CN115863216A - 硅片清洗方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种硅片清洗方法及设备，属于半导体制造技术领域。硅片清洗设备，包括：旋转固定结构，用于承载硅片，并控制所述硅片在水平面上旋转；设置在所述旋转固定结构周边的至少一个药液承载结构，所述药液承载结构包括凹槽，在所述旋转固定结构承载硅片时，所述凹槽的槽口朝向所述硅片；移动结构，用于移动所述药液承载结构朝远离所述旋转固定结构的方向移动，或，向靠近所述旋转固定结构的方向移动。本发明的技术方案能够对硅片边缘进行清洗。

Description

硅片清洗方法及设备

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种硅片清洗方法及设备。

背景技术

硅片清洗作为制作光伏电池和集成电路的基础，非常重要，清洗的效果直接影响到光伏电池和集成电路最终的性能、效率和稳定性。

硅片是从硅棒上切割下来的，硅片表面的多层晶格处于被破坏的状态，布满了不饱和的悬挂键，悬挂键的活性较高，十分容易吸附外界的杂质粒子，导致硅片表面被污染且性能变差。硅片上吸附的杂质粒子包括颗粒杂质、金属离子、有机化合物、H₂O等，其中颗粒杂质会导致硅片的介电强度降低，金属离子会增大光伏电池P-N结的反向漏电流和降低少子的寿命，有机化合物会使硅片表面氧化层的质量劣化、H₂O会加剧硅片表面的腐蚀。清洗硅片不仅要除去硅片表面的杂质而且要使硅片表面钝化，从而减小硅片表面的吸附能力。

高规格的硅片对表面的洁净度要求非常严格，理论上不允许存在任何颗粒、金属离子、有机化合物、水汽、氧化层，而且硅片表面要求具有原子级的平整度，硅片边缘的悬挂键以结氢终止。但现有技术中，对硅片边缘进行清洗具有较高的难度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种硅片清洗方法及设备，能够对硅片边缘进行清洗。

为了达到上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：

一种硅片清洗设备，包括：

旋转固定结构，用于承载硅片，并控制所述硅片在水平面上旋转；

设置在所述旋转固定结构周边的至少一个药液承载结构，所述药液承载结构包括凹槽，在所述旋转固定结构承载硅片时，所述凹槽的槽口朝向所述硅片；

移动结构，用于移动所述药液承载结构朝远离所述旋转固定结构的方向移动，或，向靠近所述旋转固定结构的方向移动。

一些实施例中，所述凹槽沿第一方向延伸，所述凹槽在第二方向上的纵截面为半圆形，所述第一方向垂直于所述第二方向。

一些实施例中，所述半圆形的直径为所述硅片的厚度的1.5-3倍。

一些实施例中，在所述旋转固定结构承载硅片时，所述凹槽的槽底与所述硅片边缘的最短距离为4-8mm。

一些实施例中，所述硅片清洗设备还包括位于所述旋转固定结构正上方的清洗喷头，所述清洗喷头包括:

