专利名称：晶片洁净装置的晶片保护系统以及晶片清洗工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体工艺，尤其涉及一种晶片洁净装置的晶片保护系统，将其应用在批次式半导体湿式化学工作站中，可以避免由于化学工作站系统意外地当机，造成大批晶片超时浸泡在洁净溶剂中而产生的晶片报废问题及严重损失。
背景技术：
在半导体微电子电路的制造过程中，常使用到光致抗蚀剂以及蚀刻来进行晶片上各层材料的图案形成与图案转移。举例来说，在制作集成电路后段的金属内连结线路时，即以光致抗蚀剂作为蚀刻硬掩模，将未被光致抗蚀剂覆盖的金属层、例如铝金属蚀除后，再将光致抗蚀剂去除，剩下的金属层即形成所要的电路图案。近年来，除了以铝金属作为内连线材料之外，也有以铜金属搭配低介电常数材料，以镶嵌工艺技术形成金属内连线电路。
以光致抗蚀剂进行晶片上各层材料的图案形成与图案转移时，通常需先将光致抗蚀剂液涂布在晶片上，经由黄光工艺将影像投射至光致抗蚀剂层上之后，再经烘烤及显影步骤将未被曝光的部分去除。最后，再利用蚀刻工艺，通常是等离子体干蚀刻工艺或者所谓的反应离子蚀刻(RIE)技术，将光致抗蚀剂图案转移至下方的材料层中。蚀刻完成之后，剩下的光致抗蚀剂层必须再以氧气等离子体灰化方法清除掉。
前述的等离子体干蚀刻或者反应离子蚀刻技术其等离子体成分会与光致抗蚀剂层中的有机物产生各种难以去除的蚀刻副产物，其组成成分可能来自于所蚀刻的基材、基材上的材料层、光致抗蚀剂以及蚀刻气体。这些蚀刻副产物也可能随着不同蚀刻机台、工艺条件以及不同基材而有所改变，而业界将这些难以用氧气等离子体灰化方法清除掉的蚀刻副产物称为“侧壁高分子”。
为了确保后续的工艺步骤不被影响，前述的蚀刻副产物必须被有效地从晶片表面上去除。而随着半导体技术进入高密度的深亚微米世代，维持晶片表面洁净度的半导体湿式化学工作站的地位即显得越来越重要。半导体湿式化学工作站必须能够处理并去除几乎所有类型的蚀刻副产物，不论是蚀刻铝金属、钛金属、氮化钛金属、氧化硅或者多晶硅等所产生的副产物，但是却又必须同时不影响到已形成好的金属线路。
因此，在半导体湿式化学工作站所使用的洁净溶剂必须同时能够有效地清除晶片表面上的蚀刻副产物以及污染物，并避免金属导线被侵蚀。先前的研究已指出在半导体后段工艺中的金属导线侵蚀与半导体湿式化学工作站的浸润步骤有关。结果显示造成金属导线受到侵蚀的原因可能是洁净步骤后残留在晶片表面的化学物质(如洁净步骤中所使用的溶剂分子)与浸润步骤中的去离子水反应所致。解决这个问题的方式是在洁净步骤与去离子水最终浸润步骤之间加上一道中间溶剂浸润(intermediate post-solventrinse，IPR)步骤。
请参阅图1，其绘示的是现有技艺半导体湿式化学工作站10的示意图。如图1所示，批次的半导体晶片12经过氧气等离子体灰化处理20后，已将晶片表面上的光致抗蚀剂去除，接着被传送至半导体湿式化学工作站10进行晶片表面的洁净。首先，晶片12被置入清洗溶液浸泡槽14中，其中已注入有清洗溶液，如羟胺类(hydroxylamine)溶剂，其浸泡时间通常约5-30分钟左右，不能过长。接着利用机械臂装置，将晶片12转移至IPR浸泡槽16进行所谓的中间溶剂浸润步骤。最后，将晶片12转移至去离子水浸泡槽18中进行最终浸润步骤，然后才转移至晶片干燥单元30，进行晶片干燥。
