CN101673663A

CN101673663A - 一种晶圆清洗的装置

Info

Publication number: CN101673663A
Application number: CN200810222117A
Authority: CN
Inventors: 刘佑铭
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2028-09-09
Also published as: CN101673663B

Abstract

本发明公开了一种晶圆清洗的装置，包括：晶圆托盘，具有旋转自由度；清洗液传送导管，其输出端安装有清洗液喷头；清洗液喷头，其开口垂直朝向所述晶圆托盘、在平行于所述晶圆托盘的平面内，沿所述晶圆托盘的直径方向左右扫描；去离子水传送导管，其输出端安装有去离子水喷头；去离子水喷头，其开口垂直朝向所述晶圆托盘；该装置还包括升降机构，其自由端与所述清洗液喷头相固定，并能够带动所述清洗液喷头在垂直于所述晶圆托盘的方向移动。本发明实施例中晶圆清洗的装置能够调节清洗液喷头相比于晶圆的高度，使得清洗液中的杂质微粒由于具有更大动能而能够克服晶圆表面静电的吸附，从而改善晶圆的清洗效果。

Description

一种晶圆清洗的装置

技术领域

本发明涉及集成电路加工工艺技术，具体涉及一种晶圆清洗的装置。

背景技术

目前，随着半导体产业的迅速发展，集成电路设计迅速发展，相应地集成电路制造中的加工工艺也得到了飞速的发展。集成电路制造的线宽越来越小，集成电路的功能越发强大，同时单位芯片的成本日益降低。然而，随着制程工艺的进步，越来越小的线宽使得各种深亚微米尺寸的分子微粒或更小尺寸的原子微粒对当前工艺条件下的集成电路造成的影响越发明显，微粒污染是造成目前超大规模集成电路(Very Large Scale Integration，VLSI)芯片良率不易提升的主要问题，因此晶圆(Wafer)表面微粒的去除技术就成为当前集成电路加工中的一个重要课题。

晶圆加工工艺的每一个步骤，无论是刻蚀(Etch)、氧化、沉积、去光阻还是化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)等，都会造成晶圆表面的微粒污染，通常采用的对晶圆表面进行清洗以去除表面微粒的方法分为湿式法或干式法：湿式法利用溶剂、酸碱性溶液、接口活性剂以及混合和/或纯净水进行洗涤、氧化、浸蚀及溶解等清洗方式；而干式法则利用高能条件下(比如高热能、电能或放射能)的化学反应进行表面清洁。

例如，Etch工艺流程后，反应气体与晶圆表面的成分反应时产生的副产品会附着在晶圆的表面，或者在CMP工艺过程后，晶圆上会残留碱性金属离子，如钾离子或钠离子，以及过渡金属离子，如镍、铁、锌等。这些金属离子可能吸附在晶圆表面，也可能因为研磨时的应力(即晶圆的表面损伤)而扩散至晶圆内部的氧化硅层内。此时，采用碱性水溶液(如氨水)清洗去除微粒污染，所述碱性水溶液中的氢氧根离子与上述金属离子结合产生氢氧化物沉淀；再采用稀释后的酸性水溶液(如氢氟酸)继续清洗，借助酸性水溶液对晶圆表面氧化硅层的轻微腐蚀，将所述扩散至晶圆内部氧化硅层内的金属离子去除；同时，由于铝合金及铜等金属导线极易被酸性及碱性溶液腐蚀，以及研磨研浆的残留干燥后会形成键结力极强的氧桥基键结，因此，使用上述清洗液(包括碱性水溶液和稀释后的酸性水溶液)清洗后，还需要再使用大量的去离子水(DI)进行清洗、浸润。

目前芯片工艺商通常采用由专门的设备供应商提供的晶圆清洗装置，其示意图如图1所示，其中包括：

晶圆托盘101，具有旋转自由度；

清洗液传送导管102，其输出端安装有清洗液喷头103；

清洗液喷头103，其开口垂直朝向所述晶圆托盘101、在平行于所述晶圆托盘的平面内，沿所述晶圆托盘的直径方向左右扫描，且距离晶圆托盘101的垂直距离为3～5cm；

去离子水传送导管104，其输出端安装有去离子水喷头105；

去离子水喷头105，其开口垂直朝向所述晶圆托盘101、且距离晶圆托盘101的垂直距离为3～5cm。

这样，晶圆承载于晶圆托盘101、且在晶圆托盘101的带动下旋转，同时，清洗液和去离子水分别由清洗液喷头103和去离子水喷头105喷射在晶圆上，去除晶圆表面的各种污染微粒，从而实现对晶圆的清洗。

