通过向清洁溶液施加周期性的切变应力清洁半导体晶片表面的方法

专利名称：通过向清洁溶液施加周期性的切变应力清洁半导体晶片表面的方法
通过向清洁溶液施加周期性的切变应力清洁半导体晶片表
面的方法
背景技术：
在半导体器件(比如集成电路、存储单元等)的制造过程中，执行一系列的制造操
作以在半导体晶片("晶片")上限定特征。该晶片包括以多层结构的形式在硅基片上限定 的集成电路器件。在基片层次，形成具有扩散区域的晶体管器件。在后续层次，互连金属化 连线被图案化并电气连接于该晶体管器件以限定想要的集成电路器件。而且，图案化的导 电层被电介质材料从其它导电层隔离。 在一系列制造操作过程中，该晶片表面暴露于各种类型的污染物。实质上，制造操 作中存在的任何材料都是污染物的潜在来源。例如，污染物的来源可包括工艺气体、化学制 品、沉积材料和流体及其它物质。各种污染物会以微粒的形式沉淀在该晶片表面上。如果 不除去该微粒污染物，该污染物周围区域内的器件有可能无法工作。因此，有必要以基本上 完全的方式从该晶片表面清洁污染物而不破坏该基片上限定的特征。然而，微粒污染物的 尺寸通常是在该晶片上制造的特征的临界尺寸的量级上。除去这么小的微粒污染物而又不 会对该晶片上的特征产生负面影响是很困难的。 传统的晶片清洁方法严重依赖机械力以从晶片表面上除去微粒污染物。随着特征 尺寸不断縮小并变得更加脆弱，由于向该晶片表面施加机械力而造成特征损害的概率增大 了。例如，具有高纵横比的特征在受到足够大的机械力影响时很容易被影响从而倒塌或断 裂。使清洁问题变的更加复杂的是，特征尺寸减小的趋势还导致微粒污染物的尺寸的减小。 足够小的微粒污染物可能会进入基片表面上难以够到的区域，比如由高纵横比特征围绕的 沟槽。因此，在现代半导体制造过程中，高效而非破坏性地除去污染物成为晶片清洁技术的 持续进步所遭遇的不断的挑战。应当理解，平板显示器的制造操作同样会遇到上述的集成 电路制造中的同样的缺点。 有鉴于此，需要一种更高效，更有效，同时更少磨损的清洁晶片表面的方法。

发明内容
在一个实施方式中，本发明提供一种晶片清洁方法。该方法包含提供具有表面的 晶片，该表面上有微粒。该方法还包含在该表面上提供清洁剂，该清洁剂包括悬浮于其中的 一个或多个分散的耦合组分。该方法进一步包含向该清洁剂施加外部能量，该向该清洁剂 施加外部能量在该清洁剂内产生周期性的切变应力。该周期性的切变应力对该一个或多个 该耦合组分中的至少一个施加一个力，该力使得该一个或多个该耦合组分中的该至少一个 与该微粒相互作用以从该表面除去该微粒 在另一个实施方式中，本发明提供一种晶片清洁系统。该系统包含用于支撑具有 表面的晶片的载具，在该表面上有微粒。该系统还包含具有由底部和从底部延伸的一个或 多个侧壁限定的空腔的槽。该槽被配置为在该空腔内容纳一定量的清洁剂以浸没该晶片， 其中该清洁剂包括悬浮于其中的一个或多个分散的耦合组分。该系统进一步包含耦合于该 一个或多个侧壁或该底部的至少一个的一个或多个转换器，该一个或多个转换器向该清洁
5剂施加声波能量。该声波能量在该清洁剂内产生周期性的切变应力。该周期性的切变应力
在该一个或多个分散的耦合组分中的至少一个上施加力，使得该一个或多个分散的耦合组
分中的该至少一个与该微粒互相作用以便于从该晶片的该表面除去该微粒。 在另一个实施方式中，提供一种晶片清洁系统。该系统包含具有载具元件的处理
室，该载具元件能够在该处理室内支撑晶片从而该晶片的一个表面暴露。该暴露晶片表面
上具有微粒。该系统进一步包含喷口组件。该喷口组件被配置为产生声波能量，当清洁剂
沿着该喷口组件的通路移动时向该清洁剂施加该声波能量，其中该清洁剂包括悬浮于其中
的一个或多个分散的耦合组分，而在将该清洁剂施加到该暴露晶片表面之前，该声波能量
改变该分散的耦合组分中的每一个的物理特性。该喷口组件还被配置从而来自该喷口组件
的喷口的流体的运动在该改变的一个或多个分散的耦合组分中的至少一个上施加力，使得
该改变的一个或多个分散的耦合组分中的该至少一个与该微粒相互作用以从该晶片的该
表面除去该微粒。 在另一个实施方式中，本发明提供一种晶片清洁系统。该系统包含具有载具元件 的处理室，该载具元件能够在该处理室内支撑晶片，从而该晶片的上面具有微粒的表面暴 露。该系统还包含流体供应组件，该流体供应组件被配置为向该表面供应清洁剂，其中该清 洁剂包括悬浮于其中的一个或多个分散的耦合组分。该系统进一步包含能够产生声波能量 的能量源，其中该声波能量被施加到清洁剂的表面，由此在该清洁剂内产生周期性的切变 应力从而该周期性的切变应力在该一个或多个分散的耦合组分中的至少一个上施加力。该 力使得该一个或多个分散的耦合组分中的该至少一个与该微粒相互作用以从该表面除去 该微粒。 在又一个实施方式中，本发明提供晶片清洁系统。该系统包含位于晶片的后表面 附近的能够产生声波能量的转换器，该晶片包括与该后表面相对的前表面，该前表面上有 微粒。该系统还包含第一流体供应组件，该第一流体供应组件能够在该晶片的该后表面和 该转换器之间供应液体层。该系统还包含第二流体供应组件，该第二流体供应组件能够向 该晶片的该前表面上供应清洁剂，该清洁剂包括悬浮于其中的一个或多个分散的耦合组 分。该声波能量通过该液体层和该晶片被传递到该晶片的该前表面的该清洁剂，由此在该 清洁剂内产生周期性的切变应力。该周期性的切变应力在该一个或多个分散的耦合组分中 的至少一个上施加力，使得该一个或多个分散的耦合组分中的至少一个与该微粒相互作用 以从该前表面除去该微粒。 从下面用示例的方式描述本发明原理的详细说明中，结合实施方式和附图，本发 明的其它方面和优点会变得显而易见。


