专利名称：用于清洁半导体基材的方法与设备的制作方法
技术领域：
本发明是有关于用于清洁半导体基材的方法与设备。
背景技术：
集成电路是形成在半导体晶圆上。接着，晶圆被切割(或“单一化”或“晶粒化”)为微电子晶粒，亦称为半导体晶片，每一晶片具有一个别的集成电路。然后，每一半导体晶粒被安装至一封装(package)、载体、或基材上。该些封装常常接着被安装至一主机板上，该主机板在之后又能被装设进一电脑系统中。
制造集成电路的过程可包括许多步骤，例如形成且蚀刻不同半导体、绝缘体与导电性层。在制造集成电路的过程中，晶圆表面亦可以在完成集成电路之前于不同时间点被清洁。一种用于清洁晶圆的普遍方法即为“旋转清洁(spin cleaning)”。
旋转清洁包括了分配一清洁溶液至晶圆上，并且旋转该晶圆以移除该溶液。典型地，为了有效地清洁晶圆，晶圆必须历经一些旋转清洁“动作(passes)”。于每一次动作，相当大量的溶液(有时候超过300毫升)则在晶圆旋转时被分配至该晶圆上。
用以清洁晶圆的溶液有时候是非常昂贵的，尤其是用以清洁铜与低介电常数表面的溶液。因此，制造商常常自每一动作中回收或再循环该清洁溶液，使得清洁溶液能够再使用于一后续的动作中。
为了避免昂贵的清洁溶液被污染，仅有一种型式溶液能够被使用于每一动作中。最近，多水平旋转清洁设备已经被设计成在不同水平之间移动基材，使得单一设备能够以一些不同溶液来清洁基材且将其全部回收而不致污染。然而，这些回收系统是复杂的且昂贵的。此外，当晶圆的两面需要不同型式清洁溶液时，晶圆仍旧必须历经一额外的旋转清洁程序。
再者，即使于一时间点只有使用一清洁溶液且被回收，因为溶液自所被清洁的表面携带污染物使得发生污染，造成了当基材在每一次动作暴露于些微不同的化学溶液时有不一致的化学作用。
发明内容
本发明提供用于清洁一半导体基材的一方法与设备。该方法包括有支撑半导体基材(该半导体基材具有一表面)与分配一半导体基材处理液体的量至该半导体基材的表面上，该半导体基材处理液体的量使得基本上没有该半导体基材处理液体流出该半导体基材的表面。该半导体基材处理液体形成矗立在该半导体基材表面上的一滩液。当该半导体基材处理液体位于该半导体基材表面上时该半导体基材被旋转，使得在旋转期间基本上该半导体基材处理液体的所有量是留置于该半导体基材的表面上。
本发明是经由实施例与所伴随的图式而被描述，其中图1为一半导体基材处理设备的一截面图，其中该半导体基材处理设备包括有一基材支撑件组与一分配件组；图2为基材支撑件组的一截面图；图3A为类似于图1半导体基材处理设备的一截面图；图3B与图3C为基材支撑件组与分配件组的截面图，绘示出半导体基材处理设备的操作；图4A为类似于图3A半导体基材处理设备的一截面图；以及图4B与图4C为基材支撑件组与分配件组的截面图，绘示出半导体基材处理设备的操作。
主要元件符号说明10 半导体基材处理设备、旋转清洁腔室12 室壁14 基材支撑件组16 分配件组
17 电脑控制操作台18 基材狭缝20 基材支撑轴22 基材支撑座24 支撑构件26 支撑液体渠道28 电能变换器(transducer)30 分配手臂32 分配头34 第一喷嘴36 第二喷嘴38 半导体基材40 上表面42 下表面44 中央轴46 间隙48 第一半导体基材处理液体50 第二半导体基材处理液体52 滩液54 第三半导体基材处理液体56 第四半导体基材处理液体具体实施方式
以下将描述本发明的不同态样，且将揭示不同细节以提供本发明的一完整了解。然而，熟习该技艺的人士可以了解的是，本发明仅能够以本发明的一些或全部态样来实施，并且本发明可以不需要特定细节而被实施。在其他实施例中，省略或简化了熟知的特征以避免模糊了本发明。
必须了解的是，图1-4C仅为说明用，并且可以不需要依比例绘示。
图1-4C绘示了用于清洁一半导体基材的方法与设备。该方法可以包括支撑一半导体基材(该半导体基材具有一表面)与分配一半导体基材处理液体的量至该半导体基材表面上，该半导体基材处理液体的量是使得没有半导体基材处理液体流出该半导体基材表面外。该半导体基材处理液体可以形成一站立的浆胶于该半导体基材表面上。当该半导体基材处理液体在该半导体基材表面上时，该半导体基材可以被旋转，使得在旋转过程中基本上该半导体处理液体的所有量是留置在该半导体基材表面上。
