潔刷150。在一些實施方式中，第1圖中的z方向可以是沿著晶圓清潔設備100所處環境之重力方向。
在一些實施方式中，包圍容器105可以於執行晶圓清潔的地方形成晶圓清潔設備100的內部空間(或稱腔室)。在一些實施方式中，包圍容器105可包括垂直壁(例如：沿z軸延伸之壁)、天花板(例如：沿x軸與y軸延伸之壁)、以及地板(例如，沿x軸與y軸延伸且位於天花板的下方)。在一些實施方式中，在垂直壁、天花板與地板中的一或多個可以具有一或多個開口106，以安裝用於氣體交換的元件，元件的功能例如用於抽吸空氣或排出廢氣。非可燃材料可用於形成不可燃的包圍容器105，以避免包圍容器105燃燒。非可燃材料可包含但不限於乙烯三氟氯乙烯(ethylene chlorotrifluoroethylene,ECTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF,polyvinylidene fluoride)、全氟烷氧基烷烴(perfluoroalkoxy alkane,PFA)或其組合。
晶圓清潔設備100可以包含晶圓座120，晶圓座120係配置用於將晶圓110保持(或固定)於包圍容器105之內。在一些實施方式中，晶圓座120更包含加熱板(第1圖未繪示)，加熱板的配置是為加熱晶圓110，以在晶圓清潔過程中提高清潔的效率。晶圓座120還可包含多個支撐插腳122和多個夾持插腳124，以在晶圓清潔的過程中保持晶圓110，並防止 晶圓110滑動。在一些實施方式中，晶圓座120可以包含具有三個附加支撐插腳(例如第1圖中未繪示出的夾持插腳)的六插腳設計，以減少晶圓清潔期間晶圓的滑動。在一些實施方式中，內部流動系統(第1圖中未繪示出)可操作地連接至晶圓座120，並配置以在晶圓清潔過程中將氣流引到晶圓110，以便於清潔液的去除。晶圓座120可以進一步附接到旋轉基座125。在一些實施方式中，晶圓座120可以藉由旋轉基座125來旋轉晶圓110，而在晶圓清潔過程的進行期間，旋轉基座125以不同的速度旋轉晶圓110。在一些實施方式中，晶圓座120可以配置以在晶圓清潔過程間水平地(例如沿x-y平面)或垂直第(例如沿x-z平面)保持(或固定)晶圓。
晶圓清潔設備100可以包含清潔噴嘴130，清潔噴嘴130係配置以供應清潔液145的流動(或分配)至晶圓110的前表面上。如本說明書之一實施方式所使用，晶圓110的前表面，係指能夠形成半導體裝置(們)於其上的主表面。當晶圓110保持在晶圓座120上時，前表面面向包圍容器105的頂板(例如沿y方向)。清潔噴嘴130可以配置以將預定量的清潔液145流動(或分配)至晶圓110的前表面上。在一些實施方式中，清潔噴嘴130可以配置為沖洗晶圓的壓力噴嘴(pressure nozzle)。清潔噴嘴130可以附接於噴嘴臂135，而噴嘴臂135可以在晶圓清潔的過程中繞主軸140樞轉。在一些實施方式中，取決於晶圓清潔設備100的設計，晶圓清潔設備100可以配備多於一個的清潔噴嘴130。在一些實施方式中，於晶圓清潔過程的持續時間中，清潔噴嘴130與晶圓110之間的距離可以調整或保持 固定。在一些實施例中，清潔噴嘴130相對於晶圓110的前表面的方向(例如在清潔噴嘴130之間相對於晶圓110之前表面的角度)，也可以被調整或是保持固定。清潔噴嘴130可以通過一或多個化學開關盒(第1圖中未繪示出)與化學物質連接至外部的罐子(第1圖中未繪示出)。化學開關盒可以是化學分配系統，化學分配系統容納閥門與化學物質分配管線，並且在輸送到清潔噴嘴130之前預先混合化學溶液。在一些實施方式中，清潔噴嘴130可以繞主軸140樞轉，或是清潔噴嘴130也可以不繞繞主軸140樞轉，並同時在晶圓110上供應(或分配)清潔液145。與此同時，晶圓110可以是旋轉或是不旋轉的，並同時於晶圓110上供應(或分配)清潔液145。
在一些實施方式中，清潔噴嘴130之外表面的一部分，可以使用導電層134加以覆蓋，以降低在晶圓清潔過程期間，可能在清潔噴嘴130處產生靜電荷的風險。在一些實施方式中，清潔噴嘴130可由聚三氟氯乙烯(polychlorotrifluoroethylene,PCTFE)與/或聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)材料製成，這些材料具有靜電值(例如對於PCTFE來說，靜電值為-4.58kV)，而這可能會增加在操作清潔噴嘴130過程中，靜電荷存在的風險。通過使用導電層134塗覆清潔噴嘴130之外表面的一部分，其中導電層134所使用的導電材料其靜電值例如高於約-4kV(例如高於約-4kV、約-3.5kV、約-3kV、約-2.5kV、約-2kV，約-1.5kV，或約-1kV)，將可以降低靜電荷存在的風險。