上述清洗装置虽然能够实现对晶圆的清洗但会存在以下问题：

当Etch或CMP工艺流程结束后，晶圆会产生表面静电，其静电电势在晶圆表面的分布如图2所示：越靠近晶圆边缘，等电势曲线纹理越密集，即，晶圆表面静电的电势在越靠近边缘处越高。由于晶圆放置在承载座上并通过绝缘支架固定，因此所述表面静电无法通过承载座的支架进行放电。

在向晶圆表面喷射化学溶液及去离子水对晶圆表面进行清洗的过程中，如图3所示，在所述溶液或去离子水中包含各种离子及一些不溶于水的杂质微粒。由于喷射化学溶液及去离子水的喷头距离晶圆表面高度有限，因此液体冲刷速度有限、裹挟能力不高；同时晶圆表面静电越靠近边缘分布越密集，又使得化学溶液及去离子水中的微粒受到的静电吸附作用越靠近边缘越强烈，因此，其中的一些体积较小的微粒(一般直径小于20微米)会由于静电的作用而被吸附在晶圆表面无法清除，即清洗晶圆表面式会由于晶圆表面存在静电而形成新的微粒污染，且这种微粒污染则会极大地影响晶圆的良率。

为了解决这一问题，一些半导体工艺厂商通过连接导电介质的方法(如采用离子棒)对晶圆的表面静电进行传导放电，但这种方式会增加操作装置的复杂程度、提高操作装置的成本，而且经过实验证明，其放电效果并不理想，无法有效地将晶圆表面的大部分静电去除。

可见，现有技术在进行晶圆清洗时无法有效去除晶圆上的表面静电，导致对晶圆的清洗效果不佳，使得最终得到的晶圆良率不高、芯片的生产成本无法有效降低。

发明内容

本发明实施例提供一种晶圆清洗的装置，能够有效地去除晶圆的表面静电，改善对晶圆的清洗效果。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种晶圆清洗的装置，包括：

晶圆托盘，具有旋转自由度；

清洗液传送导管，其输出端安装有清洗液喷头；

清洗液喷头，其开口垂直朝向所述晶圆托盘、在平行于所述晶圆托盘的平面内，沿所述晶圆托盘的直径方向左右扫描；

去离子水传送导管，其输出端安装有去离子水喷头；

去离子水喷头，其开口垂直朝向所述晶圆托盘；

该装置还包括升降机构，其自由端与所述清洗液喷头相固定，并能够带动所述清洗液喷头在垂直于所述晶圆托盘的方向移动。

所述清洗液传送导管为刚性材料；

所述清洗液喷头通过所述刚性材料的清洗液传送导管固定于所述升降机构的自由端。

所述升降机构为密闭空心套筒，其轴线垂直于所述晶圆托盘，清洗液自其固定端输入、自其自由端输出；

所述刚性材料的清洗液传送导管的输入端，安装于所述密闭空心套筒的自由端。

所述升降机构为可调支架；

所述刚性材料的清洗液传送导管的外壁固定于所述可调支架的自由端。

所述清洗液传送导管为刚性材料；

所述清洗液喷头直接固定于所述升降机构的自由端。

所述清洗液传送导管为刚性材料，其输出端安装于所述密闭空心套筒的固定端；

所述清洗液喷头安装于所述密闭空心套筒的自由端。

所述清洗液传送导管为塑性材料；

所述清洗液喷头直接固定于所述升降机构的自由端。

所述升降机构为可调支架；

所述清洗液喷头安装于所述可调支架的自由端。

所述清洗液喷头在所述升降机构的自由端带动下，在距所述晶圆托盘3至18厘米的范围内移动。

所述去离子水中进一步混合有二氧化碳。

由上述的技术方案可见，本发明实施例的晶圆清洗的装置能够调节清洗液喷头相比于晶圆的高度。由于能够提高清洗液喷头相对于晶圆的高度，因而清洗液经清洗液喷头喷射出时的势能也会有所提高，相应地，清洗液到达晶圆表面时的动能也就随之提高，因而清洗液中的杂质微粒由于具有更大动能而克服晶圆表面静电的吸附，从而改善晶圆的清洗效果。

