静电去除基材表面异物的装置和方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请涉及rotondaro等人提出的名称为“apparatusandmethodtoelectrostaticallyremoveforeignmatterfromsubstratesurfaces[静电去除衬底表面异物的装置和方法]”的美国专利申请号62/739,482并要求其优先权，该申请的披露内容明确地通过援引以其全文并入本文。

背景技术：

本披露内容涉及衬底加工。具体而言，本披露内容提供了一种去除衬底表面异物的装置和方法。

在衬底加工期间，在各种加工步骤期间衬底上不需要的异物(例如，不需要的微粒)可能导致在衬底上形成的各种结构中形成缺陷。例如，在衬底上形成半导体结构期间，在各种工艺步骤(诸如但不限于沉积、刻蚀、注入、氧化等工艺步骤)期间衬底上存在的微粒可能导致在半导体结构中形成缺陷。因此，需要作为衬底工艺流程的一部分去除衬底上的微粒。

已知使用各种形式的物理技术和化学技术来去除衬底表面上的微粒。然而，这些技术中的许多技术具有局限性，因为在试图去除微粒期间底层和图案可能受到损坏。因此，需要改进的微粒去除技术。

技术实现要素：

在一个示例性实施例中，本文描述了一种用于减小微粒与衬底表面之间的吸引力以辅助去除衬底表面上的微粒的新颖技术。更具体而言，利用一种多电极吸盘来辅助清洁衬底。利用该多电极吸盘减小微粒与该衬底之间的吸引力并移动该衬底表面上存在的松动微粒。使用在电极偏压波之间具有相移的交流(ac)电压对该吸盘的电极进行偏压。该衬底表面上所产生的电场波通过使微粒极化来将微粒松动，并使松动的微粒跨衬底移动。

在一个示例实施例中，提供了一种衬底加工系统。该衬底加工系统被配置为去除衬底表面上的微粒。该衬底加工系统包括吸盘和该吸盘内的多个电极，该吸盘被配置为将衬底放置在其上，这些电极在整个吸盘上以重复的间隔模式提供。该衬底加工系统进一步包括耦合至该多个电极的多个电压，该多个电压是交流电压，该多个电压包括多个不同的电压信号，该多个不同的电压信号彼此之间相移。提供该多个电极与该多个电压之间的耦合以使得向相邻的电极提供该多个不同电压信号中的不同电压信号，该多个不同电压信号中的不同电压信号彼此之间相移，该多个电极和该多个电压被布置为使得在该衬底表面上产生交流电位场。进一步地，该多个电极的宽度等于这些电极的顶部与该衬底的上表面之间的高度，在±20％范围内。

在另一示例实施例中，披露了一种去除衬底表面上的微粒的方法。该方法可以包括提供衬底加工工具、在该衬底加工工具内提供吸盘、在该吸盘内提供多个电极、以及在该吸盘上提供该衬底。该方法进一步包括向该多个电极提供多个相移交流电压，这些相移交流电压与该多个电极以使得相邻电极具有相移的电压的模式进行耦合。该方法还包括通过使用该多个电极和该多个相移交流电压在衬底表面上产生电位，以及利用该衬底表面上的电位通过使微粒跨衬底表面移动来去除表面上的微粒。

在又一示例实施例中，披露了一种去除半导体晶片的表面上的微粒的方法。该方法包括提供半导体加工工具、提供用于将半导体晶片固持在该半导体工具内的吸盘、以及在该吸盘内提供多个电极。该方法进一步包括向该多个电极提供至少三个相移交流电压，该至少三个相移交流电压与该多个电极以使得相邻电极具有相移的电压的模式进行耦合。该方法还包括通过使用该多个电极和该至少三个相移交流电压在半导体晶片的表面上产生电位。该方法进一步包括利用半导体晶片的表面上的电位通过使微粒跨半导体晶片表面移动来去除表面上的微粒，其中，由于该至少三个相移交流电压的相移，半导体晶片的表面上的电位在整个半导体晶片上交变。

