專利名稱：用于優(yōu)化圖案化晶片清潔的設備和方法
用于優(yōu)化圖案化晶片清潔的設備和方法
背景技術：
在半導體器件(如集成電路、存儲單元等)制造中，執(zhí)行一系列制造操作以在半導 體晶片(“晶片”)上形成特征。這些晶片(或基片)包括具有限定在硅基片上的多層結構 形式的集成電路器件。在基片層，形成具有擴散區(qū)的晶體管器件。在之后的層中，使互連的 金屬線形成圖案并且電連接到這些晶體管器件以形成需要的集成電路器件。并且，利用介 電材料將圖案化的導電層與其他導電層隔開。在該一系列制造操作過程中，晶片表面暴露于各種類型的污染物。實質上在制造 操作存在的任何材料都是潛在的污染源。例如，污染源可包括，尤其是，處理氣體、化學制 劑、沉積材料和液體。各種污染物會作為粒子物質沉積在晶片表面。如果不去除該粒子污 染，在該污染附近的器件將很可能不能工作。因此，必須基本上徹底地將污染從晶片表面清 除，而不損傷限定在該晶片上的特征。然而，粒子污染尺寸往往處于制造在晶片上的特征的 關鍵尺寸大小的量級。去除如此小的粒子污染而不對晶片上的特征造成不利影響是十分困 難的。傳統(tǒng)的晶片清潔方法嚴重依賴于機械力以從晶片去除粒子污染。隨著特征尺寸持 續(xù)減小并且變得更易碎，由于向晶片表面施加機械力而導致特征損壞的可能性增加。例如， 具有高縱橫比的特征在受到足夠的機械力的沖擊時易損壞而崩塌或者破碎。朝向減小的特 征尺寸的趨勢也導致會導致?lián)p壞的粒子污染的尺寸減小，這使得清理問題進一步復雜化。 尺寸足夠小的粒子污染會進入晶片表面到達的區(qū)域，如被高縱橫比特征圍繞的溝槽或導電 線路的橋等。因此，在現(xiàn)代半導體制造過程中污染物高效和無損去除表示需通過晶片清潔 技術的持續(xù)進步來實現(xiàn)的持續(xù)挑戰(zhàn)。應當認識到，用于平板顯示器的制造操作遇到與上面 討論的集成電路制造同樣的缺點。鑒于前面所述，需要清潔圖案化晶片的設備和方法，其有效去除污染物并不會損 傷該圖案化晶片上的特征。

發(fā)明內容
大體來講，本發(fā)明的實施方式提供改進的、用于清潔晶片表面、尤其是圖案化晶片 表面的方法和設備。該設備包括在面向該圖案化晶片的表面上具有通道的清潔頭，該晶片 具有占主導地位的圖案。流過該通道的清潔材料在圖案化晶片的表面施加剪切力，晶片相 對該清潔頭設在一定方向。該剪切力、該圖案化晶片的一定方向和該清潔頭提高該表面污 染物的去除效率。應當認識到本發(fā)明可以許多方式實現(xiàn)，包括作為系統(tǒng)、方法和室。下面描 述本發(fā)明的創(chuàng)新性實施方式。在一個實施方式中，提供用于分散清潔材料以去除圖案化晶片表面上的污染物的 清潔頭。該清潔頭包括將該清潔頭保持為鄰近該表面的臂。該清潔頭具有多個面向該圖案 化晶片表面的通道。該多個通道的每個具有兩端。該兩端的一個分散該清潔材料，該清潔 材料從分散端流到該通道中的另一端。該分散端連接到該清潔材料的供應源。所分散的清 潔材料將沿該多個通道的每個的軸線方向的剪切力施加到該基片以促進該圖案化晶片表面上的污染物去除。在另一實施方式中，提供一種清潔系統(tǒng)，其具有用于分散清潔材料以去除圖案化 晶片的表面上的污染物的清潔頭。該清潔系統(tǒng)包括傳輸機構，用以將該圖案化晶片移向該 清潔頭。該清潔系統(tǒng)還包括晶片夾持器，用以將該圖案化晶片夾持在相對該清潔頭的一定 方向。由該晶片夾持器夾持的圖案化晶片設在該傳輸機構上以移動朝向該一個清潔頭。該清潔系統(tǒng)進一步包括具有多個通道的清潔頭。該多個通道的每個具有兩端。該 兩端的一個分散該清潔材料，該材料從分散端流到該通道中的另一端。該分散端連接到該 清潔材料的供應源。通過臂將該清潔頭保持為鄰近該圖案化晶片的表面。所分散的清潔材 料將沿該多個通道的每個的軸線方向的剪切力施加在該基片上以幫助去除該圖案化的基 片的表面上的污染物。在又一實施方式中，提供一種使用清潔頭來分散清潔材料用以去除圖案化晶片的 表面上的污染物的方法。該方法包括將該圖案化晶片以相對該清潔頭的一定方向設在晶片 夾持器中。該方法還包括將該圖案化晶片和該晶片夾持器設在該清潔頭下方。該方法進一 步包括將該清潔材料從該清潔頭分散到清潔該圖案化晶片。該清潔頭具有多個通道。該多 個通道的每個具有兩端。該兩端的一個分散該清潔材料，該材料從分散端流到該通道的另 一端。該分散端連接到該清潔材料的供應源。所分散的清潔材料將沿該多個通道的每個的 軸線方向的剪切力施加到該基片上以幫助去除該圖案化的基片的表面上的污染物。


通過下面結合附圖的詳細描述，將容易理解本發(fā)明，以及類似的參考標號指出相 似的元件。圖1說明按照本發(fā)明一個實施方式、與污染物顆粒相互作用的三態(tài)體。圖2A說明按照本發(fā)明一個實施方式、清潔材料的固體成分介于污染物和該清潔 材料的氣體成分之間。圖2B說明按照本發(fā)明一個實施方式、圖2的污染物從該晶片表面去除。圖2C示出按照本發(fā)明一個實施方式用于清潔晶片的清潔系統(tǒng)的俯視圖。圖2D是按照本發(fā)明一個實施方式、具有若干清潔材料分散孔的清潔頭的仰視圖。圖2E示出按照本發(fā)明一個實施方式、將清潔材料101分散在晶片表面上的清潔頭 的側視圖。圖3A示出按照本發(fā)明一個實施方式、示范性圖案化晶片的俯視圖。圖3B示出按照本發(fā)明一個實施方式、放大的器件區(qū)域的俯視圖。