等离子体增强清洗装置、系统及清洗晶圆的方法
【专利摘要】本发明公开了一种等离子体增强清洗装置、系统及清洗晶圆的方法，采用具有小于晶圆直径的等离子体增强清洗装置对晶圆进行清洗，尤其是对氟残留进行清洗，有利于热量的迅速散发，且小面积清洗能够保证清洗过的区域杂质去除干净，不需要进行湿法清洗，外围管道能够及时的将清洗的微粒和氟残留排出，大大的提高了清洗的质量，降低了边缘效应的影响，从而避免了清洗时对低K介质层的破坏，极大的降低了清洗时的风险。
【专利说明】等离子体增强清洗装置、系统及清洗晶圆的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种等离子体增强清洗装置及清洗晶圆 的方法。
【背景技术】
[0002]在半导体的制造过程中，不可避免的会有大量的微粒(particle)产生，通常这些 微粒会被设备中向下流通的气流(downf low)给排出，但是仍然会有一些微粒吸附在晶圆的 表面，这些微粒通常都是需要去除的。
[0003]另一方面，在制程过程中，需要接触到一些含氟的物质，含氟物质电离后产生的氟 离子会与气体物质结合并吸附到晶圆上，形成含氟残留物。这些物质则必须去除掉方可进 行后续的制程工艺，否则将会影响产品的质量。
[0004]随着器件本身尺寸和互连线距离的不断缩小，各种微粒以及含氟残留物(F-based residua)越来越成为杀伤良率的重要因素，能否高效的解决这一问题是一个巨大的业内挑 战。
[0005]现有工艺中常用方法为采用等离子体增强清洗，等离子体是一种中性，高能量的 离子化气体，其能够选择性的去除相应的微粒及含氟残留物。如图1所示，其为现有工艺中 等离子体增强清洗的示意图。可见，现有工艺是在整个晶圆的表面同时进行全面积的等离 子体增强清洗，这种大面积的清洗方法不能够达到一个较好的清洗效果，杂质不易去除干 净，通常还需要进行湿法清洗过程，同时，由于等离子体的温度较高，全面积的清洗不能够 及时散热，边缘效应大。这都会对下方各层，尤其是低K介质层产生很大的不良影响，甚至 破坏低K介质层。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种等离子体增强清洗装置及清洗晶圆的方法，以解决现 有技术中采用等离子体增强清洗时效率低且对低K介质层有不良影响的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提供一种等离子体增强清洗装置，包括:
[0008]一等离子体管道，用以传输等离子体，所述等离子体管道直径小于待处理晶圆直 径;
[0009]一外围管道，用以传输清洗后物质，所述外围管道包围所述等离子体管道。
[0010]进一步的，对于所述的等离子体增强清洗装置，还包括一金属绞线层，所述金属绞 线层位于所述等离子体管道和所述外围管道之间。
[0011]进一步的，对于所述的等离子体增强清洗装置，所述金属绞线层为圆筒状。
[0012]进一步的，对于所述的等离子体增强清洗装置，还包括一保护层，所述保护层位于 所述等离子体管道和金属绞线层之间。
[0013]进一步的，对于所述的等离子体增强清洗装置，所述保护层的厚度为0.01mnT2mm。
[0014]进一步的，对于所述的等离子体增强清洗装置，所述外围管道的形状为环型筒状。[0015]进一步的，对于所述的等离子体增强清洗装置，所述外围管道的内径为
0.外径为 0.2mm?50mm。
[0016]进一步的，对于所述的等离子体增强清洗装置，所述等离子体管道的形状为圆筒 状。
[0017]进一步的，对于所述的等离子体增强清洗装置，所述等离子体管道的直径为
0.1mm?5mm。
[0018]进一步的，对于所述的等离子体增强清洗装置，其特征在于，所述外围管道、等离 子体管道和金属绞线层中心共线。
[0019]本发明提供一种等离子体增强清洗系统，包括:
[0020]如上所述的等离子体增强清洗装置；
[0021]一反应腔室；一等离子体发生器；
[0022]其中，所述离子体增强清洗装置位于所述反应腔室的内部；所述反应腔室具有内 部接口、外部接口和排出口 ；所述离子体发生器的输出端与反应腔室的外部接口相连通，所 述等离子体管道与反应腔室的内部接口相连通，用于接收离子体发生器的输出端提供的等 离子体，所述外围管道与反应腔室的排出口相连通，用于排出清洗后的物质。
