CN115502136A - 一种硅片清洗装置及清洗工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种硅片清洗装置，包括清洗部一和清洗部二，其中，所述清洗部一和所述清洗部二均设有：转台，其与硅片边缘接触，用于控制硅片旋转并使硅片悬置；喷淋组，其置于硅片两侧表面，用于对硅片双侧表面进行喷淋；所述清洗部一中还设有刷子刷洗硅片。本发明一种硅片清洗装置，尤其是适用于大尺寸硅片的逐片清洗，硅片单片式进行清洗，清洗后再继续对硅片进行吹气甩干；相对于原有的传统槽式清洗工艺，本发明可降低抛光硅片表面的颗粒和金属杂质，使硅片表面减少反被污染。本发明还提出一种采用该清洗装置的清洗工艺。

Description

一种硅片清洗装置及清洗工艺

技术领域

本发明属于硅片清洗用药液的配置技术领域，尤其是涉及一种硅片清洗装置及清洗工艺。

背景技术

硅片抛光后对硅片的清洗是非常重要的工序之一，也是整个硅片加工中最难处理的部分。硅片的抛光是通过化学机械作用，将表面研磨至最优状态，但是之后的清洗需要将原本残留在硅片表面的抛光液和异物清理掉，得到光滑平整的表面。随着半导体特征尺寸的减小以及集成度的提高，对硅片表面的的颗粒对要求也越来越高，而此种单片清洗的方式可以对每片硅片单独处理，实现最佳洁净状态。

而现有硅片清洗时大都是槽式清洗机，就是每个清洗步骤中都是在槽体承放的清洗液中对批量硅片进行清洗，每次清洗都是同一批次的若干硅片同步进入清洗槽中进行清洗。每次取硅片，都是同步将这一批次的硅片基体同步取出，导致清洗槽中的药液高度瞬间下落。由于每批次的硅片数量较多，导致槽内溶液变化幅度较大，再放入下一批次的硅片时，就需要有一个很长的缓冲时间来向槽体内续液，致使在续液时无法清洗硅片，使得硅片容易堆积，且前后工序之间设备的稼动率较低，而且还影响整体加工生产进度。

还有，多批次的批量硅片清洗后，会导致药液中的浓度被稀释，其清洗效果就会减弱，从而会导致批量硅片表面清洗不合格，需要返工清洗或直接报废，不仅清洗时间长而且清洗质量不均匀。

随着硅片尺寸逐步加大，尤其是对于大尺寸硅片，如12寸、18寸的硅片而言，现有批量硅片同槽清洗方式无法完全将大尺寸硅片清洗干净，因硅片表面面积大导致相邻硅片容易粘连，导致硅片表面清洗不均匀，质量无法保证。

发明内容

本发明提供一种硅片清洗装置及清洗工艺，尤其是适用于大尺寸硅片的逐片清洗，解决了现有清洗技术导致批量硅片表面清洗不合格，清洗效率低的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种硅片清洗装置，包括清洗部一和清洗部二，其中，