附图说明

通过参考以下结合附图的描述，可以获取对本发明及其优点的更透彻的理解，其中，相似的附图标记指示相似的特征。然而，应当注意的是，这些附图仅展示了所披露的概念的示例性实施例，并且因此不被认为限制了范围，因为所披露的概念可以承认其他同等有效的实施例。

图1展示了利用多电极吸盘和相移电压的示例的示例性系统。

图1a展示了相移电压的曲线图。

图2展示了可以去除衬底上的微粒的力。

图3展示了利用多电极吸盘和相移电压的示例在衬底表面上产生的示例性电位。

图4展示了多电极吸盘和衬底的示例性尺寸。

图5展示了吸盘内的多个电极的示例性模式。

图6展示了吸盘内的多个电极的另一示例性模式。

图7展示了利用多电极吸盘的示例性衬底加工工具。

图8至图9展示了利用本文所描述的微粒去除技术的示例性方法。

具体实施方式

在一个示例性实施例中，本文描述了一种用于减小微粒与衬底表面之间的吸引力以辅助去除衬底表面上的微粒的新颖技术。更具体而言，利用一种多电极吸盘来辅助清洁衬底。利用该多电极吸盘减小微粒与该衬底之间的吸引力并移动该衬底表面上存在的松动微粒。使用在电极偏压波之间具有相移的交流(ac)电压对该吸盘的电极进行偏压。该衬底表面上所产生的电场波通过使微粒极化来将微粒松动，并使松动的微粒跨衬底移动。

多电极吸盘可以用作独立清洁工艺的一部分，或可以结合各种湿法工艺或干法工艺来使用。在一个实施例中，电极可以被配置为在电极之间具有三个相移，每个相移为120度。然而，将认识到可以利用更多或更少的相移。每个电极可以与其他相邻的相移电极绝缘，并且与可以位于多电极吸盘上的衬底绝缘。用于使微粒跨衬底移动的静电力由相移电极产生，如下文更详细地描述的。进一步地，这种技术能够实现微粒的去除，而不会导致图案损坏或以其他方式影响衬底的图案完整性。

通过使用电荷调制，可以去除衬底上的各种工艺点中的任何工艺点处的微粒。因此，所描述的多电极吸盘和静电移动技术可以用作各种等离子体设备(包括刻蚀和沉积)、化学气相沉积设备、清洁设备、注入设备等的一部分。如前所述，该设备可以包括湿法工艺设备或干法工艺设备。进一步地，本文所描述的技术不限于衬底工艺流程中的特定工艺步骤。在一个实施例中，衬底可以是其上形成有一个或多个半导体加工层的半导体衬底。在另一实施例中，半导体衬底是半导体晶片。如前面所述，可以使用所描述的清洁技术来去除衬底工艺流程的各种点中的任何点处的异物。例如，本文所描述的技术可以在生产线工艺步骤的前端使用或在生产线工艺步骤的后端使用。

图1展示了系统100，其展示了本文所描述的至少一些技术。如图1所示，在吸盘110上提供衬底105。衬底105具有衬底表面107。衬底表面107是想要去除微粒或异物的表面。多个电极115可以嵌入吸盘110的电介质内。电极115连接至电压v1(t)120、v2(t)125和v3(t)130。电压v1(t)120、v2(t)125和v3(t)130中的每一者可以是ac电压。进一步地，每个电压的相位可以与其他电压偏移。例如，v1(t)120可以与v2(t)125相移120度，v2(t)125可以与v3(t)130相移120度，并且v3(t)130可以与v1(t)120相移120度。图1a展示了电压v1(t)120、v2(t)125以及v3(t)130作为电压和时间的函数的示例性曲线图。因此，在一个实施例中，可以如图所示提供至少三个相移电压。将认识到，使用三个不同的相移电压仅仅是示例性的，本文所描述的技术可以使用另一数量的相移电压。进一步地，电压之间的相移量可以大于或小于120度的相移。在图1中，为了便于展示，仅示出了衬底105和吸盘110的一部分。因此，将认识到，与图中示出的相比，衬底105和吸盘110具有延伸的边界，于是可以提供更多所示出的电极115以延伸到这种边界。吸盘110可以由各种材料组成，因为本文所描述的技术不限于特定类型的吸盘。在一个示例中，吸盘110可以由阳极氧化铝组成，其中电极115嵌入电介质中。在另一实施例中，吸盘110可以由烧结陶瓷组成，其中电极115嵌入电介质中。可以利用各种类型的接线将电极115连接至电压源。在一个实施例中，可以利用包在聚酰亚胺膜内的铜接线。

