CN109318114A - 一种半导体晶圆的最终抛光机以及最终抛光及清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体晶圆的最终抛光机以及最终抛光及清洗方法，该最终抛光机包括：至少两个抛光台，以及氧化液溢流槽，所述氧化液溢流槽配置为使用包括氧化剂的清洗液对晶圆进行溢流式清洗。使用该最终抛光机不仅可以继续使用脱机清洗方式，以降低成本，而且最终抛光与脱机清洗之间的等待时间可以相对较长，提高了清洗操作的灵活性和便利性。该最终抛光及清洗方法具有类似优点。

Description

一种半导体晶圆的最终抛光机以及最终抛光及清洗方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种半导体晶圆的最终抛光机以及最终抛光及清洗方法。
背景技术
在集成电路制造之前，需要对半导体晶圆进行抛光，以提高晶圆的平整度。半导体晶圆的最终抛光是在最终抛光机(Final Polish)上利用抛光液(Slurry)及抛光垫(PAD)，以化学机械反应(Chemical Mechanical Reaction)的方式对诸如300mm晶圆的正面做最终抛光，以改善正面的粗糙度、平坦度与纳米形貌，并去除颗粒。最终抛光决定了晶圆最终的平坦度与纳米形貌。一般情况下最终抛光去除量在1um左右，抛光液一般为碱性二氧化硅，并向其中加入诸如聚合物(Polymer)等的其它添加物。
当完成最终抛光之后需要对晶圆进行清洗，以去除有机物，颗粒及金属等。最终抛光后的清洗主要有脱机(Standalone)与嵌入式(In-line)两种。脱机清洗机基本是槽式清洗机型式，设备便宜且可一台清洗机对多台抛光机，但在最终抛光与清洗之间需要很短的等待时间，否则残留的抛光液会凝结，或侵蚀晶圆表面，影响之后的清洗效果。嵌入式即为抛光机与单片式清洗机的一体机，只能一台对一台，设备造价贵。
因此有必要提出一种半导体晶圆最终抛光机以及最终抛光后的清洗方法，以解决上述问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
针对现有技术的不足，本发明提出一种半导体晶圆的最终抛光机以及最终抛光及清洗方法，不仅可以继续使用脱机清洗方式，以降低成本，而且最终抛光与脱机清洗之间的等待时间可以相对较长，提高了清洗操作的灵活性和便利性。
为了克服目前存在的问题，本发明一方面提供一种半导体晶圆的最终抛光机，包括：至少两个抛光台，以及氧化液溢流槽，所述氧化液溢流槽配置为使用包括氧化剂的清洗液对晶圆进行溢流式清洗。
可选地，所述抛光台的数量为三个。
可选地，所述氧化液溢流槽包括：
内槽，所述内槽配置有晶圆固定器，并通入包括氧化剂的清洗液，以对所述晶圆进行溢流式清洗；
中槽，所述中槽位于所述内槽外部，并包围所述内槽，用于容纳从所述内槽溢流出的所述清洗液；
外槽，所述外槽位于中槽外部，并包围所述中槽，用于容纳从所述中槽排出的所述清洗液。
可选地，所述包括氧化剂的清洗液为臭氧水，所述内槽配置为与氧臭水发生器连通，以获得臭氧水。
可选地，还包括：
去离子水溢流槽，所述去离子水溢流槽中配置有晶圆卸载盒。
可选地，还包括：
装载台，所述装载台上配置有晶圆装载盒；
晶圆转换台，所述晶圆转换台用于放置晶圆。
根据本发明的半导体晶圆的最终抛光机，在其上的终抛使用表面活性剂进行抛光，使得可以去除之前抛光过程残留在晶圆上的抛光液，并且终抛之后可以通过臭氧水溢流槽进行臭氧水溢流清洗，去除晶圆上剩余的有机物，并形成一侧致密的氧化层，防止抛光后的晶圆的二次污染。因此使用根据本发明的半导体晶圆的最终抛光机进行最终抛光，基本不会有残留的抛光液会凝结或侵蚀晶圆表面的现象，不仅可以提高后续清洗效果，而且最终抛光之后与脱机清洗之间的间隔时间短。
