專利名稱：化學機械平坦化后清洗晶圓的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法，特別是涉及ー種化學機械平坦化后清洗晶圓的方法。
背景技術(shù)：
化學機械平坦化工藝(CMP)在1990年被引入集成電 路制造エ藝以來，經(jīng)過不斷實踐和發(fā)展，已成為推動集成電路技術(shù)節(jié)點不斷縮小的關(guān)鍵エ藝。目前CMP已經(jīng)廣泛應(yīng)用在淺溝槽隔離(STI)平坦化、氧化物(例如層間介質(zhì)層ILD)平坦化、鎢塞(W-plug)平坦化、銅互連平坦化等エ藝中。CMP是晶圓干進干出的先進エ藝，根據(jù)對晶圓處理過程的不同，可分為化學機械平坦化及其后清洗エ藝兩部分。在化學機械平坦化工藝過程中，研磨液中的氧化物顆粒和研磨產(chǎn)物會不斷的吸附在晶圓表面，雖然通過研磨頭和研磨墊的自轉(zhuǎn)，以及研磨頭相對研磨墊中心的徑向直線運動可以帶走大部分研磨液和研磨產(chǎn)物，但在CMPエ藝結(jié)束時，仍會有大量殘余研磨液以及研磨產(chǎn)物吸附在晶圓表面上。如果不經(jīng)過及時清洗，這些微粒會凝結(jié)在晶圓表面并無法有效去除，因此CMP后的清洗エ藝非常重要，是提升晶圓良率的重要手段。目前CMPエ藝設(shè)備中，CMPエ藝后的清洗，一般分為兩步，均采用接觸式刷洗晶圓的方法，接觸式刷洗晶圓方式主要有2種，分別參見示意圖I和圖2。第一歩清洗均是直接使用一對こ烯基聚合物(PVC)滾刷(圖中網(wǎng)格狀矩形所示)把晶圓(圖I黒色矩形所示)夾在中間，參加圖I ;晶圓可以平放或是豎直放置；對晶圓表面和背面進行同時清洗；清洗過程中從晶圓上下表面附近的供應(yīng)管路(圖中灰色矩形所示)按箭頭所示，根據(jù)不同エ藝需要選擇通入不同的化學清洗液，而后再通入去離子水清洗。第二步清洗仍是采用接觸式清洗方式清洗晶圓，或是使用PVC滾刷或是用凸頭式接觸清洗刷(Pencile刷)來刷洗晶圓。Pencile刷是接觸式刷洗晶圓的ー種刷子類型，參見圖2 ;該刷是通過具有一定面積的接觸式刷頭對晶圓來回刷洗來達到清洗晶圓的目的；此時晶圓平放，晶圓背面通去離子水沖洗。在第二步接觸式清洗過程中，可根據(jù)エ藝需要選擇不同化學清洗液清洗，然后再用去離子水清洗，來進ー步鞏固清洗效果。這兩步清洗完成后，對晶圓進行干燥，完成CMP后的清洗步驟。第一歩清洗十分重要，這ー步將去除掉大部分殘留在晶圓表面上的研磨液顆粒以及研磨產(chǎn)物顆粒。在第一歩的PVC滾刷清洗過程，滾刷相對晶圓進行旋轉(zhuǎn)刷洗，同時為保證清洗到晶圓整個表面，晶圓需要做固定圓心的滾動運動。為保證清洗效果，清洗過程中滾刷與晶圓表背面均要產(chǎn)生一定的壓カ接觸。如果在CMPエ藝后，晶圓表面殘余有大尺寸的研磨液研磨顆?；蚴茄心ギa(chǎn)物顆粒，或是滾刷表面沾污或結(jié)晶有硬質(zhì)顆粒，那么在第一歩刷洗過程中，就會對晶圓表面造成嚴重的劃傷(macro scratch),大大降低晶圓器件的良率?？傊F(xiàn)有的第一歩接觸式CMP后清洗過程對晶圓表面會有造成嚴重劃傷的隱
串
■/Qi、O

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種非滾刷接觸的晶圓清洗方法，取代現(xiàn)有CMP清洗エ藝中第一歩接觸式PVC滾刷刷洗過程，以減少或消除刷洗過程帶來的晶圓表面劃傷問題。主要思路是CMPエ藝后第一步晶圓清洗エ藝采用非滾刷接觸的晶圓清洗方法來清洗晶圓，取代現(xiàn)有的接觸式PVC滾刷刷洗過程，消除刷洗過程帶來的晶圓表面劃傷；第二步根據(jù)エ藝需要，使用非滾刷接觸的晶圓清洗方法或是PVC滾刷刷洗或是用pencile刷洗，進ー步鞏固清洗效果。具體地，本發(fā)明提供了ー種化學機械平坦化后清洗晶圓的方法，包括步驟A，將晶圓放置在晶圓夾持機構(gòu)上；步驟B，驅(qū)動晶圓旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，以帶動晶圓夾持機構(gòu)和晶圓共同旋轉(zhuǎn)；步驟C，進行化學清洗，通過清洗液供應(yīng)懸梁向晶圓表面供應(yīng)化學清洗液，其中清洗 液供應(yīng)懸梁與晶圓表面間隔一定距離；步驟D，進行去離子水清洗，通過清洗液供應(yīng)懸梁向晶圓表面供應(yīng)去離子水，清洗掉化學清洗液和清洗產(chǎn)物；步驟E，進行第二步エ藝清洗，進一步鞏固清洗效果；以及步驟F，對晶圓進行干燥。