CN1324659C - 半导体圆片清洗设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半导体圆片的半导体清洗设备,包括:双容器,其包括内部容器和外部容器,内部容器通过上部开口与外部容器相通;清洗液体供应导管,其把含氢氟酸的水、含臭氧的水、含氢的水和净化水供应至内部容器;内部容器排放导管,其从内部容器排放出清洗液体;气体供应导管,其把惰性气体、臭氧气体和含溶剂气体供应进入内部容器;排放管,其把双容器的气体排放出;和外部容器排放导管,其排放从内部容器溢出的液体至外部容器,其中用于供应含溶剂气体的导管的至少一部分包括带着加热器、溶剂供应导管和惰性气体供应导管的石英管,所述石英管分别通过溶剂供应导管和惰性气体供应导管接收溶剂液体和惰性气体。

Description

半导体圆片清洗设备
技术领域
本发明涉及一种半导体等的生产过程所用半导体圆片的清洗设备。尤其涉及一种沉浸清洗设备,其通过把基片即硅圆片等沉浸在清洗液中进行清洗。
背景技术
清洗系统广泛用于热扩散氧化处理之前的预清洗处理,所述清洗系统使用清洗液体例如SPM(硫酸过氧化氢混合物)、APM(氢氧化氨过氧化氢混合物)、HPM(盐酸过氧化氢混合物)和HF(氟化氢)的混合物。
日本专利公开出版物No.2001-44429披露了一个采用APM、HF和H2O2的这种系统和方法的实施方案。
根据上述文献,系统包括至少两个容器。容器之一是单槽型清洗容器,在其中用氟酸(HF)清洗,用净化水漂洗,并用过氧化氢稀释溶液处理,在另一个容器中用IPA(异丙醇)进行干处理。
上述系统进一步包括四个容器。其中之一是用于第一预扩散清洗的清洗容器,所述预扩散清洗使用形成化学氧化物薄膜的化学材料,另一个是用于第二预扩散清洗的清洗容器,其用净化水漂洗掉化学材料。
在这样的系统中,硅圆片从具有一级清洁度的清洗室移至湿洗设备。然后,硅圆片被机械手移入在清洗设备中的处理容器,并分别进行清洗或干燥过程。
清洗和干燥过程之后,硅圆片被送回清洗室。湿洗设备通过在一个时间段的成批处理清洗25个圆片。
如上所述,至少两个湿清洗容器用于清洗和干燥过程,所述过程包括APS清洗、净化水漂洗、氟化氢(HF)清洗和异丙醇(IPA)干燥。
如图6所示,单槽型清洗容器包括清洗容器体120;盘130,其接收从体120溢出的化学溶液;化学溶液供应导管301,其连接至容器体120的底部;化学溶液供应线路181、191、201,其连接至化学溶液供应导管301;和废液线302。
化学溶液供应线路181、191、201中的每一个分别供应氟化氢、H2O2和净化水。
化学溶液的每一个通过供应线路181、191、201供应至混合器222并混合。混合了的溶液通过容器体121底部的入口注入清洗容器120。在混合器222中,两个或更多的化学溶液基于预定的浓度条件以适当比率混合。
基片即大尺寸的用于制造半导体的硅圆片,其能够减少例如LSIs(大规模集成电路)的生产成本,由于从一个基片上能够获得很多产品,因此倾向用较大的基片。
由半导体制造设备处理的圆片的直径刚刚从200mm变成300mm。在半导体生产线上用于制造具有300mm直径的圆片的那些半导体制造设备必须具有相应300mm直径的圆片的半导体清洗设备。
然而,仅仅扩大清洗设备导致占地面积(设备安装所需要的占用空间)消耗。设备有必要具有较大圆片处理能力和较小占地面积。
而且,在门形成过程或氧化膜形成过程之前用于清洗圆片的清洗设备需要具有较高的清洁度,从而在圆片上保留较少的残余污染物(例如金属颗粒或有机物质),以相应地使浓度提高和LSIs小型化,。
传统上,在液体清洗过程之后进行IPA干燥处理。在这样的情况下,在圆片上的残余IPA必须在干燥处理之后除去,因为有机物质必须在氧化膜形成过程之前除去。