[0023]进一步的，对于所述的等离子体增强清洗系统，所述离子体增强清洗装置的数量 大于等于一个。
[0024]本发明提供一种利用上述等离子体增强清洗装置进行清洗晶圆的方法，其特征在 于，包括:
[0025]将待处理晶圆放置于所述离子体增强清洗装置下方；
[0026]在所述等离子体管道中通入等离子体；
[0027]相对移动所述等离子体增强清洗装置和晶圆。
[0028]进一步的，对于所述的清洗晶圆的方法，所述晶圆放置于所述离子体增强清洗装 置下方0.1mm?50mm。
[0029]进一步的，对于所述的清洗晶圆的方法，所述等离子体包括:氮气，二氧化碳，甲 烧，氧气，氢气中的一种或多种。
[0030]进一步的，对于所述的清洗晶圆的方法，所述等离子体的流量皆为 Isccm?lOOOsccm。
[0031]进一步的，对于所述的清洗晶圆的方法，所述等离子体增强清洗装置和晶圆的相 对移动速度为lmm/s?200mm/s。
[0032]本发明提供一种利用上述等离子体增强清洗系统进行清洗晶圆的方法，其特征在 于，包括:
[0033]在所述反应腔室内载入待处理晶圆，并放置于所述离子体增强清洗装置下方；
[0034]所述等离子体发生器产生等离子体，并通过反应腔室的外部接口及内部接口将等 离子体通入所述等离子体管道；
[0035]相对移动所述等离子体增强清洗装置和晶圆。
[0036]进一步的，对于所述的清洗晶圆的方法，所述晶圆放置于所述离子体增强清洗装 置下方0.1mm?50mm。
[0037]进一步的，对于所述的清洗晶圆的方法，所述等离子体包括:氮气，二氧化碳，甲烧，氧气，氢气中的一种或多种。
[0038]进一步的，对于所述的清洗晶圆的方法，所述等离子体的流量皆为 Isccm-lOOOsccm。
[0039]进一步的，对于所述的清洗晶圆的方法，所述等离子体增强清洗装置和晶圆的相对移动速度为lmm/s-200mm/s。
[0040]与现有技术相比，在本发明提供的等离子体增强清洗装置及清洗晶圆的方法中， 采用具有小于晶圆直径的等离子体增强清洗装置对晶圆进行清洗，尤其是对氟残留进行清洗，有利于热量的迅速散发，且小面积清洗能够保证清洗过的区域杂质去除干净，不需要进行湿法清洗，外围管道能够及时的将清洗的微粒和氟残留排出，大大的提高了清洗的质量， 降低了边缘效应的影响，从而避免了清洗时对低K介质层的破坏，极大的降低了清洗时的风险。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]图1为现有工艺等离子体增强清洗的示意图；
[0042]图2为本发明实施例等离子体增强清洗装置的剖面示意图；
[0043]图3为本发明实施例等离子体增强清洗装置的俯视示意图；
[0044]图4为本发明实施例等离子体增强清洗装置清洗晶圆的示意图；
[0045]图5为本发明实施例等离子体增强清洗系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0046]以下结合附图和具体实施例对本发明提供的等离子体增强清洗装置、系统及清洗晶圆的方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0047]实施例一
[0048]请参考图2，一种等离子体增强清洗装置，用于清洗晶圆上的微粒及氟残留物，其包括:
[0049]一外围管道1，用作传输清洗后的物质；一等离子体管道2，用作清洗时输入等离子体的通道；一金属绞线层3，用作产生一约束磁场，以便提高等离子体的清洗效率。其中， 所述外围管道I包围所述等离子体管道2 ;所述外围管道I的直径及等离子体管道的直径小于待处理晶圆的直径，所述金属绞线层3位于所述外围管道I与等离子体管道2之间。所述等离子体管道2可以与一输入等离子体的管道(未示出)相连，所述外围管道I可以与一输出管道或排出端口(未示出)相连，其具体形状，尺寸可根据待清洗晶圆做适应性调整，此处不做限定。
[0050]所述外围管道1、等离子体管道2和金属绞线层3的形状可以为筒状，柱状等。优选的，所述外围管道I为环型筒状，即包括内、外筒，所述内筒嵌套于所述外筒中，所述外围管道I的内径(即内筒直径)为0.1mnTlOmm,外径(即外筒直径)为0.2mm-50mm ;所述等离子体管道2和金属绞线层3为圆筒状，所述等离子体管道的直径为0.lmnT5mm。
