專利名稱：控制單晶片清洗系統(tǒng)的電化腐蝕效應(yīng)的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及半導(dǎo)體制造，更具體地涉及電化腐蝕減至最小的單晶片清洗系統(tǒng)用清洗方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
在兩種不同種類的金屬經(jīng)電解質(zhì)耦合的環(huán)境中會(huì)引起電化腐蝕。原電池中的一種金屬變成陽極，比其通常腐蝕的快。而另一種金屬變成陰極，比其通常腐蝕的慢。圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)基本原電池的圖100。將兩種不同種類的金屬104及106經(jīng)由電解質(zhì)102耦合。陽極106貢獻(xiàn)電子并且腐蝕速度增大，而陰極104的腐蝕速度降低。
使用于半導(dǎo)體中的金屬導(dǎo)線通常由不同種類的金屬，如銅/鉭(Cu/Ta)或銅/氮化鉭(Cu/TaN)構(gòu)成。在加工操作，如蝕刻及化學(xué)機(jī)械平面化(CMP)后的清洗操作期間，不同種類的金屬經(jīng)由電解質(zhì)(如水基清洗劑或半水基清洗劑中的水)而電接觸。結(jié)果，其中一種金屬的腐蝕加速，因而有器件發(fā)生故障的可能。圖2說明了現(xiàn)有技術(shù)的圖110，描繪出不同種類的金屬形成原電池的一個(gè)實(shí)例。圖110說明了一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，其中溝道120具有一通孔122向下至銅金屬化線112。襯里114沿3個(gè)側(cè)面圍繞銅金屬化線112，作為銅擴(kuò)散屏障。介電層118通常是位于屏障116上的低K介電質(zhì)。如圖110中可見，通孔122稍微不對(duì)齊銅金屬化線112。結(jié)果，露出了兩種不同種類的金屬，即銅金屬化線112的銅及襯里114，因?yàn)橐r里114通常為用于雙鑲嵌應(yīng)用的鉭或氮化鉭。一旦各個(gè)分離的線路中露出的不同金屬經(jīng)由電解質(zhì)接觸，未與金屬化線112接觸的第二金屬線(未示出)上的另外的不對(duì)齊通孔也會(huì)導(dǎo)致形成原電池的可能性。應(yīng)理解，通孔不一定要不對(duì)齊，因?yàn)殂~會(huì)與襯底124的不同區(qū)域中暴露的第二金屬接觸。因此在清洗及沖洗操作期間，即使是完全對(duì)齊結(jié)構(gòu)中的不同金屬也會(huì)經(jīng)由電解質(zhì)而接觸。此外，雖然圖110中示出了雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，但利用鋁的傳統(tǒng)金屬化處理也會(huì)有產(chǎn)生原電池的可能性。
在清洗操作期間，襯底暴露于清洗化學(xué)制劑。在單晶片清洗操作的情況中，將清洗化學(xué)制劑配制成快速作用且成分的化學(xué)計(jì)量對(duì)于清洗化學(xué)性能很關(guān)鍵。例如，用于單晶片清洗操作的半水性清洗化學(xué)制劑通常含有去除有機(jī)材料的溶劑、增強(qiáng)蝕刻處理中暴露于濺鍍的表面的金屬污染物去除性能的螯合劑、及鈍化敏感表面(特別是易受腐蝕的表面)的表面活性劑。用于通孔蝕刻應(yīng)用的市售單晶片清洗化學(xué)制劑的實(shí)例包括來自O(shè)hio，Dublin的Ashland Inc.的NE-89及來自CA，Hayward的KKCTechnology Inc.的EKC 640。
將單晶片清洗操作用的清洗化學(xué)制劑的表面活性劑配制成幫助改善難以進(jìn)人的對(duì)象(如通孔及觸點(diǎn))的潤(rùn)濕，必要的時(shí)候控制電化效應(yīng)，然而，若將表面活性劑稀釋，則其鈍化能力降低或失效，因而使襯底更易受到電化腐蝕效應(yīng)的破壞。例如，將清洗化學(xué)制劑涂在襯底上而后再以去離子(DI，de-ionized)水沖洗掉的情況，水作用為電解質(zhì)而引發(fā)電化腐蝕。電化腐蝕可能發(fā)生在沖洗的頭幾秒內(nèi)，此時(shí)在沖洗清洗化學(xué)制劑時(shí)清洗化學(xué)制劑及表面活性劑開始受到稀釋。清洗化學(xué)制劑的稀釋破壞了保護(hù)襯底表面免受腐蝕的化學(xué)平衡。因?yàn)楸砻婊钚詣舛扔蓻_洗稀釋而改變，當(dāng)稀釋的表面活性劑濃度不足以抑制腐蝕時(shí)，半導(dǎo)體襯底易受到腐蝕。
