TW201409561A - 清洗及乾燥半導體晶圓的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一種清洗及乾燥半導體晶圓的方法，包括將一半導體晶圓置入一清洗設備的一腔室內，以大約為300 RPM至1600 RPM的範圍的轉速旋轉半導體晶圓，且同時以異丙醇及氮氣的一混合物及一去離子水噴灑半導體晶圓。

Description

清洗及乾燥半導體晶圓的方法
本發明係有關於一種半導體技術，特別是有關於一種清洗及乾燥半導體晶圓的方法。
可透過化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)製程來製造半導體晶圓。在上述製程中，以矽甲烷(SiH4)建構典型的半導體晶圓的矽結構，且藉由間隙式地沉積元素(例如，砷及磷)產生半導體特性。這些元素(通常稱為摻雜物)的來源可為砷化氫(AsH3)及磷化氫(PH3)。然而，這些摻雜物具有自燃性及毒性。因此，當半導體晶圓從化學氣相沉積反應器中移出時，需刷洗掉摻雜物。
除此之外，在製造過程中，半導體晶圓可進行化學機械研磨(chemical mechanical polishing，CMP)製程。在進行上述製程後，可能會有污染物殘留在晶圓上。與摻雜物一樣，在半導體晶圓進行後續的製程步驟之前，需刷洗掉這些污染物。
為了去除摻雜物或污染物，可使用一洗滌機。常見的洗滌機通常透過高速旋轉製程，清洗及/或乾燥半導體晶圓。例如，高速旋轉製程意指以大約為2400RPM(revolutions per minute)的轉速旋轉。不幸地，高速旋轉製程可能會在晶圓 內產生感應電荷，而可能導致晶圓損壞。此外，高速旋轉製程難以精準地控制水的噴灑，而可能導致顆粒清洗速率低。
本發明係提供一種清洗及乾燥半導體晶圓的方法，包括將一半導體晶圓置入一清洗設備的一腔室內；以低於1600RPM的轉速旋轉半導體晶圓；以異丙醇噴灑半導體晶圓。
本發明係提供另一種清洗及乾燥半導體晶圓的方法，包括將一半導體晶圓置入一清洗設備的一腔室內；以300RPM至500RPM的範圍的轉速旋轉半導體晶圓，且同時以一去離子水噴灑半導體晶圓；間斷地以去離子水噴灑半導體晶圓；以1600RPM或更低的轉速旋轉半導體晶圓，且同時以異丙醇及氮氣的一混合物噴灑半導體晶圓。
本發明係提供又另一種清洗及乾燥半導體晶圓的方法，包括將一半導體晶圓置入一清洗設備的一腔室內；以300RPM的轉速旋轉半導體晶圓，且同時以異丙醇及氮氣的一混合物及一去離子水噴灑半導體晶圓；間斷地以異丙醇及氮氣的混合物及去離子水噴灑半導體晶圓；以1200RPM至1600RPM的範圍的轉速旋轉半導體晶圓。
10‧‧‧清洗設備
12‧‧‧半導體晶圓
14‧‧‧腔室
16‧‧‧驅動機構
18‧‧‧第一噴嘴
20‧‧‧第二噴嘴
22‧‧‧馬倫哥尼效應
24‧‧‧表面毛細作用
26‧‧‧橫向方向
27、32‧‧‧流程圖
28、30、34‧‧‧方法
30a、30b‧‧‧步驟
36‧‧‧旋轉乾燥製程
第1圖係繪示出本發明實施例之適用於清洗及乾燥半導體晶圓的清洗設備的示意圖。
第2圖係繪示出第1圖中的清洗設備中的馬倫哥尼效應的示意圖。
第3圖係繪示出本發明實施例之在化學氣相沉積刷洗製程中清洗及乾燥半導體晶圓的方法相對於習知方法的流程圖。
第4圖係繪示出本發明實施例之在化學機械研磨清洗製程中清洗及乾燥半導體晶圓的方法的流程圖。
第5圖係繪示出第4圖中詳細的旋轉乾燥製程的示意圖。
以下說明本發明實施例之製作與使用。然而，可輕易了解本發明實施例提供許多合適的發明概念而可實施於廣泛的各種特定背景。所揭示的特定實施例僅僅用於說明以特定方法製作及使用本發明，並非用以侷限本發明的範圍。
本文配合特定實施例來說明在半導體製造過程中，清洗及/或乾燥半導體晶圓的方法。然而，本發明揭露的內容也可應用於其他方法或應用於相關半導體或其他工業製程中的清洗設備。
