CN107838116A - 用于液体颗粒预先判定的方法和*** - Google Patents

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Abstract

描述了用于预先判定用于处理腔室的部件的***。所述***可以用于将颗粒从腔室部件清除并且同时量化清洁度。所述***可以用于在将替换零件发送到用于安装的客户地点之前对替换零件进行判定。所述***具有由不可渗透的阻挡层分开的三个相邻的隔室。所有三个隔室在清洁腔室部件时被填充有液体。中心隔室容纳用于清洁和判定的被浸没的部件。处于中心隔室的任一侧的两个隔室经构造而具有浸没式超声换能器，用于将超声能量输送至正在进行清洁和预先判定的部件的任一侧。液体泵被连接至清洁桶以再循环来自清洁浴的水，并且另一个液体泵经构造以移除少量的清洁浴以对颗粒进行取样。

Description

用于液体颗粒预先判定的方法和***
相关申请的交叉引用
本申请主张于2016年9月19日提交的美国专利申请第15/269,324号的权益，该专利申请的全部公开内容在本文为了所有目的以引用的方式并入本文。
技术领域
本文所述实施方式涉及确定制造设备和子部件的清洁度。
背景技术
在半导体基板处理中，朝越来越小的特征尺寸和线宽的趋势强调以更好的精确度在半导体基板上掩蔽、蚀刻和沉积材料的能力。由于半导体特征缩小，器件结构变得更加易碎。同时，被定义为使器件失去功能(non-functional)的粒度的致命缺陷尺寸变得更小并且更难以从表面移除。因此，减少器件损坏是清洁工艺发展的主要动力之一。因此，这种朝越来越小的特征尺寸的趋势强调半导体制造工艺的清洁度，包括用于此类工艺中的腔室部件零件。
清洁工艺可以在客户地点(customer site)处或在主要半导体制造设施处的腔室子部件和替换零件上执行。确定子部件和替换零件的清洁度可在安装之前作为单独操作而被执行。清洁度的确定可能涉及在单独的设备或甚至是单独的设施中执行的清洁和判定。这通常不期望地涉及将颗粒从清洁工具转移进入单独的分析工具。样本可能甚至被转移至单独的设施或单独的公司以执行判定中涉及的分析。
需要用于清洁腔室部件零件的改进的设备和工艺，这种改进的设备和工艺提供了将颗粒污染物从腔室部件的改良的移除，同时显著减少任何延迟，直至腔室零件符合最终用途。
发明内容
描述了用于预先判定用于处理腔室的部件的***。所述***可以用于将颗粒从腔室部件清除并且同时将清洁度量化。所述***可以用于在将替换零件发送至客户地点(customer site)进行安装之前对替换零件进行判定。所述***具有由不可渗透的阻挡层分开的三个相邻的隔室。所有三个隔室在清洁腔室部件时被填充有液体。中心隔室容纳用于清洁和判定的被浸没的部件。处于中心隔室的任一侧上的两个隔室经构造而具有浸没式超声换能器，用于将超声能量输送至正在被清洁和预先判定的部件的任一侧。液体泵被连接至清洁桶(tub)以再循环来自清洁浴(bath)的水，并且另一个液体泵经构造以移除少量的清洁浴以对颗粒进行取样。
本文所公开的实施方式包括超声清洁和取样***。所述***包括清洁桶。所述***进一步包括第一超声桶和第二超声桶。第一超声桶设置在清洁桶的与第二超声桶相对的侧面上。所述***进一步包括第一不可渗透的阻挡层，第一不可渗透的阻挡层设置在第一超声桶与清洁桶之间。第一不可渗透的阻挡层经构造以当第一超声桶和清洁桶中的每一个被填充有水时，将超声能量从第一超声桶传递至清洁桶中。所述***进一步包括第二不可渗透的阻挡层，第二不可渗透的阻挡层设置在第二超声桶与清洁桶之间。第二不可渗透的阻挡层经构造以当第二超声桶和清洁桶中的每一个被填充有水时，将超声能量从第二超声桶传递至清洁桶中。所述***进一步包括第一超声换能器和第二超声换能器。第一超声换能器在第一超声浴中，并且第二超声换能器在第二超声浴中。所述***进一步包括超纯水源，超纯水源经构造以将超纯水输送至清洁浴中。所述***进一步包括取样泵，取样泵被流体耦接至清洁浴，并且经构造以将污染的水从清洁浴移除。所述***进一步包括液体颗粒计数器，液体颗粒计数器被流体耦接至稀释单元，并且经构造以使用光学散射测量污染的水的颗粒浓度。所述***进一步包括再循环泵，再循环泵被流体耦接至清洁浴。所述***进一步包括大颗粒过滤器，大颗粒过滤器被流体耦接至再循环泵。所述***进一步包括小颗粒过滤器，小颗粒过滤器被流体耦接至大颗粒过滤器。再循环路径在出口和入口处流体耦接至清洁浴。再循环路径包括再循环泵、大颗粒过滤器和小颗粒过滤器。
第一超声换能器可以经构造以在大于20kHz的第一频率下被驱动，以在清洁桶中产生气穴(cavitation)。第一超声换能器和第二超声换能器可以经构造以在相同频率下被驱动，以同时在清洁桶中产生气穴。第一超声换能器可以经构造以在第一兆频超声(megasonic)频率下被驱动，以在清洁桶中产生气穴。再循环泵的再循环泵送速度可以在10升/分钟与200升/分钟之间。第一超声桶可以经构造使得第一超声换能器是可浸没的。小颗粒过滤器可以经选择以移除大于10nm的颗粒同时使小于10nm的颗粒穿过。大颗粒过滤器可以经选择以移除大于30nm的颗粒同时使小于30nm的颗粒穿过。再循环路径可进一步包括离子交换过滤器。