此外，本发明的较佳实施例中还进一步通过在去离子水中注入CO₂气体，实现减少部分晶圆表面的静电，进一步改善晶圆的清洗效果。

附图说明

图1为现有技术中晶圆清洗装置的结构示意图。

图2为现有技术中晶圆表面静电的电势分布示意图。

图3为现有技术中使用化学溶液和去离子水进行晶圆清洗的示意图。

图4为本发明实施例中晶圆清洗的装置的组成结构示意图。

图5(a)为本发明第一实施例中一种晶圆清洗的装置的组成结构示意图。

图5(b)为本发明第一实施例中另一种晶圆清洗的装置的组成结构示意图。

图6为本发明第二实施例中晶圆清洗的装置的组成结构示意图。

图7为本发明第三实施例中晶圆清洗的装置的组成结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明实施例提供一种晶圆清洗的装置，其组成结构如图4所示，其中包括：晶圆托盘101、清洗液传送导管102、清洗液喷头103、去离子水传送导管104、去离子水喷头105、升降机构400。

晶圆托盘101，用于承载晶圆并具有旋转自由度，从而能够带动晶圆旋转。

清洗液传送导管102，其输出端安装有清洗液喷头103。其中，清洗液喷头103的开口垂直朝向所述晶圆托盘101、在平行于所述晶圆托盘的平面内，沿所述晶圆托盘的直径方向左右扫描，来自清洗液传送导管102的清洗液，由清洗液喷头103垂直喷向承载于晶圆托盘101的晶圆，实现对晶圆的清洗。

去离子水传送导管104，其输出端安装有去离子水喷头105。其中，去离子水喷头105的开口垂直朝向所述晶圆托盘101、且距离晶圆托盘101的垂直距离为3～5cm。

在如图4所示的装置中，还包括升降机构400，其自由端与所述清洗液喷头103相固定，并能够带动所述清洗液喷头103在垂直于所述晶圆托盘101的方向移动。

这样，即可通过调节升降结构400的自由端来调整清洗液喷头103相对于晶圆托盘101的高度。如果清洗液喷头103相对于晶圆托盘101的高度增加了，则清洗液经清洗液喷头103喷射出时，其势能也会有所提高，相应地，清洗液到达晶圆表面时的动能也就随之提高，因而使清洗液中的杂质微粒由于具有更大动能而克服晶圆表面静电的吸附，从而改善晶圆的清洗效果。

对于上述升降机构400的结构以及连接方式，本发明实施例提供了多种具体实现方式，以下分别进行说明。

实施例一

在实施例一中，清洗液传送导管102为刚性材料，升降机构400为密封空心套筒。该密封空心套筒的轴线垂直于晶圆托盘101，且密封空心套筒的一端为固定端，另一端为自由端，清洗液喷头103通过刚性材料的清洗液传送导管102固定于密封空心套筒的自由端。

本实施例中作为升降机构的密封空心套筒与清洗液喷头103可采用如图5(a)和图5(b)所示的2种更为具体的连接方式。

参见图5a，作为升降机构的密闭空心套筒401如图中两根平行虚线之间所示的部分，其轴线垂直于所述晶圆托盘101，且其固定端401a向下、自由端401b向上。

提供清洗液的装置(图中未示出)可位于密闭空心套筒401下方、且提供清洗液的装置的出口向上直接与向下的固定端401a对接；或者，提供清洗液的装置也可位于密闭空心套筒401的任意一侧或上方、且出口通过软管与向下的固定端401a对接。

这样，清洗液自密闭空心套筒401的固定端401a输入、由下至上自其自由端401b输出，且所述清洗液不会自所述密闭空心套筒401的固定端401a与自由端401b的连接处漏出(下文中出现的密闭套筒与此处设置相同，不再赘述)。

在图5(a)中，刚性材料的清洗液传送导管102具有两处直角折弯，中间部分的轴线平行于晶圆托盘101，该中间部分两侧的折弯部分垂直于晶圆托盘101。左侧折弯部分向下的输入端对接于密闭空心套筒401向上的自由端401b、右侧折弯部分向下输出端安装清洗液喷头103。

如此，即可实现将清洗液喷头103通过刚性材料的清洗液传送导管102固定于密封空心套筒401的自由端401b。当密闭空心套筒401的自由端401b上下移动时，通过刚性材料的清洗液传送导管102带动清洗液喷头103随之上下移动。