发明内容
本发明旨在解决上述问题,因此,本发明的目的是提供一种半导体清洗设备,其相对于基片(即硅圆片)的尺寸具有较小的占地面积和较高的清洗能力。
本发明提供一种半导体圆片的半导体清洗设备,包括:双容器,其包括具有上部开口、用于容纳待清洗基片的内部容器和具有在其内部容纳所述内部容器的密封空间的外部容器,内部容器通过上部开口与外部容器相通;清洗液体供应导管,其供应清洗液体至内部容器;内部容器排放导管,其从内部容器排放出清洗液体;含溶剂气体供应导管,其把含溶剂气体供应进入内部容器用于干燥基片;溶剂溶解气体供应导管,其把溶剂溶解气体供应进入内部容器,用于溶解附在基片上的可溶成分;排放管,其从双容器排放出气体;和外部容器排放导管,其排放从内部容器溢出的液体至外部容器。
附图说明
图1是根据本发明沉浸型半导体清洗设备的优选实施方案的示意图;
图2是图1中半导体清洗设备中用于供应清洗液体的清洗液体供应系统;
图3是一个清洗过程实例;
图4是除去基片上的Al2O3颗粒的清洗能力的试验结果;
图5是由含臭氧水清洗能力的试验结果;
图6是传统半导体清洗设备的示意图;
具体实施方式
根据本发明的半导体清洗设备包括:双容器,其包括具有上部开口、用于容纳待清洗基片的内部容器和具有在其内部容纳所述内部容器的密封空间的外部容器,内部容器通过上部开口与外部容器相通;清洗液体供应导管,其供应清洗液体至内部容器;内部容器排放导管,其从内部容器排放出清洗液体;含溶剂气体供应导管,其把含溶剂气体供应进入内部容器用于干燥基片;溶剂溶解气体供应导管,其把溶剂溶解气体供应进入内部容器,用于溶解附在基片上的可溶成分;排放管,其从双容器排放出气体;和外部容器排放导管,其排放从内部容器溢出的液体至外部容器。
根据本发明,容纳在内部容器中的基片清洗并沉浸在清洗液体中。
完成清洗过程之后,用过的清洗液体从内部容器中排出,随后用被引入内部容器的含溶剂气体进行干燥处理。
干燥基片之后,供应溶剂溶解气体以溶解基片上的残余可溶物。
上述过程在双容器中进行,因此使清洗设备的占地面积保持较小。
根据本发明的另一个方面,提供1.一种半导体圆片清洗设备:
双容器,其包括具有上部开口、用于容纳待清洗基片的内部容器和具有在其内部容纳所述内部容器的密封空间的外部容器,内部容器通过上部开口与外部容器相通;
清洗液体供应导管,其把含氢氟酸的水、含臭氧的水、含氢的水和净化水供应至内部容器;
内部容器排放导管,其从内部容器排放出清洗液体;
气体供应导管,其把惰性气体、臭氧气体和含溶剂气体供应进入内部容器;
排放管,其把双容器的气体排放出;和
外部容器排放导管,其排放从内部容器溢出的液体至外部容器,
其中用于供应含溶剂气体的导管的至少一部分包括带着加热器、溶剂供应导管和惰性气体供应导管的石英管,所述石英管分别通过溶剂供应导管和惰性气体供应导管接收溶剂液体和惰性气体。
其中,通过溶剂供应导管把液体溶剂供应进入石英管、加热直至气化,如果需要,与通过第二惰性气体供应导管进入的惰性气体混合,而获得干燥基片的含溶剂气体。把以这种方式产生的含溶剂气体供应至内部容器用于干燥基片。
根据本发明,使用按照适当顺序供应至内部容器的含氢氟酸的水、含臭氧的水、含氢的水和净化了的水清洗基片,并把基片沉浸在内部容器中。根据基片的情况和种类能够随意地确定所述清洗水的选择和使用顺序。同种清洗水可以使用超过一次。使用所述清洗水适当地清洗基片。
清洗过程之后,内部容器中的清洗水通过内部容器排放导管排放出去,最后把含溶剂气体引入内部容器以干燥基片。
在用含溶剂气体进行干燥之后,供应臭氧气体以溶解基片上的残余可溶成分。最后,气体通过排放管从双容器中排放,同时把惰性气体引入双容器中。
