CN101533760B

CN101533760B - 半导体硅片的清洗设备及清洗方法

Info

Publication number: CN101533760B
Application number: CN 200910049049
Authority: CN
Inventors: 张晨骋
Original assignee: Shanghai Integrated Circuit Research and Development Center Co Ltd
Current assignee: Shanghai IC R&D Center Co Ltd
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2029-04-09
Also published as: CN101533760A

Abstract

本发明公开了一种半导体硅片的清洗设备及清洗方法，所述清洗设备包括：多个串联的工艺腔；可升降隔板，设置于所述多个工艺腔之间；可旋转平台，设置于所述多个工艺腔内，用以承载硅片；机械臂，设置于所述多个工艺腔内，用以在所述多个工艺腔之间传送所述硅片；以及清洗悬臂，设置于所述多个工艺腔内，其上设置有喷嘴，所述喷嘴连接至清洗剂供给管路以及惰性气体供给管路。其中，每个工艺腔分别进行不同的清洗步骤，并分别配备有所述不同清洗步骤所需的清洗剂供给管路以及惰性气体供给管路，大大简化了设备结构，降低了设备成本，并提高了生产效率。

Description

半导体硅片的清洗设备及清洗方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种半导体硅片的清洗设备及清洗方法。

背景技术

随着集成电路制造工艺的不断进步，半导体器件的体积正变得越来越小，这也导致了硅片上非常微小的颗粒如果没有清洗干净，也会影响半导体器件的制造和性能，所以，硅片清洗工艺也变得越来越重要。相对于传统的浸没式清洗方法，即利用浸泡技术同时处理多片硅片的技术，单片式清洗方法由于可以更好的控制清洗剂在硅片表面的分布，硅片自身高速旋转也使得硅片表面的清洗剂具有更高的相对速度，且每片硅片在工艺过程中的位置可以保持完全一致，因此，单片式清洗方法具有清洗剂消耗量少，始终都使用全新的清洗剂，清洗效果更强以及工艺稳定性更好等优点。因此，在最先进的集成电路制造工艺中，单片式清洗方式已成为最主要的清洗方法。

清洗工艺一般包括多个清洗步骤，每个步骤使用不同的清洗剂，目前业界广泛采用的单片式清洗设备中，都是以单个工艺腔为基本单位，每一个工艺腔都配备了工艺所需要的所有功能模块，即配备的清洗工艺的多个清洗步骤所需的清洗剂供给管路，能独立完成所有的清洗步骤。由于单个工艺腔一次只能清洗一片硅片，要增加设备的产能，就必须增加更多的工艺腔，因此设备的成本很高。如果可以对单片式清洗设备进行一些改进，使每个工艺腔仅仅负责清洗工艺中的一个清洗步骤，同时该工艺腔也仅配备该清洗步骤所需的功能模块，然后按照工艺要求，将多个工艺腔串联，共同完成清洗工艺，就可以在保持原有产能的基础上，大大降低设备成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体硅片的清洗设备及清洗方法，以解决现有的半导体硅片清洗设备的成本高的问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种半导体硅片的清洗设备，包括：多个串联的工艺腔，分别进行不同的清洗步骤，并分别配备有所述不同清洗步骤所需的清洗剂供给管路以及惰性气体供给管路；可升降隔板，设置于所述多个工艺腔之间；可旋转平台，设置于所述多个工艺腔内，用以承载硅片；机械臂，设置于所述多个工艺腔内，用以在所述多个工艺腔之间传送所述硅片；以及清洗悬臂，设置于所述多个工艺腔内，其上设置有喷嘴，所述喷嘴连接至所述清洗剂供给管路以及所述惰性气体供给管路。

