CN101152651A - 一种陶瓷零件表面的清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述的陶瓷零件表面的清洗方法，在清洗过程中采用有机溶剂、碱性溶液、酸性溶液和超纯水对零部件进行清洗，可以有效的去除附着于陶瓷零件表面的聚合物薄膜，且步骤简单方便，清洗效果理想，而且不会对陶瓷表面造成损伤。应用此方法对半导体工艺一段时间后的陶瓷零部件清洗后，陶瓷零部件表面的污染物完全被除去，且陶瓷件的表面没有遭到损伤，清洗后的陶瓷零部件完全满足正常工艺的要求，达到清洗效果。

Description

一种陶瓷零件表面的清洗方法

技术领域

本发明涉及一种物体的清洗方法，尤其涉及微电子工艺过程中的一种陶瓷零件表面的清洗方法。

背景技术

随着半导体芯片技术的发展，技术节点已从250nm发展到65nm，甚至45nm以下，硅片的大小也从200mm增加到300mm，在这样的情况下，每片硅片的成本变得越来越高。对加工硅片的工艺要求越来越严格。半导体的加工需要经过多道工序，包括沉积、光刻、刻蚀、侧墙等，刻蚀工艺是其中较为复杂的一个，等离子体刻蚀过程中等离子体的状态、各项工艺过程参数等与刻蚀结果直接相关。

半导体多晶硅栅极干法刻蚀工艺过程中，随着反应地进行，往往会产生很多副产物。副产物在反应室的工艺环境中，会发生一系列的分裂聚合反应，重新组合为成分结构复杂的聚合物。一部分这类副产物可以随着反应室的气流被分子泵和干泵排出反应室，另一部分就会附着在反应室内壁上。这种附着于内壁上的副产物聚合物膜会随着工艺的继续进行而不断累积，而且这层薄膜稳定性不强，随时会从内壁上脱落下来污染到硅片，而且会影响到腔室得工艺状态，使得刻蚀速率漂移、刻蚀速率均匀性降低。其次还会造成硅片污染、关键尺寸损失及刻蚀缺陷产生。所以需要对反应室内部裸露于工艺环境的零件进行定期清洗。

一般多晶硅刻蚀工艺中使用的主要刻蚀剂包括Cl2、HBr、O2和一些含氟气体，在经过和Si的反应后，产生的聚合物薄膜的主要成分是-Cl-Si-O-Br-的混合物，结构复杂。

半导体侧墙(spacer)干法刻蚀工艺过程中，随着反应地进行，使用的主要刻蚀剂包括CF4、HBr、He或其他含氟气体，在经过和Si的反应后，往往会产生很多副产物。产生的聚合物薄膜的主要成分是-F-Si-Br-的混合物，结构复杂。副产物在反应室的工艺环境中，会发生一系列的分裂聚合反应，重新组合为成分结构复杂的聚合物。一部分这类副产物可以随着反应室的气流被分子泵和干泵排出反应室，另一部分就会附着在反应室内壁上。这种附着于内壁上的副产物聚合物膜会随着工艺的继续进行而不断累积，而且这层薄膜稳定性不强，随时会从内壁上脱落下来污染到硅片，所以需要对反应室内部裸露于工艺环境的零件进行定期清洗。

通常的清洗手段是采用HNO3+HF浸泡、再利用金刚砂纸擦洗的方法进行清洗。清洗过程中，由于陶瓷零件本身的特性与其他金属零件不同，这种方法在清除聚合物的同时，不仅清除过程耗时耗力，容易损伤陶瓷表面，而且对于聚合物清洗效果不甚理想，残留深灰色斑迹。

发明内容

本发明的目的是提供一种陶瓷零件表面的清洗方法，可以实现对陶瓷零件表面的进行湿法清洗，对零件表面损伤小，且完全满足使用要求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种陶瓷零件表面的清洗方法，包括以下步骤：

