CN112992652A - 湿法清洗装置及清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种湿法清洗装置及清洗方法，包括：提供清洗槽，所述清洗槽内盛放清洗液，将待清洗件置于清洗槽内的清洗液中，所述清洗液表面与所述清洗槽的上盖留有空隙；在所述清洗液表面形成隔离氧气和水汽的非活性气体隔离层。本发明通过在清洗液表面形成非活性气体隔离层，隔绝晶圆与氧气和水汽的接触，防止晶圆表面金属层被腐蚀，提高产品的良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种湿法清洗装置及清洗方法。
背景技术
随着集成电路制造工艺的不断发展，晶圆关键尺寸(CD)持续缩小，在接受其它工艺诸如光刻、离子注入等之前，晶圆表面必须洁净，因此，湿法清洗工艺在整个集成电路制造工艺中十分重要。晶圆清洗的主要目的是清除晶圆表面的污染和杂质，如微粒、有机物及无机金属离子等杂质。在制造过程中，几乎每道工序都涉及到清洗，而且集成电路的集成度越高，制造工序越多，所需的清洗工序也越多。在诸多的清洗工序中，只要其中某一工序达不到要求，则将前功尽弃，导致整批晶圆的报废。
湿法清洗通常为采用化学药液和去离子水等一系列工艺步骤，去除晶圆表面上的玷污。但在去除光刻胶或聚合物的湿法清洗工艺中，晶圆上的金属有一定的腐蚀，破坏了晶圆表面的金属层，影响产品的稳定性，降低产品良率。
发明内容
本发明提供一种湿法清洗装置及清洗方法，通过引入非活性气体，隔绝晶圆与氧气和水汽的接触，防止晶圆表面金属层被腐蚀，提高产品的良率。
本发明提供一种湿法清洗方法，包括：
提供清洗槽，所述清洗槽内盛放清洗液；
将待清洗件置于清洗槽内的清洗液中，所述清洗液表面与所述清洗槽的上盖留有空隙；
在所述清洗液表面形成隔离氧气和水汽的非活性气体隔离层。
可选的，所述非活性气体隔离层通过聚集的非活性气体隔离氧气和水汽。
可选的，所述空隙的高度为5cm-30cm。
可选的，所述非活性气体隔离层通过聚集的非活性气体隔离氧气和水汽。
可选的，所述非活性气体隔离层通过在所述空隙内形成正压环境，阻止氧气和水汽的进入清洗液。
可选的，在所述清洗液表面形成非活性气体隔离层的步骤包括，向所述清洗液中通非活性气体。
可选的，向所述清洗液底部通非活性气体。
可选的，所述清洗液包括去胶液，所述去胶液包括二甲亚砜和/或四甲基氢氧化铵。
可选的，在所述清洗液表面形成非活性气体隔离层的步骤包括：在所述清洗槽的上盖设置进气管向所述空隙中通非活性气体。
可选的，所述非活性气体的流速为10～20L/min。
可选的，所述非活性气体为惰性气体。
可选的，所述非活性气体为氮气。
可选的，所述非活性气体持续通入。
可选的，所述湿法清洗方法用于去除晶圆表面的光刻胶和/或聚合物。
本发明还提供一种湿法清洗装置，包括：
清洗槽；用于盛放清洗液，以及，
进气管，固定在所述清洗槽上，用于向所述清洗槽中通入非活性气体；其中，所述进气管固定在清洗槽的上盖，并连通若干设置在所述上盖并竖直向所述清洗液凸出的进气口，或所述进气管沿清洗槽内壁延伸到清洗槽底部，并连通若干设置在所述清洗槽底部的进气口。
可选的，所述进气管可以为石英管、PTFE管或PFA管。
可选的，相邻所述进气口之间的距离为5～15mm。
可选的，所述进气口开口尺寸为0.5～3mm。
综上所述，本发明提供的湿法清洗方法中，通过在清洗液表面形成隔离氧气和水汽的非活性气体隔离层，隔绝晶圆与氧气和水汽的接触，防止晶圆表面金属层被腐蚀，提高产品的良率。
附图说明
图1A为本发明实施例一提供的湿法清洗装置的结构示意图；图1B图1A中清洗槽的上盖的侧视图；
图2为本发明实施例二提供的湿法清洗装置的结构示意图；
图3为本发明实施例三提供的湿法清洗装置的结构示意图；
图4为本发明提供的湿法清洗方法的流程图。
其中，附图标记说明：
100-清洗槽；100a-内槽；100b-外槽；101-进气管；101a-第一导管；101b-第二导管；101c-第三导管；102-进气口；103-清洗槽的上盖；110-待清洗件；
200-喷淋反应腔；201-进气管；202-排气管；203-过滤装置；203a-高效过滤网；204-半封闭腔体；205-旋转平台；206-转轴；207-喷嘴；208-机械手臂；210-待清洗件。
具体实施方式
本发明的发明人经过研究发现，在晶圆湿法清洗过程中，晶圆浸没在清洗液里，由于晶圆表面的金属层(例如金属铜)与氧气和水发生电化学反应，生成金属氧化物，清洗液与金属氧化物反应，从而发生金属层被腐蚀的现象。基于上述研究，本发明实施例提供一种湿法清洗装置及清洗方法，通过在清洗液表面形成隔离氧气和水汽的非活性气体隔离层，隔绝晶圆与氧气和水汽的接触，以避免晶圆表面金属层被腐蚀。本发明实施例提供湿法清洗装置可应用在单片喷淋或酸槽浸泡的清洗工艺中，具体的，可以用于去除晶圆表面的光刻胶和/或聚合物。
以下结合附图和具体实施例对本发明的湿法清洗装置及其方法进一步详细说明。根据下面的说明和附图，本发明的优点和特征将更清楚，然而，需说明的是，本发明技术方案的构思可按照多种不同的形式实施，并不局限于在此阐述的特定实施例。附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
图4为本实施例提供的湿法清洗方法的流程图。参考图4所示，本实施例提供的湿法清洗方法包括：
S01：提供清洗槽，所述清洗槽内盛放清洗液；
S02：将待清洗件置于清洗槽内的清洗液中，所述清洗液表面与所述清洗槽的上盖留有空隙；
S03：在所述清洗液表面形成隔离氧气和水汽的非活性气体隔离层。
图1A为本实施例提供的一种湿法清洗装置的结构示意图，下面将参考图1A并结合图4详细说明本实施例提供的湿法清洗方法。
首先，执行步骤S01，提供清洗槽100，所述清洗槽100内盛放清洗液。所述清洗液可以是去胶液，所述去胶液例如可以选择二甲亚砜和/或四甲基氢氧化铵溶液，在本发明其他实施例中也可根据具体的待清洗件相应选择清洗液。。
接着，执行步骤S02，将待清洗件110置于清洗槽100内的清洗液中，所述清洗液表面与所述清洗槽的上盖103留有空隙。所述待清洗件110例如晶圆浸没在所述清洗液中，优选的，所述待清洗件110距离清洗液的表面有一定的距离。所述清洗槽的上盖103与清洗液表面的距离，即空隙高度为5cm-10cm。
接着，执行步骤S03，在所述清洗液表面形成隔离氧气和水汽的非活性气体隔离层。所述清洗槽100与一非活性气体的存储装置连接，通过进气管向所述清洗槽100内通入非活性气体，以在所述清洗液表面形成隔离层。由于清洗液(去胶液)具有较强的吸水性，所述非活性气体隔离层通过在所述空隙内形成正压环境，在隔断氧气的同时阻止水汽进入清洗液，抑制清洗液的吸水，减弱晶圆金属的氧化。本实施例中所述非活性气体可以为惰性气体，例如所述非活性气体可以是氮气(N2)、氩气(Ar)或氖气(Ne)等，当然，也可以根据具体湿法清洗过程中晶圆表面的具体状况及清洗液的种类，选择合适的非活性气体。
所述清洗液表面形成非活性气体隔离层的步骤包括，向所述清洗液中或底部通非活性气体。具体的，在所述清洗槽100的上盖103设置进气管向所述空隙中通非活性气体。在对待清洗件进行清洗的过程中，所述非活性气体持续通入，示例性的，对于容积为40L的清洗槽，槽深约200mm-400mm，非活性气体的流量为10-30L/min，例如为10L/min、15L/min、20L/min、30L/min等。
如图1A和1B所示，本发明还提供一种湿法清洗装置，包括：清洗槽100；用于盛放清洗液；进气管101，固定在所述清洗槽100上，用于向所述清洗槽100中通入非活性气体；其中，所述进气管101固定在清洗槽100的上盖103，并连通若干设置在所述上盖103并竖直向所述清洗液凸出的进气口102。
本实施例中，所述清洗槽100包括内槽100a和外槽100b，内槽100a内可用于盛放清洗液。所述湿法清洗装置还包括进液管和出液管(图未示)。其中，所述内槽100a可以设于所述外槽100b内，所述进液管可以与所述内槽100a连接，所述出液管可以与所述外槽100b连接，当所述内槽100a内的清洗液加满时，清洗液可以自所述内槽100a溢出至所述外槽100b。在本发明实施例中，通过设置内槽100a内的清洗液加满时，清洗液可以自所述内槽100a溢出至所述外槽100b，可以使得清洗液仅在充满内槽100a后才会从内槽100a的顶部流至外槽100b，避免影响清洗液的深度，从而避免影响对待清洗件的清洗范围。具体而言，所述内槽100a和外槽100b可以是方槽。
具体实施时，所述进液管的一部分可以伸入内槽100a并设置于内槽100a的底部，可以使清洗液自下向上流动，从而使污染后的液体自然流出，且所述进液管上伸入所述内槽100a一部分具有多个孔洞，相比于只有进液管口一处孔洞的情况，采用多个孔洞输入清洗液，可以避免内槽内产生化学浪涌并影响晶圆的清洁范围。进一步地，在清洗状态下，所述孔洞的开口方向使得自所述孔洞喷出的清洗液朝向所述待清洗件喷淋。
所述清洗槽100的上盖103可以防止清洗液的挥发和飞溅，并且可以防止非活性气体在清洗液处迅速扩散，从而有助于在清洗液上形成隔离层。更具体而言，所述清洗槽100的上盖103的材质可以为金属、塑料等，本发明不做限定。
优选的，所述非活性气体隔离层浓度沿远离所述清洗液表面的方向逐渐降低。具体的，可以调节清洗槽的上盖103与清洗液表面的距离，即空隙高度，防止聚集在清洗液表面的非活性气体快速的扩散，可提高清洗液表面的非活性气体的浓度；或者调节清洗液表面低于内槽上边缘，非活性气体在清洗液表面聚集，且由清洗液表面上的内槽外壁阻挡非活性气体快速扩散，可提高清洗液表面的非活性气体的浓度。
所述清洗槽100设置有进气管101，用于向所述清洗槽100中通入非活性气体。本实施例中所述进气管101的一端贯穿外槽100b与非活性气体储存装置连接，另一端连接固定在所述内槽100a顶部的清洗槽的上盖103上，且与所述清洗槽的上盖103上若干进气口102连通。示例性的，可对现有清洗槽的上盖103进行适应性改造，将所述清洗槽的上盖103设计成一密闭空间，所述清洗槽的上盖103面向清洗液的一面设置若干均匀分布的进气口102。所述进气口102可以是所述清洗槽的上盖103面向清洗液的一面设置的若干开口，也可以是，在所述清洗槽的上盖103面向清洗液的一面设置若干导气管，所述导气管可以是垂直于清洗槽的上盖103向清洗液凸出的若干圆柱体状的导管。所述进气口102呈矩阵均匀分布，所述进气口102开口尺寸为0.5～3mm，相邻所述进气口102之间的距离为5～15mm。
本实施例中，空隙在远离所述非活性隔离层的位置连接至少一排气孔。具体的，所述非活性气体通过进气管101持续通入，外槽100b远离内槽清洗液表面上非活性隔离层的位置，如离内槽距离大于等于50cm的外槽槽盖上，装有排气孔(图中未示)以便排气，这样可以连续向清洗液表面通入非活性气体，以保持清洗液表面非活性气体的高浓度。
可选的，在所述进气管101上设置电磁阀和流量计，进一步精确控制通入湿法清洗装置中非活性气体的流量。所述进气管101可以为石英管、PTFE(聚四氟乙烯)管或PFA(可溶性聚四氟乙烯)管等耐腐蚀管材。
实施例二
本实施例提供一种湿法清洗装置及清洗方法，与实施例一不同的是，本实施例中从清洗槽(清洗液)的底部通入非活性气体。图2为本实施例提供的一种湿法清洗装置的结构示意图，如图2所示，所述湿法清洗装置包括一清洗槽100，所述清洗槽100可以包括内槽100a和外槽100b，内槽100a内可用于盛放清洗液，待清洗件110例如晶圆浸没在所述清洗液中，所述清洗液表面与所述清洗槽的上盖103留有空隙。进气管101设置在所述内槽100a上，用于向所述内槽100a通入非活性气体。具体的，在所述内槽100a的底部设置若干均匀分布的进气口102，所述进气管101与所述进气口102连通。
示例性的，所述进气管101包括位于所述内槽100a顶部的第一导管101a、位于所述内槽100a底部的第二导管101b以及沿内槽100a内壁延伸连接第一导管101a和第二导管101b的第三导管101c，即可以理解为所述进气管101沿清洗槽内壁延伸到清洗槽底部，并连通若干设置在所述清洗槽底部的进气口102。所述第一导管101a将气体引入，经所述第三导管101c导入所述第二导管101b，可选的，所述第二导管101b为一U型管，在本发明其他实施例中所述在所述第二导管101b也可以是一环形管，设置在内槽100a的底部。在所述第二导管101b面向清洗液的一侧设置若干开口，作为非活性气体的进气口102，所述开口均匀分布在内槽100a的底部，所述开口可以是方形或圆形。可选的，所述进气管101可以通过所述内槽100a的底部直接引入，由第一导管101a直接连接第二导管101b，省去中间连接的第三导管101c，当然也可以根据实际清洗槽100的设计选择具体的引入方式。
本实施例中，如图2所示，所述进气口102设置在所述内槽100a的底部，非活性气体通过所述进气管101通入所述内槽100a，并通过所述进气口102在所述内槽100a的槽内向上扩散，减少所述内槽100a内含氧量，有效隔断了所述内槽100a内待清洗件110表面的金属层与氧气的接触，防止金属层被氧化。进一步的，非活性气体持续通入清洗液内，经扩散在清洗液表面形成一非活性隔离层，通过聚集的非活性气体，在清洗液表面与清洗槽的上盖103之间的空隙内形成正压环境，阻止氧气和水汽的进入清洗液，以达到保护待清洗件110表面金属层的目的。
实施例三
本实施例提供一种湿法清洗装置及其清洗方法，与实施例一和实施例二不同的是，本实施例中湿法清洗装置的清洗槽为喷淋反应腔。图3为本实施例提供的一种湿法清洗的结构示意图，如图3所示，本实施例中湿法清洗装置的清洗槽为喷淋反应腔200，所述喷淋反应腔200包括进气管201、排气管202、过滤装置203、半开放腔体204、旋转平台205、转轴206、喷嘴207及机械手臂208。所述过滤装置203内部设置有高效过滤网203a，且所述过滤装置203设置在喷淋反应腔200的顶部，通过在所述过滤装置203上设置一半开放腔体204，例如在所述过滤装置203顶部增加一密封盖并通过密封环(图中未示出)固定在过滤装置203上，所述半开放腔体204与过滤装置203连通。所述进气管101设置在喷淋反应腔200顶部且与所述密闭空间204连通，非活性气体通过所述进气管101进入半开放腔体204，由半开放腔体204经过过滤装置203中的高效过滤网203a过滤后进入喷淋反应腔200的内部，使喷淋反应腔200内部形成无氧的环境，达到隔离氧气的作用。
具体的，待清洗件210放置在喷淋反应腔200内的连接转轴206的旋转平台205上，待清洗件210中心与旋转平台206中心重合。待清洗件210固定好之后，待清洗件210旋转，带有清洗液喷嘴207的机械手臂208伸向待清洗件210上方中心，清洗液喷淋到待清洗件210表面。由于离心力的作用，清洗液由晶圆210中心向周围扩散，从而达到清洗液与待清洗件210全部上表面接触进行湿法清洗作业。非活性气体可以在待清洗件210进行喷淋清洗前通入，也可以与待清洗件210清洗过程同步进行。清洗液喷淋到待清洗件210表面对待清洗件210进行喷淋清洗时，待清洗件210表面(清洗液表面)被非活性气体包围，有效隔绝待清洗件210与氧气或水汽的接触。由于所述旋转平台205保持转动，故需保证所述喷淋反应腔200内的气体的相对流通，故本实施例提供的喷淋反应腔200的底部还设置有一排气管202，用于及时排出所述喷淋反应腔200内气体，便于气体流通。
另外，所述喷淋反应腔200底部的排气管202可以与进气管201在喷淋反应腔200的外部连通，所述排气管202排出的气体通过所述进气管201经过高效过滤网203a进入所述喷淋反应腔200内部，实现气体的循环利用。进一步的，非活性气体的流量控制可以与喷淋反应腔200内旋转平台205的旋转速率相对应。
本实施例中非活性气体通过所述进气管201进入喷淋反应腔200顶部的一半开放腔体204，并经过高效过滤网203a过滤后进入喷淋反应腔200内部，使喷淋反应腔200内部形成无氧的环境，达到隔离氧气的作用，进而可以很好的抑制清洗液对待清洗件210表面金属层的腐蚀。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (18)
1.一种湿法清洗方法，其特征在于，包括：
提供清洗槽，所述清洗槽内盛放清洗液；
将待清洗件置于清洗槽内的清洗液中，所述清洗液表面与所述清洗槽的上盖留有空隙；
在所述清洗液表面形成隔离氧气和水汽的非活性气体隔离层。
2.根据权利要求1所述的湿法清洗方法，其特征在于，所述非活性气体隔离层浓度沿远离所述清洗液表面的方向逐渐降低。
3.根据权利要求1所述的湿法清洗方法，其特征在于，所述空隙的高度范围为5cm-10cm。
4.根据权利要求1所述的湿法清洗方法，其特征在于，所述非活性气体隔离层通过聚集的非活性气体隔离氧气和水汽。
5.根据权利要求1所述的湿法清洗方法，其特征在于，所述非活性气体隔离层通过在所述空隙内形成正压环境，阻止氧气和水汽的进入清洗液。
6.根据权利要求1所述的湿法清洗方法，其特征在于，在所述清洗液表面形成非活性气体隔离层的步骤包括，向所述清洗液中或底部通非活性气体。
7.根据权利要求1所述的湿法清洗方法，其特征在于，所述空隙在远离所述非活性隔离层的位置连接至少一排气孔。
8.根据权利要求1所述的湿法清洗方法，其特征在于，所述清洗液包括去胶液，所述去胶液包括二甲亚砜和/或四甲基氢氧化铵。
9.根据权利要求1所述的湿法清洗方法，其特征在于，在所述清洗液表面形成非活性气体隔离层的步骤包括：在所述清洗槽的上盖设置进气管向所述空隙中通非活性气体。
10.根据权利要求6或9所述的湿法清洗方法，其特征在于，所述非活性气体的流速为10～30L/min。
11.根据权利要求1所述的湿法清洗方法，其特征在于，所述非活性气体为惰性气体。
12.根据权利要求1所述的湿法清洗方法，其特征在于，所述非活性气体为氮气。
13.根据权利要求1所述的湿法清洗方法，其特征在于，所述非活性气体持续通入。
14.根据权利要求1所述的湿法清洗方法，其特征在于，所述湿法清洗方法用于去除晶圆表面的光刻胶和/或聚合物。
15.一种湿法清洗装置，其特征在于，包括：
清洗槽；用于盛放清洗液，以及，
进气管，固定在所述清洗槽上，用于向所述清洗槽中通入非活性气体；其中，所述进气管固定在清洗槽的上盖，并连通若干设置在所述上盖并竖直向所述清洗液凸出的进气口，或所述进气管沿清洗槽内壁延伸到清洗槽底部，并连通若干设置在所述清洗槽底部的进气口。
16.根据权利要求15所述的湿法清洗装置，其特征在于，所述进气管可以为石英管、PTFE管或PFA管。
17.根据权利要求15所述的湿法清洗装置，其特征在于，相邻所述进气口之间的距离为5～15mm。
18.根据权利要求15所述的湿法清洗装置，其特征在于，所述进气口开口尺寸为0.5～3mm。
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