此外，根据本发明的半导体晶圆的最终抛光机仅增加了诸如臭氧水溢流槽的氧化液溢流槽，与常规的抛光机与单片式清洗机的一体机相比成本降低。
为了克服目前存在的问题，本发明另一方面提供一种半导体晶圆的最终抛光及清洗方法，所述方法使用最终抛光机，所述最终抛光机包括第一抛光台、第二抛光台、第三抛光台、氧化液溢流槽以及去离子水溢流槽，其特征在于，该方法包括：
在所述最终抛光机的第一抛光台上使用粗抛光垫与粗抛光液对晶圆进行粗抛；
在所述最终抛光机的第二抛光台上使用精抛光垫与精抛光液对晶圆进行精抛
在所述最终抛光机的第三抛光台上使用精抛光垫与表面活性剂对晶圆进行终抛；
在所述氧化液溢流槽中对所述晶圆进行清洗。
可选地，所述氧化液溢流槽通有臭氧水。
可选地，所述表面活性剂为非离子型表面活性剂。
可选地，还包括：在所述最终抛光机的去离子水溢流槽中对所述晶圆进行去离子水清洗。
根据本发明的半导体晶圆最终抛光后的清洗方法，在其上的终抛使用表面活性剂进行抛光，使得可以去除之前抛光过程残留在晶圆上的抛光液，并且终抛之后可以通过臭氧水溢流槽进行臭氧水溢流清洗，去除晶圆上剩余的有机物，并形成一侧致密的氧化层，防止抛光后的晶圆的二次污染。因此根据本发明的半导体晶圆最终抛光后的清洗方法基本不会有残留的抛光液会凝结或侵蚀晶圆表面的现象，不仅可以提高后续清洗效果，而且最终抛光之后与脱机清洗之间的间隔时间短。也即采用根据本发明的半导体晶圆最终抛光后的清洗方法，不仅可以继续使用脱机清洗方式，以降低成本，而且最终抛光与脱机清洗之间的等待时间可以相对较长，提高了清洗操作的灵活性和便利性。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1目前一种半导体晶圆的最终抛光机的结构示意图；
图2为图1所示最终抛光机的抛光台的结构示意图；
图3示出脱机清洗使用的RCA清洗法的示意性流程图；
图4示出抛光机与单片式清洗机的一体机模块示意性图；
图5示出根据本发明一实施方式的半导体晶圆的最终抛光机的结构示意图；
图6A示出图5所示的最终抛光机的臭氧水溢流槽的示意性剖视图；
图6B示出图6A所示的臭氧水溢流槽的内槽的示意性俯视图；
图6C示出图6A所示的臭氧水溢流槽的放置有晶圆的内槽的示意性剖视图；
图7示出据本发明一实施方式的半导体晶圆的最终抛光及清洗方法的示意性流程图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在…下面”和“在…下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
图1示出目前一种最终抛光机的结构示意图，如图1所示，最终抛光机100包括晶圆装载盒10、第一抛光台11、第二抛光台12、第三抛光台13、晶圆卸载盒14和晶圆转换台15，且如图2所示，第一抛光台11、第二抛光台12、第三抛光台13一般采用双头抛光台，即一个抛光台16上具备两个抛光台，可以同时抛光两片晶圆。用户按照工艺的不同使用其中的一至三个抛光台对晶圆进行最终抛光，一般情况下第一抛光台11使用粗抛光垫与粗抛光液进行抛光，第二抛光台12和第三抛光台13使用精抛光垫与精抛光液进行抛光。晶圆抛光完成后被放入晶圆卸载盒(Unloading Cassette)14中，一般情况下，为防止抛光后残留的抛光液凝结，终抛采取“湿出”方式，即晶圆卸载盒14及其中的晶圆浸泡在去离子水槽中。
