CN117225798A - 晶圆清洗供液系统及晶圆清洗装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种晶圆清洗供液系统及晶圆清洗装置。所述晶圆清洗供液系统位于一晶圆清洗装置的机台内，包括：混液装置，用于混合化学品；化学品管路，其第一端连接于所述混液装置，第二端延伸至一喷管内，用于运输化学品；气体管路，其第一端连接至机台管路，第二端经过所述混液装置并延伸至所述喷管内，与所述化学品管路汇聚，用于运输雾化用气体；所述喷管用于喷出所述化学品，所述气体管路运输的所述雾化用气体能够将所述喷管喷出的所述化学品雾化。上述技术方案通过对晶圆清洗管路进行优化，引入气体管路，通过雾化用气体将喷管喷出的化学品雾化，使雾化的化学品能够均匀地洒落在晶圆上，从而提高晶圆表面的残留物去除和清洁能力。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种晶圆清洗供液系统及晶圆清洗装置。
背景技术
随着大规模集成电路的不断发展，铜金属线因其具有电阻低、抗迁移和延迟短的特性，被广泛应用于先进的集成电路工艺节点上。采用电镀(Electroplate)工艺的铜表面粗糙，影响后续工艺的可靠性，需要化学机械研磨(CMP)工艺进行平坦化处理。化学机械研磨工艺的研磨液(Slurry)中包含大量的有机络合剂，为防止有机物残留，化学机械研磨工艺后需要用化学品(Chemical)对残留物(Particle)进行清洗。
请参阅图1，其为现有技术中清洗单元的结构示意图。如图1所示，所述清洗单元包括：滚轮11、清洗刷12、喷管13。三个所述滚轮11分别位于晶圆10的底部及边缘的两侧，用于固定承托所述晶圆10，并用于带动所述晶圆10沿D1方向转动，使清洗更彻底。两所述清洗刷12位于所述晶圆10表面的两侧，且两所述清洗刷12分别沿D2方向及D3方向朝向所述晶圆10滚动，以清洗所述晶圆10的两侧表面。所述清洗刷12的表面具有均匀排列的多个圆柱形刷头121，刷头121朝向晶圆往下的方向挤压并旋转。所述喷管13位于所述晶圆10上方的两侧，用于喷洒化学品至所述晶圆10的两侧表面。所述喷管13包括多个喷嘴(未图示)，沿所述喷管轴向排列，所述化学品通过所述喷嘴喷出至所述晶圆10表面。传统的化学机械研磨工艺中，晶圆在所述清洁单元中进行清洗时，使用酸性的化学品。在酸性环境下，通过对晶圆(Wafer)表面的有机物残留进行腐蚀，使得晶圆和残留物之间分离，再通过清洗刷的机械作用，达到清洗作用。
请参阅图2，其为现有技术中化学品传输管路的结构示意图。如图2所示，化学品在混合歧管(Mixing Manifold)21处完成混液后，通过化学品管路22通入所述喷管13中，以水滴状喷到晶圆表面。然而，化学品以水滴状喷到晶圆表面，使得化学品在晶圆表面的分布并不均匀，对残留物的清洗能力下降，最终在晶圆边缘存在块状有机物残留。不仅如此，在化学机械研磨工艺阶段，铜离子会与研磨液形成络合物，化学品分布不均匀会导致络合物不能充分反应；在清洗阶段，络合物在机械力的作用下会掉落在清洗刷上，造成晶圆表面划伤。此外，由于铜的化学属性活泼，但机械强度远低于传统材料，加之特征尺寸的不断缩小对表面污染和缺陷的容忍度降低，在清洗阶段化学品以液滴的形式喷洒到晶圆表面，可能造成晶圆表面金属线断线的问题。
因此，如何提高晶圆清洗的清洁能力，减少对晶圆及金属线的损伤，是目前需要解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提高晶圆清洗的清洁能力，减少对晶圆及金属线的损伤，提供一种晶圆清洗供液系统及晶圆清洗装置。
为了解决上述问题，本发明提供一种晶圆清洗供液系统，位于一晶圆清洗装置的机台内，包括：混液装置，用于混合化学品；化学品管路，其第一端连接于所述混液装置，第二端延伸至一喷管内，用于运输化学品；气体管路，其第一端连接至机台管路，第二端经过所述混液装置并延伸至所述喷管内，与所述化学品管路汇聚，用于运输雾化用气体；所述喷管用于喷出所述化学品，所述气体管路运输的所述雾化用气体能够将所述喷管喷出的所述化学品雾化。
