CN102179771A

CN102179771A - 抛光台间清洗晶圆的方法

Info

Publication number: CN102179771A
Application number: CN2011100576864A
Authority: CN
Inventors: 李协吉; 李儒兴; 邵尔剑; 李志国
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2031-03-10
Also published as: CN102179771B

Abstract

一种抛光台间清洗晶圆的方法，包括：当抛光过程中发生报警后，将吸附晶圆的抛光头向抛光台间45°位置偏转角度θ，使所述晶圆中心偏离抛光台间清洗装置的喷嘴中心线的距离为D，D不大于所述喷嘴向所述晶圆喷射去离子水所形成的清洗死角宽度的1/2；旋转所述抛光头；向所述晶圆喷射去离子水。本发明能解决晶圆转到抛光台间45°位置进行清洗时形成的清洗死角问题，防止了抛光液对晶圆表面的化学腐蚀而产生缺陷，同时也提高了抛光台间清洗装置的清洗效率。

Description

抛光台间清洗晶圆的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种抛光台间清洗晶圆的方法。

背景技术

化学机械抛光(CMP，Chemical Mechanical Polishing)工艺由IBM于1984年引入集成电路制造工业，并首先用在后道工艺的金属间绝缘介质(IMD，InterMetal Dielectric)的平坦化，然后通过设备和工艺的改进用于钨的平坦化，随后用于浅沟槽隔离(STI)和铜的平坦化。化学机械抛光为近年来IC制程中成长最快、最受重视的一项技术。CMP的机理是表面材料与抛光料发生化学反应生成一层相对容易去除的表面层，所述表面层通过抛光料中抛光剂和抛光压力与抛光垫的相对运动被机械地磨去。

图1为现有技术中化学机械抛光设备的结构示意图。如图1所示，位于CMP设备中心位置的十字架(Cross)10通过其四个机械臂101承载抛光头(Head)102，并可以使抛光头102以所述十字架10的中心a(图1所示两条虚线的交点)为圆心进行旋转，从而实现抛光头102在抛光台30上进行CMP工艺。具体地，所述抛光头102从抛光头清洗及晶圆装卸机构(HCLU，Head CleanLoad/Unload)40将需要进行抛光处理的晶圆真空吸附住并送上所述抛光台30进行抛光作业。由于CMP设备在作业时需要用到抛光液，因此在CMP设备上还设有抛光台间清洗装置(Inter platen)20(图中仅对其中一套进行标示)，用于对抛光台30的周边进行清洗。所述抛光台间清洗装置20一端固定于所述十字架10的中心a，每台CMP装置一般都设置有四套抛光台间清洗装置20，每套抛光台间清洗装置20上一般设有五个喷嘴201。

目前的CMP工艺过程已经完全实现了电脑精确控制，在CMP设备工作过程中，如果出现非正常的情况，例如压力、转速等异常，抛光设备会自动停止工作并且发出报警，等待设备工程师来处理。此时，抛光头102会自动停止工作(即抛光过程中的自身旋转)，并转至抛光台间45°位置，即图1所示的四套抛光台间清洗装置20的位置，所述抛光头102所真空吸附的晶圆位于所述抛光台间清洗装置20的喷嘴201的正上方，以俯视的角度看，所述晶圆中心也位于喷嘴201的中心线上。根据工艺的需要，当设备因异常产生报警时，所述喷嘴201可以喷出去离子水以冲洗晶圆表面，并保持晶圆表面湿润，防止抛光液变干。现有技术中，从所述喷嘴201向所述晶圆喷射去离子水进行清洗时，会存在清洗死角，并不能完全有效地去除所述抛光液，在有些情况下会导致晶圆的表面被腐蚀而产生缺陷，进而影响了晶圆的质量，甚至导致由该晶圆生产的器件失效。因此，如何在抛光设备发出报警后对晶圆进行有效地清洗以去除其表面的抛光液已显得尤为重要。

