CMP后清洗过程的干燥装置及方法、CMP后清洗装置及方法与流程

cmp后清洗过程的干燥装置及方法、cmp后清洗装置及方法
技术领域
1.本发明涉及半导体元器件制造技术领域，尤其涉及cmp后清洗过程的干燥装置及方法、cmp后清洗装置及方法。


背景技术：

2.cmp(化学机械抛光)是利用机械力的同时加以化学辅助研磨至晶圆平坦化的工艺。晶圆在研磨过程中，研磨头和承载盘的高速旋转容易导致研磨液飞溅出来或形成雾状流，这些飞溅出来的研磨液很容易吸附到研磨机台的表面或者机器的缝隙中，给机器的日常清理带来了麻烦。而且如果清理不及时，时间一长，这些飞溅的研磨液容易累积形成结晶，如果这些结晶体往下掉落到晶圆的表面，会刮伤晶圆，给企业造成损失。因此在抛光结束后，会进行晶圆的清洗。将晶圆置于清洗剂中，清洗后取出晶圆，晶圆表面可能具有各种暴露的表面材料和图案。已知用于干燥晶圆时使用的各种技术，包括但不限于离心干燥、马兰戈尼干燥、超临界干燥等。
3.目前cmp清洗后最常用的干燥方式是使用异丙醇的马兰戈尼干燥。干燥过程是利用晶圆顶升装置将晶圆从清洗槽体中慢慢升起，与此同时通过氮气将异丙醇雾化，吹送、喷射至晶圆正反面，利用异丙醇与水的表面张力差进行晶圆的干燥方法。但是这种方法因支撑晶圆的顶升装置部分和晶圆边缘部分接触，会产生异丙醇聚集现象，形成异丙醇液滴，由此造成异丙醇液体和杂质颗粒的残留，影响清洗效果，对后续工艺造成不良影响，甚至引起晶圆良品率下降。


技术实现要素：

4.鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种cmp后清洗过程的干燥装置及方法、cmp后清洗装置及方法，用以解决现有cmp后清洗过程中顶升装置与晶圆接触的部位异丙醇无法彻底干燥，产生聚集的问题。
5.本发明提供一种cmp后清洗过程的干燥装置，包括加热装置；
6.所述加热装置设置在清洗腔室内，位于异丙醇喷射杆上方，平齐于晶圆顶升装置的最高位置；
7.所述加热装置用于对异丙醇喷射干燥后的晶圆与顶升装置接触的区域和晶圆下边缘进行干燥。
8.进一步地，所述加热装置为光波加热器。
9.进一步地，所述光波加热器为激光加热器、红外加热器、微波加热器中的一种。
10.进一步地，所述加热装置加热主体的形状是矩形或弧形。
11.进一步地，所述加热装置距离晶圆平面的距离l＝(0.5-1.5)l0，所述l0为异丙醇喷射杆距离晶圆平面的距离。
12.进一步地，还包括温度探测器，用于实时检测晶圆与顶升装置接触的区域和晶圆下边缘的温度。
13.进一步地，所述加热装置的加热温度为30-50℃。
14.进一步地，所述加热装置的加热主体的宽度w≥0.6d，所述加热装置的加热主体的高度h≥0.15d，所述d为晶圆直径。
15.一方面，本发明提供一种cmp后清洗过程的干燥方法，采用如上述的cmp后清洗过程干燥装置，在异丙醇喷射杆喷射结束后启动加热装置，对异丙醇喷射干燥后晶圆与顶升装置接触的区域和晶圆下边缘进行干燥。
16.一方面，本发明提供一种cmp后清洗装置，包括：清洗腔室、异丙醇喷射杆、晶圆顶升装置和加热装置；
17.所述异丙醇喷射杆、晶圆顶升装置和加热装置均设置在清洗腔室内；
18.所述加热装置位于异丙醇喷射杆上方，平齐于晶圆顶升装置的最高位置，用于对异丙醇喷射干燥后的晶圆与顶升装置接触的区域和晶圆下边缘进行干燥；
19.所述异丙醇喷射杆用于喷射异丙醇；
20.所述顶升装置用于提升完成清洗后的晶圆。