請參照第1圖，其繪示出本發明一實施例之適用於清洗及乾燥一半導體晶圓12的清洗設備10。如圖所示，清洗設備10包括一腔室14，用以容納一個或一個以上的半導體晶圓12。為了方便說明，第1圖中的清洗設備10內僅繪示出一個半導體晶圓12。即使如此，可以理解的是在某些實施例中，腔室14內可同時容納多個半導體晶圓12。
如第1圖所示，清洗設備10配備一驅動機構16，用以在運作時旋轉半導體晶圓12。在一實施例中，驅動機構16以大約為300RPM至1600RPM的範圍的轉速旋轉半導體晶圓12。在一實施例中，驅動機構16無法以超過大約2400RPM的 轉速旋轉半導體晶圓12。
請再參照第1圖，清洗設備10配備一第一噴嘴18及 一第二噴嘴20。在一實施例中，第一噴嘴18用以在半導體晶圓12上噴灑去離子水(de-ionized water，DIW or DI water)。如圖所示，在一實施例中，第一噴嘴18通常設置於腔室14內的中心。即使如此，在其他實施例中，第一噴嘴18也可設置於不同的位置。
一實施例中，清洗設備10內的第二噴嘴20用以在 半導體晶圓12上噴灑異丙醇(isopropyl alcohol，IPA)或異丙醇及氮氣(N2)的混合物。在一實施例中，在半導體晶圓12上同時噴灑去離子水及異丙醇或異丙醇及氮氣的混合物。在一實施例中，上述混合物以大約為10SLPM(standard liters per minute)至90SLPM的範圍的流量噴灑在半導體晶圓12上。在一實施例中，如第1圖右側所示，由於異丙醇及氮氣的混合物的噴灑方向與晶圓移動方向相反，可提升晶圓上的去離子水的乾燥能力。在一實施例中，第二噴嘴20可在腔室14內移動或重新歸位，而控制或改變混合物噴灑在半導體晶圓12上的方向。換言之，混合物可以不同的方向或角度噴灑在半導體晶圓12上。在一實施例中，在噴灑混合物時，同時移動第二噴嘴20。在一實施例中，在開始噴灑混合物之前及/或之後，可移動第二噴嘴20。在一實施例中，清洗設備10的腔室14內可使用一個以上的第二噴嘴20。
在一實施例中，第一噴嘴18及第二噴嘴20並排 (side by side)，以分別提供去離子水及異丙醇。第一噴嘴18及 第二噴嘴20可一起移動，以從半導體晶圓12的中心水洗至邊緣。即使如此，在另一實施例中，第一噴嘴18從半導體晶圓12的中心至邊緣提供去離子水，而第二噴嘴20從不同的(或最佳的)角度及/或位置提供異丙醇。此外，第一噴嘴18及/或第二噴嘴20可僅移動一小段距離，以清洗局部或一小部分的半導體晶圓12，特別是清洗邊緣。
請再參照第1圖，由於驅動機構16的運作，使半導 體晶圓12在清洗設備10的腔室14內旋轉，而當異丙醇及氮氣的混合物沖洗旋轉中的半導體晶圓12時，會發生馬倫哥尼(Marangoni)效應。馬倫哥尼效應是指由於表面張力梯度，而在沿著兩種液體之間的界面造成質傳現象。因為高表面張力的液體比低表面張力的液體對周圍的液體具有更強的拉力，因此產生表面張力的梯度，而自然地造成液體從低表面張力的區域流出。
以下舉例說明，如第2圖所示，當異丙醇及氮氣的 混合物在半導體晶圓12上沖洗時，由於馬倫哥尼效應22，在半導體晶圓12的表面上的去離子水被推往半導體晶圓12的周圍。在半導體晶圓12的表面上的去離子水因表面毛細作用24而變形之後，異丙醇及氮氣的混合物驅使去離子水沿著半導體晶圓12的表面以橫向方向26移動，而完成清除表面的污染。
由於馬倫哥尼效應，使去離子水被異丙醇及氮氣 的混合物驅趕至半導體晶圓12的邊緣，所以半導體晶圓12的旋轉速度不需要與清洗及/或乾燥半導體晶圓12的旋轉速度一樣高。即使當半導體晶圓12的旋轉速度低於大約2400RPM時， 也可達到清洗及/或乾燥的效果。
藉由第1圖中的清洗設備10內的馬倫哥尼效應所 帶來的好處，可顯著地減少電漿導致損壞(plasma induced damage，PID)及晶圓缺陷的發生。再者，習知的清洗/乾燥半導體晶圓的製程中，高速旋轉很容易產生感應電荷。相對而言，第1圖中的清洗設備10使用較低的旋轉速度，使得半導體晶圓12內不容易產生感應電荷。再者，由於低轉速(即，轉速低於2400RPM)時較容易控制水的噴灑，因此顆粒清洗速率較佳。
