CN115692265A - 一种平坦化制程中改善直线缺陷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平坦化制程中改善直线缺陷的方法，其可减少晶圆表面直线形缺陷、水印或有机物残留，可提高加工效率，该方法基于平坦化机台实现，平坦化机台包括晶圆放置台、位于晶圆放置台一侧的干燥装置，晶圆放置台用于固定晶圆，干燥装置上开有至少两排平行分布的喷气孔，每排包含至少两个间隔分布的喷气孔，该方法包括：将晶圆放置于晶圆放置台，使喷气孔与晶圆的待干燥面对应，晶圆与干燥装置产生相对位移的过程中，通过干燥装置的喷气孔向晶圆的待干燥面喷射气体。

Description

一种平坦化制程中改善直线缺陷的方法

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，具体为一种平坦化制程中改善直线缺陷的方法。

背景技术

集成电路制造产业中，晶圆加工工艺包括清洗、氧化、蚀刻、平坦化处理等，其中平坦化处理指采用平坦化机台对晶圆进行研磨，将晶片的膜厚减薄到工艺要求之内，但研磨处理后的晶圆表面常存在有机物残留(有机物为清洗中水中含有的有机物)、直线缺陷、水印等问题。

例如，采用AMAT LK系列的平坦化机台对晶圆进行研磨操作时，需对研磨后的晶圆进行清洗、干燥等处理，干燥处理后的晶圆表面经常会出现直线形缺陷、有机物残留或水印等，见图1～图4，这些缺陷无固定区域，经研究发现，直线形缺陷或表面有机物残留产生于晶圆平坦化处理的干燥过程中，缺陷产生区域对应于机台的干燥装置，直线缺陷产生原因是：干燥流程中由于气孔短暂性堵塞造成晶圆某一点始终无法被干燥，当晶圆直线上升时，堵塞气孔对应的无法被干燥区域形成一条直线，从而形成直线形缺陷。有机物残留或水印缺陷则是由于干燥过程中，通过马拉高尼效应去除晶圆表面的水渍时形成，上述缺陷的存在严重影响后续制程，甚至可能造成晶圆报废。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种平坦化制程中改善直线缺陷的方法，其可减少晶圆表面直线形缺陷、水印或有机物残留，可提高加工效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种平坦化制程中改善直线缺陷的方法，该方法基于平坦化机台实现，所述平坦化机台包括晶圆放置台、位于晶圆放置台一侧和/或两侧的干燥装置，所述晶圆放置台用于放置晶圆，其特征在于，所述干燥装置包括管道，所述管道的管壁上开有至少两排轴向平行分布的喷气孔，每排包含至少两个间隔分布的喷气孔，该方法包括：S1、将晶圆固定于所述晶圆放置台；

S2，所述晶圆与所述干燥装置产生相对位移的过程中，喷气孔与所述晶圆的待干燥面对应，通过所述干燥装置的喷气孔向所述晶圆的待干燥面喷射气体。

其进一步特征在于，

所述晶圆与所述干燥装置产生相对位移时，所述管道与所述晶圆的待干燥面始终保持平行；

所述晶圆与所述干燥装置产生相对位移，指所述干燥装置位置固定，所述晶圆放置台在第一驱动装置的驱动作用下上升，带动所述晶圆上升；

所述管道的直径为0.5cm～1cm，所述喷气孔的孔径为0.05mm～0.1mm，相邻两排喷气孔之间的间距为0.6mm～0.7mm；

所述第一驱动装置为气缸或步进电机；

所述气缸或步进电机驱动所述晶圆或所述干燥装置上升的速度为0.4厘米/秒；

所述气体为氮气或氮气与异丙醇的混合气体，所述干燥装置与所述晶圆的待干燥面之间的间距为1cm-2cm，所述气体沿所述喷气孔喷出时的体积流量为10L/min；

所述晶圆放置台位于水槽内，所述晶圆放置台在第一驱动装置的驱动作用下带动所述晶圆沿所述水槽上升，当所述晶圆的上边缘露出于所述水槽的上边缘时，所述喷气孔开始向所述晶圆的待干燥面喷射干燥气体；

