專利名稱：一種晶圓清洗的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及集成電路加工工藝技術，具體涉及一種晶圓清洗的裝置。
背景技術：
目前，隨著半導體產業的迅速發展，集成電路設計迅速發展，相應地集成電路制造中的加工工藝也得到了飛速的發展。集成電路制造的線寬越來越小，集成電路的功能越發強大，同時單位芯片的成本日益降低。然而，隨著制程工藝的進步，越來越小的線寬使得各種深亞微米尺寸的分子微粒或更小尺寸的原子微粒對當前工藝條件下的集成電路造成的影響越發明顯，微粒污染是造成目前超大規模集成電路(Very Large Scale Integration，VLSI)芯片良率不易提升的主要問題，因此晶圓(Wafer)表面微粒的去除技術就成為當前集成電路加工中的一個重要課題。
晶圓加工工藝的每一個步驟，無論是刻蝕(Etch)、氧化、沉積、去光阻還是化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)等，都會造成晶圓表面的微粒污染，通常采用的對晶圓表面進行清洗以去除表面微粒的方法分為濕式法或干式法濕式法利用溶劑、酸堿性溶液、接口活性劑以及混合和/或純凈水進行洗滌、氧化、浸蝕及溶解等清洗方式；而干式法則利用高能條件下(比如高熱能、電能或放射能)的化學反應進行表面清潔。
例如，Etch工藝流程后，反應氣體與晶圓表面的成分反應時產生的副產品會附著在晶圓的表面，或者在CMP工藝過程后，晶圓上會殘留堿性金屬離子，如鉀離子或鈉離子，以及過渡金屬離子，如鎳、鐵、鋅等。這些金屬離子可能吸附在晶圓表面，也可能因為研磨時的應力(即晶圓的表面損傷)而擴散至晶圓內部的氧化硅層內。此時，采用堿性水溶液(如氨水)清洗去除微粒污染，所述堿性水溶液中的氫氧根離子與上述金屬離子結合產生氫氧化物沉淀；再采用稀釋后的酸性水溶液(如氫氟酸)繼續清洗，借助酸性水溶液對晶圓表面氧化硅層的輕微腐蝕，將所述擴散至晶圓內部氧化硅層內的金屬離子去除；同時，由于鋁合金及銅等金屬導線極易被酸性及堿性溶液腐蝕，以及研磨研漿的殘留干燥后會形成鍵結力極強的氧橋基鍵結，因此，使用上述清洗液(包括堿性水溶液和稀釋后的酸性水溶液)清洗后，還需要再使用大量的去離子水(DI)進行清洗、浸潤。
目前芯片工藝商通常采用由專門的設備供應商提供的晶圓清洗裝置，其示意圖如圖1所示，其中包括 晶圓托盤101，具有旋轉自由度； 清洗液傳送導管102，其輸出端安裝有清洗液噴頭103； 清洗液噴頭103，其開口垂直朝向所述晶圓托盤101、在平行于所述晶圓托盤的平面內，沿所述晶圓托盤的直徑方向左右掃描，且距離晶圓托盤101的垂直距離為3～5cm； 去離子水傳送導管104，其輸出端安裝有去離子水噴頭105； 去離子水噴頭105，其開口垂直朝向所述晶圓托盤101、且距離晶圓托盤101的垂直距離為3～5cm。
這樣，晶圓承載于晶圓托盤101、且在晶圓托盤101的帶動下旋轉，同時，清洗液和去離子水分別由清洗液噴頭103和去離子水噴頭105噴射在晶圓上，去除晶圓表面的各種污染微粒，從而實現對晶圓的清洗。
上述清洗裝置雖然能夠實現對晶圓的清洗但會存在以下問題 當Etch或CMP工藝流程結束后，晶圓會產生表面靜電，其靜電電勢在晶圓表面的分布如圖2所示越靠近晶圓邊緣，等電勢曲線紋理越密集，即，晶圓表面靜電的電勢在越靠近邊緣處越高。由于晶圓放置在承載座上并通過絕緣支架固定，因此所述表面靜電無法通過承載座的支架進行放電。
