CN110544647A - 金属互连清洗装置及清洗方法 - Google Patents
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Abstract
一种金属互连清洗装置及清洗方法,清洗装置包括:纳米气泡摆臂,其端部设有纳米气泡喷头,纳米气泡喷头连接于纳米气泡发生器,纳米气泡发生器用于连接至辅助气体管路和超净水管路;清洁液摆臂,其端部设有清洁液喷头,清洁液喷头用于连接至清洁液管路;辅助气体摆臂,其端部设有辅助气体喷头,辅助气体喷头用于连接至辅助气体管路;纳米气泡摆臂、清洁液摆臂和辅助气体摆臂设置在清洗腔室内,且能够分别带动纳米气泡喷头、清洁液喷头、辅助气体喷头在安装于晶圆卡盘上的晶圆上方摆动。纳米气泡能够中和晶圆表面形成的颗粒残留物所带的正电荷,消除颗粒残留物的静电吸附作用,达到清洗晶圆表面的颗粒残留物的目的。
Description
技术领域
本发明涉及半导体工艺领域,特别涉及一种金属互连清洗装置及清洗方法。
背景技术
半导体制程中,进入后道,需要金属层的互连互通。金属层间的连结方式通常为“沟槽优先(trench first)”或“通孔优先(via first)”,无论哪种方式,都需要对刻蚀和热处理后的残渣进行清洗以及对图形边角损坏进行修复。目前常用的清洗方式为使用ST250或EKC系列清洗液进行清洗,清洗介质通常为ST250/EKC+DIW+N2(DIW为超纯水)。表1显示了一种现有清洗工艺的工艺步骤和参数。在现有的清洗方法中,由于晶圆表面静电作用,清洗过后清洁液会在晶圆表面形成球形颗粒物残留。越靠近晶圆边缘,静电分布越密集,化学溶液及去离子水中的微粒受到的静电吸附作用越强烈,因此一些体积较小的微粒会由于静电作用而被吸附在晶圆表面无法清除,极大影响晶圆良率。
表1现有清洗工艺的工艺步骤和参数
步骤 | 分散介质 | 分散时间(s) | 流速(L/min) | 分散延迟时间(s) | 转速(rpm) | 卡盘位置 |
1 | 介质1 | 120 | 0.8 | 2 | 500 | 高度1 |
2 | 无介质 | 5 | -- | 0 | 1900 | 高度1 |
3 | DIW | 40 | 1.5 | 0 | 600 | 高度3 |
4 | N<sub>2</sub> | 30 | 10 | 0 | 1900 | 高度3 |
发明内容
本发明的目的是提出一种金属互连清洗装置及清洗方法,以解决现有清洗方法中晶圆表面因静电作用而吸附的颗粒残留物不易清除的问题。
本发明一方面提供一种金属互连清洗装置,包括:
纳米气泡摆臂,所述纳米气泡摆臂的端部设有纳米气泡喷头,所述纳米气泡喷头连接于纳米气泡发生器,所述纳米气泡发生器用于连接至辅助气体管路和超净水管路;
清洁液摆臂,所述清洁液摆臂的端部设有清洁液喷头,所述清洁液喷头用于连接至清洁液管路;
辅助气体摆臂,所述辅助气体摆臂的端部设有辅助气体喷头,所述辅助气体喷头用于连接至所述辅助气体管路;
所述纳米气泡摆臂、所述清洁液摆臂和所述辅助气体摆臂设置在清洗腔室内,且能够分别带动所述纳米气泡喷头、所述清洁液喷头、所述辅助气体喷头在安装于晶圆卡盘上的晶圆上方摆动。
优选地,所述辅助气体管路为氮气管路。
优选地,所述纳米气泡喷头与所述晶圆之间的距离为10~20mm。
本发明另一方面提供一种金属互连清洗方法,利用所述的金属互连清洗装置,所述清洗方法包括:
步骤1:通过清洁液摆臂带动清洁液喷头在晶圆上方摆动,同时向晶圆表面喷淋清洁液;
步骤2:通过纳米气泡摆臂带动纳米气泡喷头在晶圆上方摆动,同时向晶圆表面喷射纳米气泡,以冲洗晶圆表面的清洁液;
步骤3:通过辅助气体摆臂带动辅助气体喷头在晶圆上方摆动,同时向晶圆表面喷射辅助气体,以干燥所述晶圆。
优选地,所述步骤1的持续时间为30~150秒;所述步骤2的持续时间为20~40秒;所述步骤3的持续时间为20~40秒。