参考下面的说明，并结合附图，可以更好的理解本发明及其进一步的优点，其中 图1是向清洁剂施加外部能量所导致的清洁剂中悬浮的分散耦合组分(coupling components)和微粒污染物之间的相互作用的示意图； 图2是向耦合组分上施加牵引力以除去被粘着力粘着于晶片表面的微粒污染物 的周期性切变应力的示意图； 图3是用于除去微粒污染物的对比临界周期性应力要求的示意图；CN 101711423 A
图4是用于通过在包括分散耦合组分的清洁剂中产生周期性的切变应力从晶片 表面除去污染物的系统的示意图； 图5是用于通过在包括分散耦合组分的清洁剂中产生周期性的切变应力从晶片 表面除去污染物的一种替代系统的示意图； 图6是用于通过在包括分散耦合组分的清洁剂中产生周期性的切变应力从晶片 表面除去污染物的一种替代系统的示意图； 图7是用于通过在包括分散耦合组分的清洁剂中产生周期性的切变应力从晶片 表面除去污染物的一种替代系统的示意图；以及 图8是用于通过在包括分散耦合组分的清洁剂中产生周期性的切变应力从晶片 表面除去污染物的一种方法的示意图。
具体实施例方式
本发明的各实施方式提供用于清洁晶片表面的系统和方法。尤其是，本发明的各 实施方式提供通过将多态本体清洁技术与用于向与多态本体清洁技术相关的清洁剂中悬 浮的耦合组分施加动量和/或牵引的替代工具相结合，向晶片表面上的微粒污染物施加外 部机械能的高效方式。通过在暴露晶片表面上提供清洁剂并向该清洁剂施加外部能量，可 以在该清洁剂中产生周期性的切变应力或压力梯度。然后这些周期性的切变应力或压力梯 度发挥作用并在该耦合组分上施加牵引合伙动量力，由此导致该耦合组分和该微粒污染物 之间的相互作用。该耦合组分和该微粒污染物之间的相互作用有助于从该晶片表面除去微 粒污染物。这种方式通过向该多态本体清洁剂中悬浮的耦合组分提供另外的搅动和/或运 动控制而提高了污染物除去的效率。此外，通过控制如何将外部能量施加到该清洁剂以及 所施加的外部能量的大小，施加外部能量所产生的动量和牵引力可以被更紧密地控制，从 而该可以避免不想要的器件损害。 此处使用的清洁剂可以有关于"多态本体技术"或任何其它的清洁流体、溶液或 材料，其被制造为包括分散的悬浮的"耦合组分"或"固体"。多态本体技术可以是任何三 相(three-phase)或"三态本体"流体或任何两相(two-phase)或"两态本体"流体。此处 所使用的三态本体清洁流体包括气相、液相和固相组分。而两态本体清洁流体只包括液相 和固相组分。此处三态和两态本体清洁流体的该固相组分被称为"耦合组分"或"固体"。 (三态本体流体/材料的)该气相组分和(三态和两态本体流体/材料的)该液相组分可 以提供中间物以使该固相组分靠近晶片表面上的污染物微粒。该固相组分避免溶解入该 液相和气相组分并具有能够分散遍及该液相组分的表面功能性。尽管下面只提供对两态 和三态本体清洁技术的组分的简单讨论，然而三态本体清洁技术的组分和机制的进一步说
明可以参考下面的文件找到申请号为11/346， 894(代理文件号为LAM2P546)，申请日为 2006年2月3日，名禾尔为"Method forremoving contamination from a substrate and for making a cleaningsolution"的美国专利申请；申请号为11/347， 154 (代理文件号为 LAM2P547)，申请日为2006年2月3日，名称为"Cleaning compo皿dand method and system for using the cleaning compound"的美国专利申请；以及申请号为11/336， 215 (代理 文件号为LAM2P545)，申请日为2006年1月20日，名称为"Method and Apparatus for removingcontamination from a substrate"的美国专禾U申请。尤其是，对双态本体或双
