TWI791900B - 晶圓濕式清潔系統及方法 - Google Patents

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Abstract

實施例揭露一種晶圓清潔過程，其中對配置以從晶圓去除金屬污染物的排出的清潔溶液進行取樣和分析，以決定溶液中金屬離子的濃度。 晶圓清潔過程包含於晶圓清潔站中在一或多個晶圓上分配化學溶液；收集分配的化學溶液；決定化學溶液中污染物的濃度；響應污染物的濃度大於基準值，調整清潔過程中的一或多個參數；並響應於污染物的濃度等於或小於基準值，將一或多個晶圓轉移出晶圓清潔站。

Description

晶圓濕式清潔系統及方法
本揭露實施例係關於一種晶圓濕式清潔系統及方法。
在半導體製造中所使用的生產設備，可以是為積體電路（integrated circuit ，IC）製造設施中之多個半導體晶圓帶來不需要的顆粒的來源。 在晶圓製造過程中，半導體晶圓經歷多次處理操作。 隨著晶圓暴露於附加的處理，在IC製造期間晶圓表面上之不需要的顆粒的數量會增加，從而不利地影響晶圓產量和IC性能。
在一些實施例中，一種晶圓濕式清潔系統包含一清潔站，配置以藉由包含一化學溶液的一清潔過程從一或複數個晶圓去除污染物；一排水收集器，配置以收集來自清潔站的化學溶液；一分析器，配置以分析在排水收集器中被收集的化學溶液，以決定化學溶液中的污染物濃度；以及一運算單元。運算單元配置以將污染物濃度與一基準值進行比較，基於化學溶液中之污染物濃度與基準值的比較，調整清潔過程的一或複數個參數。
在一些實施例中，晶圓濕式清潔方法包含在晶圓清潔站中在一或多個晶圓上分配一化學溶液；收集所分配的化學溶液； 決定化學溶液中污染物的濃度；響應污染物濃度大於基準值，調整清潔過程中的一或多個參數；並且響應污染物濃度等於或小於基準值，將一或多個晶圓轉移出晶圓清潔站。
在一些實施例中，一種晶圓濕式清潔系統包含一晶圓清潔站，配置以藉由在一或複數個晶圓之上分配一化學溶液，在該一或複數個晶圓上進行一清潔過程；一收集器，配置以從晶圓清潔站的一排出管收集所分配在一或複數個晶圓上的化學溶液；一分析器，配置以分析所收集的化學溶液並輸出溶解在化學溶液中的一或複數種金屬離子的一濃度；以及一運算單元。運算單元用以比較一或複數種金屬離子的濃度與相應的一或複數個基準值，並且響應一或複數種金屬離子的濃度等於或小於一或複數個基準值，向晶圓清潔站傳送一第一命令以從晶圓清潔站移除一或複數個晶圓。此外，運算單元用以響應一或複數種金屬離子的濃度大於一或複數個基準值，向晶圓清潔站傳送一第二命令以調整清潔過程的一或複數個參數。
以下公開了許多不同的實施方法或是範例，以實行所提供之標的之不同特徵，以下描述具體的元件及其排列的實施例以闡述本揭露。當然這些實施例僅用以例示，且不該以此來限定本揭露的範圍。舉例來說，在說明書中若提到第一特徵部件形成於第二特徵部件之上，可包括第一特徵部件與第二特徵部件是直接接觸的實施例，另外也包括於第一特徵部件與第二特徵部件之間另外有其他特徵的實施例，亦即，第一特徵部件與第二特徵部件並非直接接觸。
此外，其中可能用到與空間相關用詞，例如“在…下方”、“下方”、“較低的”、“上方”、“較高的” 及類似的用詞，這些空間相關用詞係為了便於描述圖示中一個（些）元件或特徵與另一個（些）元件或特徵之間的關係，這些空間相關用詞包括使用中或操作中的裝置之不同方位，以及圖式中所描述的方位。當裝置被轉向不同方位時（旋轉90度或其他方位），則其中所使用的空間相關形容詞也將依轉向後的方位來解釋。
這裡所使用的術語“標稱”是指在產品或過程的設計階段期間設定的組件或過程操作的特徵或參數的期望值或目標值，以及高於和/或低於期望值的值。前述值的範圍通常是由於製造製程或公差而有的微小變化。
這裡使用的術語“基本上”表示可以基於與主題半導體器件相關聯的特定技術節點而變化的給定量的值。 在一些實施例中，基於特定技術節點，術語“基本上”可以指在例如目標（或預期）值的±5％內變化的給定量的值。
這裡使用的術語“約”表示可以基於與主題半導體器件相關聯的特定技術節點而變化的給定量的值。在一些實施例中，基於特定技術節點，術語“約”可以指在例如值的5-30％內變化的給定量的值（例如，±5％、±10％、± 20％或±30％的值）。
晶圓清潔是去除在半導體製造製程中引入之污染的製程。 污染物可包括有機物（例如，有機副產物）、金屬（金屬痕跡（traces））和天然氧化物。晶圓清潔方法包括乾式清潔方法、濕式清潔方法或其組合。
