CN100459057C

CN100459057C - 晶圆表面的清洗方法

Info

Publication number: CN100459057C
Application number: CNB2006100267573A
Authority: CN
Inventors: 程高龙; 林正忠; 田静; 汤振
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2006-05-22
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2026-05-22
Also published as: CN101079378A

Abstract

本发明提供了一种晶圆表面的清洗方法，使用光刻胶减量消耗剂对晶圆表面进行清洗，然后从晶圆表面去除光刻胶减量消耗剂。本发明还提供了光刻胶减量剂作为晶圆表面的清洗试剂的新应用。利用本发明提供的清洗方法清洗之后可直接进行光刻胶的喷涂制程，避免在清洗制程和光刻胶喷涂制程中间引入其他污染。而且所用的RRC清洗剂价格低廉，节约了成本。

Description

晶圆表面的清洗方法

技术领域

本发明涉及一种晶圆表面的清洗方法，更确切的说是在光刻制程中喷涂光刻胶之前晶圆表面的清洗方法。

背景技术

晶圆在存储、装载和卸载的过程中，以及在每一处理步骤后，通常都会在晶圆上留下污染物，如颗粒物，金属离子，有机物等。不同的污染物需要采用不同的清洗方法。有机杂质污染可通过有机溶剂的溶解作用，结合超声波清洗技术来去除；颗粒物污染可以运用物理的方法如机械擦洗或超声波清波技术来去除粒径≥0.4μm的颗粒，利用兆声波可去除≥0.2μm的颗粒。目前业界最广泛采用的清除污染物的方法是使用SC1清洗液(NH₄OH/H₂O₂/H₂O＝1∶1∶5)和SC2清洗液(HCL/H₂O₂/H₂O＝1∶1∶6)，不仅能去除有机物和颗粒污染，也能够更好的去除金属离子污染。晶圆在进入光刻制程前，通常会利用SC1清洗液和SC2清洗液清除表面的有机物、金属颗粒等污染物，但这种方法相对成本较高。

出于降低成本和节约生产周期的考虑，在晶圆进入光刻制程前的一些制程并不使用SC1清洗液和SC2清洗液，而是采用去离子水冲洗的方法。如中国专利CN02131868提供了一种晶圆的清洗方法，主要是在晶圆表面形成一层材料层后，对此晶圆进行一刷洗工艺。先供给去离子水至晶圆表面，并以刷头刷洗晶圆表面后，在甩干附着于晶圆表面的去离子水的同时，以惰性气体喷吹晶圆表面。但是利用这种方法对晶圆表面进行清洗之后，并不能完全的清除晶圆表面的污染物，这些污染物被带入光刻胶喷涂制程之后，也会导致光刻图形失效。

在薄膜沉积过程中如沉积金属层(metal)和沉积介电绝缘层(IntermetalDielectric；IMD)过程中，除了产生金属颗粒之外，还会产生一些主要成分为碳元素的有机物污染。现有技术一般都是采用等离子水冲洗的方法对薄膜沉积制程后的晶圆表面进行清洗，这种清洗方法只能清除晶圆表面的金属颗粒，不能完全清除晶圆表面的有机物污染。如果这些有机物污染进入光刻制程，也会产生晶圆表面光刻图形的失效。

晶圆进入光刻制程之后，在喷涂光刻胶之前，还需要在晶圆表面喷涂底胶，使晶圆表面从亲水性变成疏水性，以有利于下一步光刻胶的涂布。最常见的底胶是六甲基乙硅烷(HMDS)。喷涂底胶之后，会随之进行一个烘焙(bake)的过程。图1为烘焙过程中底胶和晶圆表面发生化学反应的反应原理图。从图中可以看出，烘焙过程中底胶和晶圆表面发生化学反应，同时生成副产物氨气，产生氨气污染。

