清洁液体喷嘴、清洁设备和使用其制造半导体装置的方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年05月10日向韩国知识产权局提交的申请号为10-2018-0053886的韩国专利申请的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

本公开涉及半导体装置制造，更具体地，涉及清洁液体喷嘴、清洁设备和使用其制造半导体装置的方法。

背景技术：

现代半导体装置具有高集成度。因此，这些装置具有精细图案、多层电路等。由于半导体装置制造可能导致在处理期间释放的颗粒污染图案，因此已经开发了用于去除这些污染颗粒的各种清洁工艺。这些清洁工艺可包括湿法清洁工艺和/或干法清洁工艺。特别地，去离子水通常用于执行湿法清洁工艺。

技术实现要素：

清洁设备包括提供气体的气体供应线路。清洁液体供应线路提供清洁液体。喷嘴连接到气体供应线路和清洁液体供应线路。喷嘴配置为将清洁液体施加到基板上。喷嘴包括喷嘴主体。气体注入口设置在喷嘴主体的顶端并连接到气体供应线路。第一清洁液体注入口设置在喷嘴主体的第一侧壁上并连接到清洁液体供应线路。流体排出口设置在喷嘴主体的底端，并配置成排出气体和清洁液体。内部通道设置在喷嘴主体内。内部通道将气体注入口和第一清洁液体注入口中的每一个连接到流体排出口。流体排出口的直径大于第一清洁液体注入口的直径。

清洁液体喷嘴包括喷嘴主体。气体注入口设置在喷嘴主体的顶端。气体注入口连接到被配置成提供气体的气体供应线路。清洁液体注入口设置在喷嘴主体的侧壁上，并连接到清洁液体供应线路，清洁液体供应线路被配置成提供清洁液体。流体排出口设置在喷嘴主体的底端。流体排出口被配置成排出气体和清洁液体。内部通道设置在喷嘴主体中。内部通道将气体注入口和清洁液体注入口都连接到流体排出口。流体排出口的直径小于气体注入口的直径并且大于清洁液体注入口的直径。

制造半导体装置的方法包括抛光基板。通过喷嘴的气体注入口从气体供应线路向喷嘴提供气体。气体注入口设置在喷嘴的顶端。以从喷嘴的流体排出口喷出的喷雾的形式向抛光的基板提供清洁液体。从清洁液体供应线路供应清洁液体，并且清洁液体经由设置在喷嘴的侧壁上的清洁液体注入口进入喷嘴。流体排出口设置在喷嘴的底端。气体通过喷嘴的内部通道从气体注入口输送到流体排出口，并且清洁液体通过喷嘴的内部通道从清洁液体注入口输送到流体排出口。流体排出口的直径大于清洁液体注入口的直径。

附图说明

图1是示出根据本发明构思的示例性实施例的半导体装置制造设施的平面图；

图2是示出根据本发明构思的示例性实施例的图1中所示的清洁设备的示例的截面图；

图3是示出基于清洁液体压强和气体压强对颗粒去除效率的影响的表；

图4是示出基于喷嘴相对于基板的高度对颗粒去除效率的影响的图表；

图5是示出根据本发明构思的示例性实施例的图2中示出的喷嘴的示例的截面图；

图6是示出基于流体排出口的第三直径与第一清洁液体注入口的第二直径的比率对颗粒去除效率的影响的图表；

图7是示出基于气体注入口的第一直径与流体排出口的第三直径的比率对颗粒去除效率的影响的图表；

图8是示出基于第一长度与第二长度的比率对颗粒去除效率的影响的图表；

图9是示出基于第三长度与第二长度的比率对颗粒去除效率的影响的图表；

图10是示出根据本发明构思的示例性实施例的图2中示出的喷嘴的示例的截面图；

图11是示出根据本发明构思的示例性实施例的图2中所示的喷嘴的示例的截面图；

图12和图13是示出根据本发明构思的示例性实施例的图11的各种元件的分解及组合立体图；以及

图14是示出根据本发明构思的示例性实施例的制造半导体装置的方法的流程图。

具体实施方式

图1是示出根据本发明构思的示例性实施例的半导体装置制造设施100的平面图。

参照图1，制造设施100可包括湿法清洁设备或湿法蚀刻设备。可替换地，制造设施100可包括化学机械抛光设备。根据本发明构思的示例性实施例，制造设施100可包括索引设备110、传送设备120、抛光设备130和清洁设备140。

索引设备110可以临时存储载体118。载体118可以装载基板w。根据本发明构思的示例性实施例，索引设备110可以包括装载端口112和传送框架114。装载端口112可以容纳载体118。载体118可以包括前开式统集盒(foup)。传送框架114可以具有索引臂116。索引臂116可以从载体118取回基板w并将基板w传递到传送设备120。可替换地或另外地，索引臂116可以将基板w带入载体118中。