濕式清潔可以在濕式工具中進行，其可一次處理批次的晶圓（例如，在浴中）或一次單個晶圓（例如，“單晶圓”工具）。 舉例而言，在單晶圓工具中，晶圓進入清潔模組並定位在晶圓台上。之後藉由位於晶圓表面上方的一或多個噴嘴對晶圓進行濕式清潔。一或多個噴嘴可在壓力下在晶圓表面上流動化學品（例如，化學溶液、去離子水等）以去除污染物。在清潔過程之後，可乾燥晶圓（例如，藉由旋轉）並從濕式清潔工具中釋放。
一或多個晶圓可以隨機地被選擇以篩檢污染物和顆粒以評估濕式清潔過程的效率。污染物可以是（i）晶圓表面上經濕式清潔過程之任何不需要的顆粒、有機物、金屬或天然氧化物，或（ii）來自濕式清潔和乾燥處理中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）。
如果污染水平與基準水平相比仍較高，則可以“重新加工”（re-worked）晶圓（例如，在濕式工具中進行額外的清潔）或丟棄。上述製程既耗時又昂貴，因為污染水平不是與濕式清潔過程同時（例如，及時）測量的，例如，上述採樣過程要求在濕式清潔過程之後從濕式清潔工具上移除晶圓，在不同的工具上測量（例如，可能被運輸到製造設施的不同位置），並且如有必要，之後會返回濕式清潔工具進行額外清潔。此晶圓污染分析可能花費大量時間（例如，一或多個小時），從而影響整個晶片生產量。
本揭露涉及晶圓清潔過程，其在晶圓清潔過程期間收集和分析（例如，即時地）“消耗的”濕蝕刻化學物質，以在清潔操作期間決定和監測每個晶圓的污染水平。如果分析的數據顯示污染水平與基準水平相比為較高，則可調整（例如，即時地）濕式清潔過程的參數。 另一方面，如果分析的數據顯示污染水平在基準水平內，則可乾燥晶圓並從濕式清潔工具中取出。另外，此方法對於具低水平汙染之來料晶圓（例如，低於一基準水平）可減少清潔過程時間，並需要較短的濕式清潔過程。
第1圖係表示一濕式清潔群集工具（為簡單起見未在第1圖中示出）上的一示例性的單晶圓濕式清潔模組或清潔站100的剖視示意圖。前述濕式清潔群集工具可包含操作所需的複數個附加組件。作為示例而非限制，這些組件可包括多個模組（例如，傳送模組和濕式清潔站）、多個機器人臂、多個泵、多個排氣管線、多個加熱元件、多個氣體和化學品輸送管線、多個控制器、多個閥件以及與群集工具的其他組件的多個外部和內部的電連接（例如，運算單元、化學分析器、質量流量控制器、壓力控制器、閥件和泵）。 這些附加組件可以或可以不在第1圖中繪示，然而，它們在本公開的精神和範圍內。
在示例性之清潔站100中，一晶圓110被轉移/傳送到一晶圓固持器120上。晶圓固持器120係進一步地附接到清潔站100的一旋轉基座125。在一些實施例中，在濕式清潔或乾燥過程中，晶圓固持器120可以通過旋轉基座125以不同速度的旋轉晶圓110。清潔站100更包含附接到一噴嘴臂135的一噴嘴130，噴嘴臂135可圍繞一主軸（spindle）140樞轉。在一些實施例中，清潔站100可根據清潔站100的設計而裝配有多於一個的噴嘴130。在一些實施例中，噴嘴130和晶圓110之間的距離可在清潔過程的持續時間中調節或保持固定。此外，根據一些實施例，噴嘴130相對於晶圓110的一上表面的方向（orientation）也可以被調整或保持固定。噴嘴130可以以噴霧的形式將一種或多種化學溶液分配到晶圓110的表面。作為示例而非限制，噴嘴130可通過一或複數個化學交換/切換盒（switch boxes）連接到填充有化學品的外部槽。化學切換盒可為化學分配系統，其中容納了閥門和化學品分配管線，並且在將化學溶液輸送到噴嘴130之前預先混合化學溶液。為簡單起見，第1圖中未繪示出化學切換盒和外部槽。在一些實施例中，當分配或發配一清潔溶液145在晶圓110上時，噴嘴130可以或可以不繞主軸140樞轉。同時，當清潔溶液145分配在其表面上時，晶圓110可以旋轉或不旋轉。
清潔站100還包括一或複數個排放管線150。根據一些實施例，從晶圓表面處理完之“消耗的”化學溶液可通過一或複數個排出管150收集至一收集槽，隨後可將其轉移到分析器進行分析。 作為示例而非限制，在濕式清潔操作期間，可在晶圓110旋轉時執行前述消耗的化學溶液的收集。
