TW411522B - A semiconductor device washing apparatus and a method of washing a semiconducotr device - Google Patents
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Description
4115 扣 五、發明說明（l) 【發明背景】 本發明係有關半導體裝置清洗設備及在化學機械拋光 (CMP)製程後之半導體裝置清洗方法。 習知地’在半導體裝置之製造步驟中，不規則時常會 形成於具有層疊結構之半導體裝置之表面上。具有不規則 之表面係藉著使用已知之CMP (化學機械拋光）製程而平坦 化0 此抛光製程通常係藉著在CMP製程中使用包含稠密的 拋光微粒（例如，矽土微粒、鋁土微粒）之溶液而實現。在 CMP製程後此微粒必須從晶圓表面上幾近完全地移除，以 保持電子裝置之可靠度與生產線上所需之潔淨度。 尤其’當拋光疏水性膜例如氮化矽膜與多晶矽膜時， 與親水性膜相比之下，則移除疏水性膜上所殘留之微粒會 較困難。因此之故，需要能有效地移除微粒之清洗方法。 使用單片型自旋清洗設備之刷擦洗方法係通常作為在 CMP製程後移除殘留於晶圓上微粒之方法。 舉例而5 ，如圖1所示，自旋清洗設備係包含滾動刷 12排出喷嘴13、化學液體槽15、與純水排出喷嘴14。 在此情形中，滾動刷丨2移除殘留於晶圓丨丨上之微粒。 =非f噴嘴13中，排出口係面對著晶圓n。再者，化學液 ::於化學液體槽! 5中。化學液體係從排出口射向或 喷灑向或者射至或噴灑至晶圓UJL。此外，純水係從純水 排出喷嘴14之排“射向或_向或者射至或顿至晶圓 1 1上。
411522 五、發明說明（2) 在前述之自旋清洗設備中，滚動刷1 2係接觸著晶圓 11。清洗水係從化學液體槽1 5經由排出口 1 3而供應出。 在此環境下，晶圓11係在晶圓11與滾動刷1 2相接觸之 狀況下由從純水排出喷嘴1 4射出之純水加以清洗。 在此例子中’用作為清洗水者係稀释之氨水溶液（j. J. Malik et al. : MRS. Symp. Proc. Vol. 386, p.l〇9 (1 9 9 5 ))或稀釋之氩氟酸溶液而非純水。然而，此等溶液 無法有效地清洗前述之疏水性表面。 相反地’在[The Japan Society 〇f Applied Physics]之57th prof. (p. 637，8p-L-7)中業已報告了藉 著在CMP製程與隨後之清洗製程中添加洗滌劑而改善疏水 性特性以便增強移除效果（或性能）。在此，需注意者乃係 在前述之報告中清洗溶液之主要成分或許仍不確定。 再者’在日本專利公開公報（JP_A)平第9_2771 72號中 業已揭露了關於藉著在CMP製程中添加醇類液體以獲得親 水性表面之習知例子。 、無論如何，氨水溶液或稀釋之氫氟酸溶液並未具備用 以獲侍親水性表面之能力。因此，此等溶液不能夠有效地 清洗疏水性表面。 ^ -方面’雖然包含洗滌劑之氨水係屬有㉛，但是仍 I :I列問^ °亦即’在清洗程序後構成洗㈣之高聚 機物質會容易地殘留於晶圓上。所…以移除有 機物質之清洗步驟進而變為必需。 再者，假若適當的液體消耗程序並未實行於洗條劑，