进一步的，所述清洗设备还包括主机械臂，设置在所述工艺腔的周边，用以送取所述硅片。

进一步的，所述工艺腔的数量为三个。

进一步的，所述隔板的厚度为1/4～1英寸，当所述可升降隔板升起时，所述多个工艺腔相互独立，当所述隔板下降时，所述机械臂在所述多个工艺腔之间传送所述硅片。

进一步的，所述可升降隔板的数量为两个。

进一步的，所述清洗设备还包括超声波发生装置，设置于所述多个工艺腔中的一个工艺腔内。

进一步的，所述超声波发生装置所使用的频率为250千赫兹至2兆赫兹。

进一步的，所述超声波发生装置在所述硅片表面产生的功率为0.5～5瓦特/平方厘米。

进一步的，所述可旋转平台的直径为6～15英寸。

进一步的，所述可旋转平台的最高转速为500～3000转/分钟。

进一步的，所述清洗旋臂的旋转角度为0～90度。

进一步的，所述喷嘴喷洒清洗剂的方式为高压喷射或无压自然重力下流方式。

进一步的，所述惰性气体供给管路为氮气供给管路。

本发明还提供了一种半导体硅片的清洗方法，包括：主机械臂将第一硅片传送至第一工艺腔进行第一清洗步骤；所述第一清洗步骤完成后，所述第一工艺腔内的机械臂将所述第一硅片传送至第二工艺腔进行第二清洗步骤；同时所述主机械臂将第二硅片传送至所述第一工艺腔进行所述第一清洗步骤；所述第二清洗步骤完成后，所述第二工艺腔内的机械臂将所述第一硅片传送至第三工艺腔进行第三清洗步骤；同时，所述第一工艺腔内的机械臂将所述第二硅片传送至所述第二工艺腔进行所述第二清洗步骤；同时所述主机械臂将第三硅片传送至所述第一工艺腔进行所述第一清洗步骤；所述第三清洗步骤完成后，所述主机械臂将的所述第一硅片从所述第三工艺腔中取出。

进一步的，所述第一清洗步骤具体包括：第一平台旋转，并带动其承载的硅片高速旋转；第一喷嘴喷注第一清洗剂于所述硅片表面，清洗所述硅片表面；以及所述第一喷嘴喷射惰性气体于所述硅片表面。

进一步的，所述第一清洗步骤还包括：启动超声波发生装置，清洗所述硅片表面。

进一步的，所述第二清洗步骤具体包括：第二平台旋转，并带动其承载的硅片高速旋转；第二喷嘴喷注第二清洗剂于所述硅片表面，清洗所述硅片表面；以及所述第二喷嘴喷射惰性气体于所述硅片表面。

进一步的，所述第三清洗步骤具体包括：第三平台旋转，并带动其承载的硅片高速旋转；第三喷嘴喷注第三清洗剂于所述硅片表面，清洗所述硅片表面；以及所述第三喷嘴喷射惰性气体于所述硅片表面。

与现有技术相比，本发明所提供的半导体硅片的清洗设备，包括多个串联的工艺腔，每个工艺腔仅负责清洗工艺中的一个清洗步骤，在保证了清洗设备的产能的同时，大大简化了设备结构，降低了设备成本，提高了生产效率。

附图说明

图1A为本发明一实施例所提供的半导体硅片的清洗设备的俯视示意图；

图1B为本发明一实施例所提供的半导体硅片的清洗设备的侧视示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的半导体硅片的清洗设备及清洗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且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1A至图1B，其为本发明一实施例所提供的半导体硅片的清洗设备的示意图，其中图1A为俯视示意图，图1B为侧视示意图，所述半导体硅片的清洗设备100包括多个串联的工艺腔，用以进行清洗工艺，所述清洗工艺包括多个清洗步骤，其中，每个工艺腔用以进行所述多个清洗步骤中的一个清洗步骤，具体的说，所述半导体硅片的清洗设备100包括：第一工艺腔110、第二工艺腔120以及第三工艺腔130，所述三个工艺腔为串联设置。第一工艺腔110与第二工艺腔120之间设置有第一隔板140，第二工艺腔120与第三工艺腔130之间设置有第二隔板150。

另外，半导体硅片的清洗设备100还包括主机械臂160，其设置在所述多个工艺腔的周边，用以将装载在硅片盒内的硅片送进第一工艺腔110内，并将完成清洗工艺的硅片从第三工艺腔130内取出，并送入另一硅片盒内。