其中步驟A中，晶圓通過機械夾持和/或伯努力氣墊式夾持固定在晶圓夾持裝置上。其中，步驟C和/或D中，向化學清洗液或去離子水中施加氣壓或聲波，以增強清洗效果。其中，加入氣體為空氣或氮氣，化學清洗液噴射速度為I 8m/s。其中，聲波為兆聲波。其中，步驟C還包括通過晶圓旋轉(zhuǎn)機構(gòu)內(nèi)置的管線向晶圓背面供應(yīng)化學清洗液或去離子水。其中，化學清洗液包括氨水、有機檸檬酸、雙氧水、鹽酸、卡若斯酸、氫氟酸、硝酸、膽堿、三甲基(2-輕基-甲基)氫氧化銨、臭氧化水、硫酸及其組合。其中，在步驟D之后，進行第二步エ藝清洗；第二步根據(jù)エ藝需要，使用與步驟C相同的非滾刷接觸的晶圓清洗方法，或是采用PVC滾刷刷洗或是用pencile刷洗，進ー步鞏固清洗效果。依照本發(fā)明的晶圓清洗方法，由于采用非接觸式的懸梁供應(yīng)清洗液和去離子水清洗晶圓表面，減少或消除了接觸式刷洗過程可能帶來的晶圓表面劃傷問題，提高晶圓器件的良率。本發(fā)明所述目的，以及在此未列出的其他目的，在本申請獨立權(quán)利要求的范圍內(nèi)得以滿足。本發(fā)明的實施例限定在獨立權(quán)利要求中，具體特征限定在其從屬權(quán)利要求中。


以下參照附圖來詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案，其中圖I顯示了現(xiàn)有技術(shù)的PVC滾刷刷洗晶圓的示意圖；圖2顯示了現(xiàn)有技術(shù)的Pencile刷刷洗晶圓的示意圖；以及圖3顯示了依照本發(fā)明的非滾刷接觸單片清洗晶圓設(shè)備的示意圖。附圖標記I 基臺
2晶圓旋轉(zhuǎn)機構(gòu)3晶圓夾持機構(gòu)4清洗液供應(yīng)懸梁5 噴嘴6 晶圓
具體實施例方式以下參照附圖并結(jié)合示意性的實施例來詳細說明本發(fā)明技術(shù)方案的特征及其技術(shù)效果，公開了方法。需要指出的是，類似的附圖標記表示類似的結(jié)構(gòu)，本申請中所用的術(shù)語“第一”、“第二”、“上”、“下”等等可用于修飾各種器件結(jié)構(gòu)或エ藝步驟。這些修飾除非特 別說明并非暗示所修飾器件結(jié)構(gòu)或エ藝步驟的空間、次序或?qū)蛹夑P(guān)系。參照圖3，顯示了依照本發(fā)明的非滾刷接觸單片清洗晶圓設(shè)備的示意圖，包括有基臺I、晶圓旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2、晶圓夾持機構(gòu)3、清洗液供應(yīng)懸梁4等。其中，基臺I固定在CMP設(shè)備清洗模塊內(nèi)部，用干支承其上的晶圓旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2。晶圓旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2可伸縮地機械耦合至基臺1，例如通過軸承。晶圓旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2和/或基臺I中包含驅(qū)動電機(未示出)，可使得晶圓旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2繞基臺I的縱軸旋轉(zhuǎn)。晶圓夾持機構(gòu)3機械耦合至晶圓旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2，例如通過螺栓或卡槽，因此當晶圓旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2在驅(qū)動電機帶動下旋轉(zhuǎn)吋，晶圓夾持機構(gòu)3以及其上的晶圓6也將ー并同步旋轉(zhuǎn)。晶圓夾持機構(gòu)3用于固定、夾持CMP后待清洗的晶圓6，夾持方式包括伯努力氣墊式和/或機械夾持方式，機械夾持方式例如槽齒卡合、凸緣夾持等等。晶圓夾持機構(gòu)3的上方具有清洗液供應(yīng)懸梁4，與晶圓夾持機構(gòu)3以及晶圓6間隔一定距離，清洗液供應(yīng)懸梁4的下表面上包含用于供應(yīng)清洗液的多個噴嘴5，多個噴嘴5優(yōu)選地等距設(shè)置以實現(xiàn)均勻清洗。