在向晶圓表面噴射化學溶液及去離子水對晶圓表面進行清洗的過程中，如圖3所示，在所述溶液或去離子水中包含各種離子及一些不溶于水的雜質微粒。由于噴射化學溶液及去離子水的噴頭距離晶圓表面高度有限，因此液體沖刷速度有限、裹挾能力不高；同時晶圓表面靜電越靠近邊緣分布越密集，又使得化學溶液及去離子水中的微粒受到的靜電吸附作用越靠近邊緣越強烈，因此，其中的一些體積較小的微粒(一般直徑小于20微米)會由于靜電的作用而被吸附在晶圓表面無法清除，即清洗晶圓表面式會由于晶圓表面存在靜電而形成新的微粒污染，且這種微粒污染則會極大地影響晶圓的良率。
為了解決這一問題，一些半導體工藝廠商通過連接導電介質的方法(如采用離子棒)對晶圓的表面靜電進行傳導放電，但這種方式會增加操作裝置的復雜程度、提高操作裝置的成本，而且經過實驗證明，其放電效果并不理想，無法有效地將晶圓表面的大部分靜電去除。
可見，現有技術在進行晶圓清洗時無法有效去除晶圓上的表面靜電，導致對晶圓的清洗效果不佳，使得最終得到的晶圓良率不高、芯片的生產成本無法有效降低。
發明內容
本發明實施例提供一種晶圓清洗的裝置，能夠有效地去除晶圓的表面靜電，改善對晶圓的清洗效果。
為達到上述目的，本發明的技術方案具體是這樣實現的 一種晶圓清洗的裝置，包括 晶圓托盤，具有旋轉自由度； 清洗液傳送導管，其輸出端安裝有清洗液噴頭； 清洗液噴頭，其開口垂直朝向所述晶圓托盤、在平行于所述晶圓托盤的平面內，沿所述晶圓托盤的直徑方向左右掃描； 去離子水傳送導管，其輸出端安裝有去離子水噴頭； 去離子水噴頭，其開口垂直朝向所述晶圓托盤； 該裝置還包括升降機構，其自由端與所述清洗液噴頭相固定，并能夠帶動所述清洗液噴頭在垂直于所述晶圓托盤的方向移動。
所述清洗液傳送導管為剛性材料； 所述清洗液噴頭通過所述剛性材料的清洗液傳送導管固定于所述升降機構的自由端。
所述升降機構為密閉空心套筒，其軸線垂直于所述晶圓托盤，清洗液自其固定端輸入、自其自由端輸出； 所述剛性材料的清洗液傳送導管的輸入端，安裝于所述密閉空心套筒的自由端。
所述升降機構為可調支架； 所述剛性材料的清洗液傳送導管的外壁固定于所述可調支架的自由端。
所述清洗液傳送導管為剛性材料； 所述清洗液噴頭直接固定于所述升降機構的自由端。
所述升降機構為密閉空心套筒，其軸線垂直于所述晶圓托盤，清洗液自其固定端輸入、自其自由端輸出； 所述清洗液傳送導管為剛性材料，其輸出端安裝于所述密閉空心套筒的固定端； 所述清洗液噴頭安裝于所述密閉空心套筒的自由端。
所述清洗液傳送導管為塑性材料； 所述清洗液噴頭直接固定于所述升降機構的自由端。
所述升降機構為可調支架； 所述清洗液噴頭安裝于所述可調支架的自由端。
所述清洗液噴頭在所述升降機構的自由端帶動下，在距所述晶圓托盤3至18厘米的范圍內移動。
所述去離子水中進一步混合有二氧化碳。
由上述的技術方案可見，本發明實施例的晶圓清洗的裝置能夠調節清洗液噴頭相比于晶圓的高度。由于能夠提高清洗液噴頭相對于晶圓的高度，因而清洗液經清洗液噴頭噴射出時的勢能也會有所提高，相應地，清洗液到達晶圓表面時的動能也就隨之提高，因而清洗液中的雜質微粒由于具有更大動能而克服晶圓表面靜電的吸附，從而改善晶圓的清洗效果。
此外，本發明的較佳實施例中還進一步通過在去離子水中注入CO2氣體，實現減少部分晶圓表面的靜電，進一步改善晶圓的清洗效果。
圖1為現有技術中晶圓清洗裝置的結構示意圖。
圖2為現有技術中晶圓表面靜電的電勢分布示意圖。