在一些实施例中，所述喷管具有多个喷嘴结构，所述化学品管路及所述气体管路在每一喷嘴结构处具有分支出口。
在一些实施例中，每一喷管连接两化学品管路及一气体管路。
在一些实施例中，所述喷嘴结构具有两侧壁，两所述侧壁形成锐角或直角夹角。
在一些实施例中，每一所述侧壁表面具有垂直于侧壁方向的第一喷孔，两所述侧壁的交界处具有第二喷孔，且所述第二喷孔的喷出方向经过两所述第一喷孔喷出方向的交点。
在一些实施例中，所述化学品管路中的化学品自所述第一喷孔喷出，且喷出方向垂直于相应的侧壁；所述气体管路中的雾化用气体自所述第二喷孔喷出，并将所述第一喷孔喷出的所述化学品雾化。
在一些实施例中，所述化学品为酸性清洗液或碱性清洗液。
在一些实施例中，所述酸性清洗液由柠檬酸原液与水混合形成，所述柠檬酸原液与水的体积比为50：(1000～3000)。
在一些实施例中，所述雾化用气体的流速为10升/分钟～350升/分钟。
为了解决上述问题，本发明提供了一种晶圆清洗装置，包括本发明所述的晶圆清洗供液系统。
上述技术方案，通过对晶圆清洗管路进行优化，引入气体管路，通过雾化用气体将喷管喷出的化学品雾化，使雾化的化学品能够均匀地洒落在晶圆上，从而提高晶圆表面的残留物去除和清洁能力。上述技术方案通过将原本以喷洒形式到达晶圆表面的水滴，改进为雾状，减少水流与金属线接触时的冲击力以减少铜线的物理损伤，提高电性，进而改善器件性能。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简要介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些具体实施方式，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为现有技术中清洗单元的结构示意图。
图2为现有技术中化学品传输管路的结构示意图。
图3为本发明所述晶圆清洗供液系统的一实施例的结构示意图。
图4为图3沿AA’方向的剖视图。
图5为本发明所述晶圆清洗装置的一实施例的架构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅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，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图3～图4，其中，图3为本发明所述晶圆清洗供液系统的一实施例的结构示意图；图4为图3沿AA’方向的剖视图。所述晶圆清洗供液系统位于一晶圆清洗装置的机台内，如图3～图4所示，所述晶圆清洗供液系统包括：混液装置31、化学品管路32、气体管路33。所述混液装置31用于混合化学品。所述化学品管路32用于运输化学品，其第一端连接于所述混液装置31，第二端延伸至一喷管34内。所述气体管路33用于运输雾化用气体，其第一端连接至机台管路(未图示)，第二端经过所述混液装置31并延伸至所述喷管34内，与所述化学品管路32汇聚。所述喷管34用于喷出所述化学品，所述气体管路33运输的所述雾化用气体能够将所述喷管34喷出的所述化学品雾化。所述混液装置31可以采用混合歧管(Mixing Manifold)。
上述技术方案，通过对晶圆清洗管路进行优化，引入气体管路，通过雾化用气体将喷管喷出的化学品雾化，使雾化的化学品能够均匀地洒落在晶圆上，从而提高晶圆表面的残留物去除和清洁能力。上述技术方案通过将原本以喷洒形式到达晶圆表面的水滴，改进为雾状，减少水流与金属线接触时的冲击力以减少铜线的物理损伤，提高电性，进而改善器件性能。
在一些实施例中，所述喷管34具有多个喷嘴结构340，所述化学品管路31及所述气体管路32在每一喷嘴结构34处具有分支出口35。自所述混液装置31中增加的所述气体管路32，与所述化学品管路31一起通入所述喷管34中。当所述化学品在所述喷嘴结构340处被喷出时，同时被所述气体管路32中的雾化用气体雾化成小分子，以水雾的形式到达晶圆表面，使化学品喷洒更均匀，同时减少对晶圆表面铜线的损伤。
在一些实施例中，每一所述喷管34连接两化学品管路32及一气体管路33。
