CN102211095B

CN102211095B - 一种晶片清洗方法

Info

Publication number: CN102211095B
Application number: CN 201010144215
Authority: CN
Inventors: 刘焕新; 保罗
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2010-04-02
Filing date: 2010-04-02
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2030-04-02
Also published as: CN102211095A

Abstract

本发明提供一种晶片清洗方法，包括：将晶片置于反应清洗腔内的固定机台上；旋转固定机台；通过固定机台上方的喷嘴喷洒清洗溶液，对晶片进行清洗；其中，晶片旋转与清洗溶液喷洒同时进行。通过本发明可以有效对晶片进行清洗，使得晶片基底具有光滑平面，改善光刻工艺中产生的散焦现象。

Description

一种晶片清洗方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种晶片清洗方法。

背景技术

半导体晶片的制造过程包括有前段工艺(front end of line，FEOL)和后段工艺(back end of line，BEOL)。无论在前段工艺还是后段工艺中，都可能产生不必要的污染物；例如在以布线工艺为主的后段工艺中，进行元件间金属互连时，金属的颗粒物(如铜)以及其他污染物(如光刻胶等)经常会附着于晶片基底面，所述基底面为半导体生长面的相对面。

其次，在光刻工艺中，前段工艺与后段工艺大多是共用光刻设备，更容易将后段工艺中的污染物，如金属铜等大型的颗粒物带入前段工艺，引起交叉污染。尤其地，前段工艺所需要形成的器件的精度较高，因此，在制作之前，需要对晶片进行清洗以去除上述污染物。

图1为现有技术用于在后段工艺后，对所述晶片的基底进行清洗的装置，包括：

固定机台101，所述固定机台101用于承载并固定晶片102，晶片102通过固定机台101的旋转，以相同速度旋转进行清洗工艺，其中，所述晶片102的基底面朝上放置；

其中，所述固定机台101放置于反应清洗腔103的内腔中，所述反应清洗腔103的侧壁上具有位于不同高度的沉积槽104，本图示出了3个沉积槽，依次为第一沉积槽104a、第二沉积槽104b、第三沉积槽104c。所述沉积槽104为环形，用于收集晶片102在高速旋转时，甩出的清洗溶液，防止清洗溶液进入晶片102的半导体生长面表面，同时也可以回收利用多余的清洗溶液。其中，固定机台101可以上下调节，以使得晶片102位于不同的沉积槽104的高度上，所述不同的沉积槽可用于收集不同的溶液。

位于所述反应清洗腔103内及固定机台101上方的清洗溶液喷嘴105，所述清洗溶液喷嘴105用于喷洒清洗溶液至晶片102的基底面上。

如图2所示，为现有技术对晶片进行清洗的流程图，结合图1包括：执行步骤S101，承载有晶片的固定机台旋转，晶体的基底面朝向喷嘴；执行步骤S102，将晶片置于第一沉积槽齐平的位置，并通过喷嘴向晶片的基底面喷洒清洗溶液，对基底面进行第一清洗，所述清洗溶液一般为混合酸液，因旋转甩出的多余清洗溶液由第一沉积槽收集；执行步骤S103，所述喷嘴停止喷洒清洗溶液，所述固定机台继续旋转，保持一段时间无清洗溶液喷洒的状态，大约2s～5s，以使得清洗溶液更均匀地向四周扩散；执行步骤S104，将所述固定机台升至第二沉积槽高度，并通过喷嘴对晶片的基底面喷洒去离子水，对基底面进行第二清洗，以去除残留于基底面上的清洗溶液，因旋转甩出的多余去离子水由第二沉积槽收集；执行步骤S105，对所述晶片通入氮气，以进行干燥处理。

其中，如图3所示，同时继续参考图1，用于喷洒清洗溶液的喷嘴105沿着晶片102的直径方向来回移动进行喷洒，移动范围为以基底面圆心(未图示)为中心的1/2半径内，移动速度为200mm/s～220mm/s。而承载晶片的固定机台101的旋转速度对应的为500rmp～600rmp。

