DE102007032385B4

DE102007032385B4 - Verfahren zur Reinigung einer Halbleiterscheibe nach CMP

Info

Publication number: DE102007032385B4
Application number: DE102007032385A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Phys.-Ing. Lanz
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2007-07-11
Filing date: 2007-07-11
Publication date: 2010-04-01
Anticipated expiration: 2027-07-12
Also published as: DE102007032385A1

Abstract

Verfahren zur Reinigung einer Halbeiterscheibe nach CMP in einer Einzelscheiben-Reinigungsanlage, wobei die Halbleiterscheibe in mindestens zwei Reinigungsmodulen gereinigt und in mindestens einem Trocknungsmodul getrocknet wird, umfassend eine Reinigungssequenz, während der die Halbleiterscheibe in einem ersten Teilschritt mit Wasser, in einem zweiten Teilschritt mit HCl enthaltendem Wasser und in einem dritten Teilschritt mit Wasser gespült wird, wobei die Reinigungssequenz 10 bis 60 s dauert und im selben Reinigungsmodul durchgeführt wird, das als Sprühreiniger ausgeführt ist.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Reinigung einer Halbeiterscheibe nach CMP („chemical-mechanical polishing”) in einer Einzelscheiben-Reinigungsanlage, wobei die Halbleiterscheibe in mindestens zwei Reinigungsmodulen gereinigt und in mindestens einem Trocknungsmodul getrocknet wird.
Die CMP ist ein sehr häufig durchgeführter Bearbeitungsschritt, um Halbleiterscheiben zu glätten. Bei den Halbleiterscheiben handelt es sich beispielsweise um solche mit einer Seitenfläche, die mit Strukturen von elektronischen Bauelementen versehen ist (Bauelementscheiben) oder um Substratscheiben mit strukturlosen Seitenflächen, die in der Regel die Vorstufe von Bauelementscheiben bilden. Moderne CMP-Anlagen, wie die in der WO99/17342 A1 beschriebenen arbeiten im Einzelscheibenbetrieb und haben in der Regel mehrere Module zur Reinigung und Trocknung der polierten Halbleiterscheiben integriert. Während des Betriebs werden eine Vielzahl von Halbleiterscheiben taktweise über einen oder mehrere Polierteller und die angeschlossenen Reinigungs- und Trocknungsmodule geschleust.
Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit ist man bestrebt, mit einer möglichst geringen Anzahl an Modulen auszukommen und mit möglichst kurzen Taktzeiten zu operieren. Diesem Streben steht entgegen, dass die Halbleiterscheiben sorgfältig von Spuren der Politur gereinigt werden müssen. Im Fall von Substratscheiben ist besonders darauf zu achten, dass nach dem Trocknen die Anzahl der nachweisbaren Partikel und die Konzentrationen der nachweisbaren metallischen Verunreinigungen so gering wie möglich sind. Um sämtlichen Vorgaben gerecht zu werden und das Verschleppen von Partikeln und Verunreinigungen zu unterbinden, wird der Verfahrensablauf so organisiert, dass jeder Reinigungs- oder Spülschritt in einem eigenen Reinigungsmodul erfolgt. Dieses Vorgehen ist aufwändig und teuer, weil eine entsprechende Zahl von Reinigungsmodulen und Vorrichtungen zum Scheibentransfer benötigt wird, und mit jedem Umsetzen einer Halbleiterscheibe von einem Reinigungsmodul ins nächste zusätzliche Prozesszeit investiert werden muss.
In der DE 100 64 081 A1 ist ein Verfahren zum Reinigen von Halbleiterscheiben nach CMP beschrieben. Die Reinigung wird demzufolge als Batchprozeß unter gleichzeitiger Reinigung einer Vielzahl von Scheiben in Bädern oder mit einem Sprühverfahren oder als Einzelscheibenprozeß ausgeführt.
Gemäß einem in der US 5,908,509 und der US 5,656,097 beschriebenen Reinigungsverfahren wird eine Halbleiterscheibe nach CMP in einem Bad gereinigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie dieser Aufwand verringert werden kann, ohne dass deshalb die Qualität des Reinigungsergebnisses abnimmt.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