然而，前述现有技艺的半导体湿式化学工作站10中缺乏晶片保护机制，因此，当遇到紧急或意外的停机事件时，例如转移晶片的机械臂装置发生故障等问题，卡在清洗溶液浸泡槽14中的该批晶片往往就会超时浸泡在清洗溶液中，而造成晶片上金属线路的侵蚀，而结果就是需报废整批晶片，产生损失。
发明内容
本发明的主要目的即在提供一种晶片洁净过程中的晶片保护系统，将其应用在批次式半导体湿式化学工作站中，可以避免由于化学工作站系统意外地当机，造成大批晶片超时浸泡在洁净溶剂中而产生的晶片报废问题及严重损失。
根据本发明的优选实施例，本发明披露一种半导体湿式化学工作站的晶片保护系统，该半导体湿式化学工作站包括清洗溶液浸泡槽，用来浸泡经过氧气等离子体灰化处理后的半导体晶片，中间溶剂浸润槽，去离子水快速浸润槽以及最终浸润槽，本发明的特征在于该半导体晶片经过氧气等离子体灰化处理后的表面上具有待清除的光致抗蚀剂灰化残留物、蚀刻副产物以及暴露出来的金属导线图案；该清洗溶液浸泡槽是经由第一控制阀以及第一液体输送管线将一清洗溶剂注入该清洗溶液浸泡槽中；该清洗溶液浸泡槽连接一循环管线，该循环管线连接至该第一液体输送管线；于该第一液体输送管线设置有一液体输送泵浦；该清洗溶液浸泡槽是经由排放控制阀以及液体排放管线将该清洗溶剂排出该清洗溶液浸泡槽；该清洗溶液浸泡槽是经由第二控制阀以及第二液体输送管线将一替代溶液注入该清洗溶液浸泡槽中；前述的该半导体晶片浸泡在该清洗溶液的时间若超过一预定时间限制，该排放控制阀即刻开启将该清洗溶液经由该排放控制阀以及该液体排放管线排出该清洗溶液浸泡槽；接着，该第二控制阀开启，将该替代溶液经由该第二控制阀以及该第二液体输送管线注入该清洗溶液浸泡槽中。
为了使本领域技术人员能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。然而附图仅供参考与辅助说明用，并非用来对本发明加以限制。
图1是现有技艺半导体湿式化学工作站的示意图；图2是本发明优选实施例的半导体湿式化学工作站的示意图；图3是本发明清洗溶液浸泡槽及晶片保护系统示意图。
主要元件符号说明10 半导体湿式化学工作站 12 半导体晶片14 清洗溶液浸泡槽16 IPR浸泡槽
18 去离子水浸泡槽 20 氧气等离子体灰化处理30 晶片干燥单元100 半导体湿式化学工作站 120 半导体晶片140 清洗溶液浸泡槽 142 晶片保护系统160 IPR浸泡槽 170 QDR槽180 最终润湿槽 200 氧气等离子体灰化处理300 晶片干燥单元141 EKC-270清洗溶液420 清洗溶液控制阀 422 清洗溶液输送管424 循环管线 430 液体输送泵浦440 排放控制阀 443 排放管线450 替代溶液控制阀 452 替代溶液输送管具体实施方式
以下即通过图2以及图3详细说明本发明的优选实施例。
首先，请参阅图2，其绘示的是本发明优选实施例半导体湿式化学工作站100的示意图。批次的半导体晶片120在经过氧气等离子体灰化处理200后，已将晶片表面上的光致抗蚀剂去除，接着被传送至半导体湿式化学工作站100进行晶片表面的洁净，以去除晶片表面上的蚀刻后残留物。首先，晶片120被置入清洗溶液浸泡槽140中，其中已注入有清洗溶液，如羟胺类(hydroxylamine)溶剂，其浸泡时间通常约5-30分钟左右，优选为25分钟。