圖3顯示了一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)圖，顯示了在清洗操作期間自襯底126上的高點(diǎn)形成的不同濃度梯度區(qū)域。襯底126以箭頭134的方向旋轉(zhuǎn)。區(qū)域128描繪出含有由噴嘴或其它輸送機(jī)構(gòu)(未示出)涂在襯底126上的清洗化學(xué)制劑的區(qū)域。為了從襯底126上沖洗掉清洗化學(xué)制劑，在襯底旋轉(zhuǎn)時(shí)，將DI水經(jīng)由朝向襯底126外緣的噴嘴(未示出)噴灑至襯底126上。當(dāng)將DI水噴灑在襯底126上時(shí)，在襯底126上將形成不同梯度的區(qū)域。區(qū)域130含有清洗化學(xué)制劑及DI水的混合物，這是當(dāng)DI水開始噴灑在襯底126上時(shí)形成的。一段時(shí)間之后，足夠的DI水噴灑在襯底126上，清洗化學(xué)制劑被置換，形成了僅含有DI水的區(qū)域132。雖然圖3提供了沖洗處理一瞬間的快照，應(yīng)理解，區(qū)域132及130的邊緣移向襯底126的邊緣，如箭頭136所示。DI水沖洗持續(xù)直到最后從襯底126上清除了所有的清洗化學(xué)制劑。
如上所述，區(qū)域130含有清洗化學(xué)制劑及DI水的混合物。因此，清洗化學(xué)制劑起作用的化學(xué)平衡已經(jīng)偏移。作為DI水稀釋表面活性劑的結(jié)果，表面活性劑的腐蝕保護(hù)作用失效，使得襯底126受到電化腐蝕。如上所述，腐蝕作用，特別是電化腐蝕，可在數(shù)秒內(nèi)發(fā)生。
鑒在前述，有需要提供一種從襯底上沖洗清洗化學(xué)制劑的設(shè)備及方法，以保護(hù)襯底的暴露金屬免受電化腐蝕。

發(fā)明內(nèi)容
廣泛而言，本發(fā)明通過提供一種能快速地從半導(dǎo)體襯底表面去除清洗化學(xué)制劑的設(shè)備和方法來滿足這些需要。應(yīng)理解，本發(fā)明可以許多方式實(shí)現(xiàn)，包括裝置、系統(tǒng)、設(shè)備、或方法。本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例說明如下。
在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種在單晶片清洗系統(tǒng)中將電化腐蝕效應(yīng)減至最小的方法。此方法首先把含有腐蝕抑制劑的清洗化學(xué)制劑涂在晶片表面上。而后，將晶片表面暴露于清洗化學(xué)制劑一段時(shí)間。接下來，將清洗化學(xué)制劑及晶片表面的界面處的濃度梯度更新。而后，同時(shí)施用清洗劑及干燥劑，以去除清洗化學(xué)制劑，其中在腐蝕抑制劑濃度稀釋到不足以抑制腐蝕的程度之前干燥劑使晶片表面干燥。
在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種快速干燥半導(dǎo)體襯底表面的方法。此方法首先把含有表面活性劑的清洗化學(xué)制劑涂在半導(dǎo)體襯底表面上。而后，將半導(dǎo)體襯底表面暴露于清洗化學(xué)制劑一段固定時(shí)間。接下來，對(duì)半導(dǎo)體襯底表面同時(shí)施用清洗劑及干燥劑，以去除清洗化學(xué)制劑，其中干燥劑防止清洗劑形成的清洗化學(xué)制劑稀釋區(qū)域在半導(dǎo)體襯底的表面上持續(xù)足以使襯底發(fā)生腐蝕的時(shí)間。
在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種半導(dǎo)體襯底表面上殘留物的單晶片沖洗的化學(xué)排序方法。該化學(xué)排序方法配置為保持清洗化學(xué)制劑及半導(dǎo)體襯底表面殘留物的界面處的濃度梯度。此方法首先把清洗化學(xué)制劑涂在半導(dǎo)體襯底表面上。而后，使清洗化學(xué)制劑與殘留物反應(yīng)。接下來，去除清洗劑以使半導(dǎo)體襯底免受腐蝕。而后，重復(fù)上述施用、反應(yīng)及去除步驟，更新濃度梯度，以更有效地去除半導(dǎo)體襯底表面上的殘留物。
在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種在單晶片清洗系統(tǒng)中將電化腐蝕效應(yīng)減至最小同時(shí)保持清洗化學(xué)制劑與晶片上殘留物的界面處濃度梯度的方法。此方法首先把含有腐蝕抑制劑的清洗化學(xué)制劑涂在晶片表面上。而后，將晶片表面暴露于清洗化學(xué)制劑一段時(shí)間。接下來，將清洗化學(xué)制劑及晶片表面的界面處的濃度梯度更新。而后，用清洗化學(xué)制劑對(duì)晶片進(jìn)行沖洗，同時(shí)以干燥劑干燥，以去除清洗化學(xué)制劑并干燥晶片。