专利号为ZL200720144196.7的中国实用新型专利公开了一种用于化学机械抛光装置的抛光台间清洗装置，但是并不能解决上述问题。

发明内容

本发明要解决的问题是晶圆的抛光过程中因异常情况产生报警后，抛光台间清洗装置由于存在清洗死角，不能有效地去除晶圆上的抛光液，导致晶圆的表面被腐蚀而产生缺陷，影响了晶圆的质量。

为解决上述问题，本发明提供一种抛光台间清洗晶圆的方法，包括：

当抛光过程中发生报警后，将吸附晶圆的抛光头向抛光台间45°位置偏转角度θ，使所述晶圆中心偏离抛光台间清洗装置的喷嘴中心线的距离为D，D不大于所述喷嘴向所述晶圆喷射去离子水所形成的清洗死角宽度的1/2；

旋转所述抛光头；

向所述晶圆喷射去离子水。

可选的，D等于所述喷嘴向所述晶圆喷射去离子水所形成的清洗死角宽度的1/2。

可选的，D为7.5～12.5mm。

可选的，所述偏转角度θ为43°～44.5°。

可选的，向所述晶圆喷射去离子水时，抛光头的转速大于10转/分钟(RPM)。

可选的，所述抛光头的转速为30RPM。

可选的，所述向抛光台间45°位置偏转的方向为顺时针偏转或逆时针偏转。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

通过当抛光过程中因异常发生报警后，将抛光头向抛光台间45°位置偏转一定角度，并使所述晶圆中心偏离抛光台间清洗装置的喷嘴中心线一定距离，在吸附晶圆的抛光头进行旋转的情况下喷射去离子水对晶圆表面进行清洗，从而解决了晶圆转到抛光台间45°位置进行清洗时形成的清洗死角问题，防止了抛光液对晶圆表面的化学腐蚀而产生缺陷，同时也提高了抛光台间清洗装置的清洗效率。

附图说明

图1是现有技术中化学机械抛光设备的结构示意图；

图2是图1所示抛光台间清洗装置实施方式的示意图；

图3是图2所示喷嘴的实施方式的剖面示意图；

图4是抛光液腐蚀晶圆多晶硅层的示意图；

图5是未旋转的抛光头位于抛光台间45°位置进行清洗时晶圆表面缺陷分布示意图；

图6是旋转的抛光头位于抛光台间45°位置进行清洗时晶圆表面缺陷分布示意图；

图7、图8是本发明提供的抛光台间清洗晶圆的方法的实施例示意图；

图9是本发明提供的抛光台间清洗晶圆的方法下晶圆表面缺陷分布的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

如背景技术中所述，现有的抛光过程中，当CMP设备工作过程中出现异常，例如压力、转速等出现异常，则CMP设备会自动停止工作并且发出报警。此时，结合图1，抛光头102会自动停止自身旋转，并转至抛光台间45°位置，被所述抛光头102真空吸附的晶圆位于所述抛光台间清洗装置20的喷嘴201的正上方，以俯视的角度看，所述晶圆中心也位于喷嘴201的中心线上。喷嘴201会喷射出去离子水对晶圆表面进行清洗，但是，由于喷嘴201的设计，导致在清洗晶圆时会存在清洗死角。图2是图1所示抛光台间清洗装置实施方式的示意图。如图2所示，抛光台间清洗装置20的喷嘴201中喷射出去离子水对晶圆进行清洗，但是喷射出的水柱并非向正上方喷射，而是偏向两侧(图2中箭头示出了水流的喷射方向)。图3是图2所示喷嘴的实施方式的剖面示意图。如图3所示，喷嘴201的顶部201a挡住了水流(水流的方向如图中箭头所示)，从而使水流只能从两侧的空隙中喷射出。正是由于采用了这种设计才能实现抛光台间清洗装置20对抛光台30周边的清洗。但是，这种设计导致抛光台间清洗装置20对其正上方的晶圆进行清洗时出现了清洗死角，参阅图3，顶部201a正上方区域即为清洗死角，其宽度为W。

