CN106783538B - 一种应用于单片清洗工艺的水痕及颗粒消除方法 - Google Patents

一种应用于单片清洗工艺的水痕及颗粒消除方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于单片清洗工艺的水痕及颗粒消除方法，通过将传统去离子水冲洗步骤改变为流量和转速不同的两个分步骤，先以较快的转速和较小的流量清洗以快速去除残留在硅片表面的反应产物及DHF，接着再继续以较小的转速和较大的流量清洗以在硅片表面形成均匀的较厚的去离子水液膜，避免了硅片表面与空气接触产生水痕和颗粒，从而可利用IPA较小的表面张力作用，以及氮气的吹淋作用对硅片表面进行快速干燥，实现了在IPA工艺后对硅片表面水痕和颗粒的有效减少。

Description

一种应用于单片清洗工艺的水痕及颗粒消除方法
技术领域
本发明涉及半导体清洗技术领域，更具体地，涉及一种应用于单片清洗工艺中采用IPA消除水痕及颗粒的方法。
背景技术
在半导体工艺制程中，DHF(氢氟酸稀释液)工艺的应用范围十分广泛。其中，DHF工艺可主要应用于外延工艺等，以去除硅片表面的氧化层。当使用DHF去除wafer(硅片)表面的氧化层后，裸露出的wafer表面成为疏水界面，易产生水痕和颗粒。
IPA(iso-Propyl alcohol，异丙醇)是一种表面张力很小的化学药液，使用IPA可以有效地减少wafer表面水痕和颗粒的产生。目前IPA工艺主要应用在槽式清洗机中，在单片清洗机中的应用较少。这主要是由于单片清洗机在工艺过程中的高速旋转，会导致在DHF工艺步骤后的去离子水冲洗(DI rinse)过程中无法形成有效的液膜，使wafer表面的疏水界面完全暴露在空气中，从而导致水痕和颗粒的产生，从而使得去离子水冲洗工艺步骤后的IPA失去减少水痕和颗粒的作用。而槽式清洗机是把wafer浸泡到DHF液体中，再浸泡到DI液体中，这样在DHF和DI过程中wafer表面一直存在有效的液膜。所以解决单片清洗机的IPA工艺难点，主要是解决DHF工艺后进行DI rinse时，如何在wafer表面有效形成液膜的问题。
传统的单片清洗机DHF工艺过程主要包括以下步骤：
步骤一：进行DHF清洗；
步骤二：进行去离子水冲洗；
步骤三：进行氮气干燥。
表1参考性显示了一种传统的DHF工艺菜单，如表1所示，各工艺步骤之间硅片的旋转转速是变化的，而在同一步工艺过程中硅片的旋转转速不变，如表1中步骤二的DI water(去离子水冲洗)工艺过程中硅片的旋转转速会维持一个固定的转速不变，直到步骤三的N2干燥时，硅片的转速才会变化。同时，传统的单片清洗机中一种药液的流量在工艺过程中是维持不变的，如表1中步骤二的DI流量始终维持为1500ml/min的不变状态。
表1：
Step number Dispense nozzle Dispense time(s) Chuck speed(rpm) 流量(L/min)
1 DHF 20 1000 1.5
2 DI water 40 600 1.5
3 N<sub>2</sub>dry 15 1500 200
但是，在一个工艺步骤中硅片的转速和流量至关重要，转速和流量决定了wafer表面的液膜厚度，尤其对IPA工艺来说液膜厚度尤为重要。传统的DHF工艺中，由于在步骤二的“DI water”工艺过程中硅片的旋转转速及流量会维持一个固定的数值不变，因而无法使硅片表面形成有效的液膜，从而将导致水痕和颗粒的产生，所以无法在DHF工艺后再采用IPA+N2 dry工艺来消除水痕和颗粒。
因此，如何在步骤二的“DI water”工艺过程中使硅片表面形成有效的液膜，从而改善后续IPA工艺的清洗效果，解决wafer表面水痕和颗粒问题，是业界一个迫切需要解决的重要课题。
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，提供一种应用于单片清洗工艺的水痕及颗粒消除方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种应用于单片清洗工艺的水痕及颗粒消除方法，包括以下步骤：
步骤S1：对以第一转速旋转的硅片表面进行第一流量和第一时间的DHF清洗，以反应去除硅片表面的氧化膜；
步骤S2：对以第二转速旋转的硅片表面进行第二流量和第二时间的去离子水冲洗，以快速去除残留在硅片表面的反应产物及DHF；
步骤S3：继续对以第三转速旋转的硅片表面进行第三流量和第三时间的去离子水冲洗，以在硅片表面形成均匀的去离子水液膜；其中，第三转速低于第二转速，第三流量大于第二流量；
步骤S4：对以第四转速旋转的硅片表面进行第四流量和第四时间的IPA清洗，以降低硅片表面的表面张力，减少水痕和颗粒的产生；
步骤S5：对以第五转速旋转的硅片表面进行第五流量和第五时间的氮气吹淋，对硅片表面进行快速干燥。
