CN109166815A - 一种用于cmp制程的清洗装置及其清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于CMP制程的清洗装置及其清洗方法。其中，清洗装置包括依次连接的前段化学品清洗装置、超纯水超声波洗净装置、超纯水漂洗装置以及后续干燥装置，同时还设置有功能性超纯水加气产生装置。清洗方法包括：利用超纯水对CMP制程晶圆表面的化学品残留物进行超声波清洗，利用超纯水对超声波清洗后的晶圆进行漂洗，对经过清洗与漂洗的晶圆进行烘干处理等步骤。即本发明通过超纯水超声波洗净装置和超纯水漂洗装置对CMP制程后的晶圆进行清洗和漂洗，然后在送至晶圆干燥装置进行干燥处理，从而具备了加快晶圆洗净效率，提高生产效率，减少超纯水用量，消弭静电造成的产品缺陷等有益效果，并最终达到了增加产能、提升良率、节能环保等目的。

Description

一种用于CMP制程的清洗装置及其清洗方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及集成电路制造技术中CMP制程后的清洗装置以及清洗方法。

背景技术

随着集成电路技术的蓬勃发展，如今的制程工艺正在向着积层化与细微化发展，以便达到提升产能和降低成本等目的。因此，平坦化(Planarization)制程工艺技术成为了集成电路芯片的制造中不可或缺的一种工艺技术。

同时，由于电路线幅设计细小化需求，技术越来越朝向高集成密度发展且获得了日新月异的进步。针对晶圆表面，当一系列的薄膜被沉积与蚀刻后，微细铜电路或是钨电路、多晶硅、氧化膜介质电层等出现不平坦现象，其技术发展过程包括SOG、Re-flow、EtchBack等，自1983年IBM研发部门铜制程及晶圆表面平坦化首创采用化学机械研磨(简称CMP)工艺技术，如今已发展成为集成电路制造平坦化制程的主流。从此化学机械研磨工艺平坦化技术更形重要，晶圆表面在CMP的过程，必须通过研磨液(Slurry)与研磨垫(Pad)之间充满抛光液，此液体含有化学剂(酸液、氧化剂)用以侵蚀新片表面薄膜，同时液体内悬浮着无数个纳米级抛光粒(SiO2、Al2O3、CeO2)，它们会深入刮除微量膜层，与化学侵蚀与机械研磨相互作用，研磨后产生的残留物必须加以清除、洗净、漂洗、干燥，达到晶圆表面洁净的目标。

近年来集成电路制造在电路间的连线构建上，铜制程应用技术的发展方向，与Low-k介电质层、双嵌入式制程(Dual-Damascene Process)等需求趋势，CMP对于Cu薄膜层间造成剥离(Delaminating)，可能也会产生损伤(Damages)与研磨产生静电造成缺陷(Defect)，因此CMP技术难度增高，低介电质(Low-k)薄膜的CMP相对变成关键性制程。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种用于CMP制程的清洗装置及其清洗方法，主要用于对CMP制程后晶圆表面残留的化学品残留物进行超声波洗净与漂洗，并通过最快速度将残留物排除至完全洁净，之后才送交给干燥装置进行干燥。

本发明中的一种用于CMP制程的清洗装置，主要包括依次连接的前段化学品清洗装置、超纯水超声波洗净装置、超纯水漂洗装置以及后续干燥装置，所述超纯水超声波洗净装置与超纯水漂洗装置分别连接有功能性超纯水加气产生装置；

所述超纯水超声波洗净装置对CMP制程后的晶圆进行清洗；

所述超纯水漂洗装置对超纯水超声波洗净装置清洗后的晶圆进行漂洗；

所述功能性超纯水加气产生装置分别向超纯水超声波洗净装置和超纯水漂洗装置供给超纯水。

上述装置还包括：

前段化学品清洗装置，用于对CMP制程后晶圆表面的化学品残留物进行前段清洗；

传送装置，用于将晶圆由前段化学品清洗装置依次传递至超纯水超声波洗净装置、超纯水漂洗装置以及后续干燥装置；

后续干燥装置，用于对经过清洗与漂洗的晶圆进行后续干燥处理。

上述装置中，所述超纯水超声波洗净装置与超纯水漂洗装置采用的超纯水为特定功能超纯水，所述特定功能超纯水通过在超纯水中注入二氧化碳、氢气、臭氧中的一种或多种气体制得，用于清除CMP制程后晶圆表面残留的化学品残留物。

上述装置中，所述超纯水超声波洗净装置为低电阻值功能性清洗装置，且包括衔接功能性超纯水的管路、晶圆操作存取机械手臂以及操作环境洁净装置。

上述装置中，所述超纯水超声波洗净装置连接有功能性超纯水管路，所述功能性超纯水管路通过一套功能性超纯水加气产生装置送出且用于清洗CMP制程后晶圆上的化学品残留物。

上述装置中，所述超纯水漂洗装置为低电阻值功能性漂洗装置，且包括衔接功能性超纯水的管路、晶圆操作存取机械手臂以及操作环境洁净装置。

上述装置中，所述超纯水漂洗装置与所述功能性超纯水管路相连，且对经过超纯水超声波洗净装置清洗后的晶圆进行承接与漂洗，并将漂洗完成后的晶圆传送到晶圆干燥装置进行干燥。

上述装置中，所述功能性超纯水加气产生装置包括气体调压阀、气体超级过滤器、流量控制阀、电阻值传感器、流量传感器、压力传感器、气体注入装置、控制模组装置、超纯水进口、超纯水出口、气体进口以及内部连通管路。

本发明中的一种用于CMP制程的清洗方法，包括以下步骤：

利用超纯水对CMP制程晶圆表面的化学品残留物进行超声波清洗；

利用超纯水对超声波清洗后的晶圆进行漂洗；

对经过清洗与漂洗的晶圆进行烘干处理。

上述方法中，采用的超纯水为特定功能超纯水，所述特定功能超纯水通过在超纯水中注入二氧化碳、氢气、臭氧中的一种或多种气体制得，用于清除CMP制程后晶圆表面残留的化学品残留物。

本发明的优点和有益效果在于：

本发明提供一种用于CMP制程的清洗装置及其清洗方法，通过超纯水超声波洗净装置和超纯水漂洗装置对CMP制程后的晶圆进行清洗和漂洗，然后在送至晶圆干燥装置进行干燥处理，从而具备了加快晶圆洗净效率，提高生产效率，减少超纯水用量，消弭静电造成的产品缺陷等有益效果，并最终达到了增加产能、提升良率、节能环保等目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例中清洗装置的结构框图；

图2为本发明的实施例中功能性超纯水加气产生装置的结构框图；

图3为本发明的实施例中清洗方法的流程示意图。

图中：1.超纯水超声波洗净装置 11.功能性超纯水超声波洗净槽

2.超纯水漂洗装置 21.功能性超纯水漂洗槽

3.功能性超纯水加气产生装置 31.功能性超纯水气体注入装置

32.功能性超纯水控制装置 33.气体调压阀 34.气体超级过滤器

35.气体流量控制阀 36.电阻值传感器 37.压力传感器

38.流量传感器 39.气体入口端 310.超纯水入口端

311.超纯水出口端 4.前段化学品清洗装置 5.后续干燥装置

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明是一种用于CMP制程的清洗装置，包括依次连接的前段化学品清洗装置4、超纯水超声波洗净装置1、超纯水漂洗装置2以及后续干燥装置5，且超纯水超声波洗净装置1与超纯水漂洗装置2分别连接有功能性超纯水加气产生装置3。其中：

超纯水超声波洗净装置1

该装置包括功能性超纯水超声波洗净槽11，用于清洗CMP制程晶圆表面的化学品残留物。作为优选方案，本实施例中采用的超纯水超声波洗净装置1为低电阻值功能性清洗装置，且包括衔接功能性超纯水的管路、晶圆操作存取机械手臂以及操作环境洁净装置。同时超纯水超声波洗净装置1连接有功能性超纯水管路，该功能性超纯水管路通过一套功能性超纯水加气产生装置3送出且用于清洗CMP制程后晶圆上的化学品残留物。

超纯水漂洗装置2

该装置包括功能性超纯水漂洗槽21，用于对经过超纯水超声波洗净装置1清洗后的晶圆进行承接与漂洗。作为优选方案，该装置为低电阻值功能性漂洗装置，且包括衔接功能性超纯水的管路、晶圆操作存取机械手臂以及操作环境洁净装置。同时该超纯水漂洗装置2与功能性超纯水管路相连，且对经过超纯水超声波洗净装置1清洗后的晶圆进行承接与漂洗，并将漂洗完成后的晶圆传送到晶圆干燥装置进行干燥。其中，功能性超纯水漂洗槽21以及上述的功能性超纯水超声波洗净槽11，均为洁净负压具有排气系统的操作环境，保护晶圆不受污染干扰的空间，并具有完善的人员安全作业保护环境。

功能性超纯水加气产生装置3

如图2所示，该装置主要包括气体调压阀33、气体超级过滤器34、气体流量控制阀35、电阻值传感器36、流量传感器38、压力传感器37、功能性超纯水气体注入装置31、功能性超纯水控制装置32、超纯水入口端310、超纯水出口端311、气体入口端39以及内部连通管路。其中，气体入口端39通入的气体可以为二氧化碳，或者臭氧，再或者氢气。

同时，功能性超纯水加气产生装置3作为超纯水的供应源，其电阻值18.2MΩ，通过气体调压阀33、气体超级过滤器34、气体流量控制阀35将目标气体加入至功能性超纯水气体注入装置31中，注入气体为高纯度的二氧化碳(或臭氧、或氢气)，控制其流量在:10LPM～100LPM，利用电阻值传感器36，以及位于出水处的压力传感器37和流量传感器38的信号，在功能性超纯水控制装置32中输出信号调节气体流量控制阀35以调整离子浓度，达到功能性超纯水出水电阻值:0.01MΩ～1.0MΩ，可消除晶圆上的静电，提高超声波洗净速度，提升漂洗效能，缩短整体清洗的时间与效率。最后，在完成洗净与漂洗程序后，将晶圆传送至后续干燥装置5。

作为优选方案，本实施例中的清洗装置还设置有：

前段化学品清洗装置4，用于对CMP制程后晶圆表面的化学品残留物进行前段清洗；

传送装置，用于将经过超纯水超声波洗净装置1清洗后的晶圆传递至超纯水漂洗装置2，并将经过超纯水漂洗装置2漂洗后的晶圆传递至晶圆干燥装置；

后续干燥装置5，用于对经过清洗与漂洗的晶圆进行干燥处理。

其中，超纯水超声波洗净装置1与超纯水漂洗装置2采用的超纯水为特定功能超纯水，该特定功能超纯水通过在超纯水中注入二氧化碳、氢气、臭氧中的一种或多种气体制得，用于清除CMP制程后晶圆表面残留的化学品残留物。

如图3所示，本发明还记载了一种用于CMP制程的清洗方法，主要包括以下步骤：

S1.利用超纯水对CMP制程晶圆表面的化学品残留物进行超声波清洗；具体包括：

通过传送装置将晶圆由前段化学品清洗装置4传送到功能性超纯水超声波洗净槽11，启动超声波洗净并设定清洗时间，充分洗净晶圆上的化学品与残留物。

S2.利用超纯水对超声波清洗后的晶圆进行漂洗；即在步骤S1的基础上通过超纯水对晶圆进行进一步的漂洗。

S3.对经过清洗与漂洗的晶圆进行烘干处理。

其中，步骤S1与S2中采用的超纯水均由相同的功能性超纯水加气产生装置3进行供应，且超纯水为特定功能超纯水，该特定功能超纯水通过在超纯水中注入二氧化碳、氢气、臭氧中的一种或多种气体制得，用于清除CMP制程后晶圆表面残留的化学品残留物。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于CMP制程的清洗装置，其特征在于，包括依次连接的前段化学品清洗装置、超纯水超声波洗净装置、超纯水漂洗装置以及后续干燥装置，所述超纯水超声波洗净装置与超纯水漂洗装置分别连接有功能性超纯水加气产生装置；

所述超纯水超声波洗净装置对CMP制程后的晶圆进行清洗；

所述超纯水漂洗装置对超纯水超声波洗净装置清洗后的晶圆进行漂洗；

所述功能性超纯水加气产生装置分别向超纯水超声波洗净装置和超纯水漂洗装置供给超纯水。

2.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，还包括：

前段化学品清洗装置，用于对CMP制程后晶圆表面的化学品残留物进行前段清洗；

传送装置，用于将晶圆由前段化学品清洗装置依次传递至超纯水超声波洗净装置、超纯水漂洗装置以及后续干燥装置；

后续干燥装置，用于对经过清洗与漂洗的晶圆进行后续干燥处理。

3.根据权利要求2所述的清洗装置，其特征在于，所述超纯水超声波洗净装置与超纯水漂洗装置采用的超纯水为特定功能超纯水，所述特定功能超纯水通过在超纯水中注入二氧化碳、氢气、臭氧中的一种或多种气体制得，用于清除CMP制程后晶圆表面残留的化学品残留物。

4.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，所述超纯水超声波洗净装置为低电阻值功能性清洗装置，且包括衔接功能性超纯水的管路、晶圆操作存取机械手臂以及操作环境洁净装置。

5.根据权利要求4所述的清洗装置，其特征在于，所述超纯水超声波洗净装置连接有功能性超纯水管路，所述功能性超纯水管路通过一套功能性超纯水加气产生装置送出且用于清洗CMP制程后晶圆上的化学品残留物。

6.根据权利要求5所述的清洗装置，其特征在于，所述超纯水漂洗装置为低电阻值功能性漂洗装置，且包括衔接功能性超纯水的管路、晶圆操作存取机械手臂以及操作环境洁净装置。

7.根据权利要求6所述的清洗装置，其特征在于，所述超纯水漂洗装置与所述功能性超纯水管路相连，且对经过超纯水超声波洗净装置清洗后的晶圆进行承接与漂洗，并将漂洗完成后的晶圆传送到晶圆干燥装置进行干燥。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的清洗装置，其特征在于，所述功能性超纯水加气产生装置包括气体调压阀、气体超级过滤器、流量控制阀、电阻值传感器、流量传感器、压力传感器、气体注入装置、控制模组装置、超纯水进口、超纯水出口、气体进口以及内部连通管路。

9.一种用于CMP制程的清洗方法，其特征在于，包括：

利用超纯水对CMP制程晶圆表面的化学品残留物进行超声波清洗；

利用超纯水对超声波清洗后的晶圆进行漂洗；

对经过清洗与漂洗的晶圆进行烘干处理。

10.根据权利要求9所述的清洗方法，其特征在于，采用的超纯水为特定功能超纯水，所述特定功能超纯水通过在超纯水中注入二氧化碳、氢气、臭氧中的一种或多种气体制得，用于清除CMP制程后晶圆表面残留的化学品残留物。