A、用有机溶剂清洗零件表面；

B、用碱性溶液清洗零件表面；

C、将零件放入超声槽中，清洗设定的时间。

所述的方法在步骤B后还包括：

D、用酸性溶液清洗零件表面；和/或，

E、将零件放入高温烧结炉中进行煅烧处理。

所述的步骤A包括：

A1、用有机溶剂擦拭零件，直至无带色的杂质脱落；和/或，

A2、用有机溶剂浸泡零件设定的浸泡时间，再用洁净的擦拭物擦拭零件，直至无带色的杂质脱落。

所述的步骤A还包括：

在用有机溶剂清洗前，用超纯水冲洗零件表面设定的冲洗时间，并用洁净的擦拭物擦拭零件，直至无带色的杂质脱落；

和/或，

在用有机溶剂擦拭和/或浸泡清洗后，用超纯水冲洗零件表面设定的冲洗时间，并用洁净的高压气体吹干零件的表面。

所述的步骤B包括：

B1、用碱性溶液浸泡零件设定的清洗时间；

所述的步骤D包括：

D1、用酸性溶液擦拭零件，不超过设定的擦拭时间。

所述的步骤B1或D1浸泡零件清洗后还包括：

F、用洁净的擦拭物擦拭零件，直至无带色的杂质脱落；和/或，

G、用超纯水冲洗零件表面设定的冲洗时间，并用洁净的高压气体吹干零件的表面。

所述的有机溶剂为：

异丙醇或丙酮，且所述的异丙醇或丙酮满足电子纯级别要求；

所述的碱性溶液为：

NH₄OH∶H₂O₂∶H₂O为1～4∶0.5～3∶1-10；

所述的酸性溶液为：

HNO₃∶HF∶H₂O为1～5∶0.5～2∶1-10。

所述的步骤E的煅烧处理过程包括：

放入高温烧结炉中，从室温加热到600～1000℃，在此温度烘烤0.5～1.5小时，然后降到50-60℃，取出零部件。

所述的方法最后包括：

用超纯水冲洗零件表面设定的冲洗时间，并用洁净的高压气体吹干零件的表面；再用用洁净的擦拭物擦拭零件。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的陶瓷零件表面的清洗方法，在清洗过程中采用有机溶剂、碱性溶液、酸性溶液和超纯水对零部件进行清洗，可以有效的去除附着于陶瓷零件表面的聚合物薄膜，且步骤简单方便，清洗效果理想，而且不会对陶瓷表面造成损伤。应用此方法对半导体工艺一段时间后的陶瓷零部件清洗后，陶瓷零部件表面的污染物完全被除去，且陶瓷件的表面没有遭到损伤，清洗后的陶瓷零部件完全满足正常工艺的要求，达到清洗效果。

具体实施方式

本发明所述的阳极氧化零件表面的清洗方法，其核心是：

在对在工艺腔室使用过一定射频小时的陶瓷件湿法清洗前，对其表面的污染物进行了分析，发现污染物主要包括有机污染物、金属污染物、硅材质污染物和表面颗粒污染物。例如金属污染物有Fe、Ni、Al、Tl和Cu等。

半导体侧墙(spacer)干法刻蚀工艺腔室进行一定射频小时后，从腔室中拆除陶瓷件准备湿法清洗前，对其表面的污染物进行了分析，发现污染物主要包括有机污染物、金属污染物、硅材质污染物、氟化物和表面颗粒污染物。例如氟化物有AlF等。

应用本发明的总体上包括以下步骤：

一、用有机溶剂清洗零件表面；

这一过程的目的是去除工艺后陶瓷零部件表面的沉积物中的有机杂质。

清洗的方法有两种，可同时使用，也可单独使用。

1、用有机溶剂擦拭零件，直至无带色的杂质脱落；

可用无尘布(洁净的擦拭物)蘸有机溶剂擦拭零件，直至无尘布无颜色。

2、用有机溶剂浸泡零件设定的浸泡时间，再用洁净的擦拭物擦拭零件，直至无带色的杂质脱落。

可用有机溶剂浸泡零件不少于设定的浸泡时间，再用无尘布擦拭零件，直至无尘布无颜色。

同时，在用有机溶剂清洗前，用超纯水冲洗零件表面设定的冲洗时间，并用洁净的擦拭物擦拭零件，直至无带色的杂质脱落；

在用有机溶剂擦拭和/或浸泡清洗后，用超纯水冲洗零件表面设定的冲洗时间，并用洁净的高压气体吹干零件的表面。

这里的有机溶剂为：

异丙醇或丙酮，且所述异丙醇或丙酮的含量为100％，满足电子纯级别要求，电子纯是国标中化学试剂的一种级别，简称MOS级，它的电性杂质含量极低。当然也可采用其它的有机溶剂。

二、用碱性溶液清洗零件表面；

这一过程的目的是去除工艺后陶瓷零部件表面的沉积物中的金属杂质和氟化物。

用碱性溶液浸泡零件不少于设定的清洗时间；然后用无尘布擦拭零件，直至无尘布无颜色。还可以用擦拭垫来擦拭零件，擦拭垫擦拭的力较大，能够在擦拭过程中去除那些粘附教牢固的污染物。

