CN115527884B - 一种晶圆片的清洗装置及方法 - Google Patents

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Abstract

为克服现有晶圆片的湿法化学清洗工艺存在清洗效率低、废液处理难度高和表面金属离子、颗粒残留的问题，本发明提供了一种晶圆片的清洗装置和清洗方法，所述晶圆片的清洗装置包括粗清洗模块、转运结构和精清洗模块，所述粗清洗模块包括第一清洗槽、第二清洗槽和第三清洗槽，所述第一清洗槽中设置有第一清洗液，所述第二清洗槽中设置有第二清洗液，所述第三清洗槽中设置有第三清洗液，所述精清洗模块包括毛刷清洗装置和冲洗装置。本发明提供的晶圆片的清洗装置能够有效去除晶圆片上的颗粒和减少金属离子残留，降低清洗产生的废液量，显著提高了清洗效果。

Description

一种晶圆片的清洗装置及方法
技术领域
本发明属于晶圆片加工技术领域，具体涉及一种晶圆片的清洗装置及方法。
背景技术
随着科技的快速发展，半导体行业对晶圆片生产和制造的各方面技术要求也越来越高。在晶圆片的长晶、衬底及外延阶段中，含有多个工艺步骤，其中每一个工艺步骤都有可能产生和增加沾污，其中包括颗粒物、金属原子、金属离子、有机杂质、氧化膜等。这些外来沾污会对后续的器件制造工艺产生负面影响，例如栅极氧化膜耐压劣化、PN结逆方向漏电流增大、少子寿命缩短、绝缘膜耐压不良、接触电阻增加等影响。为了减少这些沾污的影响，半导体行业一般采用合适的清洗设备，搭配湿法化学清洗工艺(例如RCA清洗工艺)，利用沾污与各种化学药液反应后溶于化学溶剂或水的原理洗净晶圆片表面，从而减少表面沾污。湿法清洗工艺的特点是：在对晶圆片表面不产生损伤或退化性改变的条件下，从半导体表面去除微粒或化学沾污。因此湿法清洗工艺是利用不同的液体化学品来去除晶圆片表面杂质颗粒和金属离子，并对晶圆片表面无任何损伤的一种工艺；而清洗设备更是重中之重，是清洗工艺能发挥最佳效果的基础保障。
传统的清洗设备可分两大类：一是以槽式清洗机为代表的清洗方法。其优点是简单高效，可通过药液浸泡晶圆片以去除其表面杂质，因此具有成本低、清洗效率高、高效去除表面金属离子的优点。但是随着工艺的发展，半导体行业对晶圆片表面洁净度的要求越来越高，其缺点也愈发凸显。由于槽式清洗机采用工艺槽药液浸泡的清洗方法，碳化硅晶圆片表面颗粒度清洗水平有限，难以一次清洗达到合格标准，为了达到一定颗粒清洗水平，药液更换频繁，需要消耗大量药液产生大量废水废液，对环境影响较大，同时清洗成本也较高。此外，槽式清洗机还存在占地面积大、交叉污染、单片清洗效率低下的问题，而且一次清洗约洗25-50片晶圆片，清洗和干燥环节一旦出现问题，整个花篮的晶圆片都会受损，大大影响其清洗良率。
二是以单片机为代表的清洗设备。其优点是清洗良率高，药液可循环利用，小批量高效清洗、占地面积小的优点。但是其缺点也同样明显：每次只能清洗一片，产能低，清洗药液温度不能过高，难以兼容90℃以上的工艺温度，导致晶圆片表面金属离子残留严重。同时多腔体单片机设备造价昂贵，成本过高。
传统湿法化学清洗工艺，药液浓度高，更换频率高，且氢氟酸等高危化学试剂的使用会对人员操作和废液废水处理提出较大的挑战。清洗过程中产生大量高浓度的废液废水，其处理成本较高且环境污染严重。
发明内容
针对现有晶圆片的湿法化学清洗工艺存在清洗效率低、废液处理难度高和表面金属离子、颗粒残留的问题，本发明提供了一种晶圆片的清洗装置及方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
一方面，本发明提供了一种晶圆片的清洗装置，包括粗清洗模块、转运结构和精清洗模块，所述粗清洗模块包括沿晶圆片物料传送方向依次设置的第一清洗槽、第二清洗槽和第三清洗槽，所述第一清洗槽中设置有第一清洗液，所述第一清洗液包括硫酸和双氧水，所述第二清洗槽中设置有第二清洗液，所述第二清洗液包括氨水、双氧水和四甲基氢氧化铵；所述第三清洗槽中设置有第三清洗液，所述第三清洗液包括盐酸和双氧水；
所述转运结构用于所述粗清洗模块和所述精清洗模块之间的晶圆片转运；
所述精清洗模块包括毛刷清洗装置和冲洗装置。
可选的，所述第一清洗槽中设置有超声波设备，所述第二清洗槽中设置于兆声波设备。
