CN112271132A - 一种去除硅片抛光面表面大颗粒的方法 - Google Patents

一种去除硅片抛光面表面大颗粒的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及半导体硅片加工技术领域。一种去除硅片抛光面表面大颗粒的方法，通过物理吹扫去除硅片抛光面表面大颗粒；调节吹扫角度，吹扫角度控制在40°±2°，所述吹扫角度指的是吹扫气枪的出气口的轴向与硅片之间的夹角；调节吹扫压力，吹扫压力控制在0.15±0.02Mpa，调节吹扫距离，吹扫距离控制在7±0.5cm。本专利通过改变了以往传统化学方式去除颗粒的方法，通过物理方法有效了减少了对于硅片厚度变化影响，通过物理方法去除硅片表面颗粒，反洗率由15％降到了2％以内，有效地降低生产成本，提高了良率。

Description

一种去除硅片抛光面表面大颗粒的方法
技术领域
本发明涉及半导体硅片加工技术领域，具体涉及一种去除硅片抛光面表面大颗粒的方法。
背景技术
目前衬底抛光片需求方对于出货前抛光面颗粒要求有着明确的规定，对于0.12um、0.15um、0.20um、0.30um、0.50um、1.0um、2.0um等不同范围内的颗粒数要求较为严格。而对于0.50um及以上的大颗粒，在聚光灯下一般是可以发现的，因此对于客户而言，0.50um及以上颗粒客户是不允许有的，目前检测颗粒水平常规做法是硅片通过颗粒测定仪(如Surfscan SP1)进行颗粒扫描确认，若颗粒超出客户规定的要求，或者通过颗粒测定仪检测到0.5um及以上的大颗粒，则需要进行反洗，通过反复清洗的方式将大颗粒清洗掉，然后再次进行颗粒测定仪测试颗粒。
目前针对大颗粒常规反洗率均在10％左右，反洗的常规做法是产品回退到上一工序，将颗粒异常片放入洗净机内进行重新清洗，清洗时间常规在1h以上，此种通过药液重新进行反洗的方式，不仅耗费时间，影响产能，而且大大增加了生产成本，而且重复清洗对于硅片厚度也会有一定的损耗。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种去除硅片抛光面表面大颗粒的方法，以解决反洗率高的问题。
本发明的技术方案是：一种去除硅片抛光面表面大颗粒的方法，其特征在于，通过物理吹扫去除硅片抛光面表面大颗粒；
调节吹扫角度，吹扫角度控制在40°±2°，所述吹扫角度指的是吹扫气枪的出气口的轴向与硅片之间的夹角；
调节吹扫压力，吹扫压力控制在0.15±0.02Mpa，
调节吹扫距离，吹扫距离控制在7±0.5cm。
本专利通过改变了以往传统化学方式去除颗粒的方法，通过物理方法有效了减少了对于硅片厚度变化影响，通过物理方法去除硅片表面颗粒，优化吹扫角度、吹扫压力以及吹扫距离，反洗率由15％降到了2％以内，有效地降低生产成本，提高了良率，平均节约反洗成本50w/年，经济效益显著。
进一步优选地，吹扫角度控制在40°；吹扫压力控制在0.15Mpa，吹扫距离控制在7cm。
上述方案吹扫效果最优。
进一步优选地，所述吹扫气枪的材质为PFA。
经试验，采用该材质的吹扫气枪，吹扫效果最佳。
进一步优选地，还包括一用于安装吹扫气枪的安装架，以及用于带动吹扫气缸运动的二维平移机构；
还包括一硅片安装平台，所述硅片安装平台与所述二维平移机构的基座固定在同一支架上。
便于实现气枪对硅片的吹扫。
进一步优选地，所述气枪上安装有一红外激光器，所述红外激光器的发光方向与所述气枪的出气方向平行。
便于通过红外激光器可以直观的观看气枪的出气区域正对的硅片区域。
作为一种优选方案，所述二维平移机构包括带动吹扫气枪左右运动的左右平移机构以及用于带动吹扫气缸前后运动的前后平移机构；
所述前后平移机构的平移平台上安装有所述安装架，所述左右平移机构的平移平台上安装有所述前后平移机构的基座；
所述左右平移机构以及前后平移机构是直线模组。
进一步优选地，所述硅片安装平台包括内设有空腔的中空置物板，所述空腔是一开口向上的槽体以及一顶板围成，所述槽体内固定有纵横交错排布的隔板，所述隔板将槽体分隔成矩阵式排布的复数个导光腔，所述导光腔内固定有LED发光元件，相邻导光腔内固定的LED发光元件的发光频率不同，所述导光腔的内壁涂覆有一反光涂层；
