CN113169092A - 用于半导体制造的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种清洗水供应设备(50)，包括超纯水生产单元(54)、供应管道(52)、操作控制器(53)以及超纯水推动设备(55)。该供应管道(52)的第一端连接到该超纯水生产单元(54)的输出端。该供应管道的第二端适于连接到半导体清洗装置。该操作控制器(53)被配置为控制该超纯水生产单元(54)按需生产预定量的超纯水。该超纯水推动设备(55)能接入惰性气体源，并且被配置为在输送该预定量的超纯水之后用惰性气体冲洗掉该供应管道(52)的水。还披露了一种半导体清洗系统、一种半导体生产系统以及一种用于供应清洗水的方法。

Description

用于半导体制造的方法和设备
技术领域
本披露总体上涉及半导体制造，并且具体地涉及半导体制造期间的清洗程序。
背景技术
半导体产品的质量在很大程度上取决于生产期间的洁净度。如今，半导体晶圆的生产通常在至少部分地包含在洁净区域中的生产线中进行。制造期间洁净状况的重要性随着所生产的半导体产品的部件的线宽的减小而增加。
在电子部件的生产中，如今的总体趋势是生产线宽越来越小的电子电路。如今，一些电子器件生产商提供线宽约为400nm的市售纳米芯片。然而，在研究项目中，报道了甚至更小的线宽，低至10nm或者甚至5nm。因此，许多小型电子电路的用户要求提供线宽低至10nm或5nm的芯片作为市售产品。
但是，在研究结果与市售产品之间总是存在相当大的差距。在研发期间使用的程序并不总是适合直接在大规模生产中实施。
生产线可能包含50个或者甚至多达100个或更多的工艺步骤。在制造期间与芯片接触的颗粒是生产小线宽电子器件的限制因素之一。为此，通常将整个生产线保持在超洁净的环境内，并尽可能减少人类接触。在某些工艺步骤之间，需要清洁芯片，例如，用于去除前一工艺步骤中多余的化学物质或去除颗粒。
通常，超纯水(UPW)生产单元生产超纯水并将其储存在水箱中。在每个清洁步骤中，允许该UPW冲刷芯片，以去除化学品和颗粒。
在公开的美国专利US 6,461,519 B1中，披露了一种生产用于半导体制造的超纯水的方法。在第一处理步骤中，对未处理的水(例如城市用水或泉水)进行预处理以达到一定的洁净度水平。最终处理步骤是分散的，其中相应的最终净化单元设置在与每个制造单元的洁净区域紧邻的服务区域中。最终处理的这种划分使得能够使用从第一处理单元到相应最终处理单元的低成本管道。每个最终处理单元与对应的制造单元之间的短距离利用了高质量的管道，从而减少了污染。
这样的方法使清洗水的洁净度向前迈进了一步。但是，其余的低污染供应管线仍会造成污染，并且储存器和/或管道中所有储存的等待下一清洗步骤的超纯水仍会导致污染加剧。
发明内容
总体目的是提供用于提高用于半导体生产的超纯水的洁净度的方法和设备。
上述目的是通过根据独立权利要求的方法和设备来实现的。在从属权利要求中限定了优选实施例。
所提出的技术的一个优点在于，提高了向半导体生产线的清洗步骤提供的超纯水的洁净度。当阅读具体实施方式时，将了解其他优点。
附图说明
通过参考以下结合附图的描述，可以最好地理解本发明及其进一步的目的和优点，在附图中：
图1示意性地展示了半导体生产系统的实施例；
图2展示了半导体制造台的实施例；
图3展示了用于供应清洗水的方法的实施例的步骤的流程图；以及
图4展示了清洗水供应设备的实施例的示意图。
具体实施方式
在所有附图中，相同的附图标记用于相似或对应的要素。
超纯水具有可用于清洁目的的感兴趣特性。由于缺乏溶解物质、远远低于饮用水的水平，超纯水对几乎所有物质都具有很强的亲和力。因此，在半导体制造线中使用超纯水作为清洁液是非常有利的，并且多年来一直为人所知。当要生产纳米芯片时，不存在颗粒也变得很重要，因为清洁液中残留的颗粒可能会干扰在制造工艺中获得的几何结构。
由于对污染的亲和力高，超纯水还会在储存和运输期间溶解物质。为了最小化半导体生产线中超纯水生产单元与清洗步骤之间的储存时间和运输距离，已经做出了大量的努力。使用了覆盖有能在一定程度上承受超纯水作用的材料的管道和储存器皿。但是，这种材料很昂贵，并且不能完全避免污染。当所生产的芯片的线宽达到几纳米时，用于在不同生产步骤之间进行清洗的水的质量变得甚至更具挑战性。