提供至电极115的电压将在吸盘110、衬底105内以及衬底表面107上产生电压电位。这些电压可以用于抵消可将微粒吸引至表面的力(例如，范德华力和毛细管力)。更具体而言，衬底表面107上的电压电位可以在微粒200上提供力，诸如图2所示的垂直于衬底表面107的力205。另外，电压v1(t)120、v2(t)125和v3(t)130的交变性质以及这些电压之间的相移还可以产生平行于衬底表面107的力，诸如图2所示的力210。力205和力210可以由库仑力和电泳力产生。力205和力210可以导致微粒200跨衬底表面107移动，从而可以将微粒200从衬底105去除。微粒的电动移动和静电移动由表面上的电压电位的“电帘(electriccurtain)”效应产生。已在如下文献中对带电微粒的这种移动进行了更详细地描述：nasa技术报告第tr-792-7-207a号，“lunardustdegradationeffectsandremoval/preventionconcepts[月尘降解效应和去除/预防概念]”，tatom等人，1967年6月；《日本电气工程》第93卷第1号，“theoreticalcharacteristicsofstanding-waveelectriccurtains[驻波电帘的理论特性]”，masuda等人，1973年；以及nasa静电和表面物理实验室，“particleremovalbyelectostaticanddielectrohoreticforcesfordustcontrolduringlunarexplorationmissions[探月任务期间为控制灰尘使用静电力和电泳力去除微粒]”，calle等人，2009年。

图3展示了叠加在图1的结构上的在衬底表面上的电压电位。如图3所示，电压v1(t)120、v2(t)125和v3(t)130的相移将在给定时间产生电压电位，如电压电位曲线图300所示。如图3所示，示出了特定时刻的电压电位。由于电压v1(t)120、v2(t)125和v3(t)130是交变的，曲线图300所示的衬底表面电压电位将同样地交变，从而在例如箭头310所示的方向上产生跨衬底表面移动的电压波。这种电压电位变化将有助于如所描述的通过上述力推动微粒跨过衬底表面。

移动位于衬底表面上的微粒的能力将取决于衬底105、吸盘110和电极115的各种几何形状的关系，因为这种几何形状将影响力的绝对值以及力在整个表面上的梯度。如图4所示，电极可以具有宽度w和间距g。衬底105可以具有厚度h2，并且电极可以嵌入电介质中，电介质具有从电极115到吸盘表面的示出为厚度h1的电介质厚度。因此，从电极115到衬底表面107的总厚度为h＝h1+h2。

当电极宽度和电极间距变得显著小于总厚度时(w<h且g<h)，衬底表面上的电场梯度变得平滑且太小而不足以移动微粒。相反，如果电极宽度或电极间距变得显著大于总厚度(w>h或g>h)，则在对应于电极边缘位置的衬底表面上可能存在强电场梯度，但也可能存在电泳力很小的区域。进一步地，当间距变得太窄时，电极之间的起弧可能成为问题。因此，w和g都接近厚度h的几何形状是有利的。进一步地，提供近似相等的电极间距和宽度在整个衬底表面上产生足以移动微粒的库仑力。在一个实施例中，将宽度w和间距g的尺寸确定为厚度h的+20％，在另一实施例中，确定为厚度h的±15％，并且在更优选的实施例中，确定为厚度h的±5％。因此，在一个示例性实施例中，电极的至少一个几何特性可能取决于衬底的尺寸。在一个实施例中，电极宽度和电极间距可以在0.3mm至3mm的范围内。

