CN110416066A - 清洗方法和清洗设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种清洗方法和清洗设备，该方法包括以下步骤：S1，使晶片旋转，向晶片正面喷淋能够去除晶片正面上的氧化膜的第一清洗液，同时向晶片背面喷淋超纯水；S2，保持晶片旋转，并向晶片正面喷淋超纯水，同时在晶片的转速大于或等于预设转速值时，向晶片背面喷淋超纯水；在晶片的转速小于预设转速值时，向晶片背面喷淋保护气体；S3，保持晶片旋转，并向晶片正面喷淋能够减少晶片表面张力的第二清洗液，同时向晶片背面喷淋保护气体；S4，保持晶片旋转，并同时向晶片正面和晶片背面喷淋保护气体。本发明提供的清洗方法和清洗设备的技术方案，可以减少晶片表面水痕和颗粒，改善清洗效果，同时可以间接加热清洗药液，提高了工艺安全性。

Description

清洗方法和清洗设备
技术领域
本发明涉及半导体工艺技术领域，具体地，涉及一种清洗方法和清洗设备。
背景技术
在半导体工艺制程中，稀氟氢酸(Dilute Hydrofluoric Acid，以下简称DHF)工艺应用范围广泛，主要应用于外延工艺等，DHF能够去除硅片表面的氧化层，但是裸露出的硅片表面为疏水界面，疏水界面的张力大易产生水痕和颗粒，为了解决该问题，通过利用异丙醇(iso-Propyl alcohol，以下简称IPA)药液来减少硅片表面上的水痕和颗粒的产生。
目前IPA工艺主要应用在槽式清洗机中，现有的槽式清洗机首先是把IPA药液加热至82.7℃，药液达到该温度后会气化，然后再使它直接落在硅片上，使硅片得以清洗干净。
但是，上述清洗方式没有考虑到晶片背面的清洗对清洗效果的影响，无法有效解决晶片表面水痕和颗粒的问题，清洗效果较差。此外，由于工艺过程中需要将IPA药液加热到较高的温度，而IPA是易挥发、易燃、易爆的化学品，容易发生危险。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种清洗方法和清洗设备，用于通过增加晶片背面清洗来减少晶片表面水痕和颗粒，改善清洗效果，同时可以间接加热清洗药液，提高了工艺安全性。
为实现上述目的，本发明提供了一种清洗方法，包括以下步骤：
S1，使晶片旋转，向晶片正面喷淋能够去除所述晶片正面上的氧化膜的第一清洗液，同时向晶片背面喷淋超纯水；
S2，保持所述晶片旋转，并向所述晶片正面喷淋超纯水，同时在所述晶片的转速大于或等于预设转速值时，向所述晶片背面喷淋超纯水；在所述晶片的转速小于预设转速值时，向所述晶片背面喷淋保护气体；
S3，保持所述晶片旋转，并向所述晶片正面喷淋能够减少晶片表面张力的第二清洗液，同时向所述晶片背面喷淋保护气体；
S4，保持所述晶片旋转，并同时向所述晶片正面和晶片背面喷淋保护气体。
可选的，在所述步骤S1中，所述第一清洗液的流量与所述超纯水的流量相同。
可选的，所述第一清洗液包括氢氟酸溶液。
可选的，在所述步骤S2中，喷淋所述晶片正面的超纯水的流量与喷淋所述晶片背面的超纯水的流量相同。
可选的，在所述步骤S2中，所述保护气体的流量的取值范围大于或等于50L/min；所述保护气体在管路出口处的温度的取值范围在50-60℃。
可选的，所述保护气体包括氮气或者惰性气体。
可选的，所述预设转速值为100rpm-500rpm。
可选的，所述第二清洗液包括异丙醇溶液。
可选的，在所述步骤S3中，所述保护气体的流量的取值范围大于或等于50L/min；所述保护气体在管路出口处的温度的取值范围在50-60℃。
可选的，在所述步骤S3中，所述晶片的转速的取值范围在10rpm-1000rpm。