图1与图2绘示出根据本发明一实施例的一半导体基材处理设备或一旋转清洁腔室10。旋转清洁腔室10可以包括一室壁12、一基材支撑件组14、一分配件组16、与一电脑控制操作台17。在截面上，室壁12可以为基本上方形的而在其一侧面具有一基材狭缝18。基材支撑件组14可以位于室壁12内而在低于基材狭缝18的一高度的一较低部份。基材支撑件组14可以包括有一基材支撑轴20与一基材支撑座22。基材支撑轴20可以垂直地延伸通过一室壁12的一较低片段，且基材支撑座22可以贴附至基材支撑轴20的一较上方的末端。基材支撑轴20亦可以将基材支撑座22在不同速率下(例如介于1rpm与300rpm之间)围绕着其一中央轴旋转。
如图1与图2所绘示的，基材支撑座22可以包括有支撑构件24与电能变换器(transducer)28，其中该些支撑构件24是自该基材支撑座22的一外缘向上延伸，而该些电能变换器28是嵌入于基材支撑座22内。一支撑液体渠道26可以垂直地穿过基材支撑座22与基材支撑轴20的一中央部份。
虽然没有详细地绘示出，但是必须了解的是，支撑液体渠道26可以连接至不同半导体基材处理液体的供给品。
请再参阅图1，分配件组16可以贴附至室壁1的一侧部的一较高部份，其中该侧部是相对于基材狭缝18。分配件组16可以包括有一分配手臂30与一分配头32。分配手臂30可以旋转地连接至室壁12以将分配头32来回移动于分配头32不是位于基材支撑座22上方的一位置与分配头32是悬吊于基材支撑座22上方的一位置之间。分配头32可以贴附至分配手臂30的一末端，并且可以包括第一喷嘴34与第二喷嘴36。虽然没有详细地绘示出，但是必须了解的是，第一喷嘴34与第二喷嘴36亦可以经由液体渠道连接至不同半导体处理液体的供给品，其中该些液体渠道是穿过分配手臂30。
电脑控制操作台17可以为该技术领域所熟知的具有记忆体与一处理器的一电脑型式，其中该记忆体是用以储存一组指令，而该处理器是连接至该记忆体以执行该些指令。储存在记忆体中的指令可以包括有一方法，其中该方法包括喷洒一相当低的溶液量至基材支撑座22的一基材上、旋转基材支撑座22于一相当低的速率，使得溶液在流出基材外之前得以被分配于基材上。电脑控制操作台17可以电性地连接至基材支撑件组14与分配件组16两者与其所有不同构件，以及能够被用以控制且协调旋转清洁腔室10的不同操作。
请参阅图3A，在操作时，一半导体基材38(例如具有例如200或300公厘直径的一半导体晶圆)可以被传送而经过基材狭缝18、位于基材支撑座22上方、且直接地落于支撑构件24上。半导体基材38可以具有一上表面40(或一”元件”表面)、一下表面42(或一”背面”或”非元件”表面)、与一中央轴44。半导体基材38的上表面40可以具有例如暴露出的铜或低介电常数介电质的部份，例如掺杂碳的氧化物、一掺杂氢或氧的氧化硅、或一有机的低介电常数介电质。半导体基材38的下表面42可以具有例如暴露出的硅的部份。
虽然没有详细地绘示出，半导体基材38可以被”定位(wedged)”于支撑构件24之间，使得中央轴44是位于基材支撑座22的一中央部份上方，并且支撑构件24可以避免半导体基材38侧向地移动于基材支撑座22的边缘之间。如图3B所绘示的，一间隙46是位于半导体基材38的下表面42与基材支撑座22内的电能变换器(transducer)28之间。
请再参阅图3A，在半导体基材38已经被放置于基材支撑座22上之后，分配手臂30可以旋转而使得分配头32悬吊于半导体基材38上方而处于第一位置。尤其，分配头32可以悬吊于半导体基材38上方而使得第一喷嘴34直接地位于半导体基材38的主要轴44上方。
如图3B所绘示的，基材支撑轴20可以接着将基材支撑座22中央轴44旋转。基材支撑座22与半导体基材38可以被旋转于第一、相当低的速率(例如低于11rpm或低于50rpm)。在一实施例中，第一速率可以低于30rpm，例如15rpm。
