用于优化图案化晶片清洁的设备和方法

专利名称：用于优化图案化晶片清洁的设备和方法
用于优化图案化晶片清洁的设备和方法
背景技术：
在半导体器件(如集成电路、存储单元等)制造中，执行一系列制造操作以在半导 体晶片(“晶片”)上形成特征。这些晶片(或基片)包括具有限定在硅基片上的多层结构 形式的集成电路器件。在基片层，形成具有扩散区的晶体管器件。在之后的层中，使互连的 金属线形成图案并且电连接到这些晶体管器件以形成需要的集成电路器件。并且，利用介 电材料将图案化的导电层与其他导电层隔开。在该一系列制造操作过程中，晶片表面暴露于各种类型的污染物。实质上在制造 操作存在的任何材料都是潜在的污染源。例如，污染源可包括，尤其是，处理气体、化学制 剂、沉积材料和液体。各种污染物会作为粒子物质沉积在晶片表面。如果不去除该粒子污 染，在该污染附近的器件将很可能不能工作。因此，必须基本上彻底地将污染从晶片表面清 除，而不损伤限定在该晶片上的特征。然而，粒子污染尺寸往往处于制造在晶片上的特征的 关键尺寸大小的量级。去除如此小的粒子污染而不对晶片上的特征造成不利影响是十分困 难的。传统的晶片清洁方法严重依赖于机械力以从晶片去除粒子污染。随着特征尺寸持 续减小并且变得更易碎，由于向晶片表面施加机械力而导致特征损坏的可能性增加。例如， 具有高纵横比的特征在受到足够的机械力的冲击时易损坏而崩塌或者破碎。朝向减小的特 征尺寸的趋势也导致会导致损坏的粒子污染的尺寸减小，这使得清理问题进一步复杂化。 尺寸足够小的粒子污染会进入晶片表面到达的区域，如被高纵横比特征围绕的沟槽或导电 线路的桥等。因此，在现代半导体制造过程中污染物高效和无损去除表示需通过晶片清洁 技术的持续进步来实现的持续挑战。应当认识到，用于平板显示器的制造操作遇到与上面 讨论的集成电路制造同样的缺点。鉴于前面所述，需要清洁图案化晶片的设备和方法，其有效去除污染物并不会损 伤该图案化晶片上的特征。

发明内容
大体来讲，本发明的实施方式提供改进的、用于清洁晶片表面、尤其是图案化晶片 表面的方法和设备。该设备包括在面向该图案化晶片的表面上具有通道的清洁头，该晶片 具有占主导地位的图案。流过该通道的清洁材料在图案化晶片的表面施加剪切力，晶片相 对该清洁头设在一定方向。该剪切力、该图案化晶片的一定方向和该清洁头提高该表面污 染物的去除效率。应当认识到本发明可以许多方式实现，包括作为系统、方法和室。下面描 述本发明的创新性实施方式。在一个实施方式中，提供用于分散清洁材料以去除图案化晶片表面上的污染物的 清洁头。该清洁头包括将该清洁头保持为邻近该表面的臂。该清洁头具有多个面向该图案 化晶片表面的通道。该多个通道的每个具有两端。该两端的一个分散该清洁材料，该清洁 材料从分散端流到该通道中的另一端。该分散端连接到该清洁材料的供应源。所分散的清 洁材料将沿该多个通道的每个的轴线方向的剪切力施加到该基片以促进该图案化晶片表面上的污染物去除。在另一实施方式中，提供一种清洁系统，其具有用于分散清洁材料以去除图案化 晶片的表面上的污染物的清洁头。该清洁系统包括传输机构，用以将该图案化晶片移向该 清洁头。该清洁系统还包括晶片夹持器，用以将该图案化晶片夹持在相对该清洁头的一定 方向。由该晶片夹持器夹持的图案化晶片设在该传输机构上以移动朝向该一个清洁头。该清洁系统进一步包括具有多个通道的清洁头。该多个通道的每个具有两端。该 两端的一个分散该清洁材料，该材料从分散端流到该通道中的另一端。该分散端连接到该 清洁材料的供应源。通过臂将该清洁头保持为邻近该图案化晶片的表面。所分散的清洁材 料将沿该多个通道的每个的轴线方向的剪切力施加在该基片上以帮助去除该图案化的基 片的表面上的污染物。在又一实施方式中，提供一种使用清洁头来分散清洁材料用以去除图案化晶片的 表面上的污染物的方法。该方法包括将该图案化晶片以相对该清洁头的一定方向设在晶片 夹持器中。该方法还包括将该图案化晶片和该晶片夹持器设在该清洁头下方。该方法进一 步包括将该清洁材料从该清洁头分散到清洁该图案化晶片。该清洁头具有多个通道。该多 个通道的每个具有两端。该两端的一个分散该清洁材料，该材料从分散端流到该通道的另 一端。该分散端连接到该清洁材料的供应源。所分散的清洁材料将沿该多个通道的每个的 轴线方向的剪切力施加到该基片上以帮助去除该图案化的基片的表面上的污染物。


通过下面结合附图的详细描述，将容易理解本发明，以及类似的参考标号指出相 似的元件。图1说明按照本发明一个实施方式、与污染物颗粒相互作用的三态体。图2A说明按照本发明一个实施方式、清洁材料的固体成分介于污染物和该清洁 材料的气体成分之间。图2B说明按照本发明一个实施方式、图2的污染物从该晶片表面去除。图2C示出按照本发明一个实施方式用于清洁晶片的清洁系统的俯视图。图2D是按照本发明一个实施方式、具有若干清洁材料分散孔的清洁头的仰视图。图2E示出按照本发明一个实施方式、将清洁材料101分散在晶片表面上的清洁头 的侧视图。图3A示出按照本发明一个实施方式、示范性图案化晶片的俯视图。图3B示出按照本发明一个实施方式、放大的器件区域的俯视图。图3C示出按照本发明一个实施方式、放大的器件子区域的俯视图。图3D㈧示出按照本发明一个实施方式、在多晶硅线上方以顺时针方式转动的清 洁刷的一部分。