CN112320753A - 一种mems晶圆清洗方法 - Google Patents
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Abstract
一种MEMS晶圆清洗方法，通过将晶圆浸泡在去胶液中，除去晶圆上的光阻；将聚合物清洗液喷洒到旋转的晶圆上，除去干法刻蚀过程中形成的聚合物；用侧壁喷头喷洒去电离水对晶圆冲洗，清洗掉残留在晶圆上的聚合物清洗液；用摆臂喷头喷洒高压二流体去电离水和常压去电离水，对晶圆进行冲洗并旋转甩干。本发明巧妙地运用了聚合物清洗液可以与水互溶的原理，迅速采用可短时间内喷出的侧壁去电离水冲洗，可避免晶圆冲水不及时带来的胶颗粒残留问题，与现有MEMS晶圆清洗工艺相比，本发明能提高高温循环状态下聚合物清洗液的使用寿命；省去了传统工艺中的IPA冲洗工艺。不仅可以显著降低企业成本，还能减少IPA废液带来的环境污染，符合绿色发展的理念。
Description
技术领域
本发明涉及的是MEMS制造领域,特别涉及一种MEMS晶圆清洗方法。
背景技术
微机电系统(MEMS)的尺寸在1微米到100微米量级，广泛应用于汽车、电子、航空航天、生物医疗等领域，其核心功能是将物理信号转换为电子设备能够识别的电信号。因此，MEMS器件通常包含孔、通道、膜、腔、悬臂等一系列感知环境变量的结构。随着人工智能、5G、物联网等产业的高速发展，推动MEMS不断向低功耗、智能化、集成化和微型化的方向演进。MEMS微型化趋势的不可逆性，使得MEMS器件的特征尺寸不断缩小，对湿法清洗工艺提出了更高的要求。
MEMS清洗洗方案大体上可以分为干法和湿法两类，但湿法清洗为主流方案，占整个清洗制程90％以上。按照一次清洗的晶圆数量湿法可分为批量清洗(Batch cleaning)、单晶圆清洗(Single wafer cleaning)、批量和单晶圆组合的三种模式。由于MEMS结构的特殊性，单纯的批量清洗很难将微孔、微通道、微腔的里的聚合物去除干净；单晶圆清洗时间长且往往需要借助高压二流体的作用，容易损伤MEMS的微小结构。批量和单晶圆组合的清洗模式逐渐成为MEMS先进制程的主流。该工艺方案，先将晶圆批量浸泡一定时间，再将晶圆以单片模式进行清洗，可减少高压二流体的作用时间，既能保证清洗效果，又能避免MEMS结构坍塌损坏。
批量和单晶圆组合的清洗工艺一般包括：先用去胶液浸泡，除去大部分光阻；再用聚合物清洗液分别以二流体和常压的形式喷洒到旋转的晶圆上，除去干法刻蚀形成的聚合物；然后用侧壁IPA(异丙醇)喷洒，洗去清洗剂；最后用去电离水冲洗除去IPA并旋转甩干。其中聚合物清洗液工序对整个清洗效果至关重要。高温状态下聚合物清洗液的溶剂及有效成分容易挥发，溶剂的挥发导致胶颗粒溶解度下降，特别是在高挥发性IPA的作用下，胶颗粒析出更加严重。胶颗粒粘附在晶圆上，很难通过后续的工步清洗干净，这时就需要更换药液。研究发现高温下所用聚合物清洗液的平均使用寿命较短，平均为3天，亟需对现用工艺进行优化，以延长其使用寿命，降低生产成本。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种MEMS晶圆清洗方法。
为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：
一种MEMS晶圆清洗方法，包括：
S100.将晶圆浸泡在去胶液中，除去晶圆上的光阻；
S200.将聚合物清洗液喷洒到旋转的晶圆上，除去干法刻蚀过程中形成的聚合物；
S300.用侧壁喷头喷洒去电离水对晶圆冲洗，清洗掉残留在晶圆上的聚合物清洗液；
S400.用摆臂喷头喷洒高压二流体去电离水和常压去电离水，对晶圆进行冲洗并旋转甩干。
进一步地，S100中，去胶液温度为85℃。
进一步地，S100中，在晶圆浸泡过程中将晶圆上下抖动。
进一步地，S200中，聚合物清洗液分别以二流体和常压的形式喷洒到旋转的晶圆上。
进一步地，当聚合物清洗液以二流体的形式喷洒到旋转的晶圆上时，二流体中的N2的流量是30L/min，聚合物清洗液的流量是300ml/min。
进一步地，当聚合物清洗液以常压的形式喷洒到旋转的晶圆上时，常压聚合物清洗液的流量是800ml/min。
进一步地，S200中，晶圆的转速是300r/min。
进一步地，S300中，侧壁喷头喷洒的去电离水须入射到晶圆中间位置，快速地将晶圆上的聚合物清洗液冲洗干净。
