[发明专利]基板的清洗方法及装置

说明书

本发明揭示了一种基板(2010、3010、4010、5010、6010、7010、8010)清洗方法，包括以下步骤：将基板(2010、3010、4010、5010、6010、7010、8010)放置在基板保持装置(1314)上；将清洗液输送到基板(2010、3010、4010、5010、6010、7010、8010)表面；实施预处理工艺以从基板(2010、3010、4010、5010、6010、7010、8010)表面分离气泡(2050、2052、3050、4050、5050、6050、7052、70584、7056、8052、8054、8056)；以及实施超声波或兆声波清洗工艺以清洗基板(2010、3010、4010、5010、6010、7010、8010)。

技术领域

本发明涉及基板的清洗方法及装置，更具体地，涉及从基板表面分离气泡以避免在清洗过程中气泡破坏性内爆，从而更有效地去除基板上图案结构中的微小颗粒。

背景技术

半导体器件是在半导体基板上经过一系列不同的加工步骤形成晶体管和互连线而制成的。近年来，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基板电连接在一起，需要在半导体基板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半导体器件的一部分。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。

为了在半导体基板上形成鳍型场效应晶体管和互连结构，半导体基板需要经过多个步骤，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基板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/或槽和通孔中的颗粒和污染物，需要进行湿法清洗。特别是，当器件制造节点延伸至16或14nm以及更小时，鳍和/或槽和通孔的侧壁损失是维持临界尺寸的关键。为了减小或消除侧壁损失，应用温和的、稀释的化学试剂，或有时只用去离子水是非常重要。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，例如超声波或兆声波，来有效去除这些微粒。超声波或兆声波会产生气穴振荡为基板结构提供机械力，这些猛烈的气穴振荡例如不稳定的气穴振荡或微喷射将损伤这些图案结构。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。

图1A和图1B描述了在清洗过程中，不稳定的气穴振荡损坏基板1010上的图案结构1030。不稳定的气穴振荡可由用于清洗基板1010的声能产生。如图1A和图1B所示，由气泡1050内爆产生的微喷射发生在图案结构1030顶部的上方且非常猛烈(能达到几千大气压及几千摄氏度)，这将会损坏基板1010上的图案结构1030，尤其当特征尺寸t缩小到70nm或更小时。

通过控制清洗过程中的气泡的气穴振荡克服了由气泡内爆引起的微喷射导致的基板图案结构损坏。可以在整个基板上实现稳定或可控的气穴振荡，以避免图案结构的损坏，这已在2015年5月20日提交的专利申请号为PCT/CN2015/079342中公开。

在某些情况下，即使将用于清洗基板的超声波或兆声波的功率强度降至很低(几乎没有颗粒去除率)，基板图案结构的损坏仍会发生，损坏的数量仅为少数(100以下)。然而，在超声波或兆声波辅助的清洗过程中，气泡的数量通常有数万个。基板图案结构的损坏数量与气泡的数量是不匹配的，这种现象的机理尚不清楚。

发明内容

根据本发明的一个方面，揭示一种基板清洗方法，包括以下步骤：将基板放置在基板保持装置上；将清洗液输送到基板表面；实施预处理工艺以从基板表面分离气泡；以及实施超声波或兆声波清洗工艺以清洗基板。