CN111261495B - 一种抛光硅片清洗干燥工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抛光硅片清洗干燥工艺，包括：步骤S1：干燥槽注满高纯水并溢流5‑10s，高纯水的电阻率大于18MΩ·cm；步骤S2：用机械手将装有1‑50片相同直径抛光硅片的两篮四氟花篮放到干燥槽底部的支架上，该支架包含四氟花篮定位卡槽部分与硅片支撑部分；步骤S3：快排，快排时间控制在8‑15s。步骤S4：在50s内向干燥槽内注满高纯水，并溢流5‑10s；步骤S5：将经常温氮气雾化后的异丙醇注入干燥内；步骤S6：慢排；步骤S7：快排；步骤S8：停止注入异丙醇，热氮气干燥抛光硅片与四氟花篮；步骤S9：将装有抛光硅片的四氟花篮移出干燥槽。采用本发明可实现在同一干燥槽内干燥两种不同直径的抛光硅片，大幅提高清洗机的使用效率，降低清洗工序的生产成本。

Description

一种抛光硅片清洗干燥工艺
技术领域
本发明涉及一种抛光硅片清洗干燥工艺，属于半导体材料技术领域。
背景技术
抛光硅片是集成电路中使用最广泛的衬底材料，也是最重要的基础材料，电路被加工在抛光硅片的正表面。随着集成电路工艺向更高集成度发展，对抛光硅片质量的要求也更加苛刻，抛光硅片的表面允许残留的颗粒的数量和直径越来越小。抛光硅片在抛光后一般经过预清洗和最终清洗等两次清洗来使表面颗粒和表面金属指标达到用户的要求。
本发明中的抛光硅片清洗干燥是指抛光硅片制作工艺中最后一道重要工序，其目的主要是去除前道工序中残留在硅片表面的颗粒、金属以及有机沾污。抛光硅片的最终清洗一般要经过装片及高纯水溢流清洗、一次或多次一号液加兆声清洗(SC1+MS)、快速高纯水冲洗(QDR)或二次高纯水溢流清洗(OF)、二号液清洗(SC-2)、快速高纯水冲洗(QDR)或二次高纯水溢流清洗(OF)、甩干/异丙醇(IPA)蒸汽干燥/Marangoni(马兰戈尼)干燥、取片等步骤完成最终清洗过程。
甩干是使抛光硅片在离心力的作用下去除表面吸付水而干燥的方式，除了平衡问题易造成破损外，且又因高速旋转而产生静电，而吸附颗粒降低洁净度造成二次沾污。异丙醇蒸汽干燥方法是一种利用IPA加热汽化、蒸发及表面张力作用达到脱水干燥目的的技术，但此方法需将易燃的异丙醇(IPA)加热产生蒸汽，具有潜在的高度风险。Marangoni(马兰戈尼)干燥工艺是湿法清洗工艺中普遍使用的干燥工艺，其原理是抛光硅片进入干燥系统后，在水槽内溢流，由N2携带IPA气体充满系统，在水面上形成IPA气体环境。随后抛光硅片与水面缓慢脱离，由于IPA的表面张力比水小得多，所以会在坡状水流层形成表面张力梯度，产生Marangoni对流，水被“吸回”水面。Marangoni干燥工艺是通过表面张力梯度将水拉回水面，而异丙醇蒸汽干燥是靠水的蒸发，两者的工艺有非常明显的差异。
目前普遍使用的Marangoni干燥工艺，抛光硅片与水面缓慢脱离是通过抛光硅片提拉上升来实现的，需要一套特制的顶片机构与导向槽来实现硅片缓慢上升并与四氟花篮分离，抛光硅片与四氟花篮将分开干燥。如果两种不同直径抛光硅片所用四氟花篮的PITCH(也可理解为在四氟花篮内相邻两片硅片之间的距离)不同，提拉上升的顶片机构与导向槽将无法做到兼容，只能做二套直径不同的干燥槽。而在抛光硅片最终清洗过程中，干燥过程一般需要12-14分钟左右，而SC-1/SC-2化学液清洗时间只要6-8分钟左右，硅片干燥是整个清洗过程的瓶颈。为了提升清洗机的产能并结合成本上的考虑，一台最终抛光硅片清洗机一般配置二个不同直径的干燥槽。如果生产线同时加工两种直径的硅片，两个干燥槽的使用效率非常低。在生产线只加工一种直径的抛光硅片时，因硅片直径的原因，只有一个干燥槽可以使用，12小时内只能清洗40多对(一对四氟花篮可装载1-50片)硅片。为了提高清洗机干燥部分的生产效率，只能间隔一对清洗相同直径的抛光硅片，在中间插入一对不同直径的抛光硅片。理论上在两种直径的抛光硅片的数量比较接近时，清洗机的生产效率最高。随着集成电路工艺向更高集成度发展，小直径的抛光硅片会逐年越来越少，在实际的生产过程中，一般是一种直径的硅片数量相对较多，两种直径硅片交叉清洗，清洗机的产能也只能提高20-40％左右。
