CN104813438A - 半导体硅片的清洗方法和装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种将槽式清洗与单片清洗相结合的半导体硅片的清洗方法和装置(100)。该半导体硅片的清洗方法包括：从装载端口(110)处的硅片盒中取至少两片硅片，然后将该至少两片硅片放入装满化学溶液的第一清洗槽(137)中；该至少两片硅片在第一清洗槽(137)内清洗结束后，将该至少两片硅片从第一清洗槽中取出并使该至少两片硅片保持湿润状态，然后将该至少两片硅片放入装满液体的第二清洗槽(138)中；该至少两片硅片在第二清洗槽(138)内清洗结束后，将该至少两片硅片从第二清洗槽中取出并使该至少两片硅片保持湿润状态，然后将一片硅片放置在一个单片清洗模组(150)的硅片夹上；旋转硅片夹并向硅片喷洒化学溶液；向硅片喷洒去离子水；干燥硅片；及从单片清洗模组(150)中取出已清洗、干燥完毕的硅片并将硅片放回装载端口(110)处的硅片盒中。

Description

半导体硅片的清洗方法和装置
本发明的背景
技术领域
本发明涉及集成电路制造领域，更具体地，涉及半导体硅片的清洗方法和装置。
背景技术
在集成电路制造工艺中，湿法清洗是获得高质量集成电路的必备工艺。干法刻蚀工艺结束后，硅片需要被清洗以去除残余的光刻胶、在干法刻蚀过程中产生的有机物以及附着在硅片表面的薄膜材料。清洗硅片的主要化学溶液包括，例如，SC1、BOE、SPM(H2SO4和H2O2的混合溶液)。其中，SPM的温度通常高于90℃。SPM主要用于去除残余的光刻胶和有机物。当下，有两种清洗硅片的方式，一种是槽式清洗，一种是单片清洗。下面将对这两种清洗方式进行简单的介绍说明。
槽式清洗每次可以同时清洗数片硅片。槽式清洗装置包括机械传输装置和数个清洗槽。由于数片硅片能够同时在一个清洗槽内进行清洗，因此，槽式清洗的清洗效率很高，通常，每小时可以清洗大约400片硅片。此外，清洗槽内的化学溶液是循环流动的，使得化学溶液能够重复使用，降低了槽式清洗的清洗成本。尤其是高温的化学溶液，例如120℃的SPM，这类化学溶液的价格较昂贵，如果能够重复使用，将大大降低清洗成本。然而，随着集成电路的线宽越来越窄，槽式清洗的缺点已明显显现。在槽式清洗过程中，数片硅片竖直浸入清洗槽的化学溶液中，这样很容易导致交叉污染。只要有一片硅片带有金属或有机物污染物，那么与该硅片同用一个清洗槽的其他硅片就会被污染。在清洗槽内清洗完毕后，硅片竖直地从清洗槽内取出，此时，如果清洗槽内的化学溶液中存在微小的有机污染物，这些微小的有机污染物将会随化学溶液一起粘附在硅片表面。一旦硅片被干燥处理，这些粘附在硅片表面的微小有机污染物将很难去除。
单片清洗每次只能清洗一片硅片。单片清洗装置包括机械传输装置和数个独立的单片清洗模组。在一个单片清洗模组内可以完成一片硅片的清洗和干燥工艺。每片硅片清洗完毕后，单片清洗模组内的化学溶液都会被排掉，然后再向该单片清洗模组供应新的化学溶液以清洗下一片硅片，避免发生交叉污染。单片清洗虽然能够有效去除颗粒和薄膜材料等污染物，但是，单片清洗在使用高温化学溶液，例如温度高于90℃的SPM，具有一定的局限性，主要是单片清洗的化学溶液很难被重复利用，导致清洗成本较高。
通过上述描述不难看出，槽式清洗和单片清洗都有各自的优势和劣势，在清洗过程中，如果仅采用其中一种清洗方式，很难达到最佳的清洗效果和满足现代工艺需求。因此，如果能够发明一种方法和装置，结合了槽式清洗和单片清洗的优势，将会对集成电路制造领域具有突出的贡献。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体硅片的清洗方法，包括：从装载端口处的硅片盒中取至少两片硅片，然后将该至少两片硅片放入装满化学溶液的第一清洗槽中；该至少两片硅片在第一清洗槽内清洗结束后，将该至少两片硅片从第一清洗槽中取出并使该至少两片硅片保持湿润状态，然后将该至少两片硅片放入装满液体的第二清洗槽中；该至少两片硅片在第二清洗槽内清洗结束后，将该至少两片硅片从第二清洗槽中取出并使该至少两片硅片保持湿润状态，然后将一片硅片放置在一个单片清洗模组的硅片夹上；旋转硅片夹并向硅片喷洒化学溶液；向硅片喷洒去离子水；干燥硅片；及从单片清洗模组中取出已清洗、干燥完毕的硅片并将硅片放回装载端口处的硅片盒中。
本发明的另一目的在于提供一种半导体硅片的清洗装置，包括：第一硅片盒、至少一个第一清洗槽、第二清洗槽、至少两个单片清洗模组、两个翻转机构、第一机械手、第二机械手及第三机械手。第一硅片盒位于装载端口，第一硅片盒收纳数片硅片。至少一个第一清洗槽装满化学溶液。第二清洗槽装满液体。至少两个单片清洗模组清洗和干燥单片硅片。两个翻转机构中的一个翻转机构靠近第一清洗槽，另一个翻转机构靠近第二清洗槽。第一机械手装备有至少两个硅片传送臂，硅片传送臂从第一硅片盒中取出至少两片硅片并将该至少两片硅片放置在靠近第一清洗槽的翻转机构中，第一机械手从单片清洗模组内取出硅片并将硅片放回第一硅片盒。第二机械手从靠近第一清洗槽的翻转机构中取出硅片并将硅片依次放入第一清洗槽和第二清洗槽，硅片在第一清洗槽和第二清洗槽内的工艺结束后，第二机械手从第二清洗槽中取出硅片并将硅片放置在靠近第二清洗槽的翻转机构中。第三机械手装备有至少两个硅片传送臂，硅片传送臂从靠近第二清洗槽的翻转机构中取出硅片并将硅片放入单片清洗模组，其中，硅片在放入单片清洗模组内执行单片清洗和干燥处理之前，硅片始终保持湿润状态。最终，第一机械手从单片清洗模组内取出硅片并将硅片放回第一硅片盒。