所述顶板上开设有一矩阵式排布的透光孔；
所述硅片安装平台的上方设有一硅片方位检测机构，所述硅片方位检测机构包括矩阵式排布的光敏传感器，所述光敏传感器的感应方向与所述透光孔一一对应；
所述光敏传感器的信号输出端连接主机，所述主机控制所述LED发光元件，且所述主机还控制连接所述二维平移机构。
本专利它能够给硅片方位检测机构便于估计硅片所处的大概方位，然后主机控制二维平移机构在估计到的硅片大概方位区域进行吹气。
进一步优选地，所述硅片方位检测机构还包括一硅片方位估计系统，所述硅片方位估计系统包括存储模块，所述存储模块存储有光敏传感器采集到的光点信息以及遮挡点信息；
所述光点信息为触发光敏传感器感应到光的LED发光元件的光点坐标信息,
所述遮挡点信息为未触发光敏传感器感应到光的LED发光元件的遮挡点坐标信息；
通过遮挡点坐标信息以及光点坐标信息获得一硅片估计区域，以所述硅片估计区域作为吹气区域，所述吹气区域为遮挡点坐标信息中邻近光点坐标信息的遮挡点的连线；
所述出气区域设有至少一个直线段；
所述二维平移机构通过一旋转机构安装在所述支架上；
所述主机控制所述旋转机构带动二维平移机构运动，进而将所述前后平移机构的平移方向与所述直线段的长度方向平行。
进一步优选地，以所述直线段为硅片的长度方向，吹气区域中平行于所述硅片长度方向上最大的长度为第一运动行程参数；
以垂直于所述直线段的方向为所述硅片的宽度方向，吹气区域中平行于所述硅片的宽度方向上最大的长度为第二运动行程参数；
以第一运动行程参数以及第二运动行程参数计算出长度为第一运动行程参数以及宽度为第二运动行程参数的矩形结构，且吹气区域位于矩形结构内；
所述主机控制所述二维平移机构的运动轨迹为前后平移机构行进第一运动行程参数后，左右平移机构行进1cm，前后平移机构反向行进第一运动行程参数，左右平移机构行进1cm；
左右平移机构的总行进距离为第二运动行程参数；
左右平移机构从远离硅片处向硅片处运动；
所述前后平移机构的处于初始位置时，所述气枪的吹气方向正对矩形结构的角部。
进一步优选地，通过所述红外激光器进行气枪位置的预校准；
通过手动调节二维平移机构，将所述红外激光器正对至少三个LED发光元件，所述主机将所述红外激光器正对的LED发光元件的位置信息与二维平移机构当前的位置信息进行绑定，以便主机根据吹气区域的参数信息分析获知二维平移机构的运动轨迹信息。
附图说明
图1为本发明的局部结构示意图；
图2为本发明的吹扫区域获取示意图。
图中，1为支架，3为安装架，4为气枪，5为红外激光器，6为硅片安装平台，7为硅片方位检测机构，21为左右平移机构，22为前后平移机构，91为光点，92为遮挡点，93为吹扫区域。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
具体实施例1，一种去除硅片抛光面表面大颗粒的方法，通过物理吹扫去除硅片抛光面表面大颗粒；调节吹扫角度，吹扫角度控制在40°±2°，吹扫角度指的是吹扫气枪的出气口的轴向与硅片之间的夹角；调节吹扫压力，吹扫压力控制在0.15±0.02Mpa，调节吹扫距离，吹扫距离控制在7±0.5cm。本专利通过改变了以往传统化学方式去除颗粒的方法，通过物理方法有效了减少了对于硅片厚度变化影响，通过物理方法去除硅片表面颗粒，优化吹扫角度、吹扫压力以及吹扫距离，反洗率由15％降到了2％以内，有效地降低生产成本，提高了良率，平均节约反洗成本50w/年，经济效益显著。
吹扫角度控制在40°；吹扫压力控制在0.15Mpa，吹扫距离控制在7cm。上述方案吹扫效果最优。
吹扫气枪的材质为PFA。经试验，采用该材质的吹扫气枪，吹扫效果最佳。
验证数据：
针对于不同吹扫角度、吹扫压力、吹扫距离以及气枪的材质进行了不同的选取，结果如下：
1)吹扫角度确认，40°吹扫角度整体效果最优，具体数据如下：
1.1下表中的各数据是将吹扫压力控制在0.15MPa、吹扫距离控制在7cm以及气枪材料采用PFA情况下的数据：