所述清洗部一和所述清洗部二均设有：

转台，其与硅片边缘接触，用于控制硅片旋转并使硅片悬置；

喷淋组，其置于硅片两侧表面，用于对硅片双侧表面进行喷淋；

所述清洗部一中还设有刷子刷洗硅片。

进一步的，所述转台包括：

固定台，沿其平面设有若干长条孔；

转头，竖向设置，沿其外壁面设有环形凹槽，所述凹槽直接与硅片边缘相适配；

支撑柱，固定在所述固定台上且贯穿所述长条孔立式设置，其内部设有转轴，所述转头设置在所述转轴顶部；

电机，其输出端与所述转轴连接，以驱动所述转头沿竖向轴向旋转；

所有所述长条孔的延长端相交于所述固定台的圆心，并沿所述固定台的周缘发散设置。

进一步的，在所述长条孔中沿其长度方向设有轨道，所述支撑柱与所述轨道滑动连接；

所述支撑柱可带动所述转头沿所述轨道往复滑动；

所述固定台与硅片同轴心配置。

进一步的，所述喷淋组包括若干对称设置的喷管，所有所述喷管的喷头均朝硅片中心倾斜设置；

硅片的每侧表面设有相对于硅片直径对称设置的所述喷管；

硅片两侧表面的所有所述喷管竖向同位置配置。

进一步的，在所述清洗部二中，硅片的每侧表面还设有用于气体流通的气管；

硅片的每侧表面的所述气管相对于硅片直径对称设置；

硅片两侧表面的所有所述气管竖向同位置配置。

进一步的，所述刷子分置于硅片两侧表面，其被配置在硅片的单侧半圆中，并可沿硅片的半圆直径方向往复移动。

进一步的，所述刷子被配置为可旋转圆形结构。

一种硅片清洗工艺，采用如上任一项所述的清洗装置，步骤包括：

清洗时，控制硅片单片水平放置并旋转；

在所述清洗部一中对硅片双面边喷药液边用所述刷子刷洗；

在所述清洗部二中对硅片双面药液清洗后再对硅片双面喷气。

进一步的，在所述清洗部一中，药液清洗完后还包括对硅片双面进行纯水进行清洗，在硅片双侧表面均形成一层水膜；

纯水清洗时所述刷子停止工作；

且纯水清洗时硅片旋转的速度大于药液清洗时硅片旋转的速度。

进一步的，在所述清洗部二中，所用药液为酸性药液，将硅片双面表面均形成一层氧化膜；

在药液清洗后对硅片双面喷氮气；

喷氮气时硅片旋转的速度大于药液清洗时的硅片旋转的速度。

进一步的，在所述清洗部一中，采用的药液是氨水、双氧水与水的混合液；

在所述清洗部二中，采用的药液是氢氟酸药液和臭氧水药液，且氢氟酸药液和臭氧水药液均独立喷洒。

采用本发明设计的一种硅片清洗装置及清洗工艺，尤其是适用于大尺寸硅片的逐片清洗，硅片单片式进行清洗，清洗后再继续对硅片进行吹气甩干；相对于原有的传统槽式清洗工艺，本发明可降低抛光硅片表面的颗粒和金属杂质，使硅片表面减少反被污染。

附图说明

图1是本发明一实施例的一种硅片清洗装置的结构示意图；

图2是本发明一实施例的一种硅片清洗装置的俯视图；

图3是本发明一实施例的固定台的俯视图；

图4是本发明一实施例的转头的结构示意图。

图中：

100、清洗装置 1、清洗部一 2、清洗部二

10、转台 11、固定台 12、转头

13、支撑柱 14、长条孔 15、轨道

20、喷淋组 21、喷管一 22、喷管二

23、喷管三 24、喷管四 25、气管

30、刷子 40、硅片

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本实施例提出一种硅片清洗装置100，如图1-2所示，包括清洗部一1和清洗部二2，其中，清洗部一1和清洗部二2均设有转台10和喷淋组20，其中，转台10，其与硅片40的边缘接触，用于控制硅片40旋转并使硅片40水平悬置，保持硅片40双侧表面裸露设置；喷淋组20，其置于硅片40两侧表面，用于对硅片40双侧表面进行喷淋；且在清洗部一1中还设有刷子30刷洗硅片，以对每个硅片单独进行刷洗模式，将硅片表面的杂质处理干净。

具体地，转台10包括固定台11、转头12、支撑柱13和电机。其中，固定台11为圆形结构，为了保证硅片40放置的一致性和稳定性，要求固定台11与硅片40同轴心配置，其结构如图3所示，固定台11沿其平面设有若干长条孔14；转头12为竖向设置，每个固定台11上至少设有三个转头12，其结构如图4所示，沿转头12的外壁面设有环形凹槽，凹槽直接与硅片40的边缘相适配；支撑柱13固定在固定台11上且贯穿长条孔14立式设置，其内部设有转轴，转头12设置在转轴顶部；电机的输出端与转轴连接，电机可驱动转轴带动转头12沿竖向轴向旋转，所有转头12同步旋转，进而可带动硅片水平旋转。

如图3所示，在每个长条孔14内设有轨道15；所有长条孔14的延长端相交于固定台11的圆心，并沿固定台11的周缘发散设置，支撑柱13的下端与轨道15滑动连接。进而可形成一个沿固定台11的圆心设置的均匀分布的长条孔14；在长条孔14中沿其长度方向设的轨道15，驱动支撑柱13带动转头12沿轨道15朝靠近固定台11的圆心一端滑动，同步收缩放置空间，以固定硅片40；或驱动支撑柱13带动转头12沿轨道15朝远离固定台11的圆心一端滑动，同步扩大放置空间，以松开硅片40。