本文所公开的实施方式包括超声清洁和取样***。所述***包括清洁桶。所述***进一步包括第一超声桶和第二超声桶。第一超声桶被设置在清洁桶的与第二超声桶相对的侧面上。所述***进一步包括第一不可渗透的阻挡层，第一不可渗透的阻挡层设置在第一超声桶与清洁桶之间。第一不可渗透的阻挡层经构造以当第一超声桶和清洁桶中的每一个被填充有水时，将超声能量从第一超声桶传递至清洁桶中。所述***进一步包括第二不可渗透的阻挡层，第二不可渗透的阻挡层设置在第二超声桶与清洁桶之间。第二不可渗透的阻挡层经构造以当第二超声桶和清洁桶中的每一个被填充有水时将超声能量从第二超声桶传递至清洁桶中。所述***进一步包括第一超声换能器和第二超声换能器。第一超声换能器在第一超声浴中，并且第二超声换能器在第二超声浴中。所述***进一步包括超纯水源，超纯水源经构造以将超纯水输送至清洁浴中。所述***进一步包括取样泵，取样泵流体耦接至清洁浴，且经构造以将污染的水从清洁浴移除。所述***进一步包括稀释单元，稀释单元被流体耦接至取样泵，且经构造以使用至少为500的因子(factor)稀释污染的水。所述***进一步包括液体颗粒计数器，稀释单元被流体耦接至稀释单元，且经构造以使用光学散射测量污染的水的颗粒浓度。
取样泵的取样泵送速度可以在0.001毫升/分钟与10毫升/分钟之间。稀释单元可以经构造以通过添加至少500倍以上的来自超纯水源的超纯水而使用至少为500的因子稀释污染的水稀释。第一不可渗透的阻挡层和第二不可渗透的阻挡层中的每一个可以是以下材料的片材(sheet)：聚丙烯、塑料、玻璃或石英。液体颗粒计数器经构造以检测低至且包括100nm的粒度。
本文所公开的实施方式包括从要清洁的零件的表面移除污染物的方法，所述方法包括将要清洁的零件放入设置在第一超声桶与第二超声桶之间的清洁桶中。所述方法进一步包括用超纯水填充清洁桶以形成清洁浴。所述方法进一步包括用水填充第一超声桶和第二超声桶。所述方法进一步包括将处于第一频率的超声能量施加至第一超声换能器，并且将处于第二频率的超声能量施加至第二超声换能器。第一超声换能器设置在第一超声桶内，并且第二超声换能器设置在第二超声桶内。所述方法进一步包括通过水传输超声能量跨越不可渗透的阻挡层并且进入清洁浴中。所述方法进一步包括将污染物从表面移除。所述方法进一步包括通过将污染物添加至清洁浴，以形成污染的水。所述方法进一步包括使污染的水流入液体颗粒计数器中。所述方法进一步包括确定在液体颗粒计数器中的污染的水的污染浓度。可以将污染浓度与终点污染浓度比较，并且如果污染浓度小于终点污染浓度，则可以停止超声能量。
为了更好地理解本发明的性质和优点，应当参考以下描述和所附附图。然而，应当理解，每个附图仅出于说明目的而被提供，并且并不意图限制本发明的保护范围。
附图说明
通过参考本说明书的剩余部分和附图可认识到所公开的技术的性质和优点的进一步的理解；
图1A图示了根据实施方式的用于清洁和取样用于基板处理腔室的部件的***；
图1B图示了根据实施方式的用于清洁和取样用于基板处理腔室的部件的***；
图1C图示了根据实施方式的用于清洁和取样用于基板处理腔室的部件的***；
图1D图示了根据实施方式的用于清洁和取样用于基板处理腔室的部件的***；
图2图示了根据实施方式的用于清洁和取样用于基板处理腔室的部件的方法。
图3图示了根据实施方式的用于清洁和取样用于基板处理腔室的部件的***的特写图；
图4图示了根据实施方式的示例性基板处理***的俯视图。
在附图中，类似部件和/或特征可以具有相同的参考标记。另外，相同类型的各个部件可用参考标记后加短划线和区别类似部件的第二标记进行区别。如果在说明书中仅使用了第一参考标记，那么不管第二参考标记如何，描述都适用于具有相同第一参考标记的类似部件中的任一者。
具体实施方式
描述了预先判定用于处理腔室的部件的***。所述***可以用于将颗粒从腔室部件清除并且同时将清洁度量化。所述***可以用于在将替换零件发送至客户地点进行安装之前对替换零件进行判定。所述***具有由不可渗透的阻挡层分开的三个相邻的隔室。所有三个隔室在清洁腔室部件时被填充有液体。中心隔室容纳用于清洁和判定的被浸没的部件。处于中心隔室的任一侧上的两个隔室经构造而具有浸没式超声换能器，用于将超声能量输送至正在进行清洁和预先判定的部件的任一侧。液体泵被连接至清洁桶以再循环来自清洁浴的水，并且另一个液体泵经构造以移除少量的清洁浴以对颗粒进行取样。
图1A图示了根据实施方式的用于清洁和取样用于基板处理腔室的部件的***。在图1A、图1B、图1C、图1D中的每一个中描绘的实施方式的任何或全部构想可被结合以形成其他实施方式。超纯水(ultrapure water,UPW)源140用于将水供应和/或补充至取样浴101的清洁桶。在实施方式中，超纯水源140可能包括一个、两个或更多个过滤阶段，并且一般也将包括通常设置在过滤阶段之后的抛光阶段。一个或多个过滤阶段被用于减小颗粒浓度，并且抛光阶段被用于减小离子化颗粒、离子化矿物质和离子化有机分子的浓度。在实施方式中，超纯水、过滤水或未过滤水可被用于填充或补充容纳在超声桶115b中的超声浴115a中的每一个。