Figure BDA0002747636680000041
Figure BDA0002747636680000051
1.2下表中的各数据是将吹扫压力控制在0.15MPa、吹扫距离控制在5cm以及气枪材料采用PFA情况下的数据
Figure BDA0002747636680000052
Figure BDA0002747636680000061
2)吹扫距离确认，吹扫距离在7cm左右时整体效果最优，具体数据如下:
2.1下表中的各数据是将吹扫压力控制在0.15MPa、吹扫方向控制在40°以及气枪材
料采用PFA情况下的数据：
距离 1cm 3cm 5cm 6.5cm 7cm 7.5cm 9cm 11cm
0.5um颗粒变化数 2 2 1 2 2 2 1 0
0.7um颗粒变化数 2 1 1 2 2 2 0 0
2um及以上颗粒变化数 1 1 1 1 1 1 0 0
伤 轻微伤 轻微伤 正常 正常 正常 正常 正常 正常
外观 印记 印记 轻微印记 正常 正常 正常 正常 正常
金属 正常 正常 正常 正常 正常 正常 正常 正常
2.2下表中的各数据是将吹扫压力控制在0.15MPa、吹扫方向控制在30°以及气枪材料采用PFA情况下的数据：增加一个表来表达，通过调整恒定变量的数值，仍然7cm最优。
距离 1cm 3cm 5cm 6.5cm 7cm 7.5cm 9cm 11cm
0.5um颗粒变化数 2 2 1 2 2 2 1 0
0.7um颗粒变化数 2 1 1 2 2 2 0 0
2um及以上颗粒变化数 1 1 1 0 0 0 0 0
伤 轻微伤 轻微伤 正常 正常 正常 正常 正常 正常
外观 印记 印记 轻微印记 正常 正常 正常 正常 正常
金属 正常 正常 正常 正常 正常 正常 正常 正常
3)吹扫压力确认，吹扫压力在0.15Mpa左右时整体效果最优，大于0.2Mpa以上时硅片表面会出现外观印记以及伤状异常，清洗较难去除，具体数据如下：
3.1下表中的各数据是将吹扫距离控制在9cm、吹扫方向控制在50°以及气枪材料采用PFA情况下的数据:
压力(Mpa) 0.10 0.13 0.15 0.17 0.20 0.25 0.30 0.35
0.5um颗粒变化数 1 2 2 2 1 2 2 3
0.7um颗粒变化数 1 1 1 1 2 2 2 2
2um及以上颗粒变化数 0 0 0 0 0 1 1 0
伤 正常 正常 正常 正常 正常 伤 伤 伤
外观 正常 正常 正常 正常 轻微印记 印记 印记 印记
金属 正常 正常 正常 正常 正常 正常 正常 正常
3.2下表中的各数据是将吹扫距离控制在5cm、吹扫方向控制在30°以及气枪材料采用PFA情况下的数据:
压力(Mpa) 0.10 0.13 0.15 0.17 0.20 0.25 0.30 0.35
0.5um颗粒变化数 1 2 2 2 1 2 2 3
0.7um颗粒变化数 1 1 1 1 2 2 2 2
2um及以上颗粒变化数 0 0 0 0 0 1 1 0
伤 正常 正常 正常 正常 正常 伤 伤 伤
外观 正常 正常 正常 正常 轻微印记 印记 印记 印记
金属 正常 正常 正常 正常 正常 正常 正常 正常
4)吹扫气枪材质确认，材质选用PFA材质时对于金属以及颗粒影响最小，具体数据如下:
4.1下表中的各数据是将吹扫距离控制在5cm、吹扫方向控制在30°以及吹扫气压控制在0.10Mpa情况下的数据)
Figure BDA0002747636680000071
Figure BDA0002747636680000081
上述表中，颗粒变化数计算方式：对应粒径大小颗粒数Δ＝实验前值-实验后值。
检测手段：颗粒变化数(颗粒测定仪SP1检查)，伤(SP1+聚光灯下目检确认)，外观(聚光灯下目检确认)，金属(ICPMS分析室)。
选用最优参数(角度40°，压力0.15Mpa，距离7cm，PFA材质气枪)进行批量验证，统计三个月大颗粒反洗率数据变化，反洗率由10％降低到2％以下。