可选的，所述第一清洗液包括以下重量比例的物料：
硫酸58.88％～81.67％，过氧化氢5％～12％；
所述第二清洗液包括以下重量比例的物料：
NH3 0.256％～1.25％，过氧化氢0.56％～1.47％，四甲基氢氧化铵0.19％～0.48％；
所述第三清洗液包括以下重量比例的物料：
HCl 1.15％～6％，过氧化氢2％～7.5％。
可选的，所述粗清洗模块还包括有第一过渡水槽、第二过渡水槽和第三过渡水槽；
所述第一过渡水槽位于所述第一清洗槽和所述第二清洗槽之间，用于对经过第一清洗槽的晶圆片进行冲洗；
所述第二过渡水槽位于所述第二清洗槽和所述第一清洗槽之间，用于对经过第二清洗槽的晶圆片进行冲洗；
所述第三过渡水槽位于所述第三清洗槽的下游，用于对经过所述第三清洗槽的晶圆片进行冲洗。
可选的，所述精清洗模块还包括用于放置晶圆片的卡盘，所述毛刷清洗装置设置于所述卡盘的上方，所述冲洗装置包括清洗剂供应结构、喷射头和喷射孔，所述喷射孔形成于所述卡盘上，所述喷射头位于所述卡盘的上方，所述清洗剂供应结构分别连通所述喷射头和所述喷射孔。
可选的，所述清洗剂供应结构包括第一清洗剂供应结构、第二清洗剂供应结构、水供应结构和氮气供应结构，所述第一清洗剂供应结构储存有第四清洗液；所述第二清洗剂供应结构存储有第五清洗液。
可选的，所述卡盘选自伯努利非接触式吸盘，所述卡盘的底部设置有旋转结构。
另一方面，本发明提供了一种晶圆片的清洗方法，包括以下操作步骤：
粗清洗：将晶圆片置于第一清洗液中进行浸泡清洗，所述第一清洗液包括硫酸和双氧水；将晶圆片置于第二清洗液中进行浸泡清洗，所述第二清洗液包括氨水、双氧水和四甲基氢氧化铵；将晶圆片置于第三清洗液中进行浸泡清洗，所述第三清洗液包括盐酸和双氧水；
精清洗：对晶圆片进行毛刷清洗操作；对晶圆片进行喷射清洗操作。
可选的，在进行第一清洗液的清洗操作时，同时施加超声波；在进行第二清洗液的清洗操作时，同时施加兆声波。
可选的，所述第一清洗液包括以下重量比例的物料：
硫酸58.88％～81.67％，过氧化氢5％～12％；
所述第二清洗液包括以下重量比例的物料：
NH3 0.256％～1.25％，过氧化氢0.56％～1.47％，四甲基氢氧化铵0.19％～0.48％；
所述第三清洗液包括以下重量比例的物料：
HCl 1.15％～6％，过氧化氢2％～7.5％。
可选的，所述“粗清洗”操作中，第一清洗液的浸泡温度为100～120℃，浸泡时间为15～20min，经第一清洗液浸泡清洗后，将晶圆片置于第一过渡水槽中进行冲洗，再使用第二清洗液浸泡清洗；第二清洗液的浸泡温度为50～80℃，浸泡时间为5～10min，经第二清洗液浸泡清洗后，将晶圆片置于第二过渡水槽中进行冲洗，再使用第三清洗液浸泡清洗；第三清洗液的浸泡温度为50～80℃，浸泡时间为5～10min，第三清洗液浸泡清洗后，将晶圆片置于第三过渡水槽中进行冲洗。
可选的，所述“喷射清洗操作”包括：
对晶圆片的表面进行第四清洗液的喷射清洗；
对晶圆片的表面进行水和氮气混合喷射清洗；
对晶圆片的表面进行第五清洗液的喷射清洗；
对晶圆片的表面进行水和氮气混合喷射清洗。
可选的，所述“喷射清洗操作”，均包括对晶圆片的正反两面进行喷射冲洗的操作。
可选的，所述晶圆片的清洗方法还包括以下操作：
通过高速自转对晶圆片进行离心干燥。
根据本发明提供的晶圆片的清洗装置，采用了粗清洗模块和精清洗模块组合的方式对晶圆片进行清洗操作，粗清洗模块中对第一清洗液、第二清洗液和第三清洗液进行了特殊限制，其中所述第一清洗液包括硫酸和双氧水，所述第二清洗液包括氨水、双氧水和四甲基氢氧化铵，所述第三清洗液包括盐酸和双氧水，通过上述清洗液组合，能够有效去除晶圆片上的有机物、金属离子和微米级以上的颗粒，而通过后续精清洗模块中的刷清洗装置和冲洗装置能够进一步去除晶圆片上纳米级的颗粒和减少金属离子残留，工艺过程无需采用氢氟酸，降低清洗产生的废液量，显著提高了清洗效果，本发明中晶圆片的清洗装置第一阶段粗清洗只需要去除有机物、金属离子及大颗粒，对细小颗粒无管控；而第二阶段精清洗中去除剩余细小颗粒度，且不需要HF等药液即减少了强酸对设备的腐蚀耗损，整体设备造价成本显著降低。相比于传统设备本发明提供的晶圆片的清洗装置成本可降低约50％，经本发明晶圆片的清洗装置清洗后的氮化硅片能够达到每平方厘米金属离子残留个数＜6E10，部分金属离子＜2E10；颗粒度：晶圆片表面微粒≤2个/平方厘米。