在清洗时，硅片40会被机械手吸附固定，使抛光后的硅片40被移动到清洗部一1中的固定台11的正上方，同时调整好硅片40的水平位置，控制硅片40的正面朝上、背面朝下，同时控制所有支撑柱13带动转头12沿轨道15朝靠近固定台11的圆心一端同步滑动，一同收缩放置空间，以使所有转头12的凹槽与硅片40的外边缘接触，以固定硅片40悬置。再控制所有支撑柱13上的转轴同步同向旋转，以使所有转头12同步同向给硅片40一个旋转的驱动力，带动硅片40水平旋转。控制转轴的转速，进而可间接调整硅片40的转速。

进一步的，喷淋组20包括若干对称设置的喷管，所有喷管的喷头均朝硅片40的中心倾斜设置，倾斜角度可基于实际情况而定，但角度不大于90°。在硅片40旋转过程中，可带动药液或水在其表面上散开，药液或水受旋转的驱动，会逐步朝硅片40的中心位置分散。为了保证硅片40双面被清洗的均匀性，所以硅片40的每侧表面都设有相对于硅片40直径对称设置的喷管；且在硅片40的两侧表面上，所有的喷管均竖向同位置配置。对于每一个清洗部中的喷淋组20，包括上下设置的喷管组，在硅片40的上表面上直径的两端对称设置的喷管；且在硅片40的下表面上直径的两端也设有对称设置的喷管；并上下设置的所有喷管都正对应设置。

所有喷管都可沿竖直设置的伸缩杆上下移动，在硅片40被放置之前，所有喷管都远离转头12设置；当硅片40被稳定固定后，在硅片40两侧的所有喷管再逐步向硅片40双侧表面靠近。

进一步的，在清洗部一1中，由于药液是氨水、双氧水与水的混合液，该药液是提前配置好的，从配置槽中引出直接喷洒在硅片40的表面上即可，故，清洗部一1中仅需要四个喷管一21喷洒药液。由于在清洗部一1中，药液清洗后还需要采用纯水进行清洗，以使在硅片40的表面形成一层水膜，用于保护硅片40的双侧面不被空气污染，则清洗部一1中还需设置四个喷管二22喷洒纯水。喷管一21和喷管二22的分布如图1-2所示，在硅片40的两侧分设两个喷管一21和两个喷管二22，且在硅片40的每一侧面上，两个一21和两个喷管二22对称设置在硅片40的直径两端；上下设置的喷管一21和喷管二22竖向同位置设置。

进一步的，在清洗部一1中，还设有用于帮助药液均匀分布并能刷除硅片40表面上杂质的刷子30，刷子30的数量为2个，刷子30分置于硅片40的两侧表面，其上下对称设置并被配置在硅片40的单侧半圆中，以保证硅片40清洗的平衡度，刷子30被伸缩设置的连杆控制，可沿硅片40的半圆直径方向往复移动；同时，刷子30还可自转，其被配置为可旋转的圆形结构。刷子30的位置与喷管间隔设置，避免刷子30在刷洗过程中与喷管干涉。在喷管一21和喷管二22同步靠近硅片表面时，刷子30也向硅片40的双侧表面靠近，直至移动到其标准位置。

刷子30只有在喷管一21在喷洒药液时进行工作，且喷管一21喷洒药液时，喷管二22不工作；当药液清洗后是纯水清洗，此时，喷管二22开始工作，刷子30停止工作并沿竖直高度远离硅片40的表面，喷管二22喷洒纯水一定时间后，即停止转头12的旋转进而使硅片40停止旋转；且喷洒纯水时，硅片40旋转的速度大于药液喷洒时其旋转的速度，目的是使在很短的时间内在硅片40的双侧表面形成一层水膜。

具体地，在清洗部二2中，硅片40被机械手从清洗部一1转移至转台10上，并通过控制支撑柱13带动转头12以加固硅片40的边缘并悬置设置。由于清洗部二2中的药液是酸洗性药液，其成分是氢氟酸药液和臭氧水药液，且氢氟酸药液和臭氧水药液均独立喷洒且同步喷洒，故清洗部二2中设有四个喷管三23用于喷洒配置好且具有一定浓度的氢氟酸药液、四个喷管四24用于喷洒配置好且具有一定浓度的臭氧水药液。喷管三23和喷管四24的分布如清洗部一1中的喷管一21和喷管二22的分布位置相同，在此不再详述。