可选的，在所述步骤S4中，喷淋所述晶片正面的保护气体的流量的取值范围大于或等于150L/min；喷淋所述晶片背面的保护气体的流量的取值范围大于或等于50L/min；喷淋所述晶片背面的保护气体在所述管路出口处的温度的取值范围在50-60℃。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种清洗设备，所述清洗设备为单片清洗设备，用于采用本发明提供的上述清洗方法对晶片表面进行清洗；所述单片清洗设备包括用于承载晶片，且驱动所述晶片转动的承载装置，以及用于朝向所述晶片的正面和背面喷淋清洗液体和/或保护气体的喷淋装置。
本发明的有益效果：
本发明所提供的清洗方法和清洗设备的技术方案中，采用四个步骤同时对晶片正面和晶片背面进行清洗，其中，步骤S1，使晶片旋转，向晶片正面喷淋能够去除晶片正面上的氧化膜的第一清洗液，同时通过向晶片背面喷淋超纯水，不仅可以防止因正面的清洗液飞溅等原因腐蚀晶片背面，而且还可以保证在清洗过程中晶片的正面和背面受力均匀，从而可以降低晶片的翘曲度。
步骤S2，保持晶片旋转，并向晶片正面喷淋超纯水，同时在晶片的转速大于或等于预设转速值时，通过向晶片背面喷淋超纯水，来防止反应产物和药液残留污染晶片背面，同时降低晶片的翘曲度；在晶片的转速小于预设转速值时，通过向晶片背面喷淋保护气体，可以对晶片背面进行干燥；
步骤S3，保持晶片旋转，并向晶片正面喷淋能够减少晶片表面张力的第二清洗液，同时通过向晶片背面喷淋保护气体，可以避免因正面的清洗液飞溅等原因腐蚀晶片背面，同时降低晶片的翘曲度；同时，还可以利用保护气体间接加热第二清洗液，从而不仅可以进一步减小晶片表面张力，而且可以避免因第二清洗液温度过高而产生安全隐患，从而提高了工艺安全性。
步骤S4，保持晶片旋转，并通过同时向晶片正面和晶片背面喷淋保护气体，来实现晶片正面和背面的快速干燥，从而可以减少清洗液的残留。
附图说明
图1为本发明实施例提供的清洗工艺的流程框图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的清洗方法和清洗设备进行详细描述。
请参阅图1，本发明实施例提供的清洗方法，其包括以下步骤：
S1，使晶片旋转，向晶片正面喷淋能够去除晶片正面上的氧化膜的第一清洗液，同时向晶片背面喷淋超纯水。
通过向晶片背面喷淋超纯水，可以防止因正面的清洗液飞溅等原因腐蚀晶片背面。同时，通过向晶片背面喷淋超纯水，还可以保证在清洗过程中晶片的正面和背面受力均匀，从而可以降低晶片的翘曲度。
超纯水(Ultra-Pure Water,简称UPW)，是指电阻率达到18MΩ*cm(25℃)的水。超纯水除了水分子外，几乎没有什么杂质，更没有细菌、病毒等有机物，适用于精细工艺。
以晶片为硅片为例，第一清洗液包括氢氟酸溶液。例如稀氢氟酸溶液(DiluteHydrofluoric Acid，以下简称DHF)，其能够与硅片的氧化层反应，以去除该氧化层。
可选的，在步骤S1中，第一清洗液的流量与超纯水的流量相同。这样，可以进一步提高晶片的正面和背面的受力均匀性，从而可以有效降低晶片的翘曲度。上述第一清洗液体或超纯水的流量是指在清洗过程中，朝向晶片表面喷淋液体的流量。
可选的，第一清洗液的流量的取值范围大于或等于2L/min。在该流量范围内，可以保证完全去除晶片表面的氧化层。
可选的，在步骤S1中，晶片的转速为1000rpm；工艺时间为60s。晶片的转速是指在清洗过程中，晶片围绕其轴线作旋转运动的速度。
可选的，本发明实施例提供的清洗方法采用的清洗设备为单片清洗机，该单片清洗机的承载装置的转速以及喷淋装置输出的液体流量可调。
S2，保持晶片旋转，并向晶片正面喷淋超纯水，同时在晶片的转速大于或等于预设转速值时，向晶片背面喷淋超纯水；在晶片的转速小于预设转速值时，向晶片背面喷淋保护气体。
在步骤S2中，分为两个阶段清洗晶片，第一个阶段，晶片的转速大于或等于预设转速值；此时晶片的转速较高，在离心力的作用下，有利于加快第一清洗液从晶片正面脱离，减小第一清洗液在晶片正面上的残留量。同时，在第一个阶段，由于晶片的转速较高，晶片容易变形，为此，通过同时向晶片正面和晶片背面喷淋超纯水，可以降低晶片的翘曲度。第一个阶段的工艺时间可以为36s。
