CN109877098B

CN109877098B - 用于清洗硅块的容器、装置及清洗方法

Info

Publication number: CN109877098B
Application number: CN201910324164.2A
Authority: CN
Inventors: 宫尾秀一
Original assignee: Xian Eswin Silicon Wafer Technology Co Ltd; Xian Eswin Material Technology Co Ltd
Current assignee: Xian Eswin Silicon Wafer Technology Co Ltd; Xian Eswin Material Technology Co Ltd
Priority date: 2019-04-22
Filing date: 2019-04-22
Publication date: 2022-04-15
Anticipated expiration: 2039-04-22
Also published as: CN109877098A

Abstract

本发明提供一种用于清洗硅块的容器、装置及清洗方法，用于清洗硅块的容器包括容器本体，所述容器本体内设有容纳腔，所述容纳腔包括用于放置硅块的清洗区域和该清洗区域之外的用于流通液体和释放反应热的空白区域。所述容器本体上设有与所述容纳腔连通的用于流通液体的第一通孔。根据本发明实施例的用于清洗硅块的容器能够有效的清洗容器内的硅块，可以均匀的清洗框内各硅块的表面，以及硅块与刻蚀液的反应热不能尽快的去除，影响硅块清洗效率和清洗成本的问题，提高了硅块的清洗效果。

Description

用于清洗硅块的容器、装置及清洗方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种用于清洗硅块的容器、装置及清洗方法。

背景技术

硅块的洗涤是提高半导体材料质量的重要工序，现有技术中，在硅块(单晶、多晶)的蚀刻洗涤过程中，将硅块放置在用于洗涤的专用容器中，如筐中，将硅块浸渍于氢氟酸、硝酸等酸清洗液中并摇动筐以洗涤硅块。对该方法获得的硅块的表面的金属杂质和残留的阴离子进行浓度分析时，硅块的不同部位清洗效果不同，在一个筐内，存在偏差极大的结果，如在筐中填充硅块后，在筐的上部、下部可得到较好的清洗效果，而对于筐子中央部则会出现蚀刻液不能浸透，或者即使浸透，发生反应的迹象也不明显，此外，利用氢氟酸、硝酸溶液对硅系材料进行的蚀刻反应会伴随气体(NOX)的产生，而由于筐子的下部、中央部由于所填充的硅块阻挡而难以排出该气体，进而，在药液(清洗液)洗涤结束后，向冲洗槽中带入较多的药液量，导致因药液量的损失而追加药液或冲洗时间等，另一方面，上述的硅的蚀刻反应为放热反应，如果产生的热量没有及时排出，则该放热反应将无法快速进行，降低了清洗效率，提高了清洗成本。

因此，需要解决上述技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于清洗硅块的容器，通过在容器本体的容纳腔内设置用于放置硅块的清洗区域和该清洗区域之外的用于流通液体和释放反应热的空白区域以解决现有容器不能有效的清洗容器内的硅块，使同一容器内的硅块的清洗效果偏差较大，以及硅块与刻蚀液的反应热不能尽快的去除，影响硅块清洗效率和清洗成本的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于清洗硅块的容器。

根据本发明实施例的用于清洗硅块的容器，包括容器本体，所述容器本体内设有容纳腔，所述容纳腔包括用于放置硅块的清洗区域和该清洗区域之外的用于流通液体和释放反应热的空白区域，所述容器本体上设有与所述容纳腔连通的用于流通液体的第一通孔。

优选地，所述容纳腔内设有至少两个间隔排列的隔离板，两个所述隔离板之间的间隙形成所述空白区域，所述隔离板上设有多个均匀分布的且连通空白区域和清洗区域的第二通孔。

优选地，所述空白区域形成为长条形，所述长条形的空白区域的两端延伸至所述容纳腔的两侧壁，所述空白区域的体积占所述容纳腔的体积的百分比在10％～25％之间。

优选地，所述容器本体的底部形成有凹槽，所述凹槽的纵向上的截面为倒三角形。

优选地，所述容器本体和所述隔离板为聚四氟乙烯、四氟乙烯和六氟烷基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯和全氟烷基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯和六氟丙烯与全氟烷基乙烯基醚共聚物、乙烯和四氟乙烯共聚物、聚氯三氟乙烯、乙烯和氯三氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯或聚氟乙烯材料件。

优选地，所述容器本体的侧面及底部的板的厚度为10mm。

根据本发明实施例的用于清洗硅块的装置，包括上述实施例的用于清洗硅块的容器。

优选地，用于清洗硅块的装置还包括：药液提供组件，用于向所述容器本体内提供药液，使得所述容纳腔内的硅块与药液接触，并控制药液在所述硅块表面移动的线速度大于等于7cm/min。

