CN113223932B - 晶圆干燥方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶圆干燥方法，包括：步骤一、将晶圆固定放置在旋转清洗干燥单元的晶圆卡置装置上。步骤二、通过旋转晶圆卡置装置逐步将晶圆转速增加最大值并保证最大值。步骤三、在匀速旋转阶段对晶圆进行加热。步骤四、在匀速旋转阶段对加热后的晶圆进行冷却使晶圆的温度降低以降低热应力。步骤五、逐渐降低晶圆的转速，将转速降低过程中产生的第一冲击力和热应力的和设置为小于晶圆破片所需要的力。本发明能通过降低第一冲击力和热应力来降低晶圆破片，能防止最大热应力和第一冲击力产生叠加，能降低晶圆破片率。

Description

晶圆干燥方法
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种晶圆干燥方法。
背景技术
在半导体集成电路制造中，除了进行各种膜层如介质层和金属层的生长所用的机台如化学气相沉积(CVD)设备和物理气相沉积(PVD)设备，用于对膜层进行平坦化的CMP设备也被广泛使用。
如图1所示，是现有化学机械研磨工艺设备的结构示意图；
CMP设备通过物理研磨和化学反应的双重作用实现对膜层的平坦化，研磨时，研磨台101上会设置研磨垫102，晶圆(wafer)104会固定在研磨头103上，包括了研磨颗粒和研磨浆料(Slurry)的研磨液106会从研磨液管输送到研磨液手臂105上并通过研磨液手臂105流动到研磨垫102上，研磨头103会将晶圆104和研磨垫102接触并施加压力以及转动，之后实现对晶圆104膜层的研磨。
晶圆的膜层也通常分为介质层和金属层，介质层比较常用的有氧化硅层和氮化硅层；金属层比较常用的由钨层、铝层和铜层。通常，CMP的研磨台上能设置多个研磨垫，运行晶圆在多个研磨垫上分步进行研磨，如实现粗细不同的研磨，多层膜层时实现不同膜层的研磨；也能实现多片晶圆在同一研磨台上进行并行研磨。
研磨完成后，还需要对晶圆进行清洗和干燥的步骤，清洗和干燥的步骤通常采用旋转清洗干燥(SRD)单元时，旋转清洗干燥单元中能实现晶圆的旋转以及加热，通过旋转能将清洗液甩干，而通过加热则能进一步使清洗也挥发。现有方法中，通常在将晶圆的转速增加到最大值之后并完成甩干后对晶圆进行加热，之后再将晶圆的转速逐渐降低。现有方法容易产生破片，影响产品良率。如图2所示，是现有晶圆干燥方法的SRD转速变化线201，其中虚线框202处对应于对所述晶圆进行加热阶段，加热是在甩干完成后，故在加热完成后会直接进行转速降低步骤。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种晶圆干燥方法，能降低晶圆破片率。
为解决上述技术问题，本发明提供的晶圆干燥方法包括如下步骤：
步骤一、将晶圆固定放置在旋转清洗干燥单元的晶圆卡置装置上。
步骤二、旋转所述晶圆卡置装置使所述晶圆旋转，逐步增加转速使所述晶圆的转速增加到最大值并在转速最大值保持匀速旋转。
步骤三、在匀速旋转阶段对所述晶圆进行加热，通过旋转和加热使所述晶圆干燥。
步骤四、在所述匀速旋转阶段对加热后的所述晶圆进行冷却使所述晶圆的温度降低并从而使所述晶圆的热应力降低。
步骤五、逐渐降低所述晶圆的转速，在转速降低过程中所述晶圆会受到第一冲击力，所述第一冲击力和所述热应力的和小于所述晶圆破片所需要的力，通过降低所述第一冲击力和所述热应力来降低所述晶圆破片。
进一步的改进是，所述旋转清洗干燥单元设置在化学机械研磨设备上。
进一步的改进是，所述旋转清洗干燥单元用于对化学机械研磨后的所述晶圆进行清洗和干燥。
进一步的改进是，所述晶圆卡置装置通过静电吸附或者真空吸附或者顶针夹紧的方式固定所述晶圆。
进一步的改进是，所述晶圆的转速最大值达1000rpm以上。
进一步的改进是，步骤二中，所述晶圆的转速逐渐增加时会产生第二冲击力，所述第二冲击力小于所述晶圆破片所需要的力。