这样能够在单槽中进行液体清洗过程和干燥过程,因此使清洗设备的占地面积减小至传统的双槽或多槽型设备的大约一半或更少。而且,用这种清洗设备能够溶解残余可溶成分。
此处,优选地用氮气作为惰性气体。并且,优选地用异丙醇气体或氮气与其的混合气体作为含可溶的气体。乙醇、甲醇或二甲苯可以用作含溶剂气体的材料。
优选地,内部容器由石英、特氟纶(聚四氟乙烯的商标)或抗酸树脂(例如PEEX)制成,因此能够承受含氢氟酸的水。
清洗设备可以具有大声波振荡器以振动内部容器中的清洗液体。
在除污染物的处理过程中振动含氢水特别有效。
内部容器的入口可以包括喷嘴,所述喷嘴每间隔5mm具有一个0.5mm直径的孔以提供均匀的处理。
优选地使用氮气作为惰性气体,所述惰性气体通过第二惰性气体供应导管供应。
而且,臭氧水供应导管可以连接至石英管上,因此可以用臭氧水对石英管和含溶剂气体供应导管进行清洗。
优选地,盐酸加入到含臭氧水中,氨加入至含氢水中。
同样优选地,含臭氧水的臭氧浓度是1-30ppm,含氢水的氢浓度是1-30ppm。
根据本发明的另一个方面,提供一种半导体清洗设备,其包括:双容器,其包括具有上部开口、用于容纳待清洗基片的内部容器和具有在其内部容纳所述内部容器的密封空间的外部容器,内部容器通过上部开口与外部容器相通;清洗液体供应导管,其把含氢氟酸的水、含臭氧的水、含氢的水和净化水供应至内部容器;内部容器排放导管,其从内部容器排放出液体;气体供应导管,其把惰性气体、臭氧气体和含溶剂气体供应进入内部容器;排放管,其把双容器的气体排放出;和外部容器排放导管,其排放从内部容器溢出的液体至外部容器,其中清洗液体供应导管、内部容器排放导管、气体供应导管和排放管的每一个都具有阀门,所述阀门由控制器控制开和关,因此清洗基片和干燥基片。
在这种设备中,控制器开启和关闭清洗基片的含氢氟酸水、含臭氧水、净化水和含氢水的供应导管的每一个阀门,内部容器排放导管的阀门开启以通过内部容器排放导管排放用过的清洗液体,随后开启气体供应导管的阀门以供应含溶剂气体用于干燥基片,因此,可以进行单槽型清洗,所述单槽型清洗自动和接续地提供液体清洗和干燥过程。
在本发明的半导体清洗设备中,含溶剂气体可以包括乙醇气体和氮气的混合物,乙醇气体通过用加热器加热酒精而制成,所述加热器位于供应含溶剂气体的气体供应导管的至少一部分之上,其中当干燥基片时,控制器开启和关闭气体供应导管的阀门以供应含溶性气体,然后开启和关闭气体供应导管的阀门以供应臭氧气体。
根据上述程序,基片上的可溶成分被臭氧气体所溶解,所述臭氧气体在用含可溶气体(例如异丙醇气体)的干燥过程后供应。
在本发明半导体清洗设备中,当基片清洗时,控制器可以控制阀门通过把基片浸渍在含臭氧水中以进行60-1040秒的浸渍处理。
在本发明半导体清洗设备中,当基片清洗时,控制器可以控制阀门通过把基片浸渍在含氢的水中以进行60-1040秒的浸渍处理。
下面参照附图说明本发明的优选实施方案。
图1说明根据本发明的沉浸型半导体清洗设备的优选实施方案的示意图。
在图1中,用于清洗基片S(硅圆片)的清洗容器10包括内部容器12和带着盖子16的外部容器14,所述盖子16形成外部容器14的一部分,以密封容纳内部容器12的内部空间。内部容器12具有上部开口。内部容器12通过上部开口与外部容器14相通。内部容器12的底部具有喷嘴18以接收其中清洗液体。内部容器排放导管20连接至内部容器12底部的排放出口。外部容器14的底部具有排放出口以与外部容器排放导管22连接。清洗容器10具有与内部和外部容器底部共同的底部。清洗容器10的底部设有大声波振荡器24,用于振荡内部容器12的清洗液体,以增加其清洗能力。
用于供应含溶剂气体的含溶剂气体供应导管32、用于供应臭氧气体的臭氧气体供应导管34和用于供应作为惰性气体的氮气的氮气供应导管36连接至盖子16上,以把每一种气体供应至内部容器12。排放管50也连接至盖子16上,以将盖子16关闭的排放内部容器中的气体排出。