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五、發明說明（3) 則洗條劑會對環境造成不好的影響。所以，必須準備高價 的製程設備以實現適當的程序。 對於在CMP製程中添加醇類之例子而言，醇類係作為 在用以實行CMP製程之拋光設備中之第一清洗液體。然" 而’醇類並未作為隨後之薄臈沈積步驟中之最終清洗液 體。 ' 通常言之，在拋光設備中之清洗程序會伴隨有在設備 内部之污染物。所以，高度潔淨之清洗係無法實現。因 此，額外的拋光設備需要獨立於隨後的清洗設備之外而配 置。 再者，當CMP製程後疏水性表面例如氮化矽膜或多晶 石夕膜曝露時’與親水性表面相比之下，移除殘留於疏水性 表面上之微粒會較困難。 因此之故，需要能有效地移除微粒之清洗方法。 【發明概述】 -偌因：ί ί 1 Ϊ發明之目的係提供一種半導體裝置清洗 汉備，其此夠改善拋光微粒之移除性能。 i φ 另；目的係提供一種半導體裝置清洗設備， ,、中在CMP 1程後微粒幾乎不殘留於晶圓上。 i2一目的係提供一種半導體裝置清洗設備， 其能適當地處理消耗性液體。 依據導體裝置清洗設備在化學機械拋光製 程實灯於半㈣晶圓之表面上H先半㈣晶圓之表面。
411522 五、發明說明（4) 在此環境下’滾動刷係放置於半導體晶圓之表面上以 便接觸表面。 再者’第一化學液體槽容納有第一化學液體。第一排 出喷嘴喷灑第一化學液體至半導體晶圓之表面上。 此外，第二化學液體槽容納有第二化學液體。第二排 出喷嘴噴灑第二化學液體至半導體晶圓之表面上。 藉著此等結構’第一化學液體與第二化學液體在滚動 刷與半導體晶圓皆轉動之狀況下喷灑至半導體晶圓之表面 上。 在此狀況下’在化學機械拋光製程之後拋光微粒係殘 留於半導體晶圓之表面上。滾動刷從半導體晶圓表面上移 除拋光微粒。 在 排出喷 一個皆 一排出 出口而 在 化學液 醇 醇類得 少一個 在 體使疏 此例子 嘴具有 面對著 口而喷 噴灑至 此情形 體容納 類液體 係選自 元素。 此，半 水性表 中，第 第二排 半導體 灑至表 表面上 下，第 有醇類 最好包 乙醇' 導體晶 面改變 一排出 出σ。 晶圓之 面上， 第一排出口與第二排出口之任 表面。第一化學液體係經由第 而第二化學液體係經由第二排 一化學 液體。 含較低 甲醇、 圓之表 成親水 液體容納有氨水液體， 而第 的醇類。在此悴桕π 盥異而略 隋形下，較低的 ，、異内醇所組成之埃群中 之至 面係疏水性β囍篓 性表面。在士；者使用醇類液 在此情形中，使疏水
411522 五、發明說明（5) 性表面改變成親水性表面係為了增強半導體晶圓表面上所 殘留之拋光微粒之移除性能。疏水性表面得包含氮化矽膜 或多晶碎膜曝露之表面。 因此如别所述，疏水性晶圓表面藉著添加醇類液體 而改變成親水性表面。藉此，微粒之移除性能大大地改 、再者，相較於洗滌劑而言，醇類液體係由低分子所組 成。所以，在CMP製程之後微粒難以殘留於晶圓上。此 外，相較於洗滌劑而言，醇類液體可適當地消耗掉。 再者，本發明係有效於具有在CMp製程後業已變成疏 水性之曝露表面例如氮化矽膜或多晶矽膜之晶圓。在此狀 況下，殘留於晶圓上之拋光微粒可有效地移除。 所以，半導體裝置之可靠 之父叉污染可有效地抑制。因 再者’例如洗滌劑之物質 因為消耗洗滌劑係困難的。所 消耗清洗液體之成本可大大地 度可以增強《再者，生產線 此，生產良率可改善。 並未使用於本發明中。此乃 以，環境並未被破壞，並且 降低。 【圖示之簡單說明】 圖1之示意結構圖係例 圖2之示意結構圖係顯 導體裝置清洗設備； 圖3之示意結構圖係顯 導體裝置清洗設備；以及 示習知的刷擦洗清洗設備； 示依據本發明第一實施例之半 示依據本發明第二實施例之半