第二个阶段，晶片的转速小于预设转速值，此时晶片的转速较低，这有利于在晶片表面积累较厚的水薄膜，从而使晶片正面与空气隔离。由此，可以有效减少甚至完全消除晶片表面的水痕和颗粒，进而可以改善清洗效果。同时，在第二个阶段，由于晶片的转速较低，晶片正面覆盖的第一清洗液减少，且不易甩出，很容易溢流至晶片背面，为此，通过在向晶片正面喷淋超纯水的同时，向晶片背面喷淋保护气体，可以避免晶片正面的超纯水溢流至晶片背面，并对晶片背面进行干燥，同时可以对晶片进行预热，为后续喷淋第二清洗液做准备。第二个阶段的工艺时间可以为12s。
可选的，预设转速值为100rpm-500rpm。可以根据具体需要将该预设转速值设定为100rpm、300rpm或者500rpm。
可选的，在步骤S2中，喷淋晶片正面的超纯水的流量与喷淋晶片背面的超纯水的流量相同。这样，可以进一步提高晶片的正面和背面的受力均匀性，从而可以有效降低晶片的翘曲度。
可选的，喷淋晶片正面的超纯水的流量的取值范围大于或等于2L/min。在该流量范围内，有利于在晶片表面积累较厚的水薄膜，从而使晶片正面与空气隔离。
可选的，在步骤S2中，保护气体包括氮气或者例如氦气等的惰性气体。保护气体的流量的取值范围大于或等于50L/min，在该范围内，可以有效避免晶片正面的超纯水溢流至晶片背面，同时保证干燥效果和预热效果。
在步骤S2中，保护气体在管路出口处的温度的取值范围在50-60℃。在该温度范围内，可以有效对晶片进行预热，为后续喷淋第二清洗液做准备。
S3，保持晶片旋转，并向晶片正面喷淋能够减少晶片表面张力的第二清洗液，同时向晶片背面喷淋保护气体。
通过向晶片背面喷淋保护气体，可以避免因正面的清洗液飞溅等原因腐蚀晶片背面，同时降低晶片的翘曲度；同时，还可以利用保护气体间接加热第二清洗液，从而不仅可以进一步减小晶片表面张力，而且可以避免因第二清洗液温度过高而产生安全隐患，从而提高了工艺安全性。
可选的，第二清洗液包括异丙醇溶液(Isopropanol，简称IPA)。IPA是一种表面张力小的化学药液，其可以减少硅片表面的表面张力，从而可以减少晶片表面的水痕和颗粒。
在步骤S3中，保护气体的流量的取值范围大于或等于50L/min。在该流量范围内，可以有效避免因正面的清洗液飞溅等原因腐蚀晶片背。
在步骤S3中，保护气体在管路出口处的温度的取值范围在50-60℃。由于IPA药液具有易燃易爆的特性，通过将保护气体的温度设定在该温度范围内，不仅可以进一步减小晶片表面张力，而且可以避免因第二清洗液温度过高而产生安全隐患，从而提高了工艺安全性。
在步骤S3中，晶片的转速的取值范围在10rpm-1000rpm。在该转速范围内，可以根据具体需要选择晶片的转速，也可以在进行步骤S3的过程中通过改变晶片转速来有效减少甚至完全消除晶片表面的水痕和颗粒，进而可以改善清洗效果。
S4，保持晶片旋转，并同时向晶片正面和晶片背面喷淋保护气体。
通过同时向晶片正面和晶片背面喷淋保护气体，来实现晶片正面和背面的快速干燥，从而可以减少清洗液的残留。
在步骤S4中，喷淋晶片正面的保护气体的流量的取值范围大于或等于150L/min。喷淋晶片背面的保护气体的流量的取值范围大于或等于50L/min。在该流量范围内，可以有效实现晶片正面和背面的快速干燥。
在步骤S4中，喷淋晶片背面的保护气体在管路出口处的温度的取值范围在50-60℃。通过利用保护气体对晶片进行加热，可以进一步加快晶片的干燥速度，减少清洗液的残留。
在步骤S4中，晶片的转速的取值范围在1000rpm-1900rpm。在该转速范围内，可以有效减少清洗液的残留。
