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Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen eines auf der Rückseite mit Metall ver- schmutzten Wafers.
Da die Verwendung von Aluminium durch die Verwendung von Kupfer ersetzt wurde, stellt sich zunehmend das Problem einer Kupferverschmutzung auf der Rückseite des Wafers. Die Kupfer- verschmutzung entsteht bei der Kupferdamaszierung und dem chemisch/mechanischen Polierver- fahren. Wenn die verschmutzten Wafer in die nachfolgende Bearbeitungskammer gebracht wer- den, wird die Bearbeitungskammer durch das Kupfer auf der Rückseite der verschmutzten Wafer verschmutzt. Daraufhin werden die sauberen Wafer durch die verschmutzte Kammer verschmutzt, wenn die sauberen Wafer in der verschmutzten Kammer bearbeitet werden.
Es ist daher sehr wichtig, dass die Rückseite des Wafers nach der Kupferdamaszierung und der Endbearbeitung mit chemisch/mechanischen Polierschritten gereinigt wird. Üblicherweise erfolgt die Reinigung der Waferrückseite mit einem "Spin Etcher", doch ergibt sich hier das Prob- lem eines Säurerückstands, durch den der Aufbau auf der Vorderseite des Wafers beschädigt wird.
Die Lösung für das Problem des Säurerückstands besteht darin, dass der "Spin Etcher" mit einer Unterschneidungs-Spülung ("undercut rinse, UCR") ausgestattet wird, oder dass nach dem Reini- gungsschritt zusätzlich ein Spülschritt mit entionisiertem Wasser ausgeführt wird. Bei der Unter- schneidung handelt es sich um jenen Bereich auf der Vorderseite des Wafers, der unmittelbar an die abgerundete Seitenkante des Wafers angrenzt. Die Beständigkeit der Unterschneidungs- Spüleinrichtungen ist jedoch noch fraglich und die Spülung mit entionisiertem Wasser ist sehr zeitaufwendig.
In der JP 3-208899 wird hochreines Wasser sowie eine Säuremischung für die Reinigung des Wafers verwendet. In JP 9-260331 wird ein Waschapparat für die beidseitige Reinigung von Wa- fern beschrieben, der Halteklammern zum Einspannen der Halbleiterscheiben sowie Düsen für beide Waferseiten vorsieht.
In der WO 00/32835 A2 wird eine Vorrichtung zur Behandlung von Wafern vorgeschlagen, bei der über eine Anzahl von ober- und unterhalb des Wafers befindlichen Düsen verschiedene Me- dien wie Schwefelsäure und deionisiertes Wasser zugeführt werden können. Des weiteren finden Halteklammern Verwendung, die eine Verschiebung des Wafers und seine Bearbeitung von beiden Seiten ermöglichen.
Die WO 96/35227 A1 zeigt eine Einrichtung zur beidseitigen Bearbeitung von Siliziumwafern mit beweglichen, schwenkbaren Düsen auf jeder Waferseite und verschiedenen, leicht lösbaren Haltevorrichtungen für die zu drehenden Wafer.
Die US 5 487 398 beschreibt eine Waferreinigung in Stickstoffatmosphäre mithilfe unterschied- licher Reinigungsflüssigkeiten und hochreinem Wasser, wobei schwenkbare Düsen beiderseits des Wafers vorgesehen sind.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren, bei dem UCR-Einrichtungen nicht erforderlich sind, um das Problem des Säurerückstands wirksam zu lösen, wobei das Verfahren weniger Bear- beitungszeit benötigt und keine Unterschneidungs-Spülung notwendig ist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum gleichzeitigen Reinigen der Rückseite und der Unterschneidung zu liefern, wobei überdies die Bearbeitungszeit herabge- setzt wird.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Reinigen des ver- schmutzten Wafers mit Verschiebungsschritten des Wafers zu liefern, um das Problem des Säure- rückstands zu verkleinern.
Zuerst wird die Ätzflüssigkeit in an sich bekannter Weise auf der Rückseite des Wafers mit dem ersten Rohr aufgebracht, wobei der Wafer mit 175 bis 300 UpM rotiert. Das erste Rohr wird in einem Bereich von-79 mm bis 79 mm verschwenkt, wobei der Mittelpunkt des Wafers als Ur- sprung dient. Die Schwenkgeschwindigkeit des Auslegers des ersten Rohres liegt bei 30 bis 15 mm/sek, um das Problem eines Säurerückstands und einer Zapfenmarke zu vermeiden. Auf die Vorderseite des Wafers strömt ein Stickstoffgas mit einer Flussrate von 75 bis 300 l/min, um den Wafer mit einer Stickstoff-Atmosphäre zu umgeben.