传送设备120可以将基板w传送到抛光设备130和清洁设备140。根据本发明构思的示例性实施例，传送设备120可以包括缓冲室122和传送室124。缓冲室122可以设置在传送框架114和传送室124之间。缓冲室122可以包括缓冲臂123。缓冲臂123可以从索引臂116接收基板w。传送室124可以设置在抛光设备130和清洁设备140之间。传送室124可以包括传送臂125。传送臂125可以将缓冲臂123上的基板w提供给抛光设备130。传送臂125可以将基板w从抛光设备130传送到清洁设备140。传送臂125还可以将基板w从清洁设备140传送到缓冲臂123。缓冲臂123可以将基板w传送到索引臂116。

抛光设备130可以设置在传送室124的一侧。抛光设备130可以抛光基板w。例如，抛光设备130可以是化学机械抛光(cmp)设备。可替换地，抛光设备130可以设置在传送室124的远端，其中所述远端面向缓冲室122。

清洁设备140可以设置在传送室124的另一侧。清洁设备140可以清洁和/或蚀刻基板w。根据本发明构思的示例性实施例，清洁设备140可以湿法-清洁基板w。根据本发明构思的示例性实施例，清洁设备140可以干法-清洁基板w。

干燥设备可以设置在缓冲室122和抛光设备130之间或在缓冲室122和清洁设备140之间。干燥设备可以干燥基板w。例如，干燥设备可以包括超临界干燥设备。可替换地，干燥设备可包括烘干装置和/或加热装置。

图2是示出图1中所示的清洁设备140的示例的截面图。

参照图2，清洁设备140可包括卡盘410、碗部420、臂430、喷嘴440、清洁液体供应部450和气体供应部460。

卡盘410可以装载基板w。卡盘410可以旋转基板w。例如，卡盘410可以按照约10rpm至约6000rpm范围内的速率旋转基板w。当卡盘410旋转基板w时，离心力可以使清洁液体452沿着基板w移动。清洁液体452可以由此清洁基板w。

碗部420可以围绕基板w。清洁液体452可以从基板w朝向碗部420移动。碗部420可以捕获在旋转期间从基板w旋出的清洁液体452。然后，碗部420可以排出卡盘410下方的清洁液体452。碗部420可以防止基板w的污染。

臂430可以固定地设置在碗部420的外部并且可以延伸到卡盘410上。喷嘴440可以连接到臂430的末端。臂430可以驱动喷嘴440从基板w中心朝向基板w的边缘移动。

喷嘴440可以使用清洁液体452来清洁基板w。清洁液体452可以以液滴或雾的形式被提供到基板w上。例如，喷嘴440可以产生清洁液体452的喷雾442。喷雾442可以被提供到基板w上。当喷嘴440扫过基板w时，喷雾442可以从基板w移除颗粒412。

清洁液体供应部450可以连接到喷嘴440。清洁液体供应部450可以为喷嘴440提供清洁液体452。清洁液体供应部450可以以约1巴(bar)至10巴的范围内的压强提供清洁液体452。清洁液体452可包括含有二氧化碳(co2)的去离子水。

气体供应部460可以连接到喷嘴440。气体供应部460可以为喷嘴440提供气体462。气体462可以包括氮气。可替换地，气体462可包括氩气的惰性气体。

可以在压力下将气体462和清洁液体452输送到喷嘴440。

图3是示出了颗粒去除效率如何受到清洁液体452的压强和气体462的压强的影响的表格。

参照图3，当气体462的压强等于或大于约3巴时，颗粒去除效率(pre)可以等于或大于约80％。当气体462的压强等于或小于约2巴时，不能获得颗粒去除效率。这可以表明，当气体462的压强等于或小于约2巴时，清洁液体452可能不会转变成喷雾442，这可能导致颗粒去除效率降低。场发射扫描电子显微镜(fesem)可用于确定在基板w上清洁化学机械抛光(cmp)的悬浮液之前和之后的颗粒去除效率。例如，颗粒去除效率可以通过基板w的清洁区域(例如，去除了颗粒412的已清洁区域)与基板w的整个区域(例如，被颗粒412污染的区域)的百分比来表示。

