TWI828748B - 在單晶圓清潔器中處理soi基板的方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種在單晶圓清潔器中處理一SOI基板(1)之方法，該清潔器包括：
一系統，其夾持該基板(1)、能夠執行一旋轉移動；
一第一噴嘴(10)，其在該基板(1)之一正面(1a)上方呈一噴霧之形式施配一第一溶液，
該方法值得注意的是，液滴之每單位面積之動能低於或等於30焦耳/平方米。
Description
本發明係關於微電子領域。特定而言，本發明係關於一種使用單晶圓清潔器清潔SOI(絕緣體上矽)基板之方法。
單晶圓清潔器(SWC)通常因為其等在清潔大直徑(特定而言300mm)之晶圓時之高效能而用於微電子方法中。具體而言，單晶圓清潔器可限制晶圓邊緣處之特定缺陷，此通常與經由化學品浴中之一系列浸入而工作之批量清潔器相關聯。單晶圓清潔器亦降低同一批次晶圓之間交叉污染的風險。最後，此等清潔器允許在清潔序列之選擇方面具更大靈活性(若需要，可適於各晶圓)。
在單晶圓清潔器中，晶圓藉由指狀物保持於指狀物周邊周圍且藉由貫穿各種清潔或薄化(化學蝕刻)序列旋轉而移動。施配化學溶液及/或沖洗溶液之臂經構形以便在晶圓上方移動；經施配溶液藉由離心效應散佈於晶圓之整個表面上方且拋置於晶圓邊緣上方。配置於晶圓周邊之一空間中之複數個錐形收集器允許選擇性地收集在清潔或薄化序列中連續地施配之化學溶液。收集器能夠相對於晶圓改變高度，且因此各收集器可經定位以便在其經拋置於晶圓邊緣上方時收集一特定溶液，由此避免不相
容化學溶液之混合。
單晶圓清潔器可例如用於具有一非常薄矽層(通常介於幾奈米與幾十奈米)之一SOI晶圓(特定而言一FDSOI(全空乏SOI)晶圓)之矽表面層之最終清潔及/或薄化。
申請人觀察到與一化學品浴多晶圓清潔器(每個晶圓約兩個缺陷)中之類似清潔相較，在單晶圓清潔器中經歷最終清潔之FDSOI晶圓上之HF缺陷之數目增加500%，其中表面矽層之厚度為約10nm至12nm。儘管此等數字易於隨表面層之性質而變動，但HF缺陷之增加仍係顯著的且似乎需要改良在單晶圓清潔器中清潔或蝕刻SOI基板之方法。
順便提及，一HF缺陷對應於矽表面層中之一表面或塊體缺陷，從而提供通過該表面層直至SOI基板之下伏氧化物層之一通路。透過將晶圓浸入氫氟酸(HF)溶液中來揭示此等缺陷，該氫氟酸(HF)溶液藉由穿透表面層來攻擊氧化物層且使缺陷明顯。
本發明旨在克服所有或一些前述缺點。本發明係關於一種在單晶圓清潔器中清潔及/或薄化SOI晶圓之方法。特定而言，本發明旨在提供一種在單晶圓清潔器中清潔之後減少FDSOI基板中之HF缺陷之解決方案。
本發明係關於一種在單晶圓清潔器中處理一SOI基板之方法，該清潔器包括：˙一系統，其夾持該基板、能夠執行一旋轉移動；˙一第一噴嘴，其在該基板之一正面上方呈一噴霧之形式施配一
第一溶液；˙該方法值得注意的是，液滴之每單位面積之動能低於或等於30焦耳/平方米。
根據可單獨地或以任何技術可行組合實施之本發明之其他有利且非限制性之特徵：˙該噴霧係由展現介於0.1公升/分鐘與0.2公升/分鐘之間與0.2公升/分鐘之一流速之第一液體溶液與展現小於或等於70公升/分鐘、較佳地小於或等於60公升/分鐘之一流速之氮氣之混合物形成；˙該單晶圓清潔器包括一第二噴嘴，該第二噴嘴在該基板之一背面上方施配一第二溶液，且該第二溶液僅在經由施配該第一溶液或經由形成一氮氣墊來保護該正面時施配於該基板之該背面上方；˙該單晶圓清潔器包括一第三噴嘴，該第三噴嘴在該基板之該正面上方呈一低壓或中壓液體射流之形式施配一第三溶液，且該第二溶液僅在經由施配該第三溶液或該第一溶液或經由形成一氮氣墊來保護該正面時施配於該基板之該背面上方；˙該氮氣墊經形成於該基板之該正面與一篩板之間，該篩板係平行於該正面定位且與該正面相距一短距離，且能夠在壓力下釋放氮氣；˙在該基板之該背面上方施配一溶液與在該基板之該正面上方施配一溶液同步；˙該單晶圓清潔器包括複數個錐形收集器，該複數個錐形收集器經配置於該基板周邊之一空間中以便在施配之後收集該溶液，且各收集器之位置僅在夾持該基板之該系統之該旋轉移動之速度低於或等於600轉/分鐘時改變。
