CN103074175A

CN103074175A - 一种抛光垫清洗液及其使用方法

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Publication number: CN103074175A
Application number: CN2012105920203A
Authority: CN
Inventors: 陈高攀; 潘国顺; 顾忠华; 龚桦; 邹春莉
Original assignee: SHENZHEN LEAGUER MATERIAL CO Ltd; Tsinghua University; Shenzhen Research Institute Tsinghua University
Current assignee: SHENZHEN LEAGUER MATERIAL CO Ltd; Tsinghua University; Shenzhen Research Institute Tsinghua University
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2032-12-31
Also published as: CN103074175B

Abstract

本发明公开了一种抛光垫清洗液及其使用方法，属于硅晶片抛光垫清洗技术领域。本发明的清洗液包括聚氧乙烯醚非离子表面活性剂、清洗助剂、结块防止剂、增溶剂、润湿剂和PH调节剂，所述清洗液的pH值为8.0～10.0。在循环抛光过程中，抛光之后将本发明的抛光垫清洗液稀释20～40倍，在0.02MPa的压强下使用1～3L/min清洗液刷洗1～2min，然后以5L/min（最大流量）的流量用去离子水刷洗1min。采用本发明的清洗液及清洗方法可以有效的去除循环抛光中累积在抛光垫上的残留污垢及离子残留，增加抛光垫的保湿性，延长抛光垫的使用寿命。本发明的清洗液可以循环使用，价格便宜、成本低，在用于清洗中具有工艺简单、可控等优点。

Description

一种抛光垫清洗液及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种抛光垫清洗液及其使用方法，属于硅晶片抛光垫清洗技术领域，特别涉及一种用于硅晶片循环抛光后抛光垫清洗液的技术领域。

背景技术

以硅材料为主的半导体专用材料已是电子信息产业最重要的基础功能材料，在国民经济和军事工业中占有很重要的地位。全世界的半导体器件中有95%以上是用硅材料制成，其中85%的集成电路也是由硅材料制成。获得表面加工精度更高的硅晶片是制造集成电路的重要环节，直接关系到集成电路的合格率。利用化学机械抛光(CMP)技术对半导体硅片表面进行平坦化处理，已经成为集成电路制造技术必不可少的工艺步骤之一。

化学机械抛光过程中主要耗材为抛光液和抛光垫。为了降低成本，生产厂家一般根据抛光液的性质将抛光液稀释若干倍后循环使用，并根据抛光后硅晶片的去厚速率和表面质量更换抛光液。这样可以减少抛光液的使用量，很大程度上降低成本。然而，抛光液在循环使用过程中会造成抛光产物及有害离子在抛光液的中的累积，这些累积物会不断的沉积在抛光垫上。随着不断的循环抛光，累积在抛光垫上的残留物会堵塞抛光垫的毛孔，造成去厚速率的下降。严重情况下会结成块状物覆盖在抛光垫的表面，造成抛光后硅晶片表面变形，带来腐蚀、划伤等缺陷。此外，沉积在抛光垫表面的金属离子会吸附于硅晶片表面，给后续的清洗带来困难。通常情况下，在每次抛光完成后都会对抛光垫使用去离子水刷洗1～2分钟，这样可以减缓残留的累积，但是所起的作用十分有限。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，公开了一种硅晶片循环抛光后抛光垫清洗液及清洗方法。使用该清洗液及清洗方法可以有效的去除循环抛光中累积在抛光垫上的污垢、残留物及离子残留，增加抛光垫的保湿性，延长抛光垫的使用寿命。

本发明的一种抛光垫清洗液，其特征在于，该清洗液包括聚氧乙烯醚非离子表面活性剂、清洗助剂、结块防止剂、增溶剂、润湿剂和PH调节剂，所述清洗液的pH值为8.0～10.0。

