TWI438038B - 在拋光由矽組成的半導體晶圓的程序之後立即清潔該半導體晶圓的方法 - Google Patents
在拋光由矽組成的半導體晶圓的程序之後立即清潔該半導體晶圓的方法 Download PDFInfo
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Description
本發明係關於一種在化學機械拋光一由矽組成的半導體晶圓的程序之後立即清潔該半導體晶圓以去除拋光劑殘餘物的方法。
通常對由矽組成的半導體晶圓實施化學機械拋光(CMP)以使該半導體晶圓的一個或二個面光滑化。在拋光程序之後，半導體晶圓被拋光劑的殘餘物污染，並且必須加以清潔。必須盡可能迅速地去除該殘餘物，這是因為其會侵蝕半導體晶圓的敏感表面，且必需盡可能完全地加以去除，這是因為留在經清潔的表面上的顆粒會導致表面缺陷，之後這些表面缺陷無法通過清潔加以去除。此外，出於經濟方面的原因，該清潔過程還必須在盡可能短的時間內完成。
DE 10 2007 032 385 A1描述了一種用於在CMP之後在模組結構化的清潔設備中清潔半導體晶圓的方法。在該方法中，分別單獨地在至少二清潔模組中對半導體晶圓進行清潔，並在一乾燥模組中進行乾燥。一包括三個子步驟且目的係在於去除金屬污染物的清潔順序係在同一清潔模組中進行。
在EP 0 708 480 A1中，作為一使用包含氫氧化銨、過氧化氫和水的清潔溶液進行清潔的有利的替代方案，建議半導體晶圓在拋光程序之後首先使用氫氟酸含水溶液進行清潔，隨後使用含有臭氧的水進行沖洗，最後在存在水的情況下使用刷子進行清潔。
US 5,944,906描述了一種方法，藉由該方法在拋光程序之後對表面係由至少二種不同材料所形成的半導體晶圓進行清潔。在採用該方法時，半導體晶圓係依次以一系列含水的清潔溶液進行處理。該系列包括氫氟酸、pH在1至4範圍內的表面活性劑溶液、氫氧化銨含水溶液、pH在8至10範圍內的表面活性劑溶液和去離子水。
本發明之目的在於提供一種清潔方法，該方法可藉由對由矽組成的半導體晶圓在化學機械拋光的程序之後單獨地且以高生產量有效地去除在經拋光的正面及背面上的拋光程序殘餘物。
該目的是借助於在化學機械拋光一由矽組成的半導體晶圓的程序之後立即清潔該半導體晶圓的方法而實現的，該方法包括以以下所示順序進行的步驟：
a)將該半導體晶圓由一拋光盤轉移至一第一清潔模組，其中在該轉移過程中用水以不大於1000 Pa的壓力噴灑該半導體晶圓的二個側面至少一次；
b)在供應水的情況下在旋轉的滾筒之間清潔該半導體晶圓；
c)以一含有氟化氫及一表面活性劑的含水溶液以不大於70000 Pa的壓力噴灑該半導體晶圓的側面；
d)用水以不大於20000 Pa的壓力噴灑該半導體晶圓的側面；
e)將該半導體晶圓浸入一含水的鹼性清潔溶液中；
f)在供應水的情況下在旋轉的滾筒之間清潔該半導體晶圓；
g)以水噴灑該半導體晶圓；以及
h)乾燥該半導體晶圓。
該方法能夠在化學機械拋光一由矽組成的半導體晶圓的程序之後立即迅速且有效地清潔該半導體晶圓之經拋光的正面及背面。
該半導體晶圓在該方法中係於不同的清潔模組中進行處理。清潔模組為一功能單元，在其中半導體晶圓的清潔是藉由以液體噴灑該半導體晶圓的側面、藉由將半導體晶圓浸入浴中、或藉由在供應水或供應清潔溶液的情況下在旋轉的滾筒之間清潔半導體晶圓而進行的。半導體晶圓較佳係在所述處理期間在清潔模組中繞其中心旋轉，較佳係在垂直平面內旋轉。