7相清洁技术的组分和机制的进一步的解释可以参考申请号为11/543， 365(代理文件号为 LAM2P562)，申请日为2006年10月4日，名称为"Method and Apparatus for Particle Removal"的美国专利申请找到。 三态本体流体或材料的气相组分可以被限定为占该三态本体清洁流体的体积的 约5%到约99.9%。限定该气相组分的一种或多种气体可以是惰性的，例如氮气(N》、氩 (Ar)等；或活性的，例如氧气(02)、臭氧(03)、过氧化氢(HA)、空气、氢气(H》、氨气(NH3)、 氟化氢(HF)、盐酸(HC1)等。在一个实施方式中，该气相组分只包括单一类型的气体，例 如，氮气(N2)。在另一个实施方式中，该气相组分是气体混合物，其包括各种类型气体的混 合物，比如臭氧(03)、氧气(02)、二氧化碳(C0》、盐酸(HC1)、氢氟酸(HF)、氮气(N2)和氩 (Ar);臭氧(03)和氮气(N2);臭氧(03)和氩(Ar);臭氧(03)、氧气(02)和氮气(N2);臭氧 (03)、氧气(02)和氩(Ar);臭氧(03)、氧气(02)、氮气(N2)和氩(Ar);和氧气(02)、氩(Ar) 和氮气(N2)。然而，应当理解，该气相组分可以包括基本上任何的气体类型的结合，只要产 生的气体混合物可以与液相组分和固相组分结合以形成可以用于基片清洁或预加工操作 的三态本体清洁流体或材料。 两态和三态本体流体或材料的该固相组分可以采取一些不同形式中的一种或多 种。例如，该固相组分可以形成聚集物、胶体、凝胶、组合球体、或基本上任何其它类型的 粘结团、凝结物、絮结产物、结块或聚合物。应当理解，上面认定的固相组分形式的示例性 列表不是意在代表完整列表，落入所揭示的实施方式的精神范围内替代或扩充都是可能 的。还应当理解，该固相组分可以被限定为能够以此处对于与晶片表面和污染物微粒的 相互作用所描述的方式运作的基本上任何的固体材料。例如，一些可被用于构成该固相 组分的示例性类型的材料包括脂族酸、羧酸、烷烃、石蜡、聚合物、聚苯乙烯、多肽及其它黏 弹(visco-elastic)材料。所存在的该固相组分材料的浓度应当超过其在该液相组分中 的溶解度极限。脂族酸代表由其中的碳原子形成开链的有机化合物所限定的基本上任何 的酸。脂肪酸是脂族酸中能被用作该两态和三态本体清洁流体中的固相组分的一个例子。 可以用作该固相组分的脂肪酸的例子包括月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、 花生四烯酸、鳕烯酸、芥酸(eurcic acid)、丁酸、己酸、辛酸、肉豆蔻酸、十七酸、山俞酸、 lignoseric acid、肉豆寇烯酸、棕榈油酸、神经酸(nervanic acid)、十八碳四烯酸、二十碳 五烯酸、顺芜酸(brassicacid)、鲶鱼酸、二十四烷酸、蜡酸及其混合物以及其它。在一个实 施方式中，该固相组分可以代表由从C-l延长到约C-26的各种长度的碳链所限定的脂肪酸 的混合物。羧酸被限定为包括一个或多个羧基(C00H)的基本上任何的有机酸。当被用作两 态或三态本体清洁流体的固相组分时，羧酸可以包括从约C-8延伸到约C-100的各种长度 的碳链的混合物。而且，该羧酸可以包括其它的化学制品功能团(也就是说醇、醚和或酮)。
两态和三态本体流体或材料的液相组分可以是含水或非含水的。例如，含水液相 组分可以被限定为单独的水(去离子或相反)。含水液相组分是由水和溶解于水的其它成 分限定的。在又一个实施方式中，非含水液相组分是由碳氢化合物、碳氟化合物、矿物油或 酒精及其它物质限定的。不管该液相组分是含水还是非含水的，应当理解，该液相组分可以 被修改为包括电离(ionic)的或非电离的溶剂及其他化学制品添加物。例如，添加到该液 相组分的化学制品可以包括共溶剂、PH值调节剂(也就是说，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、氢氧化四甲铵和流动性调节剂比如聚合物、微粒和多肽。 此处所使用的"晶片"，表示而不限于，基片、半导体晶片、硬盘、光盘、玻璃基片、平 板显示器表面或液晶显示器表面等。根据实际的晶片，表面可能以不同的方式被污染，而污 染物的可接受程度以及污染物的类型是在处理该晶片的特定行业背景中限定的。
在此处对本发明的各实施方式的描述中，提供了许多具体细节，比如元件和/或 方法的示例，以提供对本发明各实施方式的完全理解。然而，本领域的技术人员可以意识 到，无需这些具体细节中的一个或多个，或者使用其它的装置、系统、组件、方法、元件、材 料、部件和/或类似事物，仍然可以实施本发明的实施方式。在其它情况下，没有详细显示 或描述熟知的结构、材料或操作，以免模糊本发明各实施方式的各方面。本发明包括若干方 面，并在下面进行描述，并结合附图和实施方式进行讨论。 在图1中，根据本发明的一个实施方式，是向双态本体或三态本体清洁流体102施 加外部能量108的示意图，其导致坚持于该晶片的表面的微粒污染物104和悬浮于该清洁 流体102中的分散的耦合组分106之间的相互作用。特别地，向清洁流体102施加外部能 量108使得在清洁流体102中产生周期性的切变应力或压力梯度109。正如下面参考图2 更详细地讨论的，这些周期性的切变应力或压力梯度109在悬浮在清洁流体102中的耦合 组分106上施加动量和/或牵引力。这些动量和牵引力使得耦合组分106与附着于晶片表 面101的微粒污染物104相互作用，其方式使得微粒污染物104被从晶片表面101提起或移 走，或者反而移除。