脱机清洗一般采用湿式清洗台(Wet Bench)，清洗时，将开放式晶盒(OpenCassette，即晶圆卸载盒14)从去离子水槽取出投入最终抛光后的清洗机中。目前最终抛光后的清洗机一般使用RCA清洗法，即采用SC1(NH4OH和H2O2的混合液)和SC2(HCL和H2O2的混合液)进行清洗，典型的最终抛光后的清洗流程如图3所示，包括依次执行的去离子水清洗、SC1清洗、去离子水清洗、SC2清洗、去离子水清洗、臭氧水清洗和干燥。
嵌入式(In-line)清洗一般采用单片式清洗，抛光机与单片式清洗机的一体机结构如图4所示，包括最终抛光机40、连接模块41、刷洗模块42、连接模块43和单片清洗机44，采用这种设备最终抛光后的嵌入式清洗流程为：最终抛光后的晶圆先由机械手投入刷洗模块42，刷洗可采取刷式、笔式、轮式等常见方式，目的为去除残余抛光液，促进后续单片清洗机44的清洗效果。单片清洗机44一般采用旋转冲洗方式，交替喷淋各种化学品(一般为臭氧水与稀氢氟酸)与去离子水之后旋转干燥。这种设备及清洗方式不仅成本较高，而且清洗效率较低。
本发明基于此，提供一种半导体晶圆的最终抛光机以及最终抛光及清洗方法，其相对嵌入式清洗方法及设备成本较低，相对常规的脱机清洗方式既可使最终抛光和脱机清洗之间的等待时间相对较长，提高操作的灵活性，又可提高后续脱机清洗的效果。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构及步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
实施例一
图5示出根据本发明一实施方式的半导体晶圆的最终抛光机的结构示意图；图6A～图6C示出图5所示的最终抛光机的臭氧水溢流槽结构示意图。下面结合图5以及图A～图6C对根据本发明一实施方式的半导体晶圆的最终抛光机进行详细描述。
如图5所示，根据本实施例的半导体晶圆的最终抛光机500包括晶圆装载盒50、第一抛光台51、第二抛光台52、第三抛光台53、氧化液溢流槽54、晶圆卸载盒55和晶圆转换台56。
其中，晶圆装载盒50设置在装载台上，用于装载待抛光的晶圆。
第一抛光台51示例性使用粗抛光垫，并配置为使用粗抛光液对晶圆进行粗抛光。粗抛光垫示例性地为毛毡类材料(Felt Type)，粗抛光液为示例性地为碱性二氧化硅粗抛液(一般含有胺类、硅胶、螯合剂及如聚合物其他添加物等)。
第二抛光台52示例性使用精抛光垫，并配置为使用精抛光液对晶圆进行精抛光。精抛光垫为人造革类(Poromerics)材料制作，精抛光液示例性地为氨类碱性二氧化硅精抛液(一般含有氨类、硅胶、螯合剂及如聚合物其他添加物等)。
第三抛光台53示例性地使用精抛光垫，并配置为使用表面活性剂对晶圆进行终抛光。精抛光垫为人造革类(Poromerics)材料制作，表面活性剂示例性地为非离子型表面活性剂(nonionic surfactant)，例如甘油脂肪酸酯等。表面活性剂的含量为0.05％～0.5％，优选为0.225％。示例性地使用精抛光垫，并配置为使用精抛光液对晶圆进行精抛光。
氧化液溢流槽54配置为使用包括氧化剂的清洗液对晶圆进行溢流式清洗。示例性地，包括氧化剂的清洗液为臭氧水，臭氧浓度为10ppm～35ppm，优选为20ppm。也即氧化液溢流槽54为臭氧水溢流槽。
如图6A～图6C所示，在本实施例中，氧化液溢流槽54采用三层设计，包括内槽541、中槽542和外槽543。内槽541、中槽542和外槽543可以为方形槽、圆形槽或其它合适形状。
内槽541配置有晶圆固定器544，示例性地，配置有两个晶圆固定器544，可以同时处理两片晶圆545。示例性地，内槽541采用石英材料制作。使用时通过臭氧水发生器供应臭氧水进入内槽541，并采用溢流结构将臭氧水溢流至中槽542内。
