智能可定制湿法处理系统的制作方法

本公开内容总体上涉及半导体技术领域，并且更具体而言，涉及用于提供半导体晶圆的一致处理的系统和方法。

背景技术：

半导体晶圆在半导体晶圆制造处理期间在集成电路(ic)制造设施中经历多次处理操作。湿法化学处理室可用于执行处理操作，例如蚀刻和清洁半导体晶圆。湿法化学处理室可以包括位于晶圆上方并被配置为将化学溶液分配到半导体晶圆上的喷嘴。

技术实现要素：

在本公开内容中描述了用于对半导体晶圆提供一致处理的系统和方法的实施例。

在一些实施例中，一种方法包括使用多个检测器来测量晶圆的一个或多个晶圆特性，并基于测量的一个或多个晶圆特性来确定晶圆的晶圆轮廓(profile)。该方法还包括基于晶圆轮廓为相应的第一晶圆区域和第二晶圆区域设置湿法处理系统的第一湿法处理参数集合和第二湿法处理参数集合，其中，至少一个湿法处理参数的值在第一湿法处理参数集合和第二湿法处理参数集合之间不同。该方法还包括通过根据相应的第一湿法处理参数集合和第二湿法处理参数集合将一种或多种化学物质分配到第一晶圆区域和第二晶圆区域上来对晶圆执行湿法处理。

在一些实施例中，一种用于在湿法处理系统中处理晶圆的方法包括使用多个检测器测量晶圆的一个或多个晶圆特性，并基于一个或多个晶圆特性确定晶圆的晶圆轮廓。该方法还包括基于晶圆轮廓设置湿法处理系统的一个或多个参数，并通过根据一个或多个参数将一种或多种化学物质分配到处理室中来对晶圆执行湿法处理。该方法还包括确定整个晶圆的湿法处理结果是否在变化阈值内。响应于所确定的湿法处理结果在变化阈值内，该方法还包括保持湿法处理系统的一个或多个参数。响应于所确定的湿法处理结果在变化阈值之外，该方法包括调整湿法处理系统的一个或多个参数。

在一些实施例中，一种湿法处理系统包括处理室和一个或多个检测器，检测器被配置为确定晶圆的一个或多个晶圆特性。湿法处理系统还包括位于处理室内的喷嘴。湿法处理系统还包括处理系统，该处理系统被配置为接收一个或多个晶圆特性；基于一个或多个晶圆特性确定晶圆轮廓；基于晶圆轮廓设置湿法处理系统的一个或多个参数；以及根据一个或多个参数控制喷嘴将一种或多种化学物质分配到处理室中。

附图说明

并入本文并形成说明书的一部分的附图示出了本公开内容的实施例，并且附图与说明书一起进一步用于解释本公开内容的原理并且使得相关领域技术人员能够作出和使用本发明。

图1示出了根据本公开内容的一些实施例的在湿法处理集群工具中的示例性单晶圆处理站的截面图。

图2是根据本公开内容的一些实施例的示例性湿法处理系统。

图3是根据本公开内容的一些实施例的执行晶圆处理站的示例性湿法工艺的流程图。

图4a-4b是根据本公开内容的一些实施例的在晶圆处理站中的喷嘴的示例性配置。

图5是示出根据本公开内容的一些实施例的在晶圆处理站中的喷嘴的示例性扫描速度的图。

将参考附图来描述本公开内容的实施例。

具体实施方式

尽管讨论了具体的配置和布置，但应该理解，这仅仅是为了说明的目的而进行的。相关领域的技术人员将认识到，在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下，可以使用其他配置和布置。对于相关领域的技术人员显而易见的是，本公开内容还可以用于各种其他应用中。

应当注意到，在说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施例可能不一定包括该特定的特征、结构或特性。而且，这样的短语不一定指代相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其他实施例来实现这样的特征、结构或特性都在相关领域的技术人员的知识范围内。

通常，可以至少部分地从上下文中的用法理解术语。例如，如本文所用的术语“一个或多个”至少部分取决于上下文，可用于以单数意义描述任何特征、结构或特性，或可用于以复数意义描述特征、结构或特征的组合。类似地，至少部分取决于上下文，诸如“一”、“一个”或“所述”等术语同样可以被理解为表达单数用法或表达复数用法。

应当容易理解的是，本公开内容中的“在……上”、“在……之上”和“在……上方”的含义应以最宽泛的方式来解释，使得“在……上”不仅意味着“直接在某物上”，而且还包括其间具有中间特征或层的“在某物上”的含义，并且“在……之上”或“在……上方”不仅意味着“在某物之上”或“在某物上方”的含义，而且还可以包括其间没有中间特征或层的“在某物之上”或“在某物上方”的含义(即，直接在某物上)。

此外，为了便于描述，可以在本文使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“下”、“在……之上”、“上”等空间相对术语来描述如图所示的一个元件或特征与另一个(或多个)元件或特征的关系。除了附图中所示的取向之外，空间相对术语旨在涵盖设备在使用或操作中的不同取向。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他取向)并且同样可以相应地解释本文使用的空间相关描述词。