在一些實施例中，分析儀係為分析工具，其決定或確定（determine）被收集的化學溶液中之金屬離子的濃度。作為示例而非限制，分析工具可以使用X射線（x-ray）分析（例如，光子與物質的相互作用），來決定所收集的化學溶液中的金屬離子的濃度。例如，分析儀可以是X射線螢光（x-ray fluorescence，XRF）工具、全反射X射線螢光（total reflection x-ray fluorescence，TXRF）工具、X射線光電子能譜（x-ray photoelectron spectroscopy，XPS）工具、小角度X射線散射（small-angle x-ray scattering，SAXS）工具等。在一些實施例中，當清潔站100中的晶圓110的清潔操作正在進行時，以預定間隔（“採樣間隔”）收集和分析使用過的化學溶液。分析收集的化學溶液的時間可以確定採樣間隔。例如，分析越快，採樣間隔則越短。在一些實施例中，採樣間隔可以內置在濕式清潔過程中。作為示例而非限制，在濕式清潔過程開始時，收集的化學溶液中金屬離子的濃度可以較高，而在濕式清潔過程結束時，金屬離子的濃度則可以較低。在一些實施例中，分析的化學溶液中的金屬離子濃度是晶圓110表面上的金屬污染的指標。例如，取樣的化學溶液中的高濃度金屬離子可顯示晶圓110表面上的金屬污染物濃度高。相反地，採樣的化學溶液中的低濃度金屬離子可以顯示晶圓110表面上的金屬污染物濃度低。因此，當收集的化學溶液中的金屬離子濃度低於一“既定基準水平”（例如，閾值）時，可以終止濕式清潔過程。前述所用之術語“既定基準水平”是指被認為對後續處理操作具有最小影響或對晶粒產量損失具有任何明顯影響的污染水平。例如，在建立了化學溶液中的離子污染水平與對下游製程的影響之間的相關性時，可確定濕式清潔過程的基準水平。在前端製程（front end of the line，FEOL）濕式清潔過程中的單一類型的金屬離子（例如，鋁離子）的閾值可以與後端製程（back end of the line，BEOL）濕式清潔過程中的閾值不同。作為示例而非限制，FEOL中的濕式清潔過程的鋁離子濃度基準水平可以比BEOL中的濕式清潔過程的鋁離子濃度基準水平低約一個數量級。
根據一些實施例，在濕式清潔操作開始時，由於來料晶圓之先前的處理操作（例如，沉積、蝕刻、平坦化、交叉污染等），化學溶液中的金屬離子的濃度水平可在晶圓至晶圓之間變化。 然而，在濕式清潔過程結束時所收集的化學溶液中的金屬離子濃度可以等於或低於基準水平。 作為示例而非限制，晶圓上的金屬污染物可包含銅、鐵、鎢、鈷、鈦、鉭、釔、鋯、釕、鉿或其組合。 然而，上述所列的金屬污染物列表並非詳盡無遺，並且在半導體製造中使用的其他金屬可被檢測到。
在一些實施例中，濕式清潔過程可為多步驟過程，其包含在每個步驟之不同的化學溶液。 作為示例而非限制，濕式清潔過程可包含至少一種能夠從晶圓表面去除金屬污染物的化學溶液。 例如，能夠從晶圓表面去除金屬污染物的化學溶液可包含鹽酸/過氧化氫/去離子（deionized，DI）水（hydrochloric acid/hydrogen peroxide/deionized （DI） water，HPM）溶液、硫酸/過氧化氫/去離子水（sulfuric acid/ hydrogen peroxide/DI water，SPM）溶液、氫氟酸/去離子水（hydrofluoric acid/DI water，DHF）溶液、臭氧溶液（在水中稀釋的臭氧）或其組合。 這些化學溶液可以在濕式清潔過程的不同階段連續地並且彼此獨立地分配於晶圓上。舉例而言，一示例性濕式清潔過程可以包含DHF步驟、HPM步驟和在兩步驟之間的具另一清潔步驟。
作為示例而非限制，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，HPM可以是具有高氧化電位（例如，高於1.3V）和低pH（例如，低於約7）的溶液。因此，在濕式清潔過程中，晶圓表面上的金屬污染物可以被離子化並溶解在HPM溶液中。 於是，在濕式清潔過程之後，從濕式清潔模組中被除去（例如，排出）之“消耗的”HPM溶液含有來自晶圓之可測量濃度的金屬離子。 因此，能夠從晶圓表面去除金屬污染物的任何化學溶液，其在濕式清潔過程中使用後將含有的金屬離子或金屬的痕跡（traces of metal ions or metals）。
作為舉例，以下將描述包含至少一HPM清潔步驟的濕式清潔過程。 基於本揭露內容，可以使用如上所述之能夠從晶圓表面去除金屬或其他污染物的附加清潔溶液。這些清潔溶液在本揭露的精神和範圍內。