优选地，所述第二转速不高于第一转速，所述第四转速不高于第三转速，所述第五转速不低于第一转速。
优选地，所述第二流量不大于第一流量，第四流量小于第二流量，第三流量大于第一流量。
优选地，所述第二、第三时间之和等于常规去离子水冲洗步骤的工艺总时间。
优选地，所述第一转速为500-1500rpm/min，第一流量为1.0-2.0L/min，第一时间为15-25s。
优选地，所述第二转速为500-1000rpm/min，第二流量为1.0-1.5L/min，第二时间为15-25s。
优选地，所述第三转速为10-300rpm/min，第三流量为2.0-3.0L/min，第三时间为15-25s。
优选地，所述第四转速为10-300rpm/min，第四流量为0.15-0.25L/min，第四时间为10-20s。
优选地，所述第五转速为1000-2000rpm/min，第五流量为50-200L/min，第五时间为15-30s。
从上述技术方案可以看出，本发明通过将传统去离子水冲洗步骤改变为流量和转速不同的两个分步骤，先以较快的转速和较小的流量清洗以快速去除残留在硅片表面的反应产物及DHF，接着再继续以较小的转速和较大的流量清洗以在硅片表面形成均匀的较厚的去离子水液膜，避免了硅片表面与空气接触产生水痕和颗粒，从而可利用IPA较小的表面张力作用，与氮气一起对硅片表面进行快速干燥，实现了在IPA工艺后对硅片表面水痕和颗粒的有效减少。
附图说明
图1是本发明一较佳实施例的一种应用于单片清洗工艺的水痕及颗粒消除方法流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种应用于单片清洗工艺的水痕及颗粒消除方法，包括以下步骤：
步骤S1：对以第一转速旋转的硅片表面进行第一流量和第一时间的DHF清洗，以反应去除硅片表面的氧化膜；
步骤S2：对以第二转速旋转的硅片表面进行第二流量和第二时间的去离子水冲洗，以快速去除残留在硅片表面的反应产物及DHF；
步骤S3：继续对以第三转速旋转的硅片表面进行第三流量和第三时间的去离子水冲洗，以在硅片表面形成均匀的去离子水液膜；其中，第三转速低于第二转速，第三流量大于第二流量；
步骤S4：对以第四转速旋转的硅片表面进行第四流量和第四时间的IPA清洗，以降低硅片表面的表面张力，减少水痕和颗粒的产生；
步骤S5：对以第五转速旋转的硅片表面进行第五流量和第五时间的氮气吹淋，对硅片表面进行快速干燥。
下面对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
请参阅图1，图1是本发明一较佳实施例的一种应用于单片清洗工艺的水痕及颗粒消除方法流程图。如图1所示，本发明的一种应用于单片清洗工艺的水痕及颗粒消除方法，包括执行以下步骤：
执行步骤1(对应上述的步骤S1)：进行DHF清洗工艺。
首先，提供一个待清洗的半导体硅片(wafer)，将所述硅片放入单片清洗机中。然后，以第一转速旋转所述硅片，例如可以是500-1500rpm/min，并向所述硅片表面喷洒DHF进行清洗，以通过反应去除硅片表面的氧化膜。其中，采用第一流量的DHF进行喷洒，例如可以是1.0-2.0L/min，并采用第一时间的工艺时间进行DHF清洗，例如可以是15-25s。
本步骤DHF工艺的目的是去除氧化膜，因此采用了固定不变的流量和转速进行工艺。
执行步骤2(对应上述的步骤S2和步骤S3)：以不同的流量和转速分步进行去离子水冲洗工艺。
此步的目的是把DHF与氧化膜的反应产物，以及残留在wafer表面的DHF去除掉，同时还要保证wafer表面的液膜均匀有效。
因此，本发明将传统的去离子水冲洗步骤(请参考背景技术部分中传统的单片清洗机DHF工艺过程的步骤二)改变为流量和转速不同的两个分步骤，先执行步骤2.1(对应上述的步骤S2)，将DHF停止，并立即将硅片转速调整为第二转速进行旋转，例如可以是500-1000rpm/min，并向硅片表面喷洒第二流量的去离子水进行冲洗，例如可以是1.0-1.5L/min，此步的工艺时间(第二时间)例如可以是15-25s。通过维持较高的转速和相对较小的流量，可以快速去除残留在硅片表面的反应产物及DHF。
紧接着，执行步骤2.2(对应上述的步骤S3)，将硅片的转速由相对较高的第二转速调整为相对较低的第三转速，例如可以是10-300rpm/min，并将去离子水的流量由相对较小的第二流量调整为相对较大的第三流量，例如可以是2.0-3.0L/min，并可维持与第二时间同样或接近的工艺时间(第三时间)，例如可以是15-25s，继续对硅片表面进行去离子水冲洗，通过大幅降低转速和增大流量，使第三转速低于第二转速，第三流量大于第二流量，从而可以在硅片表面形成均匀覆盖的较厚的去离子水液膜，避免了硅片表面与空气接触产生水痕和颗粒。