对硅片40的酸洗目的是去除硅片40双面上的残留的氨水、双氧水与水的混合液的同时，对硅片40的双侧表面进行氧化，以形成一层氧化膜，以保护硅片40的表面。在这一过程中，药液清洗后，需要对硅片40的双侧表面进行干燥，由于硅片40的悬置，无法直接对其烘干，故又在硅片40的两侧表面都有用于通氮气的气管25，也就是设置四个气管25，分别与喷管三23和喷管四24并齐设置。在用药液清洗硅片40时，双侧的喷管三23和喷管四24都工作，且气管25不工作；当药液清洗完毕后，喷管三23和喷管四24停止工作，气管25工作。当通入氮气一定时间后，再停止硅片40旋转；在整个清洗过程中，硅片40始终是旋转的，但在喷氮气时硅片40旋转的速度大于在药液清洗时硅片40旋转的速度，目的是在高速旋转下，硅片40表面的药水被快速甩干，同时氮气可快速将硅片40表面上药液吹干。

一种硅片清洗工艺，采用如上任一项所述的清洗装置100，步骤包括：

清洗时，控制硅片40单片依次水平放置在清洗部一1中的转台10上和清洗部二2中的转台上，且在清洗过程中，始终控制硅片40旋转。

S1、在清洗部一1中对硅片40双面边喷药液边用刷子30刷洗，药液清洗完后还包括对硅片40双面进行纯水清洗，在硅片双侧表面均形成一层水膜。

具体地，硅片40被机械手吸附固定，机械手将抛光后的硅片40被移动到清洗部一1中的固定台11的正上方，同时调整好硅片40的水平位置，控制硅片40的正面朝上、背面朝下。

再控制所有支撑柱13带动转头12沿轨道15朝靠近固定台11的圆心一端同步滑动，一同收缩放置空间，以使所有转头12的凹槽与硅片40的外边缘接触，以固定硅片40悬置。

再控制喷管一21和喷管二22同步靠近硅片表面时，刷子30也向硅片40的双侧表面靠近，直至移动到其标准位置。

待硅片40被固定后，再控制所有支撑柱13上的转轴同步同向旋转，以使所有转头12同步同向给硅片40一个旋转的驱动力，带动硅片40水平旋转。同时控制四个喷管一21向硅片40双侧表面喷洒氨水、双氧水与水的混合液，其中，氨水、双氧水与水的混合液的体积比为1：2：100。同时控制刷子30开始工作，刷子30边自转边在硅片40的表面上沿硅片40的直径方向往复移动。药液先将硅片40双侧表面上的残留抛光液去除，同时通过刷子30不仅可将药液均匀地分布在硅片40的全表面上，还可将硅片40表面上的颗粒杂质刷掉。

当药液清洗后再对硅片40的双侧表面进行纯水清洗，此时，喷管二22开始工作，刷子30停止工作并沿竖直高度远离硅片40的表面，喷管二22喷洒纯水10-15s后，即停止转头12的旋转进而使硅片40停止旋转。喷洒纯水时，其中，硅片40的旋转速度为500-2000rpm，且硅片40旋转的速度大于药液喷洒时其旋转的速度，优选地，硅片40在纯水清洗时的速度为150-250rpm，大于其在药液清洗时的旋转速度40-60rpm；目的是使在很短的时间内在硅片40的双侧表面形成一层水膜。

S2、在控制硅片40移动至清洗部二2中对其双面进行酸性药液清洗，之后再对硅片40的双面进行喷气干燥。

具体地，机械手从清洗部一1中取走硅片40，将硅片40转移至清洗部二2上的转台10上，并通过控制支撑柱13带动转头12以加固硅片40的边缘并悬置设置。

再控制喷管三23、喷管四24和气管25同步靠近硅片表面，直至移动到其标准位置。

待硅片40被固定后，再控制所有支撑柱13上的转轴同步同向旋转，以使所有转头12同步同向给硅片40一个旋转的驱动力，带动硅片40水平旋转。同时控制四个喷管三23和喷管四24向硅片40双侧表面喷洒氢氟酸药液和臭氧水药液，其中，氢氟酸药液的浓度是0.5-2％，臭氧水药液浓度是15-25mg/L。

对硅片40的酸洗目的是去除硅片40双面上的残留的氨水、双氧水与水的混合液的同时，对硅片40的双侧表面进行氧化，以形成一层氧化膜，以保护硅片40的表面。

药液清洗后，需要对硅片40的双侧表面进行干燥，向气管25通入氮气，氮气的流量为0.5-2L/min，当通入氮气10-15s后，再停止硅片40旋转和氮气。在整个清洗过程中，硅片40始终是旋转的，但在喷氮气时硅片40旋转的速度为150-250rpm，大于其在药液清洗时的旋转速度40-60rpm，目的是在高速旋转下，硅片40表面的药水被快速甩干，同时氮气可快速将硅片40表面上药液吹干。