在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種清洗單個(gè)襯底的系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括用于支承襯底的主軸，主軸配置為旋轉(zhuǎn)襯底。包括其上具有一層清洗化學(xué)制劑的襯底表面。同時(shí)包括位于襯底表面上的第一噴嘴。第一噴嘴配置為在襯底旋轉(zhuǎn)時(shí)將清洗劑涂在襯底表面上。同時(shí)包括位于襯底表面上的第二噴嘴。第二噴嘴配置為在第一噴嘴施用清洗劑時(shí)把干燥劑涂在襯底表面上。包括分配臂，第一及第二噴嘴牢固地連接在分配臂上。分配臂配置為在襯底旋轉(zhuǎn)時(shí)及第一及第二噴嘴分別施用清洗劑及干燥劑時(shí)在襯底表面上方從襯底中心徑向地前進(jìn)至襯底邊緣。將襯底表面快速地干燥，以減少襯底表面暴露而腐蝕?？杉尤肫渌渲靡蕴岣邲_洗及干燥的速度，如加入多個(gè)噴嘴對(duì)。
由以下的詳細(xì)說明，結(jié)合附圖，可以清楚地理解本發(fā)明的其它方面及優(yōu)點(diǎn)。


由以下的詳細(xì)說明，結(jié)合附圖，可以清楚地理解本發(fā)明，其中相似的標(biāo)號(hào)標(biāo)示相似的結(jié)構(gòu)組件。
圖1是基本原電池的背景技術(shù)圖。
圖2是背景技術(shù)圖，描繪了不同金屬可形成原電池的一個(gè)實(shí)例。
圖3是背景技術(shù)圖，描繪了清洗操作期間襯底上方自高點(diǎn)形成的不同濃度梯度區(qū)域。
圖4說明了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性干燥系統(tǒng)。
圖5提供了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的位于襯底上方的分配噴嘴的詳圖。
圖6說明了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的清洗劑及干燥劑沖擊在襯底表面上以去除清洗化學(xué)制劑層的區(qū)域中襯底表面的詳圖。
圖7說明了提供根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的襯底及清洗化學(xué)制劑層的界面的詳圖。
圖8說明了一流程圖，描繪了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例在單晶片清洗系統(tǒng)中將電化腐蝕效應(yīng)減至最小的方法。
圖9說明了一流程圖，描繪了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的對(duì)半導(dǎo)體襯底上的殘留物進(jìn)行單晶片沖洗的化學(xué)排序方法。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種單晶片清洗操作期間從半導(dǎo)體襯底表面去除清洗化學(xué)制劑而不使襯底遭受腐蝕效應(yīng)的方法及裝置。此外，此方法及裝置提供了在清洗操作期間更有效的方式來去除殘留物而不增加清洗化學(xué)制劑的消耗。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員，很顯然本發(fā)明可以脫離全部或部分的這些細(xì)節(jié)而實(shí)施。在其它情況中，沒有對(duì)公知的處理操作進(jìn)行詳細(xì)說明，以不混淆本發(fā)明。
本發(fā)明的實(shí)施例提供了施用并從半導(dǎo)體襯底上去除清洗劑而不使襯底受到電化腐蝕效應(yīng)的方法及設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施例中，去除施用到半導(dǎo)體襯底的精確配制的清洗化學(xué)制劑，使得減小清洗化學(xué)制劑成分的稀釋。在另一實(shí)施例中，清洗化學(xué)制劑包括表面活性劑以抑制腐蝕。如本文中使用，表面活性劑也稱為腐蝕抑制劑。通過從襯底表面快速去除清洗化學(xué)制劑來抵消清洗劑的稀釋效應(yīng)，由此從半導(dǎo)體襯底表面去除清洗化學(xué)制劑。在沖洗處理期間，通過襯底表面的快速干燥，半導(dǎo)體保持不受腐蝕。