由于氨气会和H⁺反应，产生的氨气会消耗光刻胶中的H⁺。而H⁺是纵深紫外光(DUV)光刻胶反应的催化剂，如果没有H⁺，光刻胶将不会发生感光反应。图2a为氨气污染导致负光刻胶失效的结构示意图，如图2a所示，氨气污染1使负光刻胶2在晶圆表面将会形成图形缺口，最终导致光刻图形的失效。图2b为氨气污染导致正光刻胶失效的结构示意图，如图2b所示，氨气污染1使正光刻胶3会在晶圆表面形成胶残留1，并最终导致光刻图形的失效。

由于氨气污染是在光刻区内产生的，如果使用SC1清洗液和SC2清洗液清洗，或者直接用去离子水冲洗的方法，势必破坏晶圆表面的光刻胶底胶，并需要继续进行涂底胶的工艺，从而继续引入氨气的污染。因此，现有的晶圆表面的清洗工艺无法用于清除晶圆表面的氨气污染。

现在一般采用加装化学气体过滤器(chemical filter)的方法来控制氨气污染，但是过滤器不仅存在失效的问题，而且只能将氨气污染控制在一定水平之内，对于一些线宽比较小，图形比较密集的光刻胶层，不能将氨气完全过滤掉，仍然会导致光刻图形的失效。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种晶圆表面的清洗方法，避免光刻制程前经过去离子水冲洗之后晶圆表面仍然存在的有机物污染如薄膜沉积过程中产生的有机污染，以及在光刻区产生的污染如晶圆表面的氨气污染导致的光刻图形失效。

另一方面，本发明提供了光刻胶减量剂作为晶圆表面清洗试剂的新应用。

为解决上述问题，本发明提供了一种晶圆表面的清洗方法，包括使用光刻胶减量消耗剂(reduced resist consumption；RRC)对晶圆表面进行清洗，然后从晶圆表面去除的步骤。这种光刻胶减量剂从晶圆表面去除之后，可以直接在晶圆表面开始喷涂光刻胶的制程。

上述的光刻胶减量消耗剂可以是丙二醇甲醚(PGME)、乙酸丙二醇甲酯(PGMEA)、OK73稀释剂、环己酮(Cyclohexanone)、γ-丁内酯(Gamma-Butyrolactone)中的一种或者两种的混合物。

比较优选的光刻胶减量消耗剂是OK73稀释剂，其为单乙基醚丙二醇和丙二醇单甲醚乙酸酯的混合物，其中单乙基醚丙二醇的质量百分比为70％，丙二醇单甲醚乙酸酯的质量百分比为30％。

上述的晶圆表面的清洗方法，可以使用任何常规的清洗设备进行。作为一种优选的清洗设备，本发明提供的晶圆表面的清洗方法，清洗的制程可以使用喷涂光刻胶的设备进行。如东京电子有限公司(Tokyo Electron Limited；TEL公司)和网屏股份有限公司(Dainppon Screen MFG.CO，LTD；DNS公司)生产的光刻胶喷涂显影设备(Track)。使用上述的Track进行本发明提供的清洗工艺，不需要对设备进行任何的改进，只需要在所述的Track设备喷涂光刻胶之前增加清洗的工艺步骤即可，在所述的Track设备上，需要增加2个工艺步骤来完成晶圆表面的清洗工艺：在Track设备的机械手臂准备好之后，在晶圆旋转的情况下，将所述的RRC喷涂在晶圆表面，对晶圆的表面进行清洗；然后通过晶圆的高速旋转，清除掉晶圆表面的RRC。然后即可直接进行光刻胶的喷涂制程。

上述的光刻胶减量消耗剂(RRC)目前通常被用作可以节约光刻胶用量的试剂，主要是一种能润湿光刻胶的有机溶剂，在光刻胶喷吐前先喷吐在晶圆的表面，或者与光刻胶一起在Track设备上喷涂在晶圆的表面，可以减少光刻胶的用量，节约成本。

本发明使用上述的光刻胶减量消耗剂(RRC)作为晶圆表面的清洗试剂。既可直接对晶圆表面进行清洗，也可以直接使用光刻胶喷涂设备对晶圆表面进行清洗，并可有效消除晶圆表面的氨气污染和残留的有机物污染。