同时在此过程结束后，进行如下两过程：这两过程可单独使用也可配合使用。

1、用洁净的擦拭物擦拭零件，直至无带色的杂质脱落；或，

2、用超纯水冲洗零件表面设定的冲洗时间，并用洁净的高压气体吹干零件的表面。

所述的碱性溶液的配方为：

NH₄OH∶H₂O₂∶H₂O为1～4∶0.5～3∶1-10；

其优选配方为：

NH₄OH∶H₂O₂∶H₂O为1∶1∶1-10。

三、用酸性溶液清洗零件表面。

此过程不是必要的过程，目的是去除工艺后陶瓷零部件表面的沉积物中的金属杂质。

用酸性溶液擦拭零件，不超过设定的擦拭时间，并及时用纯水冲洗零件表面。

同时在此过程结束后，进行如下两过程：这两过程可单独使用也可配合使用。

1、用洁净的擦拭物擦拭零件，直至无带色的杂质脱落；或，

2、用超纯水冲洗零件表面设定的冲洗时间，并用洁净的高压气体吹干零件的表面。

所述的酸性溶液的配方为：

HNO₃∶HF∶H₂O为1～5∶0.5～2∶1-10。

其优选配方为：

HNO₃∶HF∶H₂O为；1∶2∶1-10。

四、将零件放入高温烧结炉中进行煅烧处理。

此过程不是必要的过程，目的是去除湿法清洗后零部件表面仍然残留的顽固污迹。

煅烧处理过程包括放入高温烧结炉中，从室温加热到600～1000℃，在此温度烘烤0.5～1.5小时，然后降到50-60℃，取出零部件。

五、将零件放入超声槽中，清洗设定的时间。

最后，用超纯水冲洗零件表面设定的冲洗时间，并用洁净的高压气体吹干零件的表面；再用用洁净的擦拭物擦拭零件。

可见，本发明的基本清洗方法为：

步骤1、在清洗过程使用到有机溶剂(符合半导体标准，不会导致二次污染)来去陶瓷件表面污染物中的有机不纯物。

步骤2、在清洗过程中使用具有强氧化性的弱碱性溶液(其中的配液符合半导体标准，电子级)清洗陶瓷零部件表面，这种溶液中的强氧化剂能够把低价位的金属氧化成高价位的金属离子，溶液中的碱性溶液会和金属离子形成较稳定的合成离子，避免金属离子再次被陶瓷表面吸附，从而达到去除金属的目的。

步骤3、在清洗过程中使用酸性溶液擦拭零件，去除工艺后陶瓷零部件表面的沉积物中的金属杂质。

步骤4、若化学清洗之后，陶瓷零部件表面仍有部分沉积物残留，采用高温烧结的方法来去除剩余的沉积物。

擦拭过程中一般使用符合超净间使用的无尘布，如果必要的话使用例如3MTM CE2200的环境控制擦拭垫来擦拭陶瓷表面局部污点。

步骤5、利用超声清洗的空化作用，能够非常有效的去除陶瓷表面的颗粒。

采用此方法清洗陶瓷零部件表面的几种方案，以下举两个用此方法清洗的例子，但此方法并不局限于以下的例子：

实施例一：

清洗主要分为化学液浸泡、超纯水粗洗和去离子水精洗三步。清洗时，应该注意把陶瓷零件同其他金属零件分开清洗。把零件从刻蚀设备取下后，应立即用清水冲洗，然后用丙酮擦拭去除油脂，再用双氧水和氨水的溶液浸泡，再用有机溶剂浸泡，再用去离子水擦拭冲洗。清洗完成后在烘箱中烤。具体步骤如以下流程所示。

步骤11、拆卸后立即超纯水冲洗20到30分钟，并擦拭直至无尘布没有颜色。

步骤12、有机溶剂(例如异丙醇)溶液浸泡4～8小时，用无尘布擦拭，如果必要可使用适合洁净室用的擦拭垫进行擦拭。

步骤13、超纯水喷淋陶瓷零部件表面，并用带有过滤器的N₂枪吹干零部件表面。

步骤14、有机溶剂反复(例如丙酮)擦拭直至无尘布没有颜色。

步骤15、超纯水喷淋陶瓷零部件表面，并用带有过滤器的N₂枪吹干零部件表面。

步骤16、将零部件放入氧化性的弱碱性溶液，例如NH₄OH∶H₂O₂∶H₂O(1∶1∶1-10)浸泡10-40分钟，然后用无尘布擦拭，如果必要的话可采用环境控制擦拭垫，擦拭陶瓷零部件表面。