进一步的改进是，步骤二中，先使所述晶圆的转速从0rpm增加到第一转速，之后从所述第一转速逐渐增加到所述晶圆的转速最大值，控制所述第一转速向所述转速最大值增加过程中转速增加值控制所述第二冲击力。
进一步的改进是，步骤三中加热后的所述晶圆的温度最大值为155度。
进一步的改进是，步骤四中冷却时间为5s以上。
进一步的改进是，步骤五中，先使所述晶圆的转速从所述转速最大值降低到第二转速，之后从所述第二转速逐渐降低到0rpm。
进一步的改进是，所述第二转速等于所述第一转速。
进一步的改进是，所述第一转速为300rpm以下。
进一步的改进是，所述化学机械研磨设备包括研磨垫，研磨台，研磨头，研磨液手臂。
所述研磨垫设置在研磨台上。
研磨时所述晶圆固定在所述研磨头上。
所述研磨液手臂上设置有喷嘴，研磨液通过所述喷嘴流动到所述研磨垫上。
进一步的改进是，所述化学机械研磨设备的研磨的膜层为介质层或者为金属层。
进一步的改进是，所述介质层包括氧化硅层或氮化硅，所述金属层包括钨层、铝层或铜层。
本发明对晶圆的转速变化引起的冲击力和由于晶圆的温度不均匀引起的热应力进行了综合考虑，将对晶圆的加热放置在匀速旋转阶段且在加热后在匀速旋转阶段增加冷却步骤使晶圆的温度降低，冷却后的晶圆的不同区域的温度差也会变小从而使得热应力会降低，在热应力变低的条件下再逐渐降低晶圆的转速，这样能使逐渐降低过程中产生的第一冲击力和热应力的和依然小于晶圆破片所需要的力，所以能通过降低第一冲击力和热应力来降低晶圆破片，能防止最大热应力和第一冲击力产生叠加，能降低晶圆破片率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有化学机械研磨工艺设备的结构示意图；
图2是现有晶圆干燥方法的SRD转速变化线；
图3是本发明实施例晶圆干燥方法的流程图；
图4是本发明实施例晶圆干燥方法的SRD转速变化线。
具体实施方式
本发明实施例晶圆干燥方法包括如下步骤：
步骤一、将晶圆固定放置在旋转清洗干燥单元的晶圆卡置装置上。
本发明实施例中，所述旋转清洗干燥单元设置在化学机械研磨设备上。
所述旋转清洗干燥单元用于对化学机械研磨后的所述晶圆进行清洗和干燥。
所述晶圆卡置装置通过静电吸附或者真空吸附或者顶针夹紧的方式固定所述晶圆。
步骤二、旋转所述晶圆卡置装置使所述晶圆旋转，逐步增加转速使所述晶圆的转速增加到最大值并在转速最大值保持匀速旋转。
如图4所示，是本发明实施例晶圆干燥方法的SRD转速变化线301。所述晶圆的转速最大值达1000rpm以上。
所述晶圆的转速逐渐增加时会产生第二冲击力，所述第二冲击力小于所述晶圆破片所需要的力。
先使所述晶圆的转速从0rpm增加到第一转速，之后从所述第一转速逐渐增加到所述晶圆的转速最大值，控制所述第一转速向所述转速最大值增加过程中转速增加值控制所述第二冲击力。
图4中，所述第一转速为300rpm，也能设置为小于300rpm。
步骤三、在匀速旋转阶段对所述晶圆进行加热，通过旋转和加热使所述晶圆干燥。
本发明实施例中，加热后的所述晶圆的温度最大值为155度。由于所述晶圆的各区域的温度具有一定的温度差，故加热后的所述晶圆的温度越大，所述晶圆内部的热应力也会越大。
如图4所示，加热区间如虚线框302所示。
步骤四、在所述匀速旋转阶段对加热后的所述晶圆进行冷却使所述晶圆的温度降低并从而使所述晶圆的热应力降低。
本发明实施例中，冷却时间为5s以上。
步骤五、逐渐降低所述晶圆的转速，在转速降低过程中所述晶圆会受到第一冲击力，所述第一冲击力和所述热应力的和小于所述晶圆破片所需要的力，通过降低所述第一冲击力和所述热应力来降低所述晶圆破片。
本发明实施例中，先使所述晶圆的转速从所述转速最大值降低到第二转速，之后从所述第二转速逐渐降低到0rpm。
所述第二转速等于所述第一转速。
由图4所示可知，步骤二中的选择增加速率和步骤五的选择降低速率并不一样，各自独立调节。
同样请参考图1所示，所述化学机械研磨设备包括研磨垫102，研磨台101，研磨头103，研磨液手臂。
