CN110323164A - 一种硅片清洗装置及硅片清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种硅片清洗装置及硅片清洗方法，所述硅片清洗装置，包括：用于盛放清洗药液，以清洗硅片的药液槽，所述药液槽的顶部具有开口；及，用于控制药液在所述药液槽内以自下而上流动的溢流方式清洗硅片的溢流系统；所述药液槽的顶部上方设置有第一电极板，所述药液槽的底部下方设有第二电极板，其中，所述硅片的表面待去除的金属离子具有第一极性，所述第一电极板的电极极性为与所述第一极性相反的第二极性，所述第二电极板的电极极性为所述第一极性。本发明提供的硅片清洗装置及硅片清洗方法，能够提高硅片表面金属离子去除效果。

Description

一种硅片清洗装置及硅片清洗方法
技术领域
本发明涉及半导体材料制造领域，尤其涉及一种硅片清洗装置及硅片清洗方法。
背景技术
硅片在完成化学机械抛光后，硅片表面会形成一层活跃的单晶硅原子，活跃的硅原子将有一个未配对的电子，即有一个未饱和的键(悬挂键)，会吸附正、负电荷等外来杂质。故要使用外置槽式清洗机去除杂质污染，改变硅片表面活跃的单晶硅原子性质。
硅片槽式清洗过程中的主要流程有，通过臭氧水在硅片表面形成氧化膜，然后利用HF(氟化酸)去除氧化膜，并使用SC1、SC2去除颗粒及金属污染，最后，再使用臭氧水在硅片表面形成氧化膜，防止硅片表面再受污染。具体工艺过程为：首先，将一组硅片浸入臭氧水水槽中，在硅片表面形成氧化膜，并对半导体硅片表面的可溶性杂质和有机物杂质进行去除；然后，使用HF水槽去除硅片氧化膜及颗粒杂质、金属污染；再次浸入下一臭氧水水槽中清洗形成氧化膜。其中，SC1水槽中的成分是氨水和双氧水，目的是在臭氧水清洗后，进一步去除硅片表面的有机物和颗粒；SC2水槽中成分主要是盐酸和双氧水，目的是主要是进一步去除硅片表面的金属杂质。最后再次浸入臭氧水中，保证硅片表面氧化膜的形成，有效防止杂质吸附在硅片表面。
在相关技术中，在SC2水槽中去除金属带电离子时，在药液槽的相对两侧壁上设置电极，以形成电场，来吸附金属带电离子，但是，这样金属带电离子会吸附在水槽四周的内壁上，存在污染硅片的风险。即使采用药液溢流(Overflow)的方式，也存在水槽内壁对金属带电离子向上移动产生的阻力，造成金属带电离子大量吸附在水槽内壁上污染硅片，从而导致去除金属带电离子的效果不好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅片清洗装置及硅片清洗方法，能够提高硅片表面金属离子去除效果。
本发明所提供的技术方案如下：
一种硅片清洗装置，包括：用于盛放清洗药液，以清洗硅片的药液槽，所述药液槽的顶部具有开口；及，用于控制药液在所述药液槽内以自下而上流动的溢流方式清洗硅片的溢流系统；所述药液槽的顶部上方设置有第一电极板，所述药液槽的底部下方设有第二电极板，其中，所述硅片的表面待去除的金属离子具有第一极性，所述第一电极板的电极极性为与所述第一极性相反的第二极性，所述第二电极板的电极极性为所述第一极性。
进一步的，所述第一电极板的外部设有绝缘保护层。
进一步的，在所述药液槽顶部的所述开口周围设有溢流收集槽，在所述溢流收集槽和所述药液槽的底部之间设有循环管路，在所述循环管路上设有循环泵和过滤器。
进一步的，所述过滤器包括：用于过滤药液中颗粒杂质的颗粒过滤器；以及，用于过滤药液中金属离子的离子交换过滤器。
进一步的，在所述循环管路上还设有压力控制器。
进一步的，在所述循环管路上还设有加热器。
进一步的，所述装置还包括移动机构，用于使所述第一电极板以可移动地方式设置于所述药液槽的顶部上方。
进一步的，所述移动机构包括：
升降机构，所述升降机构与所述第一电极板连接，带动所述第一电极板在竖直方向往复运动；或者，
旋转机构，所述旋转机构与所述第一电极板连接，带动所述第一电极板旋转，而在水平状态与竖直状态之间切换。
