CN111009458A - 一种晶圆清洗方法及晶圆清洗装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种晶圆清洗方法及晶圆清洗装置，该晶圆清洗方法包括：使用固定管路向晶圆表面输送第一清洗介质；在使用所述固定管路向所述晶圆表面输送所述第一清洗介质第一预设时间后，同时使用可移动管路向所述晶圆表面输送第二清洗介质；在使用所述可移动管路向所述晶圆表面输送所述第二清洗介质第二预设时间后，停止使用所述固定管路向所述晶圆表面输送所述第一清洗介质，并继续使用所述可移动管路向所述晶圆表面输送所述第二清洗介质第三预设时间。通过本发明，可使可移动管路对晶圆待清洗表面进行全覆盖清洗，改善了清洗效果，同时提高了清洗效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种晶圆清洗方法及晶圆清洗装置。
背景技术
目前，随着晶圆制造技术的发展，清洗工序执行次数逐渐增多，在14nm技术上，清洗工序占到了所有制程工序的一半左右。清洗工艺越来越重要，晶圆制造对清洗工序的要求也越来越苛刻，如何有效的去除细微颗粒和残留考验着半导体人的意志和智慧。
针对金属层间的互连工艺，清洗机台包括：电器控制单元、设备前端控制模块、药液供给单元、工艺腔室；电器控制单元实现机台逻辑控制，药液供给单元实现药液配比和供给，设备前端控制模块实现晶圆传送，工艺腔室用于完成清洗工艺。工艺腔室如图1所示，晶圆1’由夹持机构2’夹持或释放，夹持机构2’随旋转电机3’以一定速度和加速度旋转或升降，药液管路绑缚在机械摆臂4’上，实现对晶圆不同位置的清洗。不同清洗药液通常对应不同的机械摆臂4’和不同的工艺高度，在连续的工艺菜单中，不同机械摆臂4’的衔接通常为前一个机械摆臂4’移出晶圆上方到一个安全位置，晶圆夹持机构2’或者药液回收排放层高度调整，后一个机械摆臂4’摆入到晶圆上方的合适位置。无论是机械摆臂4’的移动还是晶圆的夹持机构2’的升降，都需要一定的执行时间，造成清洗的不连续，导致清洗效率下降，另一方面由于晶圆在清洗时一直在旋转，清洗药液的中断时间过长造成晶圆表面变干容易衍生其他污染，导致清洗质量下降。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种晶圆清洗方法及晶圆清洗装置。
为实现本发明的目的而提供一种晶圆清洗方法，包括：
使用固定管路向晶圆表面输送第一清洗介质；
在使用所述固定管路向所述晶圆表面输送所述第一清洗介质第一预设时间后，同时使用可移动管路向所述晶圆表面输送第二清洗介质；
在使用所述可移动管路向所述晶圆表面输送所述第二清洗介质第二预设时间后，停止使用所述固定管路向所述晶圆表面输送所述第一清洗介质，并继续使用所述可移动管路向所述晶圆表面输送所述第二清洗介质第三预设时间。
优选地，所述第一清洗介质为热硫酸和双氧水的混合液、去离子水或超纯水；
所述第二清洗介质为去离子水或超纯水。
优选地，所述第一清洗介质为清洗液体和清洗气体的混合体；
所述第二清洗介质为所述清洗液体。
优选地，所述清洗液体为离子水或超纯水；
所述清洗气体为臭氧、二氧化碳、氮气或者氢气。
优选地，所述第一预设时间为5～20s；
所述第二预设时间为1～5s；和/或
所述第三预设时间为10～59s。
优选地，上述晶圆清洗方法还包括：
设置所述第一预设时间、所述第二预设时间和/或所述第三预设时间；
判断设置的所述第一预设时间、所述第二预设时间和/或所述第三预设时间是否会导致管路干涉或管路与所述晶圆发生碰撞，并在判断结果为是时，显示提示信息。
本发明还提供了一种晶圆清洗装置，包括：
晶圆夹持部，用于夹持晶圆；
固定管路，用于向晶圆表面输送第一清洗介质；
可移动管路，用于向所述晶圆表面输送第二清洗介质；