图3D(B)示出按照本发明另一实施方式、在多晶硅线上方以顺时针方式转动的清 洁刷的一部分。图3E示出按照本发明一个实施方式、清洁刷施加的剪切力相对图案化晶片上多 晶硅线的长度的角度与模片上缺陷数量的关系曲线。图3F示出按照本发明一个实施方式，之前描述的具有占主导地位的线条图案的图案化晶片301在清洁头下方移动。图3G示出按照本发明一个实施方式、放大的器件区域的图示。图4A示出按照本发明一个实施方式、具有若干线条类型结构的基片部分的剖视 图。图4B示出按照本发明一个实施方式、在具有若干线条类型结构的基片部分的剖 视图上方的清洁材料。图4C示出按照本发明一个实施方式、在晶片表面上某个位置处剪切力的法向分 量和平行分量之间的关系。图4D示出按照本发明一个实施方式、在晶片表面上另一位置处剪切力的法向分 量和平行分量之间的关系。图4E示出按照本发明一个实施方式、缺陷数量与该清洁刷或清洁材料施加在该 基片(或晶片)的特征上的剪切力的角度的两个函数关系曲线。图5A示出按照本发明一个实施方式、清洁头的三维(3D)视图。图5B示出按照本发明一个实施方式、图5A的清洁头的俯视图。图5C示出按照本发明一个实施方式、图5A的清洁头的另一三维(3D)视图。图5D示出按照本发明一个实施方式、通道501沿图5A中G_G'线切割的剖视图。图5E示出按照本发明一个实施方式、清洁材料从清洁头中的通道的一端流到该 通道的另一端所产生的剪切力。图5F示出按照本发明一个实施方式、清洁头和基片的相对位置，以及该基片的移 动方向。图5G示出按照本发明一个实施方式，具有填充清洁材料的清洁体的通道501。图5H示出按照本发明一个实施方式，基片上各种剪切力之间的关系。图51示出按照本发明一个实施方式，施加在晶片表面上的线条类型特征上的剪 切力的图示。图6A示出按照本发明另一实施方式，清洁头和基片之间的相对位置和基片移动 方向之间的关系。图6B示出按照本发明一个实施方式，基片表面上剪切力的图示。图6C示出按照本发明另一实施方式，清洁头和基片之间的相对位置、基片的移动 方向和该晶片上的剪切力之间。图6D示出按照本发明又一实施方式，清洁头和基片之间的相对位置，基片的移动 方向和该晶片上的剪切力。图6E示出按照本发明一个实施方式，基片上的剪切力。图7示出按照本发明一个实施方式，具有若干待选择用于清洁晶片的清洁头的清 洁系统。图8示出按照本发明一个实施方式、从图案化晶片表面清洁污染物的工艺流程。
具体实施例方式描述清洁晶片表面的方法和设备的实施方式。对于本领域技术人员，显然，本发明 可不利用这些具体细节的一些或者全部而实施。在有的情况下，公知的工艺步骤和/或结构没有说明，以避免不必要的混淆本发明。这里描述的实施方式提供有效去除污染物并且不会损伤该图案化晶片上特征的 清洁设备和清洁方法，这些特征中可能包含高纵横比特征。尽管该实施方式提供关于半 导体清洁应用的具体示例，但是这些清洁应用可以扩展到任何需要从基片去除污染物的技 术。如这里所使用的，在一个实施方式中，该设备和方法包含三态清洁材料，包括气 态、液态和固相。该气态和液态提供将该固相带到邻近基片表面上污染物颗粒的中介物。该 三态体清洁材料的组分及其机制的进一步解释见美国专利申请11/346，894(递交于2006 年 2 月 3 日，主题为 ‘‘Method for removing contaminations from substrateand for making cleaning solution”)、美国专利申请 11/347，154 (递交于 2006 年 2 月 3 日，主题 为"Cleaning compound and method and systemfor using the cleaning compound，，)、 美国专利申请11/336，215 (递交于2006年1月20日，主题为"Method and apparatus for emovingcontamination from substrate”)和美国专利申请 11/532，491 (递交于 2006 年 9 月 15 日，主题为"Method and material for cleaning substrate ‘‘)。对使用该三态 体清洁材料的设备和系统的进一步解释见美国专利申请(11/346，894)，递交于2006年2 月 3 日，主题为 ‘‘Method forremoving contamination from substrate and for making cleaningsolution，，。清洁期间该固相与该颗粒相互作用以实现去除。基片(作为这里使用的示例)意 指但不限于半导体晶片、硬盘、光盘、玻璃基片和平面显示面、液晶显示面等，其会在制造或 搬运操作期间受到污染。对于实际的基片类型，表面可能以不同的方式受到污染，并且在处 理该基片的具体产业中限定可接受污染程度。图1是按照本发明一个实施方式、示出用于从半导体晶片(“晶片”)105去除污染 物103的三态清洁材料101的污染物103的实体图的图示。该清洁材料101包括连续的液 体媒质107、固体成分109和气体成分111。该固体成分109和气体成分111分散在该连续 的液体媒质107内。