正是因为存在上述清洗死角，导致晶圆上该区域的抛光液未被去除干净，在有些情况下，抛光液会导致晶圆的表面被腐蚀而产生缺陷。例如，在闪存产品的浅沟槽隔离(STI)进行CMP工艺时，抛光液会腐蚀晶圆表面的多晶硅层。图4是抛光液腐蚀晶圆多晶硅层的示意图。参阅图4，先后在衬底500上形成栅氧化层504、多晶硅层502、氮化硅层501以及浅沟槽503，浅沟槽503中填充氧化物(氧化硅)后进行CMP工艺，在所述CMP工艺中所采用的抛光液一般包含碱性溶液，如氢氧化钾等，抛光过程止于作为阻挡层的氮化硅层501。若此时CMP设备因异常而发出报警，吸附晶圆的抛光头转至抛光台间45°位置，结合图3，抛光台间清洗装置20的喷嘴201向其正上方的晶圆喷射去离子水进行清洗，由于存在清洗死角，喷嘴201的顶部201a的正上方宽度为W的区域中的抛光液未被去除，此时，所述抛光液通过浅沟槽503和氮化硅层501之间的缝隙渗透进入多晶硅层502，对所述多晶硅层502产生腐蚀，形成如图4中区域505所示的微孔缺陷(void defect)，严重影响了晶圆的质量，甚至最终可能导致闪存器件的失效。此外，在进行其他工艺步骤时，例如对钨栓塞的CMP中，若CMP设备发生报警，由于存在上述的清洗死角问题，残留的抛光液也会导致钨栓塞的凹陷甚至缺失问题。

图5是未旋转的抛光头位于抛光台间45°位置进行清洗时晶圆表面缺陷分布示意图。如图5所示，晶圆表面的缺陷处以黑点表示，可以看到，当抛光头位于抛光台间45°位置，并且该抛光头未处于旋转状态时，由于抛光台间清洗装置对晶圆进行清洗存在清洗死角问题，即图3中喷嘴201的顶部201a正上方区域存在宽度为W的清洗死角，造成未被清除的抛光液对晶圆表面腐蚀形成的缺陷呈线状分布，对应图5中缺陷集中所形成的线状区域的宽度为W。当然，由于实际生产情况中，也不能保证晶圆上完全不产生缺陷，因此，图5中还对其他位置零星的缺陷进行了标识。

发明人考虑，如果在抛光台间清洗装置对晶圆的清洗过程中，控制抛光头自身以一定速度进行旋转，则可以在一定程度上改变清洗的死角，但是，由于晶圆中心位置附近的区域的死角问题仍然存在，并不能从根本上解决因清洗死角而使抛光液腐蚀晶圆表面导致产生缺陷的问题。具体实施的结果参阅图6，图6为旋转的抛光头位于抛光台间45°位置进行清洗时晶圆表面缺陷分布示意图。可以看到，当抛光头处于旋转状态时进行清洗，图6中的缺陷不再如图5中所示呈线状分布，而是更多地集中于晶圆的中心区域。

基于上述研究，本发明提供了一种抛光台间清洗晶圆的方法，包括：当抛光过程中发生报警后，将吸附晶圆的抛光头向抛光台间45°位置偏转角度θ，使所述晶圆中心偏离抛光台间清洗装置的喷嘴中心线的距离为D，D不大于所述喷嘴向所述晶圆喷射去离子水所形成的清洗死角宽度的1/2；旋转所述抛光头；向所述晶圆喷射去离子水。

