CN105632895B - 一种减少化学清洗工艺中球形颗粒缺陷的方法 - Google Patents

一种减少化学清洗工艺中球形颗粒缺陷的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种减少化学清洗工艺中球形颗粒缺陷的方法，应用于采用65纳米铜互连后道清洗及化学处理设备对硅片进行化学清洗，通过在新化学药液更新进入药液罐后的首次化学清洗工艺之前，先对工艺自循环管路和非工艺自循环管路分别通入经加热及过滤的新化学药液进行一定时间的循环处理，使管路中产生的球状颗粒随着新化学药液的充分循环而逐渐减少，之后，再进行化学清洗工艺，即可有效降低工艺后球状颗粒的增加值。

Description

一种减少化学清洗工艺中球形颗粒缺陷的方法
技术领域
本发明涉及半导体清洗技术领域，更具体地，涉及一种在化学清洗时减少清洗工艺中产生的球形颗粒缺陷的方法。
背景技术
在半导体集成电路的制造工艺过程中，半导体硅片通常都会经过诸如薄膜沉积、刻蚀、抛光等多道工艺步骤。而这些工艺步骤就成为沾污物(颗粒)产生的重要场所。为了保持硅片表面的清洁状态，消除在各个工艺步骤中沉积在硅片表面的沾污物，必须对经受了每道工艺步骤后的硅片表面进行化学清洗处理。因此，化学清洗工艺成为集成电路制作过程中最普遍的工艺步骤，其目的在于有效地控制各步骤的沾污水平，以实现各工艺步骤的目标。
随着硅片尺寸加大，器件结构的超微小化、高集成化，对硅片的洁净程度、表面的化学态、微粗糙度等表面状态的要求越来越高，集成电路制造商和设备供应商已认识到化学清洗在生产中的重要性。
当集成电路的主流工艺从90纳米过渡到65纳米时，传统的批式清洗方法已不能完全满足目前极大规模集成电路制造中关键步骤的清洗要求，需要研发新的化学清洗的设备，以应对产业发展的需求。
目前，300毫米65纳米铜互连清洗及化学处理设备已应用在铜互连工艺阶段多孔性低k值介质材料的清洗。其主要作用是去除光刻胶残留、颗粒、通孔内的聚合物，包括通孔刻蚀后和沟槽刻蚀后的清洗。
在65纳米铜互连后道清洗工艺中，常用到的化学药液是ST250，其40℃时粘度在13-17cP，属于粘稠的液体。在此道清洗工艺中常出现球状颗粒，尤其对于新化学药液来说尤为严重。
目前为了解决此问题，一般是通过增加过滤器滤网的目数或并联更多过滤器的方式，来增强过滤效果；或者增加设备大量清洗硅片的量来减少球状颗粒产生的相对比率。但是，对实际产生球状颗粒的机理并没有一个清晰的解释，因此也就无从有效消除球形颗粒缺陷。
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，提供一种减少化学清洗工艺中球形颗粒缺陷的方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种减少化学清洗工艺中球形颗粒缺陷的方法，应用于采用65纳米铜互连后道清洗及化学处理设备对硅片进行化学清洗，所述65纳米铜互连后道清洗及化学处理设备的化学药液管路包括工艺自循环管路和非工艺自循环管路，其中，所述工艺自循环管路包括循环连接的药液罐、工艺腔室，所述非工艺自循环管路在药液罐、工艺腔室之间通过三通阀与工艺自循环管路形成分离，并连接回药液罐，方法包括：在新化学药液更新进入药液罐后的首次化学清洗工艺之前，先择一打开工艺自循环管路和非工艺自循环管路，通入经加热及过滤的新化学药液分别进行一定时间的循环处理，之后，再向工艺自循环管路通入经循环处理后的新化学药液，进行化学清洗工艺。
优选地，在进行循环处理时，工艺自循环管路和非工艺自循环管路中新化学药液的通入流量分别大于其进行化学清洗工艺时的流量。
优选地，在进行循环处理时，工艺自循环管路和非工艺自循环管路中新化学药液的通入流量为其管路的最大流量。