第3圖係繪示出本發明一實施例之在化學氣相沉 積刷洗製程中清洗及乾燥半導體晶圓的方法28相對於習知方法30中的步驟30b(以虛線標示)的流程圖27。在習知方法30中，一開始以大約為300RPM的轉速旋轉半導體晶圓12，並同時以去離子水刷洗及沖洗(上述為步驟30a)。之後，繼續以相同轉速旋轉，並同時以去離子水沖洗，而大致上間斷地以去離子水刷洗。最後，以大約為2400RPM的轉速，將半導體晶圓旋轉乾燥(上述為步驟30b)。
相較於習知方法30，在本發明實施例之清洗及乾 燥半導體晶圓12的方法28中，在將半導體晶圓12置入清洗設備10的腔室14內後，如第1圖所示，以大約為300RPM至1600RPM的範圍的轉速旋轉半導體晶圓12。半導體晶圓12一旦置入腔室14內，即同時以異丙醇及氮氣的混合物及去離子水噴灑。值得注意的是，在本發明實施例之方法28中使用的轉速低於習知方法30中使用的轉速。在一實施例中，本發明實施例之方法28可 應用於使用化學氣相沉積刷洗機的化學氣相沉積製程。
在另一實施例中，清洗及乾燥半導體晶圓的方法 包括將半導體晶圓12置入清洗設備10的腔室14內，且以大約為300RPM至500RPM的範圍的轉速旋轉半導體晶圓12，而同時以去離子水噴灑在腔室14內旋轉的半導體晶圓12。之後，間斷地噴灑去離子水，且以大約為1600RPM或更低的轉速旋轉半導體晶圓12，而同時以異丙醇及氮氣的混合物噴灑。
第4圖係繪示出本發明另一實施例之清洗及乾燥 半導體晶圓1(繪示於第1圖)的方法34的流程圖32。在第4圖中，清洗及乾燥為化學機械研磨清洗製程的一部分。如第4圖所示，在將半導體晶圓12置入清洗設備10的腔室14內後，如第1圖所示，以大約為300RPM的轉速旋轉半導體晶圓12，且同時以去離子水噴灑。之後，以大約為1000RPM的轉速旋轉半導體晶圓12，且以去離子水噴灑。在一實施例中，第4圖中的製程也可適用於化學氣相沉積刷洗製程或其他半導體製程。
接著，再以大約為300RPM的轉速旋轉半導體晶圓 12。在旋轉期間，以異丙醇及氮氣的混合物及去離子水噴灑半導體晶圓12。之後，間斷地噴灑異丙醇及氮氣的混合物及去離子水，且以大約為1200RPM至1600RPM的範圍的轉速旋轉半導體晶圓12。在一實施例中，可以大約為1400RPM的轉速旋轉半導體晶圓12，如第4圖所示。
第5圖係繪示出第4圖中更詳細的旋轉乾燥製程36 的示意圖。如第5圖所示，以去離子水沖洗半導體晶圓12。之後，以奈米噴霧(例如，異丙醇及氮氣的混合物)噴灑半導體晶 圓12。之後，對半導體晶圓12進行屏蔽板沖洗(shield plate rinse)製程。在屏蔽板沖洗製程中，以去離子水噴灑在半導體晶圓12的邊緣上。接著，以大約為1200RPM至1600RPM的範圍的轉速旋轉半導體晶圓12，以進行最後的乾燥步驟。
在一實施例中，半導體晶圓12(繪示於第1圖)的旋 轉速度的降低，與半導體晶圓12內產生的感應電荷有關。當以本發明實施例之方法的較低轉速(即，大約為1500RPM)取代習知方法的較高轉速(即，2400RPM)時，半導體晶圓12內產生的感應電荷明顯減少(由-8減少至-4)。在一實施例中，感應電荷減少了大約43%。
可以理解的是，本發明實施例之清洗及/或乾燥半 導體晶圓12的方法提供許多好處。例如，晶圓缺陷及晶圓電荷皆可減少。再者，高表面乾燥效率改善了半導體製造過程的循環時間。
在一實施例中，一種清洗及乾燥半導體晶圓的方 法，包括將一半導體晶圓置入一清洗設備的一腔室內；以大約低於1600RPM的轉速旋轉半導體晶圓；以異丙醇噴灑半導體晶圓。
在一實施例中，另一種清洗及乾燥半導體晶圓的 方法，包括將一半導體晶圓置入一清洗設備的一腔室內；以大約為300RPM至500RPM的範圍的轉速旋轉半導體晶圓，且同時以一去離子水噴灑半導體晶圓；間斷地以去離子水噴灑半導體晶圓；以大約為1600RPM或更低的轉速旋轉半導體晶圓，且同時以異丙醇及氮氣的一混合物噴灑半導體晶圓。