Der Wafer wird alle 3 bis 6 Sekunden verschoben, wobei sich die Zapfen vom Wafer lösen und in eine geringfügig neue Stellung beschleunigt werden, worauf die Zapfen den Wafer wieder einspannen. Durch die Waferverschiebung kann die angesammelte Menge des Säurerückstands an der gleichen Stelle des Waferrands verkleinert werden, um das Problem einer Zapfenmarke zu
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vermeiden. Die mittlere Zeitdauer, mit der die Ätzflüssigkeit auf den Wafer aufgebracht wird, be- trägt 10 bis 18 Sekunden.
Die Ätzflüssigkeit besteht in an sich bekannter Weise aus einem Gemisch aus vier Säuren oder zwei Säuren. Das Gemisch aus vier Säuren ist, als Verhältnis von Gewichtsprozenten ausgedrückt, im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens wie folgt zusammengesetzt : HF (Fluorwasser- stoff):HN03 (Salpetersäure):H2SO4 (Schwefelsäure):H3P04 (Phosphorsäure)=2-8:35-50:8-23:7-28, wobei das Verhältnis in Gewichtsprozenten bei der bevorzugten Ausführungsform
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hältnis von Gewichtsprozenten ausgedrückt, wie folgt zusammengesetzt : HF:HN03=4-27:40-78, wobei das Verhältnis in Gewichtsprozenten bei der bevorzugten Ausführungsform HF:HN03=5- 25 :43-75 beträgt.
Als nächstes erfolgt die Waferverschiebung. Daraufhin wird der Wafer in an sich bekannter Weise mit entionisiertem Wasser gespült. Das entionisierte Wasser wird auf die Rückseite des Wafers mit dem zweiten Rohr aufgebracht. Das zweite Rohr ist über dem Mittelpunkt des Wafers angebracht oder es bewegt sich über dem Wafer. Beim Aufbringen des entionisierten Wassers wird das zweite Rohr zwischen dem Mittelpunkt und dem Rand des Wafers erfindungsgemäss mit einer Bewegungsgeschwindigkeit von 30 bis 60 mm/sek bewegt, wobei die Bewegungsgeschwin- digkeit bei der bevorzugten Ausführungsform zwischen 40 bis 50 mm/sek liegt.
Die passende Menge von entionisiertem Wasser beträgt 1,0 bis 2,0 Ilmin, bei der bevorzugten Ausführungsform etwa zwischen 1,2 bis 1,5 l/min Bei dem Spülschritt mit entionisiertem Wasser erfolgt die Wafer- verschiebung alle 10 bis 15 Sekunden. Wenn die Drehzahl des Wafers zwischen 175 bis 300 UpM und die Menge des Stickstoffgases zwischen 75 bis 300 1/min geregelt werden, beträgt der Spülbe- reich an der abgerundeten Seitenkante etwa 1 bis 2 mm. Nachdem der Wafer etwa 20 bis 30 Sekunden mit entionisiertem Wasser gespült wurde, ist die Reinigung des Wafers beendet.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nun folgenden ausführlichen Be- schreibung der Erfindung und den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen zeigen:
Fig. 1 den Schnitt durch einen Halbleiterwafer,
Fig. 2 die dreidimensionale Darstellung eines Halbleiterwafers, wobei der erfindungsgemässe Reinigungsschritt bei einem verschmutzten Wafer dargestellt ist.
In der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Reinigen eines auf der Rückseite 20 mit Metall verschmutzten Wafers 10 geoffenbart. Wie in Fig. 1 gezeigt wird, gibt es auf dem Wafer 10 eine Rückseite 20 und eine Vorderseite 30. Der Bereich zwischen der Rückseite 20 und der Vor- derseite 30 wird durch eine abgerundete Seitenkante 25 gebildet. Die Unterschneidung 35, d. h. der an die Seitenkante 25 angrenzende Bereich auf der Vorderseite 30, ist jener Bereich, der von der Ätzflüssigkeit oder dem entionisierten Wasser erreicht werden, wenn sie auf die Rückseite 20 des Wafers 10 aufgebracht werden. Auf der Vorderseite 30 liegen einige Bereiche 15. Bei diesen Bereichen 15 handelt es sich üblicherweise um Kupferanschlüsse.