物质在超纯水中的溶解不仅取决于包围物质的材料，而且还将取决于接触时间，即超纯水能起作用来溶解物质的时间有多长。因此，所有类型的储存都是不利的。此外，长运输管道还增加了超洁净水的暴露时间。
因此，本文提出的技术旨在减少超纯水与要清洁的物体以外的其他部件接触的时间。
图1示意性地展示了半导体生产系统1的实施例，该半导体生产系统具有包含在洁净室区域20中的半导体制造台10的线。该线包括至少一个半导体制造台10，但是通常是多个，例如50至100个台。服务区域25被定位成沿着洁净室区域并与之相连，以便提供不能或至少不必要放在洁净室区域20中的必要服务。
半导体制造台10中的至少一个(并且通常是多个)半导体制造台包括半导体清洗系统30，该半导体清洗系统具有半导体清洗装置40和清洗水供应设备50。清洗装置40通过浸入、搅动或离心或其组合来冲洗半导体物品，并且清洗装置是手动或自动操作的。通过水管道51从服务区域25向清洗水供应设备50供应水。由水管道51供应的水是干净的，但不是超纯的，通常是普通的自来水。
在现有技术的系统中，通常替代地在服务区域中提供超纯水的生产，并且随后通过供应管道将超纯水运输到洁净室区域中。
通过将清洗水供应设备50定位在洁净室区域20中，可以将连接清洗水供应设备50和半导体清洗装置40的供应管道52做得非常短。清洗水供应设备的当前发展允许洁净室操作。当生产超纯水时，一定的热量会散发到生产单位周围的空间中。对于诸如如今在服务区域中使用的大型生产单元，如果将大型生产单元移入洁净室区域中，则发散的热的量会引起问题。但是，对于沿整个生产线散布的小型局部超纯水生产单元，即使没有特定的冷却布置，热量发散通常也是可以接受的。
半导体生产系统1当然在洁净室区域20和服务区域25中都包括许多其他功能。然而，这样的功能本身在现有技术中是众所周知的，并且对于本文中呈现的技术来说并不具有任何关键性的重要性，因此在本说明书中被省略。
图2更详细地展示了半导体制造台10的实施例。半导体制造台10包括加工单元11，该加工单元被配备用于执行半导体制造工艺的工艺步骤。半导体物品通过入口12进入加工单元11，这些半导体物品或者作为原材料，或者是来自前一个台的。根据如现有技术中已知的工艺在加工单元11中加工半导体物品。当加工完成并且要清洗加工后的半导体物品时，半导体物品通过连接件13被转移到半导体清洗系统30的半导体清洗装置40中。
可替代地，加工单元11和半导体清洗装置40可以被集成到一个公共单元中。
半导体清洗装置40中的清洗过程需要一定量的超纯水。通常，该量是结合线的安装来确定的，例如通过监测丢弃率随超纯水量的变化。这样确定的所需超纯水量也可以以后在制造工艺期间在不同时刻进行更新。
当准备清洗加工后的半导体物品时，要求清洗水供应设备50以与半导体清洗装置40的需求相对应的预定量向半导体清洗装置40供应超纯水。该供应的操作将在下面进一步详细讨论。
当清洗过程结束时，清洗后的半导体物品通过输出段14输出到下一半导体制造台10或作为最终产品。
图3展示了用于供应清洗水的方法的实施例的步骤的流程图。在步骤S2中，由清洗水供应布置接收对预定量的超纯水的供应需求。在步骤S4中，生产预定量的超纯水。因此，仅按需进行这种生产。在步骤S6中，与生产直接相关地将预定量的超纯水通过供应管道输送到半导体清洗装置。在进行输送时，供应管道中通常会残留一些超纯水。如果在到下一输送时刻的时间间隔期间允许这种超纯水留在供应管道中，则超纯水可能会受到严重污染。因此，在步骤S8中，从冲洗掉供应管道的水。在通过供应管道输送预定量的超纯水之后(优选在这之后立即)用惰性气体进行该冲洗。这样，供应系统内就没有残留的超纯水。
图4展示了清洗水供应设备50的实施例的示意图。水管道51连接到超纯水生产单元54。超纯水推动设备55被布置用于通过供应管道52将超纯水从超纯水生产单元54输送出去。供应管道52的第一端连接到超纯水推动设备55，并且其第二端连接到半导体清洗装置。超纯水推动设备55可接入惰性气体源，这由连接到例如位于服务区域中的源的气体管道56指示。可替代地，可以设置气体储罐57。
