CN106098592A - 微纳米气泡清洗晶圆的系统及方法 - Google Patents

微纳米气泡清洗晶圆的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种微纳米气泡清洗晶圆的系统及方法，包括：液体管道，气体管道，气液混合泵，超纯水管道，与超纯水管道相连接的超纯水喷头，曝气装置；超纯水经超纯水管道和超纯水喷头后喷射在晶圆上，在晶圆表面形成超纯水膜；清洗液体通过液体管道进入气液混合泵；用于产生微纳米气泡的气体通过气体管道进入气液混合泵；气液混合泵将从液体管道出来的清洗液体和从气体管道出来的气体充分混合，且使该气体充分溶解于清洗液体中；曝气装置与气体混合泵相连通，充分混合的所述清洗液体和所述气体从气液混合泵出来后，经曝气装置释放后形成微纳米气泡喷射在晶圆表面的超纯水膜上，从而实现在不损伤晶圆表面图案的同时提高对晶圆表面颗粒的去除效果。

Description

微纳米气泡清洗晶圆的系统及方法
技术领域
本发明涉及集成电路清洗工艺技术领域，具体涉及一种微纳米气泡清洗晶圆的系统及方法。
背景技术
目前清洗工艺中去除颗粒的清洗技术大体上分为三类：(1)传统的nozzle喷射药液利用化学试剂的化学性去除颗粒，如SCI的清洗技术；(2)兆声波的清洗，利用兆声波换能器的高速震动在液体中激发起压力波从而产生空穴和声流而实现颗粒的去除；(3)雾滴喷射技术，利用微纳米级的液滴喷射到wafer表面的液膜上，引起液膜的扰动实现颗粒的去除。
然而，采用化学药液清洗的过程中，需要采用大量的化学药液例如SCI清洗，大量的化学药液会对晶圆表面的图案产生腐蚀损伤还增大了成本；而兆声波和雾滴喷射技术是通过物理的方法去除颗粒，没有引进化学药液，可以避免对图案化的晶圆造成损伤；其中，兆声波清洗是一种高能的清洗方法，对颗粒的去除效果明显，同时也对图案造成损伤，但是目前兆声波清洗主要应用在大尺寸的图案化的晶圆上如0.18之上的或是空白晶圆(blankwafer)上，应用范围小。雾滴清洗技术对图案损伤小，但是对颗粒的去除效率没有兆声波的效果好。
因此，急需研究对图案损伤小且颗粒的去除效率高的清洗技术，从而提高清洗工艺效率，进一步提高器件的质量。
发明内容
为了克服以上问题，本发明旨在提供一种利用微纳米气泡来清洗晶圆的系统和方法，从而消除对晶圆表面图案的损伤，降低成本，提高颗粒去除效率。
为了达到上述目的，本发明提供了一种微纳米气泡清洗晶圆的系统，包括：液体管道，气体管道，气液混合泵，超纯水管道，与超纯水管道相连接的超纯水喷头，曝气装置；其中，
超纯水管道，用于向晶圆输送超纯水，超纯水经超纯水管道和超纯水喷头后喷射在晶圆上，在晶圆表面形成超纯水膜；
液体管道，与气液混合泵相连通，清洗液体通过液体管道进入气液混合泵；
气体管道，与气液混合泵相连通，用于产生微纳米气泡的气体通过气体管道进入气液混合泵；
气液混合泵，与液体管道、气体管道相连通，将从液体管道出来的清洗液体和从气体管道出来的气体充分混合，且使该气体充分溶解于清洗液体中；
曝气装置，与气体混合泵相连通，充分混合的所述清洗液体和所述气体从气液混合泵出来后，经曝气装置释放后形成微纳米气泡喷射在晶圆表面的超纯水膜上；其中，微纳米气泡在超纯水膜表面长大破碎造成超纯水膜的扰动，从而实现对晶圆的清洗。
优选地，所述气液混合泵中，气体和清洗液体的比例为1:(8～10)。
优选地，在曝气装置向晶圆喷射微纳米气泡时和超纯水喷头向晶圆喷射超纯水时，晶圆均处于旋转状态。
优选地，在曝气装置向晶圆表面喷射微纳米气泡时晶圆的旋转速率低于形成超纯水膜时晶圆的旋转速率。
优选地，在所述晶圆的转速为50～100rpm，所述超纯水的流速为800～1500ml/min的条件下，在晶圆表面形成超纯水膜。
优选地，所述曝气装置和所述超纯水喷头均为可移动的，所述超纯水喷头移动到所述晶圆上方，在所述晶圆表面形成超纯水膜；然后，所述超纯水喷头离开所述晶圆上方，所述曝气装置移动到所述晶圆上方。