1:絕緣體上矽(SOI)基板
1a:正面
1b:背面
10:第一噴嘴
20:第二噴嘴
30:第三噴嘴
40:錐形收集器
參考附圖、自下文詳細描述，本發明之其他特徵及優點將變得顯而易見，在附圖中：- 圖1a(i)及圖1a(ii)展示單晶圓清潔器之圖示；- 圖1b展示根據單晶圓清潔器中之標準處理所處理之複數個FDSOI基板之正面之堆疊圖；- 圖2、圖3及圖4各分別展示根據本發明之方法之第一實施例、第二實施例及第三實施例處理之複數個FDSOI基板之正面之堆疊圖。
本發明係關於一種在單晶圓清潔器(SWC)中處理一SOI基板之方法。
此一清潔器包括一處理室，其中定位夾持待處理基板1之一系統(未展示)。該系統通常但不限於包含將基板1機械地保持於其周邊周圍之至少三個指狀物。該夾持系統能夠執行一旋轉移動，該旋轉移動在處理序列之進程內傳輸至基板1。
單晶圓清潔器亦包括在基板1之正面1a上方施配至少一種溶液之至少一個噴嘴10、30。順便提及，基板1之正面1a稱為主動面。特定而言針對一SOI基板，主動面係矽表面層之自由面。噴嘴10、30通常由一可移動臂承載，該可移動臂能夠將噴嘴10、30定位成實質上面向基板1之中心及/或能夠例如藉由呈圓弧來回移動而在基板上方移動。由噴嘴10、30分配之溶液藉由離心效應散佈於基板1之整個表面上方。
各種類型之液體溶液可經施配於基板1之正面1a上方。舉例而言，可引述以下酸性或鹼性化學溶液：氫氟酸(HF)、鹽酸(HCl)、硫
酸(H2SO4)、臭氧(O3)、SC2-標準清潔2(HCl/H2O2/H2O)、SC1-標準清潔1(NH3/H2O2/H2O)，其中含有不同濃度之化合物或沖洗溶液(超純水)。
該等液體溶液可呈一低壓或中壓液體射流(通常為0.5 l/min至2.5 l/min)之形式或呈一噴霧之形式施配。該噴霧係藉由混合一高壓氣體與所期望之低壓液體溶液而形成。所使用氣體通常係氮氣。
為了在基板1之正面1a上方施配，單晶圓清潔器特定而言包括允許一第一溶液呈一噴霧之形式施配之一第一噴嘴10。貫穿本說明書之其餘部分，術語「第一溶液」將指代呈一噴霧之形式施配於基板1之正面1a上方之任何溶液。第一溶液可選自上述各種液體溶液。
噴霧施配習知上用來自基板1之表面有效地移除特定污染物。為了清潔由矽製成之基板(無論是經暴露還是具有均勻層，無論是經結構化還是未結構化)，噴霧通常由具有介於0.5 l/min與250 l/min之間的一流速之氮氣與具有介於50ml/min與300ml/min之間的一流速之液體(該第一溶液，例如可為一SC1溶液)之一混合物形成。
單晶圓清潔器有利地包括在基板1中與正面1a之背面1b上方施配至少一種溶液之至少一個噴嘴20。此噴嘴20可由一固定臂承載，該固定臂能夠將該噴嘴實質上面向基板1之中心定位於背面1b上。替代地，該臂可為可移動的，能夠將噴嘴20定位成實質上面向基板1之中心及/或例如藉由呈圓弧來回移動而在基板下方移動。由噴嘴20施配之溶液藉由離心效應散佈於基板1之整個背面1b上方。
各種類型之液體溶液可經施配於基板1之背面1b上方，特定而言施配於正面1a上方之上述溶液。通常，該等液體溶液可呈一低壓或中壓液體射流之形式施配(通常為0.5 l/min至2.5 l/min)。
為了在基板1之背面1b上方施配，單晶圓清潔器特定而言包括允許施配一第二溶液之一第二噴嘴20。貫穿本說明書之其餘部分，術語「第二溶液」將指代施配於基板1之背面1b上方之任何溶液。