取样浴101包括由不可渗透的阻挡层114分开的三个隔室。不可渗透的阻挡层114不允许水穿过但允许传输声波(例如，超声能量、兆频超声能量或千兆频超声(gigasonic)能量)。中心隔室是清洁桶113b中的备件浴113a，备件浴113a在任一侧上通过不可渗透的阻挡层114与超声桶115b中的超声浴115a分开。在实施方式中，不可渗透的阻挡层114不允许液体、离子或颗粒从备件浴113流入超声桶115b中的两个超声浴115a中的任意一个，或从超声桶115b中的两个超声浴115a中的任意一个流入备件浴。根据实施方式，不可渗透的阻挡层114阻止从任意一个超声浴115a至备件浴113a中的所有质量传输。备件桶113b和超声桶115b中的每一个配备有排水口(未图示)，用于快速移除倾倒清洁浴113a和超声浴115a并再次填充来自先前所述的超纯水源140的超纯水。或者，由于不可渗透的阻挡层114将不允许颗粒、离子或其他污染物进入清洁桶113b中的备件浴113a，因此可使用任何水(再次)填充超声桶115b。在此描述中，正在被清洁和判定的腔室部件可被称为“备件”，但是一般来说，腔室部件可以是意图安装在基板处理腔室上(尤其在腔室内部上)的任何部件。在实施方式中，腔室部件可以是意图用于基板处理腔室使用的整修(refurbished)零件、新的备件、原始零件或任何零件。在实施方式中，取样浴101或取样浴101的壁可包含下列材料或由下列材料组成：聚丙烯、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯、玻璃或石英。
备件浴113a接收备件105至中心隔室中的备件支撑件110上，中心隔室位于两个超声浴115a之间。超纯水在超纯水源140中制备并且流入清洁桶113b中。在实施方式中，超纯水有时在文献中可被称为UPW并且可具有高于18.2MΩ-cm的电阻率和低于5ppb或在1与5ppb之间的总有机物含量(total organic content,TOC)。根据实施方式，超纯水可仅具有低于7nm、低于5nm或低于3nm的颗粒。最初存在于超纯水中的小粒度有助于源自备件105的颗粒的测量。根据实施方式，可在接收备件105之前或之后填充清洁桶113b。一旦备件105和备件浴113a在一起，那么污染物开始从备件105脱离并进入备件浴113a。污染物(包括颗粒)可随后通过本文所述各种手段从清洁桶113b和备件浴113a移除。
根据实施方式，污染物可在流入排水口之前，通过流动通过取样泵120和液体颗粒计数器130从清洁桶113b和备件浴113移除。取样泵120可以是蠕动泵(peristaltic pump)，用于精确控制流率，并有助于确保在液体颗粒计数器130中检测到的颗粒主要指示备件105的清洁度。液体颗粒计数器(LPC)可以经构造而具有光学散射***，以用于检测低至且包括30nm、50nm、80nm和/或100nm的粒度。污染的水是超纯水加上在清洁工艺期间已经从要清洁的零件添加的任何污染物。在已经测量缺陷的浓度之后，污染的水可流入排水口中。
取样浴101进一步包括两个超声换能器116，这两个超声换能器116各自在两个超声浴115a中的每一个中，两个超声浴115a各自在两个超声桶115b中的每一个中。一个超声换能器116(以及一个超声浴115a/超声桶115b)设置在备件浴113的任一侧上。已经发现，在任一侧上定位超声换能器116增强在清洁和预先判定期间从备件105移除颗粒的速率。在实施方式中，气穴能量在(多个)超声浴115a和备件浴113a中的每一个中产生。根据实施方式，一或两个超声换能器116以大于20kHz、大于40kHz、大于60kHz、大于80kHz、大于100kHz、大于200kHz、大于500kHz或大于1MHz的频率被激发。已经发现，更高频率与减少的边界层和增加的颗粒移除概率相关。减少的边界层和增加的颗粒移除概率有益于本文所述的设备和工艺。典型超声换能器在低于50kHz下***作，已经发现，这使一些颗粒因环绕备件105的较大的边界层而留在备件105上。当频率朝向兆赫频率区域增加并增加至高于兆赫频率区域，兆频超声频率通常更有效地移除感兴趣的颗粒。
不可渗透的阻挡层114可以是不允许液体从一侧扩散至另一侧的材料的片材。不可渗透的阻挡层114可以是相对薄的材料的片材。根据实施方式，不可渗透的阻挡层114可以是以下材料的片材：聚丙烯、塑料、玻璃或石英。在实施方式中，不可渗透的阻挡层114可以具有大于0.5mm、大于1mm或大于2mm的厚度。在实施方式中，不可渗透的阻挡层114可以具有小于20mm、小于10mm或小于5mm的厚度。本发明的其他构思将在另外三个实施方式的上下文中进行描述。
图1B图示了根据实施方式的用于清洁和取样用于基板处理腔室的部件的***。超纯水(UPW)源140用于将水供应和补充至取样浴101。超纯水源140可以包括先前所述的部件。