根据本发明的一实施例，提出的半导体硅片的清洗装置，包括：第一硅片盒、至少一个第一清洗槽、第二清洗槽、至少两个单片清洗模组、两个翻转机构、缓冲区、第一机械手、第二机械手及第三机械手。第一硅片盒位于装载端口，第一硅片盒收纳数片硅片。至少一个第一清洗槽装满化学溶液。第二清洗槽装满液体。至少两个单片清洗模组清洗和干燥单片硅片。两个翻转机构中的一个翻转机构靠近第一清洗槽，另一个翻转机构靠近第二清洗槽。缓冲区用于暂存硅片。第一机械手装备有至少两个硅片传送臂，硅片传送臂从第一硅片盒中取出至少两片硅片并将该至少两片硅片放置在缓冲区中，第一机械手从单片清洗模组内取出硅片并将硅片放回第一硅片盒。第二机械手从靠近第一清洗槽的翻转机构中取出硅片并将硅片依次放入第一清洗槽和第二清洗槽，硅片在第一清洗槽和第二清洗槽内的工艺结束后，第二机械手从第二清洗槽中取出硅片并将硅片放置在靠近第二清洗槽的翻转机构中。第三机械手装备有至少两个硅片传送臂，硅片传送臂从缓冲区中取出硅片并将硅片放置在靠近第一清洗槽的翻转机构中，第三机械手从靠近第二清洗槽的翻转机构中取出硅片并将硅片放入单片清洗模组，其中，硅片在放入单片清洗模组内执行单片清洗和干燥处理之前，硅片始终保持湿润状态。最终，第一机械手从单片清洗模组内取出硅片并将硅片放回第一硅片盒。
根据本发明的一实施例，提出的半导体硅片的清洗装置，包括：第一硅片盒、至少一个第一清洗槽、第二清洗槽、至少两个单片清洗模组、两个翻转机构、第一机械手及第二机械手。第一硅片盒位于装载端口，第一硅片盒收纳数片硅片。至少一个第一清洗槽装满化学溶液。第二清洗槽装满液体。至少两个单片清洗模组清洗和干燥单片硅片。两个翻转机构中的一个翻转机构靠近第一清洗槽，另一个翻转机构靠近第二清洗槽。第一机械手装备有至少三个硅片传送臂，第一机械手的一个硅片传送臂从第一硅片盒中取出至少两片硅片并将该至少两片硅片放置在靠近第一清洗槽的翻转机构中，第一机械手的另一个硅片传送臂从靠近第二清洗槽的翻转机构中取出硅片并将硅片放入单片清洗模组，其中，硅片在放入单片清洗模组内执行单片清洗和干燥处理之前，硅片始终保持湿润状态，第一机械手的又一个硅片传送臂从单片清洗模组内取出硅片并将硅片放回第一硅片盒。第二机械手从靠近第一清洗槽的翻转机构中取出硅片并将硅片依次放入第一清洗槽和第二清洗槽，硅片在第一清洗槽和第二清洗槽内的工艺结束后，第二机械手从第二清洗槽中取出硅片并将硅片放置在靠近第二清洗槽的翻转机构中。最终，第一机械手从单片清洗模组内取出硅片并将硅片放回第一硅片盒。
综上所述，本发明半导体硅片的清洗方法和装置将槽式清洗和单片清洗结合在一起，充分利用了槽式清洗和单片清洗的优点来对硅片进行清洗，从而能够有效去除有机物、颗粒和薄膜材料等污染物。高温工艺可以在槽式清洗装置中进行，因为高温的化学溶液可以在槽式清洗装置中得到循环使用，而且在槽式清洗过程中产生的酸雾能够得到很好的控制。此外，硅片从槽式清洗装置的第一清洗槽中取出后直至放入单片清洗模组进行单片清洗之前始终保持湿润状态，使得黏附在硅片表面的污染物能够更容易的去除。
附图说明
图1揭示了本发明的一实施例的半导体硅片的清洗装置的结构示意图。
图2揭示了本发明的一实施例的槽式清洗装置的顶视图。
图3揭示了本发明的一实施例的槽式清洗装置的立体图。
图4揭示了本发明的一实施例的翻转机构的立体图。
图5揭示了图4中A部的放大图。
图6(a)至图6(d)揭示了翻转机构翻转硅片的过程示意图。
图7(a)至图7(c)揭示了机械手从翻转机构取硅片的过程示意图。
图8(a)揭示了槽式清洗装置的第一清洗槽的一实施例的立体图。
图8(b)揭示了25片硅片放置在第一清洗槽内以便进行清洗的示意图。
图8(c)揭示了25片硅片在第一清洗槽内进行清洗的示意图。
图9揭示了槽式清洗装置的第一清洗槽的又一实施例的立体图。
图10(a)揭示了槽式清洗装置的第二清洗槽的一实施例的立体图。
图10(b)揭示了25片硅片放置在第二清洗槽内以便进行清洗的示意图。
图10(c)揭示了25片硅片在第二清洗槽内进行清洗的示意图。
图11揭示了翻转机构将硅片翻转90℃以便进行槽式清洗的立体图。
图12揭示了机械手从翻转机构取硅片以便进行槽式清洗的立体图。
图13揭示了机械手将硅片放入第一清洗槽进行清洗的立体图。
图14揭示了机械手将硅片放入第二清洗槽进行清洗的立体图。
图15揭示了机械手将硅片从第二清洗槽内取出并放置在另一翻转结构上的立体图。
图16(a)揭示了第一清洗槽的前视图。
图16(b)揭示了第一清洗槽的侧视图。
图17揭示了本发明的又一实施例的槽式清洗装置的示意图。
图18揭示了一装置的前视图，当硅片从第二清洗槽内取出后，该装置使硅片保持湿润状态。
图19揭示了图18所示的装置的顶视图。
图20揭示了本发明的一实施例的机械手的顶视图。
图21(a)至图21(c)揭示了又一装置的示意图，当硅片从第二清洗槽内取出后，该装置使硅片保持湿润状态。
图22揭示了本发明的另一实施例的半导体硅片的清洗装置的结构示意图。
图23揭示了本发明的又一实施例的半导体硅片的清洗装置的结构示意图。
图24揭示了本发明的又一实施例的半导体硅片的清洗装置的结构示意图。
图25揭示了本发明的又一实施例的半导体硅片的清洗装置的结构示意图。
图26(a)揭示了本发明的又一实施例的半导体硅片的清洗装置的结构示意图。
图26(b)揭示了单片清洗模组的一实施例的排列示意图。
具体实施方式