综上所述，本发明实施例提供的清洗方法，通过增加晶片背面清洗来减少晶片表面水痕和颗粒，改善清洗效果，同时可以间接加热清洗药液，提高了工艺安全性。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种清洗设备，该清洗设备为单片清洗设备，用于采用本发明提供的上述清洗方法对晶片表面进行清洗。上述单片清洗设备包括用于承载晶片，且驱动晶片转动的承载装置，以及用于朝向所述晶片的正面和背面喷淋清洗液体和/或保护气体的喷淋装置。其中，单片清洗设备的承载装置的转速以及喷淋装置输出的液体和/或气体的流量可调，以对各个步骤所采用的晶片转速和液体和/或气体的流量进行调节。
本发明实施例提供的清洗设备，其通过采用本发明实施例提供的上述清洗方法对晶片表面进行清洗，可以减少晶片表面水痕和颗粒，改善清洗效果，同时可以间接加热清洗药液，提高了工艺安全性。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，使晶片旋转，向晶片正面喷淋能够去除所述晶片正面上的氧化膜的第一清洗液，同时向晶片背面喷淋超纯水；
S2，保持所述晶片旋转，并向所述晶片正面喷淋超纯水，同时在所述晶片的转速大于或等于预设转速值时，向所述晶片背面喷淋超纯水；在所述晶片的转速小于预设转速值时，向所述晶片背面喷淋保护气体；
S3，保持所述晶片旋转，并向所述晶片正面喷淋能够减少晶片表面张力的第二清洗液，同时向所述晶片背面喷淋保护气体；
S4，保持所述晶片旋转，并同时向所述晶片正面和晶片背面喷淋保护气体。
2.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述第一清洗液的流量与所述超纯水的流量相同。
3.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，所述第一清洗液包括氢氟酸溶液。
4.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在所述步骤S2中，喷淋所述晶片正面的超纯水的流量与喷淋所述晶片背面的超纯水的流量相同。
5.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述保护气体的流量的取值范围大于或等于50L/min；所述保护气体在管路出口处的温度的取值范围在50-60℃。
6.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，所述保护气体包括氮气或者惰性气体。
7.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，所述预设转速值为100rpm-500rpm。
8.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，所述第二清洗液包括异丙醇溶液。
9.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述保护气体的流量的取值范围大于或等于50L/min；所述保护气体在管路出口处的温度的取值范围在50-60℃。
10.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述晶片的转速的取值范围在10rpm-1000rpm。
11.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在所述步骤S4中，喷淋所述晶片正面的保护气体的流量的取值范围大于或等于150L/min；喷淋所述晶片背面的保护气体的流量的取值范围大于或等于50L/min；喷淋所述晶片背面的保护气体在所述管路出口处的温度的取值范围在50-60℃。
12.一种清洗设备，其特征在于，所述清洗设备为单片清洗设备，用于采用权利要求1-13任意一项的清洗方法对晶片表面进行清洗；所述单片清洗设备包括用于承载晶片，且驱动所述晶片转动的承载装置，以及用于朝向所述晶片的正面和背面喷淋清洗液体和/或保护气体的喷淋装置。
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