CN103065994B - 清洗硅片的装置及使用该装置清洗硅片的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种清洗硅片的装置，其采用控制装置控制水流的开关状态，使得在清洗硅片开始前水枪从待工作位置经过机械卡盘的近点移至远点过程中，及清洗完毕后水枪从所述机械卡盘的近点移至待工作位置过程中，保持水枪的出水端的水流关闭。本发明同时提供了使用该装置清洗硅片的方法。由于上述两个过程非常短暂，不会因为短暂的水流关闭影响喷头的自洁功能，并避免了可能污染晶片的污染源，达到了清洗干净的目的。

Description

清洗硅片的装置及使用该装置清洗硅片的方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种清洗硅片的装置及使用该装置清洗硅片的方法。

背景技术

由于集成电路的集成度迅速提高和元器件尺寸的不断减小，因此，对于硅片表面的清洁度的要求也更加严格。硅片生产中的每一道工序都存在着污染的可能，这些污染可能导致缺陷的产生和元器件的失效，据统计，在集成电路的生产中，大约有20％的工序和硅片的清洗相关。

在半导体行业中，硅片的清洗主要采取两种方法，一种为物理清洗，一种为化学清洗，其中，物理清洗更为常用。物理清洗又有三种常用方法。第一种：刷洗或擦洗，可除去颗粒污染和大多数粘在硅片上的薄膜，但此种清洗方法容易划伤硅片表面。第二种：超声波清洗，超声波的声能传入溶液，靠气蚀作用洗掉片子上的污染。但是，从有图形的片子上除去小于1微米颗粒则比较困难。第三种：高压清洗，是用液体喷射片子表面，喷嘴的压力高达几百个大气压。高压清洗靠喷射作用，片子不易产生划痕和损伤。由于高压清洗的优势，因此，在行业内为硅片的主流清洗方法。

然而，本发明的发明人在实际采用常规高压清洗设备进行清洗过程中发现，即使花费长时间进行冲洗，硅片的正面总有一些残留物。

有鉴于此，实有必要提出一种新的清洗硅片的装置及使用该装置清洗硅片的方法。

发明内容

本发明解决的问题是采用现有的高压清洗设备，硅片清洗不干净。

为解决上述问题，本发明提供一种清洗硅片的装置，包括：

机械卡盘；

安装在机械卡盘上的卡销；

水枪；

水枪支撑装置，所述水枪支撑装置用于抬高或降低水枪；

高压水泵，所述高压水泵的出水端与水枪的末端连接，所述高压水泵的进水端用于输入硅片清洗过程中的去离子水；

其中，所述高压水泵的出水端与水枪的末端间设置有控制其间水流开关的装置。

可选地，控制所述高压水泵的出水端与水枪的末端间的水流开关的装置为控制阀。

可选地，所述清洗硅片的装置还包括：

位置传感器，用于检测水枪是否处于抬高状态；

速度传感器，用于检测水枪是否开始进入运动状态；

所述位置传感器与所述速度传感器分别与所述控制高压水泵的出水端与水枪的末端间的水流开关的装置电连接。

可选地，所述清洗硅片的装置还包括：

压力传感器，用于检测高压水泵是否处于非启动状态；

速度传感器，用于检测水枪是否开始进入运动状态；

所述压力传感器与所述速度传感器分别与所述控制高压水泵的出水端与水枪的末端间的水流开关的装置电连接。

本发明还提供一种使用清洗硅片装置进行硅片清洗的方法，包括：

将硅片背面朝上放置在机械卡盘上，使用卡销固定硅片；

控制高压水泵的出水端与水枪的末端间水流开关的装置进入关闭状态；

水枪由待工作位置经过所述机械卡盘的近点移至远点；所述近点为水枪移动过程中首先经过的机械卡盘的边缘位置，所述远点为水枪移动过程中最后到达的静电吸盘的边缘位置；所述水枪在待工作位置及由近点移至远点过程为处于抬高状态；高压水泵在水枪处于待工作位置及由近点移至远点过程为关闭状态；

