CN111477537B - 一种晶圆清洗方法及晶圆清洗设备 - 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设备，属于半导体制造技术领域；所述晶圆清洗方法，包括如下步骤：S1：将晶圆放置在等离子清洗装置的真空腔体中，向真空腔体中通入惰性气体，使惰性气体在高压交变电场作用下生成等离子体，并释放出紫外光，等离子体适于对晶圆表面的残留物进行清洗；S2：紫外光产生后，向等离子清洗装置的真空腔体中通入氧化性气体。本发明的利用等离子体的物理轰击清洗与强氧化气体的氧化清洗结合，不仅清洗效果好，还无废液产生、节能环保。

Description

一种晶圆清洗方法及晶圆清洗设备
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种晶圆清洗方法及晶圆清洗设备。
背景技术
集成电路制造工艺过程通常是指将导体、半导体、绝缘层以一定的工艺顺序沉积在特定的晶圆上。在制造工艺过程中，晶圆在膜沉积后，需对晶圆表面进行化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,以下简称CMP)工艺，以便进行后续的半导体工艺过程。
在抛光过程中，需要加入化学液进行辅助抛光，晶圆表面会残留化学液；在抛光完成后，需去除晶圆表面的残留物。晶圆清洗主要采用超声振荡，酸性溶液清洗残留物以及清水漂洗等方式，设备结构复杂、清洗流程繁琐，还增加了废液处理的环境保护压力。
发明内容
因此，本发明提供一种节能环保且高效清洗的晶圆清洗方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的晶圆清洗方法，包括：
S1：将晶圆放置在等离子清洗装置的真空腔体中，向所述真空腔体中通入惰性气体，使所述惰性气体在高压交变电场作用下生成等离子体，并释放出紫外光，所述等离子体适于对所述晶圆表面的残留物进行清洗；
S2：所述紫外光产生后，向所述等离子清洗装置的真空腔体中通入氧化性气体。
作为优选方案，所述氧化性气体为氧气。
作为优选方案，所述高压交变电场中电子束流的电子能量大于6.2eV。
作为优选方案，所述惰性气体为氩气。
一种晶圆清洗设备，包括等离子清洗装置，
所述等离子清洗装置包括：
密封腔体，适于抽真后为真空腔体；
电极板，具有两个，分设于所述密封腔体的上端和下端，所述电极板与电源电连接；
抽真空设备，连接在所述密封腔体上，适于对所述密封腔体进行抽真空；
至少一根气管，一端通入在所述密封腔体上，另一端适于连接气源。
作为优选方案，所述气管为两根，包括惰性气管和氧气管，所述惰性气管和所述氧气管上分别设置有控制阀。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的晶圆清洗方法，利用惰性气体不易与其他物质发生反应的特性，向真空腔体中通入惰性气体，所述惰性气体在高压交变电场作用下生成等离子体，所述等离子体对晶圆表面的残留物进行轰击清洗，避免使用滚刷直接接触晶圆表面摩擦的方式清洗对晶圆表面带来的损伤；在所述等离子体生成过程中产生紫外线，所述紫外线激发氧化性气体产生强氧化性气体，所述氧化性气体与晶圆表面的残留物发生氧化反应，所述等离子体对氧化生成物进行轰击清洗，利用强氧化性气体的特性对晶圆表面进行了辅助清洗，提高了清洗效率与清洗强度；上述的清洗方式不仅清洗效果好，还无废液产生、节能环保；同时可以充分利用在惰性气体在高压交变电场作用下产生的辉光，通过辉光直接对氧气进行氧化操作，从而避免了单独制备臭氧时造成的成本增加的问题。
2.本发明提供的晶圆清洗方法，氧化性气体选用氧气，一方面氧气容易制备，成本低；另一方面，氧气在紫外光和高压电子能量下容易生成臭氧，臭氧具有极强的氧化性与杀菌性能，极易于附着于晶圆表面的残留物发生氧化反应，使得辅助清洗效率高、且效果佳。
3.本发明提供的晶圆清洗方法，高压交变电场中电子束流的电子能量大于6.2eV；由于氧气转化生成臭氧的过程中需要吸收大量的能量，故在其他反应条件不改变的前提下，高压交变电场中电子束流的电子能量越大，氧气更容易转化为臭氧，对晶圆的清洗速度越快。
4.本发明提供的晶圆清洗方法，惰性气体选用氩气，一方面在同等电离条件作用下，由于氩气具有较大的原子半径与动能，对晶圆表面残留物的物理轰击效果较好；另一方面，氩气比较容易获得，价格低廉。
5.本发明提供的晶圆清洗设备，等离子清洗装置中设有惰性气管和氧气管，用两根气管分别对惰性气体、氧气进行控制通入，能够更好地控制氧气通入的时机，保证氧气能够尽可能充分地生产臭氧进而发生强氧化反应。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例中的晶圆清洗设备主要包括等离子清洗装置，所述等离子清洗装置包括：
密封腔体，所述密封腔体形成进行等离子清洗的空间，其自身的形状不进行限定，可以是规则的矩形体，也可以非规则的空间，只要其内部能够进行等离子清洗即可；