发明内容
为了解决Marangoni干燥槽不能兼容两种直径(四氟花篮PITCH不同的情况下)抛光硅片的干燥问题，本发明提供一种抛光硅片清洗干燥工艺，该工艺可实现在同一干燥槽内干燥两种不同直径的抛光硅片，大幅提高清洗机的使用效率，降低清洗工序的生产成本。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种抛光硅片清洗干燥工艺，包括以下步骤：
步骤S1：干燥槽注满高纯水(DIW)并溢流5-10s，高纯水的电阻率大于18MΩ·cm；
步骤S2：机械手将装有1-50片抛光硅片的两篮四氟花篮放到干燥槽底部的支架上(固定于干燥槽底部)，支架包含四氟花篮(片架)定位卡槽部分与硅片支撑部分；
步骤S3：快排(QDR)，快排时间控制在8-15s；
步骤S4：在50s内向干燥槽内注满高纯水，并溢流5-10s；
步骤S5：将经常温氮气雾化后的IPA(异丙醇)注入干燥内；
步骤S6：慢排(高纯水定速排放)；
步骤S7：快排，快排时间控制在2-8s；
步骤S8：IPA停止注入，热氮气干燥抛光硅片与四氟花篮；
步骤S9：将装有抛光硅片的四氟花篮移出干燥槽。
作为本发明的优选方案之一，所述干燥槽底部支架的硅片支撑部分，宽度为4-8mm，该硅片支撑部分与硅片接触的部位相对于水平方向有一2-3度的微倾角，目的是为了使抛光硅片相对于垂直方向具有一微倾角。在步骤S2中，干燥槽底部支架的硅片支撑部分与抛光硅片底部接触后，硅片将不再下降，但四氟花篮仍下降到支架上的四氟花篮(片架)定位卡槽内，抛光硅片的正表面将不再与四氟花篮的沟槽接触，而抛光硅片的背表面与四氟花篮的沟槽接触。优选地，抛光硅片的参考面(或NOTCH)朝上放置，从而确保抛光硅片的背表面与四氟花篮的沟槽完全接触。
作为本发明的优选方案之一，所述四氟花篮为矮篮，可选用Entegris公司生产的A190-60M、190-50M、A192-80M-0215等型号的四氟花篮。
作为本发明的优选方案之一，在所述步骤S5中，常温N2的流量为50-150SLPM，异丙醇的注入时间为30-80s。
作为本发明的优选方案之一，在所述步骤S6中，在慢排过程中，高纯水的定速排放速率0.5-2mm/s，最接近四氟花篮H面的硅片(位置最低，SLOT1位置)的底部离开液面后，慢排结束并开启快排，将干燥槽内的剩余纯水快速排出。慢排期间仍一直有IPA注入，直至快排结束。
作为本发明的优选方案之一，在所述步骤S8中，干燥抛光硅片与四氟花篮的热氮气流量为300-500SLPM。
本发明的优点在于：
在本发明的工艺中，抛光硅片与水面缓慢脱离是通过缓慢排水的方式来实现，不需要一套特制的顶片机构与导向槽来实现硅片缓慢上升并与四氟花篮分离，很好地解决了两种直径(四氟花篮PITCH不同的情况下)硅片不能在同一干燥槽干燥的问题。在12小时内将最多可清洗干燥90对硅片，清洗机的生产效率最多可提高近一倍。
实施本发明的工艺后，单位时间内的清洗产出将增加，但清洗机内的化学液一般按时间定期排放并重新混液，所以化学试剂的使用量可最多下降50％左右。
附图说明
图1为本发明所使用的干燥槽内底部的结构示意图。
图2为本发明所使用的干燥槽底部支架的结构示意图。
图3为花篮下降至定位卡槽内时硅片与干燥槽底部支架之间的位置关系图。
图4为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1、2所示，本发明所使用的干燥槽内底部具有一支架1，该支架1具有四氟花篮定位卡槽部分2与硅片支撑部分3。装有抛光硅片4的两篮四氟花篮5放到干燥槽底部的支架1上。如图3所示，硅片支撑部分3与硅片接触的部位相对于水平方向有2-3度的微倾角，藉此可以使抛光硅片4相对于垂直方向具有一微倾角。在干燥槽底部支架1的硅片支撑部分3与抛光硅片4底部接触后，硅片将不再下降，但四氟花篮仍下降到支架上的四氟花篮(片架)定位卡槽内，抛光硅片的正表面A将不再与四氟花篮的沟槽接触，而抛光硅片的背表面B与四氟花篮的沟槽接触。