在一些實施方式中，導電層134可以包含碳摻雜約為0.025wt%至約0.1wt% 的奈米碳管，wt%即所謂重量百分比，而約為0.025wt%至約0.1wt%的碳摻雜例如是介於0.025wt%與0.1wt%之間、介於0.03wt%與0.09wt%、介於0.04wt%與0.08wt%之間，或是介於0.05wt%與0.07wt%之間。在一些實施方式中，附加的接地元件(例如接地板或連接至外部接地層的導線，在第1圖中未繪示出)可以連接至清潔噴嘴130，以進一步降低靜電荷的風險。在一些實施方式中，清潔噴嘴130還可以包括離子產生器(ionizer，第1圖中未繪示出)，其配置以向清潔噴嘴130提供電暈放電，以減少靜電荷。電暈放電可以是通過在導體(例如塗覆於清潔噴嘴130之外表面上的導電層134)被充電後，圍繞導體之流體(例如空氣)的電離所產生的放電。
清潔液145可包含但不限於氫氟酸、鹽酸、硫酸、過氧化氫、氫氧化銨、丙酮、甲醇、異丙醇、去離子水或其組合。在一些實施方式中，清潔液145可以是溶液，包含但不限於鹽酸/過氧化氫/去離子水(HPM)溶液、硫酸/過氧化氫/去離子水(SPM)溶液、鹽酸/臭氧/去離子水(HOM)溶液、硫酸/臭氧/去離子水(SOM)溶液、氫氧化銨/臭氧/去離子水(AOM)溶液、氫氟酸/去離子水(DHF)溶液，臭氧溶液(在去離子水中稀釋的臭氧)或其組合。在晶圓清潔過程的不同階段，可以在晶圓上連續且彼此獨立地供應一或多種清洗液。舉例來說，示例性的晶圓清潔流程可以包含DHF操作流程和HPM操作流程，而在DHF操作流程和HPM操作流程之間具有另一個清潔流程。取決於用於晶圓清潔的特定清潔液，晶圓座120的加熱板 可以將晶圓110加熱至合適的溫度。舉例來說，對於異丙醇，則可將晶圓110加熱至約190℃至約195℃大約30秒以使異丙醇沸騰。在一些實施方式中，晶圓座120的加熱板可將晶圓110加熱至約75℃至約85℃持續約10分鐘，以使氫氧化銨/過氧化氫/去離子水沸騰(例如SC1清潔)。在一些實施方式中，晶圓座120的加熱板可將晶圓110加熱至約75℃至約85℃持續約10分鐘，以使鹽酸/過氧化氫/去離子水沸騰(例如SC2清潔)。
晶圓清潔設備100可以包含清潔刷150，清潔刷150配置用以清潔晶圓110的後表面(例如晶圓110的背面)。晶圓110的後表面(背面)指的是與晶圓110之前表面相對的表面，例如與晶圓110之主表面相對的表面，其中半導體裝置(們)是形成於主表面上。在一些實施方式中，清潔刷150可以包含多個刷毛151、刷子主體152、多個噴出口153以及超聲波發射器155。刷毛151係配置用於刷洗晶圓110。刷子主體152配置用以承載(或固定)多個刷毛151。多個噴出口153配置以將清潔液供應(或分配)至晶圓110的後表面上。超聲波發射器155配置以利用超聲波振動清潔刷150。在一些實施方式中，清潔刷150還可以包含壓力感測器157與位置感測器159。壓力感測器157配置以檢測施加至清潔刷150以抵靠晶圓110之壓力。位置感測器159配置以追蹤清潔刷150抵靠晶圓110的位置。在一些實施方式中，晶圓清潔設備100還可以包含運動機構(第1圖中未繪示出)，以控制清潔刷150的平移或旋轉運動。在一些實施方式中，運動機構可以配置以按壓清潔刷150，以對晶圓110提供壓力。在一些實施方式中，運動機構可以包含機械臂 (robotic arm第1圖中未繪示出)或運動台(第1圖中未繪示出)。
在一些實施方式中，多個刷毛151可以排列於多個刷毛簇中(例如第1圖中所繪示之9個簇)。刷毛簇的數量，可以是大於或等於一的任何數量。舉例來說，刷毛簇的數量可以是在約2個與約30個之間。在一些實施方式中，根據本揭露的一些實施方式，刷毛簇的數量可以為約1個至約30個。在一些實施方式中，每個刷毛簇可包含多個具有相同長度、直徑、硬度與/或材料的刷毛151。在一些實施方式中，每個刷毛簇可包含具有不同長度的多個刷毛151，以刷洗晶圓110的不平坦或是翹曲區域(第1圖中未繪示出)。舉例來說，每個刷毛簇可包含第一組刷毛1511(第2圖中所示)與第二組刷毛1512(第2圖中所示)，其中第一組刷毛1511中刷毛的長度可以比第二組刷毛1512長。具有各種長度刷毛151的刷毛簇，可以一致地接觸晶圓110的不平坦或翹曲表面，從而提高清潔刷150的清潔效率。在一些實施方式中，每個刷毛簇可以包含第一組刷毛1511和第二組刷毛1512，其中每個第一組刷毛1511可以與每個第二組刷毛1512交錯。在一些實施方式中，每個刷毛簇可包含第一組刷毛1511和第二組刷毛1512，其中第一組刷毛1511可以圍繞第二組刷毛1512。