所述晶圆放置台的顶端开设有第一定位槽，所述第一定位槽位于所述晶圆放置台的中部，所述第一定位槽为弧形，且所述第一定位槽的形状与所述晶圆的外边缘形状匹配，当所述晶圆放置于所述水槽内时，所述晶圆的下边缘通过所述第一定位槽定位，并通过设置于所述水槽中部的两侧支撑杆支撑。

采用本发明上述结构可以达到如下有益效果，通过平坦化机台的干燥装置向晶圆的待干燥面喷气，实现晶圆平坦化处理后的干燥操作。干燥装置上开有至少两排轴向平行分布的喷气孔，当其中一排中的某个喷气孔堵塞时，另一排中的喷气孔仍能够起到喷气干燥的效果，从而防止了因某个喷气孔堵塞而导致晶圆某一点始终无法被干燥而形成直线缺陷的问题出现。两排平行分布的喷气孔的设置，不仅减少了直线缺陷的发生概率，而且提高了晶圆干燥效率，确保了晶圆后续制程的顺利进行，避免了晶圆报废。

本申请方法在平坦化机台中干燥装置尺寸及喷气孔孔径不变的条件下，增加至少一排喷气孔，不仅避免了因单孔堵塞而导致的某点或某个直线方向的晶圆无法被干燥而导致直线缺陷问题出现，而且大大提高了晶圆表面的干燥效率。

附图说明

图1为晶圆表面出现直线缺陷的结构示意图；

图2为晶圆表面出现直线缺陷的实物放大图；

图3为晶圆表面出现水印或有机物残留的结构示意图；

图4为晶圆表面出现水印或有机物残留的实物放大图；

图5为现有平坦化机台中干燥装置的主视结构示意图；

图6为本发明平坦化机台中干燥装置的主视结构示意图；

图7为本发明晶圆放置台与干燥装置的侧视结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图6提供了一种目前常用的设置于平坦化机台的干燥装置，该干燥装置包括管道1、若干喷气孔2，喷气孔2沿管道1的管壁轴向均匀间隔设置，使用该干燥装置5向晶圆3的待干燥面喷射氮气或氮气(N2)与异丙醇(IPA)的混合气体，气体沿晶圆表面由上而下喷射，使晶圆3的研磨面迅速干燥，但是在干燥过程中，水槽内的PA沉积会堵塞气孔，使某个喷气孔2出现短暂堵塞，造成晶圆3与该喷气孔2对应的区域无法被干燥，当晶圆3与干燥装置产生相对位移时，晶圆3上无法被干燥的区域沿位移方向形成一条直线，见图1、图2，从而形成直线形缺陷4。

现有技术中提供了一种晶圆干燥方法，以解决平坦化制程中干燥后的晶圆表面出现直线形缺陷4的问题，该方法通过降低晶圆3与干燥装置5的相对位移速度，拉长工艺时间，使喷气孔2喷出的气体与晶圆表面充分接触，通过马拉高尼效应来去除晶圆表面的水渍，从而减少晶圆上因喷气孔2短暂堵塞无法被干燥而产生的直线形缺陷4，但由于晶圆3上升速度变慢，干燥工艺时间延长，使得干燥效率降低，并且晶圆3在等待干燥的过程中由于重力作用容易形成边缘水印缺陷。另一种减少直线形缺陷的方式是平坦化机台在晶圆3传送空闲时通过喷气孔2喷射大量氮气，以减少喷气孔2被堵塞的概率，但这种方式易造成氮气资源浪费，提高了投入成本。

针对现有技术中存在的干燥过程中因喷气孔2堵塞导致晶圆表面产生直线形缺陷，而降低相对位移速度的方式易延长工艺时间，降低干燥效率，同时产生边缘水印缺陷，而晶圆3在传送空闲时喷射大量氮气的方式易造成氮气资源浪费等问题，本发明提供了一种平坦化制程中改善直线缺陷的方法，该方法基于平坦化机台实现。