如图4所示，为本发明的工艺流程图。本发明的抛光硅片清洗干燥工艺依次包括：干燥槽内注满高纯水、将硅片放到干燥槽底部的支架上、快排、注水并溢流、IPA注入、慢排、热N2干燥、干燥结束等步骤。
实施例1：对6英寸675μm厚重掺砷抛光硅片的最终清洗干燥工艺
实验硅片：6英寸直拉酸腐蚀抛光硅片：型号与晶向N＜111＞；电阻率0.002-0.005Ω·cm；厚度：675μm；数量：50片。
加工设备：倒片机、理片机、抛光硅片RCA最终清洗机、表面颗粒测试仪CR-81、强光灯等。
辅助材料：双氧水、氨水、盐酸、IPA、PFA四氟矮花篮、去离子水(电阻率＞18MΩ·cm)、6英寸Entegris免洗出厂片盒等。
准备一套干燥槽底部支架，硅片支撑部分的宽度为5mm，相对于水平方向的微倾角为2.5度。
将两篮50片用A190-60M四氟花篮装载的6英寸675μm厚重掺砷抛光硅片用理片机摇齐参考面并朝上，放到RCA最终清洗机的LOAD位置待洗。
在抛光硅片进行全自动清洗干燥前，提前设置好6英寸干燥槽的程序：慢排时间为120s(可转换为高纯水的定速排放速率1.9mm/s)，快排时间为8s；IPA的注入时间为35s，用于携带IPA的常温N2气流量为150SLPM；热N2干燥的流量为450SLPM，热N2干燥的时间为400s，热N2的加热温度为150度等参数，并提前将干燥槽注满高纯水并溢流10s。
设置各QDR槽(快排4次)、OF槽、各化学液槽的清洗时间为6min。
启动RCA最终清洗机全自动清洗，全自动机械手在抓取四氟花篮时，通过机械手上的传感器自动探知这一对硅片为6英寸，在干燥时将自动执行预先编制好的6英寸干燥程序。清洗机全自动进行高纯水溢流清洗、一号液加兆声清洗(SC1+MS)、快速高纯水冲洗(QDR)、一号液加兆声清洗(SC1+MS)、快速高纯水冲洗(QDR)、二号液清洗(SC-2)、快速高纯水冲洗(QDR)、高纯水溢流清洗(OF)。干燥槽自动打开槽盖，并一直进行高纯水溢流直至干燥槽关闭槽盖。机械手将装有6英寸50片抛光硅片的一对四氟花篮放到干燥槽底部的支架上(四氟花篮定位卡槽内)，抛光硅片的正表面将不再与四氟花篮的沟槽接触，硅片将不再下降而抛光硅片的背表面与四氟花篮的沟槽接触。机械手离开干燥槽后，干燥槽将关闭槽盖，自动执行6英寸干燥程序，包含以下步骤：
1)快排(QDR)，快排时间为6s；
2)在50s内向干燥槽注满高纯水，并溢流10s；
3)将经常温氮气雾化后的IPA(异丙醇)注入干燥内，时间为35s，用于携带IPA的常温N2气流量为150SLPM；
4)慢排120s，期间IPA仍保持注入，用于携带IPA的常温N2气流量仍为150SLPM；
5)快排8s后，停止IPA注入(此时，用于携带IPA的常温N2气流量为0SLPM)；
6)热氮气干燥抛光硅片与四氟花篮，热N2干燥的流量为450SLPM，热N2的干燥时间为400s；
7)干燥结束，机械手将装有抛光硅片的四氟花篮移出干燥槽，放到RCA最终清洗机的UNLOAD区。
将50片硅片用倒片机转移到6英寸Entegris免洗出厂片盒内，用表面颗粒测试仪CR-81测试抛光硅片的表面颗粒数据并记录，用光照强度为30万LUX的强光灯目检抛光硅片的正表面，记录有水迹异常的硅片数量。6英寸重掺砷抛光硅片客户要求参数指标见表1，经检测后，6英寸重掺砷抛光硅片实际参数指标见表2。
表1 6英寸重掺砷抛光硅片客户要求参数指标
≥0.2微米的颗粒个数 ≤10
≥0.3微米的颗粒个数 ≤5
水迹 无
表2 6英寸重掺砷抛光硅片实际参数指标
≥0.2微米的颗粒个数 1.02
≥0.3微米的颗粒个数 0.44
有水迹硅片比例 0％
通过表1、表2中的参数指标可以看出，采取本工艺加工的6英寸重掺砷抛光硅片各项参数指标均达到或超过客户要求的各项参数指标要求。另外，本实施例中6英寸干燥程序总时间为579s，再加上高纯水注入时间30-50s及机械手搬运时间，总的加工时间完全可以控制在720s之内，用2个干燥槽干燥一对硅片的平均时间可控制在360s内，而各化学液槽的工艺时间也是360s，干燥工序将不再是整个清洗环节的瓶颈。因此采取本工艺可获得高质量的抛光硅片，并有效提升清洗机的产能。