大体上，该连续的液体媒质107可以是去离子水、碳化氢、选取的基液、氢氟酸 (HF)、氨和其他化学制剂和/或DI水中化学制剂的混合物，其可以用来清洁和准备半导体 基片的表面。在具体的示例中，该连续的媒质107是(去离子或其他的)水单独形成的含 水液体。在另一实施方式中，含水液体由水与其他可在水中溶解的组分的混合物形成。在 又一实施方式中，非含水液体由，尤其是，碳化氢、碳氟化合物、矿物油或酒精形成。不考虑 该液体是含水或非含水，应当理解该液体可改性为包括离子或非离子溶剂和其他化学添加 齐IJ。例如，该液体的化学添加剂可包括助溶剂、PH改性剂(如，酸和碱)、螯合剂、极性溶剂、 表面活性剂、氢氧化氨、过氧化氢、氢氟酸、氢氧化钾、氢氧化钠、羟化四甲氨、和流变改性剂 (如聚合物、颗粒和多肽)的任意组合。在一个实施方式中，该固体成分109的材料可以由脂族酸、羧酸、石蜡、蜂蜡、聚合 物、聚苯乙烯、树脂、多肽和其他粘弹性材料形成。在一个实施方式中，用于该固体成分109 的材料应当以超过在连续的液体媒质107内溶解度限制的浓度存在。并且，应当理解与特 定固体材料相关的清洁效用会随着温度、PH和其他环境条件变化。该脂族酸实际上表示任何由有机化 物形成的酸，其中碳原子形成开放的链。脂肪酸是可用作该固体材料的脂族酸的一个示例。可以用作该固体的脂肪酸的示例包括，尤 其是，月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、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、棕榈烯酸、神经酸 (nervanic acid)、十八碳四烯酸、二十碳五烯酸、顺芜酸、碳五烯酸、木蜡酸、蜡酸及其混合 物。在一个实施方式中，该固体材料109可表示从C-1到大约C-26各种碳链长度形成的脂 肪酸的混合物(自然存在的脂肪酸仅有偶数个碳原子)。羧酸可由实际上任何包括一个或 多个羧基(C00H)的有机酸形成。该羧酸可以是饱和的或不饱和的。它们可以是单个碳链 或者有分支。该羧酸可包括从C-1到大约C-100的多种不同碳链长度的混合物。并且，该 羧酸可包括长链的醇、醚和/或酮，高于在该连续媒质107中的溶解度限制。在一个实施方 式中，用作固体的脂肪酸当与基片表面上的污染物颗粒接触时起到表面活性剂的作用。在一个实施方式中，该清洁材料101是非牛顿流体。非牛顿流体，如这里所使用 的，是粘度随着施加的剪应力变化的流体。非牛顿流体并不遵循粘度的牛顿定律。剪应力 是剪切速率的非线性函数。取决于表观粘度随着剪切速率如何改变，流动行为也发生变化。 非牛顿流体的一个示例是软凝态物质，其处于固体和液体两个极端的中间地带。这些类型 的材料可表现出屈服应力，并称作宾汉塑性流体。该软凝态物质容易受到外部应力变形，该 软凝态物质的示例包括乳剂、凝胶剂、胶体、泡沫等。应当认识到乳剂是不相容液体的混合 物如，例如，牙膏、蛋黄酱、水中的油等。图2A-2B示出按照本发明一个实施方式，该清洁材料101如何从该晶片105去除 该污染物103。如图2A所示，在该清洁材料101的液体媒质107内，该固体成分109介于 该污染物103和该气体成分111之间。该液体媒质107内的气体成分111具有相关联的表 面张力。所以，当将该气体成分111向下压到该固体成分109时，该气体成分111变形并在 该固体成分109上施加向下的力(Fd)。这个向下的力(FD，其为法向分量)用来将该固体成 分109移向该晶片105和其上的污染物103。该固体成分109和污染物103之间的相互作 用在迫使该固体成分109足够接近该污染物103时发生。这个距离可以在大约10纳米内。 该固体成分109和污染物103之间的相互作用还在该固体成分109实际接触该污染物103 时发生。这个相互作用也适用于固体成分109结合污染物103时。该固体成分109和污染 物103之间的相互作用足以克服该污染物103和该晶片105之间的粘结力，以及该固体成 分109和该污染物103之间任何排斥力。所以，当移动该固体成分109远离该晶片105，与 该固体成分109相互作用的污染物103也移动远离该晶片105，即，从该晶片(或基片)105 清洁该污染物103，如图2B所示。当将该清洁材料101从该基片表面去除时，该固体成分和 所附着的污染物103可以从该基片表面去除。该清洁材料101可以通过溶解于流体如去离 子水或去泡沫剂而从该基片表面去除。在一个实施方式中，用来从该晶片105去除该固体成分109的力是该固体成分109 和该污染物103之间的范德瓦尔斯引力。如图2B所描述的，当该固体成分109从该晶片 105去除时，粘合于该固体成分109的该污染物103也从该晶片105去除。应当认识到因为 该固体成分109与该污染物103相互作用以实现该清洁工艺，该晶片105上污染物103的 去除将取决于该固体成分109在该晶片105上的分布程度。此外，固体成分109可以是不 同成分的混合物，与此相对的是全部是相同的组分。因此，该清洁溶液能够为具体的目的设 计，即目标指向具体的污染物，或该清洁溶液可具有广谱的污染物目标，其中提供多种固体