基於本說明書的內容，刷子主體152上的刷毛151(例如第一組刷毛1511與第二組刷毛1512)的其他長度和設置皆包含於本揭露之一實施方式的範圍和精神內。在一些實施方式中，每個刷毛151可以具有約0.08mm至約1mm的直徑。在一些實施方式中，每個刷毛151可具有約5mm至約8mm的長度。在一些實施方式中，多個刷毛151的材料可 包含但不限於聚對苯二甲酸(polyethylene terephthalate,PET)、聚丙烯(polypropylene,PP)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)、聚酰胺(polyamide,PA)或其組合。在一些實施方式中，每個刷毛簇可以包含具有不同長度、直徑、硬度與/或材料的多個刷毛151。
在一些實施方式中，刷子主體152可以具有鼓狀或是圓盤的形狀。刷子主體152可以連接至旋轉軸，此旋轉軸係用於自旋轉元件施加旋轉力至刷子主體152。旋轉元件可包括馬達，馬達具有一或多個驅動滑輪以及用於將馬達的旋轉力施加於旋轉軸的皮帶。用於刷子主體152的材料可以是耐磨材料，包含但不限於聚甲醛(polyoxymethylene,POM)、聚乙烯(polyethylene,PE)、聚丙烯(polypropylene,PP)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，簡稱PET或是PETE)、聚苯乙烯(polystyrene，或稱Styrofoam)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，或稱Teflon)、聚偏二氯乙烯(polyvinylidene chloride，或稱Saran)或其組合。刷子主體152可以具有一個介於約20nm至約40nm之間(例如，約為30nm)的直徑。在一些實施方式中，複數個刷毛151可以以約為1mm至約3mm之間(例如2mm)的深度嵌入至刷子主體152內。
在一些實施方式中，清潔刷150可以包含多個噴出口153，這些噴出口153配置以在晶圓清潔過程期間將清潔液供應至晶圓110上(例如晶圓110的後表面或後側)。在刷子 主體152中可以嵌入多個噴出口153。噴出口153的數量可以在約1個至約30個的範圍內。在一些實施方式中，噴出口153外表面的一部分可以利用導電層154加以覆蓋，以降低靜電荷存在的風險。在一些實施方式中，用於噴出口153的材料可以包含聚三氟氯乙烯(polychlorotrifluoroethylene,PCTFE)與/或聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)，這些材料具有靜電值(例如PCTFE的靜電值為-4.58kV)，可能會增加在操作期間噴出口153存在靜電荷的風險。通過利用導電層154塗覆噴出口153外表面的一部分，可以降低靜電荷存在的風險。導電層154例如可以使用導電材料，導電材料的靜電值高於約-4kV(例如，高於-4kV、-3.5kV、-3kV、-2.5kV、-2kV、-1.5kV或-1kV)。在一些實施方式中，導電層154可以是奈米碳管，奈米碳管的碳摻雜在約0.025wt%至約0.1wt%之間(例如，在0.025wt%與0.1wt%之間、在0.03wt%與0.09wt%之間、在0.04wt%與0.08wt%之間、或是在0.05wt%與0.07wt%之間)。在一些實施方式中，附加的接地元件(在第1圖中未繪示出)可以連接至噴出口153，以進一步降低靜電荷存在的風險。由噴出口153供應的清潔液可以包含但不限於氫氟酸、鹽酸、硫酸、過氧化氫、氫氧化銨、丙酮、甲醇、異丙醇、去離子水其組合。在一些實施方式中，清潔液可以是溶液，包含但不限於鹽酸/過氧化氫/去離子水(HPM)溶液、硫酸/過氧化氫/去離子水(SPM)溶液、鹽酸/臭氧/去離子水(HOM)溶液、硫酸/臭氧/去離子水(SOM)溶液、氫氧化銨/臭氧/去離子水(AOM)溶液、氫氟酸/去離子水(DHF)溶液、臭氧溶液(在 去離子水中稀釋之臭氧)或其組合。在一些實施方式中，由多個噴出口153供應的清潔液，可以與由清潔噴嘴130所供應之清潔液145相同。而由多個噴出口153供應的清潔液也可以與由清潔噴嘴130所供應的清潔液145不同。清潔液的選擇，可以通過晶圓110表面上的污染物來決定。僅是作為示例而非以此限制，HPM混合物是能夠從晶圓表面去除金屬的酸性溶液。更具體地說，HPM可以具有高氧化電位(例如高於約1.3V)與低pH值(例如pH值低於約7)的溶液。因此，在晶圓清潔過程中，晶圓表面上的金屬污染物可以被電離並溶解於HPM溶液中。在晶圓清潔過程開始之前，可以隨機選擇一或多個晶圓，用以篩選污染物和顆粒的種類，藉以評估晶圓清潔過程的效率。污染物舉例來說，可以是(i)在晶圓清潔過程之後剩餘的晶圓表面上的任何不需要的顆粒、有機物、金屬或天然氧化物，(ii)來自在濕式清潔和乾燥處理期間使用的濕式清潔溶液的化學痕跡(例如水斑、酸、氨的衍生物等)，或是(iii)上述它們的組合。