在图5(b)中，作为升降机构的密闭空心套筒401如图中两根平行虚线之间所示的部分，其轴线垂直于所述晶圆托盘101，且其固定端401a向上、自由端401b向下。

提供清洗液的装置(图中未示出)可悬挂于密闭空心套筒401上方、且提供清洗液的装置的出口向下直接与向上的固定端401a对接；或者，提供清洗液的装置也可位于密闭空心套筒401的任意一侧或下方、且提供清洗液的装置的出口通过软管或具有折弯的硬管与向上的固定端401a对接，并将密闭空心套筒401的固定端401a悬挂。

这样，清洗液自密闭空心套筒401的固定端401a输入、由上至下自其自由端401b输出。

在图5(b)中，刚性材料的清洗液传送导管102为平行于竖直方向的直管，其向上的输入端对接于密闭空心套筒401向下的自由端401b、向下的输出端安装清洗液喷头103。

如此，也可实现将清洗液喷头103通过刚性材料的清洗液传送导管102固定于密封空心套筒401的自由端401b。当密闭空心套筒401的自由端401b上下移动时，通过刚性材料的清洗液传送导管102带动清洗液喷头103随之上下移动。

实施例二

在实施例二中，清洗液传送导管102也为刚性材料，升降机构400为例如千斤顶等可调支架。清洗液喷头103通过刚性材料的清洗液传送导管102固定于可调支架的自由端。

如图6所示，刚性材料的清洗液传送导管102具有两处直角折弯，中间部分的轴线平行于晶圆托盘101，该中间部分两侧的折弯部分垂直于晶圆托盘101。左侧折弯部分向下的输入端通过软管对接于提供清洗液的装置的出口、右侧折弯部分向下输出端安装清洗液喷头103。

其中，可调支架402的固定端402a可通过任意方式固定在适当位置，使其自由端402b能够与刚性材料的清洗液传送导管102的中间部分接触，并由其自由端402b支撑刚性材料的清洗液传送导管102。

如此，即可实现将清洗液喷头103通过刚性材料的清洗液传送导管102固定于可调支架402的自由端402b。当可调支架402的自由端402b上下移动时，通过刚性材料的清洗液传送导管102带动清洗液喷头103随之上下移动。

实施例三

在实施例三中，清洗液传送导管102为刚性材料，升降机构400为密封空心套筒。该密封空心套筒的轴线垂直于晶圆托盘101，且密封空心套筒的一端为固定端，另一端为自由端，清洗液喷头103直接固定于密封空心套筒的自由端。

如图7所示，刚性材料的清洗液传送导管102具有两处直角折弯，中间部分的轴线平行于晶圆托盘101，该中间部分两侧的折弯部分垂直于晶圆托盘101。左侧折弯部分向下的输入端对接于提供清洗液的装置出口、右侧折弯部分具有向下的输出端。

在图7中，作为升降机构的密闭空心套筒401如图中两根平行虚线之间所示的部分，其轴线垂直于所述晶圆托盘101，且其固定端401a向上、自由端401b向下。其中，向上的固定端401a对接于刚性材料的清洗液传送导管102右侧折弯部分的向下输出端，由于刚性材料的清洗液传送导管102不会发生形变，因而能够实现对固定端401a的固定；向下的自由端401b则安装清洗液喷头103。

这样，清洗液自密闭空心套筒401的固定端401a输入、由上至下自其自由端401b输出至清洗液喷头103。

如此，即可实现将清洗液喷头103直接固定于密封空心套筒401的自由端401b。当密闭空心套筒401的自由端401b上下移动时，直接带动清洗液喷头103随之上下移动。

实施例四

在实施例四中，清洗液传送导管102为可变性的塑性材料，升降机构400为如千斤顶等的可调支架。清洗液喷头103直接固定于可调支架的自由端。

可调支架的固定端可通过任意方式固定在适当位置，使得清洗液喷头103直接固定于作为升降机构的可调支架的自由端，且该固定方式还需保证清洗液喷头103的开口垂直向下、以及与晶圆托盘101具有适当的距离。