圖3為現有技術中使用化學溶液和去離子水進行晶圓清洗的示意圖。
圖4為本發明實施例中晶圓清洗的裝置的組成結構示意圖。
圖5(a)為本發明第一實施例中一種晶圓清洗的裝置的組成結構示意圖。
圖5(b)為本發明第一實施例中另一種晶圓清洗的裝置的組成結構示意圖。
圖6為本發明第二實施例中晶圓清洗的裝置的組成結構示意圖。
圖7為本發明第三實施例中晶圓清洗的裝置的組成結構示意圖。
具體實施例方式 為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發明進一步詳細說明。
本發明實施例提供一種晶圓清洗的裝置，其組成結構如圖4所示，其中包括晶圓托盤101、清洗液傳送導管102、清洗液噴頭103、去離子水傳送導管104、去離子水噴頭105、升降機構400。
晶圓托盤101，用于承載晶圓并具有旋轉自由度，從而能夠帶動晶圓旋轉。
清洗液傳送導管102，其輸出端安裝有清洗液噴頭103。其中，清洗液噴頭103的開口垂直朝向所述晶圓托盤101、在平行于所述晶圓托盤的平面內，沿所述晶圓托盤的直徑方向左右掃描，來自清洗液傳送導管102的清洗液，由清洗液噴頭103垂直噴向承載于晶圓托盤101的晶圓，實現對晶圓的清洗。
去離子水傳送導管104，其輸出端安裝有去離子水噴頭105。其中，去離子水噴頭105的開口垂直朝向所述晶圓托盤101、且距離晶圓托盤101的垂直距離為3～5cm。
在如圖4所示的裝置中，還包括升降機構400，其自由端與所述清洗液噴頭103相固定，并能夠帶動所述清洗液噴頭103在垂直于所述晶圓托盤101的方向移動。
這樣，即可通過調節升降結構400的自由端來調整清洗液噴頭103相對于晶圓托盤101的高度。如果清洗液噴頭103相對于晶圓托盤101的高度增加了，則清洗液經清洗液噴頭103噴射出時，其勢能也會有所提高，相應地，清洗液到達晶圓表面時的動能也就隨之提高，因而使清洗液中的雜質微粒由于具有更大動能而克服晶圓表面靜電的吸附，從而改善晶圓的清洗效果。
對于上述升降機構400的結構以及連接方式，本發明實施例提供了多種具體實現方式，以下分別進行說明。
實施例一 在實施例一中，清洗液傳送導管102為剛性材料，升降機構400為密封空心套筒。該密封空心套筒的軸線垂直于晶圓托盤101，且密封空心套筒的一端為固定端，另一端為自由端，清洗液噴頭103通過剛性材料的清洗液傳送導管102固定于密封空心套筒的自由端。
本實施例中作為升降機構的密封空心套筒與清洗液噴頭103可采用如圖5(a)和圖5(b)所示的2種更為具體的連接方式。
參見圖5a，作為升降機構的密閉空心套筒401如圖中兩根平行虛線之間所示的部分，其軸線垂直于所述晶圓托盤101，且其固定端401a向下、自由端401b向上。
提供清洗液的裝置(圖中未示出)可位于密閉空心套筒401下方、且提供清洗液的裝置的出口向上直接與向下的固定端401a對接；或者，提供清洗液的裝置也可位于密閉空心套筒401的任意一側或上方、且出口通過軟管與向下的固定端401a對接。
這樣，清洗液自密閉空心套筒401的固定端401a輸入、由下至上自其自由端401b輸出，且所述清洗液不會自所述密閉空心套筒401的固定端401a與自由端401b的連接處漏出(下文中出現的密閉套筒與此處設置相同，不再贅述)。
在圖5(a)中，剛性材料的清洗液傳送導管102具有兩處直角折彎，中間部分的軸線平行于晶圓托盤101，該中間部分兩側的折彎部分垂直于晶圓托盤101。左側折彎部分向下的輸入端對接于密閉空心套筒401向上的自由端401b、右側折彎部分向下輸出端安裝清洗液噴頭103。