取样浴101再次包括由不可渗透的阻挡层114分开的三个隔室，不可渗透的阻挡层114抑制水的流动但传输声波(例如，包括兆频和千兆频超声能量的超声能量)。清洁桶113b容纳备件浴113a，并且通过具有先前所述性质的不可渗透的阻挡层114在任一侧上与容纳超声浴115a的超声桶115b分开。在实施方式中，不可渗透的阻挡层114阻止从任一超声浴115a至备件浴113a的全部质量传输。在此描述中，要清洁和判定的腔室部件可以是备件、整修零件、原始零件或任何要清洁的零件。在实施方式中，要清洁的零件可最终用于基板处理腔室。
备件浴113a接收备件105至在中心隔室中的备件支撑件110上，中心隔室位于两个超声浴115a之间。超纯水在超纯水源140中制备并且流入清洁桶113b中以形成备件浴113a。在实施方式中，超纯水可具有高于18.2MΩ-cm的电阻率和低于5ppb或在1与5ppb之间的总有机物含量(TOC)。根据实施方式，超纯水可仅具有低于7nm、低于5nm或低于3nm的颗粒。最初存在于超纯水中的小粒度有助于备件105的清洁，并进一步有助于源自备件105的颗粒的测量。一旦备件105和超纯水在一起，污染物开始从备件105脱离并且可从备件浴113a移除以判定污染。
污染物可通过放置在水线顶部附近(此处颗粒可优先地收集)的管从备件浴113a移除。管可放置在备件浴113a的顶部的10％内、5％内或3％内，备件浴113a的顶部是相对于备件浴113a的平均水线而测量的。根据实施方式，如图所示，污染的水在被泵送至排水口之前，污染的水可以流动通过取样泵120和液体颗粒计数器130。取样泵120可以是蠕动泵，以允许在以低流动容量下精确且可选择地控制流率。在实施方式中，取样泵120可经选择以确保在液体颗粒计数器130中检测的颗粒指示备件105的清洁度。根据实施方式，液体颗粒计数器130可以经构造而具有光学散射***，以用于检测低至且包括30nm、50nm、80nm和/或100nm的粒度。
取样浴101进一步包括两个超声换能器116，各自在两个超声浴115a中的每一个中。术语超声在本文中可以用于涵盖任何高于20kHz的频率并且由此包括兆频和千兆频超声频率。已经发现，在备件浴113a的任一侧上定位一个超声换能器116增强在清洁和预先判定期间从备件105移除颗粒的速率，尤其当使用更高频率(＞50kHz，兆频和千兆频超声)时，更高频率受益于接入(access)备件105的污染部分的视线。在实施方式中，气穴能量在(多个)超声浴115a和/或备件浴113a中产生。根据实施方式，一个或两个超声换能器116以大于20kHz、大于40kHz、大于60kHz、大于80kHz、大于100kHz、大于200kHz、大于500kHz或大于1MHz的频率被激发。更高的气穴频率与在本文所述频率下从备件105移除颗粒的更高概率相关。不可渗透的阻挡层114可以是不允许液体从一侧扩散至另一侧的材料的片材。在实施方式中，不可渗透的阻挡层114可以是以下材料的片材：塑料、玻璃、石英，并且在实施方式中，不可渗透的阻挡层114可以具有大于0.5mm、大于1mm或大于2mm的厚度。在优选实施方式中，塑料片材是聚丙烯片材。
图1C图示了根据实施方式的用于清洁和取样用于基板处理腔室的部件的***。超纯水(UPW)源140用于将水供应和/或补充至取样浴101。在实施方式中，超纯水源140可能包括一个、两个或更多个过滤阶段，并且一般也将包括通常设置在过滤阶段之后的抛光阶段。一个或多个过滤阶段用于减少颗粒浓度，并且抛光阶段用于减小离子化颗粒、颗粒化矿物质和离子化有机分子的浓度。
取样浴101包括由不可渗透的阻挡层114分开的三个隔室。不可渗透的阻挡层114不允许水穿过但允许传输至少在超声频率范围中的声波。备件浴113a通过不可渗透的阻挡层114与设置在任一侧上的超声浴115a分开。不可渗透的阻挡层114不允许液体、离子或颗粒从两个超声浴115a中任意一个流入备件浴113a。在实施方式中，不可渗透的阻挡层114阻止从任意一个超声浴115a至备件浴113a的全部质量传输。在本文所述的所有示例中，正在被清洁和判定的腔室部件可被称为“备件”，但是一般来说，腔室部件可以是意图安装至基板处理腔室上(尤其在腔室内部上)的任何部件。
备件浴113a接收备件105至在如先前的中心隔室中的备件支撑件110上，中心隔室位于两个超声浴115a之间。超纯水在超纯水源140中制备并且流入清洁桶113b中以形成备件浴113a。在实施方式中，超纯水具有大于18.2MΩ-cm的电阻率和低于5ppb或在1与5ppb之间的总有机物含量(TOC)。根据实施方式，超纯水仅可具有低于7nm、低于5nm或低于3nm的颗粒。最初存在于超纯水中的小粒度促进源自备件105的颗粒的测量。一旦备件105和超纯水在一起，污染物开始从备件105脱离并且可从备件浴113a移除。