圖3C示出按照本發(fā)明一個實施方式、放大的器件子區(qū)域的俯視圖。圖3D㈧示出按照本發(fā)明一個實施方式、在多晶硅線上方以順時針方式轉動的清 潔刷的一部分。圖3D(B)示出按照本發(fā)明另一實施方式、在多晶硅線上方以順時針方式轉動的清 潔刷的一部分。圖3E示出按照本發(fā)明一個實施方式、清潔刷施加的剪切力相對圖案化晶片上多 晶硅線的長度的角度與模片上缺陷數量的關系曲線。圖3F示出按照本發(fā)明一個實施方式，之前描述的具有占主導地位的線條圖案的圖案化晶片301在清潔頭下方移動。圖3G示出按照本發(fā)明一個實施方式、放大的器件區(qū)域的圖示。圖4A示出按照本發(fā)明一個實施方式、具有若干線條類型結構的基片部分的剖視 圖。圖4B示出按照本發(fā)明一個實施方式、在具有若干線條類型結構的基片部分的剖 視圖上方的清潔材料。圖4C示出按照本發(fā)明一個實施方式、在晶片表面上某個位置處剪切力的法向分 量和平行分量之間的關系。圖4D示出按照本發(fā)明一個實施方式、在晶片表面上另一位置處剪切力的法向分 量和平行分量之間的關系。圖4E示出按照本發(fā)明一個實施方式、缺陷數量與該清潔刷或清潔材料施加在該 基片(或晶片)的特征上的剪切力的角度的兩個函數關系曲線。圖5A示出按照本發(fā)明一個實施方式、清潔頭的三維(3D)視圖。圖5B示出按照本發(fā)明一個實施方式、圖5A的清潔頭的俯視圖。圖5C示出按照本發(fā)明一個實施方式、圖5A的清潔頭的另一三維(3D)視圖。圖5D示出按照本發(fā)明一個實施方式、通道501沿圖5A中G_G'線切割的剖視圖。圖5E示出按照本發(fā)明一個實施方式、清潔材料從清潔頭中的通道的一端流到該 通道的另一端所產生的剪切力。圖5F示出按照本發(fā)明一個實施方式、清潔頭和基片的相對位置，以及該基片的移 動方向。圖5G示出按照本發(fā)明一個實施方式，具有填充清潔材料的清潔體的通道501。圖5H示出按照本發(fā)明一個實施方式，基片上各種剪切力之間的關系。圖51示出按照本發(fā)明一個實施方式，施加在晶片表面上的線條類型特征上的剪 切力的圖示。圖6A示出按照本發(fā)明另一實施方式，清潔頭和基片之間的相對位置和基片移動 方向之間的關系。圖6B示出按照本發(fā)明一個實施方式，基片表面上剪切力的圖示。圖6C示出按照本發(fā)明另一實施方式，清潔頭和基片之間的相對位置、基片的移動 方向和該晶片上的剪切力之間。圖6D示出按照本發(fā)明又一實施方式，清潔頭和基片之間的相對位置，基片的移動 方向和該晶片上的剪切力。圖6E示出按照本發(fā)明一個實施方式，基片上的剪切力。圖7示出按照本發(fā)明一個實施方式，具有若干待選擇用于清潔晶片的清潔頭的清 潔系統(tǒng)。圖8示出按照本發(fā)明一個實施方式、從圖案化晶片表面清潔污染物的工藝流程。
具體實施例方式描述清潔晶片表面的方法和設備的實施方式。對于本領域技術人員，顯然，本發(fā)明 可不利用這些具體細節(jié)的一些或者全部而實施。在有的情況下，公知的工藝步驟和/或結構沒有說明，以避免不必要的混淆本發(fā)明。這里描述的實施方式提供有效去除污染物并且不會損傷該圖案化晶片上特征的 清潔設備和清潔方法，這些特征中可能包含高縱橫比特征。盡管該實施方式提供關于半 導體清潔應用的具體示例，但是這些清潔應用可以擴展到任何需要從基片去除污染物的技 術。如這里所使用的，在一個實施方式中，該設備和方法包含三態(tài)清潔材料，包括氣 態(tài)、液態(tài)和固相。該氣態(tài)和液態(tài)提供將該固相帶到鄰近基片表面上污染物顆粒的中介物。該 三態(tài)體清潔材料的組分及其機制的進一步解釋見美國專利申請11/346，894(遞交于2006 年 2 月 3 日，主題為 ‘‘Method for removing contaminations from substrateand for making cleaning solution”)、美國專利申請 11/347，154 (遞交于 2006 年 2 月 3 日，主題 為"Cleaning compound and method and systemfor using the cleaning compound，，)、 美國專利申請11/336，215 (遞交于2006年1月20日，主題為"Method and apparatus for emovingcontamination from substrate”)和美國專利申請 11/532，491 (遞交于 2006 年 9 月 15 日，主題為"Method and material for cleaning substrate ‘‘)。對使用該三態(tài) 體清潔材料的設備和系統(tǒng)的進一步解釋見美國專利申請(11/346，894)，遞交于2006年2 月 3 日，主題為 ‘‘Method forremoving contamination from substrate and for making cleaningsolution，，。清潔期間該固相與該顆粒相互作用以實現(xiàn)去除?；?作為這里使用的示例)意 指但不限于半導體晶片、硬盤、光盤、玻璃基片和平面顯示面、液晶顯示面等，其會在制造或 搬運操作期間受到污染。