8成分。在一个实施方式中，该清洁材料101还受到剪切力(Fs)。该剪切力Fs可用来移动 该清洁材料101贯穿该晶片105的表面。剪切力Fs可以由于该基片105和用来分散该清 洁材料101的分散头(未示)的相对运动而施加到该基片表面上，如下所述。图2C是按照本发明一个实施方式、用于清洁基片的系统的俯视图的简化示意图 200。晶片220在线性方向移动朝向清洁头210。该清洁头由臂250夹持。该清洁头210提 供(或分散)该清洁材料101。在一个实施方式中，该清洁头210的长度240大于该晶片 220的直径250。晶片220仅在该清洁头下移动一次。在另一实施方式中，该清洁头210的 长度240小于该晶片220的直径250。晶片220在该清洁头210下移动多次以确保整个晶 片220都被清洁。按照本发明一个实施方式，该清洁材料101可分散为泡沫、乳剂或凝胶，取决于 应用和该清洁材料的化学组分。该清洁材料101可以由单相、两相或多相组成。关于两 相体清洁材料的组分和其机制的进一步解释见美国专利申请(11/519，354)，递交于2006 年 9 月 11 日，主题为“Method and System for Using Two-phases SubstrateCleaning Compound，，。在一个实施方式中，该清洁材料101从储存器270(其可以加压)通过供应管线 260传输。或者，该清洁头210可在晶片220上方移动，而同时该晶片220可静止或者也在移动。图2D示出具有若干分散孔211以分散该清洁材料101的该清洁头210的示范性仰 视图。图2E示出该清洁头210的侧视图的实施方式，将该清洁头210下方的清洁材料101 组成的清洁体230分散到该晶片220的表面221上以清洁该表面221。该晶片220在该箭 头222指出的方向上、在该清洁头210下方移动。随着该晶片220在该清洁头210下方移 动，该清洁体230在其后在该表面221上留下清洁材料101的轨迹231。该清洁头210通过 臂250保持邻近该晶片220的表面221。该晶片220和该清洁头210之间的相对运动产生 方向232上的、作用于晶片220的表面221上的清洁材料的剪切力，其与晶片移动方向222 成180°。从该清洁头210分散出的清洁材料101在该清洁体230下方的基片的表面221 上施加向下的力。如上面所讨论的，该向下的力帮助该基片表面上的污染物与该清洁材料 101中的固体成分附着。该污染物由于该污染物和该清洁材料101中的固体成分附着而从 该基片表面去除。该污染物103从该表面221去除并混在该清洁材料101中，以及可以在将该清洁 物质从该晶片表面221去除时去除。在一个实施方式中，剪切力有助于从该晶片220的表 面221去除污染物(未示)。该剪切力在去除污染物中的作用将在下面详细描述。图3示出示范性图案化晶片301的俯视图。晶片301具有许多模片302，其填充整 个晶片301。图3A中仅示出示范性的单个模片。模片302中，有许多器件，它们通过各种不 同的植入、热处理、清洁、图案化、沉积、蚀刻和其他步骤形成。在一些处理步骤，有孤立的并 且高出附近基片表面的器件特征。例如，多晶硅图案化之后的多晶硅结构(或线条)。该 多晶硅结构是在定位于一个方向的窄且长的线条。图3A中，模片302中有示范性器件区域 303。图3B示出放大的器件区域303的俯视图。在该示范性器件区域303中，有许多多晶 硅结构，如器件子区域304中的多晶硅结构。图3C示出放大的器件子区域304的俯视图。器件子区域304填充长而窄的多晶硅线，如多晶硅线305。图案化晶片301绝大部分填充与 多晶硅线305方向相同的多晶硅线。还可有其他多晶硅结构，如结构306，其不定向为与多 晶硅结构305方向相同。然而，与结构305相同方向的多晶硅结构可以是占主导地位的结 构，取决于技术。对于高级器件技术，该多晶硅线的纵横比可以非常高，因为该多晶硅线宽度的连 续收缩以缩短源极和漏极之间的距离而增加器件速度。然而，由于多晶硅线电阻系数的约 束，该多晶硅结构的厚度不会急速收缩。结果，该多晶硅结构的纵横比增加。高纵横比结构 更容易受到机械力的影响。金属连线也面临类似的由于高纵横比而受到机械力损坏的问 题。图3D(A)示出按照本发明一个实施方式、围绕多晶硅线311上方的纵轴转动的清 洁刷310的一部分。该多晶硅线311具有长度L、宽度W和高度H。该长度L远大于该宽度 W和高度H。该清洁刷310的该部分在该多晶硅线311的顶面312上施加力313。该力313 是垂直于(或在90° )该多晶硅线311的长度L。图3D(B)示出上面描述的、围绕多晶硅线311'上方的纵轴转动的清洁刷310‘的 一部分。该多晶硅线311'还具有长度L、宽度W和高度H。该长度L远大于该宽度W和高度 H。该清洁刷310'的该部分的长度垂直于该多晶硅线311'的长度。该清洁刷310在该多 晶硅线311'的顶面312'上施加力315。该力315平行于(或在0° )该多晶硅线311' 的长度L。图3E示出清洁刷施加的剪切力相对图案化晶片上多晶硅线的长度的角度与模片 上缺陷数量的关系曲线。该清洁刷和多晶硅线之间的关系已经在图3D(A)和(B)中描述。 图3E中示出缺陷数量的数据符合曲线330，其为该清洁刷的力与该多晶硅线之间角度的函 数。