如本文所使用的，术语“衬底”是指在其上添加后续材料层的材料。衬底本身可以被图案化。添加在衬底顶部上的材料可以被图案化或可以保持未图案化。此外，衬底可以包括各种各样的半导体材料，例如硅、锗、砷化镓、磷化铟等。可替换地，可以由非导电材料(例如玻璃、塑料或蓝宝石晶圆)制成衬底。

如本文所使用的，术语“层”是指包括具有厚度的区域的材料部分。层可以在整个下层或上层结构上方延伸，或者可以具有小于下层或上层结构的范围的范围。此外，层可以是厚度小于连续结构的厚度的均匀或不均匀连续结构的区域。例如，层可以位于连续结构的顶表面和底表面之间或在顶表面和底表面处的任何一对水平平面之间。层可以横向、垂直和/或沿着锥形表面延伸。衬底可以是一层，衬底可以在其中包括一层或多层，和/或衬底可以在其上、上方和/或其下具有一层或多层。一层可以包括多个层。例如，互连层可以包括一个或多个导体和触点层(其中形成有触点、互连线和/或过孔)以及一个或多个电介质层。

如本文所使用的，术语“标称/标称地”是指在产品或工艺的设计阶段期间设定的部件或工艺操作的特性或参数的期望值或目标值、以及高于和/或低于期望值的值的范围。值的范围可以是由于制造工艺或公差的轻微变化所引起的。如本文所使用的，术语“约”表示可以基于与主题半导体器件相关联的特定技术节点而变化的给定量的值。基于特定的技术节点，术语“约”可以表示给定量的值，该给定量例如在该值的10-30％内变化(例如，值的±10％、±20％或±30％)。

薄膜沉积、光刻、蚀刻工艺等用于形成半导体器件中的各种结构，例如设置电介质层和形成互连结构。一种这样的工艺称为湿法化学处理，其通常使用室(chamber)来以各种化学溶液进行湿法化学处理。湿法化学处理室可以是各种湿法工具的部件，湿法工具可以一次处理一批晶圆(例如，“多晶圆”工具)或一次处理单个晶圆(例如，“单晶圆”工具)。

例如，在单晶圆工具中，晶圆进入处理模块并位于晶圆台上。然后晶圆经受湿法化学处理，其中，位于晶圆表面上方的一个或多个喷嘴将化学物质(例如化学溶液、去离子水、处理气体等)分配到晶圆表面上以与其反应。化学处理可以是蚀刻工艺和/或从晶圆表面去除污染物的清洁工艺。在将化学溶液分配到晶圆上时，喷嘴可以位于固定位置，或者可以(通常)在晶圆上方以恒定速度进行环绕移动。在晶圆与化学溶液充分反应之后，可以用去离子水冲洗晶圆，并对晶圆干燥(例如，通过旋转)，并从湿法化学处理工具中移除晶圆。

由于化学溶液在晶圆上的不同区域上的不同补充速率(replenishingrate)，固定喷嘴配置或遵循恒定扫描速度的扫描喷嘴配置都可能导致晶圆处理不一致。在处理期间晶圆旋转也可能产生不同的补充速率。具体地，在湿法处理期间晶圆以预定角速度围绕中心旋转，同时将化学溶液分配到晶圆上。甩掉反应的化学溶液和副产物，同时通过喷嘴继续将未反应的化学溶液分配到晶圆上。然而，由于晶圆上某点处的切向速度与该点到晶圆旋转轴(例如，晶圆的中心)的距离成比例，所以反应的化学溶液在晶圆周边周围以较大的速率被甩掉，而在晶圆的中心以较低的速率被甩掉。因此，切向速度朝向晶圆的中心较低而朝向晶圆的周边较高，这导致反应的化学溶液积聚在晶圆的中心区域周围。未被去除而被留下从而积聚在晶圆上的反应的化学溶液可导致晶圆材料的化学反应速率降低。例如，与晶圆周边附近区域中的蚀刻速率相比，晶圆中心附近的区域可以具有较低的蚀刻速率。另外，整个晶圆的结构变化可能导致在湿法处理期间的处理不一致性。例如，薄膜厚度、表面粗糙度、器件密度和其他因素的变化可能导致整个晶圆的处理变化并导致器件产量低。因此，需要在半导体制造期间改善湿法处理的晶圆处理一致性。

为了解决上述缺点，本文描述的实施例旨在提供用于改善湿法处理系统中的晶圆处理一致性的系统和方法。更具体地，本公开内容涉及一种晶圆处理系统，其被配置为在湿法处理工艺之前确定晶圆轮廓，使得在湿法处理之前和/或期间根据晶圆轮廓定制每个湿法工艺。此外，晶圆处理系统还被配置为通过以相对于晶圆表面可调整的角度放置晶圆喷嘴、以及基于晶圆的目标部分以可变横向扫描速度移动喷嘴来减少晶圆处理的不一致性。