第2圖是根據一些實施例的方法200的流程圖，其描述了用於濕式清潔過程的示例性金屬污染監測程序。作為示例而非限制，方法200的濕式清潔過程可以在第1圖中所示的清潔站100中執行。本揭露將不被以下操作描述所限制，並且其他操作也在本公開的精神和範圍內。應了解的是，可執行附加操作。此外，並非需要所有操作來執行本文所提供的揭露內容。此外，一些操作可以同時執行，或者以與第2圖中所示之順序不同的順序執行。在一些實施例中，可以執行除當前描述的操作之外或代替當前描述的操作的一個或多個其他操作。出於說明目的，參考第1、3圖的實施例描述方法（晶圓濕式清潔方法）200。然而，方法200不限於這些實施例。
作為示例目的，將針對單晶圓濕式清潔站描述方法200。基於本文的公開內容，方法200可同樣地應用於可以一次處理多個晶圓的批次濕式清潔站。濕式清潔站的配置（單晶圓和批次）都在本公開的精神和範圍內。
方法200以操作210開始，其中將晶圓傳送或轉移至濕式清潔站。例如，參閱第3圖，晶圓110可以通過具有機械人臂（未繪示出）的傳送模組傳送到濕式清潔站100。如上所述，濕式清潔站100可以是濕式清潔群集工具（未繪示出）中的模組，其可以進一步包含適合於其操作的附加濕式清潔站、模組和設備。 在一些實施例中，由於先前的一或多個處理操作或搬運（handling），晶圓110在其表面上包含金屬污染物。
在方法200的操作220中，晶圓110暴露於濕式清潔站100中的濕式清潔過程。根據一些實施例，濕式清潔過程可包含一種或多種清潔溶液。所述一種或多種清潔溶液可以從晶圓110的表面去除顆粒、有機污染物和金屬污染物。作為示例而非限制，在方法200中，可以使用HPM溶液、SPM溶液或DHF溶液去除金屬污染物，上述任何一種溶液都可以是濕式清潔過程的一部分。在一些實施例中，濕法清潔過程是多步驟清潔過程，其使晶圓經受一系列之清潔溶液。如第1圖所討論的，每個清潔溶液145可以經由噴嘴130而配置在晶圓110的表面上。如上所述，噴嘴130可以藉由一個或多個化學切換盒（未示出）連接到填充有預混合或未混合的化學品（例如，鹽酸、過氧化氫和/或去離子水）的外部槽（未示出）。前述化學切換盒可以是化學分配系統，其中容納了閥門和化學品分配管線，並且可以在通過清潔站100的噴嘴130輸送到晶圓表面之前預先混合化學溶液。
HPM溶液（或能夠從晶圓去除金屬污染物的任何其他溶液）在被放置在晶圓表面上之前，基本上是沒有金屬離子痕跡的。換句話說，HPM溶液或能夠從晶圓去除金屬污染物的任何其他溶液在與晶圓表面接觸之前不含有可檢測的金屬離子痕跡。當HPM溶液或能夠從晶圓去除金屬污染物的任何其他溶液與晶圓之金屬污染表面接觸時，晶圓表面上的金屬污染物可以被離子化並隨後溶解在HPM溶液中。隨著HPM溶液從濕式清潔站排出，溶解在HPM溶液中的離子化金屬污染物（此後稱其為“金屬離子污染物”）也隨後從晶圓表面除去。結果，排出的HPM溶液被“注入”金屬離子污染物並變成含金屬離子的溶液。因此，從清潔站收集的HPM溶液可具有可追踪濃度的金屬離子污染物。本文中所用之術語“含金屬離子”是指已經分配在晶圓上的化學溶液，它與晶圓​​的表面發生化學或物理相互作用，並且由於這種相互作用，它可能含有可追踪量的金屬離子污染物。在一些實施例中，排出的HPM溶液中金屬離子污染物的濃度，係在濕式清潔過程中從晶圓表面除去的金屬離子的量和晶圓上金屬污染物的量的指標。隨著濕式清潔過程的進行，HPM溶液中金屬離子的濃度會降低。
在第2圖的方法200的操作230中，從濕式清潔站收集具有來自濕式清潔過程的金屬離子污染物的清潔溶液。 在一些實施例中，在清潔溶液145經由噴嘴130分配在晶圓110上時晶圓110可以旋轉，以幫助從晶圓表面去除清潔溶液145。
具有金屬離子污染物的清潔溶液145（例如，含金屬的HPM溶液或能夠從晶圓去除金屬污染物的任何其他溶液）可以通過第3圖中所示的一條或多條排出管150收集。隨後如第3圖所示，含金屬離子的溶液可通過閥件300從主排管310轉移（diverted）到第3圖所示的一排出收集器320中。在一些實施例中，排出收集器320可收集少量具有金屬離子污染物的清潔溶液。在一些實施例中，排出收集器320可以從濕式清潔過程收集多於一種清潔溶液，例如，排出收集器320可以收集DHF、SPM或在濕式清潔過程中使用的其他溶液。未收集量的濕式清潔溶液可以轉移到主排管310。在一些實施例中，主排管310是製造設施中的中心或中間廢棄點，其中在濕式清潔群集工具所使用過的化學品被收集和中和。