根据本发明构思的示例性实施例，颗粒去除效率的阈值可以设定为约98％。颗粒去除效率的阈值可以用作确定清洁工艺的正常状态的标准。例如，当气体462的压强为约4巴，并且当清洁液体452的压强为约2巴时，颗粒去除效率可以为约98.8％，其大于阈值。清洁液体452的压强可以与清洁液体452的消耗量成比例。此外，气体462的压强可以与气体462的消耗量成比例。当气体462的压强为约4巴，并且当清洁液体452的压强为约2巴时，清洁液体452和气体462的消耗量均可以最小，并且清洁工艺的生产率可以最大化。当气体462的压强等于或大于约5巴，并且当清洁液体452的压强等于或大于约3巴时，颗粒去除效率可以增加至约98％或更高。然而，清洁液体452和气体462的消耗量都可增加，并且清洁工艺的生产率可降低。

图4是示出了喷嘴440相对于基板w的高度h如何影响颗粒去除效率的图表。

参照图4，当喷嘴440的高度h等于或小于约2cm时，颗粒去除效率可以等于或大于约98％。当喷嘴440的高度h等于或大于约2.5cm时，颗粒去除效率可降低至约96％或更低。

图5是示出图2中所示的喷嘴440的示例的截面图。

参照图5，喷嘴440可包括双液体喷嘴和/或空气雾化喷嘴。根据本发明构思的示例性实施例，喷嘴440可包括喷嘴主体470、气体注入口480、第一清洁液体注入口490、流体排出口500和内部通道510。

喷嘴主体470可以由诸如金属或碳纳米管的导电材料形成。喷嘴主体470可以电接地。喷嘴主体470可具有范围从约70mm到约100mm的长度l。第一清洁液体线路配件454和气体线路配件464可以耦接到喷嘴主体470。第一清洁液体线路配件454可以通过液体线路连接到清洁液体供应部450，并且气体线路配件464可以通过气体线路连接到气体供应部460。

气体注入口480可以设置在喷嘴主体470的顶端。气体注入口480可以沿第二方向y设置。气体线路配件464可以接合在气体注入口480内。气体注入口480可以具有范围从约3mm到约8mm的第一直径d1。

第一清洁液体注入口490可以设置在喷嘴主体470的一个侧壁上。第一清洁液体注入口490可以沿与第二方向y不同的第一方向x设置。例如，第一方向x和第二方向y可以是正交的。第一清洁液体线路配件454可以安装在第一清洁液体注入口490上。第一清洁液体注入口490可以具有小于气体注入口480的第一直径d1的第二直径d2。例如，第一清洁液体注入口490的第二直径d2可落在约2.5mm至约3mm的范围内。当第一清洁液体注入口490的第二直径d2大于约3mm时，清洁液体452可被大量消耗。

流体排出口500可以设置在喷嘴主体470的底端。流体排出口500可以沿与气体注入口480设置的方向相同的方向设置。例如，流体排出口500可以沿第二方向y设置。流体排出口500可以排出或注入气体462和清洁液体452。根据本发明构思的示例性实施例，流体排出口500可以具有第三直径d3，第三直径d3小于气体注入口480的第一直径d1并且大于第一清洁液体注入口490的第二直径d2。例如，第三直径d3可落在约3mm至约4.5mm的范围内，其为第二直径d2的约1.2至1.5倍。

图6是示出颗粒去除效率如何受到流体排出口500的第三直径d3与第一清洁液体注入口490的第二直径d2的比率的影响的图表。

参照图6，当第三直径d3与第二直径d2的比率在约1.0至约1.4(例如，1.0、1.2和1.4)的范围内时，颗粒去除效率可以落入等于或大于阈值的范围内，为约98％至约99.9％(例如，如附图标记11、12和13所指示的99.9％、98％和98％)。例如，第一清洁液体注入口490的第二直径d2可以在约2.5mm至约3.0mm的范围内，并且流体排出口500的第三直径d3可以在约2.5mm至约4.2mm的范围内。

当第三直径d3与第二直径d2的比率为约1.5时，颗粒去除效率可为约76％，如附图标记14所指示，其小于阈值。例如，当第二直径d2为约2.5mm时，第三直径d3可以为约3.75mm。当第二直径d2为约3mm时，第三直径d3可以为约4.5mm。

当第三直径d3与第二直径d2的比率为约0.6时，可能无法获得颗粒去除效率。当第二直径d2大于第三直径d3时，由于清洁液体452未被转换成喷雾442，颗粒去除效率可降低。