本公开内容中描述的各种实施例可以提供例如诸如三维nand存储器件之类的半导体器件中的改善的晶圆处理一致性和减小的厚度变化等益处。改善的晶圆处理一致性又确保并改善3dnand存储器件的性能和产量。

图1是示例性单晶圆湿法化学处理站100的截面图。处理站100可以是湿法化学处理集群工具(为简单起见未在图1中示出)的处理室。湿法化学处理集群工具可以包括附加部件，例如模块(例如，转移模块和湿法化学处理站)、机器人臂、泵、排放管线、加热元件、气体和化学物质输送管线、控制器、阀门以及与集群工具的其他部件(例如，计算机单元、化学分析仪、质量流量控制器、压力控制器、阀门和泵)的外部和内部电气连接。在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下，虽然未在图1中示出，但是这些附加部件可以与那些示出的部件组合。

处理站100可以包括处理室102、晶圆固定器120、旋转底座125、喷嘴130、喷嘴臂135、电机140、排放管线150、风扇过滤器单元(ffu)155、分配管线160和化学物质开关盒162。处理站100还可以包括位于处理室102周围的检测器180a-180c，以检测晶圆特性。处理系统190可以接收检测到的晶圆特性并生成晶圆轮廓以在进一步处理期间进行调整。

在实施例中，晶圆110通过机械臂转移到处理室102中，并使用夹具、真空吸盘等固定到晶圆固定器120上。晶圆固定器120进一步附接到处理站100的旋转底座125。在一些实施例中，晶圆固定器120可以在湿法化学处理或干燥处理期间以不同旋转速度经由旋转底座125旋转晶圆110。在一些实施例中，晶圆110可在湿法处理期间以任何合适的旋转速度旋转。例如，晶圆110可以以约300rpm、500rpm、1000rpm、2000rpm或任何合适的旋转速度旋转。

处理站100包括附接到喷嘴臂135的喷嘴130。喷嘴130可以由电机140通过喷嘴臂135沿x方向(例如，沿方向132)横向移动，使得喷嘴130可以位于晶圆110上的任何合适区域(例如晶圆110的中心区域或外围区域)的正上方。喷嘴130也可以在y方向上(例如，沿方向134)垂直移动，使得可以在湿法化学处理之前、期间或之后调整晶圆110和喷嘴130之间的高度h。如图1所示，高度h是喷嘴130的尖端和晶圆110的顶表面之间的距离。在一些实施例中，喷嘴130还可以以各种角速度围绕电机140旋转。在一些实施例中，喷嘴130可以相对于晶圆110的顶表面处于标称角度ω。在一些实施例中，角度ω可以在约5°和约90°之间。在一些实施例中，可以基于检测到的晶圆轮廓和处理状况在工艺的持续时间内调整喷嘴130的其他合适参数。这些其他可调整参数包括但不限于：喷嘴130和晶圆110之间的高度h；喷嘴130相对于晶圆110的顶表面的取向；喷嘴130的横向扫描速度；喷嘴130的扫描区域；以及化学溶液离开喷嘴130的流速。在一些实施例中，处理站100可以配备有多个喷嘴，这取决于处理站100的设计。喷嘴130可以将液体、气体或液体/气体混合物形式的一种或多种化学物质分配到晶圆110的表面上，使得化学物质可以与晶圆110上的材料反应。作为示例而非限制，喷嘴130可以连接到一个或多个化学物质开关盒，该一个或多个化学物质开关盒流体连接到填充有化学物质的外部罐(tank)。

化学物质开关盒162可以用于通过喷嘴130将合适的化学物质分配到处理站100。化学物质开关盒162可以是化学物质分配系统(未示出)的一部分，在化学物质分配系统中容纳了阀门和化学物质分配管线并且化学溶液在输送到喷嘴130和其他分配喷嘴之前预混合。在一些实施例中，化学溶液可以预混合，并且化学物质开关盒可以流体连接到喷嘴130。在一些实施例中，分配管线160可以连接到处理室102，以将合适的化学物质提供到处理站100中。例如，可以通过分配管线160将合适的化学物质提供到处理站100中。在一些实施例中，附加的分配管线可以安装在处理站100的不同的壳体表面上，例如室壳体的垂直壁和底表面上，并且为了简单起见未示出附加的分配管线。

化学物质开关盒162还可以包括开关，其基于检测到的晶圆轮廓控制化学物质向处理站100中的输送。例如，当喷嘴130位于处于执行不足的处理状况(例如，欠蚀刻)的晶圆区域上方时，分配管线160可用于增大提供给喷嘴130的化学物质的流速。在一些实施例中，当喷嘴130位于处于执行过度的处理状况(例如，过蚀刻)的晶圆区域上方时，分配管线160可用于降低提供给喷嘴130的化学物质的流速。在一些实施例中，当在晶圆110的表面上分配化学溶液145时，晶圆110可以旋转或可以不旋转。