附图说明
图1是本发明提供的晶圆片的清洗装置的结构示意图；
图2是本发明提供的晶圆片清洗前SICA测脏污颗粒残留量测试结果；
图3是本发明提供的晶圆片清洗后SICA测脏污颗粒残留量测试结果。
说明书附图中的附图标记如下：
1、粗清洗模块；11、第一清洗槽；12、第一过渡水槽；13、第二清洗槽；14、第二过渡水槽；15、第三清洗槽；16、第三过渡水槽；17、第一机械臂；18、第二机械臂；19、第三机械臂；2、第四机械臂；3、精清洗模块；31、喷头；32、卡盘；33、毛刷装置；34、第五机械臂；35、第六机械臂。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1所示，本发明一实施例提供了一种晶圆片的清洗装置，包括粗清洗模块1、转运结构和精清洗模块3，所述粗清洗模块1包括沿晶圆片物料传送方向依次设置的第一清洗槽11、第二清洗槽13和第三清洗槽15，所述第一清洗槽11中设置有第一清洗液，所述第一清洗液包括硫酸和双氧水，所述第二清洗槽13中设置有第二清洗液，所述第二清洗液包括氨水、双氧水和四甲基氢氧化铵；所述第三清洗槽15中设置有第三清洗液，所述第三清洗液包括盐酸和双氧水；
所述转运结构用于所述粗清洗模块1和所述精清洗模块3之间的晶圆片转运；
所述精清洗模块3包括毛刷清洗装置和冲洗装置，所述毛刷清洗装置用于对晶圆片的表面进行毛刷清洗操作，所述冲洗装置用于对晶圆片表面进行清洗液冲洗操作。
所述晶圆片的清洗装置中采用了粗清洗模块1和精清洗模块3组合的方式对晶圆片进行清洗操作，发明人通过大量试验总结，在粗清洗模块1中对第一清洗液、第二清洗液和第三清洗液进行了特殊限制，通过上述清洗液组合，能够有效去除晶圆片上的有机物、金属离子和微米级以上的颗粒，而通过后续精清洗模块3中的刷清洗装置和冲洗装置能够进一步去除晶圆片上纳米级的颗粒和减少金属离子残留，工艺过程无需采用氢氟酸，降低清洗产生的废液量，显著提高了清洗效果，本发明中晶圆片的清洗装置第一阶段粗清洗只需要去除有机物、金属离子及大颗粒，对细小颗粒无管控；而第二阶段精清洗中去除剩余细小颗粒度，且不需要HF等药液即减少了强酸对设备的腐蚀耗损，整体设备造价成本显著降低。相比于传统设备本发明提供的晶圆片的清洗装置成本可降低约50％，经本发明晶圆片的清洗装置清洗后的氮化硅片能够达到每平方厘米金属离子残留个数＜6E10，部分金属离子＜2E10；颗粒度：晶圆片表面微粒≤2个/平方厘米。
在一些实施例中，所述第一清洗槽11中设置有超声波设备，所述第二清洗槽13中设置于兆声波设备。
在进行晶圆片的第一清洗液的浸泡清洗时，相比于直接浸泡清洗，本实施例中对第一清洗液施加超声波，二者结合，即满足去除有机物及部分大颗粒的清洗要求，又降低了废液及废水浓度，污水处理成本显著降低，且药液浓度降低，对设备要求降低，显著增加了设备的寿命及成本。
同时，在进行晶圆片的第二清洗液的浸泡清洗时，通过增加兆声波设备，能够有效提高晶圆片表面杂质颗粒的脱落和溶解效率，缩短清洗时间，提升清洗效果。
在一些实施例中，所述第一清洗液包括以下重量比例的物料：
硫酸58.88％～81.67％，过氧化氢5％～12％；
所述第二清洗液包括以下重量比例的物料：
NH3 0.256％～1.25％，过氧化氢0.56％～1.47％，四甲基氢氧化铵0.19％～0.48％；
所述第三清洗液包括以下重量比例的物料：
HCl 1.15％～6％，过氧化氢2％～7.5％。
在优选的实施例中，所述第一清洗液包括以下重量比例的物料：
98％浓硫酸：30％双氧水＝3～5：1～2；
所述第二清洗液包括以下重量比例的物料：
27％氨水：30％双氧水：水：四甲基氢氧化铵＝5～20：10～20：400～500：1～2；所述第三清洗液包括以下重量比例的物料：
15％盐酸：30％双氧水：水＝1～4：1～2：5～10。
在更优选的实施例中，所述第一清洗液包括以下重量比例的物料：
98％浓硫酸：30％双氧水＝3～4：1～2；
所述第二清洗液包括以下重量比例的物料：
27％氨水：30％双氧水：水：四甲基氢氧化铵＝5～10：10～20：400～500：1～2所述第三清洗液包括以下重量比例的物料：