此外，在另一實(shí)施例中提供了一種在單晶片沖洗期間從半導(dǎo)體襯底表面更有效地去除清洗化學(xué)制劑的方法及設(shè)備。通過去除清洗化學(xué)制劑與殘留物反應(yīng)形成的邊界層，在半導(dǎo)體襯底的表面上維持清洗化學(xué)制劑及要去除的殘留物之間的濃度梯度，使單晶片清洗方法用的快速作用配方清洗化學(xué)制劑的性能最佳。更明確而言，通過化學(xué)排序處理更新清洗化學(xué)制劑以保持濃度梯度，將清洗化學(xué)制劑及殘留物交互作用產(chǎn)生的反應(yīng)物質(zhì)的阻滯效應(yīng)減至最小。更新處理可包括從襯底表面去除清洗化學(xué)制劑并以新鮮清洗化學(xué)制劑置換或持續(xù)循環(huán)清洗化學(xué)制劑以保持濃度梯度，如下將更詳細(xì)說明。
圖4說明了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示例性干燥系統(tǒng)140。干燥系統(tǒng)140包括中空主軸142，其配置為夾持襯底148且位于滴水盤150之內(nèi)和之上。分配臂152位于襯底148上表面上方。分配臂152由分配臂支撐桿154支撐，其機(jī)械式連接(未示出)至位于分配臂驅(qū)動(dòng)軸箱156內(nèi)的分配臂驅(qū)動(dòng)軸(未示出)。以鉤(finger)158將襯底148固定至中空主軸142上。將中空主軸142配置為旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)動(dòng)襯底148。主軸電機(jī)160配置為提供旋轉(zhuǎn)能量，以驅(qū)動(dòng)皮帶162施加至中空主軸142，其旋轉(zhuǎn)在鉤158中鎖定到中空主軸142上的襯底148。
中空主軸142、鉤158及襯底148周圍是噴灑擋板164。噴灑擋板164配置為把來自沖洗及干燥處理的任何液體容納到中空主軸142周圍的區(qū)域。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，噴灑擋板164配置為具有一個(gè)門(未示出)，其磁性地連接至一個(gè)半圓氣動(dòng)系統(tǒng)，使得可以橫向接近中空主軸142，以插入和取出襯底148。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，將清洗劑及干燥劑同時(shí)施用在襯底148的上表面。在一個(gè)實(shí)施例中由噴嘴166施用清洗劑，由噴嘴168施用干燥劑。清洗劑的實(shí)例包括去離子水(DIW)及異丙醇。干燥劑的實(shí)例包括異丙醇(IPA)、IPA蒸汽、加熱的氮?dú)?N2)、以及其它惰性氣體或化學(xué)制劑蒸汽。一些干燥劑產(chǎn)生副產(chǎn)物或造成過量蒸汽，其可收集在滴水盤150內(nèi)。提供排氣管170以釋放氣態(tài)化學(xué)制劑或蒸汽，并提供排水管172以排出沖洗及干燥劑的任何液體殘留物。
分配臂152提供了經(jīng)由分配噴嘴166及168向中空主軸122上位于鉤126中地襯底148供應(yīng)清洗劑及干燥劑的通道。從分開的儲(chǔ)槽(未示出)供應(yīng)干燥劑及清洗劑，并途經(jīng)分配臂152分別供應(yīng)至分配噴嘴168及166。噴嘴166及168把干燥劑及清洗劑流引導(dǎo)至襯底148的上表面。
在一個(gè)實(shí)施例中，分配臂152在襯底148表面和上方的位置由分配臂控制器(未示出)及包含在分配臂驅(qū)動(dòng)軸箱156內(nèi)的分配臂驅(qū)動(dòng)軸(未示出)控制。分配臂驅(qū)動(dòng)軸機(jī)械地連接至分配臂支撐桿154，分配臂支撐桿154提供驅(qū)動(dòng)軸及分配臂152之間的直接機(jī)械連接，以確定分配臂152的位置。分配臂152配置為以分配臂支撐桿154為中心旋轉(zhuǎn)，以移動(dòng)分配臂152，并在襯底上表面上徑向地移動(dòng)分配噴嘴166及168。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，從襯底的中心區(qū)域向襯底周圍區(qū)域沿旋轉(zhuǎn)襯底的徑向分配清洗劑及干燥劑。所以上分配臂110從中心區(qū)域朝外向周圍區(qū)域沿旋轉(zhuǎn)襯底的表面移動(dòng)。在另一實(shí)施例中，噴嘴166及168的位置使得隨著分配臂152在襯底148的表面上移動(dòng)，干燥劑跟著清洗劑直接涂在襯底表面上。如下將更加詳細(xì)說明，在單晶片清洗操作中，與清洗劑同時(shí)施加干燥劑并使得襯底148的表面快速干燥可以保護(hù)襯底免受腐蝕?？梢岳斫?，圖4只是作為該設(shè)備一個(gè)實(shí)施例的示例，并不是限制性的。