氟化氢药液喷头，用于向所述硅片的中心区域喷射氟化氢药液；

臭氧水喷头，用于向所述硅片的中心区域喷射臭氧水；

超纯水喷头，用于向所述硅片的中心区域喷射超纯水。

一些实施例中，所述硅片清洗设备包括三个所述药液承载结构，三个所述药液承载结构均匀分布在所述旋转固定结构的周边。

一些实施例中，所述药液承载结构采用聚醚醚酮PEEK。

本发明实施例还提供了一种硅片清洗方法，包括步骤：

提供如上所述的硅片清洗设备，将硅片固定于所述旋转固定结构上；

利用所述移动结构控制所述药液承载结构朝靠近所述旋转固定结构的方向移动，使得所述硅片的边缘伸入所述药液承载结构的槽内，且与所述药液承载结构的槽底相距一定距离。

一些实施例中，利用所述移动结构控制所述药液承载结构朝靠近所述旋转固定结构的方向移动之后，所述方法还包括：

控制所述旋转固定结构的转速为1000-2000rpm，控制所述臭氧水喷头向所述硅片的中心区域喷射臭氧水；

控制所述旋转固定结构的转速为100-300rpm，控制所述氟化氢药液喷头向所述硅片的中心区域喷射氟化氢药液；

控制所述旋转固定结构的转速为400-800rpm，控制所述超纯水喷头向所述硅片的中心区域喷射超纯水。

一些实施例中，控制所述臭氧水喷头向所述硅片的中心区域喷射臭氧水的时长为10-15s；

控制所述氟化氢药液喷头向所述硅片的中心区域喷射氟化氢药液的时长为5-10s；

控制所述超纯水喷头向所述硅片的中心区域喷射超纯水的时长为15-30s。

本发明的有益效果是：

本实施例中，旋转固定结构周边设置有药液承载结构，在旋转固定结构承载硅片后，移动结构可以移动药液承载结构朝靠近旋转固定结构的方向移动，使得硅片的边缘伸入药液承载结构的凹槽内，且与凹槽的槽底相距一定距离，这样在对硅片进行清洗时，清洗药液通过清洗喷头喷射在硅片表面，同时硅片旋转，在离心力的作用下，硅片表面的清洗药液流动至硅片边缘，能够容纳于药液承载结构的凹槽内，这样硅片的边缘能够浸泡在凹槽容纳的清洗药液中，从而能够实现在对硅片表面进行清洗的同时，对硅片的边缘进行清洗，能够提高清洗效率；并且由于硅片的边缘是浸泡在凹槽内容纳的清洗药液中，还能够提高清洗效果。

附图说明

图1表示本发明实施例硅片清洗设备的平面示意图；

图2和图3表示本发明实施例硅片清洗设备在图1中AA方向上的截面示意图。

附图标记

1 药液承载结构

2 硅片

3旋转固定结构

4清洗喷头

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

相关技术中，硅片清洗设备包括设置在硅片正上方的多个清洗喷头，采用硅片清洗设备清洗硅片时，由于硅片处于高速旋转过程中，清洗喷头喷出的清洗药液在离心力的作用下，沿着半径方向甩出硅片表面，清洗药液与硅片边缘的接触较少，无法有效去除硅片边缘的杂质粒子。

本发明提供一种硅片清洗方法及设备，能够对硅片边缘进行清洗。

本发明实施例提供一种硅片清洗设备，如图1-图3所示，包括：

旋转固定结构3，用于承载硅片2，并控制所述硅片2在水平面上旋转；

设置在所述旋转固定结构3周边的至少一个药液承载结构1，所述药液承载结构1包括凹槽，在所述旋转固定结构3承载硅片2时，所述凹槽的槽口朝向所述硅片2；

移动结构，用于移动所述药液承载结构1朝远离所述旋转固定结构3的方向移动，或，向靠近所述旋转固定结构3的方向移动。

本实施例中，旋转固定结构周边设置有药液承载结构，在旋转固定结构承载硅片后，移动结构可以移动药液承载结构朝靠近旋转固定结构的方向移动，如图2所示，使得硅片的边缘伸入药液承载结构的凹槽内，且与凹槽的槽底相距一定距离，这样在对硅片进行清洗时，如图3所示，清洗药液通过清洗喷头喷射在硅片表面，同时硅片旋转，在离心力的作用下，硅片表面的清洗药液流动至硅片边缘，能够容纳于药液承载结构的凹槽内，这样硅片的边缘能够浸泡在凹槽容纳的清洗药液中，从而能够实现在对硅片表面进行清洗的同时，对硅片的边缘进行清洗，能够提高清洗效率；并且由于硅片的边缘是浸泡在凹槽内容纳的清洗药液中，还能够提高清洗效果。

本实施例中，在完成对硅片的清洗后，移动结构可以移动药液承载结构1朝远离旋转固定结构3的方向移动，使得硅片2的边缘不再位于药液承载结构1的凹槽内，这样可以方便硅片清洗设备退出硅片。