15％盐酸：30％双氧水：水＝1～2：1～2：5～10。
以上所采用的“水”应选自杂质含量低的水，如纯水、超纯水、蒸馏水、去离子水等，避免水中携带的杂质对于清洗过程的影响。
需要说明的是，由于硫酸、过氧化氢、氨气和氯化氢的纯净物难以制备和保存，通过采用溶液的方式能够便于对各组分含量进行配比调整，以上对于浓硫酸、双氧水、氨水和盐酸的质量浓度限定仅为本发明的部分实施例，在其他实施例中，本领域技术人员也可采用其他质量浓度的浓硫酸、双氧水、氨水和盐酸进行配比，使最终第一清洗液、第二清洗液和第三清洗液的溶质浓度与上述一致。
在一些实施例中，所述粗清洗模块1还包括有第一过渡水槽12、第二过渡水槽14和第三过渡水槽16；
所述第一过渡水槽12位于所述第一清洗槽11和所述第二清洗槽13之间，用于对经过第一清洗槽11的晶圆片进行冲洗；
所述第二过渡水槽14位于所述第二清洗槽13和所述第一清洗槽11之间，用于对经过第二清洗槽13的晶圆片进行冲洗；
所述第三过渡水槽16位于所述第三清洗槽15的下游，用于对经过第三清洗槽15的晶圆片进行冲洗。
通过设置所述第一过渡水槽12、所述第二过渡水槽14和所述第三过渡水槽16，能够有效洗脱所述晶圆片清洗处理后表面的第一清洗液、第二清洗液和第三清洗液，避免不同清洗槽之间的清洗液相互污染，也避免了第三清洗液对后续工艺的影响。
在一些实施例中，所述精清洗模块3还包括用于放置晶圆片的卡盘32，所述毛刷清洗装置设置于所述卡盘32的上方，所述冲洗装置包括清洗剂供应结构、喷射头和喷射孔，所述喷射孔形成于所述卡盘32上，所述喷射头位于所述卡盘32的上方，所述清洗剂供应结构分别连通所述喷射头和所述喷射孔。
通过所述喷射头对所述晶圆片的正面进行喷射清洗处理，通过所述喷射孔对所述晶圆片的反面进行喷射清洗处理，从而避免所述晶圆片背面的杂质颗粒对于晶圆片正面产生污染。
在一些实施例中，所述毛刷装置33选自PVA(聚乙烯醇)纳米级毛刷。
PVA纳米级毛刷对于晶圆片表面的0.4-1μm粒径的杂质颗粒具有较好的去除效果。
在一些实施例中，所述清洗剂供应结构包括第一清洗剂供应结构、第二清洗剂供应结构、水供应结构和氮气供应结构，所述第一清洗剂供应结构储存有所述第四清洗液；所述第二清洗剂供应结构存储有所述第五清洗液。
所述第一清洗剂供应结构用于对所述喷射头和所述喷射孔供应第四清洗液；所述第一清洗剂供应结构中的第四清洗液成分与所述第二清洗槽13中的第二清洗液成分一致；所述第二清洗剂供应结构用于对所述喷射头和所述喷射孔供应第五清洗液，所述第二清洗剂供应结构中的第五清洗液成分与所述第三清洗槽15中的第三清洗液成分一致；所述水供应结构用于对所述喷射头和所述喷射孔供应水；所述氮气供应结构用于对所述喷射头和所述喷射孔供应氮气。
在一些实施例中，所述卡盘32选自伯努利非接触式吸盘，所述卡盘32的底部设置有旋转结构。
采用伯努利非接触式吸盘作为晶圆片的固定结构，能够在不直接接触的条件下对晶圆片进行固定，从而避免由于夹具或其他固定结构接触导致的晶圆片污染，同时也便于喷射孔对晶圆片底面的喷射清洗。
所述旋转结构用于带动晶圆片转动，所述毛刷装置33为固定设置，通过所述晶圆片自身的旋转以对表面的颗粒进行刷除；在进行精清洗操作后，可通过所述旋转结构带动晶圆片自转以通过离心力对晶圆片进行干燥处理。
在一些实施例中，所述粗清洗模块1包括有第一机械臂17、第二机械臂18和第三机械臂19，所述第一机械臂17用于粗清洗模块1的进料处、第一清洗槽11和第一过渡水槽12之间的晶圆片转运；所述第二机械臂18用于第一过渡水槽12、第二清洗槽13和第二过渡水槽14之间的晶圆片转运；所述第三机械臂19用于第二过渡水槽14、第三清洗槽15、第三过渡水槽16和粗清洗模块1的出料处之间的晶圆片转运。所述粗清洗模块1的出料处同时也为所述精清洗模块3的进料处，一方面可送出多片盒，另一方面，较干净的晶圆片可直接从此处进入进行精清洗。
所述粗清洗模块1中，多个所述晶圆片放置于多片盒中，再经由所述第一机械臂17、所述第二机械臂18和所述第三机械臂19转运。
所述转运结构选自第四机械臂2，所述第四机械臂2用于所述精清洗模块3的进料处和所述卡盘32之间的晶圆片转运。具体的，所述第四机械臂2对多片盒中的晶圆片单片吸取转运至单个卡盘32中。所述卡盘32的数量为多个，为满足物料转运需求，所述第四机械臂2的数量也设置为多个。
