CN104992898A - 一种改善dhf腐蚀均匀性及控制腐蚀速率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善DHF腐蚀均匀性及控制腐蚀速率的方法，应用于在单片清洗机中将硅片放置在工艺腔室旋转的夹持结构上进行DHF清洗工艺，通过在同一步骤的工艺过程中，将硅片的转速通过工艺菜单调整为不同的转速进行对应不同时间的工艺，在第一步DHF清洗步骤，可使得DHF均匀地分布在硅片表面，加快新旧药液的交换，提高腐蚀效率和腐蚀的均匀性，在第二步去离子水清洗步骤，可先把硅片表面残留的DHF甩出，并使得去离子水可以快速覆盖到硅片表面，从而改善了DHF清洗工艺后硅片表面的腐蚀均匀性，同时腐蚀速率可控。

Description

一种改善DHF腐蚀均匀性及控制腐蚀速率的方法
技术领域
本发明涉及半导体清洗技术领域，更具体地，涉及一种在湿法清洗时改善DHF腐蚀均匀性及控制腐蚀速率的方法。
背景技术
目前的单片清洗机都是利用其工艺腔室的夹持结构(chuck)来带动硅片高速旋转，再利用喷淋臂喷射药液至旋转的硅片表面，以此来达到清洗硅片的目的。
单片清洗机在做类似于DHF(氢氟酸稀释液)清洗硅片工艺时，由于DHF把硅片表面的自然氧化层完全腐蚀掉后，硅片表面会由亲水变成疏水，尤其是在DHF腐蚀均匀性不一致的情况下，此时硅片表面的颗粒等缺陷会急剧增加，达不到预期的清洗效果。
造成上述腐蚀不均匀现象的主要原因可包括：DHF不能均匀地分布在硅片表面；旧药液和反应产物不能及时离开硅片表面；DHF工艺后，硅片表面由亲水变成疏水后易吸附颗粒，在此情况下，如果DI water(去离子水)不能迅速地完全覆盖硅片表面，快速地把硅片表面的残留药液和反应产物冲掉，将会导致硅片表面颗粒的急剧增加。
现有的单片清洗机工艺过程中有很多工艺步骤，简单来说，DHF工艺的步骤大致分为:
第1步：DHF清洗；
第2步：DI water清洗；
第3步：氮气干燥。
请参阅表1，表1为现有DHF工艺的一示例性工艺菜单。如表1所示，工艺步骤(Step number)有3步，各步骤工艺喷嘴分配(Dispense nozzle)分别为DHF、DI water、N2dry，工艺时间分配(Dispense time)分别为20、40、15秒；可以看到，在不同的工艺步骤中，带动硅片旋转的夹持结构转速(Chuck speed)是变化的，而在同一步工艺过程中硅片的旋转转速是恒定不变的。例如，在第二步的DI water工艺过程中，硅片的旋转转速会维持一个固定的转速600rpm不变，直到第三步N2dry(氮气干燥)时，硅片的转速才会变化至1500rpm。
表1：现有DHF工艺的工艺菜单(参数数值仅供参考)
Step number Dispense nozzle Dispense time(s) Chuck speed(rpm)
1 DHF 20 400
2 DI water 40 600
3 N2dry 15 1500
但是，在一个工艺步骤中硅片的转速至关重要，尤其对类似DHF这种腐蚀速率高的化学药液来说。本发明人研究发现，在一个工艺步骤中如果保持硅片恒定的转速，则难以与不同工艺步骤的特点相结合，并不利于DHF腐蚀的均匀性，也难以及时促使旧药液和反应产物离开硅片表面，从而导致了硅片表面颗粒的急剧增加。
因此，如何合理控制夹持结构的旋转，以将硅片表面的残留药液和反应产物快速、充分地去除干净，成为当前一个亟待解决的重要课题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种改善DHF腐蚀均匀性及控制腐蚀速率的方法，在同一步骤的工艺过程中，将硅片的转速通过工艺菜单调整为不同的转速进行对应不同时间的工艺，从而改善DHF清洗后硅片表面的腐蚀均匀性，同时腐蚀速率可控。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种改善DHF腐蚀均匀性及控制腐蚀速率的方法，应用于在单片清洗机中将硅片放置在工艺腔室旋转的夹持结构上进行DHF清洗工艺，其特征在于，所述DHF清洗工艺包括：
步骤S01：向硅片表面喷射DHF，将硅片表面的自然氧化层腐蚀掉；
步骤S02：用去离子水对硅片表面进行清洗；
步骤S03：用氮气对硅片表面进行干燥；
其中，至少在步骤S01和步骤S02中，分别对所述硅片采用至少二种不同的转速进行对应不同时间的工艺。
优选地，在步骤S01中，对所述硅片采用第一转速、第二转速、第三转速三种不同的转速进行工艺；其中，所述第一转速小于所述第二转速，所述第二转速大于所述第三转速。
优选地，所述第一转速等于所述第三转速。