21.另一方面，本发明提供一种cmp后清洗方法，包括：
22.cmp后的晶圆进入清洗腔室进行清洗；
23.清洗完成后，晶圆在顶升装置作用下提升；
24.顶升装置提升晶圆过程中，异丙醇喷射杆喷射异丙醇对晶圆表面进行干燥；
25.在异丙醇喷射杆喷射结束后，设置在清洗腔室内且位于异丙醇喷射杆上方的加热装置工作，对晶圆与顶升装置接触的区域和晶圆下边缘进行干燥。
26.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
27.(1)与现有的cmp后清洗过程晶圆经过清洗剂清洗后单独使用异丙醇蒸汽干燥相比，本发明cmp后清洗过程的干燥装置包括位于异丙醇喷射杆上的光波加热干燥装置，利用光的辐射或波的能量直接加热，与利用马兰戈尼原理干燥的异丙醇喷射杆构成一个完整的干燥系统，实现对晶圆的彻底干燥和完全干燥。
28.(2)与现有的cmp清洗后使用异丙醇蒸汽干燥相比，本发明cmp后清洗过程的干燥装置包括位于异丙醇喷射杆上的光加热干燥装置，利用激光的能量集中、红外的热辐射或微波的促进分子运动，对顶升装置与晶圆边缘接触的部分进行进一步充分的加热，有效避免了现有技术中单独使用异丙醇蒸汽干燥造成的晶圆边缘的异丙醇聚集。
29.(3)现有技术中在cmp结束后通过去离子水、异丙醇等化学清洗剂对晶圆表面的抛光液颗粒进行清洗，清洗后用顶升装置将晶圆从清洗剂中提升，使用异丙醇蒸汽，利用马兰戈尼原理对晶圆表面进行干燥，由于顶升装置与晶圆边缘存在接触，由于液体表面张力，异丙醇会向顶升装置与晶圆的接触部分聚集，聚集的异丙醇中可能混有清洗剂中的颗粒，因此使用异丙醇进行清洗不但造成异丙醇的聚集，还会造成颗粒的残留，对后续工艺造成不良影响；本发明cmp后清洗过程干燥装置包括位于异丙醇喷射杆上的光加热干燥装置，对顶升装置与晶圆的接触部分进行光波加热，有效避免异丙醇的聚集和残留，防止颗粒残留在晶圆表面，保证了后续覆膜、刻蚀等工艺中晶圆表面的光滑，有效提升良品率。
30.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所
特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
31.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
32.图1为异丙醇干燥原理图；
33.图2为cmp后清洗过程干燥装置侧视示意图；
34.图3a为顶升装置将晶圆提升开始阶段cmp后清洗过程干燥装置干燥过程侧视示意图；
35.图3b为顶升装置将晶圆提升中间阶段cmp后清洗过程干燥装置干燥过程侧视示意图；
36.图3c为顶升装置将晶圆提升至最高处cmp后清洗过程干燥装置干燥过程侧视示意图。
37.附图标记：
38.1-晶圆；2-光波加热器；3-异丙醇喷射杆。
具体实施方式
39.cmp是利用机械力的同时加以化学辅助研磨至晶圆平坦化的工艺。晶圆1在研磨过程中，研磨头和承载盘的高速旋转容易导致研磨液飞溅出来或形成雾状流，这些飞溅出来的研磨液很容易下掉落到晶圆1的表面，会刮伤晶圆1。因此在抛光结束后，会进行晶圆1的清洗。将晶圆1置于清洗剂中，清洗后取出晶圆1，进行异丙醇干燥。异丙醇干燥是利用晶圆顶升装置将晶圆从清洗槽体中慢慢升起，通过氮气将异丙醇雾化，吹送、喷射至晶圆正反面，利用异丙醇与水的表面张力差进行晶圆的干燥方法。如图1所示。但这种改变晶圆表面液体的表面张力的干燥方法，存在技术弊端。