在一个实施例中，衬底可以是半导体晶片，其中，晶片厚度和吸盘内电极上方的电介质的厚度大约为1000微米(约1mm)。在这种情况下，可以提供具有1mm宽度和1mm间距的电极。在这种示例中，可以提供三个相移电压(偏移120度)。电压可以具有1khz至500khz的频率，并且更优选地在1hz至100hz的范围内。电压可以在2000v至8000v的范围内。在一个实施例中，电压可以是100hz、4000v电压。将认识到，可以利用其他电压频率和值，并且可以利用其他几何形状。因此，取决于特定应用，可以改变本文提供的变量。

吸盘内的电极的特定模式可以以各种形式实现。例如，如图5所示，示出了吸盘110(例如，用于与圆形半导体晶片一起使用的吸盘)的俯视图。吸盘110可以具有一系列平行的电极515，这些电极以所示的在整个吸盘110上延伸的平行电极模式嵌入在吸盘中(为了便于展示和理解，非所有电极均示出)。将认识到，如上所述，平行电极515可以嵌入吸盘内，仅出于展示目的以俯视图提供了电极的可视化。可以将平行电极515每隔两个电连接到一起(诸如图1所示)，并且平行电极515设置有三个相移电压，例如每个相移120度。在这种实施例中，使用平行电极515和相移电压导致微粒跨衬底移动(例如，对于图5所示的电极模式，从左到右或从右到左移动)。再如上所述，本文所描述的概念并不限于使用三个电压和三个相移，因为可以利用更多或更少的电压。

在另一实施例中，电极可以由一系列布置成同心圆的电极组成。例如，图6展示了电极615的子集，其可以以圆形方式布置在整个吸盘110内。在图6的这种实施例中，电极615和相移电压的使用导致微粒在从中心到边缘的方向上跨衬底移动。将认识到，图5和图6的模式仅是示例性的，并且结合示例性圆形吸盘示出。可以使用其他吸盘和其他电极模式。模式可以包括例如但不限于正方形电极模式、螺旋型电极模式等。

本文所描述的技术可以用作独立衬底清洁工艺的一部分，或可以用作另一衬底加工步骤的一部分。因此，例如，加工工具可以设置有如本文所描述的被配置为仅用于去除衬底上的微粒的独立加工工具的吸盘和电压源。替代性地，可以结合标准衬底加工工具利用本文所描述的吸盘配置。例如，等离子体加工工具可以具有经改造以提供本文所描述的微粒去除电压和配置的吸盘。因此，等离子体刻蚀或等离子体沉积工具可以在等离子体工艺之前、等离子体工艺期间或等离子体工艺之后包含本文所描述的微粒去除电压的使用。如本领域中已知的，一些等离子体工具可以向上电极和/或下电极提供高频或低频电压(例如，0.2mhz至150mhz范围内)，以辅助等离子体加工。除施加到用于在等离子体系统中产生等离子体的上电极和/或下电极的其他电压外，还可以使用本文所描述的嵌入多电极吸盘中的电极。在其他实施例中，本文所描述的吸盘配置可以与湿法加工工具(包括湿法清洁工具)一起使用以辅助去除衬底上的微粒。在这种情况下，湿法加工工具的吸盘可以适配成如本文所描述的多电极吸盘。可以结合湿法加工工具中产生的流体力来利用本文所描述的力以去除衬底上的微粒。进一步地，吹扫整个衬底的空气射流可以辅助微粒跨衬底的移动。因此，如本文所描述的，通过吸盘提供的电动力和静电力不一定是作用在微粒上以辅助去除衬底上的微粒的唯一力。将认识到，许多其他加工工具也可以利用本文所描述的概念。