本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
本发明公开的一种MEMS晶圆清洗方法，通过将晶圆浸泡在去胶液中，除去晶圆上的光阻；将聚合物清洗液喷洒到旋转的晶圆上，除去干法刻蚀过程中形成的聚合物；用侧壁喷头喷洒去电离水对晶圆冲洗，清洗掉残留在晶圆上的聚合物清洗液；用摆臂喷头喷洒高压二流体去电离水和常压去电离水，对晶圆进行冲洗并旋转甩干。本发明巧妙地运用了聚合物清洗液可以与水互溶的原理，迅速采用可短时间内喷出的侧壁去电离水冲洗，可避免晶圆冲水不及时带来的胶颗粒残留问题，与现有MEMS晶圆清洗工艺相比，本发明能提高高温循环状态下聚合物清洗液的使用寿命；省去了传统工艺中的IPA(异丙醇)冲洗工艺。不仅可以显著降低企业成本，还能减少IPA废液带来的环境污染，保护环境，符合绿色发展的理念。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例1中，原工艺MEMS晶圆清洗方法流程图；
图2为本发明实施例1中，原工艺聚合物清洗液颗粒个数与使用时间的关系；
图3为本发明实施例1中，原工艺去掉IPA后聚合物清洗液颗粒分布现象图；
图4为本发明实施例1中，本发明一种MEMS晶圆清洗方法流程图；
图5为本发明实施例1中，使用本发明一种MEMS晶圆清洗方法后，聚合物清洗液颗粒情况与使用时间的关系。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
为了解决现有技术中MEMS晶圆清洗存在成本高，污染大的问题，本发明实施例提供一种MEMS晶圆清洗方法。
实施例1
MEMS由于结构的特殊性，通常采用如图1所示的工艺流程进行清洗，具体过程已经在背景技术中进行描述，再此不在进行赘述。然而，在实际生产过程中，高温状态下聚合物清洗液使用到第三天，产品开始出现水印状残留且随着聚合物清洗液使用的时间延长异常逐渐加重，使聚合物清洗液无法使用。通过研究高温状态下聚合物清洗液总颗粒数与使用时间的关系，我们发现其总颗粒数从第3天开始有明显增多现象，由十几颗增加到二百多颗，如图2所示。此结果表明异常与聚合物清洗液总颗粒数有着必然的联系。这为我们从降低高温聚合物清洗液的总颗粒数来改善残留异常提供了依据。
高温循环状态下，聚合物清洗液中的溶剂持续挥发，致使光刻胶的溶解度不断下降而析出胶颗粒。IPA的脱水性和挥发性又加剧了胶颗粒的析出，从而导致制品残留异常。为了改善此异常，我们最初先去掉原工艺中IPA，然后再测试其颗粒情况。发现去掉IPA后总的颗粒数有所降低，但颗粒出现环形区域集中分布的现象，如图3所示。这是因为摆臂去电离水喷洒到旋转的晶圆上，水也是环形分布的，晶圆总有些区域冲洗不充分。
基于此，本实施例一种MEMS晶圆清洗方法，如图4，包括：
S100.将晶圆浸泡在去胶液中，除去晶圆上的光阻；
S200.将聚合物清洗液喷洒到旋转的晶圆上，除去干法刻蚀过程中形成的聚合物；
S300.用侧壁喷头喷洒去电离水对晶圆冲洗，清洗掉残留在晶圆上的聚合物清洗液；
S400.用摆臂喷头喷洒高压二流体去电离水和常压去电离水，对晶圆进行冲洗并旋转甩干。
在一些优选实施例中，S100中，当晶圆浸泡在去胶液时，去胶液温度为85℃，并且在浸泡过程中将晶圆上下抖动。
在一些优选实施例中，S200中，聚合物清洗液分别以二流体和常压的形式喷洒到旋转的晶圆上。具体的，所谓的二流体就是压缩气体与液体，以喷雾形式进行喷洒。在本实施例中，压缩气体与液体分别为N2和聚合物清洗液，当聚合物清洗液以高压二流体的形式喷洒到旋转的晶圆上时，二流体中的N2的流量是30L/min，聚合物清洗液的流量是300ml/min。当聚合物清洗液以常压的形式喷洒到旋转的晶圆上时，常压聚合物清洗液的流量是800ml/min。
在一些优选实施例中，S200中，晶圆的转速是300r/min。
在一些优选实施例中，S300中，侧壁喷头喷洒的去电离水须入射到晶圆中间位置，必须快速地将晶圆上的聚合物清洗液冲洗干净，避免胶颗粒析出残留晶圆上，导致清洗不净。在本实施例中，运用了聚合物清洗液可以与去电离水互溶这一原理，能通过去电离水将聚合物清洗液冲洗干净。
采用本实施例公开的一种MEMS晶圆清洗方法后，对聚合物清洗液使用天数和清洗液总颗粒数进行了重新测量，如图5，通过图5可知，使用本实施例公开的一种MEMS晶圆清洗方法，聚合物清洗液即使使用到第七天，其总颗粒数仍然处于非常低的水平，将聚合物清洗液使用时间从原有的3天增加到7天以上，节约了成本。