Wie in Fig. 2 gezeigt wird, wird der Wafer 10 mit der nach oben zeigenden Rückseite 20 von Zapfen 50 eingespannt, nachdem der Wafer 10 mit chemisch/mechanischen Polierschritten ("CMP"), dem Damaszierungsschritt, elektrisch/chemischen Depositionen oder anderen Bearbei- tungsschritten, die zum Problem einer Metallverschmutzung führen, bearbeitet wurde. Durch eine Drehbewegung der Zapfen 50 wird der Wafer 10 in Rotation versetzt. Über der Rückseite 20 des Wafers 10 befinden sich zwei Rohre 70 und 80. Die Ätzflüssigkeit wird mit dem Rohr 70 und das entionisierte Wasser durch das Rohr 80 zugeführt.
Wie femer in Fig. 2 gezeigt wird, wird über das Rohr 70 die Ätzflüssigkeit auf die Rückseite 20 des Wafers 10 aufgebracht, wenn die Drehzahl des Wafers 10 175 bis 300 UpM gemäss einer bevorzugten Ausführungsform beträgt. Da die Ätzflüssigkeit der Rückseite 20 zugeführt wird, ist das Rohr 70 nicht über dem Mittelpunkt des Wafers 10 angebracht, sondern es wird in einem Bereich von-79 mm bis 79 mm mit einer geeigneten Schwenkgeschwindigkeit des Auslegers 70 verschwenkt, wobei der Mittelpunkt des Wafers als Ursprung dient. Bei der bevorzugten Ausfüh- rungsform liegt der Schwenkbereich bei-75 bis 75 mm.
Wenn die Schwenkgeschwindigkeit des Auslegers 70 zu hoch ist, wird die Ätzflüssigkeit abflie- #en, wenn sich das Rohr 70 nahe zum Rand des Wafers 10 bewegt, wobei es einen anderen Säurebehälter verschmutzen kann. Wenn die Schwenkgeschwindigkeit des Auslegers 70 zu nied- rig ist, wird die Menge der aufgebrachten Ätzflüssigkeit auf der Unterschneidung 35 und auf den
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Zapfen 50 ansteigen, wodurch ein Säurerückstand entsteht, der ausserhalb des Bereichs des entionisierten Wassers liegt und zu einer Zapfenmarke auf der Vorderseite 30 des Wafers 10 führt.
Erfindungsgemäss beträgt die Schwenkgeschwindigkeit des Auslegers des Rohres 70 30 bis 150 mm/sek, um das Problem eines Säurerückstands und einer Zapfenmarke zu vermeiden, wobei sie bei der bevorzugten Ausführungsform zwischen 35 bis 90 mm/sek liegt.
Wie in Fig. 2 gezeigt wird, strömt in an sich bekannter Weise ein Stickstoff gas 85 zur Vorder- seite 30 des Wafers 10. Die Flussrate (Strömungsgeschwindigkeit) des Stickstoffgases 85 beträgt erfindungsgemäss 75 bis 300 l/min, wobei sie bei der bevorzugten Ausführungsform zwischen 80 bis 100 1/min liegt. Das Stickstoffgas 85 kann je nach Bearbeitungsbedingungen auch durch andere inerte Gase ersetzt werden.
Die Drehzahl des Wafers 10 und die Flussrate des Stickstoffgases 85 haben Einfluss auf die Grösse der Unterschneidung 35. Je grösser die Drehzahl des Wafers 10 und die Flussrate des Stickstoffgases 85 sind, um so kleiner ist die Unterschneidung 35, wenn die Ätzflüssigkeit aufge- bracht wird. Wenn die Drehzahl des Wafers 10 zwischen 175 bis 300 UpM und die Flussrate des Stickstoffgases 85 zwischen 75 und 300 l/min liegen, beträgt der Bereich der Unterschneidung 35 etwa 1 bis 2 mm. Durch vorliegende Erfindung können die Rückseite 20, die Seitenkante 25 und die Unterschneidung 35 auf der Vorderseite 30 gleichzeitig gereinigt werden, wodurch die Bearbei- tungszeit kürzer wird.