下面以附图对本发明提供的抛光台间清洗晶圆的方法作详细说明。图7、图8是本发明提供的抛光台间清洗晶圆的方法的实施例示意图。结合图7与图8，当抛光过程中发生报警后，控制抛光头向抛光台间45°位置偏转角度θ，在具体实施时，向抛光台间45°位置偏转的方向既可以为顺时针偏转也可以为逆时针偏转。本实施例中，以逆时针向抛光台间45°位置偏转为例，并且，偏转角度θ小于45°。现有技术中，当抛光过程中发生报警后，吸附晶圆的抛光头会偏转至抛光台间45°位置，如图7所示，虚线所示的晶圆60所处的位置即为抛光台间45°位置，此时，从俯视的角度看，晶圆60的中心b(结合图8)位于抛光台间清洗装置20的喷嘴201的中心线K之上。而本发明提供的方法中，向抛光台间45°位置偏转角度θ后，并未达到抛光台间45°位置，而是与抛光台间45°位置形成一夹角(图8所示的∠bab’)，该夹角的大小即为45°-θ，此时，图7中实线所示的晶圆60’为向抛光台间45°位置偏转角度θ后的位置，晶圆60’的中心b’偏离了所述喷嘴201的中心线K，并且晶圆中心b’距抛光台间清洗装置20的喷嘴201中心线K的距离为D(图8所示线段b’c的长度)。从图8中可知，直角三角形acb’中，θ、D满足：sin(45°-θ)＝D/L。其中，L为晶圆中心(本实施例中具体为b或b’)与承载所述抛光头的十字架中心a之间的距离，L一般为固定值。本发明中，D应该满足不大于所述喷嘴向所述晶圆喷射去离子水所形成的清洗死角宽度的1/2，在理论上，如果D大于W/2，则晶圆的内圈将不会有去离子水冲洗，同样达不到完全有效的清洗目的。因此，当L和D确定后，可以根据公式sin(45°-θ)＝D/L计算得到偏转角度θ的范围。但是考虑到实际应用中去离子水是喷射出的，在晶圆表面还有一定的流动速度，因此可将计算得到的偏转角度θ的范围进行适度调整，以达到更好地清洗效果，同时也使D能够基本满足小于或等于所述喷嘴向所述晶圆喷射去离子水所形成的清洗死角宽度的1/2。

例如，在实际实施中，图5中所形成的缺陷线状区域的宽度W一般为15～25mm，以L约为438mm，D为向所述晶圆喷射去离子水所形成的清洗死角宽度的1/2，即D＝W/2＝7.5～12.5mm为例，一般所述偏转角度θ可设定为43°～44.5°。

向所述晶圆喷射去离子水时，抛光头的转速大于10RPM(转/分钟)。如果抛光头设置太低的转速，可能导致在CMP设备故障排除之前的这段时间内，仍未能完成对晶圆全面的清洗，因此，至少应当将抛光头的转速设定在10RPM以上，才能取得较好的实施效果。本实施例中，所述抛光头的转速设定为30RPM。

图9是本发明提供的抛光台间清洗晶圆的方法下晶圆表面缺陷分布的示意图。如图9所示，晶圆表面的缺陷明显减少，表明当抛光过程中发生报警后，采用本发明提供的抛光台间清洗晶圆的方法对晶圆进行清洗，可以有效解决抛光台间清洗装置的清洗死角问题，防止了抛光液对晶圆表面的化学腐蚀而产生缺陷，同时也提高了抛光台间清洗装置的清洗效率。

综上，本发明提供的抛光台间清洗晶圆的方法，至少具有如下有益效果：

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种抛光台间清洗晶圆的方法，其特征在于，包括：

旋转所述抛光头；

向所述晶圆喷射去离子水。

2.根据权利要求1所述的抛光台间清洗晶圆的方法，其特征在于，D等于所述喷嘴向所述晶圆喷射去离子水所形成的清洗死角宽度的1/2。

3.根据权利要求2所述的抛光台间清洗晶圆的方法，其特征在于，D为7.5～12.5mm。

4.根据权利要求3所述的抛光台间清洗晶圆的方法，其特征在于，所述偏转角度θ为43°～44.5°。

5.根据权利要求1所述的抛光台间清洗晶圆的方法，其特征在于，向所述晶圆喷射去离子水时，抛光头的转速大于10RPM。

6.根据权利要求5所述的抛光台间清洗晶圆的方法，其特征在于，所述抛光头的转速为30RPM。

7.根据权利要求1所述的抛光台间清洗晶圆的方法，其特征在于，所述向抛光台间45°位置偏转的方向为顺时针偏转或逆时针偏转。