可以利用各种技术中的任何技术来产生本文所描述的相移电压(例如，图1中的这三个不同电压信号：电压v1(t)120、v2(t)125和v3(t)130)。应注意，交流电压可以呈多种不同的形式。例如，可以使用正弦电压、方波电压、锯齿形电压或其他电压形状。用于这种交流电压的电压发生器在衬底加工领域是众所周知的。进一步地，每个电压可以由单独的电压发生器产生，或公共电压发生器可以与被提供用于供应相移电压的相移电路系统一起使用。也可以利用其他技术，因为本文所描述的技术不限于特定电压发生器技术。

如上所述，可以在各种加工工具中使用具有多个相移电极的吸盘。一个示例性加工工具在图7中示出。将认识到，图7的实施例展示了等离子体加工工具，但等离子体加工工具的图示仅仅是示例性的，并且本文所描述的技术不限于这种工具。如图7的示例性系统所示，提供了等离子体加工系统700。等离子体加工系统的示例性类型是电容耦合等离子体(ccp)系统，然而，可以使用其他等离子体系统。等离子体加工系统700可以包括加工室705。如本领域中已知的，加工室705可以是受压力控制的室。衬底105(在一个示例中为半导体晶片)可以被固持在平台或吸盘110上。如所示的，可以设置上电极720和下电极725。上电极720可以电耦合至上射频(rf)源730。上rf源730可以以较高频率(fu)提供较高频率电压。下电极725可以电耦合至下rf源740。下rf源740可以以较低频率fl提供较低频率电压。本领域技术人员将认识到，取决于利用等离子体加工系统700的类型，许多其他部件(未示出)可以包括在等离子体加工系统700中，或者可以不包括所示的部件。

提供吸盘电压源702以产生相移电压v1(t)120、v2(t)125和v3(t)130，这种相移电压如上所述的耦合至吸盘110内的电极(未示出)，例如如图1所示。尽管示出为一个电压源，吸盘电压源702可以是多个单独的电压源。替代性地，电压v1(t)120、v2(t)125和v3(t)130可以从系统中的其他源提供，例如各种rf源也可以被配置为提供相移电压v1(t)120、v2(t)125和v3(t)130(甚至包括提供较低非rf电压)。

等离子体加工系统700的部件可以连接到控制单元770并由其控制，该控制单元进而可以连接至相应的存储器存储单元和用户界面(均未示出)。可以经由用户界面执行各种等离子体加工操作，并且可以将各种等离子体加工配方和操作存储在存储单元中。因此，可以利用各种微细加工技术在等离子体加工室内对给定的衬底进行加工。控制单元770可以耦合至等离子体加工系统700的各个部件，以从这些部件接收输入并向这些部件提供输出。控制单元770可以以各种方式实施。例如，控制单元770可以是计算机。在另一示例中，控制单元可以由被编程为提供本文所描述的功能的一个或多个可编程集成电路组成。例如，一个或多个处理器(例如，微处理器、微控制器、中央处理单元等)、可编程逻辑器件(例如，复杂可编程逻辑器件(cpld))、现场可编程门阵列(fpga)等)和/或其他可编程集成电路可以使用软件或其他编程指令进行编程，以实施所禁止的等离子体工艺配方的功能。进一步注意的是，可以将软件或其他编程指令存储在一个或多个非暂态计算机可读介质(例如，存储器存储设备、闪存、动态随机存取存储器(dram)、可重编程存储设备、硬盘驱动器、软盘、dvd、cd-rom等)中，并且软件或其他编程指令当由可编程集成电路执行时使可编程集成电路执行本文所描述的过程、功能和/或能力。也可以实施其他变型。