降低水枪；

水枪开始进入运动状态；

启动高压水泵；

控制高压水泵的出水端与水枪的末端间的水流开关的装置进入打开状态；

水枪在近点与远点间来回扫描；

扫描完毕后，水枪处于远点位置，并升起；

水枪开始进入静止状态；

关闭高压水泵；

控制高压水泵的出水端与水枪的末端间的水流开关的装置进入关闭状态；

水枪由远点经过所述机械卡盘的近点移至待工作位置；

控制高压水泵的出水端与水枪的末端间的水流开关的装置进入开启状态。

可选地，先进行所述水枪开始进入运动状态，接着进行所述控制高压水泵的出水端与水枪的末端间的水流开关的装置进入打开状态步骤，然后进行所述启动高压水泵步骤。

可选地，先进行所述水枪开始进入静止状态步骤，接着进行所述控制高压水泵的出水端与水枪的末端间的水流开关的装置进入关闭状态步骤，然后所述关闭高压水泵步骤。

可选地，所述清洗硅片的装置还包括：

位置传感器，用于检测水枪是否处于抬高状态；

速度传感器，用于检测水枪是否处于运动状态；

所述位置传感器与所述速度传感器分别与所述控制高压水泵的出水端与水枪的末端间的水流开关的装置电连接；

所述清洗硅片的方法中，所述控制高压水泵的出水端与水枪的末端间水流开关的装置获取到位置传感器与速度传感器的检测结果都为是时进入关闭状态。

可选地，所述控制高压水泵的出水端与水枪的末端间水流开关的装置获取到位置传感器与速度传感器的检测结果都为否时进入开启状态。

可选地，所述清洗硅片的装置还包括：

压力传感器，用于检测高压水泵是否处于非启动状态；

速度传感器，用于检测水枪是否开始进入运动状态；

所述压力传感器与所述速度传感器分别与所述控制高压水泵的出水端与水枪的末端间的水流开关的装置电连接；

所述清洗硅片的方法中，所述控制高压水泵的出水端与水枪的末端间的水流开关的装置获取到压力传感器与速度传感器的检测结果都为是时进入关闭状态。

可选地，所述控制高压水泵的出水端与水枪的末端间的水流开关的装置获取到压力传感器与速度传感器的检测结果都为否时进入开启状态。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明采用控制装置，在水枪从待工作位置经过所述机械卡盘的近点移至远点过程中及水枪由机械卡盘的近点移至待工作位置过程中，控制水枪的出水端的水流关闭。由于上述两个过程非常短暂，大约几秒，不会因为短暂的水流关闭影响喷头的自洁功能，并避免了可能污染晶片的污染源，达到了清洗干净的目的。

附图说明

图1是现有技术中的清洗硅片的装置的示意图；

图2是采用现有技术的清洗硅片装置冲洗完后的硅片残留物分布示意图；

图3与图4是图1中的杂质的SEM测试结果图；

图5是图4中的杂质的EDS测试结果图；

图6是本实施例一提供的清洗硅片的装置示意图；

图7是使用图6的清洗硅片的装置进行清洗过程的流程图。

具体实施方式

图1所示为现有技术中清洗硅片的装置1，包括：

机械卡盘11；

安装在机械卡盘11上的三个卡销12；

水枪13；

水枪支撑装置14，所述水枪支撑装置14用于抬高或降低水枪13；

高压水泵15，所述高压水泵15的出水端与水枪13的末端连接，所述高压水泵15的进水端用于输入硅片清洗过程中的去离子水。

以下结合现有的硅片清洗装置对使用该装置清洗硅片的过程进行介绍。

首先，对硅片正面冲洗完毕后，将硅片背面朝上放置在机械卡盘11上，使用卡销12固定硅片。

此过程中，水枪13处于待工作位置P1，且处于抬高状态，高压水泵15处于关闭状态，但为了防止水枪13的喷头(JET nozzle)污染，该喷头内一直有低压水流出。

接着，水枪由待工作位置P1经过所述机械卡盘11的近点P3移至远点P2；所述近点P3为水枪13移动过程中首先经过的机械卡盘11的边缘位置，所述远点P3为水枪13移动过程中最后到达的静电吸盘11的边缘位置；所述水枪13在由近点P3移至远点P2过程为处于抬高状态；高压水泵在水枪13由近点P3移至远点P2过程为关闭状态。