所述精清洗模块3还包括第五机械臂34和第六机械臂35，所述第五机械臂34用于将精清洗处理后的晶圆片放置于单片盒中，所述第六机械臂35用于将单片盒转运至所述精清洗模块3的出料处。
全程设备自动完成，无人工参与，避免人为引进沾污二次污染。
本发明的另一实施例提供了一种晶圆片的清洗方法，采用以上所述的晶圆片清洗装置，包括以下操作步骤：
粗清洗：将晶圆片置于第一清洗液中进行浸泡清洗，所述第一清洗液包括硫酸和双氧水；将晶圆片置于第二清洗液中进行浸泡清洗，所述第二清洗液包括氨水、双氧水和四甲基氢氧化铵；将晶圆片置于第三清洗液中进行浸泡清洗，所述第三清洗液包括盐酸和双氧水；
精清洗：对晶圆片进行毛刷清洗操作；对晶圆片进行喷射清洗操作。
在所述粗清洗操作中。所述第一清洗液包括硫酸和双氧水，硫酸能够碳化有机物，且硫酸与双氧水化学作用产生的强氧化原子O可以去除碳化的有机物；所述第二清洗液包括氨水、双氧水和四甲基氢氧化铵，双氧水作为强氧化剂，能使晶圆片表面的杂质颗粒氧化，杂质颗粒上被氧化形成的氧化层能提供消散机制，能使杂质颗粒分裂并溶解，从而破坏杂质颗粒与晶圆片表面之间的附着力，最终杂质颗粒可溶解于第二清洗液中而脱离晶圆片表面，而氨水对一些金属(Cu、Au、Zn、Cd、Ni、Co、Cr)有络合作用从而清洗去除，四甲基氢氧化铵的加入能够一定程度上提高第二清洗液对于金属离子和杂质颗粒的清洗能力，由于其不含金属离子，因此可避免在清洗过程中引入新的金属离子杂质；所述第三清洗液包括盐酸和双氧水，通过双氧水强氧化能力使要去除的金属氧化，之后盐酸与金属氧化物生成可溶性氯化物而溶解于第三清洗液中，有效去除晶圆片表面吸附的碱性离子和各种微量金属离子(例如Fe、Al等)或者金属氢氧化物(例如Al(OH)3，Fe(OH)3，Mg(OH)2，Zn(OH)2等)。
在一些实施例中，在进行第一清洗液的清洗操作时，同时施加超声波；在进行第二清洗液的清洗操作时，同时施加兆声波。
通过施加超声波和兆声波能够降低第一清洗液和第二清洗液清洗所需的溶质浓度，有效提高清洗效果，减少废液产生。
在一些实施例中，所述第一清洗液包括以下重量比例的物料：
硫酸58.88％～81.67％，过氧化氢5％～12％；
所述第二清洗液包括以下重量比例的物料：
NH3 0.256％～1.25％，过氧化氢0.56％～1.47％，四甲基氢氧化铵0.19％～0.48％；
所述第三清洗液包括以下重量比例的物料：
HCl 1.15％～6％，过氧化氢2％～7.5％。
在一些实施例中，所述“粗清洗”操作中，第一清洗液的浸泡温度为100～120℃，浸泡时间为15～20min，经第一清洗液浸泡清洗后，将晶圆片置于第一过渡水槽中进行冲洗，再使用第二清洗液浸泡清洗；第二清洗液的浸泡温度为50～80℃，浸泡时间为5～10min，经第二清洗液浸泡清洗后，将晶圆片置于第二过渡水槽中进行冲洗，再使用第三清洗液浸泡清洗；第三清洗液的浸泡温度为50～80℃，浸泡时间为5～10min，第三清洗液浸泡清洗后，将晶圆片置于第三过渡水槽中进行冲洗。
在一些实施例中，所述“喷射清洗操作”包括：
对晶圆片的表面进行第四清洗液的喷射清洗；
对晶圆片的表面进行水和氮气混合喷射清洗；
对晶圆片的表面进行第五清洗液的喷射清洗；
对晶圆片的表面进行水和氮气混合喷射清洗。
在粗清洗的浸泡清洗操作中，主要进行金属离子的去除以及一些微米级以上颗粒的去除，而相比于粗清洗的浸泡清洗操作，精清洗操作中采用喷射头和喷射孔进行喷射清洗，更有利于晶圆片表面颗粒的去除，进而可以去除直径0.2-0.4μm的颗粒，保证晶圆片表面的清洁度。
在一些实施例中，所述“喷射清洗操作”，均包括对晶圆片的正反两面进行喷射冲洗的操作。
如上所述，通过设置喷射头和喷射孔分别对晶圆片的正反两面进行喷射冲洗，相比于现有仅清洗晶圆片正面的操作，能够有效避免晶圆片反面颗粒对于其正面的污染。
在一些实施例中，在粗清洗操作中，采用多片盒对多个晶圆片在同一清洗槽中进行浸泡清洗；在精清洗操作中，从多片盒中取出晶圆片进行单个毛刷清洗和喷射清洗。
在一些实施例中，所述晶圆片的清洗方法还包括以下操作：
通过高速自转对晶圆片进行离心干燥。