根据本发明优选实施例，晶片120的表面上此刻具有暴露出来的金属导线图案，例如铝导线，而清洗溶液浸泡槽140中的清洗溶液包括EKC-270。EKC-270清洗溶液是一种由杜邦EKC科技公司所生产的商业化蚀刻后残留物去除剂，其配方具有改良的金属相容性，在半导体湿式清洗工艺中常被用来清除晶片表面上的有机高分子成分、光致抗蚀剂灰化后残留物以及有机金属蚀刻残留物等等。
晶片120在清洗溶液浸泡槽140中的浸泡过程中是通过与清洗溶液浸泡槽140连结的晶片保护系统142进行监控保护。一旦晶片120在清洗溶液浸泡槽140中的浸泡时间超过晶片保护系统142所设定的时间限制，例如40分钟，晶片保护系统142立刻被启动。前述的非预期性的超时浸泡有可能是因为机械臂装置的故障或者其它原因所引起。晶片浸泡在如前述的EKC-270清洗溶液若时间过长会造成晶片表面上金属导线的侵蚀。
请同时参阅图3，其绘示的是本发明与清洗溶液浸泡槽140连结的晶片保护系统142的示意图。如图3所示，晶片120浸泡在清洗溶液浸泡槽140的EKC-270清洗溶液141中。EKC-270清洗溶液141是经由清洗溶液控制阀420以及清洗溶液输送管422注入清洗溶液浸泡槽140中。在输送管线422中间设置有液体输送泵浦430。此外，清洗溶液浸泡槽140还接有循环管线424，将清洗溶液浸泡槽140的EKC-270清洗溶液141做循环利用。清洗溶液浸泡槽140的底部接有排放管线443。此外，清洗溶液浸泡槽140可以是气密的容器，其设有可以开启关闭的顶盖(未图示)。
一旦发生如前述晶片120在清洗溶液浸泡槽140中的浸泡时间超过晶片保护系统142所设定的时间限制的状况，与排放管线443连接的排放控制阀440立即开启，将清洗溶液浸泡槽140中的EKC-270清洗溶液141排放掉，待清洗溶液浸泡槽140中的EKC-270清洗溶液141排放之后，排放控制阀440关闭，同时，替代溶液控制阀450自动开启，经由替代溶液控制阀450以及替代溶液输送管452将替代清洗溶液，例如EKC-800或NMP溶液，注入清洗溶液浸泡槽140中。如此一来，晶片120在系统修复期间即可先暂时浸泡在较为温和的替代清洗溶液中，不致伤害到晶片表面上的金属线路。浸泡在替代清洗溶液的过程中，液体输送泵浦430持续经由循环管线424进行循环。
由于在循环管线424中仍可能存有少许的EKC-270清洗溶液141，在排放时并未经由排放管线443与排放控制阀440排放出去，这些残留在循环管线424中的EKC-270清洗溶液141仍可能对晶片表面的金属导线造成侵蚀，因此，第一次注入清洗溶液浸泡槽140中的替代清洗溶液(EKC-800)，在循环每一至三小时之后，优选为两小时左右，即需被排放掉，随后再经由替代溶液控制阀450以及替代溶液输送管452注入新的替代清洗溶液。前述的控制阀可以是电磁阀或者On/Off控制阀等。
如图2所示，待造成半导体湿式化学工作站100的当机原因解除后，浸泡在替代清洗溶液中的晶片120随后被移出清洗溶液浸泡槽140，并被传送至下一个槽中，也就是中间溶剂浸润(intermediate post-solvent rinse，IPR)槽160，并被浸泡在光致抗蚀剂去除溶剂中一预定时间。根据本发明优选实施例，前述的光致抗蚀剂去除溶剂可为EKC-800。晶片120浸泡在IPR浸泡槽160中的浸泡时间约为500秒左右。
