清洗刷洁净度的测试方法及清洗工艺窗口的设定方法与流程

1.本发明属于集成电路制造领域，特别涉及一种清洗刷洁净度的测试方法及一种清洗工艺窗口的设定方法。


背景技术：

2.随着半导体制造技术日新月异，cmp(化学机械研磨)成为晶圆制造中实现多金属层和互连线的关键技术，通过化学机械研磨等平坦化工艺，提高各材料层的表面平整度，进而提高后续形成的半导体器件的性能。晶圆经化学机械研磨工艺后，晶圆表面往往会残留研磨液颗粒和研磨副产物等，因此晶圆的清洗成为了一道非常重要且要求较高的工艺。
3.现在主流的化学机械研磨机台基本都自带清洗干燥功能，在晶圆清洗过程中我们会用到清洗刷100对晶圆表面进行接触式清洗，如图1所示。pva(聚乙烯醇树脂)清洗刷是cmp后清洗的重要耗材，但pva清洗刷本身也是晶圆表面颗粒(pd)的来源之一。新的清洗刷的清洁度较差，需要跑足够多的挡片才能使测机结果达到要求。且不同厂家生产出的清洗刷清洁度也不一样，而不同厂商的颗粒清洁度的测试方法也不相同。另外，在cmp工艺中，当研磨停止层(stop layer)有多晶硅薄膜(poly film)暴露时，poly表面在后清洗时容易吸附清洗刷上的小有机颗粒，影响后续工艺生产，所以cmp后清洗工艺对清洗刷洁净度要求较高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种清洗刷洁净度的测试方法，以筛选出达到生产工艺条件要求的清洗刷，满足cmp后清洗工艺对清洗刷洁净度的要求。
5.为达到上述目的，本发明提供一种一种清洗刷洁净度的测试方法，包括：
6.定义cmp后清洗工艺的清洗参数；
7.在所述清洗参数下，采用待测试的清洗刷对光片进行清洗工艺；
8.根据光片表面的颗粒情况，测试清洗刷洁净度，筛选达到生产工艺条件要求的清洗刷。
9.所述cmp制程中停止层含多晶硅薄膜，所述光片的表面沉积有多晶硅薄膜。
10.在本发明的一种可选地实施例中，所述清洗工艺为dhf清洗工艺。
11.在本发明的一种可选地实施例中，所述清洗参数包括：清洗时间、蚀刻速率或总蚀刻厚度。
12.在本发明的一种可选地实施例中，所述总蚀刻厚度大于多晶硅表面的饱和自然氧化层厚度。
13.在本发明的一种可选地实施例中，待测试的所述清洗刷的材质包括pva。
14.在本发明的一种可选地实施例中，所述光片表面的颗粒情况包括颗粒的数量和分布，采用表面污染分析仪测试所述光片表面的颗粒情况。
15.相应的，本发明还提供一种cmp后清洗工艺窗口的设定方法，，包括：
16.采用上述清洗刷洁净度的测试方法筛选标准清洗刷；
17.采用所述标准清洗刷在不同清洗参数下对光片进行清洗工艺；
18.根据光片表面的颗粒情况确定所述清洗参数的工艺窗口。
19.在本发明的一种可选地实施例中，所述cmp制程中停止层含多晶硅薄膜，所述光片的表面沉积多晶硅薄膜。
20.在本发明的一种可选地实施例中，所述清洗工艺为dhf清洗工艺，所述清洗参数包括：清洗时间、蚀刻速率或总蚀刻厚度。
21.综上，本发明提供一种清洗刷洁净度的测试方法及一种清洗工艺窗口的设定方法，通过定义cmp后清洗工艺的清洗参数，并在该清洗参数下，采用待测试的清洗刷对光片进行清洗工艺，根据光片表面的颗粒情况，测试清洗刷洁净度，以筛选达到生产工艺条件要求的清洗刷；进一步的，用筛选的清洗刷在不同清洗参数下对光片进行清洗工艺，来设定cmp后清洗工艺窗口。本发明在满足cmp后清洗工艺对清洗刷洁净度的要求的同时，又能协助清洗工艺窗口的设定，进而选择适合工艺要求的清洗刷和工艺条件，来达到生产工艺条件与清洗刷的匹配。
附图说明
22.图1为一种清洗刷对晶圆表面接触式清洗的示意图；
23.图2为本发明一实施例提供的清洗刷洁净度的测试方法的流程图；
24.图3为本发明一实施例提供的cmp后清洗工艺窗口的设定方法的流程图；
25.图4为dhf清洗工艺中不同清洗刷在不同清洗时间下测得的颗粒情况数据图。
具体实施方式
26.为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容做进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
27.其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应对此作为本发明的限定。
28.为了便于描述，本发明一些实施例可以使用诸如“在
…
上方”、“在
…
之下”、“顶部”、“下方”等空间相对术语，以描述如实施例各附图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件之间的关系。应当理解的是，除了附图中描述的方位之外，空间相对术语还旨在包括装置在使用或操作中的不同方位。例如若附图中的装置被翻转，则被描述为在其它元件或部件“下方”或“之下”的元件或部件，随后将被定位为在其它元件或部件“上方”或“之上”。下文中的术语“第一”、“第二”、等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。
29.实施例一
30.图2为本发明一实施例提供的一种清洗刷洁净度的测试方法的流程图。参考图2所示，本实施例提供的一种清洗刷洁净度的测试方法包括：
31.步骤s01：定义cmp后清洗工艺的清洗参数；
32.步骤s02：在所述清洗参数下，采用待测试的清洗刷对光片进行清洗工艺；