再接着，水枪支撑装置14降低水枪13的位置，以开始准备进入工作状态。

然后，启动高压水泵15。

之后，水枪13在近点P3与远点P2间来回扫描进行冲洗。

扫描完毕后，水枪13处于近点P3位置，并升起(抬高)。

接着，关闭高压水泵15。

高压水泵15关闭后，水枪内开始流出低压水流，水枪13由机械卡盘11的近点P3移至待工作位置P1；以等待冲洗下一片硅片。

正如背景技术所述，采用图1所示的高压清洗设备，即使长时间冲洗，硅片正面还是存在一些残留物。本发明人对该残留物做了统计，分布图如图2所示，并对残留物进行了扫描电子显微镜(SEM)测试，如图3与图4所示，大部分为微米级的颗粒。本发明人进一步对图4中的杂质进行了X射线能谱仪(EDS)测试，以对该残留物的成分进行定性定量分析，其结果如图5所示，主要成分是硅、氧与碳。

然而，硅片表面易氧化，因而在硅片表面检测出硅元素与氧元素的原因很容易理解，但碳的引入原因尚不清楚。

本发明人对图1所示的残留物分布图进行了分析，发现该残留物的分布密集区域大约各自成120度夹角，正好与机械卡盘11上的三个成120度设置的卡销12的位置相对应；然而，卡销12上的与硅片接触部位在清洗过程中为保持清洁状态，且该残留物的成分并不与卡销12的材质铝合金有关。

本发明人仔细分析了清洗过程，认为造成残留物的原因为：现有的清洗硅片的流程为先将硅片翻转，使得硅片背面朝上，然后被夹持在机械卡盘上，使用高压去离子水清洗硅片背面，然后再用静电吸盘吸住硅片背面，使用高压去离子水清洗硅片正面。使用高压去离子水清洗硅片背面过程中，水枪在机械卡盘11的近点P3与远点P2间来回扫描，此时高压水流不会打到卡销12上，然而，机械卡盘11经过长期使用，卡销12在反复夹持硅片过程中，虽然其上的与硅片接触部位保持清洁，但其它部位很容易被未清洗硅片上的杂质污染，而水枪13从待工作位置P1经过所述机械卡盘11的近点P3移至远点P2过程中，水枪13的喷头喷出的低压水冲击卡销12，可能将卡销12上的污染物部分打落，该打落的原子会溅射到硅片的正面，从而存留下来形成了残留物。此外，扫描完毕后，水枪13由所述机械卡盘11的近点P3移至待工作位置P1过程中，水枪13的喷头喷出的低压水也冲击卡销12，也可能将卡销12上的污染物部分打落而形成硅片正面的残留物。该残留物在之后的硅片正面清洗过程中如果没有被完全清除，就形成了图1中的残留物。

为此，本发明人提出采用控制装置，将水枪13从待工作位置P1经过所述机械卡盘11的近点P3移至远点P2过程中及水枪13由近点P3移至待工作位置P1过程中，水枪13的出水端的水流关闭。由于上述两个过程非常短暂，大约3秒左右，不会因为短暂的水流关闭影响喷头的自洁功能，并避免了可能污染晶片的污染源，达到了清洗干净的目的。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。由于重在说明本发明的原理，因此，未按比例制图。

实施例一

如图6所示，本实施例一提供了一种新的清洗硅片的装置2，该装置2包括：

机械卡盘21；

安装在机械卡盘21上的卡销22；

水枪23；

水枪支撑装置24，所述水枪支撑装置24用于抬高或降低水枪23；

高压水泵25，所述高压水泵25的出水端与水枪23的末端连接，所述高压水泵25的进水端用于输入硅片清洗过程中的去离子水；

其中，所述高压水泵25的出水端与水枪23的末端间设置控制其间水流开关的装置，在本实施例一中，控制所述高压水泵25的出水端与水枪23的末端间的水流开关的装置为控制阀26。