在一實施例中，一種清洗及乾燥半導體晶圓的方法，包括將一半導體晶圓置入一清洗設備的一腔室內；以大約為300RPM的轉速旋轉半導體晶圓，且同時以異丙醇及氮氣的一混合物及一去離子水噴灑半導體晶圓；間斷地以異丙醇及氮氣的混合物及去離子水噴灑半導體晶圓；以大約為1200RPM至1600RPM的範圍的轉速旋轉半導體晶圓。
雖然本發明已配合實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，當可作各種潤飾與組合。因此，依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
10‧‧‧清洗設備
12‧‧‧半導體晶圓
14‧‧‧腔室
16‧‧‧驅動機構
18‧‧‧第一噴嘴
20‧‧‧第二噴嘴

Claims (10)

  1. 一種清洗及乾燥半導體晶圓的方法，包括：將一半導體晶圓置入一清洗設備的一腔室內；以低於1600RPM的轉速旋轉該半導體晶圓；以及以異丙醇噴灑該半導體晶圓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之清洗及乾燥半導體晶圓的方法，更包括以異丙醇及氮氣的一混合物噴灑該半導體晶圓。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之清洗及乾燥半導體晶圓的方法，更包括同時以異丙醇及氮氣的該混合物及一去離子水噴灑該半導體晶圓。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之清洗及乾燥半導體晶圓的方法，更包括該混合物從至少兩個不同的方向噴灑在該半導體晶圓上。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之清洗及乾燥半導體晶圓的方法，更包括在以低於1600RPM的轉速旋轉該半導體晶圓的步驟前，以該去離子水噴灑該半導體晶圓而沖洗該半導體晶圓的一表面或邊緣。
  6. 一種清洗及乾燥半導體晶圓的方法，包括：將一半導體晶圓置入一清洗設備的一腔室內；以300RPM至500RPM的範圍的轉速旋轉該半導體晶圓，且同時以一去離子水噴灑該半導體晶圓；間斷地以該去離子水噴灑該半導體晶圓；以及以1600RPM或更低的轉速旋轉該半導體晶圓，且同時以異丙醇及氮氣的一混合物噴灑該半導體晶圓。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之清洗及乾燥半導體晶圓的方法，其中該混合物以10SLPM至90SLPM的範圍的流量噴灑在該半導體晶圓上，且其中該混合物從至少兩個不同的方向噴灑在該半導體晶圓上。
  8. 一種清洗及乾燥半導體晶圓的方法，包括：將一半導體晶圓置入一清洗設備的一腔室內；以300RPM的轉速旋轉該半導體晶圓，且同時以異丙醇及氮氣的一混合物及一去離子水噴灑該半導體晶圓；間斷地以異丙醇及氮氣的該混合物及該去離子水噴灑該半導體晶圓；以及以1200RPM至1600RPM的範圍的轉速旋轉該半導體晶圓。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之清洗及乾燥半導體晶圓的方法，更包括在以300RPM的轉速旋轉該半導體晶圓，且同時以異丙醇及氮氣的該混合物及該去離子水噴灑該半導體晶圓的步驟前，以300RPM的轉速旋轉該半導體晶圓，且同時以該去離子水噴灑該半導體晶圓，再以1000RPM的轉速旋轉該半導體晶圓，且同時以該去離子水噴灑該半導體晶圓。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之清洗及乾燥半導體晶圓的方法，更包括移動一混合物噴嘴，使得該混合物從至少一個以上的一方向或一個以上的一角度噴灑在該半導體晶圓上，其中該混合物以10SLPM至90SLPM的範圍的流量噴灑在該半導體晶圓上，且其中該清洗設備用於一化學機械 研磨清洗製程或一化學氣相沉積刷洗製程。
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