请参考图1所示，图1揭示了本发明的一实施例的半导体硅片的清洗装置的结构示意图。该清洗装置100包括数个装载端口110、第一机械手120、槽式清洗装置130、第三机械手140及数个单片清洗模组150。
每个装载端口110接收一个第一硅片盒(图中未显示)。第一硅片盒收纳数片硅片，通常，一个第一硅片盒收纳25片硅片。为了提高清洗装置100的清洗效率，清洗装置100具有不止一个装载端口110。在一个实施例中，清洗装置100具有4个装载端口110，该4个装载端口110并排排在清洗装置100的一侧。需要注意装载端口110的数目并不限定于4个。
第一机械手120装备有至少两个硅片传送臂，其中一个硅片传送臂能够从装载端口110处的第一硅片盒内取出数片硅片并将该数片硅片放置在槽式清洗装置130的翻转机构131中，如图6(a)所示。另一硅片传送臂能够从单片清洗模组150内取出加工完毕的硅片并将硅片重新放回第一硅片盒。较佳地，第一机械手120包括有5个独立的硅片传送臂，每一硅片传送臂装备有一终端执行器以用于从单片清洗模组150内取出加工完毕的硅片并将硅片重新放回第一硅片盒。第一机械手120还包括一独立的硅片传送臂，该硅片传送臂装备有5个终端执行器以用于每次从第一硅片盒内取出5片硅片并将该5片硅片放置在槽式清洗装置130的翻转机构131中。
参考图2至图10(c)所示，示例了用于每次同时清洗数片硅片的槽式清洗装置130。该槽式清洗装置130包括两个翻转机构131、一硅片传输装置、第一清洗槽137及第二清洗槽138。该两个翻转机构131的构造完全相同，如图4和图5所示。显然，只要能够满足工艺所要求的翻转功能，该两个翻转机构131的构造也可以不同。如图4和图5所示，以其中一个翻转机构131为例，对本发明的翻转机构131进行详细说明。翻转机构131具有基座1311，基座1311相对的两侧分别向基座1311的内部凸伸形成两对导柱1312。基座1311相对的两侧分别活动连接一侧墙1313，在一个实施例中，基座1311相对的两侧分别通过一旋转轴1315与相对应的侧墙1313活动连接。每一侧墙1313凸伸形成一列支撑部1314，每相邻两支撑部1314之间间隔一定距离以容纳一硅片。基座1311的底部设置有一硅片承载部1316，在驱动装置的驱动下，该硅片承载部1316能够沿两对导柱1312滑动。硅片承载部1316开设有数个用于收容硅片的收容槽1317。两个气缸1318分别与两个侧墙1313连接，两个气缸1318分别驱动两个侧墙1313绕旋转轴1315旋转，以展开或合拢该两个侧墙1313。连接轴1319横向地穿过基座1311并与基座1311通过固定件，例如，螺丝等固定连接。连接轴1319的一端与驱动器1318，例如气缸，连接，驱动器1318驱动基座1311翻转。
如图2和图3所示，硅片传输装置包括一对水平布置的导轨132及一对竖直布置的导轨133。竖直布置的导轨133与水平布置的导轨132的垂直并且能够沿水平布置的导轨132移动。支撑板134设置在竖直布置的导轨133上并且能够沿竖直布置的导轨133上下移动。支撑臂135固定在支撑板134上，支撑臂135垂直于支撑板134。第二机械手136固定在支撑臂135上，第二机械手136朝向布置在第一清洗槽137一侧的翻转机构131。第二机械手136能够沿支撑臂135移动。第二机械手136具有5对手指，每对手指相对于其他4对手指是独立的，且每对手指每次可以抓取5片硅片。第一清洗槽137和第二清洗槽138并排布置并位于两个翻转机构131之间。制造第一清洗槽137和第二清洗槽138的材料可以是，例如，石英材料。本领域的技术人员可以理解的是，凡是能够抗腐蚀的材料均适合制造第一清洗槽137和第二清洗槽138。第一清洗槽137内装满了化学溶液。第一清洗槽137内的化学溶液包括温度在20℃至250℃的SPM，或者温度在20℃至250℃的溶剂，例如TMAH。第二清洗槽138内装满了液体，该液体可以是温度在20℃至100℃的去离子水。本领域的技术人员可以理解的是，清洗槽的数量以及清洗槽内的溶液可以根据实际需要而作相应的调整。
参考图8(a)至图8(c)所示，示例了第一清洗槽137的详细构造。第一清洗槽137内设置有一对纵向相对布置的硅片托架1371，该对硅片托架1371能够支撑最多25片硅片。一对连接件1372横向布置在该对硅片托架1371的两端并与该对硅片托架1371固定连接。两个升降件1373分别与连接件1372连接，两个升降件1373还分别与驱动件1374连接，该驱动件1374可以选用，例如气缸。驱动件1374驱动升降件1373上升或下降，相应地，带动硅片托架1371上升或下降。当第二机械手136从靠近第一清洗槽137的翻转机构131中取出25片硅片并将该25片硅片放入第一清洗槽137时，驱动件1374驱动升降件1373上升，从而带动硅片托架1371上升至第一清洗槽137的化学溶液的上方，第二机械手136将25片硅片放在硅片托架1371上，避免了第二机械手136接触第一清洗槽137的化学溶液。硅片放在硅片托架1371上之后，驱动件1374驱动升降件1373下降，从而带动硅片托架1371下降并使硅片浸没在化学溶液中。
参考图9所示，揭示了又一实施例的第一清洗槽的构造。与上述实施例相比，本实施例中的第一清洗槽的区别仅在于两个升降件1373分别与硅片托架1371的中部连接。