处理站100还可以包括风扇过滤器单元(ffu)，其为处理站100的内部提供过滤空气。例如，ffu155可以连接到处理室102的顶表面并且可以具有多于一个的过滤器和被配置为提供标称空气流量的多于一个的鼓风机电机。

排放管线150可以附接到处理室102以收集化学溶液。根据一些实施例，在化学溶液已经经受来自晶圆表面的处理之后，化学溶液可以通过一个或多个排放管线150收集到收集槽。在一些实施例中，可以在晶圆110在湿法化学处理期间旋转的同时执行对消耗过的化学溶液的收集。

一个或多个检测器180a-180c可以位于处理室102周围。在一些实施例中，检测器180a-180c位于处理室102的侧壁和顶壁/底壁周围。例如，三个检测器可以位于矩形处理室102周围，其中检测器面向处理室102的侧壁和顶壁。在一些实施例中，观察口可以安装在处理室102的侧壁和顶壁上并与各个检测器对准，使得处理室102的内部对于各个检测器是可见的。在一些实施例中，检测器180a-180c可以在室102内。在一些实施例中，检测器180a-180c可以被配置为检测晶圆110的晶圆特性，例如，举例而言，晶圆110上形成的薄膜的层成分和层厚度。在一些实施例中，检测器180a-180c可以安装在检测器室中，该检测器室被配置为在晶圆110被输送到处理室102中之前检测晶圆特性。在一些实施例中，检测器180a-180c可以是激光厚度传感器、光学轮廓仪、多波长偏振光椭圆率测量仪、离子束分析仪和/或任何其他合适的检测器或其组合。在一些实施例中，检测器180a-180c可以均是电荷耦合器件(ccd)相机，其是基于ccd的图像检测系统的部件。在一些实施例中，还可以使用光电管或其他这样的检测呈现给其的区域的图像的自动检测装置。在一些实施例中，取决于被检查的工艺，检测器180a-180c可以包括至少一个ccd单色或彩色相机。因此，检测器180a-180c可以均被配置为产生晶圆的一个或多个高分辨率图像，以将高分辨率图像提供给用户或处理系统。

处理系统190可以通过通信信道192电连接到检测器180a-180c和处理室102。处理系统190可以包括用于分析由检测器180a-180c产生的信号的处理电路和软件，并使用信号生成晶圆轮廓。通信信道192可以是用于发送信号的任何合适的布线、光纤或无线技术。生成的晶圆轮廓可以适合于用户观看。例如，所得到的晶圆轮廓可以显示在处理系统190或观察设备(例如位于例如操作员工作站的计算机监视器)上。

基于晶圆轮廓，处理系统190可以确定适合于晶圆的湿法处理配方或条件。例如，湿法处理条件可取决于晶圆是否具有一致的特性(例如，整个晶圆上的共形厚度)。具体地，处理系统190可以通过比较整个晶圆110上的薄膜厚度来确定晶圆110上的区域是欠处理还是过处理的。不可接受或不一致的晶圆处理状况的示例是当晶圆110的中心区域是欠蚀刻的(例如，较大的剩余薄膜厚度)或外围是过蚀刻的(例如，较小的剩余薄膜厚度)时。在一些实施例中，处理系统190可以选择处理配方或条件，其可以通过欠处理或过处理相应区域来减少晶圆的不一致特性。例如，通过具有大量的化学反应时间可以对欠蚀刻区域进行过处理，并且通过具有有限的化学反应时间可以对过蚀刻区域进行欠处理。然后，处理系统190可以通过比较整个晶圆110的表面特性(例如，举例而言，表面粗糙度、薄膜成分和/或任何其他合适的特性或其组合)来确定处理是否得到一致的特性。检测器可以由处理系统190操作以进行晶圆特性的一次测量，或者可以被操作为在晶圆处理期间以预定间隔连续测量晶圆特性。因此，检测器可以提供晶圆处理的连续监测并将检测结果发送到处理系统190，使得处理系统190可以在湿法处理期间实时调整处理配方或条件。

在一些实施例中，处理系统190可以被配置为接收极大数据集(例如，大数据)并对其进行计算分析以揭示与晶圆处理状况和所得到的经处理晶圆有关的模式(pattern)、趋势和关联性。具体地，处理系统190可以从检测器接收表示薄膜的厚度、成分、粗糙度和任何其他合适特性的收集到的数据集，并参考湿法处理参数分析该数据集。数据集可以用作处理系统190的反馈，以实时或在处理之后微调处理配方，使得可以连续地改善湿法工艺，这又得到经改善的晶圆处理一致性和器件产量。