优选地，依次对非工艺自循环管路、工艺自循环管路进行循环处理。
优选地，对工艺自循环管路和非工艺自循环管路进行一至若干次的循环处理。
优选地，对工艺自循环管路和非工艺自循环管路进行循环处理的总时间不超过3小时。
优选地，对工艺自循环管路或非工艺自循环管路进行一次循环处理的时间不小于20min。
优选地，所述一次循环处理的时间为20-40min。
优选地，工艺自循环管路的一次循环处理时间大于非工艺自循环管路的一次循环处理时间。
优选地，通过65纳米铜互连后道清洗及化学处理设备的化学清洗工艺菜单对循环处理进行控制，包括对工艺自循环管路和非工艺自循环管路循环处理的切换及对应时间、次数的设定。
从上述技术方案可以看出，本发明通过在新化学药液更新进入药液罐后的首次化学清洗工艺之前，先对工艺自循环管路和非工艺自循环管路分别通入经加热及过滤的新化学药液进行一定时间的循环处理，使管路中产生的球状颗粒随着新化学药液的充分循环而逐渐减少，之后，再进行化学清洗工艺，即可有效降低工艺后球状颗粒的增加值。
附图说明
图1是一种65纳米铜互连清洗及化学处理设备的化学药液管路布局图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了方便反映本发明的特点以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
在65纳米铜互连后道清洗工艺中，常用到的化学药液是ST250，其40℃时粘度在13-17cP，属于粘稠的液体。在此道清洗工艺中常出现球状颗粒，尤其对于新化学药液来说尤为严重。
以下本发明将从分子运动动力学角度来分析产生球状颗粒的机理，并在此机理的基础上提出本发明解决球状颗粒问题的方法。
请参阅图1，图1是一种65纳米铜互连清洗及化学处理设备的化学药液管路布局图。如图1所示，65纳米铜互连清洗及化学处理设备的化学药液管路中包括药液罐1、过滤器2和工艺腔室6。新化学药液通过厂务供给端3进入药液罐1，并在药液罐1内加热到指定温度后等待工艺。之后，化学药液在设备内部管路中的运行路径包括两路：第一路是在进行清洗工艺时，化学药液从药液罐1输出，通过过滤器2过滤后，经由三通阀4到喷嘴端5喷出进行工艺，工艺后的多余药液再经过工艺腔室6内喷嘴药液回收槽7的收集，沿工艺自循环管路8回收进入药液罐1；第二路是在清洗工艺过程的工艺等待时(即工艺暂停时)，三通阀4方向改变，化学药液可经过三通阀回流到非工艺自循环管路9中，并回收进入药液罐1，以保持化学药液的温度处于适当的工艺等待状态。在进行清洗工艺时，非工艺自循环管路的气动阀10关闭，使化学药液只能在工艺自循环管路中流动。
对于新的ST250，其在化学药液管路中运行时，受到管路的长度、管路的接头、管路的走向、管路中液体压力以及管路内残留的旧药液等的影响，这些影响因素都会造成管路内药液的动态平衡被打破。药液中的化学大分子在剧烈的布朗运动中，会导致大分子的撞击团聚，进一步导致化学药液生成凝胶，并产生球状颗粒。
而在之后的化学清洗工艺中，随着机台运行硅片数量的增加，工艺后硅片表面的颗粒(经过SEM扫描测试出的颗粒主要是球状颗粒)数量却逐渐减少了。也就是说，随着化学药液循环时间的增加，球状颗粒会随之减少。因此，一个有效的去除球状颗粒的方法就是使新化学药液充分地循环起来。
从图1中可以看出，需要在两条管路中对新化学药液进行充分循环，一条管路是在机台暂停工艺时，药液在非工艺自循环管路9中的循环；另一条管路是机台在工艺过程中，药液在工艺自循环管路8中的循环。