本发明的有益效果：

1.使用光刻胶减量消耗剂对晶圆表面进行清洗，然后从晶圆表面去除的步骤可以有效去除晶圆在光刻区产生的氨气污染和在薄膜沉积过程中产生的有机污染，避免光刻图形的失效。

2.使用本发明提供的方法，直接使用光刻胶喷涂设备对晶圆表面进行清洗，将清洗制程和光刻胶的喷涂制程完整的结合起来，并且清洗之后不需要对晶圆表面进行常规的干燥处理，也无需转移工作台，即可直接进行光刻胶的喷涂制程，避免了在清洗制程之后，光刻胶喷涂之前的过程中引入其他的污染。

3.使用光刻胶减量消耗剂(RRC)作为晶圆表面的清洗试剂，与光刻胶有很好的兼容性，对晶圆表面和随后喷涂光刻胶的制程不会产生任何污染物。

4.所使用的光刻胶减量消耗剂用量少、价格低廉，成本较低。

附图说明

图1是烘焙过程中底胶和晶圆表面发生化学反应的反应原理图。

图2a为氨气污染导致负光刻胶失效的结构示意图。

图2b为氨气污染导致正光刻胶失效的结构示意图。

图3a和3b是氨气污染的晶圆缺陷分布图。

图4a为氨气污染导致正光刻胶失效形成的晶圆缺陷图。

图4b为氨气污染导致负光刻胶失效形成的晶圆缺陷图。

图5a和5b是采用本发明后的氨气污染的晶圆缺陷分布图。

图6是金属膜有机物污染的晶圆缺陷分布图。

图7a为金属膜有机污染导致的密集图形区晶圆缺陷图。

图7b为金属膜有机污染导致的稀疏图形区晶圆缺陷图。

图8是采用本发明后的金属膜有机污染的晶圆缺陷分布图。

具体实施方式

本发明给出了一种晶圆表面的清洗方法，包括使用光刻胶减量消耗品对晶圆表面进行清洗，然后从晶圆表面去除的步骤。这种光刻胶减量剂从晶圆表面去除之后，可以直接在晶圆表面开始喷涂光刻胶的制程。下面结合具体的实施方式对本发明进行详细的说明。

实施例1

与任何现有的清洗方法相同，本发明提供的清洗方法可以使用任何常规的清洗设备和方法进行。以常规的清洗机台为例：首先，提供一欲清洗的晶圆，置于清洗机台上。此清洗机台例如是喷洗式单槽化学洗净槽或具有清洗液浓度控制装置的洗净槽。然后将RRC清洗液如OK73经管线传输至清洗机台上，对晶圆进行清洗；随后将晶圆表面残余的RRC清洗液除去。所述的OK73稀释剂为单乙基醚丙二醇和丙二醇单甲醚乙酸酯的混合物，其中单乙基醚丙二醇的质量百分比为70％，丙二醇单甲醚乙酸酯的质量百分比为30％。

OK73稀释剂的用量在15ml～30ml之间即可将晶圆表面清洗干净。

实施例2

本发明可以直接使用光刻胶喷涂设备作为晶圆表面的清洗设备，对晶圆表面进行清洗。作为一种比较优选的技术方案，本发明所述的方法可以在东京电子公司(Tokyo Electron Limited.)公司生产的光刻胶喷涂显影设备ACT8Track上实现，而无需对设备做任何改进。这种优选的实施方式将晶圆的清洗制程和光刻胶的喷涂制程结合起来进行。使用ACT8 Track对晶圆表面进行清洗时，只需要在ACT8 Track设备的标准制程喷涂光刻胶程序上加入本发明提供的清洗步骤即可。

将晶圆放置在ACT8 Track的平台上，执行机械手臂的准备工作，在准备工作完成后，即可开始执行本发明的清洗制程。整个清洗制程可分下列两个步骤完成：第一步，在晶圆旋转的情况下，从喷嘴里喷吐清洗剂至晶圆表面，同时对晶圆进行清洗。可以通过改变晶圆旋转的速度和RRC清洗剂喷吐的时间，来改善清洗的效果。