处理系统190可以被配置为执行各种附加或替代分析任务，例如任何合适信号的分析、统计处理、任务调度、警报信号的生成、其他控制信号的生成等。例如，在检测到处理不一致性时，处理系统190可以被配置为生成警报信号以警告用户，并且还可以被配置为在处理室内执行一系列预定任务，以便减少检测到的处理状况不一致性。在一些实施例中，湿法处理结果中的不一致性的示例可以包括蚀刻速率变化、薄膜厚度变化、生长速率变化以及整个晶圆上的任何其他合适的变化。在一些实施例中，不一致性可以是整个晶圆上大于5％、10％、25％或任何合适的变化阈值的变化。响应于湿法处理结果在变化阈值之外，处理系统190可以调整各种处理参数，例如，举例而言，喷嘴130的横向喷嘴扫描速度、位置和角度、晶圆110的旋转速度、化学溶液145的流速、其组合、以及任何其他合适的处理参数。可以邻近处理室102放置处理系统190，使得例如操作者可以容易地访问处理系统190和处理室102两者以确定不一致处理状况以及参与并纠正该状况的原因。可替换地，在一些实施例中，处理系统190可以放置在远程位置，例如处理命令中心，在此可以同时监测来自各个处理站或湿法工作台的各个图像。

图2是根据一些实施例的示例性湿法处理系统。图2中示出的示例性湿法处理系统200可以包括湿法处理室102、检测器180、处理系统190、喷嘴控制器250、化学物质开关控制器260和室控制器270。湿法处理系统200还可以包括其他合适的部件，例如附加的检测器、传感器、泵、阀门，并且为简单起见，未在图2中示出这些其他合适的部件。在一些实施例中，喷嘴控制器250、化学物质开关控制器260和室控制器270可以包括任何合适的计算机控制的模块，例如阀门、电机或晶圆台。在一些实施例中，上述控制器可以基于所生成的晶圆轮廓和对晶圆处理一致性的监测来控制各种器件参数。例如，参考图1和图2，喷嘴控制器250可以控制喷嘴130和晶圆110之间的高度h、喷嘴130相对于晶圆110的顶表面的取向、喷嘴130的横向扫描速度、喷嘴130的扫描区域和喷嘴130的其他合适参数。在一些实施例中，喷嘴130可由喷嘴控制器250控制以分配一种或多种化学溶液。在一些实施例中，可以操作化学物质开关控制器260以打开或关闭一个或多个化学物质开关(例如，化学物质开关盒162)以开始或停止化学溶液流入处理室102。在一些实施例中，化学物质开关控制器260还可以调整化学物质的流速。可以操作室控制器270以调整湿法处理的任何合适的参数，例如，室控制器270可以调整ffu155的风扇速度、旋转底座125的旋转速度(这又决定晶圆110的旋转速度)、晶圆固定器120的运动、以及任何其他合适的参数。

检测器180和处理系统190可以确定被输送到湿法处理室102中以进行湿法处理的晶圆的晶圆轮廓。检测器180可以测量晶圆的各种特性。例如，检测器180能够确定所述晶圆的成分、形成在晶圆上的结构、形成在晶圆上的薄膜的厚度和厚度变化。检测器180可以是激光厚度传感器、光学轮廓仪、多波长偏振光椭圆率测量仪、离子束分析仪、ccd相机和/或任何其他合适的检测器。在一些实施例中，检测器180可以类似于上面在图1中描述的检测器180a-180c。处理系统190接收测量的晶圆特性并确定可以用于相应地调整晶圆处理条件的晶圆轮廓。具体地，处理系统190可以基于晶圆轮廓调整湿法处理室102中的湿法处理的参数。在一些实施例中，检测器180可以测量整个晶圆上的薄膜厚度，并且处理系统190可以产生关于薄膜厚度的晶圆轮廓。晶圆轮廓可以包括诸如薄膜厚度以及它们与晶圆区域的相关性之类的信息。例如，在去除薄膜的部分的湿法蚀刻工艺中，处理系统190可以从检测器180接收所测量的薄膜厚度，并且可以确定薄膜厚度在晶圆的中央区域较大而在晶圆周边附近较小。作为结果，处理系统190可以通过喷嘴控制器250控制喷嘴130，使得当喷嘴130在晶圆中心区域上方时，它可以通过(i)以较慢速度扫描(例如，移动)，和/或(ii)使用增大的化学物质流速，和/或(iii)减小相对于晶圆顶表面的喷嘴角度使得可以连续地进行化学反应来增大化学反应。

图3是根据一些实施例的方法300的流程图，其描述了湿法化学处理站的示例性一致晶圆处理。作为示例而非限制，方法300的湿法化学处理可以分别在图1和图2中所示的处理站100和湿法处理系统200中执行。本公开内容不限于该操作说明。相反，其他操作也在本公开内容的精神和范围内。应理解，可以执行额外操作。此外，执行本文提供的公开内容并非需要所有操作。此外，一些操作可以同时执行，或者以与图3中所示的顺序不同的顺序执行。在一些实施方式中，除了当前描述的操作之外或代替当前描述的操作，可以执行一个或多个其他操作。出于说明性目的，参考图1、图2、图4a-4b和图5的实施例来描述方法300。然而，方法300不限于这些实施例。