一种硅片清洗方法，采用如上所述的装置对硅片进行清洗，所述方法包括：
将硅片放置于所述药液槽内，开启溢流系统，以使药液在所述药液槽内以自下而上流动的溢流方式从所述药液槽的顶部开口溢流出；同时，所述第一电极板和所述第二电极板通电，以形成电场，使所述药液槽内的金属离子向药液槽的顶部移动，并随药液溢流出药液槽。
进一步的，所述方法还包括：在所述硅片放置于所述药液槽内之前，所述第一和第二电极板断电，并通过所述移动机构移动所述第一电极板，以使所述硅片能够从所述药液槽的开口放置于所述药液槽内；在所述硅片放置于所述药液槽内之后，通过所述移动机构移动所述第一电极板，以使所述第一电极板与所述第二电极板平行正对，产生电场。
本发明所带来的有益效果如下：
上述方案，清洗硅片时，将硅片置于药液槽内时，药液槽中的药液会一直进行自下而上的溢流动作，硅片表面残余的金属离子会同药液进行反应，生成金属带电离子，药液槽上方和下方设置的第一电极板和第二电极板通电会形成电场，电场可加强吸附金属带电离子移动至药液槽顶部，并通过药液溢流(Overflow)方式，溢出含有金属离子的药液。整个过程中，金属带电离子在药液溢流(Overflow)方式下的运动轨迹，同电场单独作用下金属带电离子的轨迹相同，从而保证金属带电离子运动的一致性，能够尽可能的随着药液溢出，不会残留在药液槽内，从而提高了硅片的清洗效果。
附图说明
图1表示本发明一种实施例提供的硅片清洗装置的结构示意图；
图2表示本发明另一种实施例提供的硅片清洗装置在第一和第二电极板断电时的结构示意图；
图3表示本发明另一种实施例提供的硅片清洗装置在第一电极板通电时的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对现有技术中研磨后的硅片在清洗时存在金属离子去除效果不佳的问题，本发明实施例中提供了一种硅片清洗装置，能够提高硅片表面金属离子的去除效果。
如图1至图3所示，本发明实施例所提供的硅片清洗装置包括：
用于盛放清洗药液，以清洗硅片10的药液槽100，所述药液槽100的顶部具有开口110；
及，用于控制药液在所述药液槽100内、以自下而上流动的溢流方式清洗硅片10的溢流系统；
在所述药液槽100的顶部上方设置有第一电极板200，
所述药液槽100的底部下方设有第二电极板300，
其中，所述硅片10的表面待去除的金属离子具有第一极性，所述第一电极板200的电极极性为与所述第一极性相反的第二极性，所述第二电极板300的电极极性为所述第一极性。
本发明实施例所提供的硅片10清洗装置，在清洗硅片10时，将硅片10置于药液槽100内，药液槽100中的药液会在溢流系统控制下，一直进行自下而上的溢流动作，硅片10表面残余的金属离子会同药液进行反应，生成金属带电离子，药液槽100上方和下方设置的第一电极板200和第二电极板300通电会形成电场，由于第一电极板200与金属带电离子的极性相反，形成的电场可加强吸附金属带电离子移动至药液槽100顶部，并通过药液溢流(Overflow)方式，溢出含有金属离子的药液。整个过程中，金属带电离子在药液溢流(Overflow)方式下的运动轨迹，同电场单独作用下金属带电离子的轨迹相同，从而保证金属带电离子运动的一致性，能够尽可能的随着药液溢出，不会残留在药液槽100内，从而提高了硅片10的清洗效果。
在本发明所提供的实施例中，示例性的，所述第一电极板200的外部设有绝缘保护层。
采用上述方案，通过在第一电极板200的外部设置绝缘保护层，可以保护第一电极板200不被药液腐蚀。其中所述绝缘保护层可以是有机绝缘保护层，采用不易被药液所腐蚀的材料制成，例如，所述绝缘保护层可以选用PVC等材料。
此外，第二电极板300固定在药液槽100外的底部，不与药液槽100贴附，药液槽100可正常排水换液。