如图1中在103、105、107所示，并如下面关于图2更加详细地讨论的，耦 合组分106和污染物104之间的相互作用是通过各种机制建立的，包括但不限于，化学或物 理粘着、碰撞(即，动量或动能的转移)、排斥力、吸引力(例如，空间力(steric forces)、 静电力等)、物理和化学键合(bonding)(例如，共价或氢键合等)。 与其它晶片清洁方法不同，在这些方法中在多态本体清洁材料中的动量和牵引 力仅仅是通过如下列作用产生的使用喷口组件或喷管使清洁剂在晶片表面上流动；将晶 片浸入清洁剂，或用如摇动、搅动或旋转等方式机械搅动晶片或清洁剂，根据本发明的实 施方式动量和牵引力是使用向清洁流体102选择性地可控地施加外部能量108产生的。 根据本发明的实施方式，在该清洁流体102中产生的切变应力或压力梯度109可以是使 用各种技术产生的，包括但不限于，兆频超声(megasonics)、声处理(sonication)、压电 (piezoelectric)或压声(piezo acoustic)激励、空穴作用、蒸发或其任何结合。在本发 明的一个实施方式中，由这种技术产生的能量108可以被施加到该晶片IOO，其又将该能量 108传递到该清洁流体102。在本发明的一个替代实施方式中，能量108可以从受限源被直 接施加到该清洁流体102或整个系统。 在图2中，跟据本发明的实施方式，外部能量108被施加到清洁流体102以在该清 洁流体102中产生周期性的切变应力t或压力梯度。切变应力t，其与材料表面附近区域 的流体的运动有关，是一种应力状态，其中该应力与该材料的表面相切，与应力与该材料表 面正交的法向应力相反。该切变应力是周期性的，因为能量输入是周期性的。在本发明的 一个实施方式中，施加外部能量108所产生的该周期性的切变应力t可以在清洁流体102 中的耦合组分106上施加牵引力Fd，从而使得耦合组分106非常靠近或者接触附着于晶片 表面101的污染物104。特别地，在一个实施方式中，外部能量108被选择性地施加到清洁 流体102以使得足够大的切变应力Fd从耦合组分106传递到污染物104以克服污染物104
9和晶片表面101之间的粘着力FA，以及耦合组分106和污染物104之间的任何排斥力。当 耦合组分106移动到非常靠近或接触污染物104以克服该粘着力FA时，耦合组分106和污 染物104之间可以通过各种机制发生相互作用(或"耦合")。 —种这样的耦合机制是耦合组分106和污染物104之间的机械耦合。例如，其中 耦合组分106比污染物104更加有延展性(malleable)，污染物104可以更容易地附着于耦 合组分106。此处，在耦合组分106在切变应力Fd作用下从晶片表面IOI拉走之后，与耦合 组分106粘结的污染物104同样被从晶片表面101拉走。另外的，其中耦合组分106和污 染物104更不具有延展性并是足够刚性的，接触污染物104的该耦合组分106的力产生大 体弹性的碰撞，使得污染物104被从晶片表面101拉走或强行去除。此处，耦合组分106和 污染物之间的碰撞导致能量(或动量)从耦合组分106大量转移到污染物104。
另一种耦合机制是化学耦合。在这种情况下，其中耦合组分106和污染物104是 化学相容的，耦合组分106和污染物104之间的物理接触可以使得耦合组分106和污染物 104化学粘着。 除了上面所讨论的机械和化学耦合机制之外，还可能发生静电耦合。例如，其中耦 合组分106和污染物104具有相反的表面电荷耦合组分106，而污染物104会被电性吸引。 这种电性吸引可以是足够大的，从而克服使污染物104附着于晶片表面101的粘着力FA。替 代地，具有基本上同样的表面电荷的耦合组分106和污染物104之间的静电排斥作用可以 足够大以将污染物104从晶片表面101赶走。重要的是，要注意，上述耦合机制中的一种或 多种(包括但不限于，机械、化学和静电耦合)可以针对该晶片表面IOI上的一种或多种污 染物104在任何给定的时间发生。 如同图3所示，显然，以周期性切变应力(或压力梯度)的形式从清洁流体102传 递到耦合组分106的外部能量108的施加可以提高晶片清洁效率。特别地，如图3所示， 根据本发明的实施方式，除去具有特定大小和尺度的污染物104所需的临界应力的量与其 它清洁方法下你关闭明显减少。例如，通过使用不包括耦合组分106的清洁流体除去具有 约0. 1微米直径的污染物104所需要的临界应力的量是约2000Pa(在粘着方向施加的应 力)。使用包括耦合组分106的清洁流体除去同样的污染物104所需要的临界应力的量是 约0. 3Pa(切变应力作用在耦合组分和微粒两者的表面区域上(牵引力乘积)，然而粘着仅 出现在微粒和表面之间，因此需要明显更少的切变以除去微粒)。根据本发明的实施方式， 除去同样的污染物104所需要的临界应力的量比仅仅使用流体的方案所需要的临界应力 的量少约6000倍。因此，相比于仅仅使用流体的方案，本系统可以在明显更低的功率水平 下操作，这消除了对晶片上的结构的损害。 