其中，第一工艺腔110用以进行第一清洗步骤，其内设置有第一清洗步骤所需的第一清洗剂供给管路以及惰性气体供给管路，所述惰性气体供给管路优选为氮气供给管路。第一工艺腔110内还设置有第一平台111、第一清洗旋臂112、第一喷嘴113以及第一机械臂114。详细的，第一平台111用以承载进行第一清洗步骤的硅片，第一清洗旋臂112上设置有第一喷嘴113，第一喷嘴113连接至第一清洗步骤所需的第一清洗剂供给管路以及氮气供给管路，用以喷注第一清洗剂以及氮气于硅片表面。第一机械臂114用以将第一工艺腔110内的硅片传送至第二工艺腔120。其中，第一清洗剂可以为酸性溶液，碱性溶液以及去离子水。需要说明的是，在本发明一实施例中，第一喷嘴113的数量为一个，可降低设备成本，在本发明其它实施例中，根据实际工艺要求，第一喷嘴的数量也可为多个。

第二工艺腔120用以进行第二清洗步骤，其内设置有第二清洗步骤所需的第二清洗剂供给管路以及惰性气体供给管路，所述惰性气体供给管路优选为氮气供给管路。第二工艺腔120内还设置有第二平台121、第二清洗旋臂122、第二喷嘴123以及第二机械臂124。其中，第二清洗剂可以为酸性溶液，碱性溶液以及去离子水。在本发明一实施例中，第二喷嘴123的数量为一个，可降低设备成本，在本发明其它实施例中，根据实际工艺要求，第二喷嘴的数量也可为多个。

第三工艺腔130用以进行第三清洗步骤，其内设置有第三清洗步骤所需的第三清洗剂供给管路以及惰性气体供给管路，所述惰性气体供给管路优选为氮气供给管路。第三工艺腔130内还设置有第三平台131、第三清洗旋臂132以及第三喷嘴133。其中，第三清洗剂可为酸性溶液，碱性溶液以及去离子水。需要说明的是，不同的清洗步骤所使用的清洗剂不同。此外，在本发明一实施例中，第三喷嘴133的数量为一个，可降低设备成本，在本发明其它实施例中，根据实际工艺要求，第三喷嘴的数量也可为多个。

优选的，第一隔板140以及第二隔板150的厚度为1/4～1英寸。当第一隔板140升起时，第一工艺腔110以及第二工艺腔120相互独立，防止两个工艺腔内的喷嘴喷射出的清洗剂交叉污染，当第一隔板140下降时，第一机械臂114可将完成第一清洗步骤的硅片传送至第二工艺腔120进行第二清洗步骤。当第二隔板150升起时，第二工艺腔120以及第三工艺腔130相互独立，防止两个工艺腔内的喷嘴喷射出的清洗剂相互交叉污染，当第二隔板150下降时，第二机械臂124可将完成第二清洗步骤的硅片传送至第三工艺腔130进行第三清洗步骤。

其中，所述平台的直径为6～15英寸，其上可以放置一片硅片，根据进行清洗工艺的硅片大小而选择相应的平台尺寸，其最高转速为500～3000转/分钟，可以满足不同的工艺需求。所述清洗旋臂的旋转角度为0度至90度，但不限定于此，其中，所述喷嘴喷洒清洗剂的方式可以有多种，例如高压喷射、无压自然重力下流或其他方式，可根据实际的工艺要求，选择相应的喷洒方式。

在本发明一实施例中，清洗设备100还包括有超声波发生装置，所述超声波发生装置设置于第一工艺腔110内，其所使用的频率为250千赫兹至2兆赫兹，其在硅片表面产生的功率为0.5～5瓦特/平方厘米。所述超声波发生装置可产生均匀的超声波能量，从而更好地去除硅片表面的微小颗粒，提高生产效率，其中，根据实际工艺要求，第二工艺腔120以及第三工艺腔130内未设置超声波发生装置，可降低设备成本。