同时，塑性材料的清洗液传送导管102的输入端对接于提供清洗液的装置的出口，塑性材料的清洗液传送导管102的输出端对接于清洗液喷头103。清洗液传送导管102。

如此，即可实现将清洗液喷头103直接固定于可调支架的自由端。当可调支架的自由端上下移动时，直接带动清洗液喷头103随之上下移动。

需要指出的是，在上述四个实施例中，清洗液喷头103在所述升降机构自由端的带动下，在距所述晶圆托盘101垂直距离为3至18厘米的范围内移动。

此外，较佳地，所述去离子水中还可以进一步混合二氧化碳。

需要说明的是，本发明实施例所提供的晶圆清洗装置还可以在喷射清洗液对晶圆表面进行清洗之前，先向晶圆表面喷射去离子水和CO₂的混合溶液，预先去除晶圆表面的部分静电；再喷射清洗液到晶圆表面进行化学反应，提取各种杂质离子；最后再使用去离子水和CO₂的混合溶液将提取出的各种杂质离子冲洗干净。

其原理在于，清洗液喷头高度提高后，溶液中的杂质和粒子具有的动能变大，液体分子的冲刷效果和裹挟能量也更大，使得清洗液及去离子水中的杂质微粒更不容易被静电吸附而留在晶圆表面；此外，包含CO₂的去离子水不断通过清洗液喷头431喷射到晶圆表面，使得晶圆表面的静电不断减少，从而对于各种杂质微粒的吸附作用不断降低，因此本发明实施例中的清洗装置能够最大限度的减少清洗过程结束后的晶圆表面存在的污染微粒。

较佳地，如果在喷射清洗液之前，预先喷射去离子水和CO₂，则可以预先去除晶圆表面的部分静电，容易理解，相应地自然可以获得更好的清洗效果。

采用本发明实施例提供的装置对晶圆进行清洗，可以得到如下表1所示的结果：

表1

其中，编号#1和#2的晶圆采用现有清洗装置进行清洗，得到的晶圆上存在的缺陷点的数目分别为982和308个，从中任意选择50个进行分析，可以发现其中49个是由于静电吸附作用所产生的；编号#3和#4的晶圆采用高度为15cm的清洗液喷头，此时缺陷点的数目分别为30和32个，而其中由于静电吸附作用所产生的分别为15和24个；编号#5和#6的晶圆则预先采用含有CO₂的去离子水去除晶圆的表面静电(即表格中Pre-DI表示的含义)，之后再采用高度为15cm的清洗液喷头进行清洗，由表中可见，此时晶圆的缺陷点分别为6和16个，而由于静电吸附作用所产生的为0，即完全消除了由于静电吸附作用而产生的缺陷点。

由上述分析可见，本发明实施例提供的晶圆清洗的装置，能够调节清洗液喷头相比于晶圆的高度。由于能够提高清洗液喷头相对于晶圆的高度，因而清洗液经清洗液喷头喷射出时的势能也会有所提高，相应地，清洗液到达晶圆表面时的动能也就随之提高，因而清洗液中的杂质微粒由于具有更大动能而克服晶圆表面静电的吸附，从而改善晶圆的清洗效果。

本发明的较佳实施例中还进一步通过在去离子水中注入CO₂气体，实现减少部分晶圆表面的静电，进一步改善晶圆的清洗效果。

此外，容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的精神和保护范围，任何熟悉本领域的技术人员所做出的等同变化或替换，都应视为涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1、一种晶圆清洗的装置，包括：

晶圆托盘，具有旋转自由度；

清洗液传送导管，其输出端安装有清洗液喷头；

去离子水传送导管，其输出端安装有去离子水喷头；

去离子水喷头，其开口垂直朝向所述晶圆托盘；

其特征在于，该装置还包括升降机构，其自由端与所述清洗液喷头相固定，并能够带动所述清洗液喷头在垂直于所述晶圆托盘的方向移动。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述清洗液传送导管为刚性材料；

3、如权利要求2所述的装置，其特征在于，

4、如权利要求2所述的装置，其特征在于，

所述升降机构为可调支架；

5、如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述清洗液传送导管为刚性材料；

所述清洗液喷头直接固定于所述升降机构的自由端。

6、如权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述清洗液喷头安装于所述密闭空心套筒的自由端。

7、如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述清洗液传送导管为塑性材料；

所述清洗液喷头直接固定于所述升降机构的自由端。

8、如权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述升降机构为可调支架；

所述清洗液喷头安装于所述可调支架的自由端。

9、如权利要求1至8中任意一项所述的装置，其特征在于，所述清洗液喷头在所述升降机构的自由端带动下，在距所述晶圆托盘3至18厘米的范围内移动。

10、如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述去离子水中进一步混合有二氧化碳。