出於示例目的，將在HPM溶液的背景下描述方法200的濕式清潔過程中具有金屬離子污染物的清潔溶液。基於本文的公開內容，可以使用能夠從晶圓去除金屬污染物的其他溶液。 這些溶液在本公開的精神和範圍內。
在一些實施例中，在HPM溶液分配於濕式清潔站100中時，HPM溶液可以以預定間隔收集。或者，可以在HPM分配步驟開始時收集一次HPM溶液並且在HPM分配步驟結束時收集一次HPM溶液。然而，這並非限制，可以基於所收集的化學溶液所需的分析時間來調節HPM溶液的收集頻率。例如，分析越快，採樣間隔就越短。 在一些實施例中，採樣間隔可以內置在濕式清潔過程中。 根據一些實施例，收集的HPM溶液可以暫時儲存在排出收集器320中，直到可以對其進行採樣。一旦已對HPM溶液進行採樣，就可藉由一排出管將其重新導至主排管310。
在方法200的操作240中，對來自排出收集器320之具有金屬離子污染物的清潔溶液（例如，HPM溶液）進行取樣和分析以決定或確定其金屬離子濃度。參閱第3圖，根據一些實施例，一分析器330可用於決定金屬離子濃度。在一些實施例中，分析器330可以使用X射線分析來決定收集的溶液中金屬離子的濃度。例如，分析器330可以是XRF工具、XPS工具或其他合適的工具。如上所述，HPM溶液中金屬離子的濃度在HPM分配步驟開始時可以較高，而在HPM分配步驟結束時較低。此外，根據一些實施例，分析的清潔溶液中的金屬離子濃度可以與晶圓110的表面上的金屬污染物的濃度成正比。
在一些實施例中，前述排出收集器320和分析器330鄰近清潔站100。例如，排出收集器320和分析器320可以定位在濕式清潔群集工具的旁邊，濕式清潔群集工具中容納有濕式清潔站100。在一些實施例中，排出收集器320和分析器310是獨立單元或可以是濕式清潔群集工具中的模組。在一些實施例中，排出收集器320和分析器330對應於單個清潔站100。換句話說，濕式清潔群集工具上的每個清潔站具有專用的收集器和分析器。上述配置允許即時監控（real time monitoring）濕式清潔過程。作為示例而非限制，來自排出收集器320的HPM溶液的採樣可以通過由分析器330中的一控制單元操作的管線和閥件之網路（network）自動地執行。為簡單起見，管線和閥件的網路未在圖中示出。 在一些實施例中，濕式清潔多步驟序列觸發來自排出收集器320的HPM溶液之取樣。例如，採樣序列可以按照濕式清潔過程的順序（配方）建立。
在方法200的操作250中，可以基於所測量之收集的清潔溶液（例如，在HPM溶液中）的測量金屬離子濃度，來調整方法200的濕式清潔過程的一或複數個參數。在一些實施例中，將金屬離子濃度與既定基準水平進行比較。根據一些實施例，並且取決於此比較的結果，可以調整濕式清潔過程的一個或多個參數。作為示例而非限制，可在運算單元340中執行分析數據與基準水平的比較。在一些實施例中，運算單元340可以是分析器330的一部分。然而，這並非限制，且運算單元340可以是位於不同位置的遠程單元（例如，伺服器）。根據一些實施例，運算單元340可以是大數據網絡系統的一部分，前述大數據網絡系統在整個製造設施中收集和處理來自各種來源的訊息。例如，運算單元340可以從壓力感測器、分析工具、質量流量控制器等收集數據。在一些實施例中，運算單元340被配置為從一個或多個分析器（例如分析器330）接收金屬離子濃度數據，並將此數據與儲存在數據庫或本地儲存媒介中的一既定基準值進行比較。基於此比較，運算單元340可以向清潔站100發送一個或多個命令以調整與濕式清潔過程相關聯的一個或多個參數。
在一些實施例中，可調整的清潔站100中的濕式清潔過程參數是HPM溶液的水含量，例如，H2 O與HCl + H2 O2 的比率或是H2 O：（HCl + H2 O2 ）。 更具體而言，如果收集的HPM溶液中的金屬離子濃度等於或大於儲存的基準值，則運算單元340向清潔站100發送命令以降低HPM溶液中的水含量。在一些實施例中，如果收集的HPM溶液中的金屬離子濃度低於儲存的基準值，則運算單元340可以向清潔站100傳送命令以增加HPM溶液中的水含量以用於清潔過程的剩餘部分，例如，HPM溶液變得“較弱（weaker）”。在一些實施例中，HPM溶液中的水含量可以藉由控制例如HPM溶液中的水流和/或鹽酸流來調節。