有利地，單晶圓清潔器包括允許一溶液呈一低壓或中壓液體射流之形式施配於基板1之正面1a上方之至少一個其他噴嘴30(稱為「第三噴嘴」)。在本說明書之其餘部分中，術語「第三溶液」將指代呈一低壓或中壓液體射流之形式施配於基板1之正面1a上方之任何溶液。第三溶液可選自上述各種液體溶液。
單晶圓清潔器有利地包括複數個收集器40，複數個收集器40經配置於基板1周邊之一空間中(圖1a(i))且意欲於選擇性地收集用於處理基板1之第一、第二及/或第三溶液。各收集器40之形狀為錐形且能夠相對於基板1改變高度；因此，各收集器40可經定位以便在一特定溶液經拋置於晶圓邊緣上方時收集該特定溶液(圖1a(ii))。
舉例而言，一清潔序列如下：
˙臭氧(O3)
˙沖洗(DIW，去離子水)
˙SC1或SC2
˙SC1噴霧(呈一噴霧之形式施配)
˙沖洗(DIW)
˙SC2
˙沖洗(DIW)
可用來清除來自SOI基板之有機物、微粒及金屬污染物。表1展示在單晶圓清潔器中應用於一基板之一標準處理。表1含有根據先前技術例如
應用於暴露或具有均勻層(舉例而言諸如氧化物)之矽基板之此一序列之標準參數。各種成分之比例—在SC1之情況下為NH3/H2O2/H2O且在SC2之情況下為HCl/H2O2/H2O—在表1中之括弧之間連同通過第一噴嘴10、第二噴嘴20及第三噴嘴30之流速一起給出。
在步驟1、2、3、5、6及7中，第三噴嘴30呈一低壓或中壓液體射流之形式施配於基板1之正面1a上方(流速為約2公升/分鐘)。
在步驟4中，SC1溶液呈一噴霧之形式自第一噴嘴10施配；該噴霧係由流速為0.05公升/分鐘之第一溶液(在此實施例中為SC1)與流速為100公升/分鐘之氮氣之一混合物形成。
申請人將此標準序列應用於單晶圓清潔器中之SOI基板1。眾所周知，一SOI基板包括定位於一載體基板上之一矽表面層及一埋藏氧化矽層。可使用SmartCutTM方法製造一SOI基板，該方法基於將輕微氫及/或氦離子佈植至一施體基板中且例如藉由此施體基板至載體基板之分子黏合而接合，其中氧化矽層經插入於此兩個基板之間。接著，一拆卸步驟允許一薄表面層與施體基板分離，與由離子之佈植深度界定之弱化平面齊平。精加工步驟，可包含高溫熱處理，最後為主動層提供所要之表面及晶
體品質。此方法尤其適於製造非常薄之矽表面層。精加工SOI基板之步驟亦包含清潔及/或薄化矽表面層之序列。
特定而言，將標準序列應用於包含厚度分別為10nm及30nm之一矽表面層及一埋藏氧化矽之FDSOI基板。
此一清潔序列可如清潔矽基板般清潔SOI基板1之正面1a及背面1b；當SC1溶液經施配於正面1a上方時，亦可允許矽表面層薄化達幾奈米以便移除表面缺陷或達到一確切層厚度。
圖1b展示在單晶圓清潔器中根據標準序列進行處理之後且在已揭示HF缺陷之後的約30個FDSOI基板之正面1a之堆疊圖。各晶圓上之HF缺陷之平均數目(由堆疊圖上之點表示)為在相對於一化學品浴多晶圓清潔器中之一類似處理進行處理之後的約五倍。
應注意，使用基於暗視場顯微鏡(例如KLA-TENCOR Surfscan SP(註冊商標))量測缺陷(臨限值0.1微米)之儀器獲得該等圖。
根據本發明之處理方法值得注意的是，實行在FDSOI基板之正面上方噴霧施配一第一溶液之步驟，使得噴霧中之液滴之每單位面積之動能低於或等於至30焦耳/平方米。每單位面積之此動能對應於一液滴撞擊晶圓1時所傳遞之能量。該能量之值係基於以下方程式來計算：
其中m係液滴之質量，v係液滴之速度且r係液滴之半徑。
可參考自先前技術已知、特性化一噴霧中之一液滴之出射速度之系統及技術。
例如，在此所使用之單晶圓清潔器中，對於噴霧施配45公升/分鐘之氮氣流速，液滴之動能為約3.35E-9J。液滴之衝擊面積為約
3.14.E-10m2。因此，此給出每單位面積之能量為約10J/m2。