参考图10(a)至图10(c)所示，示例了第二清洗槽138的详细构造。第二清洗槽138被分为5个独立的区域。与第一清洗槽137的构造相似，第二清洗槽138的每一区域内设置有一对相对布置的硅片托架1381，该对硅片托架1381能够支撑最多5片硅片。一对连接件1382布置在该对硅片托架1381的两端并与该对硅片托架1381固定连接。两个升降件1383分别与连接件1382连接，两个升降件1383还分别与驱动件1384连接，该驱动件1384可以选用，例如气缸。驱动件1384驱动升降件1383上升或下降，相应地，带动硅片托架1381上升或下降。当第二机械手136从第一清洗槽137内取出5片硅片并将该5片硅片放入第二清洗槽138中时，驱动件1384驱动升降件1383上升，从而带动硅片托架1381上升至第二清洗槽138的溶液的上方，第二机械手136将5片硅片放在硅片托架1381上，避免了第二机械手136接触第二清洗槽138的溶液。硅片放在硅片托架1381上之后，驱动件1384驱动升降件1383下降，从而带动硅片托架1381下降并使硅片浸没在第二清洗槽138的溶液中。第一清洗槽137可以和第二清洗槽138相同。
第三机械手140装备有至少两个硅片传送臂，以用于每次从槽式清洗装置130取出一片经槽式清洗装置130加工处理过的硅片并将该片硅片放入一个单片清洗模组150内进行单片清洗和干燥工艺。为了保证硅片在放入单片清洗模组150进行单片清洗和干燥之前一直保持湿润状态，第三机械手140的硅片传送臂上安装带有喷嘴171的喷头170，通过喷嘴171向第三机械手140的硅片传送臂上的硅片喷洒去离子水，如图20所示。较佳地，第三机械手140具有5个独立的硅片传送臂，每个硅片传送臂装备有一个终端执行器、一个喷头170及一个喷嘴171。
单片清洗模组150用于清洗和干燥单片硅片。为了提高清洗效率，可以布置数个单片清洗模组150，该数个单片清洗模组150的排列方式多样。在一个实施例中，布置了10个单片清洗模组150，该10个单片清洗模组150的排列方式为两排五列。可以理解的是，单片清洗模组150的数量和排列方式可以根据实际应用灵活选择。每个单片清洗模组150包括布置在单片清洗腔内的硅片夹。硅片在槽式清洗装置130内进行加工处理后，取出并被放置在单片清洗模组150的硅片夹上进行工艺加工。硅片被放置在硅片夹上后，旋转硅片夹，并将化学溶液供应至硅片以清洗硅片，最后再供应去离子水清洗硅片。化学溶液和去离子水均通过喷雾嘴喷洒在硅片上。然后，干燥硅片。最后，第一机械手120从单片清洗模组150内取出已干燥的硅片并将硅片放回第一硅片盒。供应至硅片上的化学溶液可以选用下述的一种，例如，稀释的氯化氢溶液、SC1溶液、稀释的氯化氢溶液和SC1溶液、SC2溶液、臭氧水溶液、掺有气体和NH4OH的功能水溶液，其中，气体是氢气，氢气的浓度是1.6ppm，NH4OH的浓度小于100ppm。较佳地，在干燥硅片之前，向硅片上供应一种化学溶液，该化学溶液可以选用下述中的一种，例如，稀释的氯化氢溶液、SC1溶液和SC2溶液。干燥硅片的方法包括旋转硅片夹并向硅片供应IPA溶液。在一个实施例中，在单片清洗过程中，可以利用兆声波清洗硅片。
参考图6(a)至图6(d)所示，示例了翻转机构131翻转硅片的过程。第一机械手120从装载端口110的第一硅片盒内取出25片硅片并将该25片硅片放在靠近第一清洗槽137旁的翻转机构131中。具体地，各硅片水平放置在两侧墙1313的支撑部1314上，硅片由两侧墙1313夹持固定。然后，与连接轴1319的一端相连接的驱动器1318驱动基座1311翻转90℃，从而使硅片竖直排列在翻转机构131中。在驱动装置的驱动下，硅片承载部1316沿两对导柱1312向上滑动，使硅片收容在收容槽1317中。与两个侧墙1313相连接的两个气缸1318分别驱动两个侧墙1313绕旋转轴1315旋转，该两个侧墙1313展开，以供第二机械手136从翻转机构131中取走硅片，如图7(a)至图7(c)所示。第二机械手136每次可以从翻转机构131中取5片、10片、15片、20片或25片硅片。
参考图11至图15所示，第二机械手136从翻转机构131中取出数片硅片，例如25片硅片，然后将硅片竖直放入第一清洗槽137中，硅片在第一清洗槽137中清洗30至600秒。硅片在第一清洗槽137的清洗工艺结束后，第二机械手136从第一清洗槽137中取出硅片，然后将硅片放入第二清洗槽138中清洗一时间段。硅片在第二清洗槽138的清洗工艺结束后，第二机械手136从第二清洗槽138中取出硅片并将硅片竖直放置在靠近第二清洗槽138旁的翻转机构131中。硅片从第一清洗槽137中取出直至放入单片清洗模组150，在这一过程中，硅片始终保持湿润状态。此外，当硅片在第一清洗槽137中进行清洗时，第一清洗槽137内产生的酸雾通过布置在第一清洗槽137两侧的排气装置139排出，如图16(a)至图16(b)所示。
参考图17所示，示例了用于槽式清洗的又一装置的结构。该装置包括第二机械手136，该第二机械手136能够绕支撑臂135摆动。第二机械手136携带装有硅片的第二硅片盒201在第一清洗槽137或第二清洗槽138内摆动，以对硅片进行清洗。第一清洗槽137内的化学溶液可以循环使用。化学溶液从第一清洗槽137的上方溢出，然后通过泵202再次供应至第一清洗槽137。在泵202与第一清洗槽137之间，还可以设置加热器203和过滤器204，以便对化学溶液进行加热和过滤。