专利申请号为200810082565.3的中国专利申请还提供了另一种前段工艺的清洗装置，这里就不详细介绍。

经过上述步骤清洗后的晶片，由于基底面清洗不彻底，在进入光刻工艺中，会出现聚焦不准确，即散焦(defocus)现象，进而影响晶片的良率。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种晶片的清洗方法，用于在后段工艺后，对晶片的基底进行清洗，以改善光刻工艺中发生的散焦现象。

本发明提供一种晶片清洗方法，包括：

将晶片置于反应清洗腔内的固定机台上；旋转固定机台；通过固定机台上方的喷嘴喷洒清洗溶液，对晶片进行清洗；其中，晶片旋转与清洗溶液喷洒同时进行。

可选的，所述喷嘴沿晶片直径方向移动，进行清洗溶液喷洒，所述移动范围为直径长度。

可选的，所述喷嘴的移动速度为225mm/s～250mm/s。

可选的，所述固定机台的旋转速度范围为600rpm～800rpm。

可选的，所述清洗溶液为氢氟酸与硝酸的混合酸液，氢氟酸与硝酸的混合比范围为1∶45～1∶55。

可选的，所述清洗溶液对晶片清洗时反应温度范围为23℃～27℃，所述反应时间大约为2s～4s。

可选的，所述清洗溶液为去离子水，所述去离子水的流速为1.8L/min～2.2L/min。

可选的，所述去离子水进行清洗的时间为18s～22s。

与现有技术相比，上述方案具有以下优点：晶片旋转与清洗溶液喷洒同时进行，不存在无清洗溶液喷洒的晶片空转状态，使得清洗溶液均匀分布于基底面。

喷嘴沿晶片直径方向移动进行喷洒溶液，所述移动范围为直径长度，提高清洗溶液的喷洒均匀性。

提高喷嘴的移动速度，从200mm/s～220mm/s提高至225mm/s～250mm/s，使得清洗溶液更快地在晶片上进行分布，提高其清洗的均匀性。

为了使得清洗溶液更快地在晶片上进行分布，提高清洗的均匀性，同时防止因为喷嘴的移动范围的扩大，导致基底的清洗溶液进入晶片的另一面，本发明同时加大了晶片的固定机台的旋速度，从现有技术的500rmp～600rmp至600rmp～800rmp。

附图说明

图1是现有技术的晶片清洗装置示意图；

图2是现有技术的晶片基底清洗方法流程示意图；

图3是现有技术的晶片基底清洗方法示意图；

图4是现有技术的晶片基底清洗效果示意图；

图5至图6是本发明的一个实施例的晶片清洗方法示意图；

图7和图8是现有技术与本发明晶片清洗方法效果图。

具体实施方式

发明人生产过程中发现，光刻工艺中，出现的散焦问题是晶片基底面不光滑，使得在光刻时候，导致晶片不在焦平面上，引起聚焦不准确，即散焦现象。所述散焦现象随着清洗次数的增加而越加严重。

而晶片基底面不光滑是晶片的清洗效果不佳导致的。如图4所示，为现有技术清洗后的晶片：中间具有小凸起，较两边更高，所以晶片表面不光滑。

发明人通过进一步地多次试验发现，清洗后中间的凸起是由于清洗溶液对基底面各个位置的不均匀腐蚀造成的，而所述不均匀腐蚀主要是由如下因素造成，参照图1和图2，包括：

步骤S103中，在清洗溶液停止喷洒之后，所述承载有晶片102的固定机台101仍然继续旋转，这种无清洗溶液喷洒的空转状态将导致基底面上剩余的清洗溶液都向晶片102的四周边缘扩散，导致位于晶片中心附近的清洗溶液较少，进而导致相应的中心附近的刻蚀不足，与四周的刻蚀量不均匀，进而导致基底面不平滑。现有技术对于上述缺陷的改进往往是对中心附近的位置更多的喷洒一段时间，以进一步刻蚀掉所述凸起，但是其带来的效果更差。因为喷洒至基底面的清洗溶液会在步骤S103中，因为晶片102的空转状态而更多地流向晶片102四周边缘，导致小凸起更加严重，进而导致在光刻工艺中散焦现象更加严重。