晶圆的旋转速度在100～5000rpm之间，在旋转速度为100rpm时，晶圆已经有一定的旋转速度，随着晶圆旋转速度的加大，冲洗的力度加强，冲洗效果也变好，晶圆的旋转速度可以选择1000rpm，1500rpm等，都可以清除掉晶圆表面的污染物。比较优选的旋转速度在2000～3000rpm之间，能得到最好的清洗效果。清洗的时间在5～50秒，因为5s时已经有一定量的RRC喷在晶圆表面，对晶圆进行冲洗，比较优选的冲洗时间在10～20秒之间。

一般情况下，ACT8 Track的喷嘴中RRC清洗剂的流量是1.5ml/second，所以通过控制晶圆的旋转速度和清洗的时间，就可以控制使用的RRC清洗剂的用量，比较优选的RRC清洗剂的用量在15～30ml之间。

上述的RRC清洗剂可以是丙二醇甲醚(PGME)、乙酸丙二醇甲酯(PGMEA)、OK73稀释剂、环己酮(Cyclohexanone)、γ-丁内酯(Gamma-Butyrolactone)中的一种或者两种的混合物。

比较优选的RRC清洗剂是OK73稀释剂，其为单乙基醚丙二醇和丙二醇单甲醚乙酸酯的混合物，其中单乙基醚丙二醇的质量百分比为70％，丙二醇单甲醚乙酸酯的质量百分比为30％。

第二步，待第一步将晶圆表面清洗干净之后，调整ACT8 Track的转速，通过晶圆旋转，将晶圆表面多余的RRC清洗剂去除。晶圆的旋转速度在100～5000rpm之间，比较优选的旋转速度在2000～3000rpm之间，时间在5～30秒之间，比较优选的是在10～20秒之间。

通过上述的步骤将晶圆表面清洗干净之后，直接进行ACT8 Track的其余的标准光刻胶喷涂程序，先用标准量的RRC润湿晶圆表面，然后喷涂光刻胶在晶圆表面，并通过高速旋转使光刻胶均匀的涂在晶圆上，完成光刻胶的喷涂制程。

在下述的工艺条件下对晶圆表面进行清洗：使用ACT8 Track，第一步调整晶圆的旋转速度为2000rpm，以OK73做为清洗剂，OK73清洗剂的流量为1.5ml/second，清洗时间为10秒；第二步中晶圆的旋转速度为3000rpm，时间为8秒。图5a和图5b给出了使用上述的清洗方法对晶圆表面进行清洗后晶圆表面的缺陷分布图。图3a、图3b、图4a和图4b给出了晶圆表面由于氨气污染没有被清除导致的晶圆表面的微观缺陷图，其中图3a和图3b为被氨气污染的晶圆表面的缺陷分布图，图4a和图4b为通过图3a和图3b的缺陷分布图来进行电子显微镜拍照的缺陷图片。从图中可以看出，对晶圆表面进行清洗之后，基本上清除掉了晶圆表面的所有污染物，避免了在光刻制程中产生光刻图像的缺陷。

图3a、图3b、图5a和图5b是在美国科天中国公司的KLA tencor AIT-XP设备上使用8英寸的晶圆进行检测的，图4a和图4b是使用美国应用材料公司生产的电子显微镜缺陷拍照机台SEM-vision CX得到的。

实施例3

图6、图7a和图7b给出了晶圆表面由于金属膜有机物污染没有被清除导致的晶圆表面的微观缺陷图，其中图6为金属膜有机物污染的晶圆表面的缺陷分布图，图7a和7b为通过图6的缺陷分布图来进行电子显微镜拍照的缺陷图片。使用网屏股份有限公司(Dainppon Screen MFG.CO，LTD；DNS公司)生产的DNS RF3 Track，对表面存在金属膜有机物污染(微观检测图片如图6、图7a和图7b所示)的晶圆表面进行清洗，具体工艺为：设定清洗制程的第一步中晶圆的旋转速度为2500rpm，以丙二醇甲醚(PGME)做为清洗剂，丙二醇甲醚清洗剂的流量为1.5ml/second，清洗时间为15秒；第二步中晶圆的旋转速度为3000rpm，时间为10秒。检测清洗后的晶圆表面。图8给出了对晶圆表面进行清洗后晶圆表面的缺陷分布图。从图中可以看出，本发明提供的清洗方法可以有效的清除晶圆表面由于薄膜沉积导致的污染物，从而避免由于薄膜沉积导致的污染物引起的光刻图形失效的状况。