在一些實施方式中，清潔刷150還可包含超聲波發射器155，超聲波發射器155配置以提供超聲波振動。在晶圓清潔過程中，超聲波發射器155可以通過換能器晶體提供傳播到多個刷毛151和清潔溶液中的超聲波能量。轉換晶體(transducer crystal)可以通過合適的電源供電，以在約28kHz至約600kHz範圍內的超聲波頻率振動。超聲波振動可以從晶圓110的表面(例如後表面或背面)去除直徑至少為0.3微米的顆粒，這些顆粒包括有機與無機雜質。轉換晶體可以是壓 電晶體(piezoelectric crystals，例如鋯鈦酸鉛晶體或是鈷鋇晶體)。僅是作為示例而非以此為限，超聲波發射器155可以放置在刷子主體152的下方並與刷子主體152接觸。在一些實施方式中，超聲波發射器155可以放置於刷子主體152、壓力感測器157與/或位置感測器159的下方。
在一些實施方式中，清潔刷150還可以包含壓力感測器157，壓力感測器157配置用以檢測與監測施加至清潔刷150抵靠晶圓110的壓力。壓力感測器157可以將壓力讀數傳送到控制元件(第1圖中未繪示出)，此控制元件通過控制清潔刷150的移動，來控制施加至清潔刷150的壓力抵靠晶圓110。舉例來說，在晶圓清潔過程中，如果測量的壓力太大而引起對晶圓損壞的擔憂，則壓力感測器157可向控制元件發送請求信號，以使清潔刷150遠離晶圓110，從而對清潔刷150施加較小的壓力抵靠晶圓110。請求信號可以藉由有線通信裝置或是無線通信裝置(例如射頻(Radio Frequency,RF)發射器或是藍牙(Bluetooth,BT)發射器)發送。壓力感測器157可包含但不限於壓阻式壓力感測器、電磁壓力感測器、電容式壓力感測器、壓電式壓力感測器與光學壓力感測器。在一些實施方式中，在晶圓清潔過程期間，施加至清潔刷150對晶圓110的壓力可以在約0.001kg/cm2與約0.05kg/cm2之間，以保持清潔效率且不損壞晶圓110的表面。在一些實施方式中，對應於施加壓力低於0.001kg/cm2的情況，壓力感測器157可以配置用以發送請求信號，以增加清潔時間或增加清潔刷150對晶圓110施加的壓力。在一些實施方式中，對應於壓力高於 0.05kg/cm2的情況，壓力感測器157可以配置用於發送請求信號，以減少清潔刷150施加在晶圓110上的壓力。
在一些實施方式中，清潔刷150還可以包含位置感測器159，位置感測器159配置用以追蹤清潔刷150於晶圓110上的位置。位置感測器159可以將清潔刷150於晶圓110上的實時位置傳送至控制元件(第1圖中未繪示出)，以確保清潔刷150覆蓋到晶圓110的整個表面。在一些實施方式中，清潔刷150的實時位置可以通過有線通信裝置或是無線通信裝置(例如，射頻(RF)發射器或藍牙(BT)發射器)發送。
在一些實施方式中，晶圓清潔設備100還可包含一或多個感測器(在第1圖中未繪示)，這些感測器被配置例如以實時地檢測與晶圓110相關聯的一或多個特徵。在一些實施方式中，感測器可以是紅外(Infrared,IR)感測器，或是可以檢測晶圓110溫度的其他任何合適的感測器(例如實時的感測器)。在一些實施方式中，感測器可以是相機或是任何其他合適的感測器，這些感測器舉例來說，在晶圓110的前表面與/或後表面，可以實時地處生成各種不同波長範圍的圖像。感測器的輸出，可以藉由操作員手動觀察分析，與/或藉由分析系統自動接收進行處理(例如分析系統自動識別異常情況)。用於例如實時地監視晶圓清潔情況的感測器，其數量不受限制。在一些實施方式中，可以應用單個感測器來監視與晶圓110相關聯的一或多個屬性。在一些實施方式中，附加的感測器可以用於監視與晶圓清潔設備100中的其他元件相關聯的屬性，舉例來說但不限於以下的例子：包圍容器105中的氧濃度、包圍容 器105中的濕度以及包圍容器105中的污染水平，以確保安全與/或製造品質。