在图4中，根据本发明的一个实施方式，是通过向包括分散的耦合组分106的清洁 流体102施加周期性的应力从晶片100的表面101除去污染物104的系统400的示意图。 系统400包括槽402，其具有底部404和从底部404延伸的侧壁406以形成空腔408。槽 402的空腔408包含清洁流体102。晶片IOO被浸没于清洁流体102中由晶片载具410支 撑。然而，本发明的实施方式中可以使用用于在清洁流体102中浸没和支撑晶片100的任 何合适的方法，包括但不限于，卡盒、机械爪、支架等。 在本发明的一个实施方式中，系统400可以包括耦合在槽402的底部404和/或 侧壁4Q6的一种或多种兆频超声转换器412。在本发明的一个实施方式中，该兆频超声转换器412能够向该清洁流体102施加兆频超声声波能量414。由兆频超声转换器412向清 洁流体102施加的该声波能量414的频率可以从约600兆赫到约3兆赫的范围内选择。更 多有关兆频超声转换器的信息可以参考专利号为7， 165,563，申请日为2002年12月19 日，名禾尔为"Method and apparatusto decouple power and cavitation for megasonic cleaning"的美国专利；专利号为7， 040， 332，申请日为2003年2月28日，名称为"Method andapparatus for megasonic cleaning with reflected acoustic waves"的美国专利； 以及专利号为7，040，330，申请日为2003年2月20日，名称为"Method and apparatus for megasonic cleaning of patternedsubstrates，，的美国专利。尽管下面只提供对两
态和三态本体清洁技术的组分的简单讨论，然而三态本体清洁技术的组分和机制的进一步
说明可以参考下面的文件找到申请号为11/346， 894(代理文件号为LAM2P546)，申请日为 2006年2月3日，名禾尔为"Method forremoving contamination from a substrate and for making a cleaningsolution"的美国专利申请；申请号为11/347， 154 (代理文件号为 LAM2P547)，申请日为2006年2月3日，名称为"Cleaning compo皿dand method and system for using the cleaning compound"的美国专利申请；以及申请号为11/336， 215 (代理 文件号为LAM2P545)，申请日为2006年1月20日，名称为"Method and Apparatus for removingcontamination from a substrate"的美国专禾U申请。上述专禾U禾口专禾U申请通过 参考全部并入此处。通过向清洁流体102施加兆频超声能量414，产生周期性的切变应力， 其在耦合组分上施加牵引力Fj，使得耦合组分106与粘着于晶片表面101的污染物104相 互作用，由此从晶片表面101除去污染物104。此外，通过向清洁流体102施加兆频超声能 量414，在耦合组分106上的牵引力Fd的大小由于空穴作用(cavitation)所贡献的能量而 增大。空穴作用是在向流体介质施加声波能量(例如兆频超声或超声等)时，溶解的气体 所产生的微小气泡的快速形成和破裂。此处，在破裂时，该气泡释放能量，该能量与由兆频 超声转换器412施加的能量414结合起来产生更大的牵引力Fd。 在系统400的一个替代实施方式中，可以使用声处理向清洁流体102施加能量 414。特别地，系统400的兆频超声转换器可以用向清洁流体102施加超声能量或任何其它 声波能量的转换器代替。正如本领域的普通技术人员可以意识到的，声波法通常包括向介 质施加超声能量以搅拌该介质中包含的微粒。在本发明的一个实施方式中，通过向清洁流 体102施加超声能量，还会产生周期性的切变应力，其在耦合组分106上施加牵引力Fd，使 得耦合组分106与污染物104相互作用以从表面101除去污染物104。在本发明的一个实 施方式中，该超声能量的频率可以从约50赫兹到约100千赫的范围内选择。
在一个进一步的替代实施方式中，该兆频超声转换器412或者系统400的任何其 它转换器可以被移除，而低频声波能量可以通过该载具被施加到该清洁流体102。具体来 说，在一个实施方式中，低频声波能量(例如，超声波能量)可以穿过载具410的夹具416 传输到载具410，在该处该低频声波能量被从该载具410传送到清洁流体102。在一个实施 方式中，该低频声波能量具有约50赫兹到约100千赫兹的频率。如上所述，向清洁流体102 施加能量414在清洁流体102中产生运动，其在悬浮在清洁流体102中的耦合组分106上 市价牵引和/或动量力。这些力士的耦合组分106和晶片表面101上的污染物104之间相 互作用，使得污染物104被从晶片表面101除去。 在图5中，根据本发明的一个具体实施方式