本发明提供的半导体硅片的清洗方法包括如下步骤：主机械臂160将第一硅片10传送至第一工艺腔110进行第一清洗步骤；所述第一清洗步骤完成后，第一工艺腔110内的第一机械臂114将所述第一硅片10传送至第二工艺腔120进行第二清洗步骤；同时主机械臂160将第二硅片20传送至第一工艺腔110内进行所述第一清洗步骤；所述第二清洗步骤完成后，第二工艺腔120内的第二机械臂124将所述第一硅片10传送至第三工艺腔130内进行第三清洗步骤；同时，第一工艺腔110内的第一机械臂114将所述第二硅片20传送至第二工艺腔120进行所述第二清洗步骤；同时主机械臂160将第三硅片30传送至第一工艺腔110内进行所述第一清洗步骤；所述第三清洗步骤完成后，主机械臂160将所述第一硅片10从第三工艺腔130内取出，重复上述步骤，直至所有硅片完成清洗工艺。每个工艺腔同时进行不同的清洗步骤，大大提高了生产效率，且每个工艺腔内只配备了其所需进行的清洗步骤所需使用的清洗剂供给管路以及氮气供给管路，简化了设备结构，降低了设备成本。

具体的说，所述第一清洗步骤包括：第一马达驱动第一工艺腔110内的第一平台111高速旋转，第一平台111带动其承载的硅片高速旋转，同时第一清洗悬臂112旋转至硅片的上方，第一喷嘴113喷注第一清洗步骤所使用的第一清洗剂于所述硅片表面，待清洗完毕后，第一喷嘴113喷出高纯的氮气于所述硅片表面，第一平台111继续旋转，直至硅片干燥。可选的，第一清洗步骤还包括：启动超声波发生装置，清洗所述硅片表面。

所述第二清洗步骤包括：第二马达驱动第二工艺腔120内的第二平台121高速旋转，第二平台121带动其承载的硅片高速旋转，同时第二清洗悬臂122旋转至硅片的上方，第二喷嘴123喷注第二清洗步骤所使用的第二清洗剂于所述硅片表面，待清洗完毕后，第二喷嘴123喷出高纯的氮气于所述硅片表面，第二平台121继续旋转，直至硅片干燥。

所述第三清洗步骤包括：第三马达驱动第三工艺腔130内的第三平台131高速旋转，第三平台131带动其承载的硅片高速旋转，同时第三清洗悬臂132旋转至硅片的上方，第三喷嘴133喷注第三清洗步骤所使用的第三清洗剂于所述硅片表面，待清洗完毕后，第三喷嘴133喷出高纯的氮气于所述硅片表面，第三平台131继续旋转，直至硅片干燥。

综上所述，本发明提供一种半导体硅片的清洗设备及清洗方法，所述清洗设备包括：多个串联的工艺腔；可升降隔板，设置于所述多个工艺腔之间；可旋转平台，设置于所述多个工艺腔内，用以承载硅片；机械臂，设置于所述多个工艺腔内，用以在所述多个工艺腔之间传送所述硅片；以及清洗悬臂，设置于所述多个工艺腔内，其上设置有喷嘴，所述喷嘴连接至清洗剂供给管路以及惰性气体供给管路。其中，每个工艺腔分别进行不同的清洗步骤，并分别配备有所述不同清洗步骤所需的清洗剂供给管路以及惰性气体供给管路，大大简化了设备结构，降低了设备成本，并提高了生产效率。

显然，本领域的技术人员可以对本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，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种半导体硅片的清洗设备，其特征在于，所述清洗设备为单片式清洗设备，包括：