图6和图8是在美国科天中国公司的KLA tencor AIT-XP设备上使用8英寸的晶圆进行检测的，图7a和图7b是使用美国应用材料公司生产的电子显微镜缺陷拍照机台SEM-vision CX得到的。

虽然本发明已以一较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉该项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，所作的各种更动与润饰，均未脱离本发明的保护范围，而本发明的保护范围应当以权利要求书所限定的为准。

Claims

1.一种晶圆表面的清洗方法，其特征在于：使用丙二醇甲醚、乙酸丙二醇甲酯、OK73稀释剂、环己酮和γ-丁内酯中的一种或者两种混合物溶剂对晶圆表面光刻制程前在薄膜沉积过程中产生的有机污染以及在光刻区产生的氨气污染进行清洗，然后从晶圆表面去除所述溶剂。

2.根据权利要求1所述的晶圆表面的清洗方法，其特征在于：所述的OK73稀释剂，其为单乙基醚丙二醇和丙二醇单甲醚乙酸酯的混合物，其中单乙基醚丙二醇的质量百分比为70％，丙二醇单甲醚乙酸酯的质量百分比为30％。

3.根据权利要求1所述的晶圆表面的清洗方法，其特征在于所述溶剂的用量为15ml～30ml。

4.一种晶圆表面的清洗方法，其特征在于：使用光刻胶喷涂设备对晶圆表面进行清洗，工艺步骤为：

第一步：在晶圆旋转的情况下，将丙二醇甲醚、乙酸丙二醇甲酯、OK73稀释剂、环己酮和γ-丁内酯中的一种或者两种的混合物溶剂喷涂在晶圆表面，同时对晶圆表面光刻制程前在薄膜沉积过程中产生的有机污染以及在光刻区产生的氨气污染进行清洗；

第二步：通过晶圆的旋转清除晶圆表面的所述溶剂。

5.根据权利要求4所述的晶圆表面的清洗方法，其特征在于：所述的OK73稀释剂，其为单乙基醚丙二醇和丙二醇单甲醚乙酸酯的混合物，其中单乙基醚丙二醇的质量百分比为70％，丙二醇单甲醚乙酸酯的质量百分比为30％。

6.根据权利要求4所述的晶圆表面的清洗方法，其特征在于所述溶剂的用量为15ml～30ml。

7.根据权利要求4所述的晶圆表面的清洗方法，其特征在于：第一步中晶圆在旋转的情况下进行溶剂喷涂，晶圆的旋转速度为100～5000rpm，喷涂和清洗时间为5～50秒。

8.根据权利要求7所述的晶圆表面的清洗方法，其特征在于：第一步中晶圆的旋转速度在2000～3000rpm之间，喷涂和清洗的时间在10～20秒。

9.根据权利要求4所述的晶圆表面的清洗方法，其特征在于：第二步中通过晶圆旋转清除所述溶剂，晶圆的旋转速度为100～5000rpm，时间为5～50秒。

10.根据权利要求9所述的晶圆表面的清洗方法，其特征在于：第二步中晶圆的旋转速度在2000～3000rpm之间，时间为10～20秒。

11.权利要求1所述的丙二醇甲醚、乙酸丙二醇甲酯、OK73稀释剂、环己酮和γ-丁内酯中的一种或者两种混合物溶剂作为晶圆表面光刻制程前在薄膜沉积过程中产生的有机污染以及在光刻区产生的氨气污染的清洗试剂的应用。