如图4所示，在一些实施例中，所述喷嘴结构340具有两侧壁341、342，两所述侧壁341、342形成夹角θ，该夹角θ可以为锐角或直角夹角。在本实施例中，所述喷嘴结构340的两所述侧壁341、342形成60°的锐角夹角θ。在其它的实施例中，所述喷嘴结构340的两所述侧壁341、342还可以互相垂直，形成直角夹角。所述喷嘴结构340的两所述侧壁341、342形成夹角θ，使得所述化学品及所述雾化用气体自所述喷嘴结构340处喷出时能够汇聚，以便将所述化学品充分雾化。
在一些实施例中，每一所述侧壁341、342表面具有垂直于该侧壁方向的第一喷孔343、344，两所述侧壁341、342的交界处具有第二喷孔345，且所述第二喷孔345的喷出方向经过两所述第一喷孔343、344喷出方向的交点P。
在一些实施例中，所述化学品管路32中的化学品自两所述第一喷孔343、344喷出，且喷出方向垂直于相应的侧壁341、342；所述气体管路33中的雾化用气体自所述第二喷孔345喷出，并将两所述第一喷孔343、344喷出的所述化学品雾化。
在本实施中，每一所述喷管34连接两化学品管路32及一气体管路33，两所述化学品管路32分别位于所述气体管路33的两侧，并在所述喷管34的所述喷嘴结构340处具有分支出口35，所述化学品管路32的分支出口351延伸至所述喷嘴结构340的两所述侧壁341、342处，且两所述化学品管路32中的化学品分别自两所述侧壁341、342的第一喷孔343、344处沿垂直于相应的侧壁341、342的方向喷出，并相交于P点；所述气体管路33的分支出口352延伸至所述喷嘴结构340的两所述侧壁341、342的交界处，所述雾化用气体自所述第二喷孔345处喷出，且喷出方向经过所述P点，以实现对所述化学品的雾化。
在一些实施例中，所述化学品为酸性清洗液或碱性清洗液。根据不同的残留物可选用不同的化学品，在所述混液装置31中完成混液后，通过所述化学品管路32传输至所述喷管34，并在所述喷嘴结构340处喷出并完成雾化。
在一些实施例中，所述酸性清洗液由柠檬酸原液与水混合形成，所述柠檬酸原液与水的体积比为50：(1000～3000)。在本实施例中，在所述晶圆清洗供液系统供液过程中，将浓度为质量百分比浓度(溶质的质量份数)为30％的柠檬酸原液与水以体积比为原液：水＝50:1500的比例进行混合并雾化，使得雾化后的化学品可以更均匀地喷洒在晶圆表面，使化学品能更好地与晶圆表面的残留物进行化学反应。通过与化学品的化学反应腐蚀残留物表面，使残留物与晶圆表面分离；在通过残留物与化学品中的络合物分解液反应对残留物进行溶解；最后通过晶圆清洁装置中的清洗刷的机械力作用，实现清洗残留物的效果。
在一些实施例中，所述碱性清洗液可以为四甲基氢氧化铵(TMAH)以及氨水(NH4OH)等碱性液体。
在一些实施例中，所述雾化用气体为高纯氮气(PN2)。所述机台管路为机台干燥单元(Clean Spin Dry)中原有的高纯氮气管路，由厂务端直接给供应给机台。在原有的机台管路中分接一路，减少新结构的引入，降低工艺成本。
在一些实施例中，所述雾化用气体的流速为10升/分钟～350升/分钟。在本实施例中，所述雾化用气体的流速为100升/分钟。在其它实施例中，所述雾化用气体的流速还可以为200升/分钟。根据不同的应用场景及不同的化学品调整所述雾化用气体的流速，以实现最佳的雾化效果。
基于同一发明构思，本发明一实施例还提供了一种晶圆清洗装置。
请参阅图5，其为本发明所述晶圆清洗装置的一实施例的架构示意图。如图5所示，所述晶圆清洗装置50包括：晶圆清洗供液系统51；其中，所述晶圆清洗供液系统51采用本发明图3～图4所示的晶圆清洗供液系统，详见前文描述，此处不再赘述。
上述技术方案，通过对晶圆清洗管路进行优化，引入气体管路，通过雾化用气体将喷管喷出的化学品雾化，使雾化的化学品能够均匀地洒落在晶圆上，从而提高晶圆表面的残留物去除和清洁能力。上述技术方案通过将原本以喷洒形式到达晶圆表面的水滴，改进为雾状，减少水流与金属线接触时的冲击力以减少铜线的物理损伤，提高电性，进而改善器件性能。