對于實際的基片類型，表面可能以不同的方式受到污染，并且在處 理該基片的具體產業(yè)中限定可接受污染程度。圖1是按照本發(fā)明一個實施方式、示出用于從半導體晶片(“晶片”)105去除污染 物103的三態(tài)清潔材料101的污染物103的實體圖的圖示。該清潔材料101包括連續(xù)的液 體媒質107、固體成分109和氣體成分111。該固體成分109和氣體成分111分散在該連續(xù) 的液體媒質107內。大體上，該連續(xù)的液體媒質107可以是去離子水、碳化氫、選取的基液、氫氟酸 (HF)、氨和其他化學制劑和/或DI水中化學制劑的混合物，其可以用來清潔和準備半導體 基片的表面。在具體的示例中，該連續(xù)的媒質107是(去離子或其他的)水單獨形成的含 水液體。在另一實施方式中，含水液體由水與其他可在水中溶解的組分的混合物形成。在 又一實施方式中，非含水液體由，尤其是，碳化氫、碳氟化合物、礦物油或酒精形成。不考慮 該液體是含水或非含水，應當理解該液體可改性為包括離子或非離子溶劑和其他化學添加 齊IJ。例如，該液體的化學添加劑可包括助溶劑、PH改性劑(如，酸和堿)、螯合劑、極性溶劑、 表面活性劑、氫氧化氨、過氧化氫、氫氟酸、氫氧化鉀、氫氧化鈉、羥化四甲氨、和流變改性劑 (如聚合物、顆粒和多肽)的任意組合。在一個實施方式中，該固體成分109的材料可以由脂族酸、羧酸、石蠟、蜂蠟、聚合 物、聚苯乙烯、樹脂、多肽和其他粘彈性材料形成。在一個實施方式中，用于該固體成分109 的材料應當以超過在連續(xù)的液體媒質107內溶解度限制的濃度存在。并且，應當理解與特 定固體材料相關的清潔效用會隨著溫度、PH和其他環(huán)境條件變化。該脂族酸實際上表示任何由有機化 物形成的酸，其中碳原子形成開放的鏈。脂肪酸是可用作該固體材料的脂族酸的一個示例?？梢杂米髟摴腆w的脂肪酸的示例包括，尤 其是，月桂酸、棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、花生四烯酸、烯酸、芥酸、丁酸、己酸、 辛酸、豆蔻酸、十七酸、山酸、木焦油酸(lignoseric acid)、肉豆蔻烯酸、棕櫚烯酸、神經酸 (nervanic acid)、十八碳四烯酸、二十碳五烯酸、順蕪酸、碳五烯酸、木蠟酸、蠟酸及其混合 物。在一個實施方式中，該固體材料109可表示從C-1到大約C-26各種碳鏈長度形成的脂 肪酸的混合物(自然存在的脂肪酸僅有偶數個碳原子)。羧酸可由實際上任何包括一個或 多個羧基(C00H)的有機酸形成。該羧酸可以是飽和的或不飽和的。它們可以是單個碳鏈 或者有分支。該羧酸可包括從C-1到大約C-100的多種不同碳鏈長度的混合物。并且，該 羧酸可包括長鏈的醇、醚和/或酮，高于在該連續(xù)媒質107中的溶解度限制。在一個實施方 式中，用作固體的脂肪酸當與基片表面上的污染物顆粒接觸時起到表面活性劑的作用。在一個實施方式中，該清潔材料101是非牛頓流體。非牛頓流體，如這里所使用 的，是粘度隨著施加的剪應力變化的流體。非牛頓流體并不遵循粘度的牛頓定律。剪應力 是剪切速率的非線性函數。取決于表觀粘度隨著剪切速率如何改變，流動行為也發(fā)生變化。 非牛頓流體的一個示例是軟凝態(tài)物質，其處于固體和液體兩個極端的中間地帶。這些類型 的材料可表現(xiàn)出屈服應力，并稱作賓漢塑性流體。該軟凝態(tài)物質容易受到外部應力變形，該 軟凝態(tài)物質的示例包括乳劑、凝膠劑、膠體、泡沫等。應當認識到乳劑是不相容液體的混合 物如，例如，牙膏、蛋黃醬、水中的油等。圖2A-2B示出按照本發(fā)明一個實施方式，該清潔材料101如何從該晶片105去除 該污染物103。如圖2A所示，在該清潔材料101的液體媒質107內，該固體成分109介于 該污染物103和該氣體成分111之間。該液體媒質107內的氣體成分111具有相關聯(lián)的表 面張力。所以，當將該氣體成分111向下壓到該固體成分109時，該氣體成分111變形并在 該固體成分109上施加向下的力(Fd)。這個向下的力(FD，其為法向分量)用來將該固體成 分109移向該晶片105和其上的污染物103。該固體成分109和污染物103之間的相互作 用在迫使該固體成分109足夠接近該污染物103時發(fā)生。這個距離可以在大約10納米內。 該固體成分109和污染物103之間的相互作用還在該固體成分109實際接觸該污染物103 時發(fā)生。這個相互作用也適用于固體成分109結合污染物103時。該固體成分109和污染 物103之間的相互作用足以克服該污染物103和該晶片105之間的粘結力，以及該固體成 分109和該污染物103之間任何排斥力。所以，當移動該固體成分109遠離該晶片105，與 該固體成分109相互作用的污染物103也移動遠離該晶片105，即，從該晶片(或基片)105 清潔該污染物103，如圖2B所示。當將該清潔材料101從該基片表面去除時，該固體成分和 所附著的污染物103可以從該基片表面去除。該清潔材料101可以通過溶解于流體如去離 子水或去泡沫劑而從該基片表面去除。在一個實施方式中，用來從該晶片105去除該固體成分109的力是該固體成分109 和該污染物103之間的范德瓦爾斯引力。如圖2B所描述的，當該固體成分109從該晶片 105去除時，粘合于該固體成分109的該污染物103也從該晶片105去除。應當認識到因為 該固體成分109與該污染物103相互作用以實現(xiàn)該清潔工藝，該晶片105上污染物103的 去除將取決于該固體成分109在該晶片105上的分布程度。此外，固體成分109可以是不 同成分的混合物，與此相對的是全部是相同的組分。因此，該清潔溶液能夠為具體的目的設 計，即目標指向具體的污染物，或該清潔溶液可具有廣譜的污染物目標，其中提供多種固體