根据本发明实施例的硅块的清洗方法，应用于上述实施例的用于清洗硅块的装置，所述方法包括：

将所述硅块置于所述容器本体的容纳腔内以对所述硅块进行药液洗涤，所述硅块的表观比重小于等于0.70kg/l。

优选地，硅块的清洗方法还包括：向所述容器本体内提供药液，使得所述容纳腔内的硅块与药液接触，并控制药液在所述硅块表面移动的线速度大于等于7cm/min。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

根据本发明实施例的用于清洗硅块的容器，通过在容器本体的容纳腔内设置用于放置硅块的清洗区域和该清洗区域之外的用于流通液体和释放反应热的空白区域，有效的解决了现有容器不能有效的清洗容器内的硅块，使同一容器内的硅块的清洗效果偏差较大，以及硅块与刻蚀液的反应热不能尽快的去除，影响硅块清洗效率和清洗成本的问题，提高了硅块的清洗效果。

附图说明

图1为本发明的用于清洗硅块的容器的俯视图；

图2为本发明的用于清洗硅块的容器的右视图；

图3为本发明的空白区域占容纳腔体积的百分比与硅块表面金属浓度的关系图；

图4为本发明的空白区域占容纳腔体积的百分比与硅块表面亚硝酸根离子的关系图。

附图标记：

用于清洗硅块的容器100；

清洗区域11；空白区域12；第一通孔13；隔离板14；凹槽15。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的用于清洗硅块的容器100。

如图1至图2所示，根据本发明实施例的用于清洗硅块的容器100，包括容器本体，容器本体内设有容纳腔，容纳腔包括用于放置硅块的清洗区域11和该清洗区域11之外的用于流通液体和释放反应热的空白区域12。容器本体上设有与容纳腔连通的用于流通液体的第一通孔13。

也就是说，在容器本体内设有容纳腔，容器本体上设有与容纳腔连通的第一通孔13，该第一通孔13在硅块不会落下的前提下可以将直径设置为尽可能大，以提高清洗硅块的清洗液的流通速度及流量，以使硅块尽可能快的与清洗液接触，在容纳腔内设有空白区域12，该空白区域12不放置硅块，而在该空白区域12之外的清洗区域11放置硅块，换句话说，当硅块放置在容纳腔后，通过空白区域12将整个容纳腔内的硅块进行分离并使各部分的硅块之间形成有空隙，进而可以使清洗液尽可能的浸透整个容器内堆积的硅块内。

清洗时，将硅块放置在清洗区域11，向容纳腔内提供清洗液，清洗液与硅块发生反应，其反应式为：Si+2HNO₃+6HF→H₂SiF₆+NO↑+NO₂↑+3H₂OΔH＝-85.2kcal/mol(放热反应)，由于该反应为放热反应，反应产生大量的热，由于空白区域12的存在，产生的热及时通过空白区域12排出，可以加快反应的进行，避免产生大量的热将清洗液气化后随气流流失。

由此，根据本发明实施例的用于清洗硅块的容器100，通过设置空白区域12，提高的硅块的清洗效果，减少硅块表面残留的药液量，使反应产生的热快速的排出，加快了硅块与清洗液的反应速度，避免了清洗液的流失，降低了成本，提高了清洗效率。

根据本发明的一个实施例，容纳腔内设有至少两个间隔排列的隔离板14，两个隔离板14之间的间隙形成空白区域12，隔离板14上设有多个均匀分布的且连通空白区域12和清洗区域11的第二通孔(未图示)。

也就是说，空白区域12是通过两个相邻设置的且间隔排列的隔离板14围成，在隔离板14上设有多个均匀的分布的第二通孔，通过第二通孔可以加快空白区域12与清洗区域11的药液和热量流通的效果，且使药液能够快速的且均匀的与硅块接触，进一步提高硅块的清洗效率。

优选地，空白区域12形成为长条形，长条形的空白区域12的两端延伸至容纳腔的两侧壁，空白区域12的体积占容纳腔的体积的百分比(空白区域12的体积％)在10％～25％之间。

也就是说，如图1所示，空白区域12的两端与容器的两端接触，并将容器的容纳腔分隔开，将该形状的空白区域12的体积与容纳腔的体积比的百分比设置在10％～25％之间，可以有效的提高硅块的清洗效果。