在一些實施方式中，晶圓清潔設備100還可以包含排氣元件108，排氣元件108配置用以排出從包圍容器105內之清潔液所產生的蒸氣。排氣元件108可以通過包圍容器105天花板上、垂直壁上或是底板上的一或多個開口106安裝。在一些實施方式中，排氣元件108可以包含位於包圍容器105之垂直壁上的管道，以形成用於清潔液蒸氣的通道，這個通道用以使清潔液蒸氣自晶圓清潔設備100的包圍容器105離開。管道可以塗覆吸附材料，例如活性炭，用於吸附通過管道的清潔液蒸氣。在一些實施方式中，排氣元件108可包括沖洗噴嘴，沖洗噴嘴係配置以產生霧，並且利用霧來沖洗通過管道的清潔液蒸氣。蒸氣濃度可以通過來自沖洗噴嘴的霧減少。在一些實施方式中，霧可以通過混合液體與惰性氣體由沖洗噴嘴來形成，其中相較於單獨的液體，混合液體與惰性氣體之混合物的沖洗具有更好的蒸氣吸附能力。
第2圖是根據一些實施方式之示例的清潔刷150與配置以監視清潔刷150的影像感測器204的示意圖。對圖中相同標號之元件的討論，除非另有說明，否則第1圖和第2圖彼此適用。每個刷毛151可以塗覆有塗層151C，塗層151C配置以表現出每個刷毛151的磨損。在一些實施方式中，塗層151C可以是變色磨損指示器。變色磨損指示器的特徵，在於隨著清潔刷150使用時段的進行，磨損指示器的顏色會有所改變，使得當顏色變化達到磨損指示器預定的顏色(例如紅色)時，說明 已達到了清潔刷150的推薦使用週期。此時，可以更換多個刷毛151或清潔刷150。在一些實施方式中，多個刷毛151的材料可包含但不限於聚對苯二甲酸(polyethylene terephthalate,PET)、聚丙烯(polypropylene,PP)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)、聚酰胺(polyamide,PA)或其組合。在一些實施方式中，用於塗層151C的材料可包含但不限於聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate),(PMMA))或是丙烯腈丁二烯苯乙烯(acrylonitrile butadiene styrene,ABS)。塗層151C可以具有不同於與刷毛151的顏色。舉例來說，刷毛151的顏色例如是紅色，塗層151C的顏色例如是白色。相較於刷毛151，塗層151C可以具有較低的耐磨性。在使用於清潔刷150的一段時間後，塗層151C可以部分地磨損，以顯示出顏色的變化。刷毛151的顏色可以從一種顏色(例如顯示情況為完全被覆蓋的塗層151C1之白色)變為另一種顏色(例如顯示情況為部分磨損的塗層151C2之紅色)。在一些實施方式中，影像感測器204可以附接在包圍容器105內並朝向清潔刷150，以通過監測顏色變化來監測多個刷毛151的使用情形。
第3A圖與第3B圖是根據一些實施方式中，在不同操作模式下之示例的晶圓清潔設備300與350的示意圖：分別是水平晶圓取向(第3A圖)和垂直晶圓取向(第3B圖)。晶圓清潔設備300與350都可以是晶圓清潔設備100的實施方式。除非另有說明，否則晶圓清潔設備100的討論可以應用於晶圓清潔設備300和350。此外，在接下來的討論中，有與第1圖與第2圖具有相同標號的元件。除非另有說明，否則第1圖、第3A 圖與第3B圖之間彼此適用。在水平晶圓取向模式中，如第3A圖所示，晶圓110的表面法線可以是沿z方向(例如沿著漸變方向)。因此，在水平晶圓取向模式中，晶圓座120(如第1圖中所示，而第3A圖和第3B圖中未繪示出)可以配置為水平地保持或固定晶圓110(例如在第3A圖所示中，晶圓110的表面可以沿著x-y平面)。在一些實施方式中，於水平晶圓取向模式中，清潔刷150可以配置以使用超聲波發射器155(第3A圖中未繪示出)沿著方向305(例如在z方向上)振動，並且沿著方向303移位(例如沿x-y平面)，以刷洗與清潔晶圓110。而另一方面，在垂直晶圓取向模式中，晶圓110的表面法線可以垂直於z方向(例如，垂直於重力方向)。因此，晶圓座120可以配置為垂直地保持或固定晶圓110(例如晶圓110的表面可以沿著第3B圖中所示之x-z平面)。此外，如第3B圖所示，晶圓清潔設備100還可包含連接噴嘴臂137，連接噴嘴臂137係配置以使清潔噴嘴130旋轉(例如繞y軸旋轉)，以水平地(例如在y方向上)朝向垂直晶圓110的方向(例如，在z方向上)噴射清潔液145。在一些實施方式中，連接噴嘴臂137可配置被旋轉(例如圍繞y軸)與平移(例如沿x-z平面，如第3B圖所示)，並且經由清潔噴嘴130朝向垂直晶圓110的方向上噴射清潔液145。在一些實施方式中，於垂直晶圓取向模式中，清潔刷150可以配置以使用超聲波發射器155(第3B圖中未示出)沿著方向353(例如在y方向上)振動並且沿著方向355移位(例如沿x-z平面)，以刷洗和清潔晶圓110。
第4圖是根據一些實施方式之示例之晶圓清潔方 法400的流程圖。在晶圓清潔方法400中所示的流程並非詳盡無遺；而在任何所示流程之前、之後或是之間，也可以執行其他流程。在一些實施方式中，晶圓清潔方法400的流程可以以不同的順序執行。而晶圓清潔方法400的變形在本揭露之一實施方式的範圍內。