[0051]所述外围管道I的材料可以为石英等绝缘物质；所述等离子体管道2的材料可以为钛、钽、镍、铜、铝、钨、银、金中的一种或组合；所述金属绞线层3的材料可以为铜、铝、钨、 银、金中的一种或组合。
[0052]请参考如图3所示的俯视图，优选的，所述外围管道1、等离子体管道2和金属绞线 层3中心共线。本发明所述的等离子体增强清洗装置，还包括一保护层4，用于保护金属绞 线层，防止被氧化等。所述保护层4位于所述等离子体管道2和金属绞线层3之间。所述 保护层4的厚度为0.01mnT2mm。
[0053]本实施例提供一种利用上述等离子体增强清洗装置进行清洗晶圆的方法。
[0054]请参考图4，将待处理晶圆6放置于所述离子体增强清洗装置5下方，所述晶圆6 表面具有各种微粒及氟残留物12，具体的，所述晶圆6放置于所述离子体增强清洗装置下 方 0.1mm?50mmo
[0055]在所述等离子体管道2中通入等离子体，所述等离子体经一管道(未示出)通入所 述等离子体管道2，所述等离子体包括:氮气(N2), 二氧化碳(CO2),甲烷(CH4),氧气(O2)，氢 气(H2)中的一种或多种,上述各种气体的流量皆为lsccnTlOOOsccm。所述外围管道I与一 排出管道相连通(未示出)。
[0056]在所述离子体增强清洗装置的金属绞线层3接入直流电以产生约束磁场，通入电 流强度可以为(Tiooa。
[0057]相对移动所述等离子体增强清洗装置5和晶圆6，可以单独移动所述等离子体 增强清洗装置5或晶圆6，亦可两者同时移动，优选的，达到所述相对移动速度为Imm/ s?200mm/s。
[0058]由图4可见，等离子体通过等离子体管道2到达晶圆6的表面，晶圆6表面的各种 微粒及氟残留物12，经等离子体接触后，脱离晶圆6的表面，此时由于外围管道I有着吸力， 将激发起来的微粒及氟残留物12排送出去。本实施例中由于清洗面积小，能够保证所清洗 过的区域杂质都被去除，不需要进行传统工艺中的湿法清洗。
[0059]请继续参考图4，等离子体增强清洗会使得等离子体管道2的下方出现一个高温 区域8，然而由于本发明中等离子体增强清洗装置5的尺寸很小，使得所述高温区域8相比 晶圆6而言非常小，故其热量可在一个较小的边缘9中就能够完全散发出去。
[0060]由上述分析可见，本实施例的清洗方法清洗很完全，能够去除普通微粒和氟残留 等难以去除的杂质，不需要经过湿法清洗过程，热量影响也很小，故不会影响下方各层，尤 其是低K介质层。
[0061]实施例二
[0062]请参考图5，本发明提供一种等离子体增强清洗系统，包括:如上所述的等离子体 增强清洗装置5，一反应腔室11，一等离子体发生器10。其中，所述离子体增强清洗装置5 位于所述反应腔室11的内部；所述反应腔室11具有内部接口、外部接口和排出口 ；所述离 子体发生器10的输出端12与反应腔室11的外部接口相连通，所述等离子体管道2通过一 管道13与反应腔室的内部接口相连通，用于接收离子体发生器10的输出端12提供的等离 子体，所述外围管道I通过另一管道14与反应腔室11的排出口相连通，用于排出清洗后的 物质。
[0063]本实施例所述的等离子体增强清洗系统，所述离子体增强清洗装置5的数量大于
等于一个。[0064]本实施例提供一种上述等离子体增强清洗系统进行清洗晶圆的方法。本方法与实 施例一中的清洗晶圆的方法区别在于:所述等离子体发生器10产生等离子体，经输出端12 并通过反应腔室11的外部接口及内部接口将等离子体再通过一管道13进入所述等离子体 管道2。
[0065]本实施例具有与实施例一相同的清洗效果，此处不再描述。
[0066]上述两个实施例提供的等离子体增强清洗装置及清洗晶圆的方法中，采用具有小 于晶圆直径的等离子体增强清洗装置对晶圆进行清洗，尤其是对氟残留进行清洗，有利于 热量的迅速散发，且小面积清洗能够保证清洗过的区域杂质去除干净，不需要进行湿法清 洗，外围管道能够及时的将清洗的微粒和氟残留排出，大大的提高了清洗的质量，降低了边 缘效应的影响，从而避免了清洗时对低K介质层的破坏，极大的降低了清洗时的风险。