执行步骤3(对应上述的步骤S4)：进行IPA清洗工艺。
将去离子水停止，并使硅片的转速保持在与第三转速接近或相同的第四转速状态，例如同样可以是10-300rpm/min，同时向硅片表面喷洒较小的第四流量的IPA药液进行清洗，例如可以是0.15-0.25L/min。此步的工艺时间(第四时间)例如可以是10-20s。通过IPA清洗，利用IPA较小的表面张力作用，可以降低硅片表面的表面张力，减少水痕和颗粒的产生。
最后，执行步骤4(对应上述的步骤S5)：进行氮气吹淋，对硅片表面进行快速干燥。
将IPA停止，并立即将硅片的转速由相对较低的第四转速调整为相对较高的第五转速，例如可以是1000-2000rpm/min，同时向硅片表面喷淋第五流量的氮气进行干燥，例如可以是50-200L/min。此步的工艺时间(第五时间)例如可以是15-30s。通过对高速旋转的硅片表面进行大流量的氮气吹淋，可以快速干燥硅片表面，并可进一步减少水痕和颗粒的残留。
在上述的各转速中，所述第二转速可不高于第一转速，所述第四转速不高于第三转速，所述第五转速可不低于第一转速。
在上述的各流量中，所述第二流量可不大于第一流量，第四流量可小于第二流量，第三流量可大于第一流量。
在上述的各工艺时间中，所述第二、第三时间之和等于常规去离子水冲洗步骤(即背景技术部分中传统的单片清洗机DHF工艺过程的步骤二)的工艺总时间。
本发明通过上述各转速、流量及工艺时间的优化组合，实现了减少wafer表面水痕和颗粒产生的明显效果。实验表明，经IPA工艺后wafer表面基本无水痕产生，40nm的颗粒一般可小于50颗。
综上所述，本发明通过将传统去离子水冲洗步骤改变为流量和转速不同的两个分步骤，先以较快的转速和较小的流量清洗以快速去除残留在硅片表面的反应产物及DHF，接着再继续以较小的转速和较大的流量清洗以在硅片表面形成均匀覆盖的较厚的去离子水液膜，避免了硅片表面与空气接触产生水痕和颗粒，从而可利用IPA较小的表面张力作用，以及氮气的吹淋作用对硅片表面进行快速干燥，实现了在IPA工艺后对硅片表面水痕和颗粒的有效减少。
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 (9)

1.一种应用于单片清洗工艺的水痕及颗粒消除方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：对以第一转速旋转的硅片表面进行第一流量和第一时间的DHF清洗，以反应去除硅片表面的氧化膜；
步骤S2：对以第二转速旋转的硅片表面进行第二流量和第二时间的去离子水冲洗，以快速去除残留在硅片表面的反应产物及DHF；
步骤S3：紧接着，继续对以第三转速旋转的硅片表面进行第三流量和第三时间的去离子水冲洗，以在硅片表面形成均匀的去离子水液膜；其中，第三转速低于第二转速，第三流量大于第二流量；
步骤S4：对以第四转速旋转的硅片表面进行第四流量和第四时间的IPA清洗，以降低硅片表面的表面张力，减少水痕和颗粒的产生；
步骤S5：对以第五转速旋转的硅片表面进行第五流量和第五时间的氮气吹淋，对硅片表面进行快速干燥。
2.根据权利要求1所述的应用于单片清洗工艺的水痕及颗粒消除方法，其特征在于，所述第二转速不高于第一转速，所述第四转速不高于第三转速，所述第五转速不低于第一转速。
3.根据权利要求1所述的应用于单片清洗工艺的水痕及颗粒消除方法，其特征在于，所述第二流量不大于第一流量，第四流量小于第二流量，第三流量大于第一流量。
4.根据权利要求1所述的应用于单片清洗工艺的水痕及颗粒消除方法，其特征在于，所述第二、第三时间之和等于常规去离子水冲洗步骤的工艺总时间。
5.根据权利要求1所述的应用于单片清洗工艺的水痕及颗粒消除方法，其特征在于，所述第一转速为500-1500rpm/min，第一流量为1.0-2.0L/min，第一时间为15-25s。
6.根据权利要求1所述的应用于单片清洗工艺的水痕及颗粒消除方法，其特征在于，所述第二转速为500-1000rpm/min，第二流量为1.0-1.5L/min，第二时间为15-25s。
7.根据权利要求1所述的应用于单片清洗工艺的水痕及颗粒消除方法，其特征在于，所述第三转速为10-300rpm/min，第三流量为2.0-3.0L/min，第三时间为15-25s。
8.根据权利要求1所述的应用于单片清洗工艺的水痕及颗粒消除方法，其特征在于，所述第四转速为10-300rpm/min，第四流量为0.15-0.25L/min，第四时间为10-20s。
9.根据权利要求1所述的应用于单片清洗工艺的水痕及颗粒消除方法，其特征在于，所述第五转速为1000-2000rpm/min，第五流量为50-200L/min，第五时间为15-30s。
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