根据实施方式，在先前的超纯水中的污染物(例如，“污染的水”)在被倒入排水口之前，通过流动通过取样泵120、稀释***125和液体颗粒计数器130而从备件浴113a移除。取样泵120可以是蠕动泵，以确保受控的可再现的低流率。根据实施方式，取样泵120可以经构造以将流率控制在0.001ml/min与10ml/min之间、在0.01ml/min与3ml/min之间，或在0.03ml/min与1ml/min之间。由于一些液体颗粒计数器130的高灵敏度，所述水可使用来自超纯水源140的水以500倍至10,000倍的因子在稀释***125中被稀释。稀释由取样泵120泵送的水可减少运行至液体颗粒计数器130的饱和极限的机会。根据实施方式，水可可以大于500倍、大于1,000倍、大于2,000倍、或大于3,000倍而被稀释。液体颗粒计数器(LPC)可以经构造而具有光学散射***，用于检测低至且包括30nm、50nm、80nm和/或100nm的粒度。
如先前描述的，取样浴101进一步包括两个超声换能器116，各自在两个超声浴115a/超声桶115b中的每一个中。已经发现，在备件浴113a/清洁桶113b的任一侧上定位一个超声换能器116增强了在清洁和预先判定期间从备件105移除颗粒的速率。在实施方式中，气穴能量可以在备件浴113a中产生，并且由于备件的缺少而可在或可不在超声浴115a中产生。根据实施方式，一个或两个超声换能器116以大于20kHz、大于40kHz、大于60kHz、大于80kHz、大于100kHz、大于200kHz、大于500kHz或大于1MHz的频率被激发。更高的频率有利地减少了边界层厚度并且有利地增加了颗粒移除概率。不可渗透的阻挡层114可以是不允许液体从一侧扩散至另一侧的材料的片材。先前已描述了不可渗透的阻挡层114的其他构思。
图1D图示了根据实施方式的用于清洁和取样用于基板处理腔室的部件的***。超纯水(UPW)源140(未图示)用于将水供应和补充至取样浴101。超纯水的性质在先前已被描述。
取样浴101包括由不可渗透的阻挡层114分开的三个隔室。不可渗透的阻挡层114不允许水穿过但允许传输声波(例如，超声能量或高于20kHz的频率)。中心隔室是放置在清洁桶113b中的清洁浴113a。清洁浴113a通过不可渗透的阻挡层114在任一侧上与超声浴115a分开。不可渗透的阻挡层114不允许液体、离子或颗粒从两个超声浴115a中任意一个流入清洁浴113a中。在实施方式中，不可渗透的阻挡层114阻止从超声浴115a至清洁浴113a的全部质量传输。在此描述中，正在被清洁和判定的腔室部件可被称为“备件”或更一般地是要清洁的零件。
清洁浴113a接收备件105至中心隔室中的备件支撑件110上，中心隔室在位于两个超声浴115a之间。超纯水在超纯水源140中制备并且流入清洁桶113b中以形成清洁浴113a。根据实施方式，超纯水可仅具有低于7nm、低于5nm或低于3nm的颗粒。最初存在于超纯水中的小粒度促进源自备件105的颗粒的测量。根据实施方式，可在接收备件105之前或之后填充清洁桶113b。一旦备件105和超纯水在一起，污染物开始脱离备件105的表面并且可额外地如下地从清洁浴113a移除。
污染物可通过在清洁浴113a内再循环水来移除。根据实施方式，水可流动通过再循环泵150、流量计155(可选的)、大颗粒过滤器160和小颗粒过滤器165。在实施方式中，可选的流量计155可以是非接触流量计，以有助于限制清洁浴113中的颗粒并限制总有机物含量(TOC)的收集低于上限或在本文所述的范围内。在实施方式中，再循环泵150可以是磁耦合的离心泵，以减少引入将引起反作用的缺陷的可能。根据实施方式，水可依序流动通过再循环泵150、流量计155(可选的)、大颗粒过滤器160和小颗粒过滤器165。在实施方式中，流量计155可以是非接触流量计，以进一步提高清洁度并延长过滤器的使用寿命。在实施方式中，大颗粒过滤器160可实际上是两个或更多个并行连接的过滤器(未图示)。根据实施方式，小颗粒过滤器165可类似地是多个小颗粒过滤器(未图示)。在实施方式中，再循环泵150的泵送速度可以在10升/分钟与200升/分钟之间、在15升/分钟与150升/分钟之间，或在20升/分钟与100升/分钟之间。根据实施方式，再循环泵150可以是无密封的磁驱动泵。再循环路径中任何点处还可包括离子交换过滤器，以增加水的电阻率而回到或高于18.2MΩ-cm。已经发现，本文所引用的高电阻率通过防止用作颗粒成核点(particulate nucleationpoint)的金属离子污染而提高清洁备件105上的颗粒清洁度。
在实施方式中，大颗粒过滤器160可仅允许用于低于30nm、低于20nm或低于15nm的颗粒的通道。根据实施方式，小颗粒过滤器165可仅允许小于10nm、小于7nm、小于5nm或小于3nm的颗粒穿过。所引用的过滤器尺寸允许水返回到存在于从超纯水源140产生的超纯水(UPW)中的初始的颗粒清洁度。
沿再循环路线包括有额外过滤器元件，以进一步提高了清洁效率，并减少在液体颗粒计数器130中记录的误计数(false-count)率。由于光学散射检测技术可以与颗粒表面散射光几乎相同的方式从气泡表面散射光，在清洁浴113中的气泡可在液体颗粒计数器130中被检测为颗粒。较小气泡(例如，＜50nm)长时间保持在液体(诸如清洁浴113)中。在实施方式中，可包括除气装置以加速从清洁浴113移除溶解气体。从清洁浴113移除多达80％的溶解气体的除气装置是可用的。减少清洁浴113中的溶解空气去除了气泡源。