在基材支撑座22旋转已经开始于一低速率之后，第一半导体基材处理液体48可以被自第一喷嘴34喷洒至半导体基材38的上表面40。第一半导体基材处理液体48可以为适用于清洁半导体基材38的上表面部份，其中该上表面部份具有暴露的铜或低介电常数介电质，例如由ATMI制造的ST-250、由Air Products制造的ACT NE-14、或由Kanto制造的LK-1、或其他适当的清洁溶液。
当第一半导体基材处理液体48离开第一喷嘴34时，液体48可以为微粒型式，其中该微粒是以一基本上平整方式被基本上地喷洒于半导体基材38的整个上表面40。半导体基材38围绕着中央轴44的旋转可以进一步地增加第一半导体基材处理液体48的分布平整度。第一半导体基材处理液体48可以被喷洒持续一相当短的时间，例如介于3秒与5秒之间。所被喷洒到半导体基材38的上表面40上的第一半导体基材处理液体48的量可以为相当少，例如低于100毫升，尤其低于30毫升。在一实施例中，当半导体基材38为直径约300毫米的一晶圆时，所被分配到上表面40上的第一半导体基材处理液体48的量可以为约15毫升。
请再参阅图3B，在喷洒第一半导体基材处理液体48之前、过程中、或之后，第二半导体基材处理液体50可以经由支撑液体渠道26而被注入基材38下方的间隙46中。第二半导体基材处理液体50可以为氢氧化氨与过氧化氢的一混合物、或其他适当的清洁溶液。
如同图3C所绘示的，在第一半导体基材处理液体48已经被分配到半导体晶圆38上之后，第一半导体基材处理液体48的滩液52可以矗立在半导体基材38的上表面40。滩液52可以具有例如介于约100微米与200微米之间的一厚度。如图3C所绘示的，滩液52可以基本上地覆盖住半导体基材38的所有上表面40。因为相当少量的液体48被分配到半导体基材38的上表面40上，而且半导体基材38的旋转速率相当低，以及滩液52内液体的表面张力，因此所有或基本上所有滩液52内液体48留置于并且清洁半导体基材38的上表面40。换句话说，基本上并没有滩液52内液体流出基材38外。
请再参阅图3C，当第二半导体基材处理液体50填满间隙46时，电能变换器28可以被启动而经由第二半导体基材处理液体50传送高声音能量以清洁半导体基材38的下表面42。高声音能量亦可以传递通过基材38，并且辅助清洁上表面40。如同所绘示的，第二半导体基材处理液体50到达基材支撑座22的外部部份时，第二半导体基材处理液体50能够流出基材支撑座22的边缘且可被废弃掉，如该技术领域中所一般了解者。
请再参阅图3C，滩液52能够矗立于半导体基材38的上表面40而持续一持久的时间。在一实施例中，滩液52可以矗立且清洁半导体基材38的上表面40而持续10秒或甚至30秒。基材支撑座轴20可以在滩液52留置矗立在半导体基材38的上表面40的整个时间持续以第一速率旋转基材支撑座22。
如图4A所绘示的，分配手臂30可以接着旋转，使得分配头32悬吊于第二位置而位于半导体基材38上方。尤其，分配头32可于此时被悬吊而使得第二喷嘴36直接地位于半导体基材38的中央轴44上方。如图4B所示，第三半导体基材处理液体54可以接着自第二喷嘴36而被分配到半导体基材38的上表面40上。第四半导体基材处理液体56亦可以于约同时经由支撑液体渠道26而被导入间隙46中。第三与第四半导体基材处理液体54、56可以为例如去离子水以润湿半导体基材38的上表面40与下表面42。
如图4C所绘示的，被分配到半导体基材38的上表面40的第三半导体基材处理液体54的量可以足够多而使得第三半导体基材处理液体54流出上表面40。当第四半导体基材处理液体56填满间隙46时，电能变换器28可以被启动且可以经由第四半导体基材处理液体56传送高声音能量到半导体基材38的下表面42。高声音能量亦可以传送通过基材38，并且辅助清洁或润湿下表面40。在分配第三与第四半导体基材处理液体54、56之前、过程中或之后，基材支撑座轴20可以将基材支撑座22旋转于一相当高的第二速率，使得半导体基材38围绕着中央轴44旋转于一更高的速率。第二速率可以介于100rpm与1000rpm之间，或更高。在一实施例中，第二速率约为300rpm。