Claims (5)

1.一种抛光硅片清洗干燥工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：干燥槽注满高纯水并溢流5-10s，高纯水的电阻率大于18MΩ·cm；
步骤S2：用机械手将装有1-50片相同直径抛光硅片的两篮四氟花篮放到干燥槽底部的支架上，该支架包含四氟花篮定位卡槽部分与硅片支撑部分；
步骤S3：快排，快排时间控制在8-15s；
步骤S4：在50s内向干燥槽内注满高纯水，并溢流5-10s；
步骤S5：将经常温氮气雾化后的异丙醇注入干燥槽 内；
步骤S6：慢排；
步骤S7：快排，快排时间控制在2-8s；
步骤S8：停止注入异丙醇，热氮气干燥抛光硅片与四氟花篮；
步骤S9：将装有抛光硅片的四氟花篮移出干燥槽；
所述干燥槽底部支架的硅片支撑部分，宽度为4-8mm，该硅片支撑部分与硅片接触的部位相对于水平方向有2-3度的微倾角；
在所述步骤S2中，所述干燥槽底部支架的硅片支撑部分与抛光硅片底部接触后，硅片将不再下降，但四氟花篮仍下降到支架上的四氟花篮定位卡槽内，抛光硅片的正表面将不再与四氟花篮的沟槽接触，而抛光硅片的背表面与四氟花篮的沟槽接触。
2.根据权利要求1所述的抛光硅片清洗干燥工艺，其特征在于，所述四氟花篮为矮篮。
3.根据权利要求1所述的抛光硅片清洗干燥工艺，其特征在于，在所述步骤S5中，常温N2的流量为50-150SLPM，异丙醇的注入时间为30-80s。
4.根据权利要求1所述的抛光硅片清洗干燥工艺，其特征在于，在所述步骤S6中，高纯水的定速排放速率为0.5-2mm/s，最接近四氟花篮H面的硅片的底部离开液面后，慢排结束。
5.根据权利要求1所述的抛光硅片清洗干燥工艺，其特征在于，在所述步骤S8中，热氮气的流量为300-500SLPM。
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Address after: 101300 south side of Shuanghe Road, Linhe Industrial Development Zone, Shunyi District, Beijing

Applicant after: Youyan semiconductor silicon materials Co.,Ltd.

Address before: 101300 south side of Shuanghe Road, Linhe Industrial Development Zone, Shunyi District, Beijing

Applicant before: GRINM SEMICONDUCTOR MATERIALS Co.,Ltd.

GR01 Patent grant
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