該方法包括特定的操作順序，其在整體上實現了本發明的目的。根據該方法清潔的由矽組成的半導體晶圓，在被顆粒污染方面具有已經在將要進行包裝及發送給客戶的經拋光的由矽組成的半導體晶圓所期待範圍內的清潔度。同時，從根據該方法的步驟a)由拋光盤進行轉移計算至在該方法的步驟h)中的乾燥完全結束，其中計入了半導體晶圓由自動機進行輸送的時間，該方法耗時不大於360秒，較佳為不大於300秒。
在採用該方法時，每單位時間(循環時間)經乾燥的半導體晶圓的產出量為每75秒至少一半導體晶圓，較佳為每66秒至少一半導體晶圓。
該方法包括由拋光盤轉移至一第一清潔模組、清潔步驟b)至g)、以及最後在乾燥模組中乾燥半導體晶圓。較佳係使用不多於三個清潔模組實施該方法的清潔步驟b)至g)，這有助於獲得高的生產量。
用於清潔半導體晶圓的水較佳為去離子水。
在該方法開始時，將在其經拋光的正面及其背面黏附有拋光劑殘餘物的半導體晶圓盡可能迅速地由拋光盤輸送至一第一清潔模組。在該轉移過程中，用水噴灑半導體晶圓的二個面至少一次，其中半導體晶圓較佳係保持水平或垂直。特別較佳係使半導體晶圓藉助一將其自邊緣處進行夾持的自動機系統輸送至一接受站(acceptance station)並放置於該處，在該處根據該方法的步驟a)以水對其進行噴灑，隨後藉助自動機系統將其進一步輸送至該第一清潔模組。以水噴灑側面的過程耗時較佳為不小於1秒且不大於10秒。若時間短於1秒，則對該方法的效果有不利影響，而若長於10秒，則不利於該方法的生產率。
在該方法的步驟a)的過程中以水噴灑半導體晶圓的側面所採用的壓力為不大於1000 Pa(10 mbar)。若在該方法中此處的壓力更高，則當以水噴灑剛經拋光且因此敏感的半導體晶圓時，存在由於更高的壓力而產生無法在之後藉由清潔加以去除之表面缺陷的風險。
該方法的步驟b)至d)較佳係在第一清潔模組中實施。
該方法的步驟b)包括在供應水的情況下在旋轉的滾筒之間清潔半導體晶圓。該滾筒較佳係具有由諸如聚乙烯醇之塑膠製成的海綿狀覆蓋物，半導體晶圓在清潔時與之接觸。旋轉的刷子也是合適的。半導體晶圓在該處理過程中較佳係保持垂直，並繞其中心旋轉。該方法的步驟b)耗時較佳為不小於10秒且不大於30秒。若時間短於10秒，則對該方法的效果有不利影響，而若長於30秒，則不利於該方法的生產率。
該方法的步驟c)包括以一含有氟化氫及至少一表面活性劑的含水溶液噴灑半導體晶圓的側面。半導體晶圓在該處理過程中較佳係保持垂直，並繞其中心旋轉。該方法的步驟c)耗時較佳為不小於20秒且不大於30秒。若時間短於20秒，則對該方法的效果有不利影響，而若長於30秒，則不利於該方法的生產率。
氟化氫(HF)的濃度較佳為0.5至1.5重量%，表面活性劑的濃度較佳為0.015至0.03重量%。較佳係考慮含有一或多個酸基且相應地形成一pH小於7的含水溶液的表面活性劑。
在該方法的步驟c)的過程中以一含水溶液噴灑半導體晶圓的側面所採用的壓力為不大於70000 Pa(0.7 bar)且較佳為不小於40000 Pa(0.4 bar)。若在該方法中此處所採用的壓力更高，則存在當以含水溶液噴灑半導體晶圓時產生無法在之後藉由清潔加以去除之表面缺陷的風險。若壓力過低，則清潔不完全。