雖然圖3所示的清洗液供應(yīng)懸梁4僅固定地位于晶圓夾持機構(gòu)3的某ー側(cè)，但是該兩者的水平以及垂直距離和設(shè)置方式可以根據(jù)清洗エ藝需要而合理調(diào)整，例如清洗液供應(yīng)懸梁4與晶圓夾持機構(gòu)3長度相等且固定設(shè)置為不可旋轉(zhuǎn)，或者清洗液供應(yīng)懸梁4長度為晶圓夾持機構(gòu)3長度的一半且通過額外的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(未顯示)而設(shè)置為可繞基臺I的縱軸旋轉(zhuǎn)，又例如清洗液供應(yīng)懸梁4盡可能貼近晶圓夾持結(jié)構(gòu)3以便減少清洗液的浪費。清洗液供應(yīng)懸梁4在外部控制系統(tǒng)(未示出)的控制下，依照不同的エ藝流程在不同時間段內(nèi)向晶圓6表面供應(yīng)不同的清洗液，具體的使用方法以下將詳述。依照本發(fā)明的清洗晶圓的方法包括以下幾個步驟首先，步驟A，將晶圓放置在晶圓夾持機構(gòu)上。其中，可以通過機械手將事先已經(jīng)經(jīng)過了 CMPエ藝處理的晶圓6表面(也即其上形成了半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的那一面)朝上放置在晶圓夾持機構(gòu)3上，然后通過晶圓夾持機構(gòu)3將晶圓6的邊緣卡合固定住。 其次，步驟B，驅(qū)動晶圓旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，以帶動晶圓夾持機構(gòu)和晶圓共同旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動方式可以是由基臺I內(nèi)設(shè)的電機驅(qū)動，也可以是由晶圓旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2內(nèi)設(shè)的電機驅(qū)動，還可以是兩者共同旋轉(zhuǎn)以加速啟動、減少耗時。再次，步驟C，第一次化學清洗，通過清洗液供應(yīng)懸梁向晶圓表面供應(yīng)化學清洗液。具體地，隨著晶圓6的轉(zhuǎn)動，懸在晶圓上方表面的清洗液供應(yīng)梁4的多個噴嘴5同時噴出清洗液，對晶圓6表面進行化學液清洗。所使用的化學清洗液依據(jù)CMP對象的材質(zhì)不同而選擇，例如可以是氨水、有機檸檬酸、雙氧水、鹽酸、卡若斯酸、氫氟酸、硝酸、膽堿、三甲基(2-羥基-甲基)氫氧化銨、臭氧化水、硫酸等等以及這些清洗液的組合，其配比依照待清洗的化學物質(zhì)以及清洗速度而選定。清洗液還可以是超臨界流體，例如丙烯酸與5%體積比的ニ氧化碳的混合物。為了增強清洗去除小顆粒的效果，還可以通過額外的儲氣槽或供氣管線向清洗液供應(yīng)梁4供應(yīng)加壓的空氣或氮氣。進ー步地，還可以在清洗液供應(yīng)系統(tǒng)中加入額外的聲波裝置，借助超聲波(20 800kHz)或兆聲波(大于800kHz)來進ー步增強去顆粒的清洗效果，但是對于那些精細結(jié)構(gòu)器件，例如MEMS傳感器、納米級芯片等等，兆聲波清洗可能具有一定的挑戰(zhàn)性。清洗液噴出的速度依照晶圓大小、噴嘴與晶圓間距、流體邊界層厚度、清洗效果等等來設(shè)置，例如為lm/s 8m/s，特別是4m/s?；瘜W清洗時，不僅可以通過清洗液供應(yīng)懸梁4的噴嘴5從晶圓6的正面進行清洗，還可以通過設(shè)置在晶圓夾持機構(gòu)2內(nèi)的額外的液體供應(yīng)管線(未示出)對晶圓背面進行清洗，清洗液可以與正面清洗液相同為加氣壓或聲波的化學清洗液，也可以僅是加氣壓或聲波的去離子水。接著，步驟D，第一次去離子水清洗，通過清洗液供應(yīng)懸梁向晶圓表面供應(yīng)去離子水，清洗掉化學清洗液和清洗產(chǎn)物。與上一步類似的，為了增強清洗效果，可以向去離子水中加氣壓或加聲波，使得去離子水高速噴射到晶圓表面。 在步驟D之后，采用步驟E，對晶圓表面進行第二次化學清洗。