优选地,所述金属互连清洗方法还包括在所述步骤1之后执行以下步骤:
步骤11:控制所述清洁液喷头停止向晶圆表面喷淋清洁液,通过所述清洗腔室内的晶圆卡盘带动所述晶圆旋转。
优选地,所述清洁液摆臂、所述纳米气泡摆臂和所述辅助气体摆臂的摆动速度均为8-15rpm。
优选地,所述清洗腔室内的晶圆卡盘能够带动所述晶圆旋转,在所述步骤1中,所述晶圆的转速为400-1000rpm,在所述步骤2中,所述晶圆的转速为400-1000rpm,在所述步骤3中,所述晶圆的转速为1200-1900rpm。
优选地,所述纳米气泡由所述辅助气体和超净水形成。
优选地,在所述步骤2中,所述辅助气体为氮气,所述辅助气体管路对所述纳米气泡发生器的供气流速为1-4L/min,所述超净水管路对所述纳米气泡发生器的供水流速为0.3-0.5L/min,所述纳米气泡喷头的喷射流速为1-4L/min。
本发明的有益效果在于:
1、通过纳米气泡摆臂、清洁液摆臂和辅助气体摆臂分别带动纳米气泡喷头、清洁液喷头、辅助气体喷头在晶圆上方摆动,可以向晶圆表面喷淋清洁液、纳米气泡和辅助气体,实现晶圆的清洗、干燥;
2、纳米气泡带有负电荷,能够中和晶圆表面形成的颗粒残留物所带的正电荷,消除颗粒残留物的静电吸附作用,达到清洗晶圆表面的颗粒残留物的目的;
3、纳米气泡对晶圆表面结构无损伤,能够满足现有工艺对半导体器件表面洁净程度的要求。
本发明的装置和方法具有其它的特性和优点,这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的,或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述,这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述,本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显,其中,在本发明示例性实施例中,相同的附图标记通常代表相同部件。
图1显示根据本发明示例性实施例的金属互连清洗装置的结构示意图;
图2显示根据本发明示例性实施例的金属互连清洗装置的俯视图。
附图标记说明:
1晶圆卡盘,2纳米气泡喷头,3清洁液摆臂,4辅助气体摆臂,5纳米气泡摆臂,6晶圆,7纳米气泡发生器。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例,然而应该理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整,并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提供一种金属互连清洗装置,包括:
纳米气泡摆臂,纳米气泡摆臂的端部设有纳米气泡喷头,纳米气泡喷头连接于纳米气泡发生器,纳米气泡发生器用于连接至辅助气体管路和超净水管路;
清洁液摆臂,清洁液摆臂的端部设有清洁液喷头,清洁液喷头用于连接至清洁液管路;
辅助气体摆臂,辅助气体摆臂的端部设有辅助气体喷头,辅助气体喷头用于连接至辅助气体管路;
纳米气泡摆臂、清洁液摆臂和辅助气体摆臂设置在清洗腔室内,且能够分别带动纳米气泡喷头、清洁液喷头、辅助气体喷头在安装于晶圆卡盘上的晶圆上方摆动。
进行晶圆清洗工艺时,晶圆安装于晶圆卡盘上,纳米气泡摆臂、清洁液摆臂和辅助气体摆臂摆动,从而分别带动纳米气泡喷头、清洁液喷头、辅助气体喷头在安装于晶圆卡盘上的晶圆上方摆动,可以向晶圆表面喷淋清洁液、纳米气泡和辅助气体,实现晶圆的清洗、干燥。