該方法的步驟d)包括以水噴灑半導體晶圓的側面。半導體晶圓在該處理過程中較佳係保持垂直，並繞其中心旋轉。該方法的步驟d)耗時較佳為不小於1秒且不大於10秒。若時間長於10秒，則不利於該方法的生產率。
在步驟d)的過程中以水噴灑半導體晶圓的側面所採用的壓力為不大於20000 Pa(0.2 bar)。若在該方法中此處所採用的壓力更高，則存在當以水噴灑半導體晶圓時產生無法在之後藉由清潔加以去除之表面缺陷的風險。
該方法的步驟e)較佳係在一第二清潔模組中實施。包括將半導體晶圓浸入一含水的鹼性清潔溶液中。半導體晶圓在該處理過程中較佳係保持垂直，並繞其中心旋轉。該清潔溶液的溫度較佳為不小於50℃且不大於60℃。其包含鹼性化合物，較佳為氫氧化四甲基銨(TMAH)，以及過氧化氫(H2
O2
)(若合宜)。該鹼性化合物的濃度較佳在0.1至0.4重量%的範圍內，過氧化氫的濃度較佳在0.7至1.5重量%的範圍內。
該方法的步驟e)耗時較佳為不小於40秒且不大於60秒。若時間短於40秒，則對該方法的效果有不利影響，而若長於60秒，則不利於該方法的生產率。
該方法的步驟f)及g)較佳係在一第三清潔模組中實施。
該方法的步驟f)包括在供應水的情況下在旋轉的滾筒之間清潔半導體晶圓。該滾筒較佳係具有由諸如聚乙烯醇之塑膠製成的海綿狀覆蓋物，半導體晶圓在清潔時與之接觸。旋轉的刷子亦為合適的。半導體晶圓在該處理過程中較佳係保持垂直，並繞其中心旋轉。該方法的步驟f)耗時較佳為不小於10秒且不大於30秒。若時間短於10秒，則對該方法的效果有不利影響，而若長於30秒，則不利於該方法的生產率。
該方法的步驟g)包括以水噴灑半導體晶圓的側面。半導體晶圓在該處理過程中較佳係保持垂直，並繞其中心旋轉。步驟g)耗時較佳為不小於5秒且不大於10秒。若時間短於5秒，則對該方法的效果有不利影響，而若長於10秒，則不利於該方法的生產率。
該方法的步驟h)包括在一乾燥模組中乾燥半導體晶圓。特別較佳為在存在異丙醇蒸汽的情況下進行乾燥的乾燥模組。乾燥過程耗時較佳為不小於45秒且不大於65秒。
根據本發明的方法適合用於清潔由矽組成的半導體晶圓，尤其是直徑為200至450毫米之由矽組成的半導體晶圓。
實施例1：
對由矽組成的半導體晶圓實施化學機械拋光，並以根據本發明的方式在拋光程序之後進行清潔。該方法的效果表現在進行包裝及發送給客戶之前在半導體晶圓上測得的顆粒數量。在所檢驗之半導體晶圓的一半數量中，發現不多於5個最大線性尺寸大於37奈米的顆粒。在一比較的方式中，係根據標準方法清潔半導體晶圓，對於這些半導體晶圓，對應的顆粒數量係在15至20的範圍內。
實施例2：
為了顯示在步驟c)中表面活性劑的重要性，對第一組與第二組半導體晶圓進行化學機械拋光和清潔。每組包括40個由矽組成的半導體晶圓。根據本發明，第二組的清潔在拋光程序之後立即進行。第一組的清潔與第二組的區別僅在於在步驟c)中省略表面活性劑。根據習知技術對經清潔的半導體晶圓實施最終清潔，並檢驗尺寸為40奈米或更大的顆粒的存在。第1圖與第2圖所示為在正面上所發現的顆粒的分佈圖，其中各個分佈圖顯示了在各組半導體晶圓之經拋光的半導體晶圓正面上所發現的顆粒的總數。第1圖與第2圖的比較顯示，在根據本發明進行清潔的半導體晶圓(第二組，第2圖)的正面上所發現的顆粒的數量明顯低於在以非根據本發明方式進行清潔的半導體晶圓(第一組，第1圖)的情況下所發現的顆粒數量。