参见图1以及图2，还包括一用于安装吹扫气枪4的安装架3，以及用于带动吹扫气缸运动的二维平移机构；还包括一硅片安装平台6，硅片安装平台6与二维平移机构的基座固定在同一支架1上。便于实现气枪4对硅片的吹扫。
气枪4上安装有一红外激光器5，红外激光器5的发光方向与气枪4的出气方向平行。便于通过红外激光器5可以直观的观看气枪4的出气区域正对的硅片区域。
作为一种优选方案，二维平移机构包括带动吹扫气枪4左右运动的左右平移机构21以及用于带动吹扫气缸前后运动的前后平移机构22；前后平移机构22的平移平台上安装有安装架3，左右平移机构21的平移平台上安装有前后平移机构22的基座；左右平移机构21以及前后平移机构22是直线模组。
硅片安装平台6包括内设有空腔的中空置物板，空腔是一开口向上的槽体以及一顶板围成，槽体内固定有纵横交错排布的隔板，隔板将槽体分隔成矩阵式排布的复数个导光腔，导光腔内固定有LED发光元件，相邻导光腔内固定的LED发光元件的发光频率不同，导光腔的内壁涂覆有一反光涂层；顶板上开设有一矩阵式排布的透光孔；硅片安装平台6的上方设有一硅片方位检测机构7，硅片方位检测机构7包括矩阵式排布的光敏传感器，光敏传感器的感应方向与透光孔一一对应；光敏传感器的信号输出端连接主机，主机控制LED发光元件，且主机还控制连接二维平移机构。本专利它能够给硅片方位检测机构7便于估计硅片所处的大概方位，然后主机控制二维平移机构在估计到的硅片大概方位区域进行吹气。硅片方位检测机构可翻转安装在硅片安装平台上方。
硅片方位检测机构7还包括一硅片方位估计系统，硅片方位估计系统包括存储模块，存储模块存储有光敏传感器采集到的光点信息以及遮挡点信息；光点信息为触发光敏传感器感应到光的LED发光元件的光点91坐标信息,遮挡点信息为未触发光敏传感器感应到光的LED发光元件的遮挡点92坐标信息；通过遮挡点坐标信息以及光点坐标信息获得一硅片估计区域，以硅片估计区域作为吹气区域93，吹气区域93为遮挡点坐标信息中邻近光点坐标信息的遮挡点的连线；出气区域设有至少一个直线段；二维平移机构通过一旋转机构安装在支架1上；主机控制旋转机构带动二维平移机构运动，进而将前后平移机构22的平移方向与直线段的长度方向平行。
以直线段为硅片的长度方向，吹气区域中平行于硅片长度方向上最大的长度为第一运动行程参数；以垂直于直线段的方向为硅片的宽度方向，吹气区域中平行于硅片的宽度方向上最大的长度为第二运动行程参数；以第一运动行程参数以及第二运动行程参数计算出长度为第一运动行程参数以及宽度为第二运动行程参数的矩形结构，且吹气区域位于矩形结构内；主机控制二维平移机构的运动轨迹为前后平移机构22行进第一运动行程参数后，左右平移机构21行进1cm，前后平移机构22反向行进第一运动行程参数，左右平移机构21行进1cm；左右平移机构21的总行进距离为第二运动行程参数；左右平移机构21从远离硅片处向硅片处运动；前后平移机构22的处于初始位置时，气枪4的吹气方向正对矩形结构的角部。
通过红外激光器5进行气枪4位置的预校准；通过手动调节二维平移机构，将红外激光器5正对至少三个LED发光元件，主机将红外激光器5正对的LED发光元件的位置信息与二维平移机构当前的位置信息进行绑定，以便主机根据吹气区域的参数信息分析获知二维平移机构的运动轨迹信息。
作为另一种优选方案，二维平移机构包括基座，基座上开设有一用于引导安装架行进的导轨，导轨的运动轨迹为S形迂回轨道，S形迂回轨道包括左右顺序排布的用于引导前后运动的前后引导直线段以及用于引导左右运动的左右引导直线段，相邻的前后引导直线段通过左右引导直线段相连构成。
以上仅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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种去除硅片抛光面表面大颗粒的方法，其特征在于，通过物理吹扫去除硅片抛光面表面大颗粒；
调节吹扫角度，吹扫角度控制在40°±2°，所述吹扫角度指的是吹扫气枪的出气口的轴向与硅片之间的夹角；
调节吹扫压力，吹扫压力控制在0.15±0.02Mpa，
调节吹扫距离，吹扫距离控制在7±0.5cm。