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明之半導體裝置清洗 圖4之圖表係顯示依據圖2中所闞 a又備之微粒移除結果。 【符號之說明】 半導體晶圓 滾動刷 4〜純水排出噴嘴 6〜第一排出喷嘴 7〜第二排出噴嘴 8 '第一化學液體槽 9〜第二化學液體槽 10〜導管 11〜晶圓 12〜滾動刷 13、排出噴嘴 14 ~ 純水排出喷嘴 1 5〜化學液體槽 【較佳實施例之詳細說明】 參照圖2 ’兹將說明依據本發明第—實施例之半導體 裝置清洗設備。 在第一實施例中’單片型與滾軸型之刷擦洗清洗設備 係使用於化學機械拋光（CMP)製程之後。 如圖2中所闡明，清洗設備包含滚動刷2、第—排出喷 嘴6、第一化學液體槽8、以及純水排出喷嘴4、第二排出
第10頁 411522 五、發明說明¢7) 喷嘴7、以及第二化學液體槽9。 在此情形中，滾動刷2移除殘留於半導體晶圓1上之微 粒。在第一排出喷嘴6中，排出口係面對晶圓1。再者，第 一化學液體係容納於第一化學液體槽8中。容納於第一化 學液體槽8中之第一化學液體係從排出口射向或喷灑向或 者射至或喷灑至晶圓1上。 此外，純水係從純水排出喷嘴4之排出口射向或喷灑 向或者射至或喷灑至晶圓1上。再者，第二化學液體係容 納於第二化學液體槽9中。容納於第二化學液體槽9中之第 二化學液體係從排出口射向或噴灑向或者射至或噴灑至晶 圓1上。 在此例子中，第一化學液體包含氨水液體，然而第二 化學液體包含醇類液體。 在前述之清洗設備中，滾動刷2係接觸晶圓1。在此狀 況下，第一化學液體與第二化學液體（亦即，清洗水）係從 第一化學液體槽8與第二化學液體槽9經由第一排出喷嘴6 與第二排出喷嘴7而供應至晶圓1上。 在此環境下，晶圓1係在晶圓1與滾動刷2皆轉動之狀 況下由從純水排出喷嘴4射出之純水加以清洗。 藉著此種結構，在晶圓1與滾動刷2皆轉動之狀況下氨 水液體（舉例而言，0. 05%之氨水液體）係從第一化學液體 槽8經過第一排出喷嘴6而供應至晶圓1上。在此需注意者 乃係氮化矽膜之表面係曝露於晶圓1上。 於此同時，醇類液體（舉例而言，0. 1 %之醇類液體）係
_ ^HS22 五、發明說明w ---—- 從第二化學液體槽9經過第二排出喷嘴7而供應至晶圓i 上。 在清洗程序之後（舉例而言，約4〇秒），純水係經由純 水排出噴嘴4而供應至晶圓1上，以實行洗滌程序（舉例而 言，約2 0秒）。 在此情形下，第一化學液體、第二化學液體與純水得 不直接供應至晶圓1上，而得滴至滾動刷2上。受處理之晶 圓1會轉移至相鄰接之清洗室令（未顯示出）。 另外’在最初之1〇秒内醇類液體得從第二排出嘖嘴7 首先供應至晶圓1上，以使晶圓1之表面在隨後之清洗程序 中改變成親水性表面《因此之故，氨水液體得在隨後的4 〇 秒内從第一排出喷嘴6供應出以實行清洗程序。 在此例子中’醇類液體包含較低的醇類液體。此較低 的醇類液體包含乙醇、甲醇、或異丙醇（IPA)。在此，氨 水液體之濃度最好係落於0.001%與1〇%間之範圍内，而醇 類液體之濃度最好係落於0.005%與1〇%間之範圍内。 接下來’將參照圖3說明依據本發明第二實施例之半 導體裝置清洗設備。 在第二實施例中，化學液體係從滾動刷2之内部供應 而出。舉例而言，從第一化學液體槽8流出之氨水液體與 從第二化學液體槽9流出之異丙醇（I p a )係混合於導管1 0 内，並且經由導管1 〇供應至滚動刷2之内部。 所供應之化學液體係從滾動刷2上所配置或開啟之細 微孔洞而射至或噴灑至晶圓1上。在此，需注意者乃係氮