进一步地，所述清洗硅片的装置2还包括：

位置传感器(未图示)，用于检测水枪23是否处于抬高状态；

速度传感器(未图示)，用于检测水枪23是否开始进入运动状态；

所述位置传感器与所述速度传感器分别与控制阀26电连接。

以下详细描述采用本实施例一还提供的清洗硅片装置2进行硅片清洗的方法，该方法流程图如图7所示。在清洗过程中，水枪运动状态、水枪位置状态、高压水泵开关状态及控制阀的开关状态间的相互关系见表1所示。

表1

首先，执行步骤S11，将硅片背面朝上放置在机械卡盘21上，使用卡销22固定硅片。此过程中，水枪23处于静止状态，水枪23处于抬高位置，高压水泵25关；控制阀26开，以保证有水枪23的喷头有低压水流出，不会影响其自洁功能。

接着，执行步骤S12，控制阀26进入关闭状态；

然后，执行步骤S13，水枪23由待工作位置P1经过所述机械卡盘21的近点P3移至远点P2；所述近点P3仍为水枪23移动过程中首先经过的机械卡盘21的边缘位置，所述远点P2为水枪23移动过程中最后到达的静电吸盘21的边缘位置；所述水枪23在由近点P3移至远点P2过程为处于抬高状态；高压水泵25在水枪23由近点P3移至远点P2过程为关闭状态。

接着，执行步骤S14，降低水枪23。

再接着，执行步骤S15，水枪23开始进入运动状态；

然后，执行步骤S16，启动高压水泵25。

执行步骤S17，控制阀26进入打开状态。

执行步骤S18，水枪23在近点P3与远点P2间来回扫描冲洗硅片。

扫描完毕后，水枪23处于近点P3位置，执行步骤S19，并升起水枪23(抬高)。

执行步骤S20，水枪23开始进入静止状态。

执行步骤S21，关闭高压水泵25。

执行步骤S22，控制阀26进入关闭状态。

执行步骤S23，水枪23由近点P3移至待工作位置P1。

执行步骤S24，控制阀26进入开启状态。下一片硅片需要清洗时，重复执行S11-S24。

本实施例一中，也可以先执行步骤S15，进行所述水枪23开始进入运动状态；接着执行步骤S17，进行所述控制阀26进入打开状态步骤；然后执行步骤S16，所述启动高压水泵25步骤，可以避免高压水泵25启动后，而控制阀26处于关闭状态，大压力的水可能会损害水枪23与高压水泵25之间的水管。

类似地，也可以先执行步骤S20，进行所述水枪23开始进入静止状态步骤；接着执行步骤S22，进行所述控制阀26进入关闭状态步骤；然后执行步骤S21，进行所述关闭高压水泵25步骤。

本实施例一所述清洗硅片的方法中，位置传感器检测到水枪处于抬高状态，速度传感器检测到水枪23开始进入运动状态时，即：两传感器检测的结果都为是，将该结果传递给控制阀26，之后，控制阀26进入关闭状态。

进一步地，位置传感器检测到水枪处于降低状态，速度传感器检测到水枪23开始进入静止状态时，即：两传感器检测的结果都为否，将该结果传递给控制阀26，之后，控制阀26进入开启状态。

经上述清洗过程，硅片上未发现采用现有技术的清洗装置中的残留物。

实施例二

本实施例二提供的清洗装置与实施例一的不同之处在于，控制阀26不是由位置传感器与速度传感器控制，而是由压力传感器(未图示)与速度传感器控制。上述两个传感器与控制阀26为电连接。

对应地，采用实施例二提供的清洗装置，进行所述清洗硅片的方法中，压力传感器检测到高压水泵为关闭状态，速度传感器检测到水枪23开始进入运动状态时，即：两传感器检测的结果都为是，将该结果传递给控制阀26，之后，控制阀26进入关闭状态。

进一步地，压力传感器检测到高压水泵进入开启状态，速度传感器检测到水枪23开始进入静止状态时，即：两传感器检测的结果都为否，将该结果传递给控制阀26，之后，控制阀26进入开启状态。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种清洗硅片的装置，包括：