圖5提供了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的位于襯底148上方的分配噴嘴166及168的詳圖。分配臂152在襯底148上方一個(gè)平面中徑向沿橫跨襯底表面的路徑運(yùn)動(dòng)，如箭頭180所示。所以，當(dāng)襯底148繞其軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，噴嘴166及168在襯底148的表面上引導(dǎo)清洗劑流及干燥劑流。通過沖洗清洗化學(xué)制劑并立即干燥襯底148的表面，清洗化學(xué)制劑的腐蝕抑制劑不會(huì)在不能抑制腐蝕效應(yīng)的稀釋狀態(tài)中保留在襯底148的表面上。由于電化腐蝕可以在數(shù)秒內(nèi)發(fā)生，所以因?yàn)橐r底如上所述的處理，立即干燥減少或避免了腐蝕效應(yīng)的發(fā)生。
圖6說明了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，在清洗劑182及干燥劑184噴在襯底148表面上以去除清洗化學(xué)制劑層188的區(qū)域中，襯底148表面的詳圖。通過分配噴嘴166施加清洗劑182，同時(shí)通過分配噴嘴168施加干燥劑184。在一個(gè)實(shí)施例中，噴嘴166及168定位為使得從噴嘴166及168出來的液體流190及192分別與襯底148的表面成一角度且與分配臂的運(yùn)動(dòng)方向180處于同一平面。在干燥劑184之前將清洗劑182施用在旋轉(zhuǎn)襯底148的上表面，同時(shí)從襯底148的中心區(qū)域朝向襯底148的周圍區(qū)域移動(dòng)。將清洗劑配置為沖洗襯底148的表面以去除清洗化學(xué)制劑層188。在一個(gè)實(shí)施例中，清洗劑為DIW。將干燥劑配制為使其降低清洗劑的表面張力并增強(qiáng)液體及殘留物的運(yùn)動(dòng)，從而快速地干燥襯底表面而不在襯底148的表面上保持清洗化學(xué)層的稀釋區(qū)域。
應(yīng)理解，通過圖6所示的同時(shí)施用干燥劑184及清洗劑182，將襯底表面快速地干燥使得含有清洗化學(xué)制劑及清洗劑182的混合物的區(qū)域減至最少。另外，通過同時(shí)施用清洗劑182及干燥劑184，將襯底表面快速地干燥。所以即使形成了清洗化學(xué)制劑的稀釋區(qū)域，其快速地干燥而不會(huì)發(fā)生腐蝕效應(yīng)。
圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的襯底148及清洗化學(xué)制劑層188之間的界面194的詳圖。襯底表面196含有來自先前操作(如在一個(gè)實(shí)施例中是蝕刻或CMP)的殘留物。在單晶片清洗操作期間，施用在襯底表面196上的清洗化學(xué)制劑配置為快速溶解殘留物而得以從襯底表面沖洗殘留物。清洗化學(xué)制劑通常包含至少一種溶劑以溶解有機(jī)材料、溶解金屬的聱合劑及抑制腐蝕的表面活性劑。如上所述，針對(duì)單晶片沖洗工藝對(duì)清洗化學(xué)制劑進(jìn)行精確配制以快速作用。小心地配制半水性清洗化學(xué)制劑的PH值、化學(xué)物質(zhì)的濃度及水的濃度以提供理想的沖洗結(jié)果。此外，在數(shù)秒內(nèi)發(fā)生界面194處的反應(yīng)。
所以，在圖7的界面194處，當(dāng)清洗化學(xué)制劑溶解或與來自先前操作的殘留物反應(yīng)時(shí)，化學(xué)平衡偏移，從而阻滯清洗化學(xué)制劑的活性。發(fā)生在界面194處的化學(xué)反應(yīng)所形成的反應(yīng)物會(huì)降低清洗化學(xué)制劑的活性化學(xué)制劑及與清洗化學(xué)制劑反應(yīng)的殘留物之間的濃度梯度。所以，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，使用化學(xué)排序方法來更新濃度梯度。如參照?qǐng)D9所述，該化學(xué)排序操作包括施用清洗化學(xué)制劑至襯底一段特定時(shí)間，參照?qǐng)D4-6如上所述，快速地去除清洗化學(xué)制劑，并重復(fù)上述施用及去除。在此實(shí)施例中，雖然施加清洗化學(xué)制劑施用至少兩次，使用的清洗化學(xué)制劑的絕對(duì)量未增加。例如，施加清洗化學(xué)制劑施用兩次，每次施加使用的清洗化學(xué)制劑量是施用一次(如參照?qǐng)D9解釋)時(shí)的一半。在另一實(shí)施例中，將清洗化學(xué)制劑循環(huán)，即當(dāng)其自襯底表面去除時(shí)，將其收集并再施加到襯底表面。應(yīng)理解當(dāng)將清洗化學(xué)制劑持續(xù)噴灑在襯底表面時(shí)，濃度梯度大致保持固定。