8成分。在一個實施方式中，該清潔材料101還受到剪切力(Fs)。該剪切力Fs可用來移動 該清潔材料101貫穿該晶片105的表面。剪切力Fs可以由于該基片105和用來分散該清 潔材料101的分散頭(未示)的相對運動而施加到該基片表面上，如下所述。圖2C是按照本發(fā)明一個實施方式、用于清潔基片的系統(tǒng)的俯視圖的簡化示意圖 200。晶片220在線性方向移動朝向清潔頭210。該清潔頭由臂250夾持。該清潔頭210提 供(或分散)該清潔材料101。在一個實施方式中，該清潔頭210的長度240大于該晶片 220的直徑250。晶片220僅在該清潔頭下移動一次。在另一實施方式中，該清潔頭210的 長度240小于該晶片220的直徑250。晶片220在該清潔頭210下移動多次以確保整個晶 片220都被清潔。按照本發(fā)明一個實施方式，該清潔材料101可分散為泡沫、乳劑或凝膠，取決于 應用和該清潔材料的化學組分。該清潔材料101可以由單相、兩相或多相組成。關于兩 相體清潔材料的組分和其機制的進一步解釋見美國專利申請(11/519，354)，遞交于2006 年 9 月 11 日，主題為“Method and System for Using Two-phases SubstrateCleaning Compound，，。在一個實施方式中，該清潔材料101從儲存器270(其可以加壓)通過供應管線 260傳輸。或者，該清潔頭210可在晶片220上方移動，而同時該晶片220可靜止或者也在移動。圖2D示出具有若干分散孔211以分散該清潔材料101的該清潔頭210的示范性仰 視圖。圖2E示出該清潔頭210的側視圖的實施方式，將該清潔頭210下方的清潔材料101 組成的清潔體230分散到該晶片220的表面221上以清潔該表面221。該晶片220在該箭 頭222指出的方向上、在該清潔頭210下方移動。隨著該晶片220在該清潔頭210下方移 動，該清潔體230在其后在該表面221上留下清潔材料101的軌跡231。該清潔頭210通過 臂250保持鄰近該晶片220的表面221。該晶片220和該清潔頭210之間的相對運動產生 方向232上的、作用于晶片220的表面221上的清潔材料的剪切力，其與晶片移動方向222 成180°。從該清潔頭210分散出的清潔材料101在該清潔體230下方的基片的表面221 上施加向下的力。如上面所討論的，該向下的力幫助該基片表面上的污染物與該清潔材料 101中的固體成分附著。該污染物由于該污染物和該清潔材料101中的固體成分附著而從 該基片表面去除。該污染物103從該表面221去除并混在該清潔材料101中，以及可以在將該清潔 物質從該晶片表面221去除時去除。在一個實施方式中，剪切力有助于從該晶片220的表 面221去除污染物(未示)。該剪切力在去除污染物中的作用將在下面詳細描述。圖3示出示范性圖案化晶片301的俯視圖。晶片301具有許多模片302，其填充整 個晶片301。圖3A中僅示出示范性的單個模片。模片302中，有許多器件，它們通過各種不 同的植入、熱處理、清潔、圖案化、沉積、蝕刻和其他步驟形成。在一些處理步驟，有孤立的并 且高出附近基片表面的器件特征。例如，多晶硅圖案化之后的多晶硅結構(或線條)。該 多晶硅結構是在定位于一個方向的窄且長的線條。圖3A中，模片302中有示范性器件區(qū)域 303。圖3B示出放大的器件區(qū)域303的俯視圖。在該示范性器件區(qū)域303中，有許多多晶 硅結構，如器件子區(qū)域304中的多晶硅結構。圖3C示出放大的器件子區(qū)域304的俯視圖。器件子區(qū)域304填充長而窄的多晶硅線，如多晶硅線305。圖案化晶片301絕大部分填充與 多晶硅線305方向相同的多晶硅線。還可有其他多晶硅結構，如結構306，其不定向為與多 晶硅結構305方向相同。然而，與結構305相同方向的多晶硅結構可以是占主導地位的結 構，取決于技術。對于高級器件技術，該多晶硅線的縱橫比可以非常高，因為該多晶硅線寬度的連 續(xù)收縮以縮短源極和漏極之間的距離而增加器件速度。然而，由于多晶硅線電阻系數的約 束，該多晶硅結構的厚度不會急速收縮。結果，該多晶硅結構的縱橫比增加。高縱橫比結構 更容易受到機械力的影響。金屬連線也面臨類似的由于高縱橫比而受到機械力損壞的問 題。圖3D(A)示出按照本發(fā)明一個實施方式、圍繞多晶硅線311上方的縱軸轉動的清 潔刷310的一部分。該多晶硅線311具有長度L、寬度W和高度H。該長度L遠大于該寬度 W和高度H。該清潔刷310的該部分在該多晶硅線311的頂面312上施加力313。該力313 是垂直于(或在90° )該多晶硅線311的長度L。圖3D(B)示出上面描述的、圍繞多晶硅線311'上方的縱軸轉動的清潔刷310‘的 一部分。該多晶硅線311'還具有長度L、寬度W和高度H。該長度L遠大于該寬度W和高度 H。該清潔刷310'的該部分的長度垂直于該多晶硅線311'的長度。該清潔刷310在該多 晶硅線311'的頂面312'上施加力315。該力315平行于(或在0° )該多晶硅線311' 的長度L。