机械卡盘；

安装在机械卡盘上的卡销；

水枪；

水枪支撑装置，所述水枪支撑装置用于抬高或降低水枪；

高压水泵，所述高压水泵的出水端与水枪的末端连接，所述高压水泵的进水端用于输入硅片清洗过程中的去离子水；

其特征在于，所述高压水泵的出水端与水枪的末端间设置有控制其间水流开关的装置，所述控制水流开关的装置在水枪从待工作位置经过所述机械卡盘的近点移至远点过程中及水枪由机械卡盘的近点移至待工作位置过程中，控制水枪的出水端的水流关闭；

以及还包括：a)位置传感器，用于检测水枪是否处于抬高状态；

速度传感器，用于检测水枪是否开始进入运动状态；

所述位置传感器与所述速度传感器分别与所述控制高压水泵的出水端与水枪的末端间水流开关的装置电连接；

或b)压力传感器，用于检测高压水泵是否处于非启动状态；

速度传感器，用于检测水枪是否开始进入运动状态；

所述压力传感器与所述速度传感器分别与所述控制高压水泵的出水端与水枪的末端间水流开关的装置电连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，控制高压水泵的出水端与水枪的末端间水流开关的装置为控制阀。

3.一种使用权利要求1所述的装置清洗硅片的方法，其特征在于，包括：

将硅片背面朝上放置在机械卡盘上，使用卡销固定硅片；

控制高压水泵的出水端与水枪的末端间水流开关的装置进入关闭状态；

水枪由待工作位置经过所述机械卡盘的近点移至远点；所述近点为水枪移动过程中首先经过的机械卡盘的边缘位置，所述远点为水枪移动过程中最后到达的静电吸盘的边缘位置；所述水枪在待工作位置及由近点移至远点过程为处于抬高状态；高压水泵在水枪处于待工作位置及由近点移至远点过程为关闭状态；

降低水枪；

水枪开始进入运动状态；

启动高压水泵；

控制高压水泵的出水端与水枪的末端间水流开关的装置进入打开状态；

水枪在近点与远点间来回扫描；

扫描完毕后，水枪处于近点位置，并升起；

水枪开始进入静止状态；

关闭高压水泵；

控制高压水泵的出水端与水枪的末端间水流开关的装置进入关闭状态；

水枪由所述机械卡盘的近点移至待工作位置；

控制高压水泵的出水端与水枪的末端间水流开关的装置进入开启状态。

4.根据权利要求3所述的清洗硅片方法，其特征在于，先进行所述水枪开始进入运动状态，接着进行所述控制高压水泵的出水端与水枪的末端间水流开关的装置进入打开状态步骤，然后进行所述启动高压水泵步骤。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，先进行所述水枪开始进入静止状态步骤，接着进行所述控制高压水泵的出水端与水枪的末端间水流开关的装置进入关闭状态步骤，然后进行所述关闭高压水泵步骤。

6.根据权利要求3所述的清洗硅片方法，其特征在于，所述清洗硅片的装置还包括：

位置传感器，用于检测水枪是否处于抬高状态；

速度传感器，用于检测水枪是否处于运动状态；

所述位置传感器与所述速度传感器分别与所述控制高压水泵的出水端与水枪的末端间水流开关的装置电连接；

所述清洗硅片的方法中，所述控制高压水泵的出水端与水枪的末端间水流开关的装置获取到位置传感器与速度传感器的检测结果都为是时进入关闭状态。

7.根据权利要求6所述的清洗硅片方法，其特征在于，所述控制高压水泵的出水端与水枪的末端间水流开关的装置获取到位置传感器与速度传感器的检测结果都为否时进入开启状态。

8.根据权利要求3所述的清洗硅片方法，其特征在于，所述清洗硅片的装置还包括：

压力传感器，用于检测高压水泵是否处于非启动状态；

速度传感器，用于检测水枪是否开始进入运动状态；

所述压力传感器与所述速度传感器分别与所述控制高压水泵的出水端与水枪的末端间水流开关的装置电连接；

所述清洗硅片的方法中，所述控制高压水泵的出水端与水枪的末端间水流开关的装置获取到压力传感器与速度传感器的检测结果都为是时进入关闭状态。

9.根据权利要求8所述的清洗硅片方法，其特征在于，所述控制高压水泵的出水端与水枪的末端间水流开关的装置获取到压力传感器与速度传感器的检测结果都为否时进入开启状态。