第12頁 411522 —. 五、發明說明（9) :=臈ί面係曝露於晶圓1丨。在此例子中，類似第-實 歹_ ’每一液體得以前述之時間差而供應之。 醇類液體最好係包含較低的醇類，例如曱醇或乙醇。 此氨水液體之濃度最好係落於0.001 %與1〇%間之範圍 而醇類液體之濃度最好係落於〇·005%與10%間之範圍 β雖然化學液體係從滾動刷2之内部供應至晶圓丨上，但 疋在第二實施例中化學液體得滴至滾動刷2上。 再者，刷並未僅限於滾軸型，其仍得為圓盤型或筆 型。 此外，本發明亦有效於具有曝露表面業已變成疏水性 之晶圓1，例如多晶矽膜而非氮化矽膜表面。 使用依據本發明第一實施例之清洗設備所實驗之結果 係闡明於圖4中。 首先，在CMP製程實現於氮化矽膜之後清洗晶圓j。隨 後’測量殘留於晶圓1上之矽土微粒（微粒直徑為〇. 2 ν m或 以上）之數目。 所以，如圖4所示’在使用氨水液體之習知清洗設備 中，平均微粒數目380/晶圓係殘留於晶圓上。 相反地，如圖4所示，在使用ipA與氨水液體之依據本 發明之清洗設備中’平均微粒數目3 2 /晶圓係殘留於晶圓 因此’從圖4中可發現本發明中之微粒殘留數目係相 當程度地小於習知例子中之微粒殘留數目。
Claims (1)
- 411522 ------- - 六、申請專利範圍 - 1. 一種半導體裝置清洗設備’用以在對於半導體晶 圓之表面施以化學機械拋光後清洗該半導體晶圓之表面， 包含： 滾動刷’放置於半導體晶圓之表面上以便接觸晶圓； 第一化學液體槽，容納有第一化學液體； 第一排出喷嘴，喷灑第一化學液體至半導體晶圓之表 面上； 第二化學液體槽，容納有第二化學液體； 第二排出喷嘴，喷灑第二化學液體至半導體晶圓之表 面上； 第一化學液體與第二化學液體係在滾動刷與半導體晶 圓皆轉動之狀況下喷灑至半導體晶圓之表面上。 2. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置清洗設備，其 中： 在化學機械拋光製程之後拋光微粒係殘留於半導體晶 圓之表面上，並且 滾動刷將拋光微粒從半導體晶圓之表面上移除。 3. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置清洗設備’其 中： 該第一排出喷嘴具有第一排出口 ，而第二排出喷嘴具 有第二排出口； 該第一排出口與該第二排出口之任一個皆面對著半導 體晶圓之表面，並且 第一化學液體係經由第一排出口而喷灑至表面上’而第14頁 411522 六、申請專利範圍― 第二化學液體係經由第二排出口而喷灑至表面上。 4. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置清洗設備，其 中： 第一化學液體包含氨水液體，而第二化學液體包含醇 類液體。 5. 如申請專利範圍第4項之半導體裝置清洗設備，其 中： 醇類液體包含較低的醇類。 6. 如申請專利範圍第5項之半導體裝置清洗設備，其 中： 較低的醇類係至少包含選自乙醇、甲醇、與異丙醇所 組成之族群中之一個元素。 7. 如申請專利範圍第4項之半導體裝置清洗設備，其 中： 氨水液體之濃度係落於0. 001%與10%間之範圍内。 8. 如申請專利範圍第4項之半導體裝置清洗設備，其 中： 醇類液體之濃度係落於0. 005%與10%間之範圍内。 9. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置清洗設備，更 包含+* 第三排出噴嘴，其噴灑純水至半導體晶圓之表面上。 10. 如申請專利範圍第9項之半導體裝置清洗設備， 其中： 第一液體、第二液體與純水係滴至滾動刷上。第15頁 六、申請專利範圍 11. 如申 其中： 半導體晶 藉著使用 12. 如申 其中： 使疏水性 圓表面上所殘 13. 如申 其中： 疏水性表 14. 種 程實行於半導 包含： 滾動刷， 滾動刷具有複 第一化學 第二化學 導管，用 使混合液體供 混合液體 由滾動刷之細 15. 