平坦化机台包括晶圆放置台6、位于晶圆放置台6两侧的干燥装置5，干燥装置5通过干燥装置支架51固定于水箱7的两侧，见图7，晶圆放置台6用于放置晶圆3，本实施例中晶圆放置台6的顶端开设有第一定位槽61，第一定位槽61位于晶圆放置台6的中部，且第一定位槽为弧形，第一定位槽的形状与晶圆3的外边缘形状匹配，晶圆放置台6位于水槽7内，当晶圆放置于水槽内时，晶圆3的下边缘通过第一定位槽61定位，并通过设置于水槽7中部的两侧支撑杆71支撑，防止晶圆3在水槽7内倾倒。支撑杆71与晶圆3之间设置有表面光滑的橡胶垫72，橡胶垫的一侧端与支撑杆71的一端固定，支撑杆71的另一端与水槽7的内壁固定，橡胶垫72的另一侧端与晶圆3的外表面间隙配合，橡胶垫相比于金属或塑料材质的支撑杆质软，且表面更为光滑，不会对晶圆的表面造成刮伤，因此，橡胶垫的设置，防止了支撑杆71支撑晶圆3时对晶圆表面造成损伤，从而进一步防止了晶圆表面产生缺陷。晶圆放置台6在第一驱动装置的驱动作用下沿水槽7上升，当晶圆3的上边缘露出于水槽7的上边缘时，喷气孔2向晶圆3的待干燥面喷射干燥气体。

水槽7的上边缘一侧安装有光电传感器8，光电传感器8用于检测晶圆3的位移，干燥装置的管道通过连通管与气源连通，连通管上安装有电磁阀，电磁阀、光电传感器8均与控制器电连接。当晶圆3的上边缘露出于水槽7的上边缘时，光电传感器8触发，并发送触发信号给控制器，控制器根据触发信号控制电磁阀开启，气源通过连通管向管道内传输干燥气体，干燥气体从喷气孔喷出，从而实现了晶圆的自动干燥，本实施例中干燥气体为氮气。该晶圆干燥过程中，通过光电传感器8、电磁阀以及控制器的综合作用控制气体的排放，只有当晶圆移动至相应位置时(即光电传感器检测到晶圆的上边缘露出于水箱的上边缘时)，干燥装置才会喷气进行干燥操作，从而进一步减少了氮气资源浪费。

本实施例中第一驱动装置9为第一气缸，第一气缸9位于水槽7的下方，且第一气缸活塞杆的一端穿过水槽7的底端并延伸至水槽7内，第一气缸9的活塞杆与水槽7密封且转动连接，第一气缸9的活塞杆的一端与晶圆放置台6的底部固定。水槽7的上方设置有支撑装置10，支撑装置10用于支撑上升到一定高度的晶圆3，支撑装置10包括支撑板101，支撑板101的底端设置有第二定位槽102，第二定位槽102的形状为弧形，且与晶圆3上边缘的形状匹配，支撑板101的顶端通过导向机构与上方支架连接，导向机构包括导向杆103、与导向杆103滑动连接的导向槽104，导向杆103的一端与支撑板101的顶端固定，导向杆103的另一端连接拉伸弹簧105，当支撑板101未承受上升晶圆的挤压力时，拉伸弹簧105在支撑板101重力作用下拉伸，当第一气缸的活塞杆驱动晶圆放置台6上升，带动晶圆3沿水槽7上升并露出水槽7一定高度时，晶圆的上边缘对应支撑于支撑板101底端的第二定位槽102，同时晶圆的下边缘对应支撑于第一定位槽61内，随着晶圆3的上升，拉伸弹簧105压缩，通过晶圆放置台6及与其对应的支撑板101的支撑作用，防止了晶圆3上升后倾倒，并且，支撑装置的设置，方便了两侧的干燥装置机构对晶圆进行干燥操作。本实施例中支撑板、晶圆放置台、支撑杆71的材质均为PEEK(聚醚醚酮)塑料，能够满足半导体制造工艺中的低粉尘、低离子溶出、低吸水性的要求。

干燥装置包括管道1，管道1的管壁上开有两排轴向平行分布的喷气孔2，每排包含168个均匀间隔分布的喷气孔2，管道1的直径为0.5cm～1cm，优选0.75cm，喷气孔2的孔径为0.05mm～0.1mm，优选0.05mm，相邻两排喷气孔2之间的间距为0.6mm～0.7mm，优选0.6mm。