电极板，所述电极板具有两个，分设于所述密封腔体的上端和下端，所述电极板与电源电连接形成一个回路，使所述真空腔体内部形成一个交变电场，电源自身可以设置在密封腔体的内部，也可以设置在密封腔体的外部，只要可以与电极板形成回路即可；
抽真空设备，所述抽真空设备连接在所述密封腔体上，对所述密封腔体进行抽真空，使所述密封腔体成为真空腔体。具体地，抽真空设备自身可以为自吸泵，在密封腔体上设置有连接孔，自吸泵进气端连接在连接孔上，从而在密封腔体内部形成负压；
至少一根气管，一端通入在所述密封腔体上，另一端适于连接气源。本实施例中，通过气管可以实现对惰性气体和氧化性气体的通入操作。当采用一根气管时，首先通过气管通入惰性气体，然后更换气源，再次通过气管通入氧化性气体。相对应地，在气管上设置有阀门，当通入气体或者更换气源时，打开阀门。当进行气源更换以及需要停止通入氧化性气体后，将阀门关闭。
作为优选的实施方式，本实施例中，气管的数量为两根，其包括惰性气管以及氧气管，所述惰性气管的一端与所述密封腔体连通，另一端与惰性气源连通，此处惰性气源采用氩气；所述氧气管的一端与所述密封腔体连通，另一端与氧气气源连通；所述惰性气管、所述氧气管上分别设有控制阀，所述控制阀不仅能够控制气源的流速，并且能够更好地控制氧气通入的时机，保证氧气能够尽可能充分地生产臭氧进而发生强氧化反应。
实施例2
集成电路制造工艺过程通常将导体、半导体、绝缘层以一定的工艺顺序沉积在晶圆；在上述制造工艺过程中，需要化学机械抛光设备对膜沉积后的晶圆表面进行平坦化处理；在抛光过程中需要加入一定量的化学液进行辅助抛光，晶圆表面会残留化学液，所以在抛光完成后需要进行清洗，以去除晶圆表面的残留物。
本实施例提供了一种晶圆清洗方法，包括如下步骤：
S1:先对所述等离子清洗装置的密封腔体进行抽真空，使所述密封腔体为真空腔体；随之将所述电极板与高压电源电连接，使所述真空腔体内形成一个交变电场，所述高压交变电场中电子束流的电子能量大于6.2eV；
接着，通过惰性气管通过氩气，所述氩气分子在真空腔体的高压交变电场下，发生电离生产等离子体，同时产生辉光，所述辉光中包括紫外光。本实施例中，还可以通入其它的惰性气体，如氦气等，只要能够在电离时产生辉光即可。同时，所述等离子体对所述晶圆表面的残留物进行轰击清洗，能够避免传统酸性溶剂清洗对人体造成伤害，也可避免酸性溶液对晶圆的二次腐蚀。对于强力残留于晶圆表面的污染物，利用等离子轰击清洗晶圆表面，避免使用滚刷直接接触晶圆表面摩擦的方式去除，为绿色无损伤清洗；并且由于等离子体积小于水分子，其可以深入到晶圆微细孔眼和内部完成清洗，提高了清洗效果。
S2：辉光产生后，向所述等离子清洗装置的真空腔体中通入氧气；所述氧气在短波长紫外光以及电子束流辐射下生成臭氧，臭氧具有极强的氧化性与杀菌性能；生成的臭氧与晶圆表面的残留物发生强氧化反应，在晶圆表面生成氧化产物；所述氧化产物受到等离子体的轰击与晶圆表面脱离，从而到达辅助清洗的目的。
上述的晶圆清洗方法，利用等离子体的物理轰击与臭氧的强氧化性，同时可以充分利用在S1步骤中产生的辉光，通过辉光直接对氧气进行氧化操作，从而避免了单独制备臭氧时造成的成本增加的问题，对晶圆表面的残留物进行同步清洗，提高了清洗效率与清洗强度，并且无废液等的产生、节能环保。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种晶圆清洗方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将晶圆放置在等离子清洗装置的真空腔体中，向所述真空腔体中通入惰性气体，使所述惰性气体在高压交变电场作用下生成等离子体，并释放出紫外光，所述等离子体适于对所述晶圆表面的残留物进行清洗；
S2：所述紫外光产生后，向所述等离子清洗装置的真空腔体中通入氧化性气体，所述氧化性气体为氧气，所述氧气在短波长紫外光以及电子束流辐射下生成臭氧，生成的臭氧与晶圆表面的残留物发生强氧化反应，在晶圆表面生成氧化产物；所述氧化产物受到等离子体的轰击与晶圆表面脱离，所述高压交变电场中电子束流的电子能量大于6.2eV。
2.根据权利要求1所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气。
3.一种晶圆清洗设备，其特征在于，包括等离子清洗装置，所述等离子清洗装置包括：
密封腔体，适于抽真后为真空腔体；
电极板，具有两个，分设于所述密封腔体的上端和下端，所述电极板与电源电连接；
抽真空设备，连接在所述密封腔体上，适于对所述密封腔体进行抽真空；
气管，数量为两根，其包括惰性气管以及氧气管，所述惰性气管的一端与所述密封腔体连通，另一端与惰性气源连通，此处惰性气源采用氩气；所述氧气管的一端与所述密封腔体连通，另一端与氧气气源连通；所述惰性气管、所述氧气管上分别设有控制阀；
所述等离子清洗装置用于执行权利要求1-2中任一项所述的晶圆清洗方法。
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