当该刷子垂直于以及该刷子力平行于该多晶硅线时(图3E的曲线330中的0° )，该 缺陷数量几乎为零。当该刷子力在该多晶硅线的长度的0°时(如图3D(B)所示的关系)， 该刷子不会损伤该多晶硅线并且不会增加缺陷数量。该缺陷数量随着该刷子力和该多晶硅线的长度之间的角度增加而增加。当该刷 子力在该多晶硅线的长度的90°时，该缺陷数量最大，如图3E的曲线330中可见。图3E 中的结果示出当刷子力的方向垂直于该多晶硅线的长度施加时，该多晶硅线更可能受到损 伤。这些结果表明在清洁期间施加到图案化的结构上的剪切力的角度会影响对图案化结构 的损伤程度。尽管图3E中的结果是用清洁刷来清洁该基片而收集，剪切力的角度与缺陷数 量的影响也适用于利用清洁材料如上述的清洁材料101清洁图案化晶片。图3F示出按照本发明一个实施方式、图案化晶片301在清洁头302下移动以待清 洁。该清洁头302由臂350夹持。该图案化晶片301具有若干模片302。每个模片具有占 主导地位的线条图案，如在一个方向上的多晶硅线或金属线条，如图3A-3C中模片302中的 器件区域303的器件子区域304中所述的。该器件子区域304的该多晶硅线305，如图3G 所示，定向为平行于该图案化晶片301的移动方向310。晶片301在垂直于该清洁头302的 长度的方向310移动。该晶片301上有方位标记340以与该晶片301上的模片如模片302 的方位相关联。在一个实施方式中，该方位标记340是刻在该晶片上的晶片标识符。晶片 301在晶片夹持器320中夹持。该晶片夹持器320构造为通过采用该方位标记340而将该 晶片301保持在某个方位。该基片夹持器320和该方位标记340帮助将待处理的图案化晶
10片301定位在特定的方位。图4A示出具有若干线条类型结构Pp P2和P3的基片420的一部分的剖视图。线 条？”己和^互相平行。Pi和己彼此靠近。Pi和己可以描述为密集图案的一部分。&是 孤立的并且不靠近任何其他升高的结构。P3可以描述为孤立图案的一部分。之间 是覆盖Pi和P2之间的表面402工的污染物Q。污染物Q靠近线条Pi和P2。P2和P3之间是 覆盖表面402 的污染物C2。污染物C2远离线条P2或线条P3任一个。图4B示出清洁材料401 (其类似于上面描述的清洁材料101)施加在图4A的基片 420上。在施加该清洁材料401之后(利用该基片420上、该清洁材料401的向下的力)， 污染物(^和仏通过附着于该清洁材料401中的固体成分而离开表面402P402U。该污染 物去除机制已经在上面描述。该晶片411和该清洁材料401的分散头(未示)之间的相对 运动产生污染物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 线条Pi、P2、和P3的纵向，以及分量？ ，其垂直于线条？1、己和？3的纵向。图4C示出FS1、FP1 和FN1之间的关系。图4D示出FS2、FP2和FN2之间的关系。剪切力FS1和FS2取决于晶片420与该分散头的相对方位，如图2C和3F中所述。 如果晶片420定向为使线条PpP2和P3垂直于该分散头的长度，如图3F和3G所示，则剪切 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的长度。FN1和FN2 为零。？ 和？,2垂直于？1、？2和&的长度。如果晶片420定向为使得线条？1、？2和&平行 于该分散头的长度，如图3F和3G中晶片301转动90°，则剪切力FS1，Fs2将具有非零值的 法向分量FN1和FN2。FP1和FP2将为零。剪切力FS1和FS2有助于分别从该PpP2和P3结构去除污染物Q和C2。为了确保污 染物Ci和C2不会残留在结构(如Pi、P2和P3)附近，污染物Ci和c2不仅需要从基片表面去 除，如表面402!和402 ，而且污染物Q和C2应当尽可能远离结构(如Pp P2和P3)以防止 污染物Q和C2与基片表面上的结构(如Pp P2和P3)重新附着。剪切力(如剪切力FS1和 FS2)可帮助从该基片表面上的结构(如Pi、P2和P3)去除污染物Q和C2以提高污染物去除 效率(CRE)或颗粒去除效率(PRE)。例如，如果FS1只有该平行分量FP1，而FN1接近零，则污 染物Q将沿Pi和P2之间或靠近其上方移动，并且很可能保持为接近Pi和P2更长的时间， 并增加冲洗后污染物q留在该基片表面上、甚至在Pi和P2之间的机会。然而，如果FS1具有非零法向分量FN1，污染物Q更可能从靠近Pi和P2的区域移到 P2和p3之间的区域。当污染物Ci在P2和P3之间的区域时，污染物Ci更可能在将清洁材料 401从基片420的表面去除时从基片420表面清洁掉，如通过冲洗。污染物C2在P2和P3之 间的开放区域，并且其去除更少受到FS2是否具有非零法向分量FN2的影响。如上面所讨论的，剪切力FS1的法向分量FN1可有助于去除污染物q。然而，如之 前在图3E中讨论的，法向剪切力导致该基片表面上的结构损伤并由于特征的毁坏而增加 缺陷数量。法向剪切力可提高已有污染物的清洁效率，同时会损坏结构而产生额外的缺陷。 需要对该法向剪切力优化以实现得到最佳的清洁结果。如图3E中可见，大约-20°至大约20°的剪切力角度之间的区域中由于表面结构 损伤导致的缺陷数量为零。