该方法包括以下具体步骤：S1、将晶圆3放置于晶圆放置台，并通过两侧的支撑杆71支撑；第一气缸驱动晶圆放置台带动晶圆3上升。

S2，晶圆上升过程中，晶圆3与干燥装置产生相对位移，管道1与晶圆3的待干燥面始终保持平行，位移过程中，通过两侧干燥装置的喷气孔2向晶圆3的待干燥面喷射氮气。干燥装置与晶圆3的待干燥面之间的间距为1cm-2cm，本实施例中优选1cm，气体沿喷气孔2喷出时的体积流量为10L/min，本实施例中，晶圆与干燥装置相对位移，指干燥装置位置固定，晶圆放置台在第二驱动装置的驱动作用下上升，带动晶圆产生相对运动；第二驱动装置为步进电机，晶圆放置台固定于步进电机的驱动轴。步进电机驱动晶圆或干燥装置上升的速度为0.4cm/sec。

将本申请方法应用于晶圆的平坦化制程中，采用平坦化机台对晶圆进行减薄研磨，在水箱中清洗后，需对清洗后的晶圆表面进行快速干燥处理，从而获得平整晶圆面。采用本申请上述方法对晶圆进行干燥，当其中一排中的某个喷气孔堵塞时，另一排中的喷气孔仍能够起到喷气干燥的效果，从而防止了因某个喷气孔堵塞而导致晶圆某一点始终无法被干燥而形成直线缺陷的问题出现。本方法在喷气孔孔径不变的条件下将表面喷射孔从168个到336个，不仅避免了因单个孔堵塞而造成的直线缺陷，并且两排喷气孔的设置，使晶圆干燥过程效率提高2倍，降低了晶圆在等待干燥过程中由于重力作用而形成的边缘水印缺陷，相比于单排喷气孔，两排喷气孔的设置使喷射氮气的量增加，但喷出的氮气基本被用于晶圆表面干燥，提高了资源利用率，降低了投入成本。

以上的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种平坦化制程中改善直线缺陷的方法，该方法基于平坦化机台实现，所述平坦化机台包括晶圆放置台、位于晶圆放置台一侧和/或两侧的干燥装置，所述晶圆放置台用于放置晶圆，其特征在于，所述干燥装置包括管道，所述管道的管壁上开有至少两排轴向平行分布的喷气孔，每排包含至少两个间隔分布的喷气孔，该方法包括：S1、将晶圆固定于所述晶圆放置台；

S2，所述晶圆与所述干燥装置产生相对位移的过程中，喷气孔与所述晶圆的待干燥面对应，通过所述干燥装置的喷气孔向所述晶圆的待干燥面喷射气体。

2.根据权利要求1所述的平坦化制程中改善直线缺陷的方法，其特征在于，所述晶圆与所述干燥装置产生相对位移时，所述管道与所述晶圆的待干燥面始终保持平行。

3.根据权利要求2所述的平坦化制程中改善直线缺陷的方法，其特征在于，所述晶圆与所述干燥装置相对位移，指所述干燥装置位置固定，所述晶圆放置台在第一驱动装置的驱动作用下上升，带动所述晶圆上升，产生相对位移。

4.根据权利要求1或3所述的平坦化制程中改善直线缺陷的方法，其特征在于，所述管道的直径为0.5cm～1cm，所述喷气孔的孔径为0.05mm～0.1mm，相邻两排喷气孔之间的间距为0.6mm～0.7mm。

5.根据权利要求4所述的平坦化制程中改善直线缺陷的方法，其特征在于，所述第一驱动装置为气缸或步进电机。

6.根据权利要求1所述的平坦化制程中改善直线缺陷的方法，其特征在于，所述晶圆与所述干燥装置的相对位移速度为0.4cm/sec。

7.根据权利要求1所述的平坦化制程中改善直线缺陷的方法，其特征在于，所述气体为氮气或氮气与异丙醇的混合气体，所述干燥装置与所述晶圆的待干燥面之间的间距为1cm～2cm，所述气体沿所述喷气孔喷出时的体积流量为10L/min，速度为0.4cm/sec。

8.根据权利要求1所述的平坦化制程中改善直线缺陷的方法，其特征在于，所述晶圆放置台位于水槽内，所述晶圆放置台在第一驱动装置的驱动作用下带动所述晶圆沿所述水槽上升，当所述晶圆的上边缘露出于所述水槽的上边缘时，所述喷气孔开始向所述晶圆的待干燥面喷射干燥气体。

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