根据上述对球状颗粒产生机理的分析，本发明提出了一种减少化学清洗工艺中球形颗粒缺陷的方法，可应用于采用65纳米铜互连后道清洗及化学处理设备对硅片进行化学清洗，所述65纳米铜互连后道清洗及化学处理设备的化学药液管路可包括上述图1中例举的工艺自循环管路8和非工艺自循环管路9；其中，所述工艺自循环管路8包括循环连接的药液罐1、工艺腔室6，所述非工艺自循环管路9在药液罐1、工艺腔室6之间通过三通阀4与工艺自循环管路8形成分离，并连接回药液罐1。本发明的一种减少化学清洗工艺中球形颗粒缺陷的方法，包括：
在新化学药液更新进入药液罐1后的首次化学清洗工艺之前，先择一打开工艺自循环管路8和非工艺自循环管路9，通入经加热及过滤的新化学药液分别进行一定时间的循环处理，之后，再向工艺自循环管路8通入经循环处理后的新化学药液，进行化学清洗工艺。
请参阅图1。以化学药液ST250为例，在进行ST250更新时，将新ST250通过厂务供给端3输入药液罐1，并在药液罐1内经加热器加热到指定温度，例如使其达到清洗的工艺温度。然后，可以择一的方式打开工艺自循环管路8和非工艺自循环管路9，通入经加热及过滤的新ST250，分别进行一定时间的循环处理，即让新ST250化学药液在65纳米铜互连后道清洗及化学处理设备的化学药液管路中进行循环往复的充分流动。一开始，新ST250中的化学大分子在剧烈的布朗运动中会导致大分子的撞击团聚，并进一步导致该化学药液生成凝胶并产生球状颗粒；随着循环处理时间的增加，新ST250在化学药液管路中的流动趋于平稳，大分子的撞击团聚大量减少，将使得化学药液管路内药液的动态平衡再次得到建立，因而球状颗粒也将随之逐渐消散、减少。
例如，可先对非工艺自循环管路9进行一定时间的循环处理，将三通阀4转向非工艺自循环管路9，并打开非工艺自循环管路的气动阀10，使新ST250经三通阀4后流向非工艺自循环管路9，并回流至药液罐1，从而使得新ST250在非工艺自循环管路9中形成循环(请参考图示箭头走向)。
接着，再对工艺自循环管路8进行一定时间的循环处理，将三通阀4转向工艺自循环管路8，并关闭非工艺自循环管路的气动阀10，使新ST250经三通阀4后流向位于工艺腔室6上方的喷嘴端5喷出，再通过工艺腔室6下方喷嘴药液回收槽7的收集，进入与喷嘴药液回收槽7连接的工艺自循环管路8，并回流至药液罐1，从而使得新ST250在工艺自循环管路8中形成循环(请参考图示箭头走向)。
通过依次对非工艺自循环管路9、工艺自循环管路8进行循环处理，可在对工艺自循环管路8进行循环处理后，直接进行化学清洗工艺，避免等待。
作为一优选的实施方式，在进行循环处理时，工艺自循环管路8中新ST250的通入流量应大于其进行化学清洗工艺时管路中的流量；非工艺自循环管路9中新ST250的通入流量应大于进行化学清洗工艺时其在工艺等待时管路中的流量。进一步优选地，在进行循环处理时，工艺自循环管路8和非工艺自循环管路9中新ST250的通入流量为其各自管路的最大流量。
作为一优选的实施方式，在进行循环处理时，对工艺自循环管路8和非工艺自循环管路9可进行一至若干次的循环处理。例如，可依次对非工艺自循环管路9、工艺自循环管路8各进行一次循环处理，也可以在进行一次循环处理后，再次进行一次甚至更多次的循环处理。并且更进一步的，考虑到工艺自循环管路8的复杂度及长度都较大，在进行循环处理时，对工艺自循环管路8进行循环处理的时间可大于非工艺自循环管路9的循环处理时间。
作为一优选的实施方式，在进行循环处理时，对工艺自循环管路8或非工艺自循环管路9各自进行一次循环处理的时间应不小于20min，以便使管路中的新ST250得到充分的循环。较佳的，所述循环处理的时间可为20-40min。并且，对工艺自循环管路8和非工艺自循环管路9进行循环处理的总时间应不超过3小时。