请再参阅图4C，当基材支撑座22被旋转于第二速率时，由于相当高速率旋转造成的离心力，第三与第四半导体基材处理液体54、56被”旋离”半导体基材38与半导体支撑座22。当基材支撑座22被旋转于第二速率时，第三与第四半导体基材处理液体54、56两者可以持续地被分配。在分配第三与第四半导体基材处理液体54、56之后，基材支撑座22旋转于第二速率可以持续一持久的期间(例如20秒)以持续自基材38与基材支撑座22移除液体，用以将基材38干燥。
在一实验中，具有暴露氧化硅部份的一基材被清洁或蚀刻，用以当允许一滩液氢氟酸溶液矗立在表面上持续一持久时间时测试在一基材表面上化学活性的量。在第一测试中，当基材被旋转于15rpm时，200毫升氢氟酸溶液被分配到基材上持续超过30秒，是造成每分钟126.76埃(/min)的蚀刻速率。在第二测试中，当基材被旋转于2250rpm时，200毫升氢氟酸溶液被分配到基材上持续超过30秒，是造成151/min的蚀刻速率。在第三测试中，当基材被旋转于15rpm时，14毫升氢氟酸溶液被分配到基材上持续超过2秒且允许被矗立在基材持续28秒，是造成133.72/min的蚀刻速率。在第四测试中，当基材被旋转于15rpm时，20毫升氢氟酸溶液被分配到基材上持续超过3秒且允许被矗立在基材持续27秒，是造成137.14/min的蚀刻速率。在第五测试中，当基材被旋转于15rpm时，27毫升氢氟酸溶液被分配到基材上持续超过4秒且允许被矗立在基材持续26秒，是造成206.40/min的蚀刻速率。在第六测试中，当基材被旋转于15rpm时，27毫升氢氟酸溶液被分配到基材上持续超过4秒且允许被矗立在基材持续56秒，是造成173.10/min的蚀刻速率。
因此，如以上实验所显示者，能够使用较少量溶液且使溶液矗立于基材上来增加化学活性(蚀刻速率)。
其一优点即为，当将清洁溶液的量最小化时，需要大量清洁溶液的清洁特定表面的效率被改善了，用以减少集成电路的制造成本。另一优点即为，旋转清洁设备不需要一系统以回收清洁溶液。因此，制造旋转清洁设备的成本得以降低，进一步地降低了集成电路的制造成本。又一优点即为，半导体基材的两面皆可以在一次动作中被清洁，如果有需要的话可使用不同化学药剂。因此，需要处理每一基材的时间得以减少。又再一优点即为，因为清洁溶液不需要被回收，污染的风险得以降低。又再一优点即为，被使用在上表面与下表面的处理液体是完全地被分离开，使得欲被回收的下表面液体不被上表面液体所污染。又再一优点即为，因为上表面的液体不需要被回收，新液体可以被使用于每一基材，因此当每一基材被暴露于同样的化学性时能提供一致性的化学性。
虽然示范性实施例已被描述且被显示于随附的图式中，必须了解的是，该些实施例仅为说明解释用且不会限制本发明，并且本发明不受限于所显示与描述的特定结构与配置，这是因为对于熟习该技术领域的人士可以进行变更。
权利要求
1.一种用于清洁半导体基材的方法，至少包含支撑半导体基材，该半导体基材具有一表面；以及分配半导体基材处理液体的量至该半导体基材的表面上，该半导体基材处理液体的量使得没有该半导体基材处理液体流出该半导体基材的表面。
2.如权利要求1所述的方法，其中该半导体基材处理液体的量低于100毫升。
3.如权利要求2所述的方法，其中该半导体基材处理液体的量低于30毫升。
4.如权利要求3所述的方法，其中该半导体基材处理液体形成矗立在该半导体基材表面上的一滩液(a standing puddle)。
5.如权利要求4所述的方法，其中该矗立的滩液(the standing puddle)基本上覆盖了该半导体基材的所有表面。
6.如权利要求5所述的方法，其中该矗立的滩液深度介于约100微米至200微米之间。
7.如权利要求6所述的方法，更包含当该半导体基材处理液体位于该半导体基材表面上时，以第一速率旋转该半导体基材。
5.如权利要求4所述的方法，其中该第一速率低于100rpm。
6.如权利要求5所述的方法，其中该第一速率低于50rpm。
7.如权利要求6所述的方法，其中该第一速率低于30rpm。
8.如权利要求7所述的方法，更包含在一选定的时间量之后，自该半导体基材移除该半导体基材处理液体。
9.如权利要求8所述的方法，其中该选定的时间量为高于10秒。
10.如权利要求9所述的方法，其中该选定的时间量为高于30秒。