施加具有这个区域中的剪切力角度的剪切力，由于表面结构的 损伤导致的缺陷几乎不存在，又该剪切力的法向分量(非零角度)可有助于去除该基片表 面上存在的污染物。图4E示出两个曲线451和452，其类似于图3E的曲线330，为按照本发明一个实施方式、缺陷数量与该清洁刷或清洁材料施加到该基片(或晶片)上的特征上的 剪切力的角度函数。曲线451和452用于具有不同图案的两个基片。该基片表面上特征的 不同图案将得到不同的缺陷数量与剪切力角度关系的曲线。该特征的纵横比、该基片表面 上特征图案的布局和密度将影响该曲线的形状。具有更均一分布和紧密封装特征的图案化 晶片很可能具有更宽的、几乎没有损伤的剪切力角度区域，如曲线452的区域B-B'。相反， 具有孤立且不均一分布特征的图案化的基片很可能具有类似曲线451的缺陷数量曲线，其 具有较窄的、几乎没有损伤的剪切力角度区域，如区域A-A'。曲线451和452每个在靠近0°角度具有低缺陷数量的平区域。例如，曲线451具 有角度和角度A'之间的区域，曲线452具有角度B和角度B'之间的区域。如上所述，在 这些区域内，该缺陷数量相当低，但这些区域内的剪切力具有法向分量(非零角度)，除了 该角度为0°时。通过刷子或清洁材料任一个在该基片表面施加具有在这些区域内剪切力 角度的剪切力可在几乎不对特征造成损伤的情况下得到高污染物去除效率(CRE)或颗粒 去除效率(PRE)。如上面图2C中所讨论的，当该晶片220在该清洁头210下方移动，该晶片220和该 清洁头之间的相对运动导致该清洁材料在该表面221上产生该方向232的剪切力。另外， 关于图3A-3G的描述和讨论表明该图案化晶片301上占主导地位的图案相对该清洁头302 的方位影响该晶片301上占主导地位的图案上的剪切力的方向。除了占主导地位的图案相对该清洁头的范围影响施加在晶片上占主导地位的图 案上的剪切力的方向外，该晶片(或该晶片上的图案)上的剪切力的方向也可通过清洁头 的设计修改。图5示出按照本发明一个实施方式、清洁头500的三维(3D)视图。该清洁头 500具有若干用于分散清洁材料501的通道。每个通道501具有两端，A端和B端。该清洁 材料从A端分散并流到B端。A端连接到清洁材料的供应源，如图2C的供应管线260和清 洁材料储存器270。图5B示出该清洁头500的俯视图。通道501的轴线503相对于该清洁头的宽度 504的线成一定角度a。该角度a在大约0°至大约180°。图5C示出该清洁头500的 另一 3D视图。图5C示出通道501高出该清洁头的底面570。该通道501在该清洁头500 的底面上方的高度是C，如图5C所示。图5D示出通道501的剖视图，其沿图5A的线条G-G'切开。图5D中，该清洁头 500设在基片510上方，该基片在图5A中未示。清洁材料101从A端分散并在通道501中 流到B端。该清洁头500设在晶片510上方。图5E示出具有A端和B端的通道501的俯 视图。清洁材料从A端流到B端在该基片表面上产生剪切力Fc，如图5D和5E所示。该剪 切力&的方向沿该通道501的轴580。A端连接到该清洁材料的供应源101。在一个实施 方式中，B端连接到真空以帮助去除清洁材料。然而，在该B端的真空不会中断通道501中 的清洁材料流并且不会在通道501和该晶片表面之间的材料体中产生清洁材料的空穴除了清洁材料在通道501流动产生的剪切力Fe，基片510在该清洁头500下方的 移动还引入该清洁材料施加在该基片上的剪切力？ <^ 是在该晶片移动方向的180°方向。 图5F示出该清洁头500和该基片510之间的相对位置，以及该基片510的移动方向520。 基片510填充图案化的模片，如具有器件区域的模片560，如器件区域561。图5G示出具有清洁体530的通道501，该清洁体填充有清洁材料101。该清洁体
12530施加清洁材料从A端流动到B端而产生的剪切力Fc和该基片520 (未示)和该清洁头 500之间的相对运动导致的剪切力Fw。图5H示出Fc和Fw合为该基片表面上的总剪切力 Ft。Ft具有两个分量Ftn和Ftp，它们彼此垂直。图51示出基片510上具有线条形特征562 的放大的器件区域561。该线条形特征562定向为垂直于该清洁头500的长度。该总剪切 力FT具有作用于该线条形特征561的法向分量Ftn和平行分量Ftp。图51示出法向分量Ftn 由清洁材料在该通道中的流动而引入到该晶片(或基片)的表面上以帮助从模片上的特征 去除污染物(或颗粒或缺陷)，以上面在图4B-4D中讨论的机制。该法向分量Ftn的大小受 到该清洁头设计的影响，包括通道的数量、通道的大小和该通道形状，以及通道的角度a， 还有清洁材料从A端流到B端引入的力Fe的大小。该清洁材料的属性和流率确定Fc的大 小。具有分散清洁材料的的清洁头的别的实施方式也是可以的。图6A示出按照本发 明另一实施方式、具有分散清洁材料的通道601的清洁头600的俯视图。在该清洁头600下 方，基片610在垂直于该清洁头600的长度的方向620移动。这个实施方式中，该通道601 的长度平行于该清洁头600的长度。通道601也具有用于分散清洁材料至B端的A端。清 洁材料从A端到B端的流动在该清洁头600下方的该基片610上引入剪切力Fei，其在通道 601中从A端到B端的方向，如图6B所示。