出于示例目的，将针对单晶圆湿法化学处理站来描述方法300。基于本文的公开内容，方法300可以同样地适用于能够一次处理多个晶圆的批量湿法化学处理站。两种湿法化学处理站配置(单晶圆和批量)都在本公开内容的精神和范围内。

方法300开始于操作310，其中根据一些实施例，将晶圆转移到湿法处理站的处理室。例如，可以通过具有机械臂(未示出)的转移模块将晶圆110转移到湿法化学处理室102。如上所述，湿法化学处理室102可以是湿法处理集群工具(例如，湿法化学处理站100)中的模块，湿法处理集群工具可以进一步包括适合于其操作的附加湿法化学处理站、模块和设备。

在方法300的操作320中，根据一些实施例，一个或多个检测器被配置为检测任何合适的晶圆特性。一个或多个检测器可以被配置为检测在晶圆上形成的薄膜的成分和厚度。例如，一个或多个检测器可以确定在晶圆上形成氧化硅和氮化硅的交替层。在一些实施例中，一个或多个检测器可以测量整个晶圆上的薄膜层的厚度和厚度变化。在一些实施例中，一个或多个检测器可以被配置为测量晶圆的选定区域处的薄膜厚度，并且还被配置为记录该区域的位置信息。例如，一个或多个检测器可以检测到设置在晶圆的中心区域周围(例如，在晶圆半径的距晶圆中心15％以内)的氧化硅膜具有约100nm的厚度，并且在晶圆的其他区域(例如，在晶圆半径的距晶圆中心15％和100％之间)中的氧化硅膜的厚度具有约120nm的厚度。在一些实施例中，一个或多个检测器可以安装在负载锁定室(loadlockchamber)中，该负载锁定室被配置为将晶圆输送到处理室中。在一些实施例中，一个或多个检测器可以安装在处理室中。在一些实施例中，一个或多个检测器可以是激光厚度传感器、光学轮廓仪、多波长偏振光椭圆率测量仪、离子束分析仪和/或任何其他合适的检测器。在一些实施例中，一个或多个检测器可以分别是上面在图1和图2中描述的检测器180a-180c和180。

在方法300的操作330中，根据一些实施例，由处理系统(例如处理系统190)基于检测到的晶圆特性确定晶圆轮廓。处理系统可以包括合适的处理电路和软件，其用于通过分析从检测器接收的晶圆特性来生成晶圆轮廓。生成的晶圆轮廓可以适合于用户观看。处理系统可以基于所接收的晶圆特性生成晶圆轮廓。在一些实施例中，处理系统可以基于由检测器测量的晶圆特性来确定在晶圆上形成的薄膜的成分、厚度、粗糙度和任何其他合适的特性。在一些实施例中，处理系统还可以测量在晶圆上形成的半导体结构的尺寸和密度。

另外，处理系统可以基于测量的晶圆特性来确定晶圆的预先存在的(例如，在湿法处理之前)不一致性。例如，检测器可以测量晶圆上的结构的尺寸和密度，并且处理系统可以确定结构尺寸和密度是否在整个晶圆上是一致的(例如，共形的)。在一些实施例中，处理系统可以通过比较整个晶圆上的薄膜厚度来确定晶圆上的区域是欠处理还是过处理的。不可接受或不一致的晶圆特性的一个示例是晶圆的中心区域是欠蚀刻的(例如，较大的剩余薄膜厚度)而外围是过蚀刻的(例如，较小的剩余薄膜厚度)。在一些实施例中，用户或处理系统可以通过比较整个晶圆的表面特性(例如，举例而言，表面粗糙度、薄膜成分和/或任何其他合适的特性)来确定晶圆特性是否一致。在一些实施例中，检测器可以由处理系统操作以进行晶圆特性的一次测量。

基于所确定的晶圆轮廓(其也可以包括任何预先存在的不一致性)，处理系统可以为晶圆生成合适的湿法处理配方或标称处理条件。可替换地，处理系统可以从处理系统或远程服务器内的储存介质中检索合适的处理配方。在一些实施例中，所生成的晶圆轮廓可以存储在储存介质中。处理系统和晶圆的示例可以分别是上述处理系统190和晶圆110。