40.由于顶升装置将晶圆1从清洗液池中提升的过程，难以避免的会在晶圆1边缘的位置与晶圆1产生必要的接触，异丙醇在表面张力作用下向接触区域进行聚集，聚集的异丙醇中可能混有清洗剂中的颗粒，因此使用异丙醇进行清洗不但造成异丙醇的聚集，还会造成颗粒的残留，对后续工艺造成不良影响。
41.为了解决上述问题，必须将整个晶圆1彻底干燥，尤其对顶升装置与晶圆边缘接触的部分进行干燥。考虑到异丙醇聚集在顶升装置与晶圆1边缘是由马兰戈尼原理所致，因此对异丙醇聚集区域吹送加热的惰性气体即风热的方法不可行。
42.本发明提供的一种cmp后清洗过程干燥装置，包括加热装置，位于异丙醇喷射杆3上方，平齐于晶圆顶升装置的最高位置，加热装置用于对异丙醇喷射干燥后的晶圆与顶升装置接触的区域和晶圆下边缘进行干燥。
43.经研究和分析，电加热需要直接将电流作用在晶圆1表面，要求晶圆1本身必须是良好的电热阻，或将晶圆1与电热阻接触。风加热是通过增加热对流的方式促进液体挥发，如前述分析，但这种方式不可避免的会由于改变气体的流动，从而改变液体表面张力。而不同于风加热与电加热的是，光波加热以热辐射为主要加热原理，可以有效对顶升装置与晶圆1边缘接触的接触区域进行加热，且不需要通过导线等直接接触晶圆，也不会产生气流对
晶圆1上液体表面张力造成影响。因此选择将加热装置设置为光波加热器2。
44.光波根据波长的大小具有十分广泛的范围，考虑各种光波的加热优异性、对晶圆伤害、加热效率和相应设备的制造成本，选用激光加热器、红外加热器和微波加热器，优选地为激光加热器。
45.红外光(ir)是频率介于微波与可见光之间的电磁波，波长在760纳米至1毫米之间，红外光是太阳光线中众多不可见光线中的一种，又称为红外热辐射，热作用强，在所有太阳光中具有最优的热效应。微波加热器则通过微波直接照射作用于晶圆边缘未干燥的液体分子，通过微波辐射使液体分子直接吸收能量，增加分子运动的能量，既能实现对液体分子加热也能增加分子运动，加快分子脱离液体变为气体分子的进程。激光是原子中的电子吸收能量后从低能级跃迁到高能级，再从高能级回落到低能级的时候，所释放的能量以光子的形式放出。激光具有定向发光、亮度极高、颜色极纯、能量极大的特性。因此选用激光加热器对顶升装置与晶圆边缘接触的接触区域进行加热，加热区域集中，加热能量高，加热速率极快。
46.考虑到不同的清洗干燥装置的晶圆的顶升装置并不相同，包括针式、弧式等多种，所包括提升单元数量为1个到数个不等。为实现对晶圆的彻底干燥，将所有顶升装置与晶圆边缘接触的区域全部干燥，加热装置加热主体的形状是矩形或弧形。加热装置的加热主体的宽度w≥0.75d，加热装置的加热主体的高度h≥0.2d，所述d为晶圆直径。
47.同时考虑加热装置距离晶圆平面的距离，直接对加热效率、加热温度产生影响。加热装置距离晶圆越近，加热效率越高，光波能量损失越小，但加热装置距离晶圆表面过近，会增加与顶升装置发生物理接触碰撞的风险，同时不利于维修和检修。不仅如此，使用激光加热器，由于激光能量极高，距离太近会造成局部温度过高，对晶圆造成损害。因此加热装置距离晶圆的距离l不大于异丙醇喷射杆距离晶圆平面的距离l0的1.5倍。而加热装置距离晶圆平面过远则光在能量传输中损耗过大，同时，会造成仪器体积变大，设备成本的增加。因此加热装置距离晶圆1的距离l不超过异丙醇喷射杆3距离晶圆平面的距离l0的1.5倍。