控制器，用于控制所固定管路向所述晶圆表面输送所述第一清洗介质，并在控制所述固定管路向所述晶圆表面输送所述第一清洗介质第一预设时间后，同时控制可移动管路向所述晶圆表面输送第二清洗介质；在控制所述可移动管路向所述晶圆表面输送所述第二清洗介质第二预设时间后，控制所述固定管路停止向所述晶圆表面输送所述第一清洗介质，并继续控制所述可移动管路向所述晶圆表面输送所述第二清洗介质第三预设时间。优选地，所述控制器还用于响应于用户的输入或读取特定的配置文件，设置第一预设时间、所述第二预设时间和/或所述第三预设时间。
优选地，所述控制器还用于判断设置的第一预设时间、所述第二预设时间和/或所述第三预设时间是否会导致管路干涉或管路与所述晶圆发生碰撞，并在判断结果为是时，显示提示信息。
优选地，还包括：可移动的摆臂，所述可移动管路设置在所述摆臂上。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的晶圆清洗方法及晶圆清洗装置的方案中，包括使用固定管路向晶圆表面输送第一清洗介质，在使用固定管路向晶圆表面输送第一清洗介质第一预设时间后，同时使用可移动管路向晶圆表面输送第二清洗介质；在使用可移动管路向晶圆表面输送第二清洗介质第二预设时间后，停止使用固定管路向晶圆表面输送第二清洗介质第三预设时间，由此，使用固定管路向晶圆表面输送第一清洗介质可以在使用可移动管路向晶圆表面输送第二清洗介质的衔接的过程中也对待清洗表面进行清洗，去除清洗介质，减少了清洗介质在晶圆表面的残留时间；同时增加使用固定管路向晶圆表面输送第一清洗介质和使用可移动管路向晶圆表面输送第二清洗介质之间的重叠，使可移动管路对晶圆待清洗表面进行全覆盖清洗，改善了清洗效果，提高了清洗效率。
附图说明
图1为一种典型工艺腔室的结构示意图；
图2为本发明一个实施例提供的晶圆清洗方法的流程框图；
图3为本发明另一实施例提供的晶圆清洗方法的流程框图；
图4为本发明一个实施例提供的晶圆清洗装置的结构示意图；
图5为本发明另一个实施例提供的晶圆清洗装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的晶圆清洗方法及晶圆清洗装置进行详细描述。
如图2所示，为本发明一个实施例提供的晶圆清洗方法的流程框图，本发明实施例中，晶圆清洗方法包括：
步骤101：使用固定管路向晶圆表面输送第一清洗介质。
其中，第一清洗介质可以为热硫酸和双氧水的混合液、去离子水或超纯水。
根据需要，固定管路中的超纯水可以添加不同的清洁气体，变成功能水，如添加臭氧，二氧化碳，氮气，氢气等，以改变超纯水的酸碱性pH值、氧化性、表面张力、zeta电位(Zeta potential，是指剪切面电位)等，来减少晶圆静电残留、进行表面改性、增加颗粒去除效果。进一步，优选实施例中，本发明采用在清洁气体可由厂务直供，添加的气体量多少通过调节气体压力调整，可在工艺菜单中编辑，气体浓度检测通过专用的pH计检测后换酸成浓度来实现。
步骤102：在使用固定管路向晶圆表面输送第一清洗介质第一预设时间后，同时使用可移动管路向晶圆表面输送第二清洗介质。
其中，第二清洗介质可以为去离子水或超纯水。步骤103：在使用可移动管路向晶圆表面输送第二清洗介质第二预设时间后，停止使用固定管路向晶圆表面输送第一清洗介质，并继续使用可移动管路向晶圆表面输送第二清洗介质第三预设时间。
在本实施例中，第一预设时间、第二预设时间、第三预设时间均可以根据不同的工艺需求灵活的进行设置。对于主要采用离子水或超纯水的中间清洗步骤来说，第一预设时间可以为5～20s，第二预设时间可以为1～5s，第三预设时间可以为10～59s。
本发明实施例提供的晶圆清洗方法，使用固定管路向晶圆表面输送第一清洗介质，在使用固定管路向晶圆表面输送第一清洗介质第一预设时间后，同时使用可移动管路向晶圆表面输送第二清洗介质；在使用可移动管路向晶圆表面输送第二清洗介质第二预设时间后，停止使用固定管路向晶圆表面输送第二清洗介质第三预设时间，由此，使用固定管路向晶圆表面输送第一清洗介质可以在使用可移动管路向晶圆表面输送第二清洗介质的衔接的过程中也对待清洗表面进行清洗，去除清洗介质，减少了清洗介质在晶圆表面的残留时间；同时增加使用固定管路向晶圆表面输送第一清洗介质和使用可移动管路向晶圆表面输送第二清洗介质之间的重叠，使可移动管路对晶圆待清洗表面进行全覆盖清洗，改善了清洗效果，提高了清洗效率。