33.步骤s03：根据光片表面的颗粒情况，测试清洗刷洁净度，筛选达到生产工艺条件要求的清洗刷。
34.具体的，首先，执行步骤s01，定义cmp后清洗工艺的清洗参数。本实施例中，cmp后的清洗工艺为dhf清洗工艺，去除氧化后cmp晶片表面的颗粒(pd)，通过用一定浓度的氢氟酸(diluted hydrofluoric acid)去除硅片表面的自然氧化层，而附着在自然氧化膜上的金属也被溶解到清洗液中，同时dhf抑制了氧化膜的形成。所述cmp制程中停止层含多晶硅薄膜(poly film)，作为测试pva清洗刷的光片的表面也沉积多晶硅薄膜。
35.接着，进行步骤s02，在所述清洗参数下，采用待测试的清洗刷对光片进行清洗工艺。本实施例中，所述清洗参数包括：清洗时间、蚀刻速率或总蚀刻厚度。需要说明的是，上述清洗时间、蚀刻速率或总蚀刻厚度是特定生产工艺条件下清洗过程中参数标准，采用该参数标准在沉积多晶硅薄膜的光片上模拟清洗工艺已测试pva清洗刷，在工艺条件确定后，清洗时间、蚀刻速率或总蚀刻厚度之间可以进行相应换算，即可以采用清洗时间、蚀刻速率或总蚀刻厚度中任一种来用于测试pva清洗刷。
36.需要说明的是，多晶硅薄膜表面的氧化层(sio2)厚度会受到研磨制程(如研磨浆中的氧化剂)，兆声清洗单元的sc1(h2o2、nh4oh、水的混合物)的影响，与在空气中的饱和自然氧化层厚度不同，可以根据不同的sio2蚀刻量对应多晶硅薄膜的颗粒增加值与颗粒在硅片表面的分布而确定(不一定要精确测量多晶硅表面的厚度)。
37.进一步的，由于多晶硅薄膜表面更容易吸附含碳的颗粒，清洗过程中poly暴露时，poly表面在后清洗时容易吸附清洗刷上的小有机颗粒，故本实施例中，定义dhf清洗过程中sio2总蚀刻厚度大于多晶硅表面的饱和自然氧化层厚度(例如为)，以便暴露poly，进而更加敏感的测试pva清洗刷的洁净度。
38.接着，进行步骤s03，根据光片表面的颗粒情况，测试清洗刷洁净度，筛选达到生产工艺条件要求的清洗刷。示例性的，可以采用surfscan(表面污染分析仪)测试光片表面的颗粒情况。如可以根据光片表面的颗粒增加数，测试清洗刷洁净度，若光片表面的颗粒增加数在规范内，则pva清洗刷符合该生产工艺条件的要求，反之，则不符合。
39.进一步的，可以通过多晶硅薄膜光片对新清洗刷在不同清洗参数(例如不同的dhf时间)的测试，通过适当调整工艺条件，改变清洗刷工艺窗口，进而选择适合工艺要求的清洗刷和工艺条件，来达到生产工艺条件与清洗刷的匹配。
40.本实施例提供的清洗刷洁净度的测试方法适用于pva清洗刷的出厂测试以及停止层含多晶硅薄膜的cmp制程。
41.实施例二
42.相应的，本实施例提供一种cmp后清洗工艺窗口的设定方法。图2为本实施例提供的一种cmp后清洗工艺窗口的设定方法的流程图，包括：
43.步骤s11：采用上述的清洗刷洁净度的测试方法筛选标准清洗刷；
44.步骤s12：采用所述标准清洗刷，在不同的清洗参数设定下对光片进行清洗工艺；
45.步骤s13：根据光片表面的颗粒情况确定所述清洗参数的工艺窗口。
46.具体的，所述cmp制程中停止层含多晶硅薄膜，所述光片的表面沉积多晶硅薄膜。所述清洗工艺为dhf清洗工艺，所述清洗参数包括：清洗时间、蚀刻速率或总蚀刻厚度。也就是说，在步骤s12中，采用所述标准清洗刷，在不同的清洗时间(其他参数不变)设定下对光
片进行清洗工艺，后续根据光片表面的颗粒情况确定的清洗工艺窗口为清洗时间的工艺窗口；在不同的蚀刻速率(其他参数不变)设定下对光片进行清洗工艺，后续根据光片表面的颗粒情况确定的清洗工艺窗口为蚀刻速率的工艺窗口；在不同的总蚀刻厚度(其他参数不变)设定下对光片进行清洗工艺，后续根据光片表面的颗粒情况确定的清洗工艺窗口为总蚀刻厚度的工艺窗口，当然，也可以采用该方法来确定dhf清洗工艺的其他参数的工艺窗口。
47.下面以清洗时间为例来介绍dhf清洗工艺的工艺窗口的设定方法。
48.通过多晶硅薄膜光片对清洗刷在不同dhf清洗时间的测试，可以得到在该cmp工艺条件下，dhf清洗时间的工艺窗口(上限，避免多晶硅薄膜出现严重的颗粒污染)，结合surfscan可以定义dhf清洗时间的下限。
49.图4为dhf清洗工艺中不同清洗刷在不同清洗时间下测得的颗粒情况数据图。参考图4所示，在不同的清洗时间(hf10s至hf26s)下，对比a公司清洗刷和b公司清洗刷对应的光片表面的颗粒情况(defect map)，可见，a公司清洗刷符合生产工艺条件要求的清洗刷。示例性的，如果选择a公司清洗刷为标准清洗刷，则dhf清洗时间的工艺窗口例如为10s～20s，如果选择b公司清洗刷为标准清洗刷，则dhf清洗时间的工艺窗口例如为10s～15s。
50.本发明提供一种清洗刷洁净度的测试方法及一种清洗工艺窗口的设定方法，通过定义cmp后清洗工艺的清洗参数，并在该清洗参数下，采用待测试的清洗刷对光片进行清洗工艺，根据光片表面的颗粒情况，测试清洗刷洁净度，以筛选达到生产工艺条件要求的清洗刷；进一步的，用筛选的清洗刷在不同清洗参数下对光片进行清洗工艺，来设定cmp后清洗工艺窗口。本发明在满足cmp后清洗工艺对清洗刷洁净度的要求的同时，又能协助清洗工艺窗口的设定，进而选择适合工艺要求的清洗刷和工艺条件，来达到生产工艺条件与清洗刷的匹配。
51.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