一些实施例中，所述凹槽沿第一方向延伸，所述凹槽在第二方向上的纵截面为半圆形，所述第一方向垂直于所述第二方向。本实施例中，凹槽的纵截面可以为半圆形，但凹槽的纵截面并不局限于半圆形，还可以为其他形状，比如倒梯形、矩形等。

一些实施例中，所述半圆形的直径为所述硅片的厚度的1.5-3倍，这样可以使得凹槽足以容纳硅片的边缘，可以有效地承载药液，形成动态稳定区。

本实施例中，在硅片的边缘伸入所述药液承载结构的凹槽时，硅片的边缘并不与药液承载结构的凹槽接触，而是与药液承载结构的凹槽的槽底相距一定距离，这样可以避免硅片的边缘磕碰到药液承载结构，硅片出现损坏。

一些实施例中，在所述旋转固定结构3承载硅片2时，通过移动药液承载结构1，可以使得在硅片2的边缘伸入所述药液承载结构1的凹槽时，所述凹槽的槽底与所述硅片边缘的最短距离为4-8mm，这样可以保证在清洗硅片时，凹槽内容纳有足够的清洗药液对硅片的边缘进行清洗，可以有效地承载药液，形成动态稳定区。

一些实施例中，如图2-图3所示，所述硅片清洗设备还包括位于所述旋转固定结构3正上方的清洗喷头4，所述清洗喷头4包括:

氟化氢药液喷头，用于向所述硅片的中心区域喷射氟化氢药液，氟化氢药液的浓度可以为1-3％，喷射时间为5-10s；氟化氢药液的主要作用是去除掉硅片表面的氧化膜，在去除氧化膜的过程中，被包裹在氧化膜中的金属元素同时随着氧化膜的去除而去除，从而达到去除硅片中心区域的金属杂质的作用；

臭氧水喷头，用于向所述硅片的中心区域喷射臭氧水，喷射时间可以为5-10s，臭氧水的浓度可以为10-30ppm；臭氧水的主要作用是去除硅片表面的有机物及颗粒，以及对硅片表面进行氧化，使得硅片表面的金属元素可以包裹在氧化膜中，这样后续可以利用氟化氢药液去除氧化膜，进而去除包裹在氧化膜中的金属元素；

超纯水喷头，用于向所述硅片的中心区域喷射超纯水，喷射时间可以为15-30s；超纯水的主要作用是去除硅片表面的残留药液，避免残留药液影响硅片的品质。

当然，清洗喷头4并不局限于包括上述喷头，还可以包括其他喷头。

一些实施例中，如图1所示，所述硅片清洗设备可以包括三个所述药液承载结构1，三个所述药液承载结构1均匀分布在所述旋转固定结构3的周边。这样可以保证对硅片边缘的清洗力度均匀。硅片清洗设备并不局限于包括三个所述药液承载结构1，还可以包括更多个药液承载结构1，或者，更少个药液承载结构1。

一些实施例中，所述药液承载结构1可以采用聚醚醚酮PEEK，该材质不易与清洗药液发生反应，当然，药液承载结构1还可以采用其他不易与清洗药液发生反应的材质。

本发明实施例还提供了一种硅片清洗方法，包括步骤：

提供如上所述的硅片清洗设备，将硅片固定于所述旋转固定结构上；

利用所述移动结构控制所述药液承载结构朝靠近所述旋转固定结构的方向移动，使得所述硅片的边缘伸入所述药液承载结构的槽内，且与所述药液承载结构的槽底相距一定距离。

本实施例中，旋转固定结构周边设置有药液承载结构，在旋转固定结构承载硅片后，移动结构可以移动药液承载结构朝靠近旋转固定结构的方向移动，使得硅片的边缘伸入药液承载结构的凹槽内，且与凹槽的槽底相距一定距离，这样在对硅片进行清洗时，清洗药液通过清洗喷头喷射在硅片表面，同时硅片旋转，在离心力的作用下，硅片表面的清洗药液流动至硅片边缘，能够容纳于药液承载结构的凹槽内，这样硅片的边缘能够浸泡在凹槽容纳的清洗药液中，从而能够实现在对硅片表面进行清洗的同时，对硅片的边缘进行清洗，能够提高清洗效率；并且由于硅片的边缘是浸泡在凹槽内容纳的清洗药液中，还能够提高清洗效果。