圖3E示出清潔刷施加的剪切力相對圖案化晶片上多晶硅線的長度的角度與模片 上缺陷數量的關系曲線。該清潔刷和多晶硅線之間的關系已經在圖3D(A)和(B)中描述。 圖3E中示出缺陷數量的數據符合曲線330，其為該清潔刷的力與該多晶硅線之間角度的函 數。當該刷子垂直于以及該刷子力平行于該多晶硅線時(圖3E的曲線330中的0° )，該 缺陷數量幾乎為零。當該刷子力在該多晶硅線的長度的0°時(如圖3D(B)所示的關系)， 該刷子不會損傷該多晶硅線并且不會增加缺陷數量。該缺陷數量隨著該刷子力和該多晶硅線的長度之間的角度增加而增加。當該刷 子力在該多晶硅線的長度的90°時，該缺陷數量最大，如圖3E的曲線330中可見。圖3E 中的結果示出當刷子力的方向垂直于該多晶硅線的長度施加時，該多晶硅線更可能受到損 傷。這些結果表明在清潔期間施加到圖案化的結構上的剪切力的角度會影響對圖案化結構 的損傷程度。盡管圖3E中的結果是用清潔刷來清潔該基片而收集，剪切力的角度與缺陷數 量的影響也適用于利用清潔材料如上述的清潔材料101清潔圖案化晶片。圖3F示出按照本發(fā)明一個實施方式、圖案化晶片301在清潔頭302下移動以待清 潔。該清潔頭302由臂350夾持。該圖案化晶片301具有若干模片302。每個模片具有占 主導地位的線條圖案，如在一個方向上的多晶硅線或金屬線條，如圖3A-3C中模片302中的 器件區(qū)域303的器件子區(qū)域304中所述的。該器件子區(qū)域304的該多晶硅線305，如圖3G 所示，定向為平行于該圖案化晶片301的移動方向310。晶片301在垂直于該清潔頭302的 長度的方向310移動。該晶片301上有方位標記340以與該晶片301上的模片如模片302 的方位相關聯(lián)。在一個實施方式中，該方位標記340是刻在該晶片上的晶片標識符。晶片 301在晶片夾持器320中夾持。該晶片夾持器320構造為通過采用該方位標記340而將該 晶片301保持在某個方位。該基片夾持器320和該方位標記340幫助將待處理的圖案化晶
10片301定位在特定的方位。圖4A示出具有若干線條類型結構Pp P2和P3的基片420的一部分的剖視圖。線 條？”己和^互相平行。Pi和己彼此靠近。Pi和己可以描述為密集圖案的一部分。&是 孤立的并且不靠近任何其他升高的結構。P3可以描述為孤立圖案的一部分。之間 是覆蓋Pi和P2之間的表面402工的污染物Q。污染物Q靠近線條Pi和P2。P2和P3之間是 覆蓋表面402 的污染物C2。污染物C2遠離線條P2或線條P3任一個。圖4B示出清潔材料401 (其類似于上面描述的清潔材料101)施加在圖4A的基片 420上。在施加該清潔材料401之后(利用該基片420上、該清潔材料401的向下的力)， 污染物(^和仏通過附著于該清潔材料401中的固體成分而離開表面402P402U。該污染 物去除機制已經在上面描述。該晶片411和該清潔材料401的分散頭(未示)之間的相對 運動產生污染物Q上的剪切力FS1和污染物C2上的剪切力FS2。FS1具有分量FP1，其平行于 線條Pi、P2、和P3的縱向，以及分量？ ，其垂直于線條？1、己和？3的縱向。圖4C示出FS1、FP1 和FN1之間的關系。圖4D示出FS2、FP2和FN2之間的關系。剪切力FS1和FS2取決于晶片420與該分散頭的相對方位，如圖2C和3F中所述。 如果晶片420定向為使線條PpP2和P3垂直于該分散頭的長度，如圖3F和3G所示，則剪切 力FS1>FS2具有非零值的平行分量FP1和FP2。FP1和FP2平行于Pp P2和P3的長度。FN1和FN2 為零。？ 和？,2垂直于？1、？2和&的長度。如果晶片420定向為使得線條？1、？2和&平行 于該分散頭的長度，如圖3F和3G中晶片301轉動90°，則剪切力FS1，F(xiàn)s2將具有非零值的 法向分量FN1和FN2。FP1和FP2將為零。剪切力FS1和FS2有助于分別從該PpP2和P3結構去除污染物Q和C2。為了確保污 染物Ci和C2不會殘留在結構(如Pi、P2和P3)附近，污染物Ci和c2不僅需要從基片表面去 除，如表面402!和402 ，而且污染物Q和C2應當盡可能遠離結構(如Pp P2和P3)以防止 污染物Q和C2與基片表面上的結構(如Pp P2和P3)重新附著。剪切力(如剪切力FS1和 FS2)可幫助從該基片表面上的結構(如Pi、P2和P3)去除污染物Q和C2以提高污染物去除 效率(CRE)或顆粒去除效率(PRE)。例如，如果FS1只有該平行分量FP1，而FN1接近零，則污 染物Q將沿Pi和P2之間或靠近其上方移動，并且很可能保持為接近Pi和P2更長的時間， 并增加沖洗后污染物q留在該基片表面上、甚至在Pi和P2之間的機會。然而，如果FS1具有非零法向分量FN1，污染物Q更可能從靠近Pi和P2的區(qū)域移到 P2和p3之間的區(qū)域。當污染物Ci在P2和P3之間的區(qū)域時，污染物Ci更可能在將清潔材料 401從基片420的表面去除時從基片420表面清潔掉，如通過沖洗。污染物C2在P2和P3之 間的開放區(qū)域，并且其去除更少受到FS2是否具有非零法向分量FN2的影響。如上面所討論的，剪切力FS1的法向分量FN1可有助于去除污染物q。然而，如之 前在圖3E中討論的，法向剪切力導致該基片表面上的結構損傷并由于特征的毀壞而增加 缺陷數量。法向剪切力可提高已有污染物的清潔效率，同時會損壞結構而產生額外的缺陷。 