48.根据前述分析，加热器对顶升装置与晶圆边缘的接触区域加热时，加热速率快，能量集中，均造成局部温度过高，过高的温度会引起晶圆膨胀系数、脆性、韧性等力学性能的变化，因此对加热区域需要进行温度测量和监控。因此，cmp后清洗过程干燥装置还包括温度探测器，用于实时检测晶圆与顶升装置接触的区域和晶圆1下边缘的温度。
49.通过设置温度探测器对加热区域的加热温度进行测量和监控，也可以通过测量的加热温度对加热装置进行控制，控制加热装置的加热温度为30-50℃。
50.在前述基础上，本发明提供一种cmp后清洗过程干燥方法，用前述的cmp后清洗过程干燥装置，在异丙醇喷射杆喷射结束后启动，对异丙醇喷射干燥后晶圆与顶升装置接触的区域和晶圆1下边缘进行干燥。
51.本发明提供的cmp后清洗过程干燥方法，可对顶升装置与晶圆边缘的接触区域进行光波加热，在不改变晶圆上液体表面张力的情况下，对接触区域的液体分子进行高效的、精准的加热，促使其迅速挥发，实现整个晶圆的彻底干燥，有效防止了因顶升装置与晶圆边缘的接触区域聚集异丙醇液体和残留固体颗粒，对后续工艺造成不良影响。
52.本发明还提供一种cmp后清洗装置，包括：异丙醇喷射杆，晶圆顶升装置和加热装置，加热装置位于异丙醇喷射杆上方，平齐于晶圆顶升装置的最高位置，用于对异丙醇喷射
干燥后的晶圆与顶升装置接触的区域和晶圆下边缘进行干燥；异丙醇喷射杆用于喷射异丙醇；顶升装置用于提升完成清洗的晶圆。
53.根据上述cmp后清洗装置，本发明还提供一种cmp后清洗方法，cmp后的晶圆进入清洗装置进行清洗；清洗完成后，晶圆在顶升装置作用下提升；顶升装置提升晶圆过程中，异丙醇喷射杆喷射异丙醇对晶圆表面进行干燥；在异丙醇喷射杆喷射结束后，加热装置工作，对晶圆与顶升装置接触的区域和晶圆下边缘进行干燥。
54.本发明的cmp后清洗装置和清洗方法，在cmp结束后，通过对液体清洗剂对晶圆进行湿法清洗，洗除cmp残留的颗粒，在顶升装置对晶圆提升过程中，并通过异丙醇干燥对晶圆表面大部分区域进行干燥，通过本技术前述的cmp后清洗过程干燥装置对顶升装置与晶圆边缘的接触区域聚集残留的异丙醇液体进行彻底干燥，以此实现了对整个晶圆的清洗。
55.下面具体描述本发明的优选实施例用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
56.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，
57.全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在
……
上方”、“下”和“在
……
上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。
58.本发明通常的工作面可以为平面或曲面，可以倾斜，也可以水平。为了方便说明，本发明实施例放置在水平面上，并在水平面上使用，并以此限定“高低”和“上下”。
59.实施例一
60.本实施例公开一种cmp后清洗过程干燥装置。
61.cmp后清洗过程的干燥装置，包括激光加热器和温度探测器，激光加热器位于异丙醇喷射杆上方，平齐于晶圆顶升装置的最高位置。
62.温度探测器用于实时检测晶圆与顶升装置接触的区域和晶圆下边缘的温度。
63.激光加热器加热主体的形状是矩形。
64.激光加热器距离晶圆平面的距离l＝l0，l0为异丙醇喷射杆距离晶圆平面的距离。