接着，晶片120被移出IPR浸泡槽160，并被传送至下一个槽中，也就是去离子水快速浸润(quick dump rinse，QDR)槽170，进行去离子水快速浸润。最后，晶片120被移出QDR槽170，并被传送至最终润湿槽180，进行去离子水最终浸润。完成清洗的晶片120最后被送至晶片干燥单元300进行干燥。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种晶片洁净装置，包括一清洗溶液浸泡槽，内盛一清洗溶液以浸泡晶片；以及一晶片保护系统，与该清洗溶液浸泡槽连接，该晶片保护系统包括一具有一排放控制阀的液体排放管，以于晶片浸泡一预定时间后将该清洗溶液排出该清洗溶液浸泡槽；以及一具有一替代溶液控制阀的替代溶液输送管，与该液体排放管连接，以将一替代溶液注入至该清洗溶液浸泡槽中取代已排出的该清洗溶液。
2.如权利要求1所述的晶片洁净装置，其中该清洗溶液包括胺类清洗溶剂。
3.如权利要求2所述的晶片洁净装置，其中该胺类清洗溶剂包括羟胺。
4.如权利要求2所述的晶片洁净装置，其中该胺类清洗溶剂包括EKC-270。
5.如权利要求1所述的晶片洁净装置，其中该替代溶液包括EKC-800或NMP溶液。
6.如权利要求1所述的晶片洁净装置，其中该替代溶液每一至三小时被排放掉一次。
7.如权利要求1所述的晶片洁净装置，其中该清洗溶液浸泡槽包括一具有一清洗溶液控制阀的清洗溶液输送管，与该清洗溶液浸泡槽连接，以将该清洗溶液注入该清洗溶液浸泡槽中；一循环管线，连接该清洗溶液浸泡槽以及该清洗溶液输送管；以及一溶液输送泵浦，设置于该清洗溶液输送管上。
8.如权利要求1所述的晶片洁净装置，其中该预定时间约为5-30分钟。
9.一种晶片清洗工艺，包括将晶片浸泡在一清洗溶液浸泡槽中，其中该清洗溶液浸泡槽连接一晶片保护系统，其包括一具有一排放控制阀的液体排放管；以及一具有一替代溶液控制阀的替代溶液输送管与该液体排放管连接；在晶片浸泡一预定时间后，开启该排放控制阀，将该清洗溶液经由该液体排放管排出该清洗溶液浸泡槽；以及开启该替代溶液控制阀，将一替代溶液经由该替代溶液输送管注入至该清洗溶液浸泡槽中，以取代已排出的该清洗溶液。
10.如权利要求9所述的晶片清洗工艺，其中该清洗溶液包括胺类清洗溶剂。
11.如权利要求10所述的晶片清洗工艺，其中该胺类清洗溶剂包括羟胺。
12.如权利要求10所述的晶片清洗工艺，其中该胺类清洗溶剂包括EKC-270。
13.如权利要求9所述的晶片清洗工艺，其中该替代溶液包括EKC-800或NMP溶液。
14.如权利要求9所述的晶片清洗工艺，其中该替代溶液每一至三小时被排放掉一次。
15.如权利要求9所述的晶片清洗工艺，其中该预定时间约为5-30分钟。
全文摘要
本发明披露一种晶片清洗工艺，将经过氧气等离子体灰化处理后的半导体晶片置于清洗溶液浸泡槽，并浸泡在清洗溶液中，其中该半导体晶片经过氧气等离子体灰化处理后的表面上具有待清除的光致抗蚀剂灰化残留物、蚀刻副产物以及暴露出来的金属导线图案；该清洗溶液浸泡槽连接一循环管线，排放控制阀以及液体排放管线；替代溶液可经由控制阀以及液体输送管线注入该清洗溶液浸泡槽；当该半导体晶片浸泡在该清洗溶液的时间超过一预定时间限制，即刻开启该排放控制阀将该清洗溶剂经由该排放控制阀以及该液体排放管线排出该清洗溶液浸泡槽；在该清洗溶液排放完之后，开启该控制阀，将该替代溶液经由控制阀以及液体输送管线注入该清洗溶液浸泡槽。
文档编号H01L21/306GK1929085SQ200510098149
公开日2007年3月14日 申请日期2005年9月8日 优先权日2005年9月8日
发明者陈神龙, 陈颖峰, 朱国彰, 曾美伦 申请人:联华电子股份有限公司