一些实施例中，利用所述移动结构控制所述药液承载结构朝靠近所述旋转固定结构的方向移动之后，所述方法还包括：

控制所述旋转固定结构的转速为1000-2000rpm，控制所述臭氧水喷头向所述硅片的中心区域喷射臭氧水，该转速可以使得臭氧水对硅片进行有效地清洗，并保证清洗效率；

控制所述旋转固定结构的转速为100-300rpm，控制所述氟化氢药液喷头向所述硅片的中心区域喷射氟化氢药液，该转速可以使得氟化氢药液对硅片进行有效地清洗，并保证清洗效率；

控制所述旋转固定结构的转速为400-800rpm，控制所述超纯水喷头向所述硅片的中心区域喷射超纯水，该转速可以使得超纯水对硅片进行有效地清洗，并保证清洗效率。

一具体实施例中，所述方法具体包括以下步骤：

1、将硅片运送至清洗区域，利用旋转固定结构3夹紧硅片2，移动药液承载结构1，如图2所示，使得硅片2的边缘伸入药液承载结构1的凹槽的槽内，且硅片2的边缘与药液承载结构1的凹槽的槽底相距一定距离。控制硅片2的旋转速度为1000-2000rpm，同时打开臭氧水喷头，向硅片的中心区域喷射臭氧水，喷射时间为10-15s，臭氧水的浓度可以为10-30ppm；臭氧水的主要作用是去除硅片表面的有机物及颗粒，以及对硅片表面进行氧化，使得硅片表面的金属元素可以包裹在氧化膜中，这样后续可以利用氟化氢药液去除氧化膜，进而去除包裹在氧化膜中的金属元素；

在向硅片的中心区域喷射臭氧水的同时，在离心力的作用下，硅片表面的臭氧水流动至硅片边缘，能够容纳于药液承载结构的凹槽内，这样硅片的边缘能够浸泡在凹槽容纳的臭氧水中，从而能够实现在对硅片表面进行清洗的同时，对硅片的边缘进行清洗。

2、设定硅片2的旋转速度为100-300rpm，打开氟化氢药液喷头，向硅片的中心区域喷射氟化氢药液，氟化氢药液的浓度可以为1-3％，喷射时间为5-10s；氟化氢药液的主要作用是去除掉硅片表面的氧化膜，在去除氧化膜的过程中，被包裹在氧化膜中的金属元素同时随着氧化膜的去除而去除，从而达到去除硅片中心区域的金属杂质的作用；

在向硅片的中心区域喷射氟化氢药液的同时，在离心力的作用下，硅片表面的氟化氢药液流动至硅片边缘，能够容纳于药液承载结构的凹槽内，这样硅片的边缘能够浸泡在凹槽容纳的氟化氢药液中，从而能够实现在对硅片表面进行清洗的同时，对硅片的边缘进行清洗。

3、设定硅片2的旋转速度为400-800rpm，同时打开超纯水喷头，向所述硅片的中心区域喷射超纯水，喷射时间可以为15-30s；超纯水的主要作用是去除硅片表面的残留药液，避免残留药液影响硅片的品质。

在向硅片的中心区域喷射超纯水的同时，在离心力的作用下，硅片表面的超纯水流动至硅片边缘，能够容纳于药液承载结构的凹槽内，这样硅片的边缘能够浸泡在凹槽容纳的超纯水中，从而能够实现在对硅片表面进行清洗的同时，对硅片的边缘进行清洗。