本发明的一种抛光垫清洗液的组分配比为：

聚氧乙烯醚非离子表面活性剂：1～10%；

清洗助剂：0.5～5wt%；

结块防止剂：0.1～5wt%；

增溶剂：10～20wt%；

润湿剂：0.01～0.1wt%；

PH调节剂：0.1～5wt%；

去离子水：余量。

所述的表面活性剂8wt%，清洗助剂5wt%，结块防止剂2wt%，增溶剂10wt%，润湿剂0.1wt%，PH调节剂3wt%，去离子水余量；清洗液的pH值为9.4。

所述的聚氧乙烯醚非离子表面活性剂为肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种；所述的清洗助剂为焦磷酸钠，三聚磷酸钠、四聚磷酸钠、六偏磷酸钠中的一种或几种；所述的结块防止剂为聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、丙烯酸-烯丙醇共聚物、聚d-羟基丙烯酸、丙烯酸-马来酸共聚物中的一种或几种；所述的增溶剂为乙醇、丙酮、异丙醇中的一种或几种；所述的润湿剂为氟碳表面活性剂，包括阴离子、阳离子、非离子、两性氟碳表面活性剂中的一种或几种；所述的PH调节剂为氨水、碳酸铵、碳酸氢铵、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇胺、二异丙醇胺中的一种或几种。

所述的肪醇聚氧乙烯醚可以用以下通式表示：

R-O-(CH2CH2O)n-H

其中，R一般为饱和的或不饱和的C7~18的烃基，可以是直链烃基，也可以或是带支链的烃基；n的范围为5~20。

所述的肪醇聚氧乙烯醚为JFC、JFC-1、JFC-2、JFC-E、平加加-O、AEO-9中的一种或几种。

所述的烷基酚聚氧乙烯醚为壬基酚聚氧乙烯醚(NPEO）、辛基酚聚氧乙烯醚（OPEO）、十二烷基聚氧乙烯醚(DPEO）、二壬基酚聚氧乙烯醚(DNPEO）中的一种或几种。

所述的氟碳表面活性剂为阴离子氟碳表面活性剂，包括全氟辛基磺酸四乙基胺、全氟辛基磺酸胺、全氟丁基磺酸钾、N-丙基-全氟辛基磺酰氨谷氨酸钾中的一种或几种。

本发明的抛光垫清洗液的使用方法如下：

抛光垫每使用30min后即用去离子水清洗抛光垫一次，抛光垫每使用1～2小时后使用所述的清洗液清洗抛光垫一次；

将清洗液稀释20～40倍；

在0.02MPa的压强下使用1～3L/min清洗液刷洗1～2min；

然后在0.02MPa的压强下以5L/min的流量用去离子水刷洗1min。

所述的抛光垫为聚氨酯及无纺布硅晶片抛光垫。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、加入聚氧乙烯醚非离子表面活性剂，对残留在抛光垫上的纳米粒子及抛光过程生成物残留具有吸附作用，通过刷洗可以及时将其去除。

2、不溶性的金属盐沉积在抛光垫上，导致纺织物发硬。清洗助剂对重金属离子有很强的螯合能力，能把这些金属离子封闭起来，以减少金属离子对抛光垫的影响。

3、结块防止剂可以吸附于抛光产物表面，增加这些物质与抛光垫之间的静电斥力，并增加其分散能力，防止再沉积。

4、增溶剂可以增加清洗剂中部分物质的溶解能力，对于稳定清洗剂起到积极作用。

5、润湿剂可以大幅降低清洗剂的表面张力，提高清洗剂对抛光垫的润湿性，有效的减少抛光过程划伤率。

6、阴离子氟碳表面活性剂与聚氧乙烯醚非离子表面活性剂在溶液中形成混合胶束，非离子表面活性剂的分子“插入”离子型表面活性剂胶束之中，使原来离子型表面活性剂带有相同电荷“离子头”之间的电斥力减弱，再加上两种表面活性剂分子中疏水碳链间的相斥吸引作用使阴离子表面活性剂分子间吸引力增加，可以获得比单一表面活性剂更优良的清洗和润湿性。