，是包括用于从晶片100的表面101去除微粒污染物104的喷口组件502的系统500的示意图。系统500包括处理室504，处理 室504包括载具506，或任何其它适于支撑晶片100的工具。在本发明的一个具体实施方 式中，喷口组件502能够产生声波能量508 (例如，兆频超声、超声等)从而当包括耦合组分 106的清洁流体102穿过喷口组件502的通路510时，声波能量508被施加到清洁流体102， 在清洁流体102被喷洒到晶片100的暴露表面101之前改变该清洁流体102的特征。尤其 是，根据一个实施方式，通过向清洁流体102施加声波能量508，每个耦合组分106可以被物 理改变(例如，大小、形状等)。例如，根据本发明的一个或多个实施方式，改变的耦合组分 106的尺寸分布可以变宽、变窄或改变到更小的平均尺寸。结果是，改变的耦合组分106与 晶片表面IOO上的污染物104具有更多的相互作用，其又提高了各改变的耦合组分106的 除去污染物104的能力。另外地，该喷口组件502的喷口的流体运动在改变的耦合组分106 上施加力，导致一个或多个改变的耦合组分106与微粒污染物104相互作用以从晶片表面 100除去污染物104。 在图6中，根据本发明的一个实施方式，是用于从晶片100的暴露表面101除去污 染物104的系统600的示意图。该系统600包括处理室602，其包括载具604或者任何其 它适于支撑晶片100的工具。该系统600进一步包括能够向包括分散的耦合组分106的清 洁流体102中发射声波能量608的能量源606，而同时，使用流体供应组件610将清洁流体 102喷淋到暴露晶片表面101上。在本发明的一个实施方式中，该能量源606可以包括转 换器组分(例如，兆频超声、超声等)或任何其它能够产生并向清洁流体102施加声波能量 608的组分。再说一次，在本发明的一个实施方式中，清洁流体102中悬浮的耦合组分106 通过声波产生的对流(convection)接触暴露晶片表面101，由此与暴露晶片表面101相互 作用并除去污染物104。 在图7中，根据本发明的一个实施方式，是用于从晶片100的暴露的前表面101除 去污染物104的系统700的示意图。该系统700包括处理室702，其包括载具704或者任何 其它适于支撑晶片100的工具。在与前晶片表面101相对的晶片100的后表面706，该系统 700进一步包括靠近后表面706并在后晶片表面706和转换器710之间的液体层708。在 本发明的一个实施方式中，转换器710可以是能够产生声波能量712(包括但不限于，兆频 超声能量、超声能量等)的任何的转换器。在本发明的一个实施方式中，提供液体层708作 为将产生的声波能量712从转换器710传递到晶片100的媒介。在本发明的一个实施方式 中，形成的液体层708的液体可以是去离子水、氨过氧化氢混合物(APM)、表面活性剂溶液 或者非含水液体。根据本发明的一个实施方式，形成液体层708的液体的供应和回收可以 通过液体经由液体泵716从供应槽714流向液体层708并流回供应槽714的循环实现。另 外，液体层708可以以普通技术人员所知的任何方式形成于后表面706和转换器710之间。
再参考图7，根据本发明的一个实施方式，来自转换器710的声波能量712通过该 液体层被传递到晶片IOO，通过晶片100在晶片100的前表面上的暴露晶片表面101传导到 清洁流体102。在这种情况下，声波能量712被施加到晶片100而晶片100将能量712传递 到清洁流体102。向晶片100施加能量712而不是直接向清洁流体102施加能量712的一 个优点是较少的能量会损耗掉。 如同前面提到的，根据本发明的替代实施方式，可以提供用于向清洁流体102施 加外部能量以从晶片表面101除去污染物104的各种技术。例如，在本发明的一个实施方
12式中，可以使用压电或压声激励。对于压电激励，密闭壳的壁或特定区域可以被周期性地扰 动(通过压电材料)，导致体积的变化和该密闭壳内的流体的运动。该流体运动提高了该晶 片表面上的污染物，增加了对污染物的除去。根据本发明的一个实施方式，在另一个实施例 中，可以使用蒸发作用。此处蒸发作用引起流体的膨胀运动并提高了该晶片表面上的牵引， 有助于污染物的除去。 在图8中，根据本发明的一个实施方式，是用于从晶片100的表面101除去污染物 104的方法。在步骤800，提供晶片IOO，其具有粘着于该表面101的微粒污染物104。在步 骤802，向该晶片表面101施加清洁流体102，该清洁流体102包括悬浮在该清洁流体102 中的分散的耦合组分106。如上所述，该清洁流体102可以是双态本体或三态本体流体，或 被加工为包括分散的悬浮固体相组分(耦合组分)106的任何其它的清洁流体、溶液或材 料。在本发明的一个实施方式中，可以通过将整个晶片100浸没在该清洁流体102中而将 该清洁流体102施加到该晶片表面101。例如，如图4中所示，槽系统400可被用于将该晶 片100浸没在该清洁流体102中。然而，本发明的实施方式不限于将该晶片100浸没在该 清洁流体102中的特定系统。在本发明一个替代实施方式中，可以使用喷口组件、喷淋嘴等 将该清洁流体102散布在该晶片100的一个或多个暴露表面101。例如，如图5-7中所示。