技术特征：
1.一种清洗刷洁净度的测试方法，其特征在于，包括：定义cmp后清洗工艺的清洗参数；在所述清洗参数下，采用待测试的清洗刷对光片进行清洗工艺；根据光片表面的颗粒情况，测试清洗刷洁净度，筛选达到生产工艺条件要求的清洗刷。2.根据权利要求1所述的清洗刷洁净度的测试方法，其特征在于，所述cmp制程中停止层含多晶硅薄膜，所述光片的表面沉积有多晶硅薄膜。3.根据权利要求2所述的清洗刷洁净度的测试方法，其特征在于，所述清洗工艺为dhf清洗工艺。4.根据权利要求3所述的清洗刷洁净度的测试方法，其特征在于，所述清洗参数包括：清洗时间、蚀刻速率或总蚀刻厚度。5.根据权利要求4所述的清洗刷洁净度的测试方法，其特征在于，所述总蚀刻厚度大于多晶硅表面的饱和自然氧化层厚度。6.根据权利要求5所述的清洗刷洁净度的测试方法，其特征在于，待测试的所述清洗刷的材质包括pva。7.根据权利要求1所述的清洗刷洁净度的测试方法，其特征在于，所述光片表面的颗粒情况包括颗粒的数量和分布，采用表面污染分析仪测试所述光片表面的颗粒情况。8.一种cmp后清洗工艺窗口的设定方法，其特征在于，包括：采用权利要求1-7中任意一项所述的清洗刷洁净度的测试方法筛选标准清洗刷；采用所述标准清洗刷在不同清洗参数下对光片进行清洗工艺；测试所述光片表面的颗粒情况，根据光片表面的颗粒情况确定所述清洗参数的工艺窗口。9.根据权利要求8所述的cmp后清洗工艺窗口的设定方法，其特征在于，所述cmp制程中停止层含多晶硅薄膜，所述光片的表面沉积多晶硅薄膜。10.根据权利要求9所述的清洗刷洁净度的测试方法，其特征在于，所述清洗工艺为dhf清洗工艺，所述清洗参数包括：清洗时间、蚀刻速率或总蚀刻厚度。

技术总结
本发明提供一种清洗刷洁净度的测试方法及一种清洗工艺窗口的设定方法，通过定义CMP后清洗工艺的清洗参数，并在该清洗参数下，采用待测试的清洗刷对光片进行清洗工艺，根据光片表面的颗粒情况，测试清洗刷洁净度，以筛选达到生产工艺条件要求的清洗刷；进一步的，用筛选的清洗刷在不同清洗参数下对光片进行清洗工艺，来设定CMP后清洗工艺窗口。本发明在满足CMP后清洗工艺对清洗刷洁净度的要求的同时，又能协助清洗工艺窗口的设定，进而选择适合工艺要求的清洗刷和工艺条件，来达到生产工艺条件与清洗刷的匹配。艺条件与清洗刷的匹配。艺条件与清洗刷的匹配。


技术研发人员：石强 李儒兴 李协吉
受保护的技术使用者：上海华虹宏力半导体制造有限公司
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/8/1