在一个实施例中，超纯水生产单元54按需生产超纯水，如将在下面更详细地描述的。将超纯水提供到多个容器60中。优选地，以顺序方式填充容器60，从而便于阶段转移排空程序，如将在下面更详细地描述的。当将容器60的超纯水排空到供应管道52中时，在包含加压惰性气体的气体管道56与要排空的容器60的第一端之间连接有气体连接件59。加压惰性气体由此将容器60的内容物通过第二端吹入供应管道52中，以进一步运输到清洗装置中。大多数洁净室设施中通常已经提供了典型压力为30psi的惰性气体，并且这样的惰性气体也可以有利地用于此类目的。超纯水推动设备55被布置为能够在供水阶段期间一次排空一个容器60。这可以或者通过如图中指示的可移除气体连接件59、或者通过带有单独操作的阀的固定气体连接件来布置。
换句话说，超纯水生产单元54包括多个容器60，生产的超纯水进入该多个容器，并且从该多个容器将生产的超纯水提供到供应管道52。
在其他实施例中，可以使用一个单一的容器来接收要提供给供应管道的新鲜生产的超纯水。
同样，在其他实施例中，可以通过其他方式(例如通过泵送)来推动将超纯水输送通过供应管道。
超纯水推动设备55被配置为在通过所述供应管道52输送预定量的超纯水之后用惰性气体冲洗掉供应管道52的水。当使用额外的体积或管道(如例如图4的容器60)来接触超纯水时，这些体积或管道优选地也在使用后被冲洗。惰性气体被用于此目的，其用于从供应管道52中吹走残留的超纯水，并至少部分地使供应管道52的内表面干燥。这确保了水不会在供应管道52(或容器，如果有的话)中度过更长的时间，这进而确保了没有污染颗粒或污染材料从供应管道52的内表面溶解。
清洗水供应设备50还包括操作控制器53，该操作控制器控制超纯水生产单元54的操作。操作控制器53被配置为接收对超纯水的需求。要生产的超纯水量或者是预先配置的，或者是附加在需求上的。因此，操作控制器53优选地被配置为允许设定预定量的超纯水。操作控制器53被配置为响应于需求而控制超纯水生产单元生产预定量的超纯水。
优选地，对超纯水的需求还伴随有要提供超纯水的输送时间。操作控制器53优选地确定生产开始时间，该生产开始时间适合于确保在要求的时间可获得新鲜生产的所请求量的超纯水。该生产时间应被计划为确保在要开始清洗时有超纯水可用，使得在生产线中不会发生停留。但是，同时生产时间应被计划为确保生产与消耗之间的平均时间保持尽可能低，即，最后生产的超纯水滴是在它们被提供到供应管道52中之前刚生产的。
换句话说，操作控制器53被配置为控制超纯水生产单元54的操作定时，以在由接收到的需求设定的时间提供新鲜生产的预定量的超纯水。
在图4的实施例中，可以顺序地填充容器60，并且当半导体清洗装置准备好接收超纯水时，以相同的顺序排空容器60。这甚至提供了优化定时的可能性，因为仍然可以在前几个容器被排空的同时填充最后(很少)的容器60。因此减少了容器内的储存时间。
如上所讨论的，优选地，预定量的超纯水等于半导体清洗装置中的清洗操作所需的水量。
在优选的实施例中，清洗水供应设备50还包括水分析部分。这样的部分被布置为测定从预定量的超纯水中提取的超纯水测试体积中的颗粒含量。分析之后，不允许将超纯水测试体积的水重新输入到清洗程序中，这意味着预定量的超纯水还必须补偿该偏差体积。因此，可以验证超纯水的洁净度。如果有缺陷的半导体产品的量过大，则可以反向参考实际使用的水的质量，这可能有助于找到生产线中的故障部件。至少针对大于和略小于100nm的颗粒尺寸，可以根据现有技术中已知的标准分析手段例如基于精确电阻率测量来进行这种分析。
上述实施例应被理解为本发明的一些说明性示例。本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对实施例进行各种修改、组合和改变。具体地，在技术上可能的情况下，可以将不同实施例中的不同部分解决方案在其他配置中组合。然而，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (13)