在一些實施例中，可以調整的清潔站100中的濕式清潔過程參數的是HPM清潔步驟的持續時間。更具體地，如果收集的HPM溶液中的金屬離子濃度等於或大於儲存的基準值，則運算單元340可以向清潔站100發送命令以延長HPM清潔步驟的持續時間（例如，延長持續時間為1秒、3秒、7秒、10秒、1分鐘等）。 或者，如果收集的HPM溶液中的金屬離子濃度低於儲存的基準值，則運算單元340可以向清潔站100發送命令以縮短或終止HPM清潔步驟。
根據一些實施例，可以響應於HPM溶液中的金屬離子污染而調整的清潔站100中的另一個濕式清潔過程參數是HPM溶液的溫度。例如，可以升高或降低分配在晶圓上的HPM溶液的溫度，以調節HPM溶液的強度，用於濕式清潔步驟的剩餘部分。在一些實施例中，升高HPM溶液的溫度會增強清潔溶液，而降低HPM溶液的溫度則會削弱清潔溶液。
在一些實施例中，可以響應於HPM溶液中的金屬離子污染物來調節清潔站100中的多個濕式清潔參數。例如，HPM溶液的持續時間、水含量、HPM溶液的溫度或其組合可以同時或單獨調整。
儘管本揭露已描述了使用包含HPM溶液的濕式清潔之方法200，但是參與濕式清潔過程的其他溶液可以與方法200一起使用以優化從晶圓上去除金屬污染物。例如，如果濕式清潔過程包括DHF和HPM步驟，其中DHF在HPM之前分配，則可以收集DHF並分析金屬離子污染物，以便可以在分配HPM溶液之前調整HPM溶液的參數。這些參數可包含但不限於HPM溶液分配時間（例如，持續時間）、HPM溶液水含量、HPM溶液溫度或其組合。
方法200中描述的示例性金屬污染監測程序不限於單晶圓清潔站（例如，清潔站100）。舉例而言，方法200中描述的示例性金屬污染物監測程序可以應用於濕式清潔浴，其可以一次處理批次的晶圓而不是一次處理一個晶圓。 作為示例而非限制，可以根據方法200的金屬污染監測程序排出、收集和分析來自清潔浴的化學溶液。
本揭露涉及一種晶圓清潔過程，其中對用於從晶圓去除金屬污染物的排出的清潔溶液進行取樣和分析，以決定溶液中金屬離子的濃度。溶液中的金屬離子濃度是晶圓上金屬污染的指標。基於所收集的清潔溶液中的金屬離子污染物的濃度，可以在晶圓清潔過程期間動態地調整晶圓清潔過程的各種參數。例如，如果溶液中測量的金屬離子濃度與基準水平相比為較高時，則可以增加濕式清潔過程的持續時間或溶液的強度。另一方面，如果測量的金屬離子濃度在基準水平內，則可以將晶圓乾燥並從濕式清潔站移除，或者可以進一步稀釋用於剩餘部分或濕式清潔過程的溶液。本文所述的晶圓清潔方法，對於具低水平汙染之來料晶圓（例如，低於一基準水平）可減少清潔過程時間，並需要較短的濕式清潔過程。
於本揭露一些實施例中，揭露了一種晶圓濕式清潔系統。此系統包含一清潔站，配置以藉由包含一化學溶液的一清潔過程從一或複數個晶圓去除污染物；一排水收集器，配置以收集來自清潔站的化學溶液；一分析器，配置以分析在排水收集器中被收集的化學溶液，以決定化學溶液中的污染物濃度；以及一運算單元。運算單元配置以將污染物濃度與一基準值進行比較，並且響應污染物濃度等於或小於基準值，向清潔站傳送一第一命令以終止清潔過程。此外，響應於污染物濃度大於基準值，運算元配置以向清潔站傳送一第二命令以調整清潔過程中的一或多個參數。
在一些實施例中，前述污染物濃度包括一或複數個晶圓上的一金屬污染物的量。在一些實施例中，金屬污染物包括銅、鐵、鎢、鈷、鈦、鉭、釔、鋯、釕、鉿或其組合。在一些實施例中，化學溶液包括鹽酸、過氧化氫和去離子水的一混合物。
在一些實施例中，前述運算單元更配置以：響應污染物濃度等於或小於的基準值，向清潔站傳送一第一命令以終止清潔過程；以及響應污染物濃度大於基準值，向清潔站傳送一第二命令以調整清潔過程中的一或複數個參數。運算單元更配置以響應汙染物濃度大於基準值，向清潔站傳送一第三命令以改變化學溶液的一水含量、以增加清潔過程的一持續時間或兩者兼之。運算單元更配置以響應一金屬離子濃度大於基準值，向清潔站傳送一第三命令以增加化學溶液的一溫度。
於本揭露另一些實施例中，揭露了一種晶圓濕式清潔方法。此方法包含在晶圓清潔站中在一或多個晶圓上分配一化學溶液；收集所分配的化學溶液； 決定化學溶液中污染物的濃度；響應污染物濃度大於基準值，調整清潔過程中的一或多個參數；並且響應污染物濃度等於或小於基準值，將一或多個晶圓轉移出晶圓清潔站。