在一些实施例中，所述晶圆片为氮化硅晶圆片。
在其他实施例中，当所述晶圆片选自硅片时，在精清洗操作增加氢氟酸试剂喷射清洗。
以下通过实施例对本发明进行进一步的说明。
实施例1
本实施例用于说明本发明公开的晶圆片的清洗方法，包括以下操作步骤：
第一阶段：粗清洗(100级环境)。将多片盒人工放置于粗清洗模块的进料处，第一机械臂自动抓取多片盒，转移至第一清洗槽中(第一清洗液：98％浓硫酸：30％双氧水的质量比＝3:2)，搭配超声设备清洗15min，浸泡温度为100℃，第一机械臂自动抓取多片盒转移至第一过渡水槽冲洗5min，第一过渡水槽的冲洗温度为70℃；第二机械臂自动抓取多片盒至第二清洗槽中(第二清洗液：27％氨水：30％双氧水：纯水：TMAH的质量比＝10:20:500:1)，搭配兆声波设备清洗20min，浸泡温度为80℃，第二机械臂自动抓取多片盒转移至第二过渡水槽冲洗5min；第三机械臂自动抓取多片盒至第三清洗槽中(第三清洗液：15％盐酸：30％双氧水：纯水的质量比＝1:1:10)，浸泡清洗20min，浸泡温度为80℃，第三机械臂自动抓取多片盒转移至第三过渡水槽冲洗5min。
第二阶段：毛刷清洗(10级环境)。第三机械臂自动抓取多片盒放置于粗清洗模块的出料处。两个第四机械臂轮流(带吸枪)取1片晶圆片于卡盘处，利用PVA纳米级专用毛刷，结合卡盘自转冲刷晶圆片，通过调节毛刷与晶圆片的距离从而控制冲刷力度，距离由激光识别并反馈信号调节卡盘高度。其中卡盘采用伯努利原理吸盘。
第三阶段：喷射清洗(10级环境)。毛刷清洗后的晶圆片在卡盘上进行第四清洗液(27％氨水：30％双氧水：纯水：TMAH的质量比＝10:20:500:1)正面喷射冲洗5min，第四清洗液再从卡盘自下往上喷射，清洗晶圆片背面2min，然后进行氮气纯水二流体喷射清洗。再进行第五清洗液(15％盐酸：30％双氧水：纯水的质量比＝1:1:10)正面喷射冲洗5min，第五清洗液再从卡盘自下往上喷射，清洗晶圆片背面2min，然后进行氮气纯水二流体喷射清洗。
第四阶段：干燥阶段。精清洗完成后，晶圆片在原卡盘，通过高速自转(0-3500转/分)甩干，之后第五机械臂(带吸枪)自动吸取晶圆片放置于单片盒中，第六机械臂抓取单片盒放置于精清洗模块的出料处。
对清洗后的晶圆片进行TXRF测金属离子含量检测和清洗前后的晶圆片进行SICA测脏污颗粒残留量检测，其中，清洗前的晶圆片的SICA测脏污颗粒残留量检测结果如图2所示，清洗后的晶圆片的SICA测脏污颗粒残留量检测结果如图3所示。
实施例2
本实施例用于说明本发明公开的晶圆片的清洗方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
第二清洗液中，27％氨水：30％双氧水：纯水：TMAH的质量比＝10:20:500:2。
实施例3
本实施例用于说明本发明公开的晶圆片的清洗方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
第三清洗液中，15％盐酸：30％双氧水：纯水的质量比＝1:1:3。
实施例4
本实施例用于说明本发明公开的晶圆片的清洗方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
第一清洗液中，98％浓硫酸：30％双氧水的质量比＝3:1。
实施例5
本实施例用于说明本发明公开的晶圆片的清洗方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
第一清洗槽的浸泡温度为80℃。
实施例6
本实施例用于说明本发明公开的晶圆片的清洗方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
第一清洗槽的浸泡温度为130℃。
实施例7
本实施例用于说明本发明公开的晶圆片的清洗方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
第三阶段：精清洗(10级环境)。毛刷清洗后的晶圆片在卡盘上进行第四清洗液(27％氨水：30％双氧水：纯水：TMAH的质量比＝10:20:500:1)正面喷射冲洗5min，第四清洗液再从卡盘自下往上喷射，清洗晶圆片背面2min，然后进行氮气纯水二流体喷射清洗。不进行第五清洗液的喷射清洗。
