用于清洗半导体晶圆的系统技术方案

本发明专利技术揭示了一种在清洗具有图案结构特征的半导体晶圆(1010)中控制损伤的系统，该系统包括：晶圆卡盘(1014)，用于在清洗过程中临时限制半导体晶圆(1010)；喷头(1012)，用于输送清洗液到半导体晶圆(1010)表面；声波发生器(25082)，被配置为在第一预定时段(τ1)以第一频率(f1)和第一功率水平(P1)向清洗液传递声能及在第二预定时段(τ

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于清洗半导体晶圆的系统
本专利技术涉及半导体晶圆清洗领域，更具体地，涉及采用可控声能的湿法清洗方法和装置。
技术介绍
半导体器件是在半导体晶圆上采用一系列的处理步骤来制造晶体管和互连元件。近来，晶体管的建立由两维到三维，例如鳍型场效应晶体管。互连元件包括导电的(例如金属)槽、通孔等形成在介质材料中。为了形成这些晶体管和互连元件，半导体晶圆经过多次掩膜、蚀刻和沉积工艺以形成半导体器件所需的结构。例如，多层掩膜和等离子体刻蚀步骤可以在半导体晶圆上的电介质层中形成作为鳍型场效应晶体管的鳍的凹进区域和互连元件的槽和通孔。为了去除刻蚀或光刻胶灰化后在鳍结构和/或槽和通孔内的颗粒和污染物，必须进行湿法清洗。然而，湿法过程中使用的化学液可能会导致侧壁损失。当器件制造节点不断接近或小于14或16nm，鳍和/或槽和通孔的侧壁损失是维护临界尺寸的关键。为了减少或消除侧壁损失，应当使用温和的或稀释的化学液，有时甚至只使用去离子水。然而，温和的或稀释的化学液或去离子水通常不能有效去除鳍结构和/或槽和通孔内的微粒，因此，需要使用机械力来有效去除这些微粒，例如超声波/兆声波。超声波/兆声波会产生气穴振荡来为晶圆结构的清洗提供机械力。然而，气穴振荡是一种混沌现象。空化气泡的产生及其破裂受到很多物理参数的影响。这些猛烈的气穴振荡例如不稳定的气穴振荡或微喷射将损伤这些图案结构(鳍结构、槽和通孔)。在传统的超声波或兆声波清洗过程中，只有当功率足够高，例如大于5-10瓦时，才会产生显著的颗粒去除效率(“PRE”)。然而，当功率大于约2瓦时，晶圆开始有明显的损伤。因此，很难找到功率窗口使得晶圆在被有效清洗时避免重大的损伤。因此，维持稳定或可控的气穴振荡是控制声波机械力低于损伤限度而仍然能够有效地去除图案结构中的杂质颗粒的关键。因此，提供一种系统和方法，用于控制在晶圆清洗过程中由超声波或兆声波设备产生的气泡气穴振荡，以便能够有效地去除细小的杂质颗粒，而不会损伤晶圆上的图案结构。
技术实现思路
本专利技术提出一种清洗半导体晶圆的系统，包括用于在清洗过程中临时限制半导体晶圆的晶圆保持器、用于输送清洗液以覆盖半导体晶圆表面的入口、被配置为交替施加第一预定设置并持续第一预定时段和第二预定设置并持续第二预定时段的声波发生器、以及控制器，被编程以确定第一预定设置和第二预定设置、第一预定时段和第二预定时段以及第一预定设置和第二预定设置之间交替施加的数目，其中，清洗液中的气泡气穴振荡在第一预定时段内增大，在第二预定时段内减小，第一预定时段和第二预定时段先后交替施加，因此，在每个第一时段内清洗之后，清洗液中的气泡能够被充分冷却，以避免损伤晶圆。根据以下实施例的详细描述，本专利技术的其他方面、特征及技术对于本领域的技术人员将是显而易见的。附图说明构成本说明书一部分的附图被包括以描述本专利技术的某些方面。对本专利技术以及本专利技术提供的系统的组成和操作的更清楚的概念，通过参考示例将变得更加显而易见，因此，非限制性的，在附图中示出的实施例，其中类似的附图标记(如果它们出现在一个以上的视图)指定相同的元件，通过参考这些附图中的一个或多个附图并结合本文给出的描述，可以更好地理解本专利技术，应当注意，附图中示出的特征不是必须按比例绘制。图1A至图1B揭示了根据本专利技术的一个实施例的使用超声波或兆声波装置的晶圆清洗装置。图2A至图2G揭示了不同形状的超声波或兆声波换能器。图3揭示了在晶圆清洗过程中气泡内爆。图4A至图4B揭示了在晶圆清洗过程中不稳定的气穴振荡损伤晶圆上的图案结构。图5A至图5C揭示了在声波清洗晶圆过程中气泡内部热能变化。图6A至图6C揭示了在声波清洗晶圆过程中最终发生微喷射。图7A至图7E揭示了根据本专利技术的一个实施例的声波晶圆清洗工艺。图8A至图8D揭示了根据本专利技术的另一个实施例的声波晶圆清洗工艺。图9A至图9D揭示了根据本专利技术的又一个实施例的声波晶圆清洗工艺。图10A至图10C揭示了根据本专利技术的又一个实施例的声波晶圆清洗工艺。图11A至图11B揭示了根据本专利技术的又一个实施例的声波晶圆清洗工艺。图12A至图12B揭示了根据本专利技术的又一个实施例的声波晶圆清洗工艺。