如图3所示，为本发明另一个实施例提供的晶圆清洗方法的流程框图，本发明实施例中，晶圆清洗方法包括：
步骤201：设置第一预设时间、第二预设时间和/或第三预设时间。
步骤202：判断设置的第一预设时间、第二预设时间和/或第三预设时间是否会导致管路干涉或管路与晶圆发生碰撞；若是，执行步骤203；若否，执行步骤204。
具体地，可以通过软件模拟的方式对第一预设时间、第二预设时间和/或第三预设时间是否会导致管路干涉或管路与晶圆发生碰撞进行判断，若判断结果为是，确定机械臂之间有干涉，工艺菜单无法保存第一预设时间、第二预设时间和/或第三预设时间。若判断结果为否，说明模拟通过，工艺菜单可以保存第一预设时间、第二预设时间和/或第三预设时间。
软件模拟是根据工艺菜单每一步骤中的机械臂运动起点位置、高度、摆动速度、时间，晶圆的高度，机械臂和晶圆的相对升降速度等，进行工艺执行的模拟，查看是否存在晶圆与机械臂，或机械臂间的干涉或碰撞。
步骤203：显示提示信息。
步骤204：使用固定管路向晶圆表面输送第一清洗介质。
具体地，第一清洗介质可以为清洗液体和清洗气体的混合体。进一步，清洗液体为离子水或超纯水。清洗气体为臭氧、二氧化碳、氮气或者氢气。
步骤205：在使用固定管路向晶圆表面输送第一清洗介质第一预设时间后，同时使用可移动管路向晶圆表面输送第二清洗介质。
具体地，第二清洗介质可以为清洗液体。
步骤206：在使用可移动管路向晶圆表面输送第二清洗介质第二预设时间后，停止使用固定管路向晶圆表面输送第一清洗介质，并继续使用可移动管路向晶圆表面输送第二清洗介质第三预设时间。
本发明实施例提供的晶圆清洗方法，在对晶圆进行清洗之前，可以预先设置第一预设时间、第二预设时间和/或第三预设时间，并判断第一预设时间、第二预设时间和/或第三预设时间是否会导致管路干涉或管路与晶圆发生碰撞，从而保证了晶圆清洗的安全性。
如图4所示，为本发明一个实施例提供的晶圆清洗装置的结构示意图，本发明实施例中，晶圆清洗装置包括：晶圆夹持部1、固定管路2、可移动管路3以及控制器4。
其中，晶圆夹持部1用于夹持晶圆5。
固定管路2用于向晶圆5表面输送第一清洗介质。
可移动管路3用于向晶圆5表面输送第二清洗介质。
控制器4用于控制固定管路2向晶圆5表面输送第一清洗介质，并在控制固定管路2向晶圆5表面输送第一清洗介质第一预设时间后，同时控制可移动管路3向晶圆5表面输送第二清洗介质；在控制可移动管路3向晶圆5表面输送第二清洗介质第二预设时间后，控制固定管路2停止向晶圆5表面输送第一清洗介质，并继续控制可移动管路3向晶圆5表面输送第二清洗介质第三预设时间。
本实施例中，第一清洗介质可以为热硫酸和双氧水的混合液、去离子水或超纯水；第二清洗介质可以为去离子水或超纯水。根据需要，固定管路中的超纯水可以添加不同的清洁气体，变成功能水，如添加臭氧，二氧化碳，氮气，氢气等，以改变超纯水的酸碱性pH值、氧化性、表面张力、zeta电位(Zeta potential，是指剪切面电位)等，来减少晶圆静电残留、进行表面改性、增加颗粒去除效果。进一步，优选实施例中，本发明采用在清洁气体可由厂务直供，添加的气体量多少通过调节气体压力调整，可在工艺菜单中编辑，气体浓度检测通过专用的pH计检测后换酸成浓度来实现。
可选地，固定管路可根据需要可以安装多个，且放置在任意位置，液体在闲置时的流动、回收、防污染等措施都不同，固定管路中使用的去除介质也可以是多种种类，比如，可以是DIW(Deionized Water，超纯水)，也可以是SPM(Surfuric/Peroxide Mi，热硫酸和双氧水的混合液)等，还可以在去除介质中添加其他成分，比如，添加臭氧，二氧化碳等。