基于上述原因，本发明提供了一种晶片清洗方法，包括：将晶片置于反应清洗腔内的固定机台上；旋转固定机台；通过固定机台上方的喷嘴喷洒清洗溶液，对晶片进行清洗；其中，晶片旋转与清洗溶液喷洒同时进行。

与现有技术相比，本发明对现有的清洗方法进行下述调整：晶片旋转与清洗溶液喷洒同时进行，不再具有现有技术中，无清洗溶液喷洒的晶片空转状态；另外对所述喷嘴的往返移动范围进行扩大，较佳的同时覆盖整个晶片的直径位置；提高喷嘴的移动速度，使得清洗溶液更快地在晶片上进行分布，提高其清洗的均匀性；为了使得清洗溶液更快地在晶片上进行分布，提高清洗的均匀性，本发明同时加大了晶片的固定机台的旋速度。

通过本发明方法清洗后的晶片基底面光滑，平整度高，可改善光刻工艺中散焦现象。下面接着对该发明做更为详细的说明。

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

图5至图6是本发明的一个实施例的晶片清洗方法示意图。

如图5所示，提供晶片102，所述晶片102的一面为基底面102a，所述晶片材料可以为硅，绝缘体上的硅，外延硅等，与其相对的另一面为半导体生长面102b，形成有诸如MOS晶体管等器件。

使用图1所示的清洗装置001对所述晶片102进行清洗，其中清洗装置001的描述请参考前述。结合图1，将所述晶片102放置于固定机台101上，所述基底面102a朝向喷嘴105。

其中，所述固定机台101的高度可以上下进行调节，使其位于不同的沉积槽的高度上。本图示出了3个沉积槽，第一沉积槽104a、第二沉积槽104b、第三沉积槽104c，本实施例中的清洗过程仅使用了其中两个沉积槽，第一沉积槽104a和第二沉积槽104b。

首先，将所述固定机台101置于任意一高度的沉积槽处，本实施例选择第一沉积槽104a的高度处，同时清洗装置中的喷嘴105对所述晶片102喷洒清洗溶液，对所述晶片102的基底面进行第一清洗。本实施例中，所使用的清洗溶液为氢氟酸与硝酸的混合溶剂，所述氢氟酸与硝酸的混合比范围为1∶45～1∶55，优选为1∶50，所述氢氟酸与硝酸均为饱和溶液。所述清洗溶液主要用于腐蚀后段工艺中所述基底上附着的污染物，如有机物、无机物和某些金属，如铜，主要是为了清洗金属颗粒物。

在喷嘴105开始对晶片102进行腐蚀清洗的同时，固定所述晶片102的固定机台101也开始旋转，使得所述清洗溶液均匀地分布，以对晶片102上的每个位置进行均匀地腐蚀清洗。

所述第一清洗完毕以后，停止第一清洗中清洗溶液的喷洒，同时所述固定机台101仍保持旋转状态，并立即上升至第二沉积槽104b的位置，进行第二清洗，同时更换喷嘴，使用喷洒第二清洗溶液的喷嘴，使得所述晶片102的表面始终喷洒有清洗溶液，保持湿润状态。

第一清洗过程中，所述清洗溶液的喷洒与固定机台101同时进行，不再存在具有所述晶片在无清洗溶液喷洒的空转状态，使得清洗溶液均匀分布于基底面。

在上述用清洗溶液进行清洗过程中，可以通过下述途径更进一步提高清洗效果。如图6所示，所述喷嘴105的运动方向沿着晶片102的直径方向来回反复的移动。所述移动范围覆盖整个晶片102的直径。本实施例中，所述晶片102的半径为125mm，若以晶片102的圆心(未图示)为坐标原点建立坐标，则所述喷嘴的移动范围为-125mm～+125mm。

为了使得所述清洗溶液在晶片基底面102a上更快得到分散，以达到更加的均匀性，较佳的移动速度为225mm/s～250mm/s。最佳的是将所述喷嘴105的移动速度提高到最大，现有的设备中，所述喷嘴105的移动速度最大可达到250mm/s。

为了使得清洗溶液更快地在晶片102上进行分布，提高清洗的均匀性，本发明同时加大了晶片的固定机台的旋速度，从现有技术的500rmp～600rmp至600rmp～800rmp。