7、加入弱碱性物质来控制清洗剂的PH值，避免了强碱性物质残留对后续抛光的影响。

8、本发明洗涤液可以稀释20～40倍后循环使用，价格便宜、成本低，在用于清洗中工艺简单可控。

9、使用本发明的清洗液清洗的抛光垫的使用寿命可以提高一倍。

具体实施方式

本实验中使用的抛光机为SpeedFAM36型单面抛光机；每次循环抛光时间为30min；使用清洗液与去离子水清洗时的压强为0.02MPa（自重压强）；清洗时抛光转盘转速为60转/min；清洗时抛光头转速为50转/min；使用去离子水刷洗时间为1min；去离子水流量为5L/min（最大流量）。

以下结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例一

清洗液的制备：在不断的搅拌情况下，向去离子水中依次加入聚氧乙烯醚非离子表面活性剂、清洗助剂、结块防止剂、增溶剂、润湿剂和PH调节剂，并继续搅拌至混合均匀。使各组分含量分别为：聚氧乙烯醚非离子表面活性剂（JFC-E）1wt%，清洗助剂（三聚磷酸钠）3wt%，结块防止剂（聚丙烯酸）0.1wt%，增溶剂（乙醇）20wt%，润湿剂（全氟辛基磺酸四乙基胺）0.04wt%，PH调节剂（氨水）0.1wt%；清洗液的pH值为8.0。

清洗方法：抛光垫使用30min后用去离子水刷洗一次；抛光垫每使用1h后用本发明的清洗液刷洗一次。具体为：将制备将制备好的清洗液稀释20倍，对抛光后的无纺布抛光垫使用普通PVA刷子，以1L/min的流量刷洗1min，然后使用去离子水将无纺布抛光垫上的清洗液刷洗干净。经本发明的清洗液及使用方法处理后的抛光垫连续抛光30h后，检测硅晶片去厚速率的下降率和划伤率。结果如表1所示。

实施例二

清洗液的制备：在不断的搅拌情况下，向去离子水中依次加入表面活性剂、清洗助剂、结块防止剂、增溶剂、润湿剂和PH调节剂，并继续搅拌至混合均匀。使各组分含量分别为：表面活性剂（平加加-O）5wt%，清洗助剂（六偏磷酸钠）0.5wt%，结块防止剂（聚丙烯酰胺）5wt%，增溶剂（丙酮）15wt%，润湿剂（全氟辛基磺酸胺）0.1wt%，PH调节剂（碳酸氢铵）2wt%；清洗液的pH值为8.7。

清洗方法：抛光垫在每使用30min后即用去离子水刷洗一次；抛光垫每使用2h后用本发明的清洗液刷洗一次。具体为：将制备好的清洗液稀释30倍，对抛光后的无纺布抛光垫使用普通PVA刷子，以3L/min的流量刷洗2min，然后使用去离子水将无纺布抛光垫上的清洗液刷洗干净。经本发明的清洗液及使用方法处理后的抛光垫连续抛光30h后，检测硅晶片去厚速率的下降率和划伤率。结果如表1所示。

实施例三

清洗液的制备：在不断的搅拌情况下，向去离子水中依次加入表面活性剂、清洗助剂、结块防止剂、增溶剂、润湿剂和PH调节剂，并继续搅拌至混合均匀。使各组分含量分别为：表面活性剂（辛基酚聚氧乙烯醚）10wt%，清洗助剂（四聚磷酸钠）5wt%，结块防止剂（聚丙烯酸钠）3wt%，增溶剂（异丙醇）10wt%，润湿剂（全氟辛基磺酸胺）0.01wt%，PH调节剂（异丙醇胺）5wt%；清洗液的pH值为10.0。