优选地，所述气体包括空气、二氧化碳、氮气或臭氧的一种或多种。
优选地，所述清洗液体包括超纯水、二氧化碳水、臭氧水或化学药液的一种或多种。
优选地，所述晶圆位于所述超纯水喷头和所述曝气装置的下方对应位置；所述超纯水喷头距离所述晶圆的高度大于所述曝气装置距离所述晶圆的高度。
优选地，所述曝气装置距离所述晶圆的高度为5～20mm。
优选地，所述曝气装置位于所述晶圆中心区域的上方。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种根据上述的系统进行的微纳米气泡清洗晶圆的方法，包括：
超纯水经超纯水管道和超纯水喷头后喷射在晶圆上，在晶圆表面形成超纯水膜；
清洗液体通过液体管道进入气液混合泵；
用于产生微纳米气泡的气体通过气体管道进入气液混合泵；
气液混合泵将从液体管道出来的清洗液体和从气体管道出来的气体充分混合，且使该气体充分溶解于清洗液体中；
充分混合的所述清洗液体和所述气体从气液混合泵出来后，经曝气装置释放后形成微纳米气泡喷射在晶圆表面的超纯水膜上；其中，
微纳米气泡在超纯水膜表面长大破碎造成超纯水膜的扰动，从而实现对晶圆的清洗。
本发明的微纳米气泡清洗晶圆的系统及方法，采用液体管道和气体管道分别输送清洗液体和气体进入气液混合泵中将气体和清洗液体充分混合且使气体溶解于清洗液体中，再经曝气装置释放出微纳米气泡于具有超纯水膜的晶圆上，微纳米气泡在超纯水膜表面长大破碎造成超纯水膜的扰动，从而实现对晶圆的清洗；利用微纳米气泡清洗晶圆特别是具有图案的晶圆，能够实现在不损伤晶圆表面图案的同时来提高对晶圆表面颗粒的去除效果，进一步的，如果清洗液体中采用化学药液，采用微气泡可以减少化学药液的用量从而减少对晶圆表面图案的损伤；由于微气泡的大比表面积还能够提高化学药液的清洗效果。
附图说明
图1为本发明的一个较佳实施例的微纳米气泡清洗晶圆的系统中的方块图
图2为本发明的一个较佳实施例的微纳米气泡清洗晶圆的系统的结构示意图
图3为本发明的一个较佳实施例的微纳米气泡清洗晶圆的方法的流程示意图
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
请参阅图1，本发明的微纳米气泡清洗晶圆的系统包括：液体管道，气体管道，气液混合泵，超纯水管道，与超纯水管道相连接的超纯水喷头，曝气装置；其中，超纯水管道用于向晶圆输送超纯水，超纯水经超纯水管道和超纯水喷头后喷射在晶圆上，在晶圆表面形成超纯水膜；液体管道与气液混合泵相连通，清洗液体通过液体管道进入气液混合泵；气体管道与气液混合泵相连通，用于产生微纳米气泡的气体通过气体管道进入气液混合泵；气液混合泵与液体管道、气体管道相连通，将从液体管道出来的清洗液体和从气体管道出来的气体充分混合，且使该气体充分溶解于清洗液体中；曝气装置与气体混合泵相连通，充分混合的所述清洗液体和所述气体从气液混合泵出来后，经曝气装置释放后形成微纳米气泡喷射在晶圆表面的超纯水膜上；微纳米气泡在超纯水膜表面长大破碎造成超纯水膜的扰动，从而实现对晶圆的清洗。
本发明中，气液混合泵的形状可以为球形、立方体、圆柱体等形状。
以下结合附图2-3和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
本实施例中，气体管道上可以具有气体入口、第一阀门1、气体压力仪2、第一气动阀3、气体过滤器4，气体从气体入口进入气体管道，依次经过第一阀门1、气体压力仪2、气动阀3、气体过滤器4后进入气液混合泵5中；其中，气液混合泵5内的气压具有安全气压范围，例如为30-40psi，气液混合泵5内的气压升高且超过安全气压范围时，第一气动阀3关闭，从而减少气体的输入；气液混合泵5内的气压降低且低于安全气压范围时，第一气动阀3开启，从而使气体输入气液混合泵5中。