纳米气泡由纳米气泡发生器产生,适用于晶圆清洗的纳米气泡的直径范围在10~1000nm之间。纳米气泡属于超微细气泡,纳米气泡发生器将辅助气体与超净水混合形成纳米气泡的过程中,辅助气体与超净水相互摩擦导致纳米气泡带负电。纳米气泡的直径极小,在气泡收缩的同时,负电荷聚集于气泡表面。带负电的纳米气泡容易吸引有机物悬浮物、金属离子,从而可以在喷淋过程中中和晶圆表面形成的球形颗粒残留物所带的正电荷,消除球形颗粒残留物的静电吸附作用,达到清洗晶圆表面的球形颗粒残留物的目的。在清洗过程中,纳米气泡对晶圆表面结构无损伤,能够满足现有工艺对半导体器件表面洁净程度的要求。
在一个示例中,辅助气体管路为氮气管路,辅助气体管路也可以是压缩空气管路。
在一个示例中,纳米气泡喷头与晶圆之间的距离为10~20mm,以达到有效清洗的目的。
本发明实施例还提供一种金属互连清洗方法,利用所述的金属互连清洗装置,该金属互连清洗方法包括:
步骤1:通过清洁液摆臂带动清洁液喷头在晶圆上方摆动,同时向晶圆表面喷淋清洁液;
步骤2:通过纳米气泡摆臂带动纳米气泡喷头在晶圆上方摆动,同时向晶圆表面喷射纳米气泡,以冲洗晶圆表面的清洁液;
步骤3:通过辅助气体摆臂带动辅助气体喷头在晶圆上方摆动,同时向晶圆表面喷射辅助气体,以干燥所述晶圆。
进行晶圆清洗工艺时,晶圆安装于晶圆卡盘上,依次通过清洁液摆臂、纳米气泡摆臂、和辅助气体摆臂带动纳米气泡喷头、清洁液喷头、辅助气体喷头在晶圆上方摆动,从而依次向晶圆表面喷淋清洁液、纳米气泡和辅助气体,以实现晶圆的清洗和干燥。带负电的纳米气泡容易吸引有机物悬浮物、金属离子,从而可以中和晶圆表面形成的球形颗粒残留物所带的正电荷,消除球形颗粒残留物的静电吸附作用,达到清洗晶圆表面的球形颗粒残留物的目的。在清洗过程中,纳米气泡对晶圆表面结构无损伤,能够满足现有工艺对半导体器件表面洁净程度的要求。
在一个示例中,步骤1的持续时间为30~150秒;步骤2的持续时间为20~40秒;步骤3的持续时间为20~40秒。
在一个示例中,还包括在步骤1之后执行以下步骤:
步骤11:控制清洁液喷头停止向晶圆表面喷淋清洁液,通过清洗腔室内的晶圆卡盘带动晶圆旋转。
通过步骤11可以甩掉晶圆表面的一部分清洁液,增强后续冲洗效果。
在一个示例中,清洁液摆臂、纳米气泡摆臂和辅助气体摆臂的摆动速度均为8-15rpm,这些摆臂的摆动范围可根据其相对于卡盘的安装位置来确定,只要能够覆盖晶圆表面即可。一般情况下,选择摆臂相对于卡盘的安装位置使摆臂的摆动范围在-50°~50°之间。
在一个示例中,清洗腔室内的晶圆卡盘能够带动晶圆旋转,在步骤1中,晶圆的转速为400-1000rpm,在步骤2中,晶圆的转速为400-1000rpm,在步骤3中,晶圆的转速为1200-1900rpm。晶圆的转动配合摆臂的摆动,有利于提高清洗、干燥的效率。此外,为便于清洁液的循环利用,可根据实际需要在各步骤中调整晶圆在晶圆卡盘上的高度,这属于本领域的现有技术,在此不再赘述。
在一个示例中,纳米气泡可以由辅助气体和超净水形成。
在步骤2中,辅助气体为氮气,或者辅助气体可以为压缩空气,辅助气体管路对纳米气泡发生器的供气流速为1-4L/min,超净水管路对纳米气泡发生器的供水流速为0.3-0.5L/min,纳米气泡喷头的喷射流速为1-4L/min。通过调节对纳米气泡发生器的供气、供水流速,可以调节纳米气泡喷头喷射的单位流量内形成的纳米气泡的数量,有效地冲洗晶圆表面。
实施例
图1和图2分别显示根据本发明示例性实施例的金属互连清洗装置的结构示意图和俯视图。如图1和2所示,金属互连清洗装置包括:
纳米气泡摆臂5,纳米气泡摆臂的端部设有纳米气泡喷头2,纳米气泡喷头2连接于纳米气泡发生器7,纳米气泡发生器7用于连接至辅助气体管路(未示出)和超净水管路(未示出);
清洁液摆臂3,清洁液摆臂的端部设有清洁液喷头(未示出),清洁液喷头用于连接至清洁液管路(未示出);
辅助气体摆臂4,辅助气体摆臂4的端部设有辅助气体喷头(未示出),辅助气体喷头用于连接至辅助气体管路;
纳米气泡摆臂5、清洁液摆臂3和辅助气体摆臂4设置在清洗腔室内,且能够分别带动纳米气泡喷头2、清洁液喷头、辅助气体喷头在安装于晶圆卡盘1上的晶圆6上方摆动。