中槽542位于内槽541外部，并包围内槽541，用于容纳从内槽541溢流出的臭氧水。示例性地，中槽542采用无金属的PVC(聚氯乙烯)或类似材料制作。
外槽543位于中槽542外部，并包围所述中槽542，用于容纳从中槽542排出的臭氧水。示例性地，中槽542和外槽543之间设置可控通道或阀门，以便在设定时间或设定时间间隔将中槽542中的臭氧水排入外槽543中。外槽543的材料不做限制。
晶圆卸载盒55用于装载完成抛光的晶圆，并且如前所述，抛光后晶圆采用湿出方式，晶圆卸载盒55设置在述去离子水溢流槽中。
晶圆转换台56用于放置晶圆，例如当将晶圆从第一抛光台51转换到第二抛光台52时，可以先将晶圆从第一抛光台取下，放置到晶圆转换台56上，再从晶圆转换台56转移至第二抛光台52。
根据本实施例的半导体晶圆的最终抛光机，在其上的终抛使用表面活性剂进行抛光，使得可以去除之前抛光过程残留在晶圆上的抛光液，并且终抛之后可以通过臭氧水溢流槽进行臭氧水溢流清洗，去除晶圆上剩余的有机物，并形成一侧致密的氧化层，防止抛光后的晶圆的二次污染。因此使用根据本发明的半导体晶圆的最终抛光机进行最终抛光，基本不会有残留的抛光液会凝结或侵蚀晶圆表面的现象，不仅可以提高后续清洗效果，而且最终抛光之后与脱机清洗之间的间隔时间短。
此外，根据本发明的半导体晶圆的最终抛光机仅增加了臭氧水溢流槽，与常规的抛光机与单片式清洗机的一体机相比成本降低。
实施例二
图7示出据本发明一实施方式的半导体晶圆的最终抛光及清洗方法的示意性流程图。下面结合图7对根据本发明一实施方式的半导体晶圆的最终抛光及清洗方法进行说明。
根据本实施例的半导体晶圆的最终抛光及清洗方法采用实施例一所示的最终抛光机进行，该终抛光机示例性包括晶圆装载台、第一抛光台、第二抛光台、第三抛光台、氧化液溢流槽和去离子水溢流槽，其中，第一抛光台示例性用于进行粗抛光，第二抛光台示例性是用于进行精抛光，第三抛光台示例性用于终抛光。
如图7所示，该最终抛光及清洗方法包括：
步骤701，在所述第一抛光台上使用粗抛光垫与粗抛光液对晶圆进行粗抛。
示例性地，粗抛光垫为毛毡类(Felt Type)材料制作，粗抛光液为碱性二氧化硅粗抛液，例如包括胺类、硅胶、螯合剂以及诸如聚合物的其他添加物等。抛光时间示例性地为2～5分钟。
步骤702，在所述第二抛光台上使用精抛光垫与精抛光液对晶圆进行精抛。
示例性地，精抛光垫为人造革类(Poromerics)材料制作，精抛光液为氨类碱性二氧化硅粗抛液，例如包括氨类、硅胶、螯合剂以及诸如聚合物的其他添加物等。抛光时间示例性地为2～5分钟。
步骤703，在所述第三抛光台上使用精抛光垫与表面活性剂对晶圆进行终抛。
示例性地，表面活性剂为非离子型表面活性剂(nonionic surfactant)，例如甘油脂肪酸酯等。表面活性剂含量为0.05％～0.5％，优选为0.225％。示例性地，抛光时间为2～5分钟。
在本步骤中，通过表面活性剂可以效去除前两步抛光过程之后晶圆上残留的抛光液。
步骤704，在所述氧化液溢流槽中对所述晶圆进行清洗。
示例性地，氧化液溢流槽通入臭氧水，臭氧浓度为10ppm～35ppm，优选为20ppm。在氧化液溢流槽中的放置时间为2～5分钟，优选为3分钟。
本步骤中通过臭氧水对晶圆的溢流式清洗可去除抛光后晶圆上的剩余有机物，并在晶圆表面形成一层致密氧化层，防止抛光后晶圆的二次污染。
步骤705，在所述去离子水溢流槽对所述晶圆进行去离子水清洗。
可以理解的是，晶盒中的晶圆满盒后可投入脱机清洗机进行再次清洗。因为步骤701～705已有效去除晶圆上绝大部分残留的抛光液，并在晶圆表面形成一层致密氧化层，使得基本不会有残留的抛光液会凝结或侵蚀晶圆表面的现象，后续清洗效果佳。