在在步骤804，外部能量被施加到该清洁流体102以在该清洁流体102中产生周期 性的切变应力(或压力梯度)。如前所述，周期性的切变应力在悬浮在该清洁流体102的耦 合组分106上施加牵引和/或动量。结果是，该耦合组分106与该晶片表面IOI冲撞，导致 该耦合组分106和该污染物104之间的相互作用，其有助于粘着于该晶片表面101的污染 物104的除去。换句话说，悬浮在该清洁流体102中的耦合组分106通过声学或机械等方 式产生的对流接触该晶片表面101，由此与该晶片表面101的污染物104相互作用并从晶 片表面101除去污染物。根据本发明的实施方式，该切变应力或者压力梯度可以使用多种 技术产生，包括但不限于兆频超声、声处理、压电或压声激励、空穴作用、蒸发作用等。例如， 图4-7提供了使用兆频超声、声处理和空穴作用技术的一种或其结合向该清洁流体施加外 部能量的实施例。在本发明的一个实施方式中，该能量可以被直接地施加到在受限源的该 清洁流体102或者施加到整个系统，如图4-6的实施例中所示。在本发明的替代实施方式 中，该能量可以被施加到晶片IOO，该晶片IOO将该能量传递到该流体102，如图7中所示的 实施例。 鉴于以上讨论，显然，本发明的实施方式提供了整合的刻蚀后清洁、独立晶片清洁
应用或任何其它的晶片清洁技术或需要从晶片表面除去污染物的应用的清洁技术的一种
高效方案。根据本发明的实施方式，通过向具有固体相耦合组分的清洁流体施加外部能量，
通过向该清洁流体中悬浮的耦合组分提供另外的搅拌或运动的控制，提高了污染物除去的
效率。而且，通过控制如何向清洁流体施加外部能量以及施加多大的外部能量，能量的施加
所产生的切变应力可以被更紧密地控制，从而消除不想要的器件损害。另外，因为除去的机
制是可控的动量传递，所以可以使用具有较低浓度的耦合组分的清洁溶液或流体。 尽管为了更清楚的理解而对前述发明做了比较详细的描述，然而，显然，可以实现
所附权利要求范围内的某些变更和修改。相应地，本文的实施方式应当被认为是说明性的
而非限制性的，而且本发明不限于此处所给出的细节，而是可以在所附权利要求的范围和
等同内进行修改。
权利要求
一种清洁方法，包含提供具有表面的晶片，该表面上有微粒；在该表面上提供清洁剂，该清洁剂包括悬浮于其中的一个或多个分散的耦合组分；以及向该清洁剂施加外部能量，该向该清洁剂施加外部能量在该清洁剂内产生周期性的切变应力，其中该周期性的切变应力对该一个或多个该耦合组分中的至少一个施加一个力，该力使得该一个或多个该耦合组分中的该至少一个与该微粒相互作用以从该表面除去该微粒。
2. 如权利要求1所述的清洁方法，其中向该清洁剂施加外部能量包括使用兆频超声、声处理、压电激励、压声激励、空穴作用和蒸发作用中的一个或多个施加该外部能量。
3. 如权利要求2所述的清洁方法，其中该外部能量是经由该晶片施加到该清洁剂的，其中该晶片将该外部能量传递到该清洁剂。
4. 如权利要求2所述的清洁方法，其中该外部能量是从受限源直接施加到该清洁剂的。
5. 如权利要求1所述的清洁方法，其中该外部能量是频率为约600千赫兹到约3兆赫兹的高频兆频超声声波能量。
6. 如权利要求1所述的清洁方法，其中该外部能量是频率为约50赫兹到约100千赫兹的超声能量。
7. 如权利要求1所述的清洁方法，其中该相互作用是由该一个或多个耦合组分中的该至少一个与该微粒之间的机械耦合、化学耦合或静电耦合中的一个或多个限定的。
8. 如权利要求7所述的清洁方法，其中该机械耦合是由该一个或多个耦合组分中的该至少一个和该微粒之间的粘着限定的，从而该微粒与该一个或多个耦合组分中的该至少一个一起被拉离该表面。
9. 如权利要求7所述的清洁方法，其中该机械耦合是由该一个或多个耦合组分中的该至少一个和该微粒之间的物理冲撞限定的，从而从该一个或多个耦合组分中的该至少一个到该微粒的能量传递导致微粒从该表面脱离。
10. 如权利要求7所述的清洁方法，其中该化学耦合是由该一个或多个耦合组分中的该至少一个和该微粒之间的物理接触和化学相容限定的，该物理接触有助于该一个或多个耦合组分中的该至少一个和该微粒之间的化学粘着。
11. 如权利要求7所述的清洁方法，其中该静电耦合是由该一个或多个耦合组分中的该至少一个和该微粒之间的吸引或排斥作用限定的。
12. 如权利要求1所述的清洁方法，其中该力是由牵引或动量或其结合限定的。
13. 如权利要求1所述的清洁方法，其中该清洁剂包括以下各项之一 液体组分、气体组分和固体组分；或液体组分和固体组分。
14. 如权利要求13所述的清洁方法，其中该固体组分对应该一个或多个分散的耦合组分。
15. 如权利要求14所述的清洁方法，其中该固体组分是由脂族酸、羧酸、石蜡、蜡、聚合物、聚苯乙烯、多肽、脂肪酸和黏弹材料中的一种材料制成的。