含溶剂气体供应导管32连接至石英管40,加热器38缠绕在所述管40上。IPA供应导管42、第二惰性气体供应导管(氮气供应导管)44和第二臭氧水供应导管连接至石英管40,所述第二臭氧水供应导管用于清洗石英管40的内部。溶剂(即IPA)通过IPA供应导管42供应至石英管40,以把其从50℃加热至150℃,并在石英管40中气化。石英管底部具有石英管排放导管48,所述排放管48用于排放用过的IPA液体。异丙醇适于作为溶剂。然而,其它溶剂(例如乙醇、甲醇、二甲苯等)可以代替它。
含溶剂气体供应导管32、臭氧气体供应导管34、惰性气体供应导管36、IPA供应导管42、第二惰性气体供应导管(氮气供应导管)44、臭氧水供应导管46、石英管排放导管48、排放管50和内部容器排放导管20分别具有阀门82、84、86、88、90、92、94、98和96。所述阀门由图2所示的控制器100开启和关闭。
图2说明把清洗液体供应至内部容器12的清洗液体供应系统。在含氢水产生部件60中,含氢水由净化水和氢中产生。部件60容纳有氨供应罐62,所述氨供应罐62把氨加入含氢水中,浓度从1至30ppm。加入的氨使含氢水成为碱性以在Z-电位下改变颗粒,使颗粒不能被重附着在基片上。在含氢水产生部件60中产生的含氢水通过含氢水供应管道70a供应至内部容器12,所述含氢水供应管道70a具有阀门70,所述阀门70由控制器100开启和关闭。
在含臭氧水产生部件64中,含臭氧水由净化水和氧气中产生。部件64容纳有盐酸供应罐66,以把盐酸添加至含臭氧水中,浓度为1-30ppm。添加的盐酸使含臭氧水酸化以加速颗粒从基片上的分开,因为金属的离子化倾向在含臭氧水中增加,所述含臭氧水具有更高减少氧化的能力。在含臭氧水产生部件64中产生的含臭氧水通过含氧水供应导管70d供应至内部容器12,所述含臭氧水供应导管70d具有阀门74,其由控制器100开启和关闭。
在含氢氟酸水产生部件68中,含氢氟酸水(稀释氢氟酸)由净化水和氟化氢中产生。在含氢氟酸水产生部件68中产生的氢氟酸水通过含氢氟酸水供应导管70c供应至内部容器12,所述含氢氟酸水供应导管70c具有阀门76,其由控制器100开启和关闭。
此外,净化水通过净化水供应导管70b供应至内部容器12,所述净化水供应导管70b具有阀门78,其由控制器100开启和关闭。
所述导管由耐化学腐蚀性材料制成,例如,特氟纶(聚四氟乙烯)。
与70a-70d相应的含氢水供应导管、净化水供应导管、含氢氟酸水供应导管和含臭氧水供应导管连接至混合器26,混合器26通过共同输出导管连接至内部容器12的喷嘴18。喷嘴18具有许多间隔为5mm直径为0.5mm孔,因此清洗液是均匀地喷射进入内部容器12。
下面将说明根据本发明的半导体清洗设备。
如图1所示,通过适当地供应含氢氟酸的水(稀释氢氟酸)、含氢水、含臭氧水和净化水进行基片的清洗过程。图3是基片的清洗过程实例。控制器100进行如下步骤。
步骤1
控制器100开启阀门76以把含氢氟酸水供应至内部容器12并添满其中。机械手(未示出)携带基片并把它们放在内部容器12中。然后,基片沉浸在内部容器12的含氢氟酸水中。
步骤2
在氢氟酸0.5%重量百分比、液体温度25℃和过程时间为2分钟的条件下通过含氢氟酸水进行蚀刻处理。
步骤3
然后,阀门74开启,以通过喷嘴18把含臭氧水供应至内部容器,直到它溢出并代替内部容器的所有液体。在臭氧为0.5%重量百分比、液体温度为25℃和处理时间为2分钟的条件下通过含臭氧水进行清洗处理。
步骤4
然后,阀门78开启,以通过喷嘴18把净化水供应至内部容器,直到它溢出并代替内部容器的所有液体。在液体温度25℃和处理时间为10分钟的条件下通过净化水进行清洗处理。