加压样本收集腔室可包括在本文所述的全部实施方式中。小的腔室在高于清洁浴113的清洁压力的压力下从清洁浴113持续地收集水。在使用液体颗粒计数器130测量颗粒浓度之前，加压样本收集腔室中的升高的压力移除气泡。根据实施方式，加压样本收集腔室可以是在液体颗粒计数器130内的一个区域，或可以是独立单元。在实施方式中，沿取样路径可进一步包括除泡装置。根据实施方式，在本文所述的所有实施方式中，除泡装置可连接在取样泵120与液体颗粒计数器130之间。
根据实施方式，本文所述的所有再循环或取样路径中的所有泵、过滤器和其他部件可经选择以在小于十分钟内、小于五分钟内或小于三分钟内使水发生改变。在实施方式中，流率或再填充率可各自独立地大于10升/分钟，大于20升/分钟，或大于30升/分钟。根据实施方式，清洁桶113b和/或清洁浴113a的尺寸可在10升与300升之间、在20升与200升之间，或在50升与150升之间。在实施方式中，超声浴115a或超声桶115b中的任一个或每一个的尺寸可在10升与300升之间、在20升与200升之间，或在50升与150升之间。
在本文所述的全部实施方式中，不可渗透的阻挡层114可设置在清洁桶113b与超声桶115b之间。在实施方式中，不可渗透的阻挡层114可与清洁浴113a和超声浴115a直接接触。清洁浴113a和超声浴115a的其他边界可与不需要使超声能量穿过的更大量的材料接触。取样浴101的壁可包含聚丙烯、聚偏氟乙烯、玻璃或石英。换句话说，在实施方式中，超声桶115b可包含聚丙烯、聚偏氟乙烯、玻璃或石英。类似地，根据实施方式，清洁桶113b可包含聚丙烯、聚偏氟乙烯、玻璃或石英。
根据实施方式，污染物还可在流入排水口中之前，通过流动通过取样泵120、稀释***125(可选的)和液体颗粒计数器130从清洁浴113a脱离。取样泵120可以是蠕动泵，以确保能够控制的低流率，并且确保在液体颗粒计数器130中检测的颗粒主要指示备件105的清洁度。液体颗粒计数器(LPC)可以经构造而具有光学散射***，用于检测低至且包括30nm、50nm、80nm和/或100nm的粒度。
取样浴101可进一步包括两个超声换能器116，各自在两个超声浴115中的每一个中。在实施方式中，已经发现，在清洁浴113a/清洁桶113b的任一侧上定位一个超声换能器116增强了在清洁和预先判定期间从备件105移除颗粒的速率。在实施方式中，气穴能量在(多个)超声浴115a和清洁浴113a中的每一个中产生。根据实施方式，一个或两个超声换能器116以大于20kHz、大于40kHz、大于60kHz、大于80kHz、大于100kHz、大于200kHz、大于500kHz或大于1MHz的频率被激发。更高频率与减少的边界层和增加的颗粒移除概率有关，减少的边界层和增加的颗粒移除概率中的每一个有益于本文所述的设备和工艺。典型的超声换能器在低于50kHz下***作，已经发现，一些颗粒由于环绕备件105的显著的边界层而被留在备件105上。兆频超声频率通常高于350kHz，并且随着频率增加至(～MHz)频率区域并高于(～MHz)频率区域，逐渐更有效地移除感兴趣的颗粒。不可渗透的阻挡层114可以具有先前所述的性质。
图2图示了根据实施方式的用于清洁和取样用于基板处理腔室的部件的方法201。在操作210中，用超纯水填充取样浴101。填充取样浴涉及使用超纯水填充清洁桶113b和超声桶115b。将备件105转移至清洁浴中，此处备件由备件支撑件110支撑(操作220)。在操作230中，将80kHz的RF信号施加至设置在两个超声浴115a中的两个超声换能器，超声浴115a设置在清洁浴113a的任一侧上。将备件105浸没在超纯水中并与通过超声换能器的激发而导致的气穴相结合，以便将颗粒从备件105去除(操作240)。被去除的颗粒扩散至清洁浴113a中。被去除的颗粒与超纯水相结合，在本文中可被称为污染的水。从清洁浴113a泵送污染的水(操作250)，并且以可选择和可预测的比例使用额外的超纯水稀释污染的水。在操作260中，在液体颗粒计数器130中测量在污染的水中的颗粒数量。一旦在污染的水中的颗粒数量降至可选择的阈值以下，则清洁工艺就会终止并且可从清洁浴113a和清洁桶113b移除备件105。
图3图示了根据实施方式的用于清洁和取样用于基板处理腔室的部件的***的特写图。图3是清洁浴113a内的清洁事件(event)的特写。图示了具有附着颗粒308的备件105的备件部分305，附着颗粒将使用超声搅拌而被移除。典型超声频率处于20kHz至40kHz的范围中，并且与不利影响半导体器件产量的当前“致命”粒度相比，可以导致更大的边界层(例如，2.5μm)。随着半导体线宽的减小，致命颗粒尺寸变得越来越小。使用从50kHz至300kHz的范围中的超声频率(例如，80kHz)减小了边界层厚度(例如，在附图中的0.5μm)，这促进了由超声能量造成的对颗粒308的扰动。由于层中的质量传输被备件部分305的稳定表面支配，与边界层外部的区域相比，边界层保持更加稳定。边界层减小的厚度使得颗粒308在液体颗粒计数器130中被进行分析之前，将会发生脱落，并且远离表面流入清洁浴部分313中，而且随后穿过取样泵120。