多个串联的工艺腔，分别进行不同的清洗步骤，并分别配备有所述不同清洗步骤所需的清洗剂供给管路以及惰性气体供给管路；

可升降隔板，设置于所述多个工艺腔之间；

可旋转平台，设置于所述多个工艺腔内，用以承载硅片；

机械臂，设置于所述多个工艺腔内，用以在所述多个工艺腔之间传送所述硅片；以及

清洗悬臂，设置于所述多个工艺腔内，其上设置有喷嘴，所述喷嘴连接至所述清洗剂供给管路以及所述惰性气体供给管路。

2.如权利要求1所述的半导体硅片的清洗设备，其特征在于，还包括主机械臂，设置在所述工艺腔的周边，用以送取所述硅片。

3.如权利要求1所述的半导体硅片的清洗设备，其特征在于，所述工艺腔的数量为三个。

4.如权利要求1所述的半导体硅片的清洗设备，其特征在于，所述可升降隔板的厚度为1/4～1英寸，当所述隔板升起时，所述多个工艺腔相互独立，当所述隔板下降时，所述机械臂在所述多个工艺腔之间传送所述硅片。

5.如权利要求4所述的半导体硅片的清洗设备，其特征在于，所述可升降隔板的数量为两个。

6.如权利要求1所述的半导体硅片的清洗设备，其特征在于，还包括超声波发生装置，设置于所述多个工艺腔中的一个工艺腔内。

7.如权利要求6所述的半导体硅片的清洗设备，其特征在于，所述超声波发生装置所使用的频率为250千赫兹至2兆赫兹。

8.如权利要求6所述的半导体硅片的清洗设备，其特征在于，所述超声波发生装置在所述硅片表面产生的功率为0.5～5瓦特/平方厘米。

9.如权利要求1所述的半导体硅片的清洗设备，其特征在于，所述可旋转平台的直径为6～15英寸。

10.如权利要求9所述的半导体硅片的清洗设备，其特征在于，所述可旋转平台的最高转速为500～3000转/分钟。

11.如权利要求1所述的半导体硅片的清洗设备，所述清洗悬臂的旋转角度为0～90度。

12.如权利要求1所述的半导体硅片的清洗设备，其特征在于，所述喷嘴喷洒清洗剂的方式为高压喷射或无压自然重力下流方式。

13.如权利要求1所述的半导体硅片的清洗设备，其特征在于，所述惰性气体供给管路为氮气供给管路。

14.一种使用权利要求1所述设备的清洗方法，其特征在于，包括：

主机械臂将第一硅片传送至第一工艺腔进行第一清洗步骤；

所述第一清洗步骤完成后，所述第一工艺腔内的机械臂将所述第一硅片传送至第二工艺腔进行第二清洗步骤；同时所述主机械臂将第二硅片传送至所述第一工艺腔进行所述第一清洗步骤；

所述第二清洗步骤完成后，所述第二工艺腔内的机械臂将所述第一硅片传送至第三工艺腔进行第三清洗步骤；同时，所述第一工艺腔内的机械臂将所述第二硅片传送至所述第二工艺腔进行所述第二清洗步骤；同时所述主机械臂将第三硅片传送至所述第一工艺腔进行所述第一清洗步骤；

所述第三清洗步骤完成后，所述主机械臂将所述第一硅片从所述第三工艺腔中取出。

15.如权利要求14所述的清洗方法，其特征在于，所述第一清洗步骤具体包括：

第一平台旋转，并带动其承载的硅片高速旋转；

第一喷嘴喷注第一清洗剂于所述硅片表面，清洗所述硅片表面；以及

所述第一喷嘴喷射惰性气体于所述硅片表面。

16.如权利要求15所述的清洗方法，其特征在于，所述第一清洗步骤还包括：

启动超声波发生装置，清洗所述硅片表面。

17.如权利要求14所述的清洗方法，其特征在于，所述第二清洗步骤具体包括：

第二平台旋转，并带动其承载的硅片高速旋转；

第二喷嘴喷注第二清洗剂于所述硅片表面，清洗所述硅片表面；以及

所述第二喷嘴喷射惰性气体于所述硅片表面。

18.如权利要求14所述的清洗方法，其特征在于，所述第三清洗步骤具体包括：

第三平台旋转，并带动其承载的硅片高速旋转；

第三喷嘴喷注第三清洗剂于所述硅片表面，清洗所述硅片表面；以及

所述第三喷嘴喷射惰性气体于所述硅片表面。