图7是示出了颗粒去除效率如何受到气体注入口480的第一直径d1与流体排出口500的第三直径d3的比率的影响的图表。

参照图7，当第一直径d1与第三直径d3的比率为约2时，颗粒去除效率可为约99.5％，如附图标记21所指示，其大于阈值。第三直径d3可以是第一直径d1的约0.5倍。例如，当第三直径d3为约3mm时，第一直径d1可以为约6mm。第三直径d3可以为约4.2mm，第一直径d1可以为约8.4mm。当第一直径d1与第三直径d3的比率为约1.7时，颗粒去除效率可为约99.2％，如附图标记22所指示，其大于阈值。第三直径d3可以是第一直径d1的约0.6倍。例如，当第三直径d3为约3mm时，第一直径d1可以为约5.1mm。当第三直径d3为约4.2mm时，第一直径d1可以为约7.14mm。当第一直径d1与第三直径d3的比率为约1、1.3和2.3时，颗粒去除效率可以小于阈值(如附图标记23、24和25所表指示)。

返回参照图5，内部通道510可以穿透喷嘴主体470。内部通道510可以将气体注入口480和第一清洁液体注入口490都连接到流体排出口500。内部通道510可以在第二方向y上延伸。例如，内部通道510可包括流体供应区域520和流体加速区域530。流体供应区域520可以是气体462和清洁液体452被引入其中的区域。例如，内部通道510的流体供应区域520可以具有与气体注入口480的第一直径d1相同的直径。例如，流体供应区域520可以包括气体供应区域522和流体混合区域524。气体供应区域522可以设置在流体混合区域524上。气体供应区域522可以具有从气体注入口480到第一清洁液体注入口490的中心的第一长度l1。第一长度l1可以在约5mm至约15mm的范围内。

流体混合区域524可以设置在气体供应区域522和流体加速区域530之间。流体混合区域524可以具有从第一清洁液体注入口490的中心到流体加速区域530的第二长度l2。第二长度l2可以在约5mm至约15mm的范围内。

图8是示出颗粒去除效率如何受第一长度l1和第二长度l2的比率影响的图表。

参照图8，当第一长度l1为约5mm且第二长度l2为约15mm时，颗粒去除效率可为约99.9％，如附图标记31所指示，其大于阈值。第二长度l2可以是第一长度l1的约3倍。当第一长度l1和第二长度l2中的每一个为约15mm时，颗粒去除效率可以为约99.5％，如附图标记32所指示，其大于阈值。当第一长度l1为约15mm且第二长度l2为约5mm时，颗粒去除效率可以是约95％，如附图标记33所指示，其小于阈值。第二长度l2可以小于第一长度l1的约三分之一。当第一长度l1和第二长度l2中的每一个为约5mm时，颗粒去除效率可为约94％，如附图标记34所指示。当流体混合区域524的第二长度l2小于约15mm时，流体混合区域524可以减少气体462和清洁液体452的混合时间，这可以导致喷雾442的产量的下降。

再次参照图5，流体加速区域530可设置在流体混合区域524和流体排出口500之间。流体加速区域530可具有第三长度l3。第三长度l3可以在约50mm至约100mm的范围内。流体加速区域530可以加速气体462和清洁液体452的流动。

图9是示出颗粒去除效率如何受第三长度l3与第二长度l2的比率影响的图表。

参照图9，当第三长度l3与第二长度l2的比率为约3时，颗粒去除效率可为约99％，如附图标记41所指示，其大于阈值。第三长度l3可以是第二长度l2的约3倍。例如，当第二长度l2为约15mm时，第三长度l3可落在约40mm至约50mm的范围内。当第一长度l1为约5mm时，第二长度l2为约15mm，第三长度l3处在约40mm至约50mm的范围内，第三长度l3和第一长度l1与第二长度l2之和l1+l2的比率可落在约2到约2.5的范围内。

当第三长度l3与第二长度l2的比率为约0.3、1、5和7时，颗粒去除效率可为约95％或更低，如附图标记42、43、44和45所指示，其小于阈值。当第三长度l3与第二长度l2的比率大于约3.3时，由于气体462和清洁液体452的流体速度降低，颗粒去除效率可降低，如附图标记44和45所指示。当第三长度l3与第二长度l2的比率小于约3时，由于喷雾442的定向性下降，颗粒去除效率可降低，如附图标记42和43所指示。

再次参照图5，内部通道510的流体加速区域530可以具有与流体排出口500的第三直径d3相同的直径。例如，内部通道510的流体加速区域530可具有约3mm至约4.5mm的直径。