圖8顯示了流程圖198，描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例在單晶片清洗系統(tǒng)中將電化腐蝕效應(yīng)減至最小的方法。流程圖198從操作200開始，在此將清洗化學(xué)制劑施加到晶片(也稱為半導(dǎo)體襯底)上。在一個(gè)實(shí)施例中，清洗化學(xué)制劑中含有抑制腐蝕用的表面活性劑。在另一實(shí)施例中，表面活性劑保護(hù)晶片免受電化腐蝕。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，在批量應(yīng)用中可連續(xù)地將清洗化學(xué)制劑澆或?yàn)⒃诰?。而后方法前進(jìn)到操作202，在此在規(guī)定的一段時(shí)間內(nèi)將晶片暴露于清洗化學(xué)制劑。在一個(gè)實(shí)施例中，將單晶片清洗方法的清洗化學(xué)制劑設(shè)計(jì)成溶解殘留物，持續(xù)約30秒至約一分鐘的時(shí)間。而后，方法進(jìn)行至操作204，在此將濃度梯度更新。此處，在一個(gè)實(shí)施例中，通過連續(xù)噴灑清洗化學(xué)制劑至晶片表面上將清洗化學(xué)制劑及晶片表面的界面處殘留物之間的梯度更新。在另一實(shí)施例中，當(dāng)連續(xù)噴灑的清洗化學(xué)制劑流出旋轉(zhuǎn)晶片的表面時(shí)將其收集并再循環(huán)。例如，圖4的滴水盤可收集清洗化學(xué)制劑以進(jìn)行再循環(huán)。在另一實(shí)施例中，經(jīng)由化學(xué)排序方法將濃度梯度更新，其中將清洗化學(xué)制劑澆或?yàn)⒃谝r底上一段時(shí)間而后去除。而后將新鮮清洗化學(xué)制劑再次施加到襯底上以更新濃度梯度。
圖8的方法而后前進(jìn)至操作206，在此同時(shí)將清洗劑及干燥劑施用到晶片表面上以去除清洗化學(xué)制劑。在操作206中，快速地去除清洗化學(xué)制劑，即使得表面活性劑的稀釋區(qū)域無法在晶片上保留一段使得晶片發(fā)生腐蝕的時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖4-6所示施用清洗劑及干燥劑。在另一實(shí)施例中，清洗劑為DIW，或任何可置換和去除清洗化學(xué)制劑的其它液體(如異丙醇)中的一種，而干燥劑為IPA、IPA蒸汽、氮?dú)?、加熱的氮?dú)饣蚱渌樾詺怏w中的任一種。
圖9顯示了流程圖208，描繪了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的對(duì)半導(dǎo)體襯底上的殘留物進(jìn)行單晶片沖洗的化學(xué)排序方法。此方法以操作210開始，將清洗化學(xué)制劑施用在半導(dǎo)體襯底上的表面。在一個(gè)實(shí)施例中，清洗化學(xué)制劑為來自O(shè)hio，Dublin，Ashland Inc.的NE-14及NE-89以及來自CA，Hayward，EKC Technology，Inc.的EKC 640中的一種。在另一實(shí)施例中，在蝕刻或CMP處理(其在半導(dǎo)體襯底表面上留下殘留物)之后應(yīng)用該單晶片清洗方法。而后方法前進(jìn)到操作212，使清洗化學(xué)制劑與半導(dǎo)體襯底表面上的殘留物反應(yīng)。此處，在規(guī)定的一段時(shí)間內(nèi)清洗化學(xué)制劑留在晶片表面上以溶解殘留物。在一個(gè)實(shí)施例中，該規(guī)定的時(shí)間段為約30秒至約一分鐘。
流程圖208的方法而后前進(jìn)至操作214，在此快速地去除清洗化學(xué)制劑以使半導(dǎo)體襯底免受腐蝕。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖4-6所示快速地去除清洗化學(xué)制劑，其中同時(shí)將清洗劑及干燥劑施用在晶片表面上以去除清洗化學(xué)制劑。該方法而后前進(jìn)到操作216，在此重復(fù)操作210、212及214。通過重復(fù)操作210、212及214將濃度梯度更新，所以清洗化學(xué)制劑的活性不會(huì)由清洗化學(xué)制劑與半導(dǎo)體襯底表面之間界面處的反應(yīng)物而降低。如參照?qǐng)D7所述，由界面處發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)形成的反應(yīng)物降低了清洗化學(xué)制劑的活性化學(xué)制劑及與清洗化學(xué)制劑反應(yīng)的殘留物之間的濃度梯度。因此，清洗化學(xué)制劑最有效的化學(xué)平衡受此累積而發(fā)生偏移。