需要對該法向剪切力優(yōu)化以實現(xiàn)得到最佳的清潔結果。如圖3E中可見，大約-20°至大約20°的剪切力角度之間的區(qū)域中由于表面結構 損傷導致的缺陷數量為零。施加具有這個區(qū)域中的剪切力角度的剪切力，由于表面結構的 損傷導致的缺陷幾乎不存在，又該剪切力的法向分量(非零角度)可有助于去除該基片表 面上存在的污染物。圖4E示出兩個曲線451和452，其類似于圖3E的曲線330，為按照本發(fā)明一個實施方式、缺陷數量與該清潔刷或清潔材料施加到該基片(或晶片)上的特征上的 剪切力的角度函數。曲線451和452用于具有不同圖案的兩個基片。該基片表面上特征的 不同圖案將得到不同的缺陷數量與剪切力角度關系的曲線。該特征的縱橫比、該基片表面 上特征圖案的布局和密度將影響該曲線的形狀。具有更均一分布和緊密封裝特征的圖案化 晶片很可能具有更寬的、幾乎沒有損傷的剪切力角度區(qū)域，如曲線452的區(qū)域B-B'。相反， 具有孤立且不均一分布特征的圖案化的基片很可能具有類似曲線451的缺陷數量曲線，其 具有較窄的、幾乎沒有損傷的剪切力角度區(qū)域，如區(qū)域A-A'。曲線451和452每個在靠近0°角度具有低缺陷數量的平區(qū)域。例如，曲線451具 有角度和角度A'之間的區(qū)域，曲線452具有角度B和角度B'之間的區(qū)域。如上所述，在 這些區(qū)域內，該缺陷數量相當低，但這些區(qū)域內的剪切力具有法向分量(非零角度)，除了 該角度為0°時。通過刷子或清潔材料任一個在該基片表面施加具有在這些區(qū)域內剪切力 角度的剪切力可在幾乎不對特征造成損傷的情況下得到高污染物去除效率(CRE)或顆粒 去除效率(PRE)。如上面圖2C中所討論的，當該晶片220在該清潔頭210下方移動，該晶片220和該 清潔頭之間的相對運動導致該清潔材料在該表面221上產生該方向232的剪切力。另外， 關于圖3A-3G的描述和討論表明該圖案化晶片301上占主導地位的圖案相對該清潔頭302 的方位影響該晶片301上占主導地位的圖案上的剪切力的方向。除了占主導地位的圖案相對該清潔頭的范圍影響施加在晶片上占主導地位的圖 案上的剪切力的方向外，該晶片(或該晶片上的圖案)上的剪切力的方向也可通過清潔頭 的設計修改。圖5示出按照本發(fā)明一個實施方式、清潔頭500的三維(3D)視圖。該清潔頭 500具有若干用于分散清潔材料501的通道。每個通道501具有兩端，A端和B端。該清潔 材料從A端分散并流到B端。A端連接到清潔材料的供應源，如圖2C的供應管線260和清 潔材料儲存器270。圖5B示出該清潔頭500的俯視圖。通道501的軸線503相對于該清潔頭的寬度 504的線成一定角度a。該角度a在大約0°至大約180°。圖5C示出該清潔頭500的 另一 3D視圖。圖5C示出通道501高出該清潔頭的底面570。該通道501在該清潔頭500 的底面上方的高度是C，如圖5C所示。圖5D示出通道501的剖視圖，其沿圖5A的線條G-G'切開。圖5D中，該清潔頭 500設在基片510上方，該基片在圖5A中未示。清潔材料101從A端分散并在通道501中 流到B端。該清潔頭500設在晶片510上方。圖5E示出具有A端和B端的通道501的俯 視圖。清潔材料從A端流到B端在該基片表面上產生剪切力Fc，如圖5D和5E所示。該剪 切力&的方向沿該通道501的軸580。A端連接到該清潔材料的供應源101。在一個實施 方式中，B端連接到真空以幫助去除清潔材料。然而，在該B端的真空不會中斷通道501中 的清潔材料流并且不會在通道501和該晶片表面之間的材料體中產生清潔材料的空穴除了清潔材料在通道501流動產生的剪切力Fe，基片510在該清潔頭500下方的 移動還引入該清潔材料施加在該基片上的剪切力？ <^ 是在該晶片移動方向的180°方向。 圖5F示出該清潔頭500和該基片510之間的相對位置，以及該基片510的移動方向520。 基片510填充圖案化的模片，如具有器件區(qū)域的模片560，如器件區(qū)域561。圖5G示出具有清潔體530的通道501，該清潔體填充有清潔材料101。該清潔體
12530施加清潔材料從A端流動到B端而產生的剪切力Fc和該基片520 (未示)和該清潔頭 500之間的相對運動導致的剪切力Fw。圖5H示出Fc和Fw合為該基片表面上的總剪切力 Ft。Ft具有兩個分量Ftn和Ftp，它們彼此垂直。圖51示出基片510上具有線條形特征562 的放大的器件區(qū)域561。該線條形特征562定向為垂直于該清潔頭500的長度。該總剪切 力FT具有作用于該線條形特征561的法向分量Ftn和平行分量Ftp。圖51示出法向分量Ftn 由清潔材料在該通道中的流動而引入到該晶片(或基片)的表面上以幫助從模片上的特征 去除污染物(或顆?；蛉毕?，以上面在圖4B-4D中討論的機制。該法向分量Ftn的大小受 到該清潔頭設計的影響，包括通道的數量、通道的大小和該通道形狀，以及通道的角度a， 還有清潔材料從A端流到B端引入的力Fe的大小。該清潔材料的屬性和流率確定Fc的大 小。具有分散清潔材料的的清潔頭的別的實施方式也是可以的。圖6A示出按照本發(fā) 明另一實施方式、具有分散清潔材料的通道601的清潔頭600的俯視圖。在該清潔頭600下 方，基片610在垂直于該清潔頭600的長度的方向620移動。這個實施方式中，該通道601 的長度平行于該清潔頭600的長度。