参考图18和图19所示，第二机械手136从第二清洗槽138中取出硅片后，靠近第二清洗槽138的翻转机构131的两侧墙1313展开，且硅片承载部1316在驱动装置的驱动下沿两对导柱1312向上滑动，第二机械手136将硅片竖直放置在收容槽1317中。与两个侧墙1313相连接的两个气缸1318分别驱动两个侧墙1313绕旋转轴1315旋转，该两个侧墙1313合拢，以夹持硅片。硅片承载部1316在驱动装置的驱动下沿两对导柱1312向下滑动，与连接轴1319的一端相连接的驱动器1318驱动基座1311翻转90℃，从而使硅片水平排列在翻转机构131中并由支撑部1314支撑。在靠近第二清洗槽138的翻转机构131的周围布置有三个喷淋管160，每个喷淋管160具有25个喷淋口161，以用于向硅片喷洒去离子水，使硅片在放入单片清洗模组150之前始终保持湿润状态。接着，第三机械手130从翻转机构131中取出硅片并将硅片放入单片清洗模组150进行清洗和干燥，一个单片清洗模组150一次加工一片硅片。硅片在单片清洗模组150内的加工工艺结束后，第一机械手120从单片清洗模组150内取出硅片并将硅片放回装载端口110处的第一硅片盒。
参考图21(a)至图21(c)所示，示例了另一使硅片从第二清洗槽138取出时保持湿润状态的装置的结构。该装置包括装满去离子水的水槽301。水槽301内的去离子水在处理完同一批次的硅片后被排掉，然后再向水槽301补充新的去离子水以处理下一批次的硅片。升降机构302设置在水槽301中。框架303倾斜地固定在位于水槽301中的升降机构302上，框架303收纳装有硅片的第三硅片盒304。由于框架303是倾斜地，因此，相应地，第三硅片盒304倾斜地放置在框架303上并浸没在水槽301内的去离子水中。当需要从第三硅片盒304中取出硅片时，升降机构302升起框架303并使框架303竖直的露出水面，相应地，第三硅片盒304也由倾斜状变为竖直状，第三硅片盒304内的硅片水平排列。第三机械手140从第三硅片盒304中水平的取出硅片并将硅片放入单片清洗模组150内进行清洗和干燥。
参考图22所示，揭示了本发明的另一实施例的半导体硅片的清洗装置200的结构示意图。该清洗装置200包括数个装载端口210、第一机械手220、两个槽式清洗装置230、第三机械手240及数个单片清洗模组250。相较于清洗装置100，本实施例的清洗装置200包括两个槽式清洗装置230，该两个槽式清洗装置230布置在清洗装置200相对的两端。清洗装置200能够进一步提高清洗效率。
参考图23所示，揭示了本发明的又一实施例的半导体硅片的清洗装置的结构示意图。该清洗装置300包括数个装载端口310、第一机械手320、槽式清洗装置330及数个单片清洗模组350。相较于清洗装置100，其区别在于，清洗装置300省略了第三机械手。本实施例中的第一机械手320能够在装载端口310、槽式清洗装置330及单片清洗模组350之间传输硅片。因此，第一机械手320装备有至少3个硅片传送臂，其中，一个硅片传送臂用于从装载端口310取硅片并将硅片放入槽式清洗装置330进行槽式清洗。另一个硅片传送臂用于从槽式清洗装置330取硅片并将硅片放入单片清洗模组350进行单片清洗和干燥。又一个硅片传送臂用于从单片清洗模组350取硅片并将硅片放回装载端口310。
参考图24所示，揭示了本发明的又一实施例的半导体硅片的清洗装置的结构示意图。该清洗装置400包括数个装载端口410、第一机械手420、槽式清洗装置430、第三机械手440及数个单片清洗模组450。相较于清洗装置100，其区别在于，本实施例的槽式清洗装置430具有不止一个第一清洗槽。例如，在图式示例的清洗装置400中，槽式清洗装置430有两个第一清洗槽，该两个第一清洗槽内的化学溶液相同。该两个第一清洗槽和槽式清洗装置430的第二清洗槽并排排列。由装载端口410取出的硅片在其中一个第一清洗槽内进行粗洗，然后再放入另一个第一清洗槽内进行精洗。硅片在该两个第一清洗槽内清洗完毕后，再被放入第二清洗槽内清洗。
参考图25所示，揭示了本发明的又一实施例的半导体硅片的清洗装置的结构示意图。该清洗装置500包括数个装载端口510、第一机械手520、槽式清洗装置530、第三机械手540及数个单片清洗模组550。相较于清洗装置100，其区别在于，该清洗装置500的槽式清洗装置530的第一清洗槽和第二清洗槽均被分为5个独立的区域。每一区域每次可以处理5片硅片。
参考图26(a)所示，揭示了本发明的又一实施例的半导体硅片的清洗装置的结构示意图。该清洗装置600包括数个装载端口610、第一机械手620、槽式清洗装置630、第三机械手640及数个单片清洗模组650。相较于清洗装置100，其区别在于，该清洗装置600还包括一缓冲区660，如图26(b)所示。清洗装置600可以具有八个单片清洗模组650及一个缓冲区660，该八个单片清洗模组650及一个缓冲区660的排列方式为三排三列，其中，缓冲区660居于中心位置。可以理解的是，单片清洗模组650的数量是可变的，并不局限于八个，而且缓冲区660的位置也不局限于中心位置，缓冲区660可以设置在任何适合的位置。第一机械手620从装载端口610处取数片硅片并将硅片暂放在缓冲区660。第三机械手640从缓冲区660处取硅片并将硅片传送至槽式清洗装置630进行槽式清洗。硅片在槽式清洗装置630中的清洗工艺结束后，第三机械手640从槽式清洗装置630处取硅片并将硅片传送至单片清洗模组650进行单片清洗和干燥。硅片在单片清洗模组650中的清洗、干燥工艺结束后，第一机械手620从单片清洗模组650处取出硅片并将硅片放回装载端口610处的第一硅片盒。
相应地，本发明还揭示了半导体硅片的清洗方法，该方法总结如下：
第一步：从装载端口110处的第一硅片盒中取至少两片硅片，然后将该至少两片硅片放入装满化学溶液的第一清洗槽137中；