较佳地，固定管路固定在晶圆表面的某一固定位置，在晶圆夹持机构升降、药液回收排放锅固定的工艺腔室结构中，一般将固定管路固定在排泄口上，进一步，固定管路的位置据晶圆夹持机构边缘的水平距离在1-10cm之间，在排泄口上的竖直高度在1-cm之间。该固定管路在不使用时，有小流量(～1mL/s)的液体流动以保持固定管路中去除介质的循环，该固定管路在使用时，由相应的气动阀门打开，以获得一定的压力和流量，其中流量和时间可以在工艺菜单中编辑，较佳的流量为1-2L/min，清洗时间为5-20s。
可移动管路是指可移动清洗的管路，可移动管路可以在各种驱动结构的驱动下，在晶圆上方移动，从而清洗晶圆的不同位置。
为了便于可移动管路的运动，本发明另一个实施例中，还可以设置可移动摆臂。如图5所示，为本发明另一个实施例提供的晶圆清洗装置的结构示意图。相对于图4所示实施例，图5所示的晶圆清洗装置还包括：可移动的摆臂6，可移动管路3设置在可移动的摆臂6上。可移动的摆臂6带着可移动管路3清洗晶圆的不同位置。
本发明实施例中，控制器还可以用于响应于用户的输入或读取特定的配置文件，设置第一预设时间、第二预设时间和/或第三预设时间。
本发明实施例中，控制器还可以用于判断设置的第一预设时间、第二预设时间和/或第三预设时间是否会导致管路干涉或管路与晶圆发生碰撞，并在判断结果为是时，显示提示信息。
具体地，控制器可以通过软件模拟的方式对第一预设时间、第二预设时间和/或第三预设时间是否会导致管路干涉或管路与晶圆发生碰撞进行判断。
软件模拟的方式是控制器根据工艺菜单每一步骤中的机械臂运动起点位置、高度、摆动速度、时间，晶圆的高度，机械臂和晶圆的相对升降速度等，进行工艺执行的模拟，查看是否存在晶圆与机械臂，或机械臂间的干涉或碰撞。
本发明实施例提供的晶圆清洗装置，包括晶圆夹持部、固定管路、可移动管路以及控制器，控制器用于控制固定管路向晶圆表面输送第一清洗介质，并在控制固定管路向晶圆表面输送第一清洗介质第一预设时间后，同时控制可移动管路向晶圆表面输送第二清洗介质；在控制可移动管路向晶圆表面输送第二清洗介质第二预设时间后，控制固定管路停止向晶圆表面输送第一清洗介质，并继续控制可移动管路向晶圆表面输送第二清洗介质第三预设时间。通过本发明，可使可移动管路对晶圆待清洗表面进行全覆盖清洗，改善了清洗效果，同时提高了清洗效率。
下面通过一个实例对对本发明提供的技术方案进行说明。
以40nm Cu互连清洗为例，现有的铜互连的清洗工艺步骤中清洗介质为EKC575(刻蚀残留去除剂)+DIW(去离子水)+UDHF(Hltra Dilute Hydrogen Fluoride，超稀释氢氟酸)+DIW+N2(氮气)。而采用本发明提供的晶圆清洗方法及晶圆清洗装置后，如表一所示不同清洗步骤中，第一步采用的清洗介质是刻蚀残留去除剂(如EKC575，其体积比EKC580:DIW＝1:10)，刻蚀残留去除剂随机械摆臂在晶圆中心附近摆动清洗，刻蚀残留去除剂的流量根据需要可以为800-2000mL/min，晶圆卡盘转速可以为200-1000rpm，清洗时间可以为60-150s；第二步的清洗步骤中，采用固定管路对晶圆进行清洗，由于固定管路固定设置，不需要机械摆臂的位置移动，可以快速移除晶圆表面的刻蚀残留去除剂，该固定管路中的去除介质可以为添加CO2或H2清洁气体的功能水，清洁气体的浓度可以在工艺菜单中编辑，浓度在5-100ppm合适，清洁液体的流量1-2/min，清洗时间5-20s，通过调节晶圆转速，利用不同转速下离心力不同，将晶圆上的清洗介质甩入不同高度的药液回收排放层中；第三步的清洗步骤中，其采用的清洗介质为超纯水，超纯水的流量可以为1-2L/min，时间可以为15-60s，超纯水随可移动管路运动，实现对晶圆表面任意位置的清洗，可移动管路相对晶圆的高度、移动速度等参数可随机械臂位置移动实现精确控制；第四步的清洗步骤中，清洗介质为超稀释氢氟酸，其流量为1-2L/min，第五步的清洗步骤与第二步的清洗步骤相同，其采用固定管路进行清洗，以快速去除超稀释氢氟酸残留，第六步的清洗步骤中，其采用的介质为超纯水；第七步为干燥步骤，采用干燥气体对晶圆进行干燥，干燥时间可以为10-30s，卡盘转速可以为1200-2200rpm。