在本发明所提供的实施例中，示例性的，在所述药液槽100顶部的所述开口110周围设有溢流收集槽500，在所述溢流收集槽500和所述药液槽100的底部之间设有循环管路600，在所述循环管路600上设有循环泵700和过滤器800。
采用上述方案，所述药液槽100顶部设置溢流收集槽500，用于收集从药液槽100溢流出的药液，并通过循环泵700的驱动下，进入到循环管路600，并通过循环管路600上的过滤器800过滤之后，重新回到药液槽100内，由此，可提高药液利用率，降低成本，提高去除金属离子的能力。
需要说明的是，所述循环泵700还可以作为溢流系统的动力泵，为药液溢流提供动力。
示例性的，所述过滤器800包括：用于过滤药液中颗粒杂质的颗粒过滤器810；以及，用于过滤药液中金属离子的离子交换过滤器820。
采用上述方案，所述过滤器800可以包括颗粒过滤器810和离子交换过滤器820，所述颗粒过滤器810用于去除药液中的颗粒杂质，所述离子交换过滤器820用于去除药液中的金属离子，从而保证循环回到药液槽100内的药液不会造成二次污染，保证了清洗效果。
此外，在本发明所提供的示例性的实施例中，在所述循环管路600上还设有压力控制器910和加热器920。
采用上述方案，在所述循环管路600上设置压力控制器910和加热器920，可以调节进入所述药液槽100内的药液的压力和温度。其中，在上述方案中，所述压力控制器910可以选用阻尼器。
此外，在本发明所提供的示例性的实施例中，所述装置还包括移动机构，用于使所述第一电极板200以可移动地方式设置于所述药液槽100的顶部上方。
在上述方案中，由于药液槽100的顶部为开口110，一方面用于溢流，另一方面硅片10需要从该开口110放入药液槽100内，而在药液槽100的顶部设置第一电极板200，为了保证硅片10能够正常放入药液槽100内，设置了移动机构，在需要放入或取出硅片10时，将第一电极板200断电，并通过移动机构移动第一电极板200，避让开药液槽100的开口110；在硅片10放入药液槽100内之后，通过移动机构移动第一电极板200，使得第一电极板200与第二电极板300平行相对，并保持预定距离，以产生竖直方向的电场。
其中，在一种示例性的实施例中，如图1所示，所述移动机构包括：升降机构210，所述升降机构210与所述第一电极板200连接，带动所述第一电极板200在竖直方向往复运动。
采用上述方案，可以通过升降第一电极板200的方式，移动第一电极板200，从而在需要放入或取出硅片10时，将第一电极板200断电，并控制第一电极板200上升，避让开药液槽100的开口110；在硅片10放入药液槽100内之后，通过升降机构210控制第一电极板200下降，使得第一电极板200与第二电极板300平行相对，并保持预定距离，控制第一电极板200通电，以产生竖直方向的电场。
在本实施例中，所述升降机构210可以选用伸缩杆等各种升降机构210，对此不进行限定。
在另一种示例性的实施例中，如图2和图3所示，所述移动机构可以采用旋转机构220，所述旋转机构220与所述第一电极板200连接，带动所述第一电极板200旋转，而在水平状态(图3所示)与竖直状态(图2所示)之间切换。
采用上述方案，所述第一电极板200的相对两侧可分别连接旋转轴，通过旋转轴旋转来移动第一电极板200，从而，如图2所示，在需要放入或取出硅片10时，将第一电极板200断电，并控制第一电极板200由水平状态旋转至竖直状态，而避让开药液槽100的开口110；如图3所示，在硅片10放入药液槽100内之后，通过旋转机构220控制第一电极板200由竖直状态旋转至水平状态，使得第一电极板200与第二电极板300平行相对，并保持预定距离，第一电极板200上通电，以产生竖直方向的电场。