[0067]显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神 和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之 内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种等离子体增强清洗装置，其特征在于，包括:一等离子体管道，用以传输等离子体，所述等离子体管道直径小于待处理晶圆直径；一外围管道，用以传输清洗后物质，所述外围管道包围所述等离子体管道。
2.如权利要求1所述的等离子体增强清洗装置，其特征在于，还包括一金属绞线层，所述金属绞线层位于所述等离子体管道和所述外围管道之间。
3.如权利要求2所述的等离子体增强清洗装置，其特征在于，所述金属绞线层为圆筒状。
4.如权利要求3所述的等离子体增强清洗装置，其特征在于，还包括一保护层，所述保护层位于所述等离子体管道和金属绞线层之间。
5.如权利要求4所述的等离子体增强清洗装置，其特征在于，所述保护层的厚度为 0.01mnT2mmo
6.如权利要求1所述的等离子体增强清洗装置，其特征在于，所述外围管道的形状为环型筒状。
7.如权利要求6所述的等离子体增强清洗装置，其特征在于，所述外围管道的内径为0.外径为 0.2mm-50mm。
8.如权利要求1所述的等离子体增强清洗装置，其特征在于，所述等离子体管道的形状为圆筒状。
9.如权利要求8所述的等离子体增强清洗装置，其特征在于，所述等离子体管道的直径为0.1mm-5mm。
10.如权利要求2、任一项所述的等离子体增强清洗装置，其特征在于，所述外围管道、等离子体管道和金属绞线层中心共线。`
11.一种等离子体增强清洗系统，其特征在于，包括:如权利要求广10中的任一项所述的等离子体增强清洗装置；一反应腔室；一等离子体发生器；其中，所述离子体增强清洗装置位于所述反应腔室的内部；所述反应腔室具有内部接口、外部接口和排出口 ；所述离子体发生器的输出端与反应腔室的外部接口相连通，所述等离子体管道与反应腔室的内部接口相连通，用于接收离子体发生器的输出端提供的等离子体，所述外围管道与反应腔室的排出口相连通，用于排出清洗后的物质。
12.如权利要求11所述的等离子体增强清洗系统，其特征在于，所述离子体增强清洗装置的数量大于等于一个。
13.一种利用权利要求f 10任一项所述等离子体增强清洗装置进行清洗晶圆的方法， 其特征在于，包括:将待处理晶圆放置于所述离子体增强清洗装置下方；在所述等离子体管道中通入等离子体；相对移动所述等离子体增强清洗装置和晶圆。
14.如权利要求13所述的清洗晶圆的方法，其特征在于，所述晶圆放置于所述离子体增强清洗装置下方0.lmnT50mm。
15.如权利要求13所述的清洗晶圆的方法，其特征在于，所述等离子体包括:氮气，二氧化碳，甲烧，氧气，氢气中的一种或多种。
16.如权利要求15所述的清洗晶圆的方法，其特征在于，所述等离子体的流量皆为 Isccm-lOOOsccm。
17.如权利要求13所述的清洗晶圆的方法，其特征在于，所述等离子体增强清洗装置和晶圆的相对移动速度为lmm/s-200mm/s。
18.一种利用权利要求1f 12任一项所述等离子体增强清洗系统进行清洗晶圆的方法，其特征在于，包括:在所述反应腔室内载入待处理晶圆，并放置于所述离子体增强清洗装置下方；所述等离子体发生器产生等离子体，并通过反应腔室的外部接口及内部接口将等离子体通入所述等离子体管道；相对移动所述等离子体增强清洗装置和晶圆。
19.如权利要求18所述的清洗晶圆的方法，其特征在于，所述晶圆放置于所述离子体增强清洗装置下方0.lmnT50mm。
20.如权利要求18所述的清洗晶圆的方法，其特征在于，所述等离子体包括:氮气，二氧化碳，甲烧，氧气，氢气中的一种或多种。
21.如权利要求20所述的清洗晶圆的方法，其特征在于，所述等离子体的流量皆为 Isccm-lOOOsccm。
22.如权利要求18所述 的清洗晶圆的方法，其特征在于，所述等离子体增强清洗装置和晶圆的相对移动速度为lmm/s-200mm/s。
【文档编号】H01L21/02GK103456660SQ201210183524
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年6月5日 优先权日:2012年6月5日
【发明者】张城龙, 王冬江, 张海洋 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司