根据本发明的另一个实施例，容器本体的底部形成有凹槽15，凹槽15的纵向上的截面为倒三角形。该结构可以使液体集中在凹槽15的底部，便于液体的流出，减少硅块及容器内药液的残留量。

优选地，容器本体和隔离板14为聚四氟乙烯、四氟乙烯和六氟烷基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯和全氟烷基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯和六氟丙烯与全氟烷基乙烯基醚共聚物、乙烯和四氟乙烯共聚物、聚氯三氟乙烯、乙烯和氯三氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯或聚氟乙烯材料件，该材料具有一定的韧性，且具有较好的耐腐蚀的作用，且不会因被腐蚀而引入大量的有机杂质。

优选地，容器本体的侧面及底部的板的厚度为10mm，该厚度可以提高容器的强度，避免容器受外力挤压变形，且不会因为太厚而提高重量，增加成本。

根据本发明实施例的用于清洗硅块的装置，包括上述实施例的用于清洗硅块的容器100，由于上述实施例的中已详细说明了用于清洗硅块的容器100的结构及效果，具体请参见上述实施例中的用于清洗硅块的容器100，在此不再赘述。

优选地，用于清洗硅块的装置还包括药液提供组件(未图示)，用于向容器本体内提供药液，使得容纳腔内的硅块与药液接触，并控制药液在硅块表面移动的线速度大于等于7cm/min。

也就是说，通过药液提供组件向容器本体的容纳腔内提供药液，以清洗硅块，且控制药液在硅块表面移动的线速度大于等于7cm/min，进而可以有效的提高硅块的清洗速度和清洗效果。

根据本发明实施例的硅块的清洗方法，应用于上述实施例的用于清洗硅块的装置，方法包括：将硅块置于容器本体的容纳腔内以对硅块进行药液洗涤，硅块的表观比重小于等于0.70kg/l。

也就是说，如图3和4所示，将硅块的表观比重控制在小于等于0.70kg/l，可以将硅块表面的药液浓度降低至ppt级以下。

优选地，硅块的清洗方法还包括向容器本体内提供药液，使得容纳腔内的硅块与药液接触，并控制药液在硅块表面移动的线速度大于等于7cm/min，也就是说，通过控制线速度可以提高硅块的清洗速度和清洗效果。

总之，根据本发明实施例的硅块的清洗方法，可以将硅块表面的药液的残留量降低至ppt级以下，且提高了清洗的速度。

下面以具体的实施例对本发明的硅块的容器及硅块的清洗方法进一步描述。

实施例

取一用于清洗硅块的筐，在同一筐内设置四处不同宽度的空白区域，同时以无空白区域的筐子做对比例，本发明实施例与对比例筐子中的硅块的规格和重量相同，其空白区域的宽度及空白区域占筐子体积的百分比以及硅块的表观比重分别如表1所示：

表1

根据表1列举的条件，通过药液提供组件对硅块进行洗涤和冲洗，药液提供组件的洗涤槽和冲洗槽溶剂均为60L，冲洗槽设置为3个，药液的循环流量为60L/min，摇动频率为40Hz，冲洗流量为25L/min，间歇时间为4分钟，冲洗结束后，对各部分硅块滴落的液体的体积检测结果如表2所示：

表2

对冲洗后的筐及内部的硅块在85℃进行通风干燥，对干燥后的硅块的表面各部位(硅块的中间、上下两侧部位)的金属杂质进行检测，利用氢氟酸、硝酸混合液将表面蚀刻深度约5μm，得到溶解液，利用ICP-MS(电感耦合等离子体质谱仪，厂家：Agilent公司，型号：8800)对溶解液中的硅块的表面的残留离子进行分析，如图3所示，其中，a为硅块各部位表面的残留金属杂质的平均浓度曲线，b为硅块表面(硅块的中间部位)残留金属杂质的最高浓度曲线，c为硅块表面(硅块的上、下部位)残留金属杂质的最低浓度曲线，d为对比例中硅块各部位表面的残留金属杂质的平均浓度曲线，e为对比例中硅块表面(硅块的中间部位)残留金属杂质的最高浓度曲线，f为对比例中硅块表面(硅块的上、下部位)金属杂质的最低浓度曲线。

从图3中，可以看出，硅块表面各部位的金属杂质的残留浓度随空白区域的体积％的增加而逐渐降低，且硅块表面各部位的金属杂质的浓度逐渐向一个点趋近，也就是说，硅块各部位的清洗效果随空白区域的体积％的增加差距越原来越小，实现了对硅块的均匀的清洗，避免均布清洗不均的情况，当空白区域的体积％为10％以上的区域，表观比重在0.70kg/l以下的区域时，金属杂质的残留浓度可从ppb级水平降低至ppt级水平。