第二步：该至少两片硅片在第一清洗槽137内清洗结束后，将该至少两片硅片从第一清洗槽137中取出并使该至少两片硅片保持湿润状态，然后将该至少两片硅片放入装满液体的第二清洗槽138中；
第三步：该至少两片硅片在第二清洗槽138内清洗结束后，将该至少两片硅片从第二清洗槽中取出并使该至少两片硅片保持湿润状态，然后将一片硅片放置在一个单片清洗模组150的硅片夹上；
第四步：旋转硅片夹并向硅片喷洒化学溶液；
第五步：向硅片喷洒去离子水；
第六步：干燥硅片；及
第七步：从单片清洗模组150中取出已经清洗、干燥完毕的硅片并将硅片放回装载端口110处的第一硅片盒中。
由上述可知，本发明半导体硅片的清洗方法和装置将槽式清洗和单片清洗结合在一起，充分利用了槽式清洗和单片清洗的优点来对硅片进行清洗，从而能够有效去除有机物、颗粒和薄膜材料等污染物。高温工艺可以在槽式清洗装置130中进行，因为高温的化学溶液可以在槽式清洗装置130中得到循环使用，而且在槽式清洗过程中产生的酸雾能够得到很好的控制。颗粒和薄膜材料在单片清洗模组150中被去除。此外，硅片从槽式清洗装置的第一清洗槽中取出后直至放入单片清洗模组150进行单片清洗之前始终保持湿润状态，使得黏附在硅片表面的污染物能够更容易的去除。
本发明的前述描述已为说明和描述的目的而呈现。其并非旨在是详尽的或者并非旨在将本发明限制于所公开的精准形式，许多修改或变形根据以上教导也显然是可能的。这种对于本领域技术人员显然的修改和变形旨在包含在本发明的由所附的权利要求书所限定的范围之内。

Claims (43)

1.一种半导体硅片的清洗方法，其特征在于，包括：
从装载端口处的硅片盒中取至少两片硅片，然后将该至少两片硅片放入装满化学溶液的第一清洗槽中；
该至少两片硅片在第一清洗槽内清洗结束后，将该至少两片硅片从第一清洗槽中取出并使该至少两片硅片保持湿润状态，然后将该至少两片硅片放入装满液体的第二清洗槽中；
该至少两片硅片在第二清洗槽内清洗结束后，将该至少两片硅片从第二清洗槽中取出并使该至少两片硅片保持湿润状态，然后将一片硅片放置在一个单片清洗模组的硅片夹上；
旋转硅片夹并向硅片喷洒化学溶液；
向硅片喷洒去离子水；
干燥硅片；及
从单片清洗模组中取出已清洗、干燥完毕的硅片并将硅片放回装载端口处的硅片盒中。
2.根据权利要求1所述的半导体硅片的清洗方法，其特征在于，所述第一清洗槽中的化学溶液是温度在20℃至250℃的SPM。
3.根据权利要求1所述的半导体硅片的清洗方法，其特征在于，所述第一清洗槽中的化学溶液包含温度在20℃至250℃的溶剂。
4.根据权利要求3所述的半导体硅片的清洗方法，其特征在于，所述溶剂是TMAH。
5.根据权利要求1所述的半导体硅片的清洗方法，其特征在于，所述第二清洗槽中的液体是去离子水。
6.根据权利要求5所述的半导体硅片的清洗方法，其特征在于，所述去离子水的温度为20℃至100℃。
7.根据权利要求1所述的半导体硅片的清洗方法，其特征在于，所述步骤旋转硅片夹并向硅片喷洒化学溶液包括向硅片喷洒稀释的氯化氢溶液、SC1、SC2或臭氧水溶液。
8.根据权利要求1所述的半导体硅片的清洗方法，其特征在于，所述步骤旋转硅片夹并向硅片喷洒化学溶液包括掺有气体和NH4OH的功能水溶液。
9.根据权利要求8所述的半导体硅片的清洗方法，其特征在于，所述气体是氢气，氢气的浓度是1.6ppm，NH4OH的浓度小于100ppm。
10.根据权利要求1所述的半导体硅片的清洗方法，其特征在于，还进一步包括在步骤干燥硅片之前，向硅片喷洒化学溶液。
11.根据权利要求10所述的半导体硅片的清洗方法，其特征在于，所述化学溶液是稀释的氯化氢溶液、SC1或SC2。
12.根据权利要求1所述的半导体硅片的清洗方法，其特征在于，所述步骤干燥硅片包括旋转硅片夹并向硅片供应IPA溶液。
13.根据权利要求1所述的半导体硅片的清洗方法，其特征在于，在单片清洗过程中，利用兆声波清洗硅片。
14.根据权利要求1所述的半导体硅片的清洗方法，其特征在于，所述化学溶液和去离子水均通过喷雾嘴喷洒在硅片上。
15.一种半导体硅片的清洗装置，其特征在于，包括：
第一硅片盒，所述第一硅片盒位于装载端口，所述第一硅片盒收纳数片硅片；
至少一个第一清洗槽，所述第一清洗槽装满化学溶液；
第二清洗槽，所述第二清洗槽装满液体；
至少两个单片清洗模组，所述单片清洗模组清洗和干燥单片硅片；
两个翻转机构，其中一个翻转机构靠近所述第一清洗槽，另一个翻转机构靠近所述第二清洗槽；
第一机械手，所述第一机械手装备有至少两个硅片传送臂，所述硅片传送臂从所述第一硅片盒中取出至少两片硅片并将该至少两片硅片放置在靠近所述第一清洗槽的翻转机构中，所述第一机械手从所述单片清洗模组内取出硅片并将硅片放回所述第一硅片盒；
第二机械手，所述第二机械手从靠近所述第一清洗槽的翻转机构中取出硅片并将硅片依次放入所述第一清洗槽和所述第二清洗槽，硅片在所述第一清洗槽和所述第二清洗槽内的工艺结束后，所述第二机械手从所述第二清洗槽中取出硅片并将硅片放置在靠近所述第二清洗槽的翻转机构中；
第三机械手，所述第三机械手装备有至少两个硅片传送臂，所述硅片传送臂从靠近所述第二清洗槽的翻转机构中取出硅片并将硅片放入所述单片清洗模组，其中，硅片在放入所述单片清洗模组内执行单片清洗和干燥处理之前，所述硅片始终保持湿润状态；
所述第一机械手进一步将硅片从所述单片清洗模组中取出并将硅片放回至第一硅片盒。