在操作中，当从上rf源730和/或下rf源740向系统施加功率时，等离子体加工装置使用上电极和下电极在加工室705中产生等离子体760。进一步地，如本领域中已知的，在等离子体760中产生的离子可以被吸附到衬底105上。所产生的等离子体可以用于以各种类型的处理来加工目标衬底(诸如，衬底105或要被加工的任何材料)，该处理诸如但不限于对半导体材料、玻璃材料和大型板进行的等离子体刻蚀处理、化学气相沉积处理，该大型板诸如薄膜太阳能电池、其他光伏电池和用于平板显示器的有机/无机板等。

施加功率导致在上电极720与下电极725之间产生高频电场。然后可以将输送到加工室705的加工气体离解并转化为等离子体。如图7所示的，所描述的示例性系统利用上rf源和下rf源。例如，对于示例性电容耦合的等离子体系统，可以从上rf源730施加大约3mhz至150mhz范围内的高频电功率，并且可以从下rf源施加大约0.2mhz至40mhz范围内的低频电功率。将认识到，本文所描述的技术可以在多种其他等离子体系统中使用。在一个示例系统中，可以切换源(下电极处使用较高频率并且上电极处使用较低频率)。进一步地，双源系统仅作为示例系统示出，并且将认识到，本文所描述的技术可以与其中仅将频率电源提供给一个电极、利用直流(dc)偏置源或利用其他系统部件等的其他系统一起使用。如上所述，本文所描述的技术可以在其他类型的等离子体系统中实施，并且还可以在非等离子体加工工具中实施。

将认识到的是，以上所述的应用仅仅是示例性的，并且许多其他工艺和应用也可以有利地使用本文所披露的技术。图8至图9展示了使用本文所描述的加工技术的示例性方法。将认识到，图8至图9的实施例仅是示例性的，并且附加的方法可以利用本文所描述的技术。进一步地，可以将附加的加工步骤添加到图8至图9所示的方法，因为所描述的步骤不旨在是排他性的。此外，步骤的顺序不限于图中所示的顺序，因为可能出现不同的顺序和/或可以组合地或同时地执行各种步骤。

如图8所示的，披露一种去除衬底表面上的微粒的方法。该方法包括步骤805：提供衬底加工工具、在该衬底加工工具内提供吸盘、在该吸盘内提供多个电极、以及在该吸盘上提供衬底。该方法还包括步骤810：向该多个电极提供多个相移交流电压，这些相移交流电压与该多个电极以使得相邻电极具有相移的电压的模式进行耦合。该方法进一步包括步骤815：通过使用该多个电极和该多个相移交流电压在该衬底表面上产生电位。该方法还包括步骤820：利用该衬底表面上的电位通过使微粒跨衬底表面移动来去除该表面上的微粒。

如图9所示的，披露一种去除半导体晶片的表面上的微粒的方法。该方法包括步骤905：提供半导体加工工具、提供用于将半导体晶片固持在该半导体工具内的吸盘、以及在该吸盘内提供多个电极。该方法进一步包括步骤910：向该多个电极提供至少三个相移交流电压，该至少三个相移交流电压与该多个电极以使得相邻电极具有相移的电压的模式进行耦合。该方法还包括步骤915：通过使用该多个电极和该至少三个相移交流电压在半导体晶片的表面上产生电位。该方法进一步包括步骤920：利用半导体晶片的表面上的电位通过使微粒跨该半导体晶片表面移动来去除表面上的微粒，其中，由于该至少三个相移交流电压的相移，半导体晶片的表面上的电位在整个半导体晶片上交变。

鉴于该描述，本发明的进一步修改和替代性实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，该描述将被解释为仅是说明性的，并且是为了教导本领域技术人员实施本发明的方式。应当理解的是，在本文示出和描述的本发明的形式和方法将被视为目前的优选实施例。均等技术可以替代本文所展示和描述的技术，并且本发明的某些特征可以独立于其他特征的使用来利用，所有这些对于受益于本发明的描述的本领域技术人员来说都将是显而易见的。