[发明专利]化学机械研磨后晶圆清洗方法及系统

说明书

本发明提供了一种化学机械研磨后晶圆清洗方法及系统，包括如下步骤：1）确定清洗参数和清洗刷电机扭矩的变化关系；2）确定最佳清洗效果时段内清洗刷电机扭矩的变化范围；3）使用清洗刷对晶圆表面进行清洗，并量测晶圆清洗过程中清洗刷电机扭矩；4）将晶圆清洗过程中清洗刷电机扭矩与最佳清洗效果时段内清洗刷电机扭矩的范围进行比对，并依据比对结果及清洗参数与清洗刷电机扭矩的对应关系调整更新清洗参数。本发明通过故障检测分类模块收集清洗刷电机扭矩数据，动态调节清洗刷与晶圆表面的距离，减少了晶圆表面缺陷数，增加了清洗刷使用寿命，提高了良品率。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种化学机械研磨后晶圆清洗方法及系统。

背景技术

化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing,CMP)是实现半导体晶圆面内平坦化的重要工艺。在化学机械研磨的过程中，需要使用研磨液对晶圆表面进行研磨。研磨液一般由亚微米或纳米级的研磨颗粒、化学腐蚀剂和去离子水等混合后组成。在化学机械研磨完成后，晶圆表面会残留大量的研磨颗粒和研磨副产物等污染物。这些污染物如残留在晶圆表面，会对后续工艺产生不良影响，并可能导致晶圆良率损失。因此，在晶圆进行化学机械研磨后，需要对晶圆进行清洗，以去除晶圆表面残留的污染物。

对于化学机械研磨后的晶圆清洗，一般使用清洗刷对晶圆进行清洗。主要包括如下步骤：先将化学机械研磨后的晶圆放入清洗槽中，如图1所示，使用一对由清洗刷电机160带动的并列设置的滚动式清洗刷100对晶圆110的正反两面同步进行清洗，同时由喷头120喷洒清洗液130对晶圆110表面进行冲洗，清洗液130由清洗液供给源150通过供液管路170供给，之后使用去离子水冲洗晶圆110表面，最后对晶圆110进行干燥。上述滚动式清洗刷由电机带动转动，且转动方向相反。图2是图1中A方向正视图，其中，第一清洗刷101顺时针转动，第二清洗刷102逆时针转动。在所述清洗刷转动的同时，所述晶圆由其下的支撑滚轮140支撑并带动旋转，从而使得所述清洗刷100的清洗范围覆盖整个晶圆110。

在上述清洗过程中，清洗刷与晶圆表面的距离(以下简称距离值)决定了清洗刷对晶圆表面的接触压力和接触面积，对于清洗效果有直接影响。如图3所示，距离值200代表清洗刷100和晶圆110表面的距离，当距离值200为正数时，清洗刷100不接触晶圆110；如图4所示，当距离值200为0时，表明清洗刷100外缘和晶圆110表面刚好相切；如图5所示，当距离值200为负数时，表明清洗刷100压在晶圆110表面并产生形变。其中，实线部分为清洗刷100形变后的实际形状，虚线部分为表示清洗刷100与晶圆110表面距离为负数的假想状态。当距离值200为负数时，其绝对值越大，清洗刷100在晶圆110表面的接触压力和接触面积越大。

当清洗刷在晶圆表面的接触压力和接触面积变大时，带动清洗刷转动的电机的扭矩也会随之变大。图6是在一次清洗过程中不同的距离值下的电机扭矩随清洗时间的变化曲线。除去作业开始时的电机扭矩上升阶段301和作业结束时的电机扭矩下降阶段302，在稳定作业阶段303，电机扭矩的变化稳定保持在一定范围内。其中，曲线304表示距离值为-a时的电机扭矩随清洗时间的变化曲线；曲线305表示距离值为-b时的电机扭矩随清洗时间的变化曲线；曲线306表示距离值为0时的电机扭矩随清洗时间的变化曲线。距离值-a和-b都是负数，且-a的绝对值大于-b。由图6可知，距离值为负数时的电机扭矩高于距离值为0时的电机扭矩，且其绝对值越大，电机扭矩越大。这是由于距离值的绝对值越大，清洗刷在晶圆表面的接触压力和接触面积越大，从而增加了清洗刷的转动阻力，进而使得清洗刷电机扭矩随之变大。