本实施例公开的一种MEMS晶圆清洗方法，通过将晶圆浸泡在去胶液中，除去晶圆上的光阻；将聚合物清洗液喷洒到旋转的晶圆上，除去干法刻蚀过程中形成的聚合物；用侧壁喷头喷洒去电离水对晶圆冲洗，清洗掉残留在晶圆上的聚合物清洗液；用摆臂喷头喷洒高压二流体去电离水和常压去电离水，对晶圆进行冲洗并旋转甩干。本发明巧妙地运用了聚合物清洗液可以与水互溶的原理，迅速采用可短时间内喷出的侧壁去电离水冲洗，可避免晶圆冲水不及时带来的胶颗粒残留问题，与现有MEMS晶圆清洗工艺相比，本发明能提高高温循环状态下聚合物清洗液的使用寿命；省去了传统工艺中的IPA(异丙醇)冲洗工艺。不仅可以显著降低企业成本，还能减少IPA废液带来的环境污染，保护环境，符合绿色发展的理念。
应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。
在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。
结合本文的实施例所描述的方法或者算法的步骤可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或其组合。软件模块可以位于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质连接至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。该ASIC可以位于用户终端中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于用户终端中。
对于软件实现，本申请中描述的技术可用执行本申请所述功能的模块(例如，过程、函数等)来实现。这些软件代码可以存储在存储器单元并由处理器执行。存储器单元可以实现在处理器内，也可以实现在处理器外，在后一种情况下，它经由各种手段以通信方式耦合到处理器，这些都是本领域中所公知的。
上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。
Claims (8)
1.一种MEMS晶圆清洗方法，其特征在于，包括：
S100.将晶圆浸泡在去胶液中，除去晶圆上的光阻；
S200.将聚合物清洗液喷洒到旋转的晶圆上，除去干法刻蚀过程中形成的聚合物；
S300.用侧壁喷头喷洒去电离水对晶圆冲洗，清洗掉残留在晶圆上的聚合物清洗液；
S400.用摆臂喷头喷洒高压二流体去电离水和常压去电离水，对晶圆进行冲洗并旋转甩干。
2.如权利要求1的一种MEMS晶圆清洗方法，其特征在于，S100中，去胶液温度为85℃。
3.如权利要求1的一种MEMS晶圆清洗方法，其特征在于，S100中，在晶圆浸泡过程中将晶圆上下抖动。
4.如权利要求1的一种MEMS晶圆清洗方法，其特征在于，S200中，聚合物清洗液分别以高压二流体和常压的形式喷洒到旋转的晶圆上。
5.如权利要求4的一种MEMS晶圆清洗方法，其特征在于，当聚合物清洗液以高压二流体的形式喷洒到旋转的晶圆上时，二流体中的N2的流量是30L/min，聚合物清洗液的流量是300ml/min。
6.如权利要求4的一种MEMS晶圆清洗方法，其特征在于，当聚合物清洗液以常压的形式喷洒到旋转的晶圆上时，常压聚合物清洗液的流量是800ml/min。
7.如权利要求1的一种MEMS晶圆清洗方法，其特征在于，S200中，晶圆的转速是300r/min。
8.如权利要求1的一种MEMS晶圆清洗方法，其特征在于，S300中，侧壁喷头喷洒的去电离水须入射到晶圆中间位置，快速地将晶圆上的聚合物清洗液冲洗干净。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Huang Li Inventor after: Li Shengli Inventor after: Wang Chunshui Inventor after: Liu Tianfu Inventor after: Luo Xueqiang Inventor before: Li Shengli Inventor before: Wang Chunshui Inventor before: Liu Tianfu Inventor before: Luo Xueqiang |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |