專利名稱：晶圓的噴霧清洗方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體集成電路制造技術領域，特別涉及晶圓的清洗技術，尤其涉及 晶圓的噴霧清洗方法。
背景技術：
由于晶圓上關鍵尺寸的持續(xù)縮小，晶圓表面在經(jīng)受工藝前必須是潔凈的。雖然集 成電路加工車間對于潔凈度有極為苛刻的要求，晶圓的沾污也是不可避免的。一旦晶圓表 面被沾污，沾污物必須通過清洗而排除。目前最常被采用的清洗方法為濕化學法清洗，簡稱 為濕法清洗。濕法清洗中常見的一類是噴霧清洗。在噴霧清洗臺上，濕法清洗化學品以霧狀小 液滴的形式被噴射到固定在卡盤上晶圓的表面，然后濕法清洗化學品流到卡盤底部，通過 快速排水槽(QDR)排走。圖1示出了對晶圓正在進行噴霧清洗時的正視方向和側視方向的 簡化示意圖，其中左圖為正視方向，右圖為側視方向。一定數(shù)目的晶圓102被豎直依次固 定在卡盤101上，相鄰晶圓之間的間距約為5mm。如左圖所示，卡盤101在傳動裝置104的 帶動下作上下往返運動，所述向上運動是指向靠近噴嘴103的方向運動。噴嘴103噴射出 的濕法清洗化學品小液滴形成的噴霧區(qū)域(左圖中灰色三角適宜的區(qū)域)覆蓋固定在卡盤 101上的晶圓102的表面。噴嘴103的噴射方向與水平方向的夾角約為25度至45度。該 角度下可以達到較佳的清洗效果。在晶圓102上下運動的目的，是使液滴能夠沖洗到晶圓 102的整個表面。由于晶圓101表面的沾污物附著力較強，噴嘴103噴出的液滴必須具有足 夠的速度才能清洗掉沾污物，例如對于光刻后晶圓表面殘留的光刻膠來說，一臺濕法清洗 臺的濕法清洗化學品的流量必須超過50升/分鐘，才能確保清洗掉殘留的光刻膠。而具有 一定速度的液滴持續(xù)噴射到晶圓表面必然會對晶圓產(chǎn)生一定的作用力。如圖1中的右圖所 示，黑色粗箭頭所示為液滴產(chǎn)生的作用力方向。由于相鄰晶圓之間的間距僅5mm，而晶圓的 直徑約300mm，相對于晶圓的固定點，該作用力產(chǎn)生的力矩可能使晶圓發(fā)生擺動，從而使相 鄰晶圓發(fā)生接觸。實驗證明，當一臺濕法清洗臺的濕法清洗化學品的流量超過50升/分鐘 時，若相鄰晶圓間距為5mm，晶圓相互接觸的情形將變得十分嚴重。而晶圓間接觸會導致晶 圓損傷，使產(chǎn)出率受到嚴重不良影響。在這種情況下不得不加大相鄰晶圓之間的距離，例如將晶圓間距從5mm提高到 IOmm以上，這樣晶圓即使在一定幅度內(nèi)擺動也不會彼此接觸。但這樣又會使一個批次能夠 清洗的晶圓數(shù)目降低。例如間距5mm時一批次可以清洗50片晶圓，如果間距提高到10mm， 則一批次只能清洗25片晶圓。清洗效率大大降低，同樣會影響產(chǎn)出率。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于，提出一種晶圓的噴霧清洗方法，可以在不加大相鄰 晶圓間距的情況下，降低相鄰晶圓相互接觸現(xiàn)象的發(fā)生，提高產(chǎn)出率。本發(fā)明實施例提出的一種晶圓的噴霧清洗方法，將待清洗的復數(shù)個晶圓豎直依次固定在卡盤上，卡盤固定在噴霧清洗臺的傳動裝置上，該方法包括如下步驟開啟快速排水槽，排干快速排水槽中殘余的液體；開啟傳動裝置，同時啟動一預定時長的定時器；在定時器達到預定時長時，開啟位于晶圓上方的噴嘴，傳動裝置帶動卡盤以及固 定于卡盤上的晶圓做上下運動的同時，噴霧清洗化學品液滴從噴嘴中沿著傾斜方向噴射到 晶圓表面；清洗結束后，關閉噴嘴、傳動裝置以及快速排水槽。較佳地，所述相鄰晶圓之間的間距小于或等于5mm。較佳地，所述噴嘴的噴射方向與水平方向的夾角為25度至45度。較佳地，所述定時器的時長為5秒至10秒。較佳地，所述定時器的時長為傳動裝置帶動卡盤從最低位置運動到上下往返運動 行程的最高位置所需的時間。在噴霧清洗前進一步包括開動噴霧清洗臺的傳動裝置，記錄傳動裝置連續(xù)η個運動周期所需時間t。一個運 動周期就是從最低位置開始再次運動到最低位置；計算運動周期為T = t/n ；將定時器時長設置為五分之一個周期至五分之四個周 期之間的任一時長，，m為0或自然數(shù)；η為自然數(shù)。所述自然數(shù)η為5至10。從以上技術方案可以看出，通過定時器控制，噴嘴開啟時，晶圓已向上運動一段距 離，此時噴嘴相對晶圓的位置降低，液滴對晶圓產(chǎn)生的作用力帶來的力矩比現(xiàn)有技術有所 降低，因此可以減少出現(xiàn)相鄰晶圓相互接觸的情況。相對于現(xiàn)有技術一個批次只能清洗25 片晶圓，采用本發(fā)明方案一個批次可以清洗50片或更多的晶圓。


圖1為對晶圓正在進行噴霧清洗時的正視方向和側視方向的簡化示意圖；圖2為晶圓在噴霧清洗過程中受到液滴作用力的示意圖；圖3為本發(fā)明實施例的噴霧清洗流程圖；圖4為相同噴霧清洗化學品流量、相同晶圓間距下，現(xiàn)有技術與本發(fā)明實施例清 洗后的晶圓表面圖像對照示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明目的是要保持晶圓間距為5mm的情況下，使得晶圓在噴霧清洗過程中擺動 幅度足夠小，小到相鄰晶圓不會發(fā)生接觸。根據(jù)前面的分析，噴嘴噴出液滴對晶圓產(chǎn)生了作 用力，而該作用力相對于晶圓固定點的力矩是造成品圓擺動的根本原因。因此本發(fā)明目的 實際就是要降低該力矩。根據(jù)力矩的物理定義力矩M = LXF，其中F為作用力，L為F的作用點到轉動軸 的距離，圖2為晶圓在噴霧清洗過程中受到液滴作用力的示意圖。從圖2中可以直觀的看 出，要降低力矩M，可以選擇的途徑包括(1)、降低作用力F的大小。作用力F與濕法清洗化學品的流量正相關，因此降低作用力F的大小，也就是降低濕法清洗化學品的流量。而背景技術的分析中已經(jīng)提到，濕法 清洗化學品流量必須達到一定水平才能有效清洗掉晶圓表面的沾污物，因此濕法清洗化學 品的流量是不可以降低的。(2)、減小F的作用點到轉動軸的距離L。所述轉動軸實際就是晶圓固定在卡盤上 的固定點。減小L有兩個途徑，一是減小作用力F與晶圓的夾角，二是將F的作用點向下平 移。采用途徑一，就要改變噴嘴噴射液滴的方向。但前面提到，噴嘴的噴射方向與水平 方向的夾角約為31度，該角度下可以達到較佳的清洗效果，改變該角度會降低清洗效果。通過以上分析，為了不降低清洗效果，只有采用如下方式將F的作用點向下平 移，例如將F移動到圖2中虛線箭頭所示F’位置，F(xiàn)’作用點轉動軸的距離變?yōu)長’，L’要明 顯小于L。而做到這一點，在保持噴射方向不變的情況下，只能是將噴嘴的位置向下移動。 但在清洗臺的設計中，為了達到較好的清洗效果，已經(jīng)將噴嘴位置設計得盡量靠近晶圓了。 如果再將噴嘴位置向下移動，在清洗過程中，晶圓還要在卡盤的帶動下進行上下運動，有可 能會噴嘴與晶圓接觸。分析到這里，似乎在不對現(xiàn)有噴霧清洗臺做實質(zhì)性改進(所述實質(zhì)性改進包括但 不限于對噴嘴進行改進，使得噴霧液滴對晶圓的作用力減小并不減弱清洗效果；對卡盤 進行改進，使晶圓固定地更加牢固不易擺動)的情況下，無法實現(xiàn)減小晶圓在噴霧清洗過 程中擺動幅度這一目的。發(fā)明人通過進一步的實驗發(fā)現(xiàn)，噴嘴噴射出液滴對晶圓產(chǎn)生的作用力并不是恒定 的，在噴嘴開始噴射的最初瞬間，液滴對晶圓產(chǎn)生的作用力最大，然后該作用力會穩(wěn)定在相 對較小的水平。因此只要在噴嘴開始噴射的一段時間內(nèi)使噴嘴位置相對于晶圓降低即可。本發(fā)明實施例的噴霧清洗流程如圖3所示，將待清洗的復數(shù)個晶圓豎直依次固定 在卡盤上，卡盤固定在噴霧清洗臺的傳動裝置上，初始時，卡盤處于最低位置。該方法包括 如下步驟步驟301 開啟快速排水槽，排干快速排水槽中殘余的液體。步驟302 開啟傳動裝 置，并啟動一預定時長的定時器。傳動裝置開啟后，首先帶動卡盤向上運動，在達到最高位置后，再帶動卡盤向下運 動，在達到最低位置后，又帶動卡盤向上運動，如此周而復始。定時器的時長可以設置為5 秒至10秒。較佳地，時長設定為傳動裝置帶動卡盤從最低位置運動到上下往返運動行程的 最高位置所需的時間。以下給出一種設定定時器時長的較佳方式在對晶圓進行噴霧清洗前，開動噴霧清洗臺的傳動裝置，記錄傳動裝置連續(xù)η個 運動周期所需時間t。一個運動周期就是從最低位置開始再次運動到最低位置。η為自然 數(shù)，較佳地，η取為5至10中的任意一個。計算運動周期為T = t/n。將定時器時長設置為五分之一個周期至五分之四個周期之間的任意一個時間。步 驟303 在定時器達到預定時長時，開啟位于晶圓上方的噴嘴，傳動裝置帶動卡盤以及固定 于卡盤上的晶圓做上下運動的同時，噴霧清洗化學品液滴從噴嘴中沿著傾斜方向噴射到晶 圓表面。步驟304 清洗結束后，關閉噴嘴以及傳動裝置。
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步驟305 關閉快速排水槽。從以上實施例可以看出，通過定時器控制，噴嘴開啟時，晶圓已向上運動一段距 離，此時噴嘴較為接近晶圓在卡盤上的固定點，液滴對晶圓產(chǎn)生的作用力帶來的力矩比現(xiàn) 有技術有所降低，因此可以減少出現(xiàn)相鄰晶圓相互接觸的情況。圖4示出了相同噴霧清洗化學品流量、相同晶圓間距下，現(xiàn)有技術與本發(fā)明實施 例清洗后的晶圓表面的圖像。上面兩個為采用現(xiàn)有技術清洗的晶圓表面圖像，下面兩個為 采用本發(fā)明實施例方案清洗的晶圓表面圖像，其中的黑點表示晶圓表面的缺陷?？梢钥闯?， 現(xiàn)有技術清洗后晶圓表面缺陷數(shù)量較多，并且集中分布于晶圓的上部，表明相鄰晶圓發(fā)生 了相互接觸；而本發(fā)明實施例清洗后的晶圓表面缺陷數(shù)量減少非常明顯，并且沒有缺陷聚 集，表明沒有出現(xiàn)相鄰晶圓接觸的情況。實驗證明，在相鄰晶圓間距為5mm的情況下，將噴霧清洗臺的噴霧清洗化學品流 量提高到90升/分鐘，晶圓表明依然沒有觀察到缺陷聚集的情況。因此，本發(fā)明其他實施 例還可以將相鄰晶圓間距設置為小于5mm。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種晶圓的噴霧清洗方法，將待清洗的復數(shù)個晶圓豎直依次固定在卡盤上，卡盤固 定在噴霧清洗臺的傳動裝置上，其特征在于，該方法包括如下步驟開啟快速排水槽，排干快速排水槽中殘余的液體； 開啟傳動裝置，同時啟動一預定時長的定時器；在定時器達到預定時長時，開啟位于晶圓上方的噴嘴，傳動裝置帶動卡盤以及固定于 卡盤上的晶圓做上下運動的同時，噴霧清洗化學品液滴從噴嘴中沿著傾斜方向噴射到晶圓 表面；清洗結束后，關閉噴嘴、傳動裝置以及快速排水槽。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述相鄰晶圓之間的間距小于或等于5mm ο
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述噴嘴的噴射方向與水平方向的夾角 為25度至45度。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述定時器的時長為5秒至10秒。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述定時器的時長為傳動裝置帶動卡盤 從最低位置運動到上下往返運動行程的最高位置所需的時間。
6.根據(jù)權利要求1至5任一項所述的方法，其特征在于，在噴霧清洗前進一步包括 開動噴霧清洗臺的傳動裝置，記錄傳動裝置連續(xù)η個運動周期所需時間t。一個運動周期就是從最低位置開始再次運動到最低位置；計算運動周期為T = t/n ；將定時器時長設置為五分之一個周期至五分之四個周期之 間的任一時長，η為自然數(shù)。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所述自然數(shù)η為5至10。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種晶圓的噴霧清洗方法，將待清洗的復數(shù)個晶圓豎直依次固定在卡盤上，卡盤固定在噴霧清洗臺的傳動裝置上，該方法包括如下步驟開啟快速排水槽，排干快速排水槽中殘余的液體；開啟傳動裝置，同時啟動一預定時長的定時器；在定時器達到預定時長時，開啟位于晶圓上方的噴嘴，傳動裝置帶動卡盤以及固定于卡盤上的晶圓做上下運動的同時，噴霧清洗化學品液滴從噴嘴中沿著傾斜方向噴射到晶圓表面；清洗結束后，關閉噴嘴、傳動裝置以及快速排水槽。本發(fā)明方案可以減少出現(xiàn)相鄰晶圓相互接觸的情況，相對于現(xiàn)有技術一個批次只能清洗25片晶圓，采用本發(fā)明方案一個批次可以清洗50片或更多的晶圓。
文檔編號B08B3/02GK102091700SQ20091020105
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月10日 優(yōu)先權日2009年12月10日
發(fā)明者謝志勇 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司