应注意到，在说明书中对“一实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施例可能不一定包括该特定的特征、结构或特性。而且，这样的短语不一定指代相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其它实施例来实现这样的特征、结构或特性都在相关领域的技术人员的知识范围内。
通常，可以至少部分地从上下文中的用法理解术语。例如，如在本文中所使用的术语“一个或多个”至少部分取决于上下文，可以用于以单数意义描述任何特征、结构或特性，或可以用于以复数意义描述特征、结构或特征的组合。类似地，至少部分取决于上下文，诸如“一”、“某一”或“该”的术语同样可以被理解为表达单数用法或表达复数用法。另外，术语“基于”可以被理解为不一定旨在表达一组排他性的因素，而是可以替代地，同样至少部分地取决于上下文，允许存在不一定明确描述的其它因素。在本说明书中也应当注意的是，“连接/耦接”不仅指一个部件与另一个部件直接耦接，也指一个部件通过中间部件与另一个部件间接地耦接。
需要说明的是，本发明的文件中涉及的术语“包括”和“具有”以及它们的变形，意图在于覆盖不排他的包含。术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，除非上下文有明确指示，应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换。另外，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。此外，在以上说明中，省略了对公知组件和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。上述各个实施例中，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同/相似的部分互相参见即可。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种晶圆清洗供液系统，位于一晶圆清洗装置的机台内，其特征在于，包括：
混液装置，用于混合化学品；
化学品管路，其第一端连接于所述混液装置，第二端延伸至一喷管内，用于运输化学品；
气体管路，其第一端连接至机台管路，第二端经过所述混液装置并延伸至所述喷管内，与所述化学品管路汇聚，用于运输雾化用气体；
所述喷管用于喷出所述化学品，所述气体管路运输的所述雾化用气体能够将所述喷管喷出的所述化学品雾化。
2.根据权利要求1所述的晶圆清洗供液系统，其特征在于，所述喷管具有多个喷嘴结构，所述化学品管路及所述气体管路在每一喷嘴结构处具有分支出口。
3.根据权利要求2所述的晶圆清洗供液系统，其特征在于，每一喷管连接两化学品管路及一气体管路。
4.根据权利要求3所述的晶圆清洗供液系统，其特征在于，所述喷嘴结构具有两侧壁，两所述侧壁形成锐角或直角夹角。
5.根据权利要求4所述的晶圆清洗供液系统，其特征在于，每一所述侧壁表面具有垂直于侧壁方向的第一喷孔，两所述侧壁的交界处具有第二喷孔，且所述第二喷孔的喷出方向经过两所述第一喷孔喷出方向的交点。
6.根据权利要求5所述的晶圆清洗供液系统，其特征在于，所述化学品管路中的化学品自所述第一喷孔喷出，且喷出方向垂直于相应的侧壁；所述气体管路中的雾化用气体自所述第二喷孔喷出，并将所述第一喷孔喷出的所述化学品雾化。
7.根据权利要求1所述的晶圆清洗供液系统，其特征在于，所述化学品为酸性清洗液或碱性清洗液。
8.根据权利要求7所述的晶圆清洗供液系统，其特征在于，所述酸性清洗液由柠檬酸原液与水混合形成，所述柠檬酸原液与水的体积比为50：
(1000～3000)。
9.根据权利要求1所述的晶圆清洗供液系统，其特征在于，所述雾化用气体的流速为10升/分钟～350升/分钟。
10.一种晶圆清洗装置，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的晶圆清洗供液系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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