2.根据权利要求1所述的一种去除硅片抛光面表面大颗粒的方法，其特征在于：吹扫角度控制在40°；吹扫压力控制在0.15Mpa，吹扫距离控制在7cm。
3.根据权利要求1所述的一种去除硅片抛光面表面大颗粒的方法，其特征在于：所述吹扫气枪的材质为PFA。
4.根据权利要求1所述的一种去除硅片抛光面表面大颗粒的方法，其特征在于：还包括一用于安装吹扫气枪的安装架，以及用于带动吹扫气缸运动的二维平移机构；
还包括一硅片安装平台，所述硅片安装平台与所述二维平移机构的基座固定在同一支架上。
5.根据权利要求4所述的一种去除硅片抛光面表面大颗粒的方法，其特征在于：所述气枪上安装有一红外激光器，所述红外激光器的发光方向与所述气枪的出气方向平行。
6.根据权利要求5所述的一种去除硅片抛光面表面大颗粒的方法，其特征在于：所述二维平移机构包括带动吹扫气枪左右运动的左右平移机构以及用于带动吹扫气缸前后运动的前后平移机构；
所述前后平移机构的平移平台上安装有所述安装架，所述左右平移机构的平移平台上安装有所述前后平移机构的基座；
所述左右平移机构以及前后平移机构是直线模组。
7.根据权利要求6所述的一种去除硅片抛光面表面大颗粒的方法，其特征在于：所述硅片安装平台包括内设有空腔的中空置物板，所述空腔是一开口向上的槽体以及一顶板围成，所述槽体内固定有纵横交错排布的隔板，所述隔板将槽体分隔成矩阵式排布的复数个导光腔，所述导光腔内固定有LED发光元件，相邻导光腔内固定的LED发光元件的发光频率不同，所述导光腔的内壁涂覆有一反光涂层；
所述顶板上开设有一矩阵式排布的透光孔；
所述硅片安装平台的上方设有一硅片方位检测机构，所述硅片方位检测机构包括矩阵式排布的光敏传感器，所述光敏传感器的感应方向与所述透光孔一一对应；
所述光敏传感器的信号输出端连接主机，所述主机控制所述LED发光元件，且所述主机还控制连接所述二维平移机构。
8.根据权利要求7所述的一种去除硅片抛光面表面大颗粒的方法，其特征在于：所述硅片方位检测机构还包括一硅片方位估计系统，所述硅片方位估计系统包括存储模块，所述存储模块存储有光敏传感器采集到的光点信息以及遮挡点信息；
所述光点信息为触发光敏传感器感应到光的LED发光元件的光点坐标信息,
所述遮挡点信息为未触发光敏传感器感应到光的LED发光元件的遮挡点坐标信息；
通过遮挡点坐标信息以及光点坐标信息获得一硅片估计区域，以所述硅片估计区域作为吹气区域，所述吹气区域为遮挡点坐标信息中邻近光点坐标信息的遮挡点的连线；
所述出气区域设有至少一个直线段；
所述二维平移机构通过一旋转机构安装在所述支架上；
所述主机控制所述旋转机构带动二维平移机构运动，进而将所述前后平移机构的平移方向与所述直线段的长度方向平行。
9.根据权利要求8所述的一种去除硅片抛光面表面大颗粒的方法，其特征在于：以所述直线段为硅片的长度方向，吹气区域中平行于所述硅片长度方向上最大的长度为第一运动行程参数；
以垂直于所述直线段的方向为所述硅片的宽度方向，吹气区域中平行于所述硅片的宽度方向上最大的长度为第二运动行程参数；
以第一运动行程参数以及第二运动行程参数计算出长度为第一运动行程参数以及宽度为第二运动行程参数的矩形结构，且吹气区域位于矩形结构内；
所述主机控制所述二维平移机构的运动轨迹为前后平移机构行进第一运动行程参数后，左右平移机构行进1cm，前后平移机构反向行进第一运动行程参数，左右平移机构行进1cm；
左右平移机构的总行进距离为第二运动行程参数；
左右平移机构从远离硅片处向硅片处运动；
所述前后平移机构的处于初始位置时，所述气枪的吹气方向正对矩形结构的角部。
10.根据权利要求8所述的一种去除硅片抛光面表面大颗粒的方法，其特征在于：通过所述红外激光器进行气枪位置的预校准；
通过手动调节二维平移机构，将所述红外激光器正对至少三个LED发光元件，所述主机将所述红外激光器正对的LED发光元件的位置信息与二维平移机构当前的位置信息进行绑定，以便主机根据吹气区域的参数信息分析获知二维平移机构的运动轨迹信息。
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