实施例8
本实施例用于说明本发明公开的晶圆片的清洗方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
第三阶段：精清洗(10级环境)。毛刷清洗后的晶圆片在卡盘上进行第五清洗液(15％盐酸：30％双氧水：纯水的质量比＝1:1:10)正面喷射冲洗5min，第五清洗液再从卡盘自下往上喷射，清洗晶圆片背面2min，然后进行氮气纯水二流体喷射清洗。不进行第四清洗液的喷射清洗。
对比例1
本对比例用于对比说明本发明公开的晶圆片的清洗方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
第一阶段中，不进行第一清洗槽和第一过渡水槽的清洗操作。
第二机械臂自动抓取多片盒至第二清洗槽中(第二清洗液：27％氨水：30％双氧水：纯水：TMAH的质量比＝10:20:500:1)，搭配兆声波设备清洗20min，浸泡温度为80℃，第二机械臂自动抓取多片盒转移至第二过渡水槽冲洗5min；第三机械臂自动抓取多片盒至第三清洗槽中(第三清洗液：15％盐酸：30％双氧水：纯水的质量比＝1:1:10)，浸泡清洗20min，浸泡温度为80℃，第三机械臂自动抓取多片盒转移至第三过渡水槽冲洗5min。
对比例2
本对比例用于对比说明本发明公开的晶圆片的清洗方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
第一阶段中，不进行第二清洗槽和第二过渡水槽的清洗操作。
第一机械臂自动抓取多片盒，转移至第一清洗槽中(第一清洗液：98％浓硫酸：30％双氧水的质量比＝3:2)，搭配超声设备清洗15min，浸泡温度为100℃，第一机械臂自动抓取多片盒转移至第一过渡水槽冲洗5min，第一过渡水槽的冲洗温度为70℃；第三机械臂自动抓取多片盒至第三清洗槽中(第三清洗液：15％盐酸：30％双氧水：纯水的质量比＝1:1:10)，浸泡清洗20min，浸泡温度为80℃，第三机械臂自动抓取多片盒转移至第三过渡水槽冲洗5min。
对比例3
本对比例用于对比说明本发明公开的晶圆片的清洗方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
第一阶段中，不进行第三清洗槽和第三过渡水槽的清洗操作。
第一机械臂自动抓取多片盒，转移至第一清洗槽中(第一清洗液：98％浓硫酸：30％双氧水的质量比＝3:2)，搭配超声设备清洗15min，浸泡温度为100℃，第一机械臂自动抓取多片盒转移至第一过渡水槽冲洗5min，第一过渡水槽的冲洗温度为70℃；第二机械臂自动抓取多片盒至第二清洗槽中(第二清洗液：27％氨水：30％双氧水：纯水：TMAH的质量比＝10:20:500:1)，搭配兆声波设备清洗20min，浸泡温度为80℃，第二机械臂自动抓取多片盒转移至第二过渡水槽冲洗5min。
对比例4
本对比例用于对比说明本发明公开的晶圆片的清洗方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：
不进行第三阶段的操作。
性能测试
将上述得到的晶圆片的TXRF测金属离子含量检测和SICA测脏污颗粒残留量检测的测试结果填入表1。
表1
从表1的测试结果可以看出，相比于现有清洗方法，采用本发明提供的晶圆片清洗方法能够有效去除晶圆片表面的金属离子和杂质颗粒，其中，每平方厘米金属离子残留个数＜6E10，部分金属离子＜2E10，晶圆片表面微粒≤2个/平方厘米。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种晶圆片的清洗装置，其特征在于，包括粗清洗模块、转运结构和精清洗模块，所述粗清洗模块包括沿晶圆片物料传送方向依次设置的第一清洗槽、第二清洗槽和第三清洗槽，所述第一清洗槽中设置有第一清洗液，所述第一清洗液包括硫酸和双氧水，所述第二清洗槽中设置有第二清洗液，所述第二清洗液包括氨水、双氧水和四甲基氢氧化铵；所述第三清洗槽中设置有第三清洗液，所述第三清洗液包括盐酸和双氧水；
所述转运结构用于所述粗清洗模块和所述精清洗模块之间的晶圆片转运；
所述精清洗模块包括毛刷清洗装置和冲洗装置。