16.根据权利要求15所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，所述第一清洗槽中的化学溶液是温度在20℃至250℃的SPM。
17.根据权利要求15所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，所述第二清洗槽中的液体是去离子水，所述去离子水的温度为20℃至100℃。
18.根据权利要求15所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，所述第一清洗槽的数量为两个，该两个第一清洗槽内均装满温度在20℃至250℃的SPM。
19.根据权利要求15所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，采用稀释的氯化氢溶液或SC1溶液对放入所述单片清洗模组内的硅片执行单片清洗处理。
20.根据权利要求15所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，采用IPA溶液对放入所述单片清洗模组内的硅片执行单片干燥处理。
21.根据权利要求15所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，所述第一机械手包括有5个独立的硅片传送臂，每一硅片传送臂装备有一终端执行器以用于从所述单片清洗模组内取出硅片并将硅片重新放回第一硅片盒。
22.根据权利要求15所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，所述第一机械手包括一独立的硅片传送臂，该硅片传送臂装备有5个终端执行器以用于每次从第一硅片盒内取出5片硅片并将该5片硅片放置在靠近所述第一清洗槽的翻转机构中。
23.根据权利要求15所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，所述第二机械手具有5对手指，每对手指相对于其他4对手指是独立的，且每对手指每次可以抓取5片硅片。
24.根据权利要求15所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，所述第三机械手具有5个独立的硅片传送臂，每个硅片传送臂装备有一个终端执行器以用于从靠近所述第二清洗槽的翻转机构中取出一片硅片并将该片硅片放入所述单片清洗模组。
25.根据权利要求15所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，所述第三机械手的硅片传送臂上安装带有喷嘴的喷头，通过所述喷嘴向第三机械手的硅片传送臂上的硅片喷洒去离子水。
26.根据权利要求15所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，所述第一机械手每次从所述第一硅片盒中取出25片硅片并将该25片硅片放置在靠近所述第一清洗槽的翻转机构中。
27.根据权利要求15所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，所述第一机械手每次从所述第一硅片盒中取出5片硅片并将该5片硅片放置在靠近所述第一清洗槽的翻转机构中。
28.根据权利要求15所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，所述第一清洗槽和第二清洗槽的制造材料是石英材料。
29.根据权利要求15所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，所述第一清洗槽内设置有一对相对布置的硅片托架，一对连接件布置在该对硅片托架的两端并与该对硅片托架固定连接，两个升降件分别与连接件连接，两个升降件还分别与驱动件连接，该驱动件驱动升降件上升或下降，相应地，带动硅片托架上升或下降。
30.根据权利要求15所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，所述第一清洗槽内设置有一对相对布置的硅片托架，一对连接件布置在该对硅片托架的两端并与该对硅片托架固定连接，两个升降件分别与硅片托架的中部连接，两个升降件还分别与驱动件连接，该驱动件驱动升降件上升或下降，相应地，带动硅片托架上升或下降。
31.根据权利要求15所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，所述第二清洗槽被分为5个独立的区域，第二清洗槽的每一区域内设置有一对相对布置的硅片托架，一对连接件布置在该对硅片托架的两端并与该对硅片托架固定连接，两个升降件分别与连接件连接，两个升降件还分别与驱动件连接，该驱动件驱动升降件上升或下降，相应地，带动硅片托架上升或下降。
32.根据权利要求15所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，所述硅片在第一清洗槽中清洗30至600秒。
33.根据权利要求15所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，所述每一翻转机构具有基座，基座相对的两侧分别向基座的内部凸伸形成两对导柱，基座相对的两侧分别通过一旋转轴与一侧墙活动连接，每一侧墙凸伸形成一列支撑部，基座的底部设置有一硅片承载部，该硅片承载部沿两对导柱滑动，硅片承载部开设有数个用于收容硅片的收容槽，两个气缸分别与两个侧墙连接，两个气缸分别驱动两个侧墙绕旋转轴旋转，以展开或合拢该两个侧墙，连接轴穿过基座并与基座通过固定件固定连接，连接轴的一端与驱动器连接，驱动器驱动基座翻转。