清洗方法：抛光垫每使用30min后即用去离子水刷洗一次；抛光垫每使用1.5h后用本发明的清洗液刷洗一次。具体为：将制备好的清洗液稀释40倍，对抛光后的无纺布抛光垫使用普通PVA刷子，以3L/min的流量刷洗1.5min，然后使用去离子水将无纺布抛光垫上的清洗液刷洗干净。经本发明的清洗液及使用方法处理后的抛光垫连续抛光30h后，检测硅晶片去厚速率的下降率和划伤率。结果如表1所示。

实施例四

清洗液的制备：在不断的搅拌情况下，向去离子水中依次加入表面活性剂、清洗助剂、结块防止剂、增溶剂、润湿剂和PH调节剂，并继续搅拌至混合均匀。使各组分含量分别为：表面活性剂（AEO-9）8wt%，清洗助剂（六偏磷酸钠）5wt%，结块防止剂（聚丙烯酸）2wt%，增溶剂（异丙醇）10wt%，润湿剂（全氟丁基磺酸钾）0.1wt%，PH调节剂（三乙醇胺）3wt%；清洗液的pH值为9.4。

清洗方法：抛光垫每使用30min后即用去离子水刷洗一次；抛光垫每使用1.5h后用本发明的清洗液刷洗一次。具体为：将制备好的清洗液稀释40倍，对抛光后的无纺布抛光垫使用普通PVA刷子，以2L/min的流量刷洗2min，然后使用去离子水将无纺布抛光垫上的清洗液刷洗干净。经本发明的清洗液及使用方法处理后的抛光垫连续抛光30h后，检测硅晶片去厚速率的下降率和划伤率。结果如表1所示。

实施例五

清洗液的制备：在不断的搅拌情况下，向去离子水中依次加入表面活性剂、清洗助剂、结块防止剂、增溶剂、润湿剂和PH调节剂，并继续搅拌至混合均匀。使各组分含量分别为：表面活性剂（AEO-9）8wt%，清洗助剂（六偏磷酸钠）5wt%，结块防止剂（聚丙烯酸）2wt%，增溶剂（异丙醇）10wt%，润湿剂（全氟丁基磺酸钾）0.1wt%，PH调节剂（三乙醇胺）3wt％；清洗液的pH值为9.4。

对比例一

在清洗过程中不使用清洗液，直接使用去离子水刷洗，

清洗方法：对抛光后的聚氨酯抛光垫使用普通PVA刷子，以5L/min（最大流量）的流量刷洗1min。抛光垫每使用30min后用去离子水刷洗一次。使用该抛光垫连续抛光30h后，检测硅晶片去厚速率的下降率和划伤率。结果如表1所示。

对比例二

在清洗过程中不使用清洗液，直接使用去离子水刷洗。

清洗方法：对抛光后的无纺布抛光垫使用普通PVA刷子，以5L/min（最大流量）的流量刷洗1min。抛光垫每使用30min后用去离子水刷洗一次。使用该抛光垫连续抛光30h后，检测硅晶片去厚速率的下降率和划伤率。结果如表1所示。

由实施例结果（表1）可以看出，在本发明所述最佳清洗液及清洗方法为：

表面活性剂（AEO-9）8wt%，清洗助剂（六偏磷酸钠）5wt%，结块防止剂（聚丙烯酸）2wt%，增溶剂（异丙醇）10wt%，润湿剂（全氟丁基磺酸钾）0.1wt%，PH调节剂（三乙醇胺）3wt%；清洗液的pH值为9.4。清洗方法：将制备好的清洗液稀释40倍，对抛光后的抛光垫使用普通PVA刷子，以2L/min的流量刷洗2min，然后使用去离子水将抛光垫上的清洗液刷洗干净。抛光垫每使用30min后用去离子水刷洗一次；抛光垫每使用1.5h后用去离子水刷洗一次。经过清洗后的抛光垫用于硅晶片连续循环抛光30个小时后，去厚速率下降率控制在5%以内，划伤率控制在6%以内。