16. 如权利要求13所述的清洁方法，其中该气体组分是以下气体混合物中的一种臭氧(03)、氧气(02)、盐酸(HC1)、氢氟酸(HF)、氮气(N2)和氩(Ar);臭氧(03)和氮气(N2);臭氧(03)和氩(Ar);臭氧(03)、氧气(02)和氮气(N2);臭氧(03)、氧气(02)和氩(Ar);臭氧(03)、氧气(02)、氮气(N2)和氩(Ar);以及氧气(02)、氩(Ar)和氮气(N2)。
17. 如权利要求13所述的清洁方法，其中该液体组分是含水或非含水的。
18. —种用于清洁的系统，包含用于支撑具有表面的晶片的载具，在该表面上有微粒；具有由底部和从底部延伸的一个或多个侧壁限定的空腔的槽，该槽被配置为在该空腔内容纳一定量的清洁剂以浸没该晶片，其中该清洁剂包括悬浮于其中的一个或多个分散的耦合组分；以及耦合于该一个或多个侧壁或该底部的至少一个的一个或多个转换器，该一个或多个转换器向该清洁剂施加声波能量，其中该声波能量在该清洁剂内产生周期性的切变应力，以及其中该周期性的切变应力在该一个或多个分散的耦合组分中的至少一个上施加力，使得该一个或多个分散的耦合组分中的该至少一个与该微粒互相作用以便于从该表面除去该微粒。
19. 如权利要求18所述的系统，其中该转换器是兆频超声转换器或超声转换器。
20. 如权利要求19所述的系统，其中该转换器是兆频超声转换器，且其中该声波能量的频率为从约600千赫兹到约3兆赫兹。
21. 如权利要求19所述的系统，其中该转换器是超声转换器，且其中该声波能量的频率为从约50赫兹到约100千赫兹。
22. —种用于清洁的系统，包含具有载具元件的处理室，该载具元件能够在该处理室内支撑晶片从而该晶片的一个表面暴露，该暴露晶片表面上具有微粒；以及喷口组件，其中该喷口组件被配置为产生声波能量，当清洁剂沿着该喷口组件的通路移动时向该清洁剂施加该声波能量，其中该清洁剂包括悬浮于其中的一个或多个分散的耦合组分，而在将该清洁剂施加到该暴露晶片表面之前，该声波能量改变该分散的耦合组分中的每一个的物理特性，且其中来自该喷口组件的喷口的流体的运动在该改变的一个或多个分散的耦合组分中的至少一个上施加力，使得该改变的一个或多个分散的耦合组分中的该至少一个与该微粒相互作用以从该暴露晶片表面除去该微粒。
23. 如权利要求22所述的系统，其中该改变的耦合组分中的每一个增强了将该微粒从该暴露晶片表面的除去。
24. 如权利要求22所述的系统，其中该改变的耦合组分中的每一个的尺寸分布变宽、变窄或改变为更小的平均尺寸。
25. 如权利要求22所述的系统，其中该耦合组分的每一个的物理特性是尺寸与形状中的一个或多个。
26. —种用于清洁的系统，包含具有载具元件的处理室，该载具元件能够在该处理室内支撑晶片，从而该晶片的上面具有微粒的表面暴露；流体供应组件，该流体供应组件被配置为向该表面供应清洁剂，该清洁剂包括悬浮于其中的一个或多个分散的耦合组分；以及能够产生声波能量的能量源，其中该声波能量被施加到清洁剂的表面，由此在该清洁剂内产生周期性的切变应力，该周期性的切变应力在该一个或多个分散的耦合组分中的至少一个上施加力，使得该一个或多个分散的耦合组分中的该至少一个与该微粒相互作用以从该表面除去该微粒。
27. —种用于清洁的系统，包含位于晶片的后表面附近的能够产生声波能量的转换器，该晶片包括与该后表面相对的前表面，该前表面上有微粒；第一流体供应组件，该第一流体供应组件能够在该晶片的该后表面和该转换器之间供应液体层；第二流体供应组件，该第二流体供应组件能够向该晶片的该前表面上供应清洁剂，该清洁剂包括悬浮于其中的一个或多个分散的耦合组分，其中该声波能量通过该液体层和该晶片被传递到该晶片的该前表面上的该清洁剂，由此在该清洁剂内产生周期性的切变应力，该周期性的切变应力在该一个或多个分散的耦合组分中的至少一个上施加力，使得该一个或多个分散的耦合组分中的至少一个与该微粒相互作用以从该前表面除去该微粒。
28. 如权利要求27所述的系统，其中该转换器是兆频超声转换器或超声转换器。
29. 如权利要求28所述的系统，其中该转换器是兆频超声转换器，且其中该声波能量的频率为从约600千赫兹到约3兆赫兹。
30. 如权利要求28所述的系统，其中该转换器是超声转换器，且其中该声波能量的频率为从约50赫兹到约100千赫兹。
31. 如权利要求27所述的系统，其中该液体层是去离子水、氨过氧化氢混合物(APM)、表面活性剂溶液或非含水液体之一。
全文摘要
提供用于清洁粘着于晶片表面的微粒污染物的系统和方法。包括悬浮于清洁剂中的分散的耦合组分的清洁剂被施加到晶片表面上。外部能量被施加到该清洁剂以在该清洁剂内产生周期性的切变应力。该周期性的切变应力在该耦合组分上施加力，使得该耦合组分与该微粒污染物互相作用以从该晶片表面除去该微粒污染物。
文档编号H01L21/304GK101711423SQ200880018416
公开日2010年5月19日 申请日期2008年3月27日 优先权日2007年4月3日
发明者埃里克·M·弗里尔, 弗里茨·C·雷德克, 米哈伊尔·科罗利克, 约翰·M·德拉里奥斯, 迈克尔·拉夫金 申请人:朗姆研究公司