在方法300的操作340中，根据一些实施例，基于所确定的晶圆轮廓将晶圆暴露于湿法化学处理。在一些实施例中，晶圆轮廓可以在湿法处理之前由处理系统确定，并且处理系统被配置为生成或加载适合于晶圆轮廓的湿法处理配方，使得晶圆处理可以是一致的。例如，处理系统可以调整湿法处理参数，例如喷嘴角度、扫描速度、化学物质流速、晶圆旋转速度和任何其他合适的参数。在一些实施例中，晶圆轮廓可以是动态晶圆轮廓，其中操作检测器以在晶圆处理期间以预定间隔连续测量晶圆特性并周期性地更新晶圆轮廓。因此，检测器可以提供对晶圆处理的连续监测，并将检测到的处理结果发送到处理系统，使得处理系统可以在湿法处理期间实时调整处理配方或室条件。在一些实施例中，表示测量的晶圆特性的数据量可以是比较大的并且被认为是大数据。处理系统可以被配置为接收大数据并对其进行计算分析以揭示与晶圆处理状况和所得到的经处理晶圆有关的模式、趋势和关联性。接收和处理大数据可以是处理系统的反馈机制，以实时或在处理之后微调处理配方，使得可以连续地改善湿法工艺，这又得到了经改善的晶圆处理一致性和器件产量。

处理系统还可以调整湿法处理参数以改善整个晶圆上的处理速率一致性。例如，与晶圆周边附近区域中的蚀刻速率相比，处理系统可以增大基本相似的晶圆中心附近区域中的蚀刻速率。具体地，处理系统可以调整喷嘴的喷嘴角度和/或扫描速度，以增大晶圆中心附近区域的蚀刻速率。图4a-4b示出了在晶圆的各个区域中配置的用于减小处理不一致性的示例性喷嘴角度。图5示出了用于减小处理不一致性的示例性横向喷嘴扫描速度配置，其中相对于沿晶圆半径的各个喷嘴位置绘制喷嘴的扫描速度。为了便于说明，图4a-4b所示的、与图1-2中所示的结构相似的结构可以使用相同的标记；然而，这种重复本身并不表明所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。

图4a-4b示出了喷嘴130位于晶圆110的上方。仅仅为了便于描述，可以将晶圆110划分为中心区域412和外围区域414。中心区域412可以是晶圆半径的距晶圆中心约15％以内的区域，而外围区域414覆盖晶圆除中心区域之外的剩余部分。在一些实施例中，中心区域412和外围区域414可以是晶圆110上的任何合适的区域，例如，中心区域412所具有的半径可以约为晶圆半径的2％、5％、10％、20％或任何合适比率，这取决于薄膜成分、在晶圆上形成的结构和晶圆半径。作为示例，晶圆110可以是半径为150mm的12英寸(例如，300mm)晶圆。在一些实施例中，中心区域412的半径可为约20mm。由于中心区域412内的区域与外围区域414上的区域相比具有较低的切向速度，因此反应的化学物质倾向于聚积在中心区域412内并降低中心区域412内的处理速率。

处理系统可以被配置为通过相对于晶圆110的顶表面将喷嘴角度ω调整为锐角(例如，小于90°)来去除反应的化学物质并补充未反应的化学物质。如配置402(其中喷嘴130位于中心区域412的上方)所示，喷嘴130可以相对于晶圆110为第一锐角ω1。当通过喷嘴130将未反应的化学物质分配到晶圆110上时，由于未反应的化学物质的动量变化，力f施加到晶圆110上。为简单起见，力f也以第一锐角ω1施加到晶圆110上。力f可以分解成沿水平x轴和垂直z轴的分量，分别由fx和fz表示。可以确定fx＝fcosω1和fz＝fsinω1。水平力分量fx可以将积聚的反应的化学物质横向推离中心区域412并推向晶圆的周边。同时，由喷嘴130分配的未反应的化学物质取代被去除的反应的化学物质并与晶圆110上的薄膜或结构反应。由于水平力分量fx随着第一锐角ω1减小而增大，所以处理系统可以基于需要多快地将积聚的反应的化学物质移向晶圆周边来设置第一锐角ω1。在一些实施例中，第一锐角ω1可以在约30°和约75°之间。例如，第一锐角ω1可以在约30°和约45°之间。在一些实施例中，第一锐角ω1可以在约45°和约75°之间。在一些实施例中，喷嘴130在中心区域412内的横向扫描速度可以在约40mm/min和约80mm/min之间。

在一些实施例中，处理系统可以控制化学物质开关，使得可以从喷嘴130以更大的流速分配化学物质，这又增大了反应的化学物质从中心区域412去除的速率。在一些实施例中，处理系统还可以调整喷嘴130的位置和相应的扫描速度。如图5所示，通过从中心区域412的边界(例如，距离晶圆中心-20mm)开始移动经过晶圆的中心(例如，原点)，并且到达中心区域412的相对边界(例如，距离晶圆中心20mm)，喷嘴130移动经过中心区域412。处理系统可以将喷嘴130配置为在上述扫描运动的持续时间内以相对低的扫描速度移动。例如，喷嘴可以以约60mm/min的横向扫描速度移动。在一些实施例中，可以使用任何合适的横向扫描速度。