步骤17、超纯水喷淋陶瓷零部件表面，并用带有过滤器的N₂枪吹干零部件表面，无尘布擦拭。

步骤18、用弱酸性溶液擦拭，例如HNO₃∶HF∶H₂O(1∶2∶1-10)，每擦拭一圈马上用水冲洗。擦拭次数不宜过多以免损害表面。

步骤19、超纯水喷淋陶瓷零部件表面，并用带有过滤器的N₂枪吹干零部件表面，无尘布擦拭。

步骤110、将零部件再次放入氧化性的弱碱性溶液，例如NH₄OH∶H₂O₂∶H₂O(1∶1∶110)浸泡10-40分钟，然后用无尘布擦拭，如果必要的话可采用环境控制擦拭垫，擦拭陶瓷零部件表面。

步骤111、超纯水喷淋陶瓷零部件表面，并用带有过滤器的N₂枪吹干零部件表面，无尘布擦拭。

步骤112、有机溶剂(例如异丙醇)擦拭整个零部件表面。

步骤113、零件放入超声槽中以较低频率(10-26KHz)进行大颗粒的去除，超声20-40分钟，超纯水水温为40-70℃，超声能量密度小于30瓦/加仑，零件与托板之间垫有无尘布以防止水印。时间不要过长，以免损害陶瓷表面。

步骤114、零件放入超声槽中以较高频率(30-45KHz)进行精洗，超声20-30分钟，18兆去离子水水温为40-70℃，超声能量密度小于30瓦/加仑，零件与托板之间垫有无尘布以防止水印。时间不要过长，以免损害陶瓷表面。

步骤115、超纯水喷淋陶瓷零部件表面，并用带有过滤器的N₂枪吹干零部件表面，无尘布擦拭。

步骤116、烘干，80～120度，1.5～2.5小时。

清洗方法中所使用到的化学液必须符合半导体行业标准，其等级最低为1级。

清洗后，陶瓷零件表面恢复清洁，表面没有任何宏观损伤。利用表面颗粒检测仪检测，零件表面颗粒情况符合质量要求；同时，使用表面粗糙度测量仪测试，零件表面粗糙度清洗前后几乎未变，表明清洗损伤很小。

实施例二

清洗主要分为化学液浸泡、超纯水粗洗和去离子水精洗和高温烘烤四步。清洗时，应该注意把陶瓷零件同其他金属零件分开清洗。把零件从刻蚀设备取下后，应立即用清水冲洗，然后用有机溶剂擦拭，再用清水冲洗，用具有氧化性的弱碱性的溶液浸泡，尤其注意的是陶瓷零件必须同其他金属零件分开清洗。陶瓷零件放在放在若酸性溶液中浸泡。清洗完成后在高温烘烧30-90分钟。具体步骤如以下流程所示：

步骤21、拆卸后立即超纯水冲洗20到30分钟，并擦拭直至无尘布没有颜色。

步骤22、有机溶剂反复(例如异丙醇)擦拭直至无尘布没有颜色。

步骤23、超纯水喷淋陶瓷零部件表面，并用带有过滤器的N2枪吹干零部件表面。

步骤24、将零部件放入氧化性的弱碱性溶液，例如NH₄OH(1-10％)+H₂O₂(5-15％)+H₂O(剩余为水)浸泡10-40分钟，然后用无尘布擦拭，如果必要的话可采用环境控制擦拭垫来擦拭陶瓷零部件表面。

步骤25、超纯水喷淋陶瓷零部件表面，并用带有过滤器的N₂枪吹干零部件表面，无尘布擦拭。

步骤26、用弱酸性溶液擦拭，例如HNO₃(5-10％)+HF(4-12％)+H₂O(剩余的为水)，每擦拭一圈马上用水冲洗。擦拭次数不宜过多以免损害表面。

步骤27、超纯水喷淋陶瓷零部件表面，并用带有过滤器的N₂枪吹干零部件表面，无尘布擦拭。

根据实际情况可重复步骤26-27。

步骤28、若零部件表面仍有灰色残留物，放入高温烧结炉中，从室温加热到600～1000℃，在此温度烘烤0.5～1.5小时，然后降到50-60℃，取出零部件。

步骤29、零件放入超声槽中以较低频率(10-26KHz)进行大颗粒的去除，超声20-40分钟，超纯水水温为40-70℃，超声能量密度小于30瓦/加仑，零件与托板之间垫有无尘布以防止水印。时间不要过长，以免损害陶瓷表面。