2.根据权利要求1所述的晶圆片的清洗装置，其特征在于，所述第一清洗槽中设置有超声波设备，所述第二清洗槽中设置于兆声波设备。
3.根据权利要求1所述的晶圆片的清洗装置，其特征在于，所述第一清洗液包括以下重量比例的物料：
硫酸58.88％～81.67％，过氧化氢5％～12％；
所述第二清洗液包括以下重量比例的物料：
NH3 0.256％～1.25％，过氧化氢0.56％～1.47％，四甲基氢氧化铵0.19％～0.48％；
所述第三清洗液包括以下重量比例的物料：
HCl 1.15％～6％，过氧化氢2％～7.5％。
4.根据权利要求1所述的晶圆片的清洗装置，其特征在于，所述粗清洗模块还包括有第一过渡水槽、第二过渡水槽和第三过渡水槽；
所述第一过渡水槽位于所述第一清洗槽和所述第二清洗槽之间，用于对经过第一清洗槽的晶圆片进行冲洗；
所述第二过渡水槽位于所述第二清洗槽和所述第一清洗槽之间，用于对经过第二清洗槽的晶圆片进行冲洗；
所述第三过渡水槽位于所述第三清洗槽的下游，用于对经过所述第三清洗槽的晶圆片进行冲洗。
5.根据权利要求1所述的晶圆片的清洗装置，其特征在于，所述精清洗模块还包括用于放置晶圆片的卡盘，所述毛刷清洗装置设置于所述卡盘的上方，所述冲洗装置包括清洗剂供应结构、喷射头和喷射孔，所述喷射孔形成于所述卡盘上，所述喷射头位于所述卡盘的上方，所述清洗剂供应结构分别连通所述喷射头和所述喷射孔。
6.根据权利要求5所述的晶圆片的清洗装置，其特征在于，所述清洗剂供应结构包括第一清洗剂供应结构、第二清洗剂供应结构、水供应结构和氮气供应结构，所述第一清洗剂供应结构储存有第四清洗液；所述第二清洗剂供应结构存储有第五清洗液。
7.根据权利要求5所述的晶圆片的清洗装置，其特征在于，所述卡盘选自伯努利非接触式吸盘，所述卡盘的底部设置有旋转结构。
8.一种晶圆片的清洗方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
粗清洗：将晶圆片置于第一清洗液中进行浸泡清洗，所述第一清洗液包括硫酸和双氧水；将晶圆片置于第二清洗液中进行浸泡清洗，所述第二清洗液包括氨水、双氧水和四甲基氢氧化铵；将晶圆片置于第三清洗液中进行浸泡清洗，所述第三清洗液包括盐酸和双氧水；
精清洗：对晶圆片进行毛刷清洗操作；对晶圆片进行喷射清洗操作。
9.根据权利要求8所述的晶圆片的清洗方法，其特征在于，在进行第一清洗液的清洗操作时，同时施加超声波；在进行第二清洗液的清洗操作时，同时施加兆声波。
10.根据权利要求8所述的晶圆片的清洗方法，其特征在于，所述第一清洗液包括以下重量比例的物料：
硫酸58.88％～81.67％，过氧化氢5％～12％；
所述第二清洗液包括以下重量比例的物料：
NH3 0.256％～1.25％，过氧化氢0.56％～1.47％，四甲基氢氧化铵0.19％～0.48％；
所述第三清洗液包括以下重量比例的物料：
HCl 1.15％～6％，过氧化氢2％～7.5％。
11.根据权利要求8所述的晶圆片的清洗方法，其特征在于，所述“粗清洗”操作中，第一清洗液的浸泡温度为100～120℃，浸泡时间为15～20min，经第一清洗液浸泡清洗后，将晶圆片置于第一过渡水槽中进行冲洗，再使用第二清洗液浸泡清洗；第二清洗液的浸泡温度为50～80℃，浸泡时间为5～10min，经第二清洗液浸泡清洗后，将晶圆片置于第二过渡水槽中进行冲洗，再使用第三清洗液浸泡清洗；第三清洗液的浸泡温度为50～80℃，浸泡时间为5～10min，第三清洗液浸泡清洗后，将晶圆片置于第三过渡水槽中进行冲洗。
12.根据权利要求8所述的晶圆片的清洗方法，其特征在于，所述“喷射清洗操作”包括：
对晶圆片的表面进行第四清洗液的喷射清洗；
对晶圆片的表面进行水和氮气混合喷射清洗；
对晶圆片的表面进行第五清洗液的喷射清洗；
对晶圆片的表面进行水和氮气混合喷射清洗。
13.根据权利要求12所述的晶圆片的清洗方法，其特征在于，所述“喷射清洗操作”，均包括对晶圆片的正反两面进行喷射冲洗的操作。
14.根据权利要求8所述的晶圆片的清洗方法，其特征在于，所述晶圆片的清洗方法还包括以下操作：
通过高速自转对晶圆片进行离心干燥。
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