[发明专利]清洗基板的方法和装置

说明书

本发明揭示了清洗基板的方法和装置，该基板(1010)包括图案结构特征(4034)。清洗基板的方法包括将基板放置在可以使基板旋转的基板保持装置(1014)上；输送清洗液(1032)到基板上；当通过换能器(1004)向清洗液施加声能时，通过基板保持装置以第一速率旋转基板；当换能器没有向清洗液施加声能时，通过基板保持装置以高于第一速率的第二速率旋转基板。

技术领域

本发明涉及清洗基板的方法和装置，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基板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换能器施加到流体上。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.6,843,257B2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

根据本发明的一个方面，提出一种清洗基板的方法，该基板包括图案结构特征，该清洗基板的方法包括：将基板放置在可以使基板旋转的基板保持装置上；输送清洗液到基板上；当通过换能器向清洗液施加声能时，通过基板保持装置以第一速率旋转基板；当换能器没有向清洗液施加声能时，通过基板保持装置以高于第一速率的第二速率旋转基板。

根据本发明的另一个方面，提出一种清洗基板的方法，该基板包括图案结构特征，该清洗基板的方法包括：对基板进行预处理以去除吸引气泡的缺陷；输送清洗液到基板上；基于定时器控制换能器的电源，从而在预定的第一时段以第一频率和第一功率水平向清洗液传递声能；以及基于定时器控制换能器的电源，从而在预定的第二时段以第二频率和第二功率水平向清洗液传递声能；其中以预定数目的循环将该第一和第二时段先后交替施加。