根据本实施例的半导体晶圆最终抛光后的清洗方法，在其上的终抛使用表面活性剂进行抛光，使得可以去除之前抛光过程残留在晶圆上的抛光液，并且终抛之后可以通过臭氧水溢流槽进行臭氧水溢流清洗，去除晶圆上剩余的有机物，并形成一侧致密的氧化层，防止抛光后的晶圆的二次污染。因此根据本发明的半导体晶圆最终抛光后的清洗方法基本不会有残留的抛光液会凝结或侵蚀晶圆表面的现象，不仅可以提高后续清洗效果，而且最终抛光之后与脱机清洗之间的间隔时间短。也即采用根据本发明的半导体晶圆最终抛光后的清洗方法，不仅可以继续使用脱机清洗方式，以降低成本，而且最终抛光与脱机清洗之间的等待时间可以相对较长，提高了清洗操作的灵活性和便利性。
可以理解的是，虽然在本发明上述实施例中，最终抛光机具备三个抛光台，并且最终抛光及清洗方法，分别使用该三个抛光台进行粗抛、精抛和终抛，但是，在本发明的其它实施例中，最终抛光机也可以仅两个抛光台，通过该两个抛光台分别进行前述粗抛和终抛，或者，最终抛光机虽然具备三个抛光台，但是最终抛光及清洗方法仅使用其中的两个抛光台来执行所述粗糙和终抛，而不执行所述精抛。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种半导体晶圆的最终抛光机，其特征在于，包括：至少两个抛光台，以及氧化液溢流槽，所述氧化液溢流槽配置为使用包括氧化剂的清洗液对晶圆进行溢流式清洗。
2.根据权利要求1所述的最终抛光机，其特征在于，所述抛光台的数量为三个。
3.根据权利要求1所述的最终抛光机，其特征在于，所述氧化液溢流槽包括：
内槽，所述内槽配置有晶圆固定器，并通入包括氧化剂的清洗液，以对所述晶圆进行溢流式清洗；
中槽，所述中槽位于所述内槽外部，并包围所述内槽，用于容纳从所述内槽溢流出的所述清洗液；
外槽，所述外槽位于中槽外部，并包围所述中槽，用于容纳从所述中槽排出的所述清洗液。
4.根据权利要求3所述的最终抛光机，其特征在于，所述包括氧化剂的清洗液为臭氧水，所述内槽配置为与氧臭水发生器连通，以获得臭氧水。
5.根据权利要求1-4中的任意一项所述的最终抛光机，其特征在于，还包括：
去离子水溢流槽，所述去离子水溢流槽中配置有晶圆卸载盒。
6.根据权利要求1-4中的任意一项所述的最终抛光机，其特征在于，还包括：
装载台，所述装载台上配置有晶圆装载盒；
晶圆转换台，所述晶圆转换台用于放置晶圆。
7.一种半导体晶圆的最终抛光及清洗的方法，所述方法使用最终抛光机，所述最终抛光机包括第一抛光台、第二抛光台、第三抛光台、氧化液溢流槽以及去离子水溢流槽，其特征在于，该方法包括：
在所述最终抛光机的第一抛光台上使用粗抛光垫与粗抛光液对晶圆进行粗抛；
在所述最终抛光机的第二抛光台上使用精抛光垫与精抛光液对晶圆进行精抛
在所述最终抛光机的第三抛光台上使用精抛光垫与表面活性剂对晶圆进行终抛；
在所述氧化液溢流槽中对所述晶圆进行清洗。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述氧化液溢流槽通有臭氧水。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述表面活性剂为非离子型表面活性剂。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述最终抛光机的去离子水溢流槽中对所述晶圆进行去离子水清洗。
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