34.根据权利要求15所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，还进一步包括一对水平布置的导轨及一对竖直布置的导轨，竖直布置的导轨与水平布置的导轨垂直并且能够沿水平布置的导轨移动，支撑板设置在竖直布置的导轨上并且沿竖直布置的导轨上下移动，支撑臂固定在支撑板上，支撑臂垂直于支撑板，第二机械手固定在支撑臂上，第二机械手沿支撑臂移动。
35.根据权利要求34所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，所述第二机械手绕支撑臂摆动。
36.根据权利要求15所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，进一步包括排气装置，所述排气装置布置在第一清洗槽的两侧，排气装置将第一清洗槽内产生的酸雾排出。
37.根据权利要求15所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，进一步包括在靠近第二清洗槽的翻转机构的周围布置有数个喷淋管，每个喷淋管具有数个喷淋口，以用于向硅片喷洒去离子水，使硅片在放入所述单片清洗模组内执行单片清洗和干燥处理之前始终保持湿润状态。
38.根据权利要求15所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，进一步包括装满去离子水的水槽，升降机构设置在水槽中，框架固定在位于水槽中的升降机构上，框架收纳装有硅片的第三硅片盒，第三硅片盒放置在框架上并浸没在水槽内的去离子水中，当需要从第三硅片盒中取出硅片时，升降机构升起框架并使框架竖直的露出水面。
39.根据权利要求38所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，所述水槽内的去离子水在处理完同一批次的硅片后被排掉，然后再向水槽补充新的去离子水以处理下一批次的硅片。
40.根据权利要求15所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，进一步包括相对布置的另外至少一个第一清洗槽、另外一个第二清洗槽、另外两个翻转机构、另外一个第二机械手。
41.根据权利要求15所述的半导体硅片的清洗装置，其特征在于，所述第一清洗槽和第二清洗槽均被分为5个独立的区域，每个区域每次处理5片硅片。
42.一种半导体硅片的清洗装置，其特征在于，包括：
第一硅片盒，所述第一硅片盒位于装载端口，所述第一硅片盒收纳数片硅片；
至少一个第一清洗槽，所述第一清洗槽装满化学溶液；
第二清洗槽，所述第二清洗槽装满液体；
至少两个单片清洗模组，所述单片清洗模组清洗和干燥单片硅片；
两个翻转机构，其中一个翻转机构靠近所述第一清洗槽，另一个翻转机构靠近所述第二清洗槽；
缓冲区，所述缓冲区用于暂存硅片；
第一机械手，所述第一机械手装备有至少两个硅片传送臂，所述硅片传送臂从所述第一硅片盒中取出至少两片硅片并将该至少两片硅片放置在所述缓冲区中；
第三机械手，所述第三机械手装备有至少两个硅片传送臂，所述硅片传送臂从所述缓冲区中取出至少两片硅片并将至少两片硅片放置在与第一清洗槽相邻的翻转机构中；
第二机械手，所述第二机械手从靠近所述第一清洗槽的翻转机构中取出硅片并将硅片依次放入所述第一清洗槽和所述第二清洗槽，硅片在所述第一清洗槽和所述第二清洗槽内的工艺结束后，所述第二机械手从所述第二清洗槽中取出硅片并将硅片放置在靠近所述第二清洗槽的翻转机构中；
第三机械手，所述第三机械手装备有至少两个硅片传送臂，所述硅片传送臂从所述缓冲区中取出硅片并将硅片放置在靠近所述第一清洗槽的翻转机构中，所述第三机械手从靠近所述第二清洗槽的翻转机构中取出硅片并将硅片放入所述单片清洗模组，其中，硅片在放入所述单片清洗模组内执行单片清洗和干燥处理之前，所述硅片始终保持湿润状态；
所述第一机械手进一步将硅片从所述单片清洗模组中取出并将硅片放回至第一硅片盒。
43.一种半导体硅片的清洗装置，其特征在于，包括：
第一硅片盒，所述第一硅片盒位于装载端口，所述第一硅片盒收纳数片硅片；
至少一个第一清洗槽，所述第一清洗槽装满化学溶液；
第二清洗槽，所述第二清洗槽装满液体；
至少两个单片清洗模组，所述单片清洗模组清洗和干燥单片硅片；
两个翻转机构，其中一个翻转机构靠近所述第一清洗槽，另一个翻转机构靠近所述第二清洗槽；
第一机械手，所述第一机械手装备有至少三个硅片传送臂，第一机械手的一个硅片传送臂从所述第一硅片盒中取出至少两片硅片并将该至少两片硅片放置在靠近所述第一清洗槽的翻转机构中；
第二机械手，所述第二机械手从所述翻转机构中取出至少两片硅片并将硅片依次放入所述第一清洗槽和所述第二清洗槽，硅片在所述第一清洗槽和所述第二清洗槽内的工艺结束后，所述第二机械手从所述第二清洗槽中取出硅片并将硅片放置在靠近所述第二清洗槽的翻转机构中；
第一机械手的其中一个硅片传送臂从靠近所述第二清洗槽的翻转机构中取出至少两片硅片并将其中一片硅片放入所述单片清洗模组，其中，硅片在放入所述单片清洗模组内执行单片清洗和干燥处理之前，所述硅片始终保持湿润状态；
第一机械手的又一个硅片传送臂从所述单片清洗模组内取出硅片并将硅片放回所述第一硅片盒。
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