所述研磨垫102设置在研磨台101上。
研磨时所述晶圆104固定在所述研磨头103上。
所述研磨液手臂105上设置有喷嘴，研磨液106通过所述喷嘴流动到所述研磨垫102上。
所述化学机械研磨设备的研磨的膜层为介质层或者为金属层。
所述介质层包括氧化硅层或氮化硅，所述金属层包括钨层、铝层或铜层。
本发明实施例对晶圆的转速变化引起的冲击力和由于晶圆的温度不均匀引起的热应力进行了综合考虑，将对晶圆的加热放置在匀速旋转阶段且在加热后在匀速旋转阶段增加冷却步骤使晶圆的温度降低，冷却后的晶圆的不同区域的温度差也会变小从而使得热应力会降低，在热应力变低的条件下再逐渐降低晶圆的转速，这样能使逐渐降低过程中产生的第一冲击力和热应力的和依然小于晶圆破片所需要的力，所以本发明实施例能通过降低第一冲击力和热应力来降低晶圆破片，能防止最大热应力和第一冲击力产生叠加，能降低晶圆破片率。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种晶圆干燥方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将晶圆固定放置在旋转清洗干燥单元的晶圆卡置装置上；
步骤二、旋转所述晶圆卡置装置使所述晶圆旋转，逐步增加转速使所述晶圆的转速增加到最大值并在转速最大值保持匀速旋转；所述晶圆的转速最大值达1000rpm以上；
步骤三、在匀速旋转阶段对所述晶圆进行加热，通过旋转和加热使所述晶圆干燥；
步骤四、在所述匀速旋转阶段对加热后的所述晶圆进行冷却使所述晶圆的温度降低并从而使所述晶圆的热应力降低；
步骤五、逐渐降低所述晶圆的转速，在转速降低过程中所述晶圆会受到第一冲击力，所述第一冲击力和所述热应力的和小于所述晶圆破片所需要的力，通过降低所述第一冲击力和所述热应力来降低所述晶圆破片。
2.如权利要求1所述的晶圆干燥方法，其特征在于：所述旋转清洗干燥单元设置在化学机械研磨设备上。
3.如权利要求2所述的晶圆干燥方法，其特征在于：所述旋转清洗干燥单元用于对化学机械研磨后的所述晶圆进行清洗和干燥。
4.如权利要求3所述的晶圆干燥方法，其特征在于：所述晶圆卡置装置通过静电吸附或者真空吸附或者顶针夹紧的方式固定所述晶圆。
5.如权利要求3所述的晶圆干燥方法，其特征在于：步骤二中，所述晶圆的转速逐渐增加时会产生第二冲击力，所述第二冲击力小于所述晶圆破片所需要的力。
6.如权利要求5所述的晶圆干燥方法，其特征在于：步骤二中，先使所述晶圆的转速从0rpm增加到第一转速，之后从所述第一转速逐渐增加到所述晶圆的转速最大值，控制所述第一转速向所述转速最大值增加过程中转速增加值控制所述第二冲击力。
7.如权利要求3所述的晶圆干燥方法，其特征在于：步骤三中加热后的所述晶圆的温度最大值为155度。
8.如权利要求7所述的晶圆干燥方法，其特征在于：步骤四中冷却时间为5s以上。
9.如权利要求6所述的晶圆干燥方法，其特征在于：步骤五中，先使所述晶圆的转速从所述转速最大值降低到第二转速，之后从所述第二转速逐渐降低到0rpm。
10.如权利要求9所述的晶圆干燥方法，其特征在于：所述第二转速等于所述第一转速。
11.如权利要求10所述的晶圆干燥方法，其特征在于：所述第一转速为300rpm以下。
12.如权利要求2所述的晶圆干燥方法，其特征在于：所述化学机械研磨设备包括研磨垫，研磨台，研磨头，研磨液手臂；
所述研磨垫设置在研磨台上；
研磨时所述晶圆固定在所述研磨头上；
所述研磨液手臂上设置有喷嘴，研磨液通过所述喷嘴流动到所述研磨垫上。
13.如权利要求12所述的晶圆干燥方法，其特征在于：所述化学机械研磨设备研磨的膜层为介质层或者为金属层。
14.如权利要求13所述的晶圆干燥方法，其特征在于：所述介质层包括氧化硅层或氮化硅，所述金属层包括钨层、铝层或铜层。
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