如申 其中： 411522 請專利範圍第4項之半導體裝置清洗設備’ 圓之表面係疏水性，並且 醇類液體使疏水性表面改變成親水性表面° 請專利範圍第11項之半導體裝置清洗設備， 表面改變成親水性表面係為了增強半導體晶 留之拋光微粒之移除性能。 請專利範圍第11項之半導體裝置清洗設備’ 面係包含氮化矽膜或多晶矽膜曝露之表面。 半導體裝置清洗設備，其在化學機械拋光製 趙晶圓之表面上後清洗半導體晶圓之表面， 放置於半導體晶圓之表面上以便接觸晶圓， 數個細微孔洞； 液體槽，容納有第一化學液體； 液體槽，容納有第二化學液體；以及 以將第-化學液體與第二化學液體混合並且 應至滾動刷之内部； 係在滾動刷與半導體晶圓皆轉動之狀況下經 微孔洞而喷灑至半導體晶圓 請專利範圍第14項之半導體裝設備，第16頁 411522 六、申請專利範圍 在化學機械拋光製程之後拋光微粒係殘留於半導體朗 圓之表面上，並且 滾動刷將拋光微粒從半導體晶圓之表面上移除。 16. 如申請專利範圍第1 4項之半導體裝置清洗設備’ 其中： 第一化學液體包含氨水液體，而第二化學液體包含酵 類液體。 17. 如申請專利範圍第1 6項之半導體裝置清洗設備’ 其中： 醇類液體包含較低的醇類。 18. 如申請專利範圍第17項之半導體裝置清洗設備’ 其中： 較低的醇類係至少包含選自乙醇、甲醇、與異丙醇所 組成之族群中之一個元素。 19. 如申請專利範圍第1 6項之半導體裝置清洗設備’ 其中： 氨水液體之濃度係落於〇.〇〇〗％與1〇%間之範圍内。 20. 如申請專利範圍第1 6項之半導體裝置清洗設備’ 其中： 醇類液體之濃度係落於0.005%與1〇%間之範圍内。 21 ·如申請專利範圍第14項之半導體裝置清洗設備’ 更包含： 第二排出喷嘴，其喷灑純水至半導體晶圓之表面上。 22.如申請專利範圍第1 4項之半導體裝置清洗設備，第17頁 411522 六'申請專利範圍 其中： 半導體晶圓之表面係疏水性，並且 藉著使用醇類液體使疏水性表面改變成親水性表面。 23.如申請專利範圍第22項之半導體裝置清洗設備， 其中： 使疏水性表面改變成親水性表面係為了增強半導體晶 圓表面上所殘留之拋光微粒之移除性能。 24.如申請專利範圍第22項之半導體裝置清洗設備， 其中： 疏水性表面係包含氮化矽膜或多晶矽膜曝露之表面。 25. —種半導體裝置之清洗方法，該半導體裝置包含 具有表面之半導體晶圓，其包含下列步驟： 對半導體晶圓之表面施以化學機械拋光，該表面係疏 水性， 藉由醇類液體使疏水性表面改變成親水性表面； 供應氨水液體於親水性表面上；以及 藉由純水施行洗滌程序。 26. 如申請專利範圍第25項之清洗方法，其中： 使疏水性表面改變成親水性表面係為了增強在化學機 械拋光製程後半導體晶圓表面上所殘留之拋光微粒之移除 性能^ 2 7·如申請專利範圍第2 5項之清洗方法，其中· 疏水性表面係包含氮化矽膜或多晶矽膜曝露之表面。 28，如申請專利範圍第25項之清洗方法，更包含下列六、申請專利範圍 步驟： 在化學機械拋光製程後，從半導體晶圓之表面上移除 拋光微粒。 29. 如申請專利範圍第25項之清洗方法，其中： 醇類液體包含較低的醇類。 30. 如申請專利範圍第29項之清洗方法，其中： 較低的醇類係至少包含選自乙醇、甲醇、與異丙醇所 組成之族群中之一個元素。 31. 如申請專利範圍第2 5項之清洗方法，其中： 、氨水液體之濃度係落於0. 00 1 %與1 0%間之範圍内。 32. 如申請專利範圍第25項之清洗方法，其中： 醇類液體之濃度係落於0. 0 0 5%與10%間之範圍内。第19頁
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