除了该剪切力Fei，基片610的表面还受到另一 剪切力FW1，由该基片610和该清洁头600之间的相对移动产生。剪切力FW1在与基片610的 移动方向620相反的方向。图6B示出该两个彼此垂直的剪切力Fa*Fwl。该清洁头600的 设计相比清洁头500的设计能够提供更大的垂直于该晶片移动所引入的剪切力的剪切力。图6C示出按照本发明另一实施方式、具有分散清洁材料的通道601'和602"的 清洁头600'的俯视图。在该清洁头600'下方，基片610在垂直于该清洁头600长度的方 向620移动。这个实施方式中，通道601'和602"的长度与该清洁头600'的宽度670的 线条有一定角度a。通道601'和602"也有用于分散清洁材料到B端的A端。清洁材料 从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，如图6C所示。除了该剪切力Fcu和Fa，该基片610的表面还受到另一剪切力FW2，其 由该基片610和该清洁头600'之间的相对移动产生。剪切力FW2是在与基片610的移动方 向620相反的方向。图6C示出基片610的上半部分610 的表面受到两个剪切力Feu和FW2， 而基片610的下半部分受到两个剪切力Fa*FW2。通道601'和602〃的设计可能有 益于移动该污染物至该基片610的外缘。图6D示出按照本发明又一实施方式、分散清洁材料的具有通道60”的清洁头600 *的俯视图。该清洁头600*由臂650夹持。在该清洁头600*下方，基片610在垂直于该清 洁头600 *长度的方向620移动。在这个实施方式中，通道601 *布置为螺旋形式，开始于该 清洁头600 *的中心。通道601 *也具有分散清洁材料至B端的A端、分散清洁材料至D端的 C端和分散清洁材料至F端的E端。清洁材料的流动在下方的基片上形成螺旋剪切力Fes， 如图6E所示。该剪切力Fcs的方向和大小，沿该清洁头600*变化。除了该剪切力Fcs，基片 610的表面还受到另一剪切力FW3，其由该基片610和该清洁头600 *之间的相对移动产生。 剪切力FW3在基片610的移动方向620相反的方向。图6E示出该清洁头600 *下方的基片 610表面一部分上的剪切力Fes和FW3。FW3施加在整个晶片610上。图6D中示出的清洁头 设计在该晶片表面上施加螺旋剪切力要素，并且可能有益于将该污染物和该清洁材料移向
13该晶片的边缘。如上面所讨论的，用于不同产品(或器件)的晶片具有不同的特征图案。为了有 效清洁不同类型的晶片，为不同的晶片图案选择不同的清洁头。图7示出具有若干清洁头 701、702和703的晶片清洁室700，其具有不同的分散清洁材料的通道的设计。清洁头701、 702和703分别由臂751、752和753保持在适当的位置。当晶片710设在室700待清洁时， 该基片710上的特征图案是已知的。晶片710在方向720下沿表面770移向该清洁头710、 720和730。在一个实施方式中，该表面770在传送带760上。基于制造处理之前的研究， 清洁头710具有最适于从该基片表面去除污染物并且不会损伤该晶片表面上特征的通道。 在一个实施方式中，晶片710设为沿表面770在特定方位移动以将该晶片上占主导地位的 图案对准在预设的相对于该清洁头的角度。该晶片上的方位结构可以帮助定向。另外，基 片夹持器可用来确保在这个处理过程中保持该方位。图8示出从图案化晶片的表面清洁污染物的工艺流程800的实施方式。在步骤 801，该图案化晶片由晶片夹持器稳定夹持。在一个实施方式中，该图案化晶片具有占主导 地位的特征图案。在一个实施方式中，该图案化晶片由该晶片夹持器夹持在一定方向以将 该占主导地位的图案与清洁头定向，用以从该图案化晶片的表面清洁污染物。在步骤802， 该图案化晶片与该晶片夹持器设在该清洁头下方。该清洁头在面向该基片的表面上具有若 干通道。在一个实施方式中，每个通道具有两端。在另一实施方式中，该通道从该清洁头的 表面凹下。在一个实施方式中，该清洁头选择为使得通道的设计最适于该图案化晶片。在 步骤803，该图案化晶片与该晶片夹持器移向该清洁头。在步骤804，清洁材料从该清洁头 分散到该清洁头下方的晶片表面以清洁该图案化晶片的表面。该清洁材料从每个通道的一 端分散并流到每个通道的另一端。该清洁材料从分散端流到每个通道的另一端引入沿每个 通道的轴的剪切力。该图案化晶片和该清洁头之间的相对移动在该清洁头下方的晶片表面 上引入该清洁材料的剪切力。由该清洁材料引入的剪切力通过上面描述的机制提高该污染 物去除效率(CRE)(或颗粒去除效率PRE)。尽管上面的讨论围绕从图案化晶片清洁污染物，但是该清洁设备和方法也可用来 从未图案化晶片清洁污染物。另外，上面讨论的图案化晶片的示范性图案是突出线条，如多 晶硅线或金属线条。然而，本发明的概念可用于形成占主导地位的图案的凹入的特征。例 如，CMP之后的凹入过孔可在晶片上形成图案，最合适的通道设计可以是用来实现最佳的污 染物去除效率。此外，该突出线条不必是直的线条。非直线特征，如L-形线条，也可形成占 主导地位的图案。本发明的概念不仅是施加泡沫或乳剂形式的三态清洁材料，如上面的示范性实施 方式所讨论的。本发明的概念可施加任何类型的清洁材料，其可以从清洁头分散并可当清 洁材料在清洁头通道中移动时在晶片表面上施加剪切力。对于该晶片上不同类型的特征图案，清洁头的设计与该晶片上的图案匹配允许最 大化污染物去除效率以及同时最小化由损坏的特征引入的缺陷，以实现最佳的清洁结果。尽管这里详细描述了本发明的几个实施方式，但是本领域技术人员应当理解，本 发明可以实现为许多别的具体形式，而不背离本发明的主旨和范围。所以，当前的示例和实 施方式应当认为是说明性而非限制性的，并且本发明不限于这里提供的细节，而是可在所 附权利要求的范围内修改和实施。