其中,辅助气体管路为氮气管路,向辅助气体喷头供给氮气。
根据本示例性实施例金属互连清洗方法利用所述的金属互连清洗装置,清洗方法包括:
步骤10:通过清洁液摆臂3带动清洁液喷头在晶圆6上方摆动,同时向晶圆6表面喷淋清洁液;
步骤20:控制清洁液喷头停止向晶圆6表面喷淋清洁液,通过晶圆卡盘1带动晶圆6旋转;
步骤30:通过纳米气泡摆臂5带动纳米气泡喷头2在晶圆6上方摆动,同时向晶圆6表面喷射纳米气泡,以冲洗晶圆表面的清洁液;
步骤40:通过辅助气体摆臂4带动辅助气体喷头在晶圆6上方摆动,同时向晶圆6表面喷射辅助气体,以干燥晶圆。
以上各步骤中采用的工艺参数如表2所示。
表2金属互连清洗工艺步骤参数
该清洗方法还可以包括步骤10之前的装载晶圆的步骤以及步骤40之后的卸载晶圆的步骤,其与现有清洗方法是相同的,在此不再赘述。
以上已经描述了本发明的各实施例,上述说明是示例性的,并非穷尽性的,并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种金属互连清洗装置,其特征在于,包括:
纳米气泡摆臂,所述纳米气泡摆臂的端部设有纳米气泡喷头,所述纳米气泡喷头连接于纳米气泡发生器,所述纳米气泡发生器用于连接至辅助气体管路和超净水管路;
清洁液摆臂,所述清洁液摆臂的端部设有清洁液喷头,所述清洁液喷头用于连接至清洁液管路;
辅助气体摆臂,所述辅助气体摆臂的端部设有辅助气体喷头,所述辅助气体喷头用于连接至所述辅助气体管路;
所述纳米气泡摆臂、所述清洁液摆臂和所述辅助气体摆臂设置在清洗腔室内,且能够分别带动所述纳米气泡喷头、所述清洁液喷头、所述辅助气体喷头在安装于晶圆卡盘上的晶圆上方摆动。
2.根据权利要求1所述的金属互连清洗装置,其特征在于,所述辅助气体管路为氮气管路。
3.根据权利要求1所述的金属互连清洗装置,其特征在于,所述纳米气泡喷头与所述晶圆之间的距离为10~20mm。
4.一种金属互连清洗方法,利用根据权利要求1-3中任一项所述的金属互连清洗装置,其特征在于,所述清洗方法包括:
步骤1:通过清洁液摆臂带动清洁液喷头在晶圆上方摆动,同时向晶圆表面喷淋清洁液;
步骤2:通过纳米气泡摆臂带动纳米气泡喷头在晶圆上方摆动,同时向晶圆表面喷射纳米气泡,以冲洗晶圆表面的清洁液;
步骤3:通过辅助气体摆臂带动辅助气体喷头在晶圆上方摆动,同时向晶圆表面喷射辅助气体,以干燥所述晶圆。
5.根据权利要求4所述的金属互连清洗方法,其特征在于,所述步骤1的持续时间为30~150秒;所述步骤2的持续时间为20~40秒;所述步骤3的持续时间为20~40秒。
6.根据权利要求4所述的金属互连清洗方法,其特征在于,还包括在所述步骤1之后执行以下步骤:
步骤11:控制所述清洁液喷头停止向晶圆表面喷淋清洁液,通过所述清洗腔室内的晶圆卡盘带动所述晶圆旋转。
7.根据权利要求4所述的金属互连清洗方法,其特征在于,所述清洁液摆臂、所述纳米气泡摆臂和所述辅助气体摆臂的摆动速度均为8-15rpm。
8.根据权利要求4所述的金属互连清洗方法,其特征在于,所述清洗腔室内的晶圆卡盘能够带动所述晶圆旋转,在所述步骤1中,所述晶圆的转速为400-1000rpm,在所述步骤2中,所述晶圆的转速为400-1000rpm,在所述步骤3中,所述晶圆的转速为1200-1900rpm。
9.根据权利要求4所述的金属互连清洗方法,其特征在于,所述纳米气泡由所述辅助气体和超净水形成。
10.根据权利要求9所述的金属互连清洗方法,其特征在于,在所述步骤2中,所述辅助气体为氮气,所述辅助气体管路对所述纳米气泡发生器的供气流速为1-4L/min,所述超净水管路对所述纳米气泡发生器的供水流速为0.3-0.5L/min,所述纳米气泡喷头的喷射流速为1-4L/min。
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