通道601也具有用于分散清潔材料至B端的A端。清 潔材料從A端到B端的流動在該清潔頭600下方的該基片610上引入剪切力Fei，其在通道 601中從A端到B端的方向，如圖6B所示。除了該剪切力Fei，基片610的表面還受到另一 剪切力FW1，由該基片610和該清潔頭600之間的相對移動產生。剪切力FW1在與基片610的 移動方向620相反的方向。圖6B示出該兩個彼此垂直的剪切力Fa*Fwl。該清潔頭600的 設計相比清潔頭500的設計能夠提供更大的垂直于該晶片移動所引入的剪切力的剪切力。圖6C示出按照本發(fā)明另一實施方式、具有分散清潔材料的通道601'和602"的 清潔頭600'的俯視圖。在該清潔頭600'下方，基片610在垂直于該清潔頭600長度的方 向620移動。這個實施方式中，通道601'和602"的長度與該清潔頭600'的寬度670的 線條有一定角度a。通道601'和602"也有用于分散清潔材料到B端的A端。清潔材料 從A端流到B端在下方的基片上引入剪切力Feu和Fa，在通道601'和602"中A端到B端 的方向，如圖6C所示。除了該剪切力Fcu和Fa，該基片610的表面還受到另一剪切力FW2，其 由該基片610和該清潔頭600'之間的相對移動產生。剪切力FW2是在與基片610的移動方 向620相反的方向。圖6C示出基片610的上半部分610 的表面受到兩個剪切力Feu和FW2， 而基片610的下半部分受到兩個剪切力Fa*FW2。通道601'和602〃的設計可能有 益于移動該污染物至該基片610的外緣。圖6D示出按照本發(fā)明又一實施方式、分散清潔材料的具有通道60”的清潔頭600 *的俯視圖。該清潔頭600*由臂650夾持。在該清潔頭600*下方，基片610在垂直于該清 潔頭600 *長度的方向620移動。在這個實施方式中，通道601 *布置為螺旋形式，開始于該 清潔頭600 *的中心。通道601 *也具有分散清潔材料至B端的A端、分散清潔材料至D端的 C端和分散清潔材料至F端的E端。清潔材料的流動在下方的基片上形成螺旋剪切力Fes， 如圖6E所示。該剪切力Fcs的方向和大小，沿該清潔頭600*變化。除了該剪切力Fcs，基片 610的表面還受到另一剪切力FW3，其由該基片610和該清潔頭600 *之間的相對移動產生。 剪切力FW3在基片610的移動方向620相反的方向。圖6E示出該清潔頭600 *下方的基片 610表面一部分上的剪切力Fes和FW3。FW3施加在整個晶片610上。圖6D中示出的清潔頭 設計在該晶片表面上施加螺旋剪切力要素，并且可能有益于將該污染物和該清潔材料移向
13該晶片的邊緣。如上面所討論的，用于不同產品(或器件)的晶片具有不同的特征圖案。為了有 效清潔不同類型的晶片，為不同的晶片圖案選擇不同的清潔頭。圖7示出具有若干清潔頭 701、702和703的晶片清潔室700，其具有不同的分散清潔材料的通道的設計。清潔頭701、 702和703分別由臂751、752和753保持在適當的位置。當晶片710設在室700待清潔時， 該基片710上的特征圖案是已知的。晶片710在方向720下沿表面770移向該清潔頭710、 720和730。在一個實施方式中，該表面770在傳送帶760上。基于制造處理之前的研究， 清潔頭710具有最適于從該基片表面去除污染物并且不會損傷該晶片表面上特征的通道。 在一個實施方式中，晶片710設為沿表面770在特定方位移動以將該晶片上占主導地位的 圖案對準在預設的相對于該清潔頭的角度。該晶片上的方位結構可以幫助定向。另外，基 片夾持器可用來確保在這個處理過程中保持該方位。圖8示出從圖案化晶片的表面清潔污染物的工藝流程800的實施方式。在步驟 801，該圖案化晶片由晶片夾持器穩(wěn)定夾持。在一個實施方式中，該圖案化晶片具有占主導 地位的特征圖案。在一個實施方式中，該圖案化晶片由該晶片夾持器夾持在一定方向以將 該占主導地位的圖案與清潔頭定向，用以從該圖案化晶片的表面清潔污染物。在步驟802， 該圖案化晶片與該晶片夾持器設在該清潔頭下方。該清潔頭在面向該基片的表面上具有若 干通道。在一個實施方式中，每個通道具有兩端。在另一實施方式中，該通道從該清潔頭的 表面凹下。在一個實施方式中，該清潔頭選擇為使得通道的設計最適于該圖案化晶片。在 步驟803，該圖案化晶片與該晶片夾持器移向該清潔頭。在步驟804，清潔材料從該清潔頭 分散到該清潔頭下方的晶片表面以清潔該圖案化晶片的表面。該清潔材料從每個通道的一 端分散并流到每個通道的另一端。該清潔材料從分散端流到每個通道的另一端引入沿每個 通道的軸的剪切力。該圖案化晶片和該清潔頭之間的相對移動在該清潔頭下方的晶片表面 上引入該清潔材料的剪切力。由該清潔材料引入的剪切力通過上面描述的機制提高該污染 物去除效率(CRE)(或顆粒去除效率PRE)。盡管上面的討論圍繞從圖案化晶片清潔污染物，但是該清潔設備和方法也可用來 從未圖案化晶片清潔污染物。另外，上面討論的圖案化晶片的示范性圖案是突出線條，如多 晶硅線或金屬線條。然而，本發(fā)明的概念可用于形成占主導地位的圖案的凹入的特征。例 如，CMP之后的凹入過孔可在晶片上形成圖案，最合適的通道設計可以是用來實現(xiàn)最佳的污 染物去除效率。此外，該突出線條不必是直的線條。非直線特征，如L-形線條，也可形成占 主導地位的圖案。本發(fā)明的概念不僅是施加泡沫或乳劑形式的三態(tài)清潔材料，如上面的示范性實施 方式所討論的。本發(fā)明的概念可施加任何類型的清潔材料，其可以從清潔頭分散并可當清 潔材料在清潔頭通道中移動時在晶片表面上施加剪切力。對于該晶片上不同類型的特征圖案，清潔頭的設計與該晶片上的圖案匹配允許最 大化污染物去除效率以及同時最小化由損壞的特征引入的缺陷，以實現(xiàn)最佳的清潔結果。盡管這里詳細描述了本發(fā)明的幾個實施方式，但是本領域技術人員應當理解，本 發(fā)明可以實現(xiàn)為許多別的具體形式，而不背離本發(fā)明的主旨和范圍。所以，當前的示例和實 施方式應當認為是說明性而非限制性的，并且本發(fā)明不限于這里提供的細節(jié)，而是可在所 附權利要求的范圍內修改和實施。