如此，即可實現將清洗液噴頭103通過剛性材料的清洗液傳送導管102固定于密封空心套筒401的自由端401b。當密閉空心套筒401的自由端401b上下移動時，通過剛性材料的清洗液傳送導管102帶動清洗液噴頭103隨之上下移動。
在圖5(b)中，作為升降機構的密閉空心套筒401如圖中兩根平行虛線之間所示的部分，其軸線垂直于所述晶圓托盤101，且其固定端401a向上、自由端401b向下。
提供清洗液的裝置(圖中未示出)可懸掛于密閉空心套筒401上方、且提供清洗液的裝置的出口向下直接與向上的固定端401a對接；或者，提供清洗液的裝置也可位于密閉空心套筒401的任意一側或下方、且提供清洗液的裝置的出口通過軟管或具有折彎的硬管與向上的固定端401a對接，并將密閉空心套筒401的固定端401a懸掛。
這樣，清洗液自密閉空心套筒401的固定端401a輸入、由上至下自其自由端401b輸出。
在圖5(b)中，剛性材料的清洗液傳送導管102為平行于豎直方向的直管，其向上的輸入端對接于密閉空心套筒401向下的自由端401b、向下的輸出端安裝清洗液噴頭103。
如此，也可實現將清洗液噴頭103通過剛性材料的清洗液傳送導管102固定于密封空心套筒401的自由端401b。當密閉空心套筒401的自由端401b上下移動時，通過剛性材料的清洗液傳送導管102帶動清洗液噴頭103隨之上下移動。
實施例二 在實施例二中，清洗液傳送導管102也為剛性材料，升降機構400為例如千斤頂等可調支架。清洗液噴頭103通過剛性材料的清洗液傳送導管102固定于可調支架的自由端。
如圖6所示，剛性材料的清洗液傳送導管102具有兩處直角折彎，中間部分的軸線平行于晶圓托盤101，該中間部分兩側的折彎部分垂直于晶圓托盤101。左側折彎部分向下的輸入端通過軟管對接于提供清洗液的裝置的出口、右側折彎部分向下輸出端安裝清洗液噴頭103。
其中，可調支架402的固定端402a可通過任意方式固定在適當位置，使其自由端402b能夠與剛性材料的清洗液傳送導管102的中間部分接觸，并由其自由端402b支撐剛性材料的清洗液傳送導管102。
如此，即可實現將清洗液噴頭103通過剛性材料的清洗液傳送導管102固定于可調支架402的自由端402b。當可調支架402的自由端402b上下移動時，通過剛性材料的清洗液傳送導管102帶動清洗液噴頭103隨之上下移動。
實施例三 在實施例三中，清洗液傳送導管102為剛性材料，升降機構400為密封空心套筒。該密封空心套筒的軸線垂直于晶圓托盤101，且密封空心套筒的一端為固定端，另一端為自由端，清洗液噴頭103直接固定于密封空心套筒的自由端。
如圖7所示，剛性材料的清洗液傳送導管102具有兩處直角折彎，中間部分的軸線平行于晶圓托盤101，該中間部分兩側的折彎部分垂直于晶圓托盤101。左側折彎部分向下的輸入端對接于提供清洗液的裝置出口、右側折彎部分具有向下的輸出端。
在圖7中，作為升降機構的密閉空心套筒401如圖中兩根平行虛線之間所示的部分，其軸線垂直于所述晶圓托盤101，且其固定端401a向上、自由端401b向下。其中，向上的固定端401a對接于剛性材料的清洗液傳送導管102右側折彎部分的向下輸出端，由于剛性材料的清洗液傳送導管102不會發生形變，因而能夠實現對固定端401a的固定；向下的自由端401b則安裝清洗液噴頭103。
這樣，清洗液自密閉空心套筒401的固定端401a輸入、由上至下自其自由端401b輸出至清洗液噴頭103。