工艺流程可通常涉及了在单独设备和甚至是单独设施中清洁和检查备件的清洁度，这减少了取样频率并增加了成本。在实施方式中，实现本文所述的硬件和工艺提供了以下益处：减少成本、增加被取样的(例如，备用)零件的数量，以及增加了通过在相同设备中或在相同容器中进行清洁和将缺陷率量化而提供的工艺简易性。取样浴可以在制造厂、中间设施或目的地半导体制造地点进行安装，从而增加了灵活性。简化的工艺流程的益处包括在处理和运输阶段期间减少将污染引入要清洁的零件中的机会。本文所述的工艺和硬件的进一步的益处包括工艺中监控(in-process monitoring)，这允许清洁工艺终点被确定为备件已被清洁。
在本文所述清洁工艺期间，根据实施方式，清洁浴113a可处于10℃与90℃之间、20℃与80℃之间、或25℃与50℃之间的温度。在实施方式中，超声浴(115a)可能处于与清洁浴113a相同的温度。根据实施方式，超声浴(115a)可处于10℃与90℃之间、20℃与80℃之间、或25与50℃之间的超声浴温度。在实施方式中，清洁浴113a可处于大于15℃、大于20℃、大于25℃、或大于30℃的温度。根据实施方式，已经发现，清洁浴113a的更高的温度与从备件105移除颗粒的更大移除效率相关。在实施方式中，超声浴115a可处于大于15℃、大于20℃、大于25℃、或大于30℃的温度。通过将气穴能量引入清洁浴113a和超声浴115a中，温度将被简单地升高。根据实施方式，可不包括电阻加热器，或可包括电阻加热器用于实现浴的更高温度。根据实施方式，清洁浴113a和超声浴115a可主要包括相同或相同类型的流体，并且可主要包括水或各种纯度的水。
图4图示了沉积、蚀刻、烘干和固化腔室的基板处理***1201。根据实施方式，每个腔室可以容纳可使用本文所述的***进行清洁的部件和备件。在附图中，一对前开式标准舱(front opening unified pod)(负载锁定腔室1202)供应各种尺寸的基板，这些基板由机器臂1204接收，并且在被放入基板处理腔室1208a-1208f中的一个中之前被放入低压保持区域1206中。第二机器臂1210可以用于将基板晶片从保持区域1206运输至基板处理腔室1208a-1208f和将基板晶片从基板处理腔室1208a-1208f运输返回保持区域1206。可配备每个基板处理腔室1208a-1208f以进行多个基板处理操作，包括循环层沉积(CLD)、原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、蚀刻、预清洁、除气、定向和其他基板处理等的本文所述的干式蚀刻工艺。
如本文所使用的“基板”可以是在基板上形成或未形成有层的支撑基板。图案化基板可以是各种掺杂浓度和分布的绝缘体或半导体，并且可以例如是在集成电路制造中使用的类型的半导体基板。
在公开若干实施方式后，熟悉本领域的技术人员将意识到，在不脱离所公开的实施方式的精神的情况下，可以使用各种修改、替代结构和等效形式。另外，未描述许多熟知的工艺和元件，以避免不必要地混淆本发明的实施方式。因此，上文的描述不应视为对权利要求书的范围的限制。
在提供数值范围的地方，应当理解，除非上下文中另有明确规定，否则该范围的上限和下限之间的每一个中间值(到下限单位的十分之一)也被特定地公开。在表述范围内的任一规定值或中间值与该规定范围内的任何其他表述值或中间值之间的每个更小范围也被涵盖在内。这些更小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内，并且每个范围(其中在更小范围内包括任一限值、不包括限值或包括两个限值)也涵盖在权利要求书内，即使在表述范围内特定排除任何限值。当表述范围包括限值的一个或两个时，也包括了排除那些所包括的限值中的任意一个或两个的范围。
如本文所使用并且在随附的权利要求书中，除非本文另外明确指明，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数指称。因此，例如，提及“一种工艺”时，包括多个此类工艺，并且提及“电介质材料”时，包括指称本领域的技术人员所已知的一中或多种电介质材料和其等效物等。
另外，当词语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”和“带有”用于本说明书和随附的权利要求书中时，旨在指定所述特征、整数、部件或步骤的存在，但是它们不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、部件、步骤、功能或分组。

Claims (16)

1.一种超声清洁和取样***，所述***包括：
清洁桶；
第一超声桶和第二超声桶，其中所述第一超声桶设置在所述清洁桶的与所述第二超声桶相对的侧面上；