在经过上述的循环处理之后，将非工艺自循环管路的气动阀10关闭，将三通阀4转向工艺自循环管路8，再向工艺自循环管路8通入经循环处理后的新ST250，可开始进行化学清洗工艺。通过实验可得，在进行化学清洗工艺之前，增加对非工艺自循环管路、工艺自循环管路进行上述一定时间的循环处理后，在SEM下扫描测试出的球状颗粒明显减少，其工艺后的球状颗粒增加值少于4颗，取得了明显的改善效果。
上述的循环处理，可通过65纳米铜互连后道清洗及化学处理设备的化学清洗工艺菜单进行控制，包括对工艺自循环管路和非工艺自循环管路进行各自循环处理时的切换控制及对应循环单次处理时间/总时间、循环处理次数的设定。
本发明的上述方法可适用于针对任何具有一定粘度的化学药液所进行的循环处理，并可推广至其他节点的化学清洗工艺。
综上所述，本发明通过在新化学药液更新进入药液罐后的首次化学清洗工艺之前，先对工艺自循环管路和非工艺自循环管路分别通入经加热及过滤的新化学药液进行一定时间的循环处理，使管路中产生的球状颗粒随着新化学药液的充分循环而逐渐减少，之后，再进行化学清洗工艺，即可有效降低工艺后球状颗粒的增加值。
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)

1.一种减少化学清洗工艺中球形颗粒缺陷的方法，应用于采用65纳米铜互连后道清洗及化学处理设备对硅片进行化学清洗，所述65纳米铜互连后道清洗及化学处理设备的化学药液管路包括工艺自循环管路和非工艺自循环管路，其中，所述工艺自循环管路包括循环连接的药液罐、工艺腔室，所述非工艺自循环管路在药液罐、工艺腔室之间通过三通阀与工艺自循环管路形成分离，并连接回药液罐，其特征在于，方法包括：在新化学药液更新进入药液罐后的首次化学清洗工艺之前，先择一打开工艺自循环管路和非工艺自循环管路，通入经加热及过滤的新化学药液分别进行一定时间的循环处理，之后，再向工艺自循环管路通入经循环处理后的新化学药液，进行化学清洗工艺。
2.根据权利要求1所述的减少化学清洗工艺中球形颗粒缺陷的方法，其特征在于，在进行循环处理时，工艺自循环管路和非工艺自循环管路中新化学药液的通入流量分别大于其进行化学清洗工艺时的流量。
3.根据权利要求2所述的减少化学清洗工艺中球形颗粒缺陷的方法，其特征在于，在进行循环处理时，工艺自循环管路和非工艺自循环管路中新化学药液的通入流量为其管路的最大流量。
4.根据权利要求1所述的减少化学清洗工艺中球形颗粒缺陷的方法，其特征在于，依次对非工艺自循环管路、工艺自循环管路进行循环处理。
5.根据权利要求1所述的减少化学清洗工艺中球形颗粒缺陷的方法，其特征在于，对工艺自循环管路和非工艺自循环管路进行一至若干次的循环处理。
6.根据权利要求5所述的减少化学清洗工艺中球形颗粒缺陷的方法，其特征在于，对工艺自循环管路和非工艺自循环管路进行循环处理的总时间不超过3小时。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的减少化学清洗工艺中球形颗粒缺陷的方法，其特征在于，对工艺自循环管路或非工艺自循环管路进行一次循环处理的时间不小于20min。
8.根据权利要求7所述的减少化学清洗工艺中球形颗粒缺陷的方法，其特征在于，所述一次循环处理的时间为20-40min。
9.根据权利要求1-6任意一项所述的减少化学清洗工艺中球形颗粒缺陷的方法，其特征在于，工艺自循环管路的一次循环处理时间大于非工艺自循环管路的一次循环处理时间。
10.根据权利要求1所述的减少化学清洗工艺中球形颗粒缺陷的方法，其特征在于，通过65纳米铜互连后道清洗及化学处理设备的化学清洗工艺菜单对循环处理进行控制，包括对工艺自循环管路和非工艺自循环管路循环处理的切换及对应时间、次数的设定。
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