Die Reinigung von Halbleiterscheiben nach CMP ist ein komplexes Verfahren mit einer Vielzahl von möglichen Kombinationen unterschiedlicher Reinigungsschritte. Die vorliegende Erfindung identifiziert aus dieser Vielzahl eine Kombination von Schritten, die ohne Nachteil im Hinblick auf das Reinigungsergebnis in Form von Teilschritten einer Reinigungssequenz im selben Reinigungsmodul durchgeführt werden können. Bei den Teilschritten der Rei nigungssequenz handelt es sich um einen ersten Teilschritt, mit dem die Halbleiterscheibe mit Wasser gespült wird, einen zweiten Teilschritt, bei dem die Halbleiterscheibe kurzzeitig mit verdünnter Salzsäure gespült wird und um einen dritten Teilschritt, bei dem die Halbleiterscheibe mit Wasser gespült wird. Die Reinigungssequenz wird im selben Reinigungsmodul durchgeführt, wobei das Reinigungsmodul als Sprühreiniger ausgeführt ist. Die dreiteilige Reinigungssequenz wird vorzugsweise unmittelbar vor dem Trocknen der Halbleiterscheibe durchgeführt. Mit der Reinigungssequenz wird die vorzugsweise zuvor von Poliermittelresten befreite Halbleiterscheibe von metalli schen Verunreinigungen gesäubert. Das Verfahren ist nicht nur besonders wirtschaftlich, sondern auch besonders effektiv, was die Beseitigung metallischer Verunreinigungen betrifft. Letzteres war nicht zu erwarten, weil durch die von der Poliermaschine vorgegebene Taktzeit im Mittel nur ein Drittel des Taktes an Prozesszeit für jeden Teilschritt der Reinigungssequenz bleibt.
Es ist zweckmäßig, die Halbleiterscheibe stehend oder liegend zu drehen, während die Reinigungssequenz durchgeführt wird. Während der Reinigung in einem Reinigungsmodul, das als Sprühreiniger ausgebildet ist, wird das Reinigungsmittel vorzugsweise auf beide Seiten der rotierenden Halbleiterscheibe gesprüht. Zur Verstärkung der Reinigungswirkung ist es weiterhin zweckmäßig, die Seiten der Halbleiterscheibe vorzugsweise am Anfang des ersten Teilschrittes der Reinigungssequenz mit Unterstützung von Walzen zu reinigen.
Die Dauer des zweiten Teilschrittes wird sehr kurz gewählt. Besonders bevorzugt eine Dauer von 3 bis 5 s. Diese Zeitspanne reicht überraschenderweise aus, um Verunreinigungen durch Metalle wie Na, Mg, Al, K, Ca, Fe und Zn unter die jeweilige Nachweisgrenze zu reduzieren. Sie liegt derzeit im Fall von Fe und Zn bei 1E8 Atome/cm² und bei anderen der genannten Metalle bei 5E8 Atome/cm². Um diese Reinigungswirkung zu erzielen, wird Salzsäure mit einer Konzentration von vorzugsweise 0,5 bis 2 Gew.-%, besonders bevorzugt von 1 bis 1,5 Gew.-%, verwendet. Der Bedarf an Säure ist entsprechend gering.
Weil das Reinigungsmodul als Sprühreiniger ausgebildet ist, ist bevorzugt, durch eine geeignete Ventilsteuerung die Zufuhr des Reinigungsmittels zu steuern, wobei beim Übergang vom ersten zum zweiten Teilschritt von Reinstwasser zu verdünnter Salzsäure und beim Übergang zum dritten Teilschritt der Reinigungssequenz zu Reinstwasser gewechselt wird.
Der dritte Teilschritt dient im Wesentlichen zur Entfernung der verdünnten Salzsäure und dauert daher ebenfalls nur eine vergleichsweise kurze Zeit. Bevorzugt ist eine Dauer von 5 bis 20 s, besonders bevorzugt eine Dauer von 10 bis 15 s.
Die Gesamtdauer der Reinigungssequenz, also die Dauer vom Anfang des ersten Teilschrittes bis zum Ende des dritten Teilschrittes beträgt 10 bis 60 s, besonders bevorzugt 15 bis 40 s.

Claims

Verfahren zur Reinigung einer Halbeiterscheibe nach CMP in einer Einzelscheiben-Reinigungsanlage, wobei die Halbleiterscheibe in mindestens zwei Reinigungsmodulen gereinigt und in mindestens einem Trocknungsmodul getrocknet wird, umfassend eine Reinigungssequenz, während der die Halbleiterscheibe in einem ersten Teilschritt mit Wasser, in einem zweiten Teilschritt mit HCl enthaltendem Wasser und in einem dritten Teilschritt mit Wasser gespült wird, wobei die Reinigungssequenz 10 bis 60 s dauert und im selben Reinigungsmodul durchgeführt wird, das als Sprühreiniger ausgeführt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilschritt 3 bis 5 s dauert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Reinigungssequenz im Sprühreiniger eine Vorder- und eine Rückseite der Halbleiterscheibe gleichzeitig besprüht werden und die Halbleiterscheibe dabei rotiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterscheibe am Anfang des ersten Teilschrittes der Reinigungssequenz mit Unterstützung von Walzen gereinigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterscheibe unmittelbar nach der Reinigungssequenz im Trocknungsmodul getrocknet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungssequenz unmittelbar nach dem Entfernen von Poliermittelresten durchgeführt wird.