权利要求
一种用于分散清洁材料以去除图案化晶片表面上的污染物的清洁头，包括臂，用于将该清洁头保持为邻近该表面；具有多个面向该图案化晶片表面的通道的清洁头，其中多个通道的每个具有两端，该两端的一个分散该清洁材料，该清洁材料从分散端流到该通道中的另一端，该分散端连接到该清洁材料的供应源，所分散的清洁材料将沿该多个通道的每个的轴线方向的剪切力施加到该晶片以促进该图案化晶片表面上的污染物的去除。
2.根据权利要求1所述的清洁头，其中该多个通道互相平行，且该多个通道与该清洁 头长度之间的角度在大约0°至大约180°。
3.根据权利要求1所述的清洁头，其中该清洁材料施加的剪切力包括垂直于该图案化 晶片和该清洁头之间移动方向的分量。
4.根据权利要求1所述的清洁头，其中该清洁材料由单相、两相或三相组成。
5.根据权利要求1所述的清洁头，其中该清洁材料是泡沫、乳剂或凝胶。
6.根据权利要求1所述的清洁头，其中该图案化晶片具有占主导地位的图案，该图案 化晶片在清洁期间相对该清洁头定向在一定方向。
7.根据权利要求1所述的清洁头，其中该多个通道不互相平行。
8.根据权利要求1所述的清洁头，其中该多个通道形成螺旋图案。
9.一种清洁系统，其具有用于分散清洁材料以去除图案化晶片表面上的污染物的清洁 头，该系统包括传输机构，用于移动该图案化晶片朝向该清洁头；晶片夹持器，用以将该图案化晶片夹持在相对该清洁头的一定方向，由该晶片夹持器 夹持的图案化晶片设在该传输机构上以移动朝向该清洁头；以及具有多个通道的清洁头，其中该多个通道的每个具有两端，该两端的一个分散该清洁 材料，该材料从分散端流到该通道中的另一端，该分散端连接到该清洁材料的供应源，通过 臂将该清洁头保持为邻近该图案化晶片的表面，所分散的清洁材料将沿该多个通道的每个 的轴线方向的剪切力施加在该晶片上以帮助去除该图案化晶片表面上的污染物。
10.根据权利要求9所述的清洁系统，其中有多个具有不同通道设计的清洁头，从该多 个清洁头选取该清洁头以在该图案化晶片上获得最好的污染物去除效率。
11.根据权利要求9所述的清洁系统，其中该多个通道互相平行，且该多个通道与该清 洁头长度之间的角度在大约0°至大约180°。
12.根据权利要求9所述的清洁系统，其中该清洁材料施加的剪切力包括垂直于该图 案化晶片和该清洁头之间移动方向的分量。
13.根据权利要求9所述的清洁系统，其中该清洁系统有超过一个的清洁头，且每个清 洁头有其自己的多通道的设计。
14.根据权利要求9所述的清洁系统，其中该图案化晶片具有占主导地位的图案，该图 案化晶片在清洁期间相对该清洁头定向在一定方向。
15.根据权利要求14所述的系统，其中该占主导地位的图案是多个互相平行的线条。
16.一种使用清洁头来分散清洁材料用以去除图案化晶片表面上的污染物的方法，包括将该图案化晶片以相对该清洁头的一定方向设在晶片夹持器中；将该图案化晶片与该晶片夹持器设在该清洁头下方；以及从该清洁头分散清洁材料以清洁该图案化晶片，其中该清洁头具有多个通道，该多个 通道的每个具有两端，该两端的一个分散该清洁材料，该材料从分散端流到该通道的另一 端，该分散端连接到该清洁材料的供应源，所分散的清洁材料将沿该多个通道的每个的轴 线方向的剪切力施加到该晶片上以帮助去除该图案化晶片表面上的污染物。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括将该晶片夹持器和该图案化晶片移动 朝向该清洁头。
18.根据权利要求16所述的方法，其中由该清洁材料施加的剪切力包括垂直于该图案 化晶片和该清洁头之间移动方向的分量，该分量提高污染物去除效率。
19.根据权利要求16所述的方法，其中该图案化晶片具有占主导地位的图案，该图案 化晶片在清洁期间相对该清洁头定向在一定方向，该一定方向提高污染物去除效率。
20.根据权利要求19所述的方法，其中该占主导地位的图案由多晶硅线或金属互连线 形成。
全文摘要
提供用于清洁晶片表面、尤其是图案化晶片的表面的方法和设备。该清洁设备包括在面向该图案化晶片的表面上具有通道的清洁头，该晶片具有占主导地位的图案。流过该通道的清洁材料在图案化晶片的表面施加剪切力，其晶片的方位设为相对该清洁头的一定方向。该剪切力、该图案化晶片的一定方向和该清洁头提高该表面污染物的去除效率。
文档编号H01L21/302GK101828252SQ200880113115
公开日2010年9月8日 申请日期2008年10月15日 优先权日2007年10月18日
发明者埃里克·M·弗里尔, 杰弗里·马克斯, 约翰·M·德拉里奥斯, 迈克尔·拉夫金 申请人:朗姆研究公司