實施例3：
為了顯示在步驟c)中壓力的重要性，對第三組與第四組半導體晶圓進行化學機械拋光和清潔。每組包括10個由矽組成的半導體晶圓。根據本發明，第四組的清潔在拋光之後立即進行。第三組的清潔與第四組的區別僅在於在步驟c)中用水溶液以100000 Pa的壓力噴灑半導體晶圓的側面。設置60000 Pa的相應的壓力清潔第四組的半導體晶圓。根據現有技術對經清潔的半導體晶圓實施最終清潔，並檢驗尺寸為40奈米或更大的顆粒的存在。第3圖及第4圖所示為在正面上所發現的顆粒的分佈圖，其中各個分佈圖顯示了在各組半導體晶圓之半導體晶圓正面上所發現的顆粒的總數。第3圖與與第4圖的比較顯示，在根據本發明進行清潔的半導體晶圓(第四組，第4圖)的正面上所發現的顆粒的數量明顯低於在以非根據本發明方式進行清潔的半導體晶圓(第三組，第3圖)的情況下所發現的顆粒數量。
第1圖為非根據本發明方式進行清潔之半導體晶圓(第一組)之正面上所發現的顆粒的分佈圖；
第2圖為根據本發明進行清潔之半導體晶圓(第二組)之正面上所發現的顆粒的分佈圖；
第3圖為非根據本發明方式進行清潔之半導體晶圓(第三組)之正面上所發現的顆粒的分佈圖；以及
第4圖為根據本發明進行清潔之半導體晶圓(第四組)之正面上所發現的顆粒的分佈圖。
Claims (7)
- 一種在化學機械拋光一由矽組成的半導體晶圓的程序之後立即清潔該半導體晶圓的方法，該方法包括以以下所示順序進行的步驟：a)將該半導體晶圓由一拋光盤轉移至一第一清潔模組，其中在該轉移過程中用水以不大於1000 Pa的壓力噴灑該半導體晶圓的二個側面至少一次；b)在供應水的情況下在旋轉的滾筒之間清潔該半導體晶圓；c)以一含有氟化氫及一表面活性劑的含水溶液以不大於70000 Pa的壓力噴灑該半導體晶圓的側面；d)用水以不大於20000 Pa的壓力噴灑該半導體晶圓的側面；e)將該半導體晶圓浸入一含水的鹼性清潔溶液中；f)在供應水的情況下在旋轉的滾筒之間清潔該半導體晶圓；g)以水噴灑該半導體晶圓；以及h)乾燥該半導體晶圓。
- 如請求項1的方法，其中步驟b)至d)係在該第一清潔模組中實施，步驟e)係在一第二清潔模組中實施，而步驟f)及g)係在一第三清潔模組中實施。
- 如請求項1或2的方法，其中該半導體晶圓在步驟b)至g)中係保持垂直，並繞其中心旋轉。
- 如請求項1或2的方法，其中步驟b)至g)係在以下持續時間內實施：步驟b)的持續時間為不小於10秒且不大於30秒，步驟c)的持續時間為不小於20秒且不大於30秒，步驟d)的持續時間為不小於1秒且不大於10秒，步驟e)的持續時間為不小於40秒且不大於60秒，步驟f)的持續時間為不小於10秒且不大於30秒，以及步驟g)的持續時間為不小於5秒且不大於10秒。
- 如請求項1或2的方法，其中由根據步驟a)從該拋光盤轉移該半導體晶圓至完成根據步驟h)乾燥該半導體晶圓的耗時不大於360秒。
- 如請求項1或2的方法，其中在不大於75秒的循環時間後取出該經乾燥的半導體晶圓。
- 如請求項1或2的方法，其中該經清潔的半導體晶圓的直徑在200毫米至450毫米的範圍內。
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