在一些實施例中，前述晶圓濕式清潔方法更包括：響應污染物的第一濃度等於或小於基準值，將一或複數個晶圓轉移出晶圓清潔站；以及響應污染物的第一濃度大於基準值，調整第一化學溶液的該些參數。在一些實施例中，調整該第一化學溶液的該些參數之操作包括降低分配到一或複數個晶圓上的第一化學溶液中的一水含量。在一些實施例中，降低第一化學溶液中的水含量之操作包括減少在晶圓清潔站中的一水流。在一些實施例中，前述汙染物包括一或複數種金屬離子。
在一些實施例中，調整第一化學溶液的該些參數之操作包括提高分配在一或複數個晶圓上的第一化學溶液的一溫度。在一些實施例中，第一化學溶液的該些參數包括第一化學溶液的一分配時間、第一化學溶液的一水含量、第一化學溶液的一溫度或其組合。在一些實施例中，前述晶圓濕式清潔方法更包括：在調整第一化學溶液的該些參數之操作後，收集分配的第一化學溶液；決定第一化學溶液中之污染物的一第二濃度；響應污染物的第二濃度大於基準值，調整第一化學溶液的該些參數；以及響應污染物的第二濃度等於或小於基準值，將一個或複數個晶圓轉移出晶圓清潔站。
在一些實施例中，前述晶圓濕式清潔方法更包括：在分配第一化學溶液到一或複數個晶圓上之操作之前，在一或複數個晶圓上分配一第二化學溶液；決定第二化學溶液中之一污染物濃度；以及響應第二化學溶液中的污染物濃度大於基準值，調整第一化學溶液的該些參數。在一些實施例中，調整第一化學溶液的該些參數之操作包括調整第一化學溶液的一溫度、調整第一化學溶液的一水含量、調整第一化學溶液的一分配時間或其組合。
於本揭露另一些實施例中，揭露了一種晶圓濕式清潔系統。此系統包含一晶圓清潔站，配置以藉由在一或複數個晶圓之上分配一化學溶液，在該一或複數個晶圓上進行一清潔過程；一收集器，配置以從晶圓清潔站的一排出管收集所分配在一或複數個晶圓上的化學溶液；一分析器，配置以分析所收集的化學溶液並輸出溶解在化學溶液中的一或複數種金屬離子的一濃度；以及一運算單元。運算單元用以比較一或複數種金屬離子的濃度與相應的一或複數個基準值，並且響應一或複數種金屬離子的濃度等於或小於一或複數個基準值，向晶圓清潔站傳送一第一命令以從晶圓清潔站移除一或複數個晶圓。此外，運算單元用以響應一或複數種金屬離子的濃度大於一或複數個基準值，向晶圓清潔站傳送一第二命令以調整清潔過程的一或複數個參數。
在一些實施例中，前述清潔過程的一或複數個參數包括化學溶液的一溫度、化學溶液的一分配時間或化學溶液的一水含量。在一些實施例中，前述運算單元更被配置以響應一或複數種金屬離子的濃度大於基準值，增加化學溶液的一分配時間。
應當理解的是，詳細描述部分而非本揭露的摘要部分旨在用於解釋申請專利範圍。 本揭露的摘要部分可以闡述發明人所預期的本揭露的一個或多個但不是所有可能的實施例，因此，並不旨在以任何方式限制所附加的申請專利範圍。
上述內容概述許多實施例的特徵，因此任何所屬技術領域中具有通常知識者，可更加理解本揭露之各面向。任何所屬技術領域中具有通常知識者，可能無困難地以本揭露為基礎，設計或修改其他製程及結構，以達到與本揭露實施例相同的目的及/或得到相同的優點。任何所屬技術領域中具有通常知識者也應了解，在不脫離本揭露之精神和範圍內做不同改變、代替及修改，如此等效的創造並沒有超出本揭露的精神及範圍。
100:清潔站（晶圓濕式清潔站） 110:晶圓 120:晶圓固持器 125:旋轉基座 130:噴嘴 135:噴嘴臂 140:主軸 145:清潔溶液 150:排出管 200:方法（晶圓濕式清潔方法） 210:操作 220:操作 230:操作 240:操作 250:操作 300:閥件 310:主排管 320:排出收集器 330:分析器 340:運算單元
根據以下的詳細說明並配合所附圖式可以更加理解本發明實施例。應注意的是，根據本產業的標準慣例，圖示中的各種部件並未必按照比例繪製。事實上，可能任意的放大或縮小各種部件的尺寸，以做清楚的說明。於本說明書和附圖中，相似的附圖標號表示相似的特徵。 第1圖示出根據本揭露一些實施例之一濕式清潔群集工具中的一示例性的一單晶圓清潔站的剖面圖。 第2圖示出根據本揭露一些實施例之用於晶圓清潔站的濕式清潔過程的流程圖。 第3圖示出根據本揭露一些實施例之一示例性的濕式清潔系統的示意圖。
100:清潔站(晶圓濕式清潔站)
110:晶圓
150:排出管
300:閥件
310:主排管
320:排出收集器
330:分析器
340:運算單元

Claims (8)