表一
在工艺步骤中增加管路重叠(overlap)功能，在固定管路和可移动管路之间增加3s的重叠，可以使晶圆随晶圆夹持部从Level1高度移动到Level2高度时，第三步中DIW的可移动管路可提前进入到工艺位置，使工艺进行到第三步时，DIW的可移动管路即可喷淋，而无需等待DIW的可移动管路从原点位置移动到工艺位置所需要的额外延迟时间。另外，UDHF和DIW在同一药液回收排放层，在第五步的固定管路与第六步的可移动管路之间增加3s的overlap，可以实现DIW与UDHF的无缝衔接清洗，防止UDHF残留对晶圆表面过度刻蚀造成微观表面不平整，同时固定管路中的清洗气体可以对UDHF清洗后的晶圆表面进行修饰，减少颗粒残留，增强清洗效果。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种晶圆清洗方法，其特征在于，包括：
使用固定管路向晶圆表面输送第一清洗介质；
在使用所述固定管路向所述晶圆表面输送所述第一清洗介质第一预设时间后，同时使用可移动管路向所述晶圆表面输送第二清洗介质；
在使用所述可移动管路向所述晶圆表面输送所述第二清洗介质第二预设时间后，停止使用所述固定管路向所述晶圆表面输送所述第一清洗介质，并继续使用所述可移动管路向所述晶圆表面输送所述第二清洗介质第三预设时间。
2.根据权利要求1所述的晶圆清洗方法，其特征在于，
所述第一清洗介质为热硫酸和双氧水的混合液、去离子水或超纯水；
所述第二清洗介质为去离子水或超纯水。
3.根据权利要求1所述的晶圆清洗方法，其特征在于，
所述第一清洗介质为清洗液体和清洗气体的混合体；
所述第二清洗介质为所述清洗液体。
4.根据权利要求3所述的晶圆清洗方法，其特征在于，
所述清洗液体为离子水或超纯水；
所述清洗气体为臭氧、二氧化碳、氮气或者氢气。
5.根据权利要求1-4任一项所述的晶圆清洗方法，其特征在于，
所述第一预设时间为5～20s；
所述第二预设时间为1～5s；和/或
所述第三预设时间为10～59s。
6.根据权利要求1-4任一项所述的晶圆清洗方法，其特征在于，还包括：
设置所述第一预设时间、所述第二预设时间和/或所述第三预设时间；
判断设置的所述第一预设时间、所述第二预设时间和/或所述第三预设时间是否会导致管路干涉或管路与所述晶圆发生碰撞，并在判断结果为是时，显示提示信息。
7.一种晶圆清洗装置，其特征在于，包括：
晶圆夹持部，用于夹持晶圆；
固定管路，用于向晶圆表面输送第一清洗介质；
可移动管路，用于向所述晶圆表面输送第二清洗介质；
控制器，用于控制所固定管路向所述晶圆表面输送所述第一清洗介质，并在控制所述固定管路向所述晶圆表面输送所述第一清洗介质第一预设时间后，同时控制可移动管路向所述晶圆表面输送第二清洗介质；在控制所述可移动管路向所述晶圆表面输送所述第二清洗介质第二预设时间后，控制所述固定管路停止向所述晶圆表面输送所述第一清洗介质，并继续控制所述可移动管路向所述晶圆表面输送所述第二清洗介质第三预设时间。
8.根据权利要求6所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述控制器还用于响应于用户的输入或读取特定的配置文件，设置第一预设时间、所述第二预设时间和/或所述第三预设时间。
9.根据权利要求7或8所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述控制器还用于判断设置的第一预设时间、所述第二预设时间和/或所述第三预设时间是否会导致管路干涉或管路与所述晶圆发生碰撞，并在判断结果为是时，显示提示信息。
10.根据权利要求7或8所述的晶圆清洗装置，其特征在于，还包括：可移动的摆臂，所述可移动管路设置在所述摆臂上。
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