1.一种清洗水供应设备(50)，包括：
-超纯水生产单元(54)；以及
-供应管道(52)，该供应管道的第一端连接到所述超纯水生产单元(54)的输出端；
其中，所述供应管道的第二端适于连接到半导体清洗装置(40)，
其特征在于，
-用于所述超纯水生产单元(54)的操作控制器(53)；
其中，所述操作控制器(53)被配置为控制所述超纯水生产单元(54)按需生产预定量的超纯水；以及
-超纯水推动设备(55)，该超纯水推动设备能接入惰性气体源；
其中，超纯水推动设备(55)被配置为在通过所述供应管道(52)输送所述预定量的超纯水之后用所述惰性气体冲洗掉所述供应管道(52)的水。
2.根据权利要求1所述的清洗水供应设备(50)，其特征在于，所述超纯水推动设备(55)被配置为在所述惰性气体的推动下驱动所述预定量的超纯水通过所述供应管道(52)。
3.根据权利要求1或2所述的清洗水供应设备(50)，其特征在于，所述超纯水生产单元(54)被配置为能在洁净室区域(20)中操作。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的清洗水供应设备(50)，其特征在于，所述操作控制器(53)被配置为允许设定所述预定量的超纯水。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的清洗水供应设备(50)，其特征在于，所述操作控制器(53)被配置为控制所述超纯水生产单元(54)的操作定时，以在由接收到的需求设定的时间提供新鲜生产的所述预定量的超纯水。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的清洗水供应设备(50)，其特征在于，所述超纯水生产单元(54)包括多个容器(60)，生产的超纯水进入该多个容器，并且从该多个容器将所述生产的超纯水提供给所述供应管道(52)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的清洗水供应设备(50)，其特征在于，水分析部分，该水分析部分被布置为测定从所述预定量的超纯水中提取的超纯水测试体积中的颗粒含量。
8.一种半导体清洗系统(30)，其特征在于，
-根据权利要求1至7中任一项所述的清洗水供应设备(50)；以及
-半导体清洗装置(40)，所述供应管道(52)的所述第二端连接到该半导体清洗装置。
9.根据权利要求8所述的半导体清洗系统(30)，其特征在于，所述预定量的超纯水等于所述半导体清洗装置(40)中的清洗操作所需的水量。
10.一种半导体生产系统(1)，包括：
-包含至少一个半导体制造台(10)的洁净室区域(20)；以及
-定位成与所述洁净室区域(20)相连的服务区域(25)，
其特征在于，
所述至少一个半导体制造台(10)中的至少一个半导体制造台包括位于所述洁净室区域(20)内的根据权利要求8或9所述的半导体清洗系统(30)；
其中，从所述服务区域(25)向所述半导体清洗系统(30)的所述清洗水供应布置(50)供应水。
11.一种用于供应清洗水的方法，该方法包括以下步骤：
-按需生产(S4)预定量的超纯水；以及
-与所述生产相结合地将所述预定量的超纯水通过供应管道(52)输送(S6)到半导体清洗装置(40)，
其特征在于以下进一步的步骤：
-在通过所述供应管道(52)进行所述预定量的超纯水的所述输送之后，用惰性气体冲洗(S8)掉所述供应管道(52)的水。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过所述供应管道(52)进行所述超纯水的所述输送包括借助于所述惰性气体推动所述超纯水通过所述供应管道(52)。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，测定从所述预定量的超纯水中提取的超纯水测试体积中的颗粒含量的进一步的步骤。
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