具體而言，申請人觀察到在SOI基板1之正面1a上方噴射此等液滴易於機械地損壞矽表面層，且隨著此層之厚度減小(特定而言小於50nm之厚度)而損壞遞增。損壞表現為穿過矽表面層之微孔或晶體缺陷，此等係HF缺陷增加之原因。
表2展示根據本發明之方法之一第一實施例之在單晶圓清潔器中應用於一基板之一處理。表2給出根據本發明之方法之一第一實施例之主要參數。在步驟4中，第一溶液SC1係呈由以下混合物形成之一噴霧之形式施配：˙該第一種溶液，其流速介於0.1公升/分鐘與0.2公升/分鐘，較佳地介於0.15公升/分鐘與0.2公升/分鐘；及˙氮氣，其流速小於或等於70公升/分鐘、較佳地小於或等於60公升/分鐘。
在此組態中，到達SOI基板1之正面1a之液滴之每單位面積之動能低於或等於30焦耳/平方米，此避免或實質上減小對矽表面層之損壞。
在此所使用之實例係噴霧施配一第一SC1型溶液，但該溶液之性質並不重要且特定而言可選自上述各種類型之溶液。在任何情況下，根據本發明之方法規定，到達SOI基板1之正面1a之噴霧中之液滴之每單位面積之能量低於或等於30焦耳/平方米以便限制對矽表面層之機械損壞。
較佳地，噴霧中之液滴之每單位面積之動能將經選擇為高於2焦耳/平方米以便保持清潔基板之表面之有效性。
圖2展示在單晶圓清潔器中應用根據第一實施例之方法之後且在已揭示HF缺陷之後的約30個FDSOI基板之正面之堆疊圖。各基板上之HF缺陷之平均數目相對於圖1b減小達約30%至40%，此表示相對於標準序列之一顯著改良。
有利地，在該方法期間，一第二溶液僅在經由施配一第一或一第三溶液來保護該基板1之正面1a時施配於基板1之背面1b上方。
表3展示根據本發明之方法之一第二實施例之在單晶圓清潔器中應用於一基板之一處理。表3給出根據本發明之方法之一第二實施
例之主要參數。在此第二實施例中，若不進行一第一溶液或一第三溶液之施配(在正面1a上方)，則不施配一第二溶液(在背面1b上方)。第二實施例進一步包括第一實施例中所述之步驟4之最佳化參數。
申請人意識到特定而言自背面1b拋置於基板1之邊緣上方之液體(第二溶液)可藉由濺出收集器40之錐形壁而回濺至基板1之正面1a上。若矽表面層經暴露，則此回濺容易機械地損壞矽表面層。此損壞再次表現為穿過矽表面層之微孔或晶體缺陷，且易於導致HF缺陷。
相反地，若矽表面層被一液體層覆蓋(在進行一第一溶液或一第三溶液之施配的同時)，則回濺對表面層沒有有害影響。
根據此第二實施例，正面上方(自第一噴嘴10或自第三噴嘴30)之施配及背面上方(自第二噴嘴20)之施配同時發生。此稱為同步施配。此涉及考量將經施配溶液同時輸送至面1a、1b之各者所需之時間，所需時間主要取決於供應溶液之管之長度。此同步允許限制或消除面1a、1b之一者保持不受經施配溶液之一者保護之時間，因此限制不受保護面被損壞之風險。藉由使正面上方之施配與背面上方之施配同步，第一、第二及/或第三溶液自基板1之邊緣之出射角之可變性亦受限，由此減小自收集器40之錐形壁回濺之風險。
圖3展示在單晶圓清潔器中應用根據第二實施例之方法之後且在已揭示HF缺陷之後的約30個FDSOI基板之正面之堆疊圖。各晶圓上之HF缺陷之平均數目相對於圖2(第一實施例)減小達約20%，此表示相對於該方法之第一實施例之一實質改良及相對於標準序列之一顯著改良。
應注意，正面1a上方及背面1b上方之同步施配可獨立於第一溶液呈一噴霧之形式施配於正面1a上方之最佳化來實施。
根據第二實施例之一個變體，基板1之正面1a受保護，而一第二溶液藉由形成一氮氣墊施配於基板1之背面1b上方。較佳地，氮氣墊經形成於SOI基板之正面與一篩板之間，該篩板係平行於該正面定位且與該正面相距通常約1mm至2mm之一短距離；該篩板能夠在壓力下釋放一氮氣流，此防止來自基板1邊緣之突起返回至正面1a。
以相同於一液體層保護矽表面層免於源於背面上方之施配之回濺之方式，氣體層亦允許限制此有害影響。