所述第一清洗的温度较佳的范围控制在23℃～27℃，所述反应时间大约为2s～4s，由于高速旋转，晶片102上被甩出的清洗溶液被第一沉积槽104a收集。

继续参考图1，所述固定机台101升高至第二沉积槽104b处，进入第二清洗阶段：使用另外一个喷嘴(本图未示出)，通过第二清洗溶液，本实施例优选去离子水对基底面进行清洗。所述去离子水的流量为1.8L/min～2.2L/min，优选为2.0L/min。清洗时间为18s～22s，优选为20s。若以晶片102的圆心(未图示)为坐标原点建立坐标，则所述去离子水喷嘴的移动范围为-50mm～+50mm。最佳的，所述去离子水的清洗过程中也可以采用上述清洗溶液所使用的清洗方法：晶片旋转和去离子水喷洒同时进行、且同时停止；提高喷嘴所移动覆盖的范围至整条直径；提高喷嘴所喷洒的速度至225mm/s～250mm/s，最佳的是将所述喷嘴的移动速度提高到最大；提高所述机台的旋转速度至600rmp～800rmp。具体清洗过程就不详细进行描述了。

去离子水清洗完毕后，对所述晶片通入氮气，进行干燥处理。

图7与图8分别为现有技术与本发明两种晶片清洗方式的效果相比图，其中，图形中横坐标为清洗次数，纵坐标为清洗后晶片中心的凸起高度，清洗效果越不佳，所述凸起高度越大。如图7所示，清洗次数分别为7、18、21、27，对应的凸起高度分别为0.18μm、0.712μm、0.775μm与1.199μm，随着清洗次数的增加，所述凸起的高度越大，对晶片性能的影响越大。

采用本发明之后，如图8所示，随着清洗次数的增加，所述清洗后晶片的中心凸起高度一直保持在0.1μm附近，说明采用本发明清洗方法，清洗效果十分理想，对晶片的性能有很大的提高。且将不同的固定机台的转速，600rmp与800rmp进行比较发现，随着清洗次数的增加，固定机台旋转越快所述清洗效果越好。具体数据为：当固定机台转速为600rmp时，清洗次数为8、23、38、53、69对应的中心凸起分别为0.086μm、0.053μm、0.072μm、0.101μm、0.14μm；当固定机台转速为800rmp时，清洗次数为8、23、38、53、69对应的中心凸起分别为0.102μm、0.084μm、0.053μm、0.075μm、0.112μm。

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.改善光刻工艺中发生的散焦现象的方法，其特征在于，其在制程中采用以下的晶片清洗方法，所述晶片清洗方法包括：提供晶片，所述晶片的一面为基底面，另一面为半导体生长面；将晶片以基底面朝上的方式置于反应清洗腔内的固定机台上，喷嘴位于所述晶片与所述固定机台的上方，所述基底面朝向所述喷嘴；旋转固定机台；通过固定机台上方的喷嘴喷洒清洗溶液，对晶片进行清洗；其中，晶片旋转与清洗溶液喷洒同时进行，避免所述晶片在无清洗溶液喷洒时的空转状态；在清洗溶液喷洒过程中，所述喷嘴沿晶片直径方向移动，所述移动范围为直径长度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷嘴的移动速度为225mm/s～250mm/s。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固定机台的旋转速度范围为600rpm～800rpm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对晶片进行清洗，包括：

对所述晶片的基底面进行第一清洗，所述第一清洗采用的清洗溶液为氢氟酸与硝酸的混合酸液，氢氟酸与硝酸的混合比范围为1：45～1：55，所述氢氟酸与硝酸均为饱和溶液；所述第一清洗完毕后，停止第一清洗中清洗溶液的喷洒，同时停止固定机台的旋转，避免所述晶片在无清洗溶液喷洒时的空转状态；

之后，对所述晶片的基底面进行第二清洗，所述第二清洗采用的清洗溶液为去离子水。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一清洗中，所述清洗溶液对晶片清洗时反应温度范围为23℃～27℃，所述反应时间为2s～4s。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述清洗溶液为去离子水，所述去离子水的流速为1.8L/min～2.2L/min。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述去离子水进行清洗的时间为18s～22s。