优选地，在步骤S01中，对所述硅片采用与所述第一～第三转速对应的第一～第三时间进行工艺；其中，所述第一时间小于所述第二时间，所述第二时间大于所述第三时间。
优选地，所述第一时间等于所述第三时间。
优选地，所述第一～第三时间之和等于步骤S01中的工艺总时间。
优选地，在步骤S02中，对所述硅片采用第四转速、第五转速二种不同的转速进行工艺；其中，所述第四转速大于所述第五转速。
优选地，在步骤S02中，对所述硅片采用与所述第四、第五转速对应的第四、第五时间进行工艺；其中，所述第四时间小于所述第五时间。
优选地，所述四、第五时间之和等于步骤S02中的工艺总时间。
优选地，通过DHF清洗工艺的工艺菜单进行硅片转速及对应时间的设定。
从上述技术方案可以看出，本发明通过在同一步骤的工艺过程中，将硅片的转速通过工艺菜单调整为不同的转速进行对应不同时间的工艺，在第一步DHF清洗步骤，可使得DHF均匀地分布在硅片表面，加快新旧药液的交换，提高腐蚀效率和腐蚀的均匀性，在第二步去离子水清洗步骤，可先把硅片表面残留的DHF甩出，并使得去离子水可以快速覆盖到硅片表面，从而改善了DHF清洗工艺后硅片表面的腐蚀均匀性，同时腐蚀速率可控。
附图说明
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
现有采用单片清洗机进行的硅片DHF清洗工艺过程中，在不同的工艺步骤中，硅片旋转的转速是变化的；而在同一步工艺过程中硅片的旋转转速是恒定不变的。但是，在一个工艺步骤中硅片的转速至关重要，尤其对类似DHF这种腐蚀速率高的化学药液来说。本发明人研究发现，在一个工艺步骤中如果保持硅片恒定的转速，则难以与不同工艺步骤的特点相结合，并不利于DHF腐蚀的均匀性，也难以及时促使旧药液和反应产物离开硅片表面，从而导致了硅片表面颗粒的急剧增加。
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种改善DHF腐蚀均匀性及控制腐蚀速率的方法，在同一步骤的工艺过程中，将硅片的转速通过工艺菜单调整为不同的转速进行对应不同时间的工艺，从而改善DHF清洗后硅片表面的腐蚀均匀性，同时腐蚀速率可控。
本发明的一种改善DHF腐蚀均匀性及控制腐蚀速率的方法，可应用于在单片清洗机中将硅片放置在工艺腔室旋转的夹持结构上进行的DHF清洗工艺，但不限于此。所述DHF清洗工艺包括以下3个步骤：
步骤S01：向硅片表面喷射DHF，将硅片表面的自然氧化层腐蚀掉；
步骤S02：用去离子水对硅片表面进行清洗；
步骤S03：用氮气对硅片表面进行干燥。
本发明的关键改进之处在于，至少在步骤S01和步骤S02中，分别对所述硅片采用至少二种不同的转速进行对应不同时间的工艺。
在本发明一较佳具体实施方式中，在上述步骤S01中，对所述硅片可采用第一转速、第二转速、第三转速三种不同的转速进行工艺；其中，所述第一转速小于所述第二转速，所述第二转速大于所述第三转速。进一步地，可以使得所述第一转速等于所述第三转速。
进一步地，在步骤S01中，可对所述硅片采用与所述第一～第三转速对应的第一～第三时间进行工艺；其中，所述第一时间小于所述第二时间，所述第二时间大于所述第三时间。进一步地，可以使得所述第一时间等于所述第三时间。并且，在步骤S01中，所述第一～第三时间之和等于步骤S01中的工艺总时间。
在本发明一较佳具体实施方式中，在上述步骤S02中，对所述硅片可采用第四转速、第五转速二种不同的转速进行工艺；其中，所述第四转速大于所述第五转速。进一步地，在步骤S02中，对所述硅片采用与所述第四、第五转速对应的第四、第五时间进行工艺；其中，所述第四时间小于所述第五时间。并且，在步骤S02中，所述四、第五时间之和等于步骤S02中的工艺总时间。
在上述具体实施方式中，可在单片清洗机上通过DHF清洗工艺的工艺菜单进行硅片转速及对应时间的设定。
在以下本发明一具体实施例中，请参阅表2，表2是本发明在DHF工艺各步骤中增加变速功能后的一示例性工艺菜单。如表2所示，可在单片清洗机上，通过DHF清洗工艺的工艺菜单，进行硅片转速及对应时间的设定，然后，通过工艺菜单的自动运行，对DHF清洗工艺过程进行控制。
表2：本发明在DHF工艺各步骤中增加变速功能后的工艺菜单(参数数值仅供参考)
在表2的工艺菜单中，工艺步骤(Step number)栏有3步，可在每一步的chuck speed(转速)栏的第一列增加一个下拉菜单，此菜单可以选择把chuck speed参数分为几列。每一列由转速和时间构成，如chuck speed栏第一步中第一列的“400/5”，表示转速为400rpm、时间为5s，即此步的前5s采用的转速是400rpm；第二列的“600/10”表示此步的中间5s到15s的这10s采用的转速是600rpm；同理，第三列的“400/5”表示15s到20s这5s内硅片的转速是400rpm。