有利地，貫穿該方法，單晶圓清潔器之複數個收集器之各收集器40之位置在夾持基板1之系統之旋轉移動之速度低於或等於600轉/分鐘時改變。
表4展示根據本發明之方法之第三實施例之在單晶圓清潔器中應用於一基板之一處理。表4給出根據本發明之方法之此第三實施例之主要參數。此第三實施例包含第一及第二實施例中所述之最佳化且包含在一收集器40之位置改變時限制基板1之旋轉速度之一動作。此限制動作
可將自收集器40之錐形壁之回濺限制至基板1之正面1a上。
圖4展示在單晶圓清潔器中應用根據第三實施例之方法之後且在已揭示HF缺陷之後的約30個FDSOI基板之正面之堆疊圖。各晶圓上之HF缺陷之平均數目相對於圖3(第二實施例)減小達約20%，此表示相對於該方法之第一及第二實施例以及相對於標準序列之一實質改良。
應注意，在一收集器40之位置改變時限制晶圓之旋轉速度可獨立於正面1a上方及背面1b上方之同步施配及/或獨立於第一溶液呈一噴霧之形式施配於正面1a上方之最佳化來實施。
根據本發明之方法尤其適於處理具有厚度小於50nm之薄(矽及氧化物)層之SOI基板，及特定而言其中表面層厚度小於20nm之基板。
當然，本發明不限於所描述之實施例及實例，且可在不脫離如由申請專利範圍界定之本發明之範疇之情況下在所描述之實施例及實例中引入變體實施例。
1:絕緣體上矽(SOI)基板
1a:正面
1b:背面
10:第一噴嘴
20:第二噴嘴
30:第三噴嘴
40:錐形收集器板
Claims (7)
- 一種在單晶圓清潔器中處理SOI基板(1)之方法，該清潔器包括：提供該SOI基板(1)，該SOI基板包含至少一層具有小於50nm之均勻厚度的矽薄層及至少一層具有小於50nm之厚度的氧化物薄層；使用系統以夾持及旋轉該SOI基板(1)；自第一噴嘴(10)經由管供應並施配第一溶液於該SOI基板(1)之正面(1a)上方；自第二噴嘴(20)經由管供應並施配第二溶液於該SOI基板(1)之背面(1b)上方，該第二溶液為去離子水(DIW)；及自第三噴嘴(30)經由管供應並施配第三溶液於該SOI基板(1)之該正面(1a)上方，其中該單晶圓清潔器進一步包括至少一個錐形收集器(40)，該至少一個錐形收集器(40)經配置於該SOI基板(1)周邊之空間中以便在施配之後收集該等溶液，且其中考量經由該等管輸送該第一溶液至該正面(1a)、該第二溶液至該背面(1b)及該第三溶液至該正面(1a)所需之時間，以使該第二溶液僅在該SOI基板(1)之該正面(1a)經該第一溶液及/或該第三溶液覆蓋時施配於該SOI基板(1)之該背面(1b)上方。
- 如請求項1之方法，其中該第一溶液係以呈噴霧之形式施配，且液滴之每單位面積之動能低於或等於30焦耳/平方米。
- 如請求項2之方法，其中該噴霧係由展現介於0.1公升/分鐘與0.2公升 /分鐘之間之流速之第一液體溶液與展現小於或等於70公升/分鐘之流速之氮氣的混合物形成。
- 如請求項1至3中任一項之方法，其中該第三溶液係在該SOI基板(1)之該正面(1a)上方以呈低壓或中壓液體射流之形式施配。
- 如請求項1至3中任一項之方法，其中在該SOI基板(1)之該背面(1b)上方施配溶液與在該SOI基板(1)之該正面(1a)上方施配溶液同步。
- 如請求項1至3中任一項之方法，其中該單晶圓清潔器包括複數個錐形收集器(40)，該複數個錐形收集器(40)經配置於該SOI基板(1)周邊之空間中以便在施配之後收集該等溶液，且其中各收集器(40)之位置僅在夾持該SOI基板之該系統之旋轉移動之速度低於或等於600轉/分鐘時改變。
- 如請求項1至3中任一項之方法，其中該至少一個錐形收集器(40)經定位以便選擇性地收集該第一溶液、該第二溶液及該第三溶液中之一者。
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