如此，即可實現將清洗液噴頭103直接固定于密封空心套筒401的自由端401b。當密閉空心套筒401的自由端401b上下移動時，直接帶動清洗液噴頭103隨之上下移動。
實施例四 在實施例四中，清洗液傳送導管102為可變性的塑性材料，升降機構400為如千斤頂等的可調支架。清洗液噴頭103直接固定于可調支架的自由端。
可調支架的固定端可通過任意方式固定在適當位置，使得清洗液噴頭103直接固定于作為升降機構的可調支架的自由端，且該固定方式還需保證清洗液噴頭103的開口垂直向下、以及與晶圓托盤101具有適當的距離。
同時，塑性材料的清洗液傳送導管102的輸入端對接于提供清洗液的裝置的出口，塑性材料的清洗液傳送導管102的輸出端對接于清洗液噴頭103。清洗液傳送導管102。
如此，即可實現將清洗液噴頭103直接固定于可調支架的自由端。當可調支架的自由端上下移動時，直接帶動清洗液噴頭103隨之上下移動。
需要指出的是，在上述四個實施例中，清洗液噴頭103在所述升降機構自由端的帶動下，在距所述晶圓托盤101垂直距離為3至18厘米的范圍內移動。
此外，較佳地，所述去離子水中還可以進一步混合二氧化碳。
需要說明的是，本發明實施例所提供的晶圓清洗裝置還可以在噴射清洗液對晶圓表面進行清洗之前，先向晶圓表面噴射去離子水和CO2的混合溶液，預先去除晶圓表面的部分靜電；再噴射清洗液到晶圓表面進行化學反應，提取各種雜質離子；最后再使用去離子水和CO2的混合溶液將提取出的各種雜質離子沖洗干凈。
其原理在于，清洗液噴頭高度提高后，溶液中的雜質和粒子具有的動能變大，液體分子的沖刷效果和裹挾能量也更大，使得清洗液及去離子水中的雜質微粒更不容易被靜電吸附而留在晶圓表面；此外，包含CO2的去離子水不斷通過清洗液噴頭431噴射到晶圓表面，使得晶圓表面的靜電不斷減少，從而對于各種雜質微粒的吸附作用不斷降低，因此本發明實施例中的清洗裝置能夠最大限度的減少清洗過程結束后的晶圓表面存在的污染微粒。
較佳地，如果在噴射清洗液之前，預先噴射去離子水和CO2，則可以預先去除晶圓表面的部分靜電，容易理解，相應地自然可以獲得更好的清洗效果。
采用本發明實施例提供的裝置對晶圓進行清洗，可以得到如下表1所示的結果
表1 其中，編號#1和#2的晶圓采用現有清洗裝置進行清洗，得到的晶圓上存在的缺陷點的數目分別為982和308個，從中任意選擇50個進行分析，可以發現其中49個是由于靜電吸附作用所產生的；編號#3和#4的晶圓采用高度為15cm的清洗液噴頭，此時缺陷點的數目分別為30和32個，而其中由于靜電吸附作用所產生的分別為15和24個；編號#5和#6的晶圓則預先采用含有CO2的去離子水去除晶圓的表面靜電(即表格中Pre-DI表示的含義)，之后再采用高度為15cm的清洗液噴頭進行清洗，由表中可見，此時晶圓的缺陷點分別為6和16個，而由于靜電吸附作用所產生的為0，即完全消除了由于靜電吸附作用而產生的缺陷點。
由上述分析可見，本發明實施例提供的晶圓清洗的裝置，能夠調節清洗液噴頭相比于晶圓的高度。由于能夠提高清洗液噴頭相對于晶圓的高度，因而清洗液經清洗液噴頭噴射出時的勢能也會有所提高，相應地，清洗液到達晶圓表面時的動能也就隨之提高，因而清洗液中的雜質微粒由于具有更大動能而克服晶圓表面靜電的吸附，從而改善晶圓的清洗效果。
本發明的較佳實施例中還進一步通過在去離子水中注入CO2氣體，實現減少部分晶圓表面的靜電，進一步改善晶圓的清洗效果。