图13A至图13B揭示了根据本专利技术的又一个实施例的声波晶圆清洗工艺。图14A至图14B揭示了根据本专利技术的又一个实施例的声波晶圆清洗工艺。图15A至图15C揭示了在声波清洗晶圆过程中稳定的气穴振荡损伤晶圆的图案结构。图15D揭示了根据本专利技术的一个实施例的晶圆清洗的流程图。图16A至图16C揭示了根据本专利技术的一个实施例的晶圆清洗工艺。图17揭示了根据本专利技术的另一个实施例的晶圆清洗工艺。图18A至图18J揭示了气泡气穴振荡控制增强新鲜清洗液在晶圆上的通孔或槽内的循环。图19A至图19D揭示了对应于声能的气泡体积变化。图20A至图20D揭示了根据本专利技术的一个实施例的有效清洗具有高深宽比的通孔或槽的特征的声波晶圆清洗工艺。图21A至图21C揭示了根据本专利技术的另一个实施例的清洗工艺。图22A至图22B揭示了根据本专利技术的另一个实施例的使用声能清洗晶圆的工艺。图23揭示了根据本专利技术的一个实施例的可以执行图7至图22揭示的晶圆清洗工艺的晶圆清洗装置。图24揭示了根据本专利技术的一个实施例的可以执行图7至图22所揭示的晶圆清洗工艺的另一晶圆清洗装置的剖视图。图25揭示了根据本专利技术的一个实施例的用于监测采用声能清洗晶圆的工艺参数的控制系统。图26揭示了根据本专利技术的一个实施例的如图25所示的检测电路的框图。图27揭示了根据本专利技术的另一个实施例的如图25所示的检测电路的框图。图28A至图28C揭示了根据本专利技术的一个实施例的如图26所示的电压衰减电路。图29A至图29C揭示了根据本专利技术的一个实施例的如图26所示的整形电路。图30A至图30C揭示了根据本专利技术的一个实施例的如图26及图27所示的主控制器。图31揭示了主机关闭声波电源后声波电源继续振荡几个周期。图32A至图32C揭示了根据本专利技术的一个实施例的如图27所示的振幅检测电路。图33揭示了根据本专利技术的一个实施例的晶圆清洗工艺的流程图。图34揭示了根据本专利技术的另一个实施例的晶圆清洗工艺的流程图。具体实施方式本专利技术的一个方面涉及使用声能进行半导体晶圆清洗时控制气泡气穴振荡。下面将参考附图描述本专利技术的实施例。参考图1A至图1B，揭示了根据本专利技术的一个实施例的使用超声波或兆声波装置的晶圆清洗装置。图1A揭示了晶圆清洗装置的剖视图。该装置包括用于保持晶圆1010的晶圆卡盘1014，用于驱动晶圆卡盘1014的转动驱动装置1016，用于输送清洗液1032至晶圆1010表面的喷头1012。清洗液1032可以是化学试剂或去离子水。晶圆清洗装置还包括位于晶圆1010上方的超声波或兆声波装置10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在清洗具有图案结构特征的半导体晶圆中控制损伤的系统，该系统包括：/n晶圆保持器，用于在清洗过程中临时限制半导体晶圆；/n入口，用于输送清洗液到半导体晶圆表面；/n声波发生器，被配置为在第一预定时段以第一频率和第一功率水平向清洗液传递声能及在第二预定时段以第二频率和第二功率水平向清洗液传递声能，第一预定时段和第二预定时段先后交替施加且连续的一个接着一个；以及/n控制器，被编程提供第一及第二频率、第一及第二功率水平、第一及第二预定时段，以及第一和第二预定时段的循环数，/n其中，第一及第二预定时段、第一及第二功率水平以及第一及第二频率中的至少一个被确定使由于传递声波能量而导致的损伤特征的百分比低于预定阈值。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在清洗具有图案结构特征的半导体晶圆中控制损伤的系统，该系统包括：
晶圆保持器，用于在清洗过程中临时限制半导体晶圆；
入口，用于输送清洗液到半导体晶圆表面；
声波发生器，被配置为在第一预定时段以第一频率和第一功率水平向清洗液传递声能及在第二预定时段以第二频率和第二功率水平向清洗液传递声能，第一预定时段和第二预定时段先后交替施加且连续的一个接着一个；以及
控制器，被编程提供第一及第二频率、第一及第二功率水平、第一及第二预定时段，以及第一和第二预定时段的循环数，
其中，第一及第二预定时段、第一及第二功率水平以及第一及第二频率中的至少一个被确定使由于传递声波能量而导致的损伤特征的百分比低于预定阈值。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，清洗液中的气泡尺寸由于声能在第一预定时段内增大，在第二预定时段内减小。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述晶圆保持器为旋转卡盘。