步骤210、零件放入超声槽中以较高频率(30-45KHz)进行精洗，超声20-30分钟，18兆去离子水水温为40-70℃，超声能量密度小于30瓦/加仑，零件与托板之间垫有无尘布以防止水印。时间不要过长，以免损害陶瓷表面。

步骤211、超纯水喷淋陶瓷零部件表面，并用带有过滤器的N₂枪吹干零部件表面，无尘布擦拭。

步骤212、烘干，110～120度，1.5～2.5小时。

清洗方法中所使用到的化学液必须符合半导体行业标准，其等级最低为1级。

清洗后，陶瓷零件表面恢复清洁，利用表面颗粒检测仪检测，零件表面颗粒情况符合质量要求；同时，使用表面粗糙度测量仪测试，零件表面粗糙度清洗前后变化不大，表明清洗损伤较小。

采用本文提供的方法对半导体工艺一段时间后的陶瓷零部件清洗后，陶瓷零部件表面的污染物完全被除去，且陶瓷件的表面没有遭到损伤，清洗后的陶瓷零部件完全满足正常工艺的要求，达到清洗效果。

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。

Claims (10)

1.一种陶瓷零件表面的清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、用有机溶剂清洗零件表面；

B、用碱性溶液清洗零件表面；

C、将零件放入超声槽中，清洗设定的时间。

2.根据权利要求1所述的阳极氧化零件表面的清洗方法，其特征在于，所述的方法在步骤B后还包括：

D、用酸性溶液清洗零件表面；和/或，

E、将零件放入高温烧结炉中进行煅烧处理。

3.根据权利要求1所述的阳极氧化零件表面的清洗方法，其特征在于，所述的步骤A包括：

A1、用有机溶剂擦拭零件，直至无带色的杂质脱落；和/或，

A2、用有机溶剂浸泡零件设定的浸泡时间，再用洁净的擦拭物擦拭零件，直至无带色的杂质脱落。

4.根据权利要求1、2或3所述的阳极氧化零件表面的清洗方法，其特征在于，所述的步骤A还包括：

在用有机溶剂清洗前，用超纯水冲洗零件表面设定的冲洗时间，并用洁净的擦拭物擦拭零件，直至无带色的杂质脱落；

和/或，

在用有机溶剂擦拭和/或浸泡清洗后，用超纯水冲洗零件表面设定的冲洗时间，并用洁净的高压气体吹干零件的表面。

5.根据权利要求1所述的阳极氧化零件表面的清洗方法，其特征在于，所述的步骤B包括：

B1、用碱性溶液浸泡零件设定的清洗时间。

6.根据权利要求2所述的阳极氧化零件表面的清洗方法，其特征在于，所述的步骤D包括：

D1、用酸性溶液擦拭零件，不超过设定的擦拭时间。

7.根据权利要求5或6所述的阳极氧化零件表面的清洗方法，其特征在于，所述的步骤B1或D1浸泡零件清洗后还包括：

F、用洁净的擦拭物擦拭零件，直至无带色的杂质脱落；和/或，

G、用超纯水冲洗零件表面设定的冲洗时间，并用洁净的高压气体吹干零件的表面。

8.根据权利要求1所述的阳极氧化零件表面的清洗方法，其特征在于：

所述的有机溶剂为：

异丙醇或丙酮，且所述的异丙醇或丙酮满足电子纯级别要求；

所述的碱性溶液为：

NH₄OH∶H₂O₂∶H₂O为1～4∶0.5～3∶1-10；

所述的酸性溶液为：

HNO₃∶HF∶H₂O为1～5∶0.5～2∶1-10。

9.根据权利要求2所述的阳极氧化零件表面的清洗方法，其特征在于，所述的步骤E的煅烧处理过程包括：

放入高温烧结炉中，从室温加热到600～1000℃，在此温度烘烤0.5～1.5小时，然后降到50-60℃，取出零部件。

10.根据权利要求1或2所述的阳极氧化零件表面的清洗方法，其特征在于，所述的方法最后包括：

用超纯水冲洗零件表面设定的冲洗时间，并用洁净的高压气体吹干零件的表面；再用用洁净的擦拭物擦拭零件。