其中，第二次化學清洗可以是與步驟C相同的使用圖3所示的設(shè)備進行的非滾刷接觸的晶圓清洗エ藝，也即通過清洗液供應(yīng)懸梁向晶圓表面供應(yīng)化學清洗液，也可以是與傳統(tǒng)CMP清洗相同的PVC滾刷刷洗或是Pencile刷洗方式。最后，步驟F，對晶圓進行干燥。例如可以將空氣或氮氣流吹送到晶圓6表面，或是以一定低溫進行烘干。依照本發(fā)明的晶圓清洗方法，由于采用非接觸式的懸梁供應(yīng)清洗液和去離子水清洗晶圓表面，減少或消除了接觸式刷洗過程可能帶來的晶圓表面劃傷問題，提高晶圓器件的良率。盡管已參照ー個或多個示例性實施例說明本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知曉無需脫離本發(fā)明范圍而對エ藝流程做出各種合適的改變和等價方式。此外，由所公開的教導(dǎo)可做出許多可能適于特定情形或材料的修改而不脫離本發(fā)明范圍。因此，本發(fā)明的目的不在于限定在作為用于實現(xiàn)本發(fā)明的最佳實施方式而公開的特定實施例，而所公開的器件結(jié)構(gòu)及其制造方法將包括落入本發(fā)明范圍內(nèi)的所有實施例。
權(quán)利要求
1.一種化學機械平坦化后清洗晶圓的方法，包括 步驟A，將晶圓放置在晶圓夾持機構(gòu)上； 步驟B，驅(qū)動晶圓旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，以帶動晶圓夾持機構(gòu)和晶圓共同旋轉(zhuǎn)； 步驟C，進行第一次化學清洗，通過清洗液供應(yīng)懸梁向晶圓表面供應(yīng)化學清洗液，其中清洗液供應(yīng)懸梁與晶圓表面間隔一定距離； 步驟D，進行第一次去離子水清洗，通過清洗液供應(yīng)懸梁向晶圓表面供應(yīng)去離子水，清洗掉化學清洗液和清洗產(chǎn)物； 步驟E，進行第二步工藝清洗，進一步鞏固清洗效果；以及 步驟F，對晶圓進行干燥。
2.如權(quán)利要求I的方法，其中步驟A中，晶圓通過機械夾持和/或伯努力氣墊式夾持固定在晶圓夾持裝置上。
3.如權(quán)利要求I的方法，其中，步驟C和/或D中，向化學清洗液或去離子水中施加氣壓或聲波，以增強清洗效果。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中，加入氣體為空氣或氮氣，化學清洗液噴射速度為I 8m/s。
5.如權(quán)利要求I的方法，其中，聲波為兆聲波。
6.如權(quán)利要求I的方法，其中，步驟C還包括通過晶圓旋轉(zhuǎn)機構(gòu)內(nèi)置的管線向晶圓背面供應(yīng)化學清洗液或去離子水。
7.如權(quán)利要求I的方法，其中，化學清洗液包括氨水、有機檸檬酸、雙氧水、鹽酸、卡若斯酸、氫氟酸、硝酸、膽堿、三甲基(2-羥基-甲基)氫氧化銨、臭氧化水、硫酸及其組合。
8.如權(quán)利要求I的方法，其中，第二步工藝清洗使用與步驟C相同的非滾刷接觸的晶圓清洗方法。
9.如權(quán)利要求8的方法，其中，第二步工藝清洗采用PVC滾刷刷洗或是用pencile刷刷洗。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種化學機械平坦化后清洗晶圓的方法，包括將晶圓放置在晶圓夾持機構(gòu)上驅(qū)動晶圓旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，以帶動晶圓夾持機構(gòu)和晶圓共同旋轉(zhuǎn)；進行第一次化學清洗，通過清洗液供應(yīng)懸梁向晶圓表面供應(yīng)化學清洗液，其中清洗液供應(yīng)懸梁與晶圓表面間隔一定距離；進行第一次去離子水清洗，通過清洗液供應(yīng)懸梁向晶圓表面供應(yīng)去離子水，清洗掉化學清洗液和清洗產(chǎn)物；進行第二步工藝清洗，進一步鞏固清洗效果；對晶圓進行干燥。依照本發(fā)明的晶圓清洗方法，由于采用非接觸式的懸梁供應(yīng)清洗液和去離子水清洗晶圓表面，減少或消除了接觸式刷洗過程可能帶來的晶圓表面劃傷問題，提高晶圓器件的良率。
文檔編號B08B3/02GK102810459SQ20111014972
公開日2012年12月5日 申請日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
發(fā)明者楊濤, 趙超, 李俊峰 申請人:中國科學院微電子研究所