需要说明的是，本发明实施例所提供的硅片10清洗装置可用于去除研磨后的硅片10表面金属离子，但是并不局限于此，还可以应用于其他器件的清洗，以去除器件上的带电离子。此外，本发明实施例提供的硅片10清洗装置可作为硅片10槽式清洗设备中的SC2药液槽100，药液可以选用盐酸和双氧水。
此外，本发明实施例中还提供了一种硅片清洗方法，采用如上所述的装置对硅片10进行清洗，所述方法包括：
将硅片10放置于所述药液槽100内，开启溢流系统，以使药液在所述药液槽100内以自下而上流动的溢流方式从所述药液槽100的顶部开口110溢流出；同时，所述第一电极板200和所述第二电极板300通电，以形成电场，使所述药液槽100内的金属离子向药液槽100的顶部移动，并随药液溢流出药液槽100。
此外，所述方法还包括：在所述硅片10放置于所述药液槽100内之前，所述第一电极板200断电，并通过所述移动机构移动所述第一电极板200，以使所述硅片10能够从所述药液槽100的开口110放置于所述药液槽100内；在所述硅片10放置于所述药液槽100内之后，通过所述移动机构移动所述第一电极板200，以使所述第一电极板200与所述第二电极板300平行正对，产生电场。
以上，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种硅片清洗装置，包括：用于盛放清洗药液，以清洗硅片的药液槽，所述药液槽的顶部具有开口；及，用于控制药液在所述药液槽内以自下而上流动的溢流方式清洗硅片的溢流系统；其特征在于，所述药液槽的顶部上方设置有第一电极板，所述药液槽的底部下方设有第二电极板，其中，所述硅片的表面待去除的金属离子具有第一极性，所述第一电极板的电极极性为与所述第一极性相反的第二极性，所述第二电极板的电极极性为所述第一极性。
2.根据权利要求1所述的硅片清洗装置，其特征在于，
所述第一电极板的外部设有绝缘保护层。
3.根据权利要求1所述的硅片清洗装置，其特征在于，
在所述药液槽顶部的所述开口周围设有溢流收集槽，在所述溢流收集槽和所述药液槽的底部之间设有循环管路，在所述循环管路上设有循环泵和过滤器。
4.根据权利要求3所述的硅片清洗装置，其特征在于，
所述过滤器包括：用于过滤药液中颗粒杂质的颗粒过滤器；以及，用于过滤药液中金属离子的离子交换过滤器。
5.根据权利要求3所述的硅片清洗装置，其特征在于，
在所述循环管路上还设有压力控制器。
6.根据权利要求3所述的硅片清洗装置，其特征在于，
在所述循环管路上还设有加热器。
7.根据权利要求1所述的硅片清洗装置，其特征在于，
所述装置还包括移动机构，用于使所述第一电极板以可移动地方式设置于所述药液槽的顶部上方。
8.根据权利要求7所述的硅片清洗装置，其特征在于，
所述移动机构包括：
升降机构，所述升降机构与所述第一电极板连接，带动所述第一电极板在竖直方向往复运动；或者，
旋转机构，所述旋转机构与所述第一电极板连接，带动所述第一电极板旋转，而在水平状态与竖直状态之间切换。
9.一种硅片清洗方法，其特征在于，采用如权利要求1至8任一项所述的装置对硅片进行清洗，所述方法包括：
将硅片放置于所述药液槽内，开启溢流系统，以使药液在所述药液槽内以自下而上流动的溢流方式从所述药液槽的顶部开口溢流出；同时，所述第一电极板和所述第二电极板通电，以形成电场，使所述药液槽内的金属离子向药液槽的顶部移动，并随药液溢流出药液槽。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，应用于如权利要求7所述的装置，所述方法还包括：
在所述硅片放置于所述药液槽内之前，所述第一电极板和第二电极板断电，并通过所述移动机构移动所述第一电极板，以使所述硅片能够从所述药液槽的开口放置于所述药液槽内；在所述硅片放置于所述药液槽内之后，通过所述移动机构移动所述第一电极板，以使所述第一电极板与所述第二电极板平行正对，产生电场。
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