4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述晶圆保持器为浸没在清洗槽中的晶圆盒。


5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述入口包括喷头。


6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括耦合在声波发生器上的声波换能器。


7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述声波换能器位于半导体晶圆上方并与半导体晶圆之间存在一间隙，在清洗过程中，该间隙内充满清洗液。


8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述间隙在清洗过程中是变化的。


9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述声波换能器与入口相连接，并向流经该入口的清洗液传递声能。


10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述清洗液选自下述一种：化学液、去离子水和二者的组合。


11.根据权利1所述的系统，其特征在于，所述第二功率水平为零。


12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一频率等于第二频率且两个频率在各自的工作时段内保持恒定，第一功率水平高于第二功率水平且两个功率水平在各自的工作时段内保持恒定。


13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一频率高于第二频率且两个频率在各自的工作时段内保持恒定，第一功率水平高于第二功率水平且两个功率水平在各自的工作时段内保持恒定。


14.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一频率低于第二频率且两个频率在各自的工作时段内保持恒定，第一功率水平等于第二功率水平且两个功率水平在各自的工作时段内保持恒定。


15.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一频率低于第二频率且两个频率在各自的工作时段内保持恒定，第一功率水平高于第二功率水平且两个功率水平在各自的工作时段内保持恒定。


16.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一频率低于第二频率且两个频率在各自的工作时段内保持恒定，第一功率水平低于第二功率水平且两个功率水平在各自的工作时段内保持恒定。


17.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一功率水平在第一预定时段内上升。


18.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一功率水平在第一预定时段内下降。


19.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一功率水平在第一预定时段内上升和下降。


20.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二频率基本上接近于零，并且第二功率水平在第二预定时段内保持恒定的正值。


21.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二频率基本上接近于零，并且第二功率水平在第二预定时段内保持恒定的负值。


22.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述声波发生器产生的声波在第一预定时段和第二预定时段相位相反。


23.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一预定时段短于第一频率的循环周期的2000倍。


24.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一预定时段短于((Ti-T0-ΔT)/(ΔT–δT)+1)/f1，其中，Ti是内爆温度，T0是清洗液的温度，ΔT是一次压缩后的温度增量，δT是一次膨胀后的温度减量，f1是第一频率。


25.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一频率在第一预定时段内从较高值变为较低值。


26.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一频率在第一预定时段内从较低值变为较高值。


27.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一频率在第一预定时段内从较低值变为较高值再变为较低值。


28.根据权利要求1所述的系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晖，陈福发，陈福平，王坚，王希，张晓燕，金一诺，贾照伟，谢良智，王俊，李学军，
申请(专利权)人：盛美半导体设备上海股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31