连续两次清洗完毕后，硅片被机械手夹持传递至收置盒中密封存放。

采用本申请工艺对尺寸为12寸的硅片40进行清洗后的洁净度进行检测，通过颗粒检测仪，可得到颗粒水平@37nm≤30ea，即37nm的颗粒小于30颗；通过金属检测设备可以得到表金属水平≤1E9atom/cm²，完全符合硅片40的标准要求。

采用本发明设计的一种硅片清洗装置及清洗工艺，尤其是适用于大尺寸硅片的逐片清洗，硅片单片式进行清洗，清洗后再继续对硅片进行吹气甩干；相对于原有的传统槽式清洗工艺，本发明可降低抛光硅片表面的颗粒和金属杂质，使硅片表面减少反被污染。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种硅片清洗装置，其特征在于，包括清洗部一和清洗部二，其中，所述清洗部一和所述清洗部二均设有：

转台，其与硅片边缘接触，用于控制硅片旋转并使硅片悬置；

喷淋组，其置于硅片两侧表面，用于对硅片双侧表面进行喷淋；

所述清洗部一中还设有刷子刷洗硅片。

2.根据权利要求1所述的一种硅片清洗装置，其特征在于，所述转台包括：固定台，沿其平面设有若干长条孔；

转头，竖向设置，沿其外壁面设有环形凹槽，所述凹槽直接与硅片边缘相适配；

支撑柱，固定在所述固定台上且贯穿所述长条孔立式设置，其内部设有转轴，所述转头设置在所述转轴顶部；

电机，其输出端与所述转轴连接，以驱动所述转头沿竖向轴向旋转；

所有所述长条孔的延长端相交于所述固定台的圆心，并沿所述固定台的周缘发散设置。

3.根据权利要求2所述的一种硅片清洗装置，其特征在于，在所述长条孔中沿其长度方向设有轨道，所述支撑柱与所述轨道滑动连接；

所述支撑柱可带动所述转头沿所述轨道往复滑动；

所述固定台与硅片同轴心配置。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种硅片清洗装置，其特征在于，所述喷淋组包括若干对称设置的喷管，所有所述喷管的喷头均朝硅片中心倾斜设置；

硅片的每侧表面设有相对于硅片直径对称设置的所述喷管；

硅片两侧表面的所有所述喷管竖向同位置配置。

5.根据权利要求4所述的一种硅片清洗装置，其特征在于，在所述清洗部二中，硅片的每侧表面还设有用于气体流通的气管；

硅片的每侧表面的所述气管相对于硅片直径对称设置；

硅片两侧表面的所有所述气管竖向同位置配置。

6.根据权利要求1-3、5任一项所述的一种硅片清洗装置，其特征在于，所述刷子分置于硅片两侧表面，其被配置在硅片的单侧半圆中，并可沿硅片的半圆直径方向往复移动；

所述刷子被配置为可旋转圆形结构。

7.一种硅片清洗工艺，其特征在于，采用如权利要求1-6任一项所述的清洗装置，步骤包括：

清洗时，控制硅片单片水平放置并旋转；

在所述清洗部一中对硅片双面边喷药液边用所述刷子刷洗；

在所述清洗部二中对硅片双面药液清洗后再对硅片双面喷气。

8.根据权利要求7所述的一种硅片清洗工艺，其特征在于，在所述清洗部一中，药液清洗完后还包括对硅片双面进行纯水进行清洗，在硅片双侧表面均形成一层水膜；

纯水清洗时所述刷子停止工作；

且纯水清洗时硅片旋转的速度大于药液清洗时硅片旋转的速度。

9.根据权利要求7所述的一种硅片清洗工艺，其特征在于，在所述清洗部二中，所用药液为酸性药液，将硅片双面表面均形成一层氧化膜；

在药液清洗后对硅片双面喷氮气；

喷氮气时硅片旋转的速度大于药液清洗时的硅片旋转的速度。

10.根据权利要求7-9任一项所述的一种硅片清洗工艺，其特征在于，在所述清洗部一中，采用的药液是氨水、双氧水与水的混合液；

在所述清洗部二中，采用的药液是氢氟酸药液和臭氧水药液，且氢氟酸药液和臭氧水药液均独立喷洒。

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