一些实施例中，可以重复上述步骤1-2三次，或者重复步骤1-3三次，这样可以有效去除硅片中心区域和边缘的杂质。

在对硅片进行清洗后，还可以利用氮气喷头向硅片表面喷射氮气，喷射时间可以为10-20s。氮气的作用主要是吹干硅片表面以及边缘的水分，对硅片进行干燥。

在对硅片2进行干燥后，移动结构可以移动药液承载结构1朝远离旋转固定结构3的方向移动，使得硅片的边缘不再位于药液承载结构1的凹槽内，硅片清洗设备可以退出硅片，完成清洗。

需要说明，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于实施例而言，由于其基本相似于产品实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见产品实施例的部分说明即可。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种硅片清洗设备，其特征在于，包括：

旋转固定结构，用于承载硅片，并控制所述硅片在水平面上旋转；

设置在所述旋转固定结构周边的至少一个药液承载结构，所述药液承载结构包括凹槽，在所述旋转固定结构承载硅片时，所述凹槽的槽口朝向所述硅片；

移动结构，用于移动所述药液承载结构朝远离所述旋转固定结构的方向移动，或，向靠近所述旋转固定结构的方向移动。

2.根据权利要求1所述的硅片清洗设备，其特征在于，所述凹槽沿第一方向延伸，所述凹槽在第二方向上的纵截面为半圆形，所述第一方向垂直于所述第二方向。

3.根据权利要求2所述的硅片清洗设备，其特征在于，所述半圆形的直径为所述硅片的厚度的1.5-3倍。

4.根据权利要求1所述的硅片清洗设备，其特征在于，在所述旋转固定结构承载硅片时，所述凹槽的槽底与所述硅片边缘的最短距离为4-8mm。

5.根据权利要求1所述的硅片清洗设备，其特征在于，所述硅片清洗设备还包括位于所述旋转固定结构正上方的清洗喷头，所述清洗喷头包括:

氟化氢药液喷头，用于向所述硅片的中心区域喷射氟化氢药液；

臭氧水喷头，用于向所述硅片的中心区域喷射臭氧水；

超纯水喷头，用于向所述硅片的中心区域喷射超纯水。

6.根据权利要求1所述的硅片清洗设备，其特征在于，所述硅片清洗设备包括三个所述药液承载结构，三个所述药液承载结构均匀分布在所述旋转固定结构的周边。

7.根据权利要求1所述的硅片清洗设备，其特征在于，所述药液承载结构采用聚醚醚酮PEEK。

8.一种硅片清洗方法，其特征在于，包括步骤：

提供如权利要求1～7中任意一项所述的硅片清洗设备，将硅片固定于所述旋转固定结构上；

利用所述移动结构控制所述药液承载结构朝靠近所述旋转固定结构的方向移动，使得所述硅片的边缘伸入所述药液承载结构的凹槽内，且与所述凹槽的槽底相距一定距离。

9.根据权利要求8所述的硅片清洗方法，其特征在于，应用于如权利要求5所述的硅片清洗设备，利用所述移动结构控制所述药液承载结构朝靠近所述旋转固定结构的方向移动之后，所述方法还包括：

控制所述旋转固定结构的转速为1000-2000rpm，控制所述臭氧水喷头向所述硅片的中心区域喷射臭氧水；

控制所述旋转固定结构的转速为100-300rpm，控制所述氟化氢药液喷头向所述硅片的中心区域喷射氟化氢药液；

控制所述旋转固定结构的转速为400-800rpm，控制所述超纯水喷头向所述硅片的中心区域喷射超纯水。

10.根据权利要求9所述的硅片清洗方法，其特征在于，控制所述臭氧水喷头向所述硅片的中心区域喷射臭氧水的时长为10-15s；

控制所述氟化氢药液喷头向所述硅片的中心区域喷射氟化氢药液的时长为5-10s；

控制所述超纯水喷头向所述硅片的中心区域喷射超纯水的时长为15-30s。

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