图10是示出图2中所示的喷嘴440的示例的截面图。

如上所述，第一清洁液体注入口490可设置在喷嘴主体470的一个侧壁上。参照图10，喷嘴440还可包括在喷嘴主体470的另一侧壁上的第二清洁液体注入口492。第二清洁液体注入口492可以沿与设置第一清洁液体注入口490的方向相同的方向设置。例如，第一清洁液体注入口490和第二清洁液体注入口492可以沿第一方向x设置。第二清洁液体线路配件456可以安装在第二清洁液体注入口492上。清洁液体452可以通过第二清洁液体线路配件456和第二清洁液体注入口492被提供到内部通道510中。第二清洁液体注入口492的直径可以与第一清洁液体注入口490的第二直径d2相同。例如，第一清洁液体注入口490和第二清洁液体注入口492中的每一个的第二直径d2可以落在约1.8mm至约2.5mm的范围内。流体排出口500的第三直径d3可以是第二直径d2的约1.2至1.7倍。当第二直径d2为约1.8mm时，第三直径d3可以为约3mm。当第二直径d2为约2.5mm时，第三直径d3可以为约4.25mm。

气体线路配件464、第一清洁液体线路配件454、喷嘴主体470、气体注入口480、流体排出口500和内部通道510可以按照与上文参照图5讨论的那些相同地配置。

图11是示出图2中所示的喷嘴440的示例的截面图。图12和图13是图11的分解立体图和组合立体图。

参照图11至图13，喷嘴440可包括与喷嘴主体470接合的气体供应块472。根据本公开的示例性实施例，气体供应块472可具有气体供应管482。气体供应管482可以设置在或插入到内部通道510的流体供应区域520中。图2中的气体462可以通过气体线路配件464被提供到气体供应管482中。

气体注入口480可具有第四直径d4，并且气体供应管482可具有与第四直径d4相同的内径。气体供应管482的内径d4可以大于第一清洁液体注入口490和第二清洁液体注入口492中的每一个的第二直径d2。气体供应管482的内径d4可以小于流体排出口500的第三直径d3。例如，气体供应管482的内径d4可以是第二直径d2的约1.2至1.4倍，并且是第三直径d3的大小的约0.6至0.8倍。当气体供应管482的内径d4在约2.5mm至约3mm的范围内时，第二直径d2可落在约1.8mm至约2.5mm的范围内，并且第三直径d3可落入约3mm到约4.5mm的范围内。

气体供应管482的外径可小于流体供应区域520的第一直径d1。当流体供应区域520的第一直径d1在约3mm至约8的范围内时，气体供应管482的外径可落在约2.5mm至约4mm的范围内。

气体供应管482可以在第一清洁液体注入口490和第二清洁液体注入口492上方向下延伸。根据本发明构思的示例性实施例，气体供应管482可以具有第四长度l4。第四长度l4可以大于从气体注入口480到第一清洁液体注入口490和第二清洁液体注入口492中的每一个的中心的第一长度l1。例如，第四长度l4可以是第一长度l1的约2至3倍。当第一长度l1为约5mm时，第四长度l4可落在约10mm至约15mm的范围内。

内部通道510的流体混合区域524可以限定在气体供应管482和流体加速区域530之间。流体混合区域524可以具有第二长度l2。第二长度l2可以在约5mm至约10mm的范围内。在这样的配置中，第一清洁液体注入口490和第二清洁液体注入口492中的清洁液体452可以沿着气体供应管482的外表面和内部通道510的内壁流动，并且由此可以被引入到流体混合区域524中。

内部通道510的流体加速区域530以及第一清洁液体线路配件454和第二清洁液体线路配件456可以与上文参照图5和图10所讨论那些的相同地配置。

下面详细描述使用图1的半导体装置制造设施100制造半导体装置的方法。

图14示出了根据本发明构思的示例性实施例的制造半导体装置的方法。

参照图1、图2和图14，制造半导体装置的方法可以包括抛光基板w(s10)和清洁基板w(s20)。

首先，抛光设备130可以抛光基板w(s10)。抛光设备130可以使用浆料来化学地和机械地抛光基板w。传送臂125可以将基板w传送到清洁设备140。

接下来，清洁设备140可以清洁基板w(s20)。清洁设备140可以使用清洁液体452的喷雾442来湿法清洁基板w。喷嘴440可以接收约2巴的压强下的清洁液体452，并且还接收约4巴的压强下的气体462。喷嘴440可以以等于或大于颗粒去除效率的阈值的效率来清洁基板w。清洁设备140可以使用刷子来清洁基板w。传送臂125可以将基板w传送到干燥设备。干燥设备可以干燥基板w。此后，索引臂116可以将基板w带入载体118中。

根据本发明构思的示例性实施例，清洁液体喷嘴可以使用直径小于气体注入口的直径并且大于清洁液体注入口的直径的流体排出口，因此颗粒去除效率可以增加到约98％或更高。

尽管本文已经结合附图描述了本发明的示例性实施例，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的技术精神和特征的情况下，可以进行各种改变和修改。