[发明专利]高吞吐量清洁室

说明书

相关申请 

本申请主张享有序列号为61/040,023，申请日为2008年3月27日的美国临时申请，以及序列号为12/145,707，申请日为2008年6月25日的美国专利申请的优先权，通过引用将这些申请中每一个的内容并入本文。 

技术领域

本发明大体涉及半导体、数据存储器、平板显示器以及相关或其它行业中使用的工艺设备领域。尤其是，本发明涉及位于清洁室内的旋转级晶圆搬运机。 

背景技术

自从半导体器件在几十年前被首次引入之后，这些器件的几何结构(即，集成电路设计规则)已经在尺寸上显著减小了。集成电路(IC)通常遵循“摩尔法则”，意思是单一集成电路芯片上存在的器件的数量每两年会翻一番。当前的IC制造设施通常生产特征尺寸为65nm(0.065μm)的器件，未来的工厂(fabs)不久之后将会生产具有甚至更小的特征尺寸的器件。 

不足为奇，半导体集成电路制造是涉及一系列准确、精确并且可重复的协调操作的复杂工艺。在各制造操作过程中，半导体衬底(例如，半导体晶圆)表面被多层残留物污染，其中残留物是由微 粒、有机材料、金属杂质(例如，铜(Cu)、铝(Al)、钛(Ti)和钨(W))以及原生氧化物(例如，二氧化硅)组成的。 

半导体处理中一个愈加重要的任务是在后续处理步骤之前对晶圆表面的清洁和准备(preparation)。这种清洁的目标是从晶圆表面除去污染物和原生氧化物。事实上，晶圆清洁是集成电路制造中重复最频繁的操作，而且是半导体设备行业最重要的环节之一。然而，每个集成电路器件的新生代都变得越来越难以清洁。例如，当代工厂中所有工艺步骤的大概20％是清洁步骤。随着设计规则的每次进步，清洁步骤的百分比持续增加。在清洁次数增加的同时，杂质浓度、微粒尺寸和数量、水和化工品的使用以及表面微观粗糙度的量也持续增加。现在不仅在每个新工艺程序之前需要晶圆清洁，而且经常需要附加步骤以在生产运行之后清洁工厂工艺工具。 

存在两类主要的清洁工艺：湿法清洁方法和干法清洁方法。液体化工品清洁工艺(通常被称为湿法清洁)依靠溶剂、酸和水的结合以从晶圆表面喷淋、擦洗、蚀刻和溶解污染物。干法清洁工艺使用气相化学物质，并依靠晶圆清洁所需的化学反应，以及其它技术，比如激光、离子、烟雾剂和臭氧化的化学物质。通常，干法清洁方法使用更少的化工品并且对环境较不危险，但是效果通常不像湿法清洁那么好，特别是对于微粒除去。 

对于湿法化工品清洁方法，1965年开发出来的RCA清洁仍旧构成大多数前端制程(FEOL)湿法清洁的基础。典型RCA型清洁程序开始于硫酸/过氧化氢(H₂SO₄/H₂O₂，通常被称为“食人鱼(piranha)蚀刻”)溶液，然后在稀释的氢氟酸(HF)中浸泡。标准清洁第一操作(“SC-1清洁”)使用氢氧化铵/过氧化氢/水(NH₄OH/H₂O₂/H₂O，也被称为“碱食人鱼”)溶液除去微粒，而标准清洁第二操作(“SC-2清洁”)使用氯化氢/过氧化氢/水(HCl/H₂O₂/H₂O)溶液除去金属。尽管在分析技术、化工品清洁度和去离子(ID)水方面有越来越严 格的工艺需要和增强的进步，然而基础清洁配方自从这种清洁技术被第一次引入以来保持大体不变。因为环境原因和成本效益在40年前不是主要问题，RCA清洁程序在这些方面远远不是最佳的，因此必须被高效并且高成本效益地应用。 

或许更重要的是，从以产量和成本为基础的立场来看，清洁工艺中使用的设备的类型正成为主要的驱动。清洁工艺必须是有效的，但它又必须很快。目前生产300毫米晶圆的当前吞吐量的需要是360个晶圆每小时。目前，各系统使用线性晶圆移动，这种移动在晶圆载具返回到晶圆清洁工具中的起始点时需要无产能时间段。因此，晶片搬运很慢。已提出的增加吞吐量的方案集中在并行连接多个清洁工具。这种方案在增加衬底吞吐量的同时，是以工具占地面积、更高的设备成本和更低的可靠性为代价的。 

现在可得到的半导体衬底清洁设备遭受清洁晶圆的高单位成本、高拥有成本、扩展性的欠缺和不能轻易地适应于各种处理序列或增加半导体晶圆尺寸的困扰。在造成晶圆清洁成本增加的许多因素中，在各位置间移动半导体晶圆的晶圆搬运机的资本费用是很大的开销。相应地，需要在半导体晶圆清洁领域进行改进，尤其是设备可靠性、吞吐量和效率。 

发明内容