11.如权利要求10所述的方法，其中移除该半导体基材处理液体的步骤包含分配一第二半导体基材处理液体的一第二量至该半导体基材的表面上；以及以第二速率旋转该半导体基材。
12.如权利要求11所述的方法，其中该第二量高于该第一量，并且该第二速率高于该第一速率。
13.如权利要求12所述的方法，其中该第二量高于200毫升，并且该第二速率高于200rpm。
14.如权利要求13所述的方法，其中该半导体基材处理液体为一半导体基材清洁溶液，并且该第二半导体基材处理液体为去离子水。
15.如权利要求14所述的方法，其中该半导体基材为一晶圆，该晶圆直径小于或等于约300毫米。
16.如权利要求15所述的方法，更包含施加高声音能量至该半导体基材。
17.一种用于清洁半导体基材的方法，至少包含支撑半导体基材，该半导体基材具有一表面；分配一半导体基材处理液体的一量至该半导体基材的表面上；以及当该半导体基材处理液体的量位于该半导体基材表面上时，以第一速率旋转该半导体基材，在旋转期间该半导体基材处理液体的所有量是留置于该半导体基材的表面上。
18.如权利要求17所述的方法，其中该第一速率低于100rpm。
19.如权利要求18所述的方法，其中该第一速率低于50rpm。
20.如权利要求19所述的方法，其中该第一速率低于30rpm。
21.如权利要求20所述的方法，其中该半导体基材的表面是基本上地面向上。
22.如权利要求21所述的方法，其中该半导体基材处理液体的量低于100毫升。
23.如权利要求22所述的方法，其中该半导体基材处理液体的量低于30毫升。
24.如权利要求23所述的方法，更包含分配一第二半导体基材处理液体的一第二量至该半导体基材的表面上；以及以第二速率旋转该半导体基材，该第二速率高于该第一速率。
25.如权利要求24所述的方法，其中该半导体基材为一晶圆，该晶圆直径小于或等于约300毫米。
26.一种用于清洁半导体基材的方法，至少包含支撑半导体基材，该半导体基材具有基本上面向上的一表面；以第一速率旋转该半导体基材；分配一半导体基材处理液体的一第一量至该半导体基材的表面上，该半导体基材处理液体的第一量形成矗立在该半导体基材上的一滩液，以第一速率旋转该半导体基材且该第一量是可使得没有该半导体基材处理液体流出该半导体基材的表面；分配一第二半导体基材处理液体的一第二量至该半导体基材的表面上，该第二量高于该第一量；以及以第二速率旋转该半导体基材，该第二速率高于该第一速率，以第二速率旋转该半导体基材且该第二量使得基本上该第二半导体基材处理液体的所有第二量是可自该半导体基材表面移除。
27.如权利要求27所述的方法，其中该第一速率低于30rpm且该第二速率高于200rpm。
28.如权利要求27所述的方法，其中该第一量低于30毫升且该第二量高于200毫升。
29.如权利要求28所述的方法，其中该半导体基材处理液体的第一量形成矗立在该半导体基材表面上的一滩液，该滩液的深度介于约100微米至200微米之间。
30.如权利要求29所述的方法，其中该半导体基材为一晶圆，该晶圆直径小于或等于300毫米。
31.如权利要求30所述的方法，其中该晶圆直径约300毫米，该第一量约为15毫升，该第一速率约为15rpm，并且该方法更包含允许该滩液矗立在该半导体基材表面上持续至少20秒。
32.如权利要求31所述的方法，更包含施加高声音能量至该半导体基材的第二表面。
全文摘要
根据本发明一态样，是提供用于清洁半导体基材的方法与设备。该方法包括有支撑一半导体基材(该半导体基材具有一表面)与分配一半导体基材处理液体的量至该半导体基材的表面上，该半导体基材处理液体的量使得基本上没有该半导体基材处理液体流出该半导体基材的表面。该半导体基材处理液体形成矗立在该半导体基材表面上的一滩液。当该半导体基材处理液体位于该半导体基材表面上时该半导体基材被旋转，使得在旋转期间基本上该半导体基材处理液体的所有量是留置于该半导体基材的表面上。
文档编号H01L21/311GK101065832SQ200580040051
公开日2007年10月31日 申请日期2005年7月22日 优先权日2004年11月23日
发明者斯蒂文·文哈弗贝克, 丹尼斯·约斯特, 罗曼·古克 申请人:应用材料股份有限公司