通過更新清洗化學(xué)制劑，最佳的化學(xué)平衡重新建立。在一個(gè)實(shí)施例中，流程208的方法大致消耗與單次施用方法相同量的清洗化學(xué)制劑。更明確而言，若單次施用方法消耗約10ml至約100ml，則對(duì)清洗化學(xué)制劑一次性去除并再施用的化學(xué)排序操作每次施用僅消耗一半的量，即約5ml至約50ml。所以，清洗化學(xué)制劑消耗的絕對(duì)量不增加。此外，流程圖208的單晶片清洗方法的時(shí)間總量大致與單次施用清洗化學(xué)制劑相同。因?yàn)楦铝藵舛忍荻龋瑢?duì)于化學(xué)排序方法的每次施用清洗化學(xué)制劑的停駐時(shí)間累計(jì)大致等于單次施用停駐時(shí)間。例如，對(duì)于將清洗化學(xué)制劑施用而后去除、再施用的化學(xué)排序操作而言，處理時(shí)間大致等于單次施用清洗化學(xué)制劑的處理時(shí)間。亦即，將化學(xué)排序用的清洗化學(xué)制劑施用兩次，然而，每次施用時(shí)間約為單次施用的停駐時(shí)間的一半，因?yàn)樵诨瘜W(xué)排序期間在施用之間將梯度更新。所以，總處理時(shí)間保持大致相近。
應(yīng)理解，可多于兩次施用清洗化學(xué)制劑。例如，在一個(gè)實(shí)施例中可將清洗化學(xué)制劑施用三次或更多次。在此實(shí)施例中，清洗化學(xué)制劑的消耗量以及處理時(shí)間與單次施用比較保持大致相近，在另一實(shí)施例中，可將清洗化學(xué)制劑連續(xù)地施用至半導(dǎo)體襯底的表面。在此，當(dāng)從襯底表面去除時(shí)，將灑或澆在襯底表面上的清洗化學(xué)制劑再循環(huán)。在此實(shí)施例中可將濃度梯度持續(xù)更新。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，利用圖4-6的裝置將清洗化學(xué)制劑施用至襯底上。在此，將清洗化學(xué)制劑與干燥劑同時(shí)施用至襯底表面上，即清洗化學(xué)制劑置換清洗劑。例如首先將清洗化學(xué)制劑施用至襯底上并暴露于襯底一段時(shí)間。在此如上述可將清洗化學(xué)制劑澆、灑或連續(xù)噴灑及再循環(huán)一段時(shí)間。在連續(xù)噴灑方式中，在一個(gè)實(shí)施例中將清洗化學(xué)制劑再循環(huán)以連續(xù)地更新濃度梯度。暴露時(shí)期完成后，利用參照?qǐng)D4-6所述的裝置從晶片上沖洗掉清洗化學(xué)制劑。在一個(gè)實(shí)施例中，清洗化學(xué)制劑作為清洗劑置換DI水或任何用來置換和去除清洗化學(xué)制劑的液體。
對(duì)于上述清洗化學(xué)制劑置換清洗劑的實(shí)施例，應(yīng)理解可以容易地收集清洗化學(xué)制劑并視需要再循環(huán)。因而，因?yàn)槲从肈I水或其它清洗劑稀釋清洗化學(xué)制劑，從而可將清洗化學(xué)制劑再循環(huán)及再利用，所以可減少?gòu)U物流出量。再者，因未用清洗劑稀釋清洗化學(xué)制劑，所以可將電化腐蝕效應(yīng)減至最小。所以，將清洗化學(xué)制劑的表面活性劑或腐蝕抑制劑所建立的化學(xué)平衡保持并更新以控制電化腐蝕效應(yīng)。
以上為了便于理解的目的對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但應(yīng)該理解，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可進(jìn)行某些改變及改進(jìn)。因此，應(yīng)將這些實(shí)施例認(rèn)為是示例性而非限制性的，且本發(fā)明不限于本文中所提的細(xì)節(jié)，而可以在所附權(quán)利要求的范圍及等同物范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種用于在單晶片清洗系統(tǒng)中將電化腐蝕作用減至最小的方法，該方法包括以下步驟在晶片表面上施用含有腐蝕抑制劑的清洗化學(xué)制劑；使晶片表面暴露于清洗化學(xué)制劑一段時(shí)間；更新清洗化學(xué)制劑及晶片表面的界面處的濃度梯度；及同時(shí)施用清洗劑及干燥劑以去除清洗化學(xué)制劑，其中在腐蝕抑制劑的濃度稀釋至不足以提供腐蝕保護(hù)的水平之前，干燥劑使晶片