Nachdem die Ätzflüssigkeit auf der Rückseite 20 des Wafers 10 für 3 bis 6 Sekunden aufge- bracht wurde, werden die Zapfen 50 vom Wafer 10 gelöst und zu einer geringfügig veränderten Position über dem Wafer 10 bewegt, wo sie den Wafer 10 wieder einspannen. Dadurch werden die Zapfen 50 am Wafer 10 verschoben. Durch die Waferverschiebung kann die angesammelte Menge des Säurerückstands an der gleichen Stelle des Wafers 10 vermindert werden, um das Problem einer Zapfenmarke zu vermeiden. Während der Zufuhr der Ätzflüssigkeit auf den Wafer erfolgt die Waferverschiebung im Durchschnitt alle 3 bis 6 Sekunden.
Die Ätzflüssigkeit besteht in an sich bekannter Weise aus einem Gemisch aus vier Säuren oder zwei Säuren. Das Gemisch aus vier Säuren ist, als Verhältnis von Gewichtsprozenten ausgedrückt, erfindungsgemäss wie folgt zusammengesetzt : HF (Fluorwasserstoff):HN03 (Salpetersäure):H2S04 (Schwefelsäure):H3P04 (Phosphorsäure) =2-8:35-50:8-23:7-28, wobei das Verhältnis in Gewichts- prozenten bei der bevorzugten Ausführungsform HF:HN03:H2S04:H3P04=3-7:37-47:9-21:8-26 beträgt. Das Gemisch aus zwei Säuren ist, als Verhältnis von Gewichtsprozenten ausgedrückt, wie folgt zusammengesetzt : HF:HN03=4-27:40-78, wobei das Verhältnis in Gewichtsprozenten bei der bevorzugten Ausführungsform HF:HN03=5-25:43-75 beträgt.
Nachdem die Reinigung mit der Ätzflüssigkeit beendet ist und bevor der Spülschritt mit dem entionisierten Wasser ausgeführt wird, muss eine Waferverschiebung erfolgen. Dies ist notwendig, weil sich an den Berührungspunkten zwischen den Zapfen 50 und dem Wafer 10 eine Säuremenge angesammelt hat, die durch eine Waferverschiebung beseitigt werden kann. Das entionisierte Wasser würde die überschüssige Säure nach innen verlagern und somit die Bereiche 15 beeinträchtigen, sodass ohne einer Wafer- verschiebung elektrische Fehler auftreten könnten. Die Waferverschiebung kann die Wahrschein- lichkeit elektrischer Fehler herabsetzen.
Daraufhin wird der Wafer 10 durch das Rohr 80 mit entionisiertem Wasser gespült. Das Prob- lem von Säurerückständen hängt insbesondere damit zusammen, ob sich der bespülte Bereich im Zuge des Reinigungsschrittes mit entionisiertem Wasser und der mit Ätzflüssigkeit behandelte Bereich überlappen, insbesondere im Bereich der Unterschneidung 35. Der bespülte Bereich im Zuge des Reinigungsschrittes mit entionisiertem Wasser steht mit der Bewegungsgeschwindigkeit des sich bewegenden Rohres 80, der Menge des aufgebrachten entionisierten Wassers, der Drehzahl des Wafers 10 sowie der Strömungsgeschwindigkeit des Stickstoffgases 85 in Zusam- menhang.
Wie in Fig. 2 gezeigt wird, wird das entionisierte Wasser auf die Rückseite 20 des Wafers 10 durch das Rohr 80 aufgebracht. Das Rohr 80 ist über dem Mittelpunkt des Wafers 10 befestigt, oder es bewegt sich über dem Wafer 10. Bei der bevorzugten Ausführungsform für die Zuführung von entionisiertem Wasser bewegt sich das Rohr 80 zwischen dem Mittelpunkt und dem Rand des Wafers 10 nach vorne und hinten mit einer Bewegungsgeschwindigkeit von 30 bis 60 mm/min, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit bei der bevorzugten Ausführungsform 40 bis 50 mm/min beträgt.