權利要求
一種用于分散清潔材料以去除圖案化晶片表面上的污染物的清潔頭，包括臂，用于將該清潔頭保持為鄰近該表面；具有多個面向該圖案化晶片表面的通道的清潔頭，其中多個通道的每個具有兩端，該兩端的一個分散該清潔材料，該清潔材料從分散端流到該通道中的另一端，該分散端連接到該清潔材料的供應源，所分散的清潔材料將沿該多個通道的每個的軸線方向的剪切力施加到該晶片以促進該圖案化晶片表面上的污染物的去除。
2.根據權利要求1所述的清潔頭，其中該多個通道互相平行，且該多個通道與該清潔 頭長度之間的角度在大約0°至大約180°。
3.根據權利要求1所述的清潔頭，其中該清潔材料施加的剪切力包括垂直于該圖案化 晶片和該清潔頭之間移動方向的分量。
4.根據權利要求1所述的清潔頭，其中該清潔材料由單相、兩相或三相組成。
5.根據權利要求1所述的清潔頭，其中該清潔材料是泡沫、乳劑或凝膠。
6.根據權利要求1所述的清潔頭，其中該圖案化晶片具有占主導地位的圖案，該圖案 化晶片在清潔期間相對該清潔頭定向在一定方向。
7.根據權利要求1所述的清潔頭，其中該多個通道不互相平行。
8.根據權利要求1所述的清潔頭，其中該多個通道形成螺旋圖案。
9.一種清潔系統(tǒng)，其具有用于分散清潔材料以去除圖案化晶片表面上的污染物的清潔 頭，該系統(tǒng)包括傳輸機構，用于移動該圖案化晶片朝向該清潔頭；晶片夾持器，用以將該圖案化晶片夾持在相對該清潔頭的一定方向，由該晶片夾持器 夾持的圖案化晶片設在該傳輸機構上以移動朝向該清潔頭；以及具有多個通道的清潔頭，其中該多個通道的每個具有兩端，該兩端的一個分散該清潔 材料，該材料從分散端流到該通道中的另一端，該分散端連接到該清潔材料的供應源，通過 臂將該清潔頭保持為鄰近該圖案化晶片的表面，所分散的清潔材料將沿該多個通道的每個 的軸線方向的剪切力施加在該晶片上以幫助去除該圖案化晶片表面上的污染物。
10.根據權利要求9所述的清潔系統(tǒng)，其中有多個具有不同通道設計的清潔頭，從該多 個清潔頭選取該清潔頭以在該圖案化晶片上獲得最好的污染物去除效率。
11.根據權利要求9所述的清潔系統(tǒng)，其中該多個通道互相平行，且該多個通道與該清 潔頭長度之間的角度在大約0°至大約180°。
12.根據權利要求9所述的清潔系統(tǒng)，其中該清潔材料施加的剪切力包括垂直于該圖 案化晶片和該清潔頭之間移動方向的分量。
13.根據權利要求9所述的清潔系統(tǒng)，其中該清潔系統(tǒng)有超過一個的清潔頭，且每個清 潔頭有其自己的多通道的設計。
14.根據權利要求9所述的清潔系統(tǒng)，其中該圖案化晶片具有占主導地位的圖案，該圖 案化晶片在清潔期間相對該清潔頭定向在一定方向。
15.根據權利要求14所述的系統(tǒng)，其中該占主導地位的圖案是多個互相平行的線條。
16.一種使用清潔頭來分散清潔材料用以去除圖案化晶片表面上的污染物的方法，包括將該圖案化晶片以相對該清潔頭的一定方向設在晶片夾持器中；將該圖案化晶片與該晶片夾持器設在該清潔頭下方；以及從該清潔頭分散清潔材料以清潔該圖案化晶片，其中該清潔頭具有多個通道，該多個 通道的每個具有兩端，該兩端的一個分散該清潔材料，該材料從分散端流到該通道的另一 端，該分散端連接到該清潔材料的供應源，所分散的清潔材料將沿該多個通道的每個的軸 線方向的剪切力施加到該晶片上以幫助去除該圖案化晶片表面上的污染物。
17.根據權利要求16所述的方法，進一步包括將該晶片夾持器和該圖案化晶片移動 朝向該清潔頭。
18.根據權利要求16所述的方法，其中由該清潔材料施加的剪切力包括垂直于該圖案 化晶片和該清潔頭之間移動方向的分量，該分量提高污染物去除效率。
19.根據權利要求16所述的方法，其中該圖案化晶片具有占主導地位的圖案，該圖案 化晶片在清潔期間相對該清潔頭定向在一定方向，該一定方向提高污染物去除效率。
20.根據權利要求19所述的方法，其中該占主導地位的圖案由多晶硅線或金屬互連線 形成。
全文摘要
提供用于清潔晶片表面、尤其是圖案化晶片的表面的方法和設備。該清潔設備包括在面向該圖案化晶片的表面上具有通道的清潔頭，該晶片具有占主導地位的圖案。流過該通道的清潔材料在圖案化晶片的表面施加剪切力，其晶片的方位設為相對該清潔頭的一定方向。該剪切力、該圖案化晶片的一定方向和該清潔頭提高該表面污染物的去除效率。
文檔編號H01L21/302GK101828252SQ200880113115
公開日2010年9月8日 申請日期2008年10月15日 優(yōu)先權日2007年10月18日
發(fā)明者埃里克·M·弗里爾, 杰弗里·馬克斯, 約翰·M·德拉里奧斯, 邁克爾·拉夫金 申請人:朗姆研究公司