第一不可渗透的阻挡层，设置在所述第一超声桶与所述清洁桶之间，其中所述第一不可渗透的阻挡层经构造以当所述第一超声桶和所述清洁桶中的每一个被填充有水时将超声能量从所述第一超声桶传递至所述清洁桶中；
第二不可渗透的阻挡层，设置在所述第二超声桶和所述清洁桶之间，其中所述第二不可渗透的阻挡层经构造以当所述第二超声桶和所述清洁桶中的每一个被填充有水时将超声能量从所述第二超声桶传递至所述清洁桶中；
第一超声换能器和第二超声换能器，其中所述第一超声换能器在第一超声浴中，并且所述第二超声换能器在第二超声浴中；
超纯水源，经构造以将超纯水输送至清洁浴中；
取样泵，被流体耦接至所述清洁浴，并且经构造以将污染的水从所述清洁浴移除；
液体颗粒计数器，被流体耦接至稀释单元,并且经构造以使用光学散射测量所述污染的水的颗粒浓度；
再循环泵，被流体耦接至所述清洁浴；
大颗粒过滤器，被流体耦接至所述再循环泵；以及
小颗粒过滤器，被流体耦接至所述大颗粒过滤器，其中再循环路径在出口和入口处连接至所述清洁浴,并且所述再循环路径包括所述再循环泵、所述大颗粒过滤器和所述小颗粒过滤器。
2.根据权利要求1所述的超声清洁和取样***，其中所述第一超声换能器经构造以在大于20kHz的第一频率下被驱动,以在所述清洁桶中产生气穴。
3.根据权利要求1所述的超声清洁和取样***，其中所述第一超声换能器和所述第二超声换能器经构造以在相同频率下被驱动，以同时在所述清洁桶中产生气穴。
4.根据权利要求1所述的超声清洁和取样***，其中所述第一超声换能器经构造以在第一兆频超声频率下被驱动，以在所述清洁桶中产生气穴。
5.根据权利要求1所述的超声清洁和取样***，其中所述再循环泵的再循环泵送速度在10升/分钟与200升/分钟之间。
6.根据权利要求1所述的超声清洁和取样***，其中所述第一超声桶经构造使得所述第一超声换能器是可浸没的。
7.根据权利要求1所述的超声清洁和取样***，其中所述小颗粒过滤器被选择以移除大于10nm的颗粒同时使小于10nm的颗粒穿过。
8.根据权利要求1所述的超声清洁和取样***，其中所述大颗粒过滤器被选择以移除大于30nm的颗粒同时使小于30nm的颗粒穿过。
9.根据权利要求1所述的超声清洁和取样***，其中所述再循环路径进一步包括离子交换过滤器。
10.一种超声清洁和取样***，所述***包括：
清洁桶；
第一超声桶和第二超声桶，其中所述第一超声桶设置在所述清洁桶的与所述第二超声桶相对的侧面上；
第一不可渗透的阻挡层，设置在所述第一超声桶与所述清洁桶之间，其中所述第一不可渗透的阻挡层经构造以当所述第一超声桶和所述清洁桶中的每一个被填充有水时将超声能量从所述第一超声桶传递至所述清洁桶中；
第二不可渗透的阻挡层，设置在所述第二超声桶与所述清洁桶之间，其中所述第二不可渗透的阻挡层经构造以当所述第二超声桶和所述清洁桶中的每一个被填充有水时将超声能量从所述第二超声桶传递至所述清洁桶中；
第一超声换能器和第二超声换能器，其中所述第一超声换能器在第一超声浴中，并且所述第二超声换能器在第二超声浴中；
超纯水源，经构造以将超纯水输送至清洁浴中；
取样泵，被流体耦接至所述清洁浴，并且经构造以将污染的水从所述清洁浴移除；
稀释单元，被流体耦接至所述取样泵，并且经构造以使用至少为500的因子稀释所述污染的水；以及
液体颗粒计数器，被流体耦接至所述稀释单元，并且经构造以使用光学散射测量所述污染的水的颗粒浓度。
11.根据权利要求10所述的超声清洁和取样***，其中所述取样泵的取样泵送速度在0.001毫升/分钟与10毫升/分钟之间。
12.根据权利要求10所述的超声清洁和取样***，其中所述稀释单元经构造以通过添加至少500倍以上的来自所述超纯水源的超纯水以使用至少为500的因子稀释所述污染的水。
13.根据权利要求10所述的超声清洁和取样***，其中所述第一不可渗透的阻挡层和所述第二不可渗透的阻挡层中的每一个是以下材料的片材：聚丙烯、塑料、玻璃或石英。
14.根据权利要求10所述的超声清洁和取样***，其中所述液体颗粒计数器经构造以检测低至且包括100nm的粒度。
15.一种从要清洁的零件的表面移除污染物的方法，所述方法包括：
将所述要清洁的零件放入清洁桶中,所述清洁桶设置在第一超声桶与第二超声桶之间；
用超纯水填充所述清洁桶以形成清洁浴；
用水填充所述第一超声桶和所述第二超声桶；
将处于第一频率的超声能量施加至第一超声换能器，并且将处于第二频率的超声能量施加至第二超声换能器，其中所述第一超声换能器设置在所述第一超声桶内，并且所述第二超声换能器设置在所述第二超声桶内；
通过所述水传输所述超声能量跨过不可渗透的阻挡层并且进入所述清洁浴中；
将所述污染物从所述表面移除；
通过将所述污染物添加至所述清洁浴，形成污染的水；
使所述污染的水流入液体颗粒计数器中；以及
确定在所述液体颗粒计数器中的所述污染的水的污染浓度。
16.根据权利要求15所述的从要清洁的零件的表面移除污染物的方法，其中将所述污染浓度与终点污染浓度比较，并且如果所述污染浓度小于所述终点污染浓度，则停止所述超声能量。
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