此外，容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例，并非用于限定本發明的精神和保護范圍，任何熟悉本領域的技術人員所做出的等同變化或替換，都應視為涵蓋在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種晶圓清洗的裝置，包括
晶圓托盤，具有旋轉自由度；
清洗液傳送導管，其輸出端安裝有清洗液噴頭；
清洗液噴頭，其開口垂直朝向所述晶圓托盤、在平行于所述晶圓托盤的平面內，沿所述晶圓托盤的直徑方向左右掃描；
去離子水傳送導管，其輸出端安裝有去離子水噴頭；
去離子水噴頭，其開口垂直朝向所述晶圓托盤；
其特征在于，該裝置還包括升降機構，其自由端與所述清洗液噴頭相固定，并能夠帶動所述清洗液噴頭在垂直于所述晶圓托盤的方向移動。
2、如權利要求1所述的裝置，其特征在于，
所述清洗液傳送導管為剛性材料；
所述清洗液噴頭通過所述剛性材料的清洗液傳送導管固定于所述升降機構的自由端。
3、如權利要求2所述的裝置，其特征在于，
所述升降機構為密閉空心套筒，其軸線垂直于所述晶圓托盤，清洗液自其固定端輸入、自其自由端輸出；
所述剛性材料的清洗液傳送導管的輸入端，安裝于所述密閉空心套筒的自由端。
4、如權利要求2所述的裝置，其特征在于，
所述升降機構為可調支架；
所述剛性材料的清洗液傳送導管的外壁固定于所述可調支架的自由端。
5、如權利要求1所述的裝置，其特征在于，
所述清洗液傳送導管為剛性材料；
所述清洗液噴頭直接固定于所述升降機構的自由端。
6、如權利要求5所述的裝置，其特征在于，
所述升降機構為密閉空心套筒，其軸線垂直于所述晶圓托盤，清洗液自其固定端輸入、自其自由端輸出；
所述清洗液傳送導管為剛性材料，其輸出端安裝于所述密閉空心套筒的固定端；
所述清洗液噴頭安裝于所述密閉空心套筒的自由端。
7、如權利要求1所述的裝置，其特征在于，
所述清洗液傳送導管為塑性材料；
所述清洗液噴頭直接固定于所述升降機構的自由端。
8、如權利要求7所述的裝置，其特征在于，
所述升降機構為可調支架；
所述清洗液噴頭安裝于所述可調支架的自由端。
9、如權利要求1至8中任意一項所述的裝置，其特征在于，所述清洗液噴頭在所述升降機構的自由端帶動下，在距所述晶圓托盤3至18厘米的范圍內移動。
10、如權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述去離子水中進一步混合有二氧化碳。
全文摘要
本發明公開了一種晶圓清洗的裝置，包括晶圓托盤，具有旋轉自由度；清洗液傳送導管，其輸出端安裝有清洗液噴頭；清洗液噴頭，其開口垂直朝向所述晶圓托盤、在平行于所述晶圓托盤的平面內，沿所述晶圓托盤的直徑方向左右掃描；去離子水傳送導管，其輸出端安裝有去離子水噴頭；去離子水噴頭，其開口垂直朝向所述晶圓托盤；該裝置還包括升降機構，其自由端與所述清洗液噴頭相固定，并能夠帶動所述清洗液噴頭在垂直于所述晶圓托盤的方向移動。本發明實施例中晶圓清洗的裝置能夠調節清洗液噴頭相比于晶圓的高度，使得清洗液中的雜質微粒由于具有更大動能而能夠克服晶圓表面靜電的吸附，從而改善晶圓的清洗效果。
文檔編號B08B3/00GK101673663SQ20081022211
公開日2010年3月17日 申請日期2008年9月9日 優先權日2008年9月9日
發明者劉佑銘 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司