  1. 一種晶圓濕式清潔系統，包括：一清潔站，配置以藉由包含一化學溶液的一清潔過程從一或複數個晶圓去除污染物；一排出收集器；一主排管，配置以收集來自該清潔站的該化學溶液，並將一部分的該化學溶液轉移到該排出收集器中，其中該排出收集器暫時儲存該部分的該化學溶液，直到對該部分的該化學溶液採樣；一分析器，配置以分析在排出收集器中被收集的該部分的該化學溶液，以決定該化學溶液中的一污染物濃度；以及一運算單元，配置以：將該污染物濃度與一基準值進行比較；以及響應該污染物濃度等於或小於該基準值，向該清潔站傳送一第一命令以終止該清潔過程；以及響應該污染物濃度大於該基準值，向該清潔站傳送一第二命令以調整該清潔過程中的該一或複數個參數，其中在調整該清潔過程中的該一或複數個參數的操作之前、期間和之後，該化學溶液連續地分配於該一或複數個晶圓上，其中該排出收集器將已分析的該部分的該化學溶液導至該主排管，並且其中該主排管是中間廢棄點。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓濕式清潔系統，其中該污染物濃度包括該一或複數個晶圓上的一金屬污染物的量。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓濕式清潔系統，其中該一或複 數個參數包括該化學溶液的一水含量、該清潔過程的一持續時間或兩者兼之。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓濕式清潔系統，其中該運算單元更配置以響應一金屬離子濃度大於該基準值，向該清潔站傳送一第三命令以增加該化學溶液的一溫度。
  5. 一種晶圓濕式清潔方法，包括：於一晶圓清潔站中分配一第一化學溶液至一或複數個晶圓上；通過一主排管收集來自該晶圓清潔站的該第一化學溶液，並將一部分的該第一化學溶液轉移到一排出收集器中；收集分配的該第一化學溶液，其中該排出收集器暫時儲存該部分的該第一化學溶液，直到對該部分的該第一化學溶液採樣；決定該第一化學溶液中的一污染物的一第一濃度；藉由該排出收集器將已分析的該部分的該第一化學溶液導至該主排管；比較該污染物的該第一濃度與一基準值；響應該污染物的該第一濃度等於或小於該基準值，將該一或複數個晶圓轉移出該晶圓清潔站，以及響應該污染物的該第一濃度大於該基準值，調整該第一化學溶液的複數個參數，其中在調整該第一化學溶液的該些參數的操作之前、期間和之後，該第一化學溶液連續地分配於該一或複數個晶圓上，其中該主排管是中間廢棄點。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之晶圓濕式清潔方法，更包括： 在調整該第一化學溶液的該些參數之操作後，以預定間隔收集分配的該第一化學溶液；決定該第一化學溶液中之該污染物的一第二濃度；響應該污染物的該第二濃度大於該基準值，調整該第一化學溶液的該些參數；以及響應該污染物的該第二濃度等於或小於該基準值，將該一個或複數個晶圓轉移出該晶圓清潔站。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之晶圓濕式清潔方法，更包括：在分配該第一化學溶液到該一或複數個晶圓上之操作之前，在該一或複數個晶圓上分配一第二化學溶液；決定該第二化學溶液中之一污染物濃度；以及響應該第二化學溶液中的該污染物濃度大於該基準值，調整該第一化學溶液的該些參數。
  8. 一種晶圓濕式清潔系統，包括：一晶圓清潔站，配置以藉由在一或複數個晶圓之上分配一化學溶液，在該一或複數個晶圓上進行一清潔過程；一收集器；一主排管，配置以從該晶圓清潔站的一排出管收集所分配在該一或複數個晶圓上的該化學溶液，並將一部分的該化學溶液轉移到該收集器中，直到對該部分的該化學溶液採樣；一分析器，配置以分析所收集的該部分的該化學溶液並輸出溶解在該化學溶 液中的一或複數種金屬離子的一濃度；以及一運算單元，配置以：比較該一或複數種金屬離子的該濃度與相應的一或複數個基準值；響應該一或複數種金屬離子的該濃度等於或小於該一或複數個基準值，向該晶圓清潔站傳送一第一命令以從該晶圓清潔站移除該一或複數個晶圓；以及響應該一或複數種金屬離子的該濃度大於該基準值，向該晶圓清潔站傳送一第二命令以調整該清潔過程的一或複數個參數，其中該收集器將已分析的該部分的該化學溶液導至該主排管，並且其中在調整該清潔過程中的該一或複數個參數的操作之前、期間和之後，該化學溶液連續地分配於該一或複數個晶圓上。
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