当处理系统将喷嘴130从中心区域412移动到外围区域414中时，处理系统可以调整喷嘴角度以及横向扫描速度。例如，处理系统可以将喷嘴130和晶圆110的顶表面之间的锐角增大到第二锐角ω2，并将喷嘴130的横向扫描速度增大到大约100mm/min。在一些实施例中，第二锐角ω2可以大于第一锐角ω1，这是因为与中心区域412中的区域相比，外围区域414中的区域可以具有更大的切向速度，并且可以通过晶圆的旋转更容易地去除反应的化学物质。在一些实施例中，第二锐角ω2可以大于约75°且小于约90°。处理系统可以将喷嘴130配置为在上述扫描运动的持续时间内以相对高的扫描速度移动。在一些实施例中，喷嘴130在外围区域414内的横向扫描速度可在约80mm/min和约120mm/min之间。

在方法300的操作350中，根据一些实施例，可以在湿法化学处理期间调整湿法化学处理的参数。在一些实施例中，可以根据实时处理状况和由检测器检测到并由处理系统分析的处理结果来调整湿法化学处理的参数。响应于处理结果在预定变化阈值内，处理系统可以保持湿法处理的一个或多个参数的当前设置值。另一方面，响应于检测器检测到的处理结果在预定阈值之外，处理系统可以被配置为调整湿法处理的一个或多个参数，使得湿法处理在整个晶圆上一致。

在一些实施例中，处理不一致性的示例可以包括蚀刻速率变化、薄膜厚度变化、生长速率变化以及整个晶圆上的任何其他合适的变化。在一些实施例中，不一致性阈值可以是整个晶圆上大于5％、10％、25％或任何合适的变化阈值的变化。用于湿法处理的一个或多个参数可以是喷嘴130的横向喷嘴扫描速度、位置和角度、晶圆110的旋转速度、化学溶液145的流速、其组合、以及任何其他合适的处理参数。例如，处理系统可以根据晶圆的各个区域中的薄膜的处理速率来实时调整处理参数。具体地，响应于在湿法蚀刻工艺期间晶圆的区域被过蚀刻，处理系统可以设置更大的横向扫描速度以减少分配在该区域上的化学物质的量。例如，在设计的用于将薄膜厚度减小50nm的蚀刻工艺期间，检测器可以在处理期间检测到晶圆中心区域中的薄膜厚度已经减小了20nm而晶圆的外围中的薄膜厚度已经减小了40纳米。

处理系统可以被配置为基于检测到的厚度差来调整处理参数，并且增大晶圆中心区域中的蚀刻速率，使得去除的薄膜厚度在中心和外围上一致。作为示例，当喷嘴位于中心区域上方时，处理系统可以减小喷嘴的横向扫描速度，和/或当喷嘴位于外围区域上方时，处理系统可以增大横向扫描速度。扫描速度差可以增大中心区域中的相对蚀刻速率。另外，处理系统还可以基于处理状况实时调整喷嘴角度。例如，响应于在晶圆区域中检测到较低处理速率，可以由处理系统将喷嘴角度调整到较小的值，从而可以以更大的速率去除反应的化学物质。在一些实施例中，处理系统可以增大或减小晶圆的合适区域中的化学物质流速，以调整处理速率和条件，使得整个晶圆上的处理一致。

本公开内容中描述的各个实施例涉及用于改善湿法处理系统中的晶圆处理一致性的系统和方法。更具体地，本公开内容涉及一种晶圆处理系统，其被配置为在湿法处理工艺之前检测并确定晶圆轮廓，使得根据晶圆轮廓定制每个湿法工艺。此外，晶圆处理系统还被配置为通过以相对于晶圆表面可调整的角度放置晶圆喷嘴、以及基于晶圆的目标部分以可调整扫描速度移动喷嘴来减小晶圆处理的不一致性。另外，本公开内容中描述的实施例可以提供例如诸如三维nand存储器件之类的半导体器件中的改善的晶圆处理一致性和减小的厚度变化等益处。改善的晶圆处理一致性又确保并改善3dnand存储器件的性能和产量。

以上对具体实施例的描述将充分揭示本发明的总体性质，以使得其他人可以通过应用本领域技术内的知识容易地修改和/或改变这些具体实施例的各种应用，而无需过度实验，且不脱离本发明的总体构思。因此，基于本文给出的教导和指导，这样的改变和修改旨在处于所公开的实施例的等同要件的含义和范围内。应该理解的是，本文中的措辞或术语是出于描述的目的而非限制的目的，使得本说明书的术语或措辞将由本领域技术人员根据教导和指导来解释。

上面已经借助于功能构件块描述了本公开内容的实施例，该功能构件块示出了特定功能及其关系的实施方式。为了描述的方便，本文任意定义了这些功能构件块的边界。只要适当地执行了特定功能和关系，就可以定义可替换的边界。

发明内容和摘要部分可以阐述由(一个或多个)发明人设想的本公开内容的一个或多个但不是全部的示例性实施例，并且因此不旨在以任何方式限制本公开内容和所附权利要求。

本公开内容的广度和范围不应受任何上述示例性实施例的限制，而应仅根据所附权利要求及其等同要件来限定。