液体管道上可以具有液体入口、第二阀门6、液体压力仪7、第二气动阀8、液体过滤器9，清洗液体从液体入口进入液体管道，依次经过第二阀门6、液体压力仪7、液动阀8、液体过滤器9后进入气液混合泵5中；其中，气液混合泵5内的清洗液体体积具有安全液体体积范围，气液混合泵5内的清洗液体体积升高且超过安全液体体积范围时，例如，20L～40L，第二气动阀8关闭，从而减少清洗液体的输入；气液混合泵5内的清洗液体体积降低且低于安全液体体积范围时，第二气动阀8开启，从而使清洗液体输入气液混合泵5中。
气液混合泵5可以是常压状态的气液混合泵，通过曝气装置12即可实现微纳米气泡的形成。本实施例中，气液混合泵5中，气体和清洗液体的比例为1:(8～10)，较佳的，为1:9；气液混合泵5可以通过高速旋转来实现对气体和清洗液体的充分混合。本实施例中气液混合泵5的形状为球体。
气液混合泵5和曝气装置12之间还可以具有一连接管道，连接管道上设置有针阀10和流量计11，经气液混合泵5混合的气体和清洗液体进入连接管道，依次经过针阀10和流量计11，进入曝气装置12；针阀10用于调整连接管道内的清洗液体的流量；流量计11用于检测从气液混合泵5出来的混合的清洗液体的流量。
曝气装置12可以为曝气头；晶圆13位于超纯水喷头14和曝气装置12的下方对应位置；较佳的，曝气装置12位于晶圆13中心区域的上方；超纯水喷头14距离晶圆的高度大于曝气装置12距离晶圆的高度，较佳的，曝气装置12距离晶圆13的高度为5～20mm。
在曝气装置12向晶圆13喷射微纳米气泡时和超纯水喷头14向晶圆13喷射超纯水时，晶圆13均处于旋转状态；较佳的，在晶圆13的转速为50～100rpm，超纯水的流速为800～1500ml/min的条件下，在晶圆13表面形成超纯水膜为理想的超纯水膜；曝气装置12和超纯水喷头14均为可移动的，超纯水喷头14移动到晶圆13上方，在晶圆13表面形成超纯水膜；然后，超纯水喷头14离开晶圆13上方，曝气装置12移动到晶圆13上方；在超纯水喷头14和曝气装置12的切换过程中，可以将晶圆13的旋转速率降低，较佳的，为30～100nm；并且，在曝气装置12向晶圆13表面喷射微纳米气泡时，晶圆13的旋转速率可以低于形成超纯水膜时晶圆的旋转速率，此时晶圆13的旋转速率也应当保持低转速，较佳的，为30～100rpm。
本实施例中，采用上述系统进行微气泡清洗晶圆的方法，包括：
步骤01：超纯水经超纯水管道和超纯水喷头后喷射在晶圆上，在晶圆表面形成超纯水膜；
具体的，超纯水喷头移动到晶圆上方，并且在晶圆上方往复扫动，同时，在晶圆的转速为50～100rpm，超纯水的流速为800～1500ml的条件下，在晶圆表面形成超纯水膜为理想的超纯水膜；
步骤02：清洗液体通过液体管道进入气液混合泵；
具体的，清洗液体从液体入口进入液体管道，依次经过第二阀门、液体压力仪、液动阀、液体过滤器后进入气液混合泵中；清洗液体包括超纯水、二氧化碳水、臭氧水或化学药液的一种或多种
步骤03：用于产生微纳米气泡的气体通过气体管道进入气液混合泵；
具体的，气体从气体入口进入气体管道，依次经过第一阀门、气体压力仪、气动阀、气体过滤器后进入气液混合泵中；气体包括空气、二氧化碳、氮气或臭氧的一种或多种；
步骤04：气液混合泵将从液体管道出来的清洗液体和从气体管道出来的气体充分混合，且使该气体充分溶解于清洗液体中；
具体的，气液混合泵可以通过高速旋转来实现气体和清洗液体的充分混合。
步骤05：充分混合的清洗液体和气体从气液混合泵出来后，经曝气装置释放后形成微纳米气泡喷射在晶圆表面的超纯水膜上；
具体的，微纳米气泡在超纯水膜表面长大破碎造成超纯水膜的扰动，从而实现对晶圆的清洗，从而利用微纳米气泡清洗晶圆特别是具有图案的晶圆，能够实现在不损伤晶圆表面图案的同时来提高对晶圆表面颗粒的去除效果。
需要说明的是，上述过程中，步骤01的顺序还可以在步骤02之后，或者步骤03之后，或者步骤04之后；步骤02和步骤03可以交换先后顺序；