利用超纯水对上述溶解液表面照射超声波同时进行30分钟提取，以得到提取液，采用离子色谱仪(DIONEX公司，DX-1200)分析提取液中的阴离子的浓度，分析时，将试样液在浓缩柱内浓缩来进行分析，通过每单位重量试样的浓度算出各项目的浓度，如图4所示。其中，A为硅块各部位表面的残留亚硝酸根离子的平均浓度曲线，B为硅块表面(硅块的中间部位)残留硝酸根离子的最高浓度曲线，C为硅块表面(硅块的上、下部位)残留亚硝酸根离子的最低浓度曲线，D为对比例中硅块各部位表面的残留亚硝酸根离子的平均浓度曲线，E为对比例中硅块表面(硅块的中间部位)残留亚硝酸根离子的最高浓度曲线，F为对比例中硅块表面(硅块的上、下部位)残留亚硝酸根离子的最低浓度曲线。

从图4中可以看出，硅块表面各部位的亚硝酸根离子的浓度随空白区域的体积％的增加而逐渐降低，且硅块表面各部位的亚硝酸根离子的浓度逐渐向同一点趋近，也就是说，硅块各部位的清洗效果随空白区域的体积％的增加差距越逐渐减小，实现了对硅块的均匀的清洗，避免均布清洗不均的情况，当空白区域的体积％为10％以上的区域，表观比重0.70kg/l以下的区域时，亚硝酸根离子的浓度可以从ppb级水平降低至ppt级水平。

当假设硅块的大小为直径40mm的球形，求出表面积、体积，根据蚀刻药液的流量算出硅块表面附近的线速度，如表3所示：

表3

空白区域宽度cm	kg/1筐	个/ea kg	总表面积cm<sup>2</sup>	线速度cm/min
					0	14	179.40	9,013	6.66
0.5	13.36	171.24	8,603	6.97
					1	12.73	163.09	8,194	7.32
1.5	12.09	154.93	7,784	7.71
					2	11.45	146.78	7,374	8.14

根据上述结果，当空白区域的体积％为10％以上的区域，表观比重0.70kg/l时，硅块表面的残留的离子浓度可以从ppb级水平降低至ppt级水平，由此可知在线速度大于等于7cm/min以上时可获得较好的冲洗效果。

除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于清洗硅块的容器，其特征在于，包括容器本体，所述容器本体内设有容纳腔，所述容纳腔包括用于放置硅块的清洗区域和该清洗区域之外的用于流通液体和释放反应热的空白区域，所述容器本体上设有与所述容纳腔连通的用于流通液体的第一通孔；

所述容纳腔内设有至少两个间隔排列的隔离板，两个所述隔离板之间的间隙形成所述空白区域，所述隔离板上设有多个均匀分布的且连通空白区域和清洗区域的第二通孔；

所述容器本体的底部形成有凹槽，所述凹槽的纵向上的截面为倒三角形。

2.根据权利要求1所述的用于清洗硅块的容器，其特征在于，所述空白区域形成为长条形，所述长条形的空白区域的两端延伸至所述容纳腔的两侧壁，所述空白区域的体积占所述容纳腔的体积的百分比在10％～25％之间。

3.根据权利要求1所述的用于清洗硅块的容器，其特征在于，所述容器本体和所述隔离板为聚四氟乙烯、四氟乙烯和六氟烷基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯和全氟烷基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯和六氟丙烯与全氟烷基乙烯基醚共聚物、乙烯和四氟乙烯共聚物、聚氯三氟乙烯、乙烯和氯三氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯或聚氟乙烯材料件。

4.根据权利要求1所述的用于清洗硅块的容器，其特征在于，所述容器本体的侧面及底部的板的厚度为10mm。

5.一种用于清洗硅块的装置，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的用于清洗硅块的容器。

6.根据权利要求5所述的用于清洗硅块的装置，其特征在于，还包括：

药液提供组件，用于向所述容器本体内提供药液，使得所述容纳腔内的硅块与药液接触，并控制药液在所述硅块表面移动的线速度大于等于7cm/min。

7.一种硅块的清洗方法，其特征在于，应用于如权利要求5所述的用于清洗硅块的装置，所述方法包括：

8.根据权利要求7所述的硅块的清洗方法，其特征在于，还包括：

向所述容器本体内提供药液，使得所述容纳腔内的硅块与药液接触，并控制药液在所述硅块表面移动的线速度大于等于7cm/min。