上述工艺菜单中，第一步的“dispense time”是20s，“chuck speed”栏的转速不论分成几栏，最后一栏的时间可由软件系统自动算出：dispensetime(20s)减去第一栏(5s)再减去第二栏(10s)最后得5s。其中，最后一栏算出的时间必须大于等于零，否则工艺菜单编辑界面会报错，提示前两栏的时间编辑有错误。
表2列举了一个例子：第一步工艺把chuck speed分为3段，第二步工艺把chuck speed分为2段，第三步工艺把chuck speed分为1段。
DHF步分为3段的目的是，首先，在稍低的转速400rpm的条件下旋转5s，让DHF均匀地分布在硅片表面，防止因为是第一步工艺，硅片表面太干燥，DHF液体喷射到硅片表面后因转速太快，同时刚喷到硅片表面的液体太少，出现硅片表面一部分有液体、一部分没有液体的腐蚀不均的情况。待液体均匀分布在硅片表面后，让chuck转速提高到600rpm下旋转10s，这样，可加快新旧药液的交换，提高腐蚀效率和腐蚀的均匀性。最后5s再采用400rpm的低速进行工艺，这样即可有效地控制腐蚀速率。
在第二步DI water工艺中，开始以800rpm的转速旋转5s，目的是先把硅片表面残留的DHF甩出，并使去离子水可以快速覆盖到硅片表面。然后再以600rpm的转速旋转35s，从而弥补了现有工艺存在的残留药液不能快速被甩出、造成腐蚀不均匀的问题。
第三步的氮气干燥工艺，在工艺菜单的chuck speed栏也预留了下拉菜单，根据需要，也可以设置不同的转速。
综上所述，本发明通过在同一步骤的工艺过程中，将硅片的转速通过工艺菜单调整为不同的转速进行对应不同时间的工艺，在第一步DHF清洗步骤，可使得DHF均匀地分布在硅片表面，加快新旧药液的交换，提高腐蚀效率和腐蚀的均匀性，在第二步去离子水清洗步骤，可先把硅片表面残留的DHF甩出，并使得去离子水可以快速覆盖到硅片表面，从而改善了DHF清洗工艺后硅片表面的腐蚀均匀性，同时腐蚀速率可控。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种改善DHF腐蚀均匀性及控制腐蚀速率的方法，应用于在单片清洗机中将硅片放置在工艺腔室旋转的夹持结构上进行DHF清洗工艺，其特征在于，所述DHF清洗工艺包括：
步骤S01：向硅片表面喷射DHF，将硅片表面的自然氧化层腐蚀掉；
步骤S02：用去离子水对硅片表面进行清洗；
步骤S03：用氮气对硅片表面进行干燥；
其中，至少在步骤S01和步骤S02中，分别对所述硅片采用至少二种不同的转速进行对应不同时间的工艺。
2.根据权利要求1所述的改善DHF腐蚀均匀性及控制腐蚀速率的方法，其特征在于，在步骤S01中，对所述硅片采用第一转速、第二转速、第三转速三种不同的转速进行工艺；其中，所述第一转速小于所述第二转速，所述第二转速大于所述第三转速。
3.根据权利要求2所述的改善DHF腐蚀均匀性及控制腐蚀速率的方法，其特征在于，所述第一转速等于所述第三转速。
4.根据权利要求2所述的改善DHF腐蚀均匀性及控制腐蚀速率的方法，其特征在于，在步骤S01中，对所述硅片采用与所述第一～第三转速对应的第一～第三时间进行工艺；其中，所述第一时间小于所述第二时间，所述第二时间大于所述第三时间。
5.根据权利要求4所述的改善DHF腐蚀均匀性及控制腐蚀速率的方法，其特征在于，所述第一时间等于所述第三时间。
6.根据权利要求4所述的改善DHF腐蚀均匀性及控制腐蚀速率的方法，其特征在于，所述第一～第三时间之和等于步骤S01中的工艺总时间。
7.根据权利要求1所述的改善DHF腐蚀均匀性及控制腐蚀速率的方法，其特征在于，在步骤S02中，对所述硅片采用第四转速、第五转速二种不同的转速进行工艺；其中，所述第四转速大于所述第五转速。
8.根据权利要求7所述的改善DHF腐蚀均匀性及控制腐蚀速率的方法，其特征在于，在步骤S02中，对所述硅片采用与所述第四、第五转速对应的第四、第五时间进行工艺；其中，所述第四时间小于所述第五时间。
9.根据权利要求8所述的改善DHF腐蚀均匀性及控制腐蚀速率的方法，其特征在于，所述四、第五时间之和等于步骤S02中的工艺总时间。
10.根据权利要求1～9任意一项所述的改善DHF腐蚀均匀性及控制腐蚀速率的方法，其特征在于，通过DHF清洗工艺的工艺菜单进行硅片转速及对应时间的设定。
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