在流程401中，將晶圓(例如晶圓110)裝載到晶圓座(例如晶圓座120)上。舉例來說，如第1圖所示，晶圓的裝載可以包括將晶圓放置在晶圓座120上。在一些實施方式中，晶圓的裝載可以包含藉由在晶圓座的加熱板加熱晶圓，以提高清潔效率。加熱晶圓的時間點可以是在晶圓清潔過程(例如流程402-404可以是晶圓清潔過程的實施例)開始之前，或是在晶圓清潔過程期間。在一些實施方式中，晶圓的裝載可包含藉由多個支撐插腳(例如支撐插腳122)與多個夾持插腳(例如夾持插腳124)，以將晶圓保持或固定在晶圓座120上，這可以防止晶圓在晶圓清潔過程期間滑動(例如在流程402-404中滑動)。在晶圓清潔過程中，晶圓座可以配置以水平地(例如晶圓表面的法線可以沿著重力方向，如第1圖所示)或是垂直地(例如晶圓表面的法線可以平行於重力，如第3B圖所示)保持(或固定)晶圓。舉例來說，晶圓的裝載可以包含水平地(例如沿著第1圖之x-y平面)將晶圓放置於晶圓支架上，使用一或多個支撐插腳與/或夾持插腳將晶圓固定於晶圓支架上，並且將晶圓旋轉大約90度，以垂直地保持晶圓(例如沿著第1圖與第3B圖之x-z平面)。
在流程402中，通過清潔噴嘴(例如清潔噴嘴 130)，將清潔液(例如清潔液145)的流動供應(或分配)至晶圓(例如晶圓的前表面，即半導體裝置所形成的表面)上。清潔液可包括但不限於氫氟酸、鹽酸、硫酸、過氧化氫、氫氧化銨、丙酮、甲醇、異丙醇、去離子水或上述之組合。在一些實施方式中，清潔噴嘴外表面的一部分可以覆蓋導電層(例如導電層134)，導電層的材料例如是奈米碳管，以減少在清潔流程中於清潔噴嘴處形成的靜電荷。在一些實施方式中，供應清潔液的步驟可包括將清潔噴嘴附接到噴嘴臂(例如噴嘴臂135)，並使噴嘴臂圍繞主軸(例如主軸140)樞轉。在一些實施方式中，供應清潔液的步驟可包括用清潔液沖洗晶圓的前表面。在一些實施方式中，可以通過圍繞主軸樞轉噴嘴臂，以同時執行沖洗晶圓的前表面。在一些實施方式中，供應清潔液的步驟可包括經由壓力噴嘴形成清潔液流，並且朝向晶圓的前表面注入清潔液流(例如清潔噴嘴可以是壓力噴嘴，並藉由壓力噴嘴沖洗晶圓)。此外，流程402還可以包括經由旋轉基座(例如旋轉基座125)以不同的速度在晶圓座上旋轉晶圓與/或使用晶圓座加熱晶圓。在一些實施方式中，晶圓的旋轉與/或加熱可以與供應清潔液同時進行。
在流程403中，通過位於清潔刷(例如清潔刷150)上的多個噴出口(例如多個噴出口153)將清潔液分配(或噴射)至晶圓的後表面(例如背面)上。在流程403中，用於清潔晶圓後表面(例如背面)之清潔液可以由與清潔晶圓的前表面(例如流程402中所描述之清潔液)相同或是不同的化學物質製成。在一些實施方式中，於晶圓背面上分配清潔液的步驟可包括沖洗 晶圓的後表面。在一些實施方式中，分配清潔液的步驟可包括形成清潔液流並將清潔液引導通過噴出口且朝向晶圓的後表面。在一些實施方式中，於晶圓背面上分配清潔液的步驟可包括使用晶圓座加熱晶圓。在一些實施方式中，可以同時執行流程402與流程403中所描述的一或多個流程。在一些實施方式中，噴出口之外表面的一部分可以用導電層(例如導電層154)加以覆蓋，以降低靜電荷存在的風險。
在流程404中，通過清潔刷刷洗晶圓的後表面(例如背面)。舉例來說，晶圓的後表面可以通過清潔刷150刷洗，而晶圓可以放置或固定在晶圓座120上。在一些實施方式中，通過清潔刷刷洗晶圓背面的步驟，可以包括對清潔刷施加壓力抵靠晶圓的後表面、旋轉晶圓以及旋轉/移動清潔刷(在本說明書中稱為「刷洗模式」)以使用運動機構(例如機械臂或運動台)來刷洗晶圓。在刷洗模式中，清潔刷可以以小於閾值(例如約2500rpm)的旋轉速度旋轉，以確保清潔刷穩定性(例如清潔刷的運動穩定性)的控制。在一些實施方式中，在刷洗模式下，晶圓可以是靜止的，而與此同時清潔刷則是旋轉/移位，以刷洗晶圓的後表面。在一些實施方式中，在刷洗模式下，旋轉清潔刷可包括以逆時針或是以順時針旋轉清潔刷。在一些實施方式中，在刷洗模式下，旋轉清潔刷可包括使清潔刷的逆時針旋轉與順時針旋轉交錯實施，也就是說，清潔刷的旋轉可以包含清潔刷不同的逆時針旋轉與順時針旋轉。
在一些實施方式中，刷洗晶圓背面的步驟可包括使晶圓的後表面與清潔刷接觸、旋轉晶圓、以及通過例如超聲 波振動裝置振動清潔刷(在本文中稱為「振動模式」)。在振動模式下，清潔刷的超聲波振動可以在約28kHz與約600kHz之間的頻率下執行。振動清潔刷可以包括沿著晶圓後表面正常擺動清潔刷(例如沿著第3A圖中的z方向，或沿著第3B圖中的y方向振動清潔刷)。在一些實施方式中，經由清潔刷刷洗晶圓背面可以包括於晶圓的後表面上執行刷洗模式與振動模式。在一些實施方式中，刷洗晶圓的背面可以包括同時執行先前於刷洗模式中描述之一或多個操作(例如施加壓力或旋轉清潔刷)，以及先前於振動模式中描述的一或多個操作(例如，振動清潔刷)。在一些實施方式中，刷洗晶圓的後表面可包括在刷洗模式和振動模式之間交替切換順序執行。