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (12)

1.一种微纳米气泡清洗晶圆的系统，其特征在于，包括：液体管道，气体管道，气液混合泵，超纯水管道，与超纯水管道相连接的超纯水喷头，曝气装置；其中，
超纯水管道，用于向晶圆输送超纯水，超纯水经超纯水管道和超纯水喷头后喷射在晶圆上，在晶圆表面形成超纯水膜；
液体管道，与气液混合泵相连通，清洗液体通过液体管道进入气液混合泵；
气体管道，与气液混合泵相连通，用于产生微纳米气泡的气体通过气体管道进入气液混合泵；
气液混合泵，与液体管道、气体管道相连通，将从液体管道出来的清洗液体和从气体管道出来的气体充分混合，且使该气体充分溶解于清洗液体中；
曝气装置，与气体混合泵相连通，充分混合的所述清洗液体和所述气体从气液混合泵出来后，经曝气装置释放后形成微纳米气泡喷射在晶圆表面的超纯水膜上；其中，微纳米气泡在超纯水膜表面长大破碎造成超纯水膜的扰动，从而实现对晶圆的清洗。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气液混合泵中，气体和清洗液体的比例为1:(8～10)。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在曝气装置向晶圆喷射微纳米气泡时和超纯水喷头向晶圆喷射超纯水时，晶圆均处于旋转状态。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在曝气装置向晶圆表面喷射微纳米气泡时晶圆的旋转速率低于形成超纯水膜时晶圆的旋转速率。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述晶圆的转速为50～100rpm，所述超纯水的流速为800～1500ml/min的条件下，在晶圆表面形成超纯水膜。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述曝气装置和所述超纯水喷头均为可移动的，所述超纯水喷头移动到所述晶圆上方，在所述晶圆表面形成超纯水膜；然后，所述超纯水喷头离开所述晶圆上方，所述曝气装置移动到所述晶圆上方。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气体包括空气、二氧化碳、氮气或臭氧的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述清洗液体包括超纯水、二氧化碳水、臭氧水或化学药液的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述晶圆位于所述超纯水喷头和所述曝气装置的下方对应位置；所述超纯水喷头距离所述晶圆的高度大于所述曝气装置距离所述晶圆的高度。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述曝气装置距离所述晶圆的高度为5～20mm。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述曝气装置位于所述晶圆中心区域的上方。
12.一种根据权利要求1-11任意一项所述的系统进行的微纳米气泡清洗晶圆的方法，其特征在于，包括：
超纯水经超纯水管道和超纯水喷头后喷射在晶圆上，在晶圆表面形成超纯水膜；
清洗液体通过液体管道进入气液混合泵；
用于产生微纳米气泡的气体通过气体管道进入气液混合泵；
气液混合泵将从液体管道出来的清洗液体和从气体管道出来的气体充分混合，且使该气体充分溶解于清洗液体中；
充分混合的所述清洗液体和所述气体从气液混合泵出来后，经曝气装置释放后形成微纳米气泡喷射在晶圆表面的超纯水膜上；其中，
微纳米气泡在超纯水膜表面长大破碎造成超纯水膜的扰动，从而实现对晶圆的清洗。
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