实施例充分说明本发明的清洗液是一种性能优良清洗液，本发明清洗方法特别适合于半导体硅晶片抛光后抛光垫的清洗。

所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

表1

去厚速率下降率分别为第15h和第30h抛光后硅晶片的去厚速率与第一次抛光后硅晶片去厚速率的比值。

Claims

1.一种抛光垫清洗液，其特征在于，该清洗液包括聚氧乙烯醚非离子表面活性剂、清洗助剂、结块防止剂、增溶剂、润湿剂和PH调节剂，所述清洗液的pH值为8.0～10.0。

2.根据权利要求1所述的抛光垫清洗液，其特征在于，该清洗液的组分配比为：

聚氧乙烯醚非离子表面活性剂：1～10%；

清洗助剂：0.5～5wt%；

结块防止剂：0.1～5wt%；

增溶剂：10～20wt%；

润湿剂：0.01～0.1wt%；

PH调节剂：0.1～5wt%；

去离子水：余量。

3.根据权利要求1或2所述的抛光垫清洗液，其特征在于，所述的表面活性剂8wt%，清洗助剂5wt%，结块防止剂2wt%，增溶剂10wt%，润湿剂0.1wt%，PH调节剂3wt%，去离子水余量；清洗液的pH值为9.4。

4.根据权利要求1或2所述的抛光垫清洗液，其特征在于，所述的聚氧乙烯醚非离子表面活性剂为肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种；所述的清洗助剂为焦磷酸钠，三聚磷酸钠、四聚磷酸钠、六偏磷酸钠中的一种或几种；所述的结块防止剂为聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、丙烯酸-烯丙醇共聚物、聚d-羟基丙烯酸、丙烯酸-马来酸共聚物中的一种或几种；所述的增溶剂为乙醇、丙酮、异丙醇中的一种或几种；所述的润湿剂为氟碳表面活性剂，包括阴离子、阳离子、非离子、两性氟碳表面活性剂中的一种或几种；所述的PH调节剂为氨水、碳酸铵、碳酸氢铵、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、异丙醇胺、二异丙醇胺中的一种或几种。

5.根据权利要求4所述的抛光垫清洗液，其特征在于，所述的肪醇聚氧乙烯醚通式为：

R-O-(CH2CH2O)n-H

其中，R为饱和的或不饱和的C7~18的烃基，是直链烃基，或是带支链的烃基；n的范围为5~20。

6.根据权利要求5所述的抛光垫清洗液，其特征在于，所述的肪醇聚氧乙烯醚为JFC、JFC-1、JFC-2、JFC-E、平加加-O、AEO-9中的一种或几种。

7.根据权利要求4所述的抛光垫清洗液，其特征在于，所述的烷基酚聚氧乙烯醚为壬基酚聚氧乙烯醚(NPEO）、辛基酚聚氧乙烯醚（OPEO）、十二烷基聚氧乙烯醚(DPEO）、二壬基酚聚氧乙烯醚(DNPEO）中的一种或几种。

8.根据权利要求4所述的抛光垫清洗液，其特征在于，所述的氟碳表面活性剂为阴离子氟碳表面活性剂，包括全氟辛基磺酸四乙基胺、全氟辛基磺酸胺、全氟丁基磺酸钾、N-丙基-全氟辛基磺酰氨谷氨酸钾中的一种或几种。

9.一种如权利要求1、2或3所述的抛光垫清洗液的使用方法，其特征在于，该清洗液的使用方法如下：

抛光垫每使用30min后用去离子水清洗抛光垫一次，抛光垫每使用1～2小时后用所述的清洗液清洗抛光垫一次；

将清洗液稀释20～40倍；

在0.02MPa的压强下使用1～3L/min清洗液刷洗1～2min；

然后在0.02MPa的压强下以5L/min的流量用去离子水刷洗1min。

10.根据权利要求9所述的抛光垫清洗液的使用方法，其特征在于，所述的抛光垫为聚氨酯及无纺布硅晶片抛光垫。