在一些實施方式中，清潔液(例如清潔液145)可以同時供應至晶圓(例如晶圓的前表面與/或後表面)，而晶圓的後表面由清潔刷刷洗(例如流程404中所描述的一或多個操作，可以與流程402與/或流程403中描述的一或多個操作同時執行)。
此外，在流程404中，經由清潔刷刷洗晶圓的後表面可以包括經由壓力感測器(例如壓力感測器157)檢測與調節清潔刷對晶圓的壓力。在一些實施方式中，清潔刷相對於晶圓的壓力可以在約0.001kg/cm2與約0.05kg/cm2之間，以保持清潔效率且不損壞晶圓的表面。在一些實施方式中，若檢測到的壓力高於0.05kg/cm2，則壓力感測器可以向控制元件發送請求信號，以增加清潔刷與晶圓之間的間隔減少壓力。在一些實施方式中，如果檢測到的壓力低於0.001kg/cm2，則壓力 感測器可以向控制元件發送請求信號，以減少清潔刷和晶圓之間的間隔增強壓力。
此外，在流程404中，刷洗晶圓的後表面可以包括經由位置感測器(例如位置感測器159)追蹤清潔刷的位置。位置感測器可以將清潔刷的位置以例如實時的方式傳送至控制元件，以確保清潔刷在晶圓清潔過程中覆蓋晶圓的整個後側表面。
此外，在流程404中，經由清潔刷刷洗晶圓後表面，可以包括檢測清潔刷的可見特徵，並將檢測到的可見特徵與基準特徵進行比較，並且基於比較結果清潔刷替換清潔刷。在一些實施方式中，檢測清潔刷的可見特徵可以包括使用影像感測器(例如第2圖中的影像感測器204)監測與清潔刷相關聯之刷毛的顏色外觀。如第2圖所示，可以將檢測到的顏色外觀(例如第2圖中所示之磨損清潔刷的塗層151C2顏色)與合格清潔刷(例如新清潔刷之顏色塗層151C1)的基準顏色特徵進行比較。如果比較表示清潔刷已磨損，則需要更換清潔刷。在一些實施方式中，可以在先前描述之刷洗模式與振動模式開始之前執行檢測可見特徵、比較可見特徵以及更換清潔刷(例如在開始清潔晶圓之前檢查與更換清潔刷)。
根據本揭露的各種實施方式，提供了一種用於半導體裝置製造中的晶圓清潔設備與晶圓清潔方法。晶圓清潔設備可包括晶圓座、清潔噴嘴與清潔刷。晶圓保持座配置以保持晶圓；清潔噴嘴配置以將清潔液分配至晶圓的第一表面(例如前表面)上；清潔刷用於清潔晶圓的第二表面(例如後表面)。 清潔刷可以通過刷洗與超聲波振動以及清潔液清潔晶圓的後表面。這樣的晶圓清潔設備與晶圓清潔方法，可以提供更好與更有效的清潔方式，以從晶圓上去除缺陷。
在一些實施方式中，用於晶圓清潔設備可以包含晶圓座、清潔噴嘴以及清潔刷。晶圓座配置以保持晶圓；清潔噴嘴配置以分配清潔液於晶圓的第一表面上；清潔刷配置以清潔晶圓的第二表面，其中第二表面市相對於晶圓的第一表面。清潔刷可以包含多個刷毛與多個噴出口，而噴出口係配置以分配清潔液於晶圓的第二表面。晶圓清潔設備可以進一步包含包圍容器，包圍容器係配置以包圍晶圓座、清潔噴嘴與清潔刷。
在一些實施方式中，包圍容器的材料可以包含非可燃材料。非可燃材料包含乙烯三氟氯乙烯(ethylene chlorotrifluoroethylene,ECTFE)、聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)、全氟烷氧基烷烴(perfluoroalkoxy alkane,PFA)及其組合所組成之群組。在一些實施方式中，導電層覆蓋清潔噴嘴之外表面的一部分。在一些實施方式中，清潔液包含氫氟酸、鹽酸、硫酸、過氧化氫、氫氧化銨、去離子水及其組合所組成之群組。在一些實施方式中，清潔刷可以進一步包含刷子主體與超聲波發射器。刷子主體配置以攜帶刷毛。超聲波發射器接觸刷子主體並配置以移動刷毛。在一些實施方式中，清潔刷進一步包含壓力感測器，壓力感測器配置以偵測清潔刷施加於晶圓之壓力。在一些實施方式中，清潔刷進一步包含位置感測器，位置感測器配置以追蹤清潔刷於晶圓之第二表面上的位置。在一些實施方式中，清潔 刷的刷毛的材料包含聚對苯二甲酸(polyethylene terephthalate,PET)、聚丙烯(polypropylene,PP)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)、聚酰胺(polyamide,PA)及其組合所組成之群組。在一些實施方式中，刷毛上可以包含塗層，塗層配置以表示這些刷毛的磨損情況。在一些實施方式中，晶圓清潔設備進一步包含影像感測器，影像感測器配置以監視這些刷毛的使用。而在一些實施方式中，刷毛包含複數個第一刷毛與複數個第二刷毛，其中這些刷毛中的第一複數個刷毛中的每一個刷毛長於第二複數個刷毛中的每一個刷毛。