65.激光加热器的加热温度为30-50℃，通过温度探测器探测并调控激光加热器的激光功率实现。
66.激光加热器加热主体的宽度w＝0.75d，加热装置的加热主体的高度h＝0.2d，所述d为晶圆直径。
67.实施例二
68.本实施例公开一种cmp后清洗过程干燥方法。
69.具有cmp后清洗过程的干燥装置：
70.cmp后清洗过程的干燥装置包括激光加热器和温度探测器，激光加热器位于异丙醇喷射杆上方，平齐于晶圆顶升装置的最高位置，。
71.温度探测器用于实时检测晶圆与顶升装置接触的区域和晶圆下边缘的温度。
72.激光加热器加热主体的形状是矩形。
73.激光加热器距离晶圆平面的距离l＝0.8l0，l0为异丙醇喷射杆距离晶圆平面的距离。
74.激光加热器的加热温度为30-50℃，通过温度探测器探测并调控激光加热器的激光功率实现。
75.激光加热器加热主体的宽度w＝0.6d，加热装置的加热主体的高度h＝0.15d，所述d为晶圆直径。
76.晶圆在清洗剂去离子水中清洗结束后，顶升装置将晶圆逐步提升，提升过程中异丙醇喷射杆喷射干燥的异丙醇，喷射在晶圆表面的异丙醇分子形成小液珠，由于马兰戈尼原理，液体表面张力发生变化，异丙醇小液珠被水拉扯进清洗槽体的去离子水中，实现对晶圆表面的干燥，随着异丙醇干燥的结束，顶升装置与晶圆边缘聚集残留有异丙醇液体。
77.cmp后清洗过程干燥装置，在异丙醇喷射杆喷射结束后启动，通过照射激光对异丙醇喷射干燥后晶圆与顶升装置接触的区域和晶圆下边缘进行干燥，实现对整个晶圆的完全干燥。
78.实施例三
79.本实施例公开一种cmp后清洗装置，如图2所示。
80.cmp后清洗装置包括：去离子水清洗槽体，异丙醇喷射杆，晶圆顶升装置、微波加热器和温度探测器。
81.异丙醇喷射杆距离晶圆平面的距离为l0＝1cm，晶圆直径d＝200mm。
82.顶升装置的宽度为80mm。
83.微波加热器安装于异丙醇喷射杆上方，平齐于晶圆顶升装置的最高位置。
84.温度探测器用于实时检测晶圆与顶升装置接触的区域和晶圆下边缘的温度。
85.微波加热器产生的微波的频率为2.45ghz。
86.微波加热器加热主体的形状是弧形。
87.微波加热器距离晶圆平面的距离l＝0.9cm。
88.微波加热器的加热温度为40-50℃，通过温度探测器探测并调控微波加热器的微波功率实现。
89.微波加热器加热主体的宽度w＝120mm，加热装置的加热主体的高度h＝30mm。
90.实施例四
91.本实施例公开一种cmp后清洗方法，如图3a-3c所示。
92.本实施例使用实施例三的cmp后清洗装置。
93.cmp结束后，将晶圆浸入清洗剂去离子水中清洗，清洗结束后，顶升装置将晶圆逐步提升，提升过程中异丙醇喷射杆喷射干燥的异丙醇，喷射在晶圆表面的异丙醇分子形成小液珠，由于马兰戈尼原理，液体表面张力发生变化，异丙醇小液珠被水拉扯进清洗槽体的去离子水中，实现对晶圆表面的干燥，随着异丙醇干燥的结束，顶升装置与晶圆边缘聚集残留有异丙醇液体。
94.cmp后清洗过程干燥装置，在异丙醇喷射杆喷射结束后启动加热装置，通过照射微波对异丙醇喷射干燥后晶圆与顶升装置接触的区域和晶圆下边缘进行干燥，实现对整个晶圆的完全干燥。
95.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，
任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。