[发明专利]清洗衬底的方法和装置

说明书

本发明公开了一种使用超/兆声波装置(1003,3003,16062,17072)有效清洗衬底(20010)上的通孔(20034)、槽(20036)或凹进区域的方法，包括：将液体(1032)喷射到衬底(20010)和超/兆声波装置(1003,3003,16062,17072)之间的间隙中；设置超/兆声波电源的频率为f₁，功率为P₁以驱动超/兆声波装置(1003,3003,16062,17072)；在气泡总体积和衬底(20010)上的通孔(20034)、槽(20036)或凹进区域的体积的比值增大到第一设定值后，设置超/兆声波电源的频率为f₂，功率为P₂以驱动超/兆声波装置(1003,3003,16062,17072)；在气泡总体积和衬底(20010)上的通孔(20034)、槽(20036)或凹进区域的体积的比值减小到第二设定值后，再次设置超/兆声波电源的频率为f₁，功率为P₁；重复以上步骤直到衬底(20010)洗净。

技术领域

本发明涉及清洗衬底的方法和装置，尤其涉及控制在清洗过程中超声波/兆声波装置产生的气穴振荡以在整片衬底上获得稳定或可控的气穴振荡，有效去除具有高深宽比的通孔、槽或凹进区域内的微粒。

背景技术

半导体器件是在半导体衬底上经过一系列不同的加工步骤形成晶体管和互连线。近来，晶体管的建立由两维发展到三维，例如鳍型场效应晶体管和3D NAND存储器。为了使晶体管终端能和半导体衬底电连接在一起，需要在半导体衬底的介质材料上做出导电的(例如金属)槽、孔及其他类似的结构作为器件的一部分。槽和孔可以在晶体管之间、内部电路以及外部电路传递电信号和能量。

为了在半导体衬底上形成鳍型场效应晶体管和互连结构，半导体衬底需要经过多个步骤，例如掩膜、刻蚀和沉积来形成所需的电子线路。特别是，多层掩膜和等离子体刻蚀步骤可以在半导体衬底的电介质层形成鳍型场效应晶体管，3D NAND闪存单元和/或凹陷区域的图案作为晶体管的鳍和/或互连结构的槽和通孔。为了去除刻蚀或光刻胶灰化过程中在鳍结构和/或槽和通孔中产生的颗粒和污染，必须进行湿法清洗。特别是，当器件制造节点不断接近或小于14或16nm，鳍和/或槽和通孔的侧壁损失是维护临界尺寸的关键。为了减少或消除侧壁损失，应用温和的，稀释的化学试剂，或有时只用去离子水非常重要。然而，稀释的化学试剂或去离子水通常不能有效去除鳍结构，3D NAND孔和/或槽和通孔内的微粒，因此，需要使用机械力来有效去除这些微粒，例如超声波/兆声波。超声波/兆声波会产生气穴振荡来为衬底结构提供机械力，猛烈的气穴振荡例如不稳定的气穴振荡或微喷射会损伤这些图案化结构。维持稳定或可控的气穴振荡是控制机械力损伤限度并有效去除微粒的关键参数。在3D NAND孔结构中，不稳定的气穴振荡可能不会损坏孔结构，但是，孔内气泡饱和会停止或降低清洗效果。

在美国专利No.4,326,553中提到可以运用兆声波能量和喷嘴结合来清洗半导体衬底。流体被加压，兆声波能量通过兆声波传感器施加到流体上。特定形状的喷嘴喷射出带状的液体，在衬底表面上以兆声波频率振动。

在美国专利No.6,039,059中提到一个能量源振动一根细长的探针将声波能量传递到流体中。在一个例子中，流体喷射到衬底正反两面，而将一根探针置于靠近衬底上表面的位置。在另一个例子中，将一根短的探针末端置于靠近衬底表面的位置，在衬底旋转过程中，探针在衬底表面移动。

在美国专利No.6,843,257 B2中提到一个能量源使得一根杆绕平行于衬底表面的轴振动。杆的表面被刻蚀成曲线树枝状，如螺旋形的凹槽。

为了有效去除具有高深宽比的通孔、槽或凹进区域内的微粒，需要一种好的方法来控制在清洗过程中超声波/兆声波装置产生的气穴振荡以在整片衬底上获得稳定或可控的气穴振荡。

发明内容