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Die Menge des aufgebrachten entionisierten Wassers beeinflusst ebenfalls die Fläche des Spülbereichs. Wenn die Menge zu klein ist, kann der Säurerückstand auf der Unterschneidung 35 nicht sorgfältig gereinigt werden. Wenn die Menge zu gross ist, drückt das entionisierte Wasser den Säurerest nach innen. Die geeignete Menge des entionisierten Wassers beträgt 1,0 bis 2,0 I/min, um das oben beschriebene Problem zu vermeiden, wobei bei der bevorzugten Ausführungsform die Menge zwischen 1,2 bis 1,5 I/min liegt. Beim Spülschritt mit entionisiertem Wasser erfolgt die Waferverschiebung alle 10 bis 15 Sekunden.
Je grösser die Drehzahl des Wafers 10 und die Flussrate des Stickstoffgases 85 sind, um so kleiner wird die Fläche, die mit entionisiertem Wasser gespült wird. Wenn die Drehzahl des Wafers 10 zwischen 175 bis 300 UpM und die Flussrate des Stickstoffgases 85 zwischen 75 bis 300 1/min gewählt werden, beträgt die Spülfläche der Unterschneidung 35 etwa 1 bis 2 mm. Das Stickstoff- gas 85 kann je nach Bearbeitungsbedingungen durch andere inerte Gase ersetzt werden. Nach- dem die Spülung mit entionisiertem Wasser etwa 20 bis 30 Sekunden gedauert hat, ist die Reini- gung des Wafers beendet.
Aus der obigen Beschreibung sind einige Vorteile der vorliegenden Erfindung ersichtlich : das Verfahren zur Reinigung des Wafers wird ohne einer Spülung der Unterschneidung (#UCR") ausgeführt, (2) die Rückseite 20, die Seitenkante 25 und die Unterschneidung 35 werden gleichzei- tig gereinigt, was die Bearbeitungszeit verkürzt, (3) das Problem eines Säurerückstands wird bei der vorliegenden Erfindung durch geeignete Wahl der Drehzahl des Wafers 10, der Flussrate des Stickstoffgases 85, der Menge des entionisierten Wassers und der Bewegungsgeschwindigkeit des Rohres 80 für das entionisierte Wasser gelöst, (4) die Waferverschiebung verringert das Problem eines Säurerückstands.
Obwohl die Erfindung anhand einer einzigen bevorzugten Ausführungsform beschrieben wur- de, sind für den Fachmann verschiedene Alternativen und Abänderungen ersichtlich, ohne von der Erfindung abzuweichen. Die Erfindung ist daher so vorgesehen, dass sie alle derartigen Alternati- ven umfasst, die in den Bereich der angeschlossenen Ansprüche fallen.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zum Reinigen eines auf der Rückseite (20) mit Metall verschmutzten Wafers (10), dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte enthält:
Aufbringen einer Ätzflüssigkeit auf die Rückseite (20) des Wafers (10) mit einem ersten
Rohr (70), wobei der Wafer (10) von einer Vielzahl von Zapfen (50) in einer ersten Stellung mit der Rückseite (20) nach oben eingespannt ist und alle 3 bis 6 Sekunden verschoben wird, der Wafer (10) mit einer Drehzahl zwischen 175 bis 300 UpM rotiert und ein inertes
Gas (85) direkt auf die Vorderseite (30) des Wafers (10) mit einer Flussrate zwischen 75 bis 300 l/min strömt, wobei das erste Rohr (70) über dem Wafer (10) in einem Bereich von -79 bis 79 mm mit einer Geschwindigkeit von 30 bis 150 mm/sek verschwenkbar ist, wobei der Mittelpunkt des Wafers (10) als Ursprung dient;
Verschieben des von der Vielzahl von Zapfen (50) eingespannten Wafers (10) von der ers- ten Stellung in eine zweite Stellung; und
Aufbringen von entionisiertem Wasser auf die Rückseite (20) des Wafers (10) mit einem zweiten Rohr (80), das sich mit einer Geschwindigkeit zwischen 30 bis 60 mm/sek über dem Wafer (10) zwischen dem Mittelpunkt und dem Rand des Wafers (10) bewegt, wobei sich der Wafer (10) mit einer Drehzahl zwischen 175 bis 300 UpM dreht und alle 10 bis 15
Sekunden verschoben wird, und ein inertes Gas (85) mit einer Flussrate zwischen 75 bis
300 l/min direkt auf die Vorderseite (30) des Wafers (10) strömt, um den Wafer (10) darin einzubetten.