表面干燥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的清洗劑為去離子水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的干燥劑為異丙醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的干燥劑減小清洗劑的表面張力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在襯底旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，在襯底的表面上從襯底中心至襯底邊緣徑向地施用清洗劑及干燥劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的更新進(jìn)一步包括當(dāng)將清洗化學(xué)制劑從晶片表面去除時(shí)，收集清洗化學(xué)制劑；以及把收集的清洗化學(xué)制劑再次施用到晶片表面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的清洗化學(xué)制劑包含半水性溶液中的溶劑及螯合劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的時(shí)間段為約30秒至約一分鐘。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括保持半導(dǎo)體襯底表面上清洗化學(xué)制劑和殘留物之間基本上恒定的濃度梯度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中暴露半導(dǎo)體襯底表面進(jìn)一步包括旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體襯底；連續(xù)加入清洗化學(xué)制劑到半導(dǎo)體襯底表面上；收集從半導(dǎo)體襯底旋轉(zhuǎn)出來的清洗化學(xué)制劑；及對(duì)加到半導(dǎo)體襯底表面上的清洗化學(xué)制劑進(jìn)行再循環(huán)。
11.一種單襯底清洗系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括主軸，用于支承襯底，該主軸配置為旋轉(zhuǎn)襯底；襯底表面，其具有位于其上的清洗化學(xué)制劑層；第一噴嘴，位于襯底表面上方，第一噴嘴配置為在襯底旋轉(zhuǎn)時(shí)把清洗劑施用在襯底表面上；第二噴嘴，位于襯底表面上方，第二噴嘴配置為在第一噴嘴施用清洗劑時(shí)把干燥劑施用在襯底表面上；分配臂，第一及第二噴嘴牢固地連接在分配臂上，分配臂配置為在襯底旋轉(zhuǎn)時(shí)以及在第一及第二噴嘴分別施用清洗劑及干燥劑時(shí)，在襯底表面上方從襯底中心到襯底邊緣沿徑向前進(jìn)，其中干燥襯底表面以減小襯底的腐蝕。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述的清洗化學(xué)制劑包含半水性溶液中的溶劑及螯合劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所減小的腐蝕為電化腐蝕。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述的干燥劑減小所述清洗劑的表面張力。
全文摘要
提供了一種控制單晶片清洗系統(tǒng)的電化腐蝕作用的設(shè)備及方法。在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種單晶片清洗系統(tǒng)中將電化腐蝕效應(yīng)減至最小的方法。此方法首先在晶片表面上施用含有腐蝕抑制劑的清洗化學(xué)制劑。而后，將晶片表面暴露于清洗化學(xué)制劑一段時(shí)間。接下來，更新清洗化學(xué)制劑及晶片表面的界面處的濃度梯度。而后，同時(shí)施用清洗劑及干燥劑以去除清洗化學(xué)制劑。其中在腐蝕抑制劑濃度被稀釋至不足以提供腐蝕保護(hù)之前，干燥劑使晶片表面干燥。
文檔編號(hào)H01L21/304GK1568536SQ02814102
公開日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2002年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月13日
發(fā)明者約翰·M·博伊德, 麥克·拉夫金, 卡特里娜·A·米哈里奇 申請(qǐng)人:拉姆研究公司