在一些實施方式中，一種晶圓清潔方法可以包含裝載晶圓於晶圓座上、分配清潔液於晶圓的表面上、使晶圓旋轉以及通過清潔刷與運動機構施加壓力於晶圓的表面上。
在一些實施方式中，施加壓力的步驟可以包含旋轉清潔刷、沿該晶圓的表面移動清潔刷以及振動清潔刷。在一些實施方式中，施加壓力的步驟可以包含交替地以逆時針與順時針旋轉清潔刷。在一些實施方式中，一種晶圓清潔方法可以進一步包含偵測清潔刷的可見特徵、將可見特徵與基準特徵比較以及基於比較結果替換清潔刷。
在一些實施方式中，一種晶圓清潔方法已經被揭示。這個晶圓清潔方法可以包含裝載晶圓於晶圓座上；藉由將清潔液分配至晶圓的第一表面上以沖洗晶圓的第一表面；藉由清潔刷上的噴出口分配清潔液於晶圓的第二表面上，其中第二表面相對於第一表面；以及藉由清潔刷清潔晶圓的第二表面。在一些實施方式中，清潔晶圓的第二表面的步驟可以進一步包 含施加壓力使清潔刷抵靠晶圓、旋轉清潔刷以及振動清潔刷。
在一些實施方式中，旋轉清潔刷的步驟可以進一步包含以小於約2500rpm的轉速旋轉該清潔刷。在一些實施方式中，振動清潔刷的步驟可以進一步包含在介於約28kHz與約600kHz之間的頻率下超聲波地振動清潔刷。
值得一提的是，在實施方式的段落而非本揭露之一實施方式之摘要的段落中，其作用旨在解讀申請範圍。揭露之摘要的段落可能會提出本揭露之一實施方式中發明人(們)所考慮的一或多個實施方式，因此這些在任何方式下並不旨在加以限制所申請的範圍。
前面概述了若干實施方式的特徵，使得本領域技術人員可以在各方面更好地理解本說明。本領域的技術人員應理解，他們可以很容易的使用本說明作為基礎，設計或修改其他的過程與結構，已實現與本文介紹實施例相同的目的與/或相同的優點。本領域的技術人員也應理解，這樣等價的結構不脫離本說明相通的精神與範圍，並在不脫離本說明的精神與範圍的情況下，他們可以進行各種變化，替換或是變更。
100‧‧‧晶圓清潔設備
105‧‧‧包圍容器
106‧‧‧開口
108‧‧‧排氣元件
110‧‧‧晶圓
120‧‧‧晶圓座
122‧‧‧支撐插腳
124‧‧‧夾持插腳
125‧‧‧旋轉基座
130‧‧‧清潔噴嘴
134‧‧‧導電層
135‧‧‧噴嘴臂
140‧‧‧主軸
145‧‧‧清潔液
150‧‧‧清潔刷
151‧‧‧刷毛
152‧‧‧刷子主體
153‧‧‧噴出口
154‧‧‧導電層
155‧‧‧超聲波發射器
157‧‧‧壓力感測器
159‧‧‧位置感測器

Claims (9)

  1. 一種晶圓清潔設備，包含：一晶圓座，配置以保持一晶圓；一清潔噴嘴，配置以分配一清潔液於該晶圓的一第一表面上；以及一清潔刷，配置以清潔該晶圓的一第二表面，該第二表面相對於該晶圓的該第一表面，包含：複數個刷毛；複數個噴出口，配置以分配該清潔液於該晶圓的該第二表面；以及一壓力感測器配置以偵測施加於該清潔刷抵靠該晶圓之一壓力。
  2. 如請求項1所述之晶圓清潔設備，其中一導電層覆蓋該清潔噴嘴之一外表面的一部分。
  3. 如請求項1所述之晶圓清潔設備，其中該清潔刷進一步包含：一刷子主體，配置以攜帶該些刷毛；以及一超聲波發射器，接觸該刷子主體並配置以移動該些刷毛。
  4. 如請求項1所述之晶圓清潔設備，其中該清潔刷進一步包含一位置感測器，該位置感測器配置以追蹤該清潔刷於該晶圓之該第二表面上之一位置。
  5. 如請求項1所述之晶圓清潔設備，其中該些刷毛包含一塗層，該塗層配置以表示該些刷毛的磨損。
  6. 如請求項1所述之晶圓清潔設備，其中該些刷毛包含一第一複數個刷毛與一第二複數個刷毛，其中該第一複數個刷毛中的每一者長於該第二複數個刷毛中的每一者。
  7. 一種晶圓清潔方法，包含：裝載一晶圓於一晶圓座上；分配一清潔液於該晶圓之一表面上；使該晶圓旋轉；通過一清潔刷與一運動機構施加一壓力於該晶圓之該表面上；以及藉由一壓力感測器偵測施加於該清潔刷抵靠該晶圓之一壓力。
  8. 如請求項7所述之晶圓清潔方法，其中該施加該壓力的步驟包含：旋轉該清潔刷；沿該晶圓的該表面移動該清潔刷；以及振動該清潔刷。
  9. 一種晶圓清潔方法，包含： 裝載一晶圓於一晶圓座上；藉由將一清潔液分配至該晶圓之一第一表面上以沖洗該晶圓之該第一表面；藉由一清潔刷上之一噴出口分配該清潔液於該晶圓的一第二表面上，該第二表面相對於該第一表面；藉由該清潔刷清潔該晶圓的該第二表面；以及藉由一壓力感測器偵測施加於該清潔刷抵靠該晶圓之一壓力。
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