步骤5
然后,阀门72开启以通过喷嘴18把含氢水供应至内部容器,直到它溢出并代替内部容器中所有的液体。在氢是1.3ppm、液体温度为25℃和处理时间为2分钟条件下通过含氢水进行的清洗处理。
步骤6
然后,阀门78开启,以通过喷嘴18把净化水供应至内部容器,直到它溢出并代替内部容器中所有的液体。在液体温度为25℃和处理时间为10分钟的条件下通过净化水进行清洗处理。
步骤7
然后,阀门96开启,以通过内部容器排放管道20排放清洗液体。同时,阀门82开启,以把IPA气体供应至内部容器12以进行干燥。干燥处理进行6分钟。此处通过用加热器38加热供应至石英管40的IPA液体,从而获得IPA气体。
同时,阀门90开启,以供应惰性气体即氮气,所述氮气作为运载气体。
步骤8
然后,阀门84开启,以供应溶解IPA的臭氧气体。在臭氧为10ppm和处理时间为30分钟条件下,进行处理。
步骤9
然后,从内部容器12中移走基片,这些步骤完成了清洗过程。含臭氧水通过臭氧水供应导管46供应至石英管40,以清洗石英管40的内部,用过的臭氧水通过石英管排放导管48而排放出去。
在本实施方案中,通过含氢氟酸水处理、含臭氧水处理、净化水漂洗、含氢水处理、IPA干燥和臭氧气体处理进行清洗和干燥过程。然而含氢氟酸水处理、含臭氧水处理、净化水漂洗和含氢水处理的顺序和合成可以随意选择。
清洗液体的密度不应限制至上述实例。已经证实,1-5%重量百分比含氢氟酸水、1-5ppm含氢水和含臭氧水1-30ppm提供优选的清洗结果。
在上述实例中,为了增加其清洗能力,把氨添加至含氢水中,浓度为1-50ppm,并把盐酸添加至含臭氧水中,浓度为1-50ppm。
图4说明了由于含氢水清洗处理,颗粒去除效果与清洗时间依赖关系。清洗处理在这样的条件下进行,即含氢1.3ppm的含氢水、液体温度是室温并且清洗时间是变化的。
如图4所示,在清洗时间60、120、1040秒下获得83-97%的去除比率。
这说明在氢水清洗中清洗时间为60、120和1040秒中的任何一个都是有效的。
用作这个试验的基片(样品圆片)是其上附有Al2O3颗粒的硅圆片。
商用颗粒计数器用于计数颗粒,所述商业颗粒计数器具有最小的可数尺寸为0.12μm2并使用激光束的扩散反射。
图5说明了图3所示的含臭氧水处理的Cu去除效果,含臭氧水清洗处理是用于用Cu污染的基片。
清洗处理在这样的条件下进行,即含2.4ppm臭氧的含臭氧水,盐酸在室温下使用并且处理时间是变化的。如图5所示,Cu去除比率依赖于处理时间。
在处理时间为60秒的情况下,圆片上Cu的测量值在臭氧水处理之前和之后分别为13.2×E10(原子/平方厘米)和6.0×E10(原子/平方厘米),这表示54%的Cu被去除。
在120秒的情况下,相应的测量值为13.2×E10(原子/平方厘米)和1.4×E10(原子/平方厘米),这表示89%的Cu被去除。
在1040秒的情况下,相应的测量值为13.2×E10(原子/平方厘米)和0.6×E10(原子/平方厘米),这表示95%的Cu被去除。
这说明当含臭氧水含2.4ppm和盐酸并且在室温时,时间为60-1040秒的沉浸过程是有效的,120或1040秒的处理时间对去除Cu更有效。
用作试验的基片是用于Cu原子吸收的标准溶液污染了的硅圆片。感应耦合等离子区数学光谱测定法用于计数Cu原子。
根据本发明的半导体清洗设备,提供了单槽型清洗设备代替传统的多槽型设备,因此,在房间占地面积,即占用面积能够缩小至一半或更小。
而且,含氢氟酸水处理、含臭氧水处理和含氢水处理的顺序和结合可以随意选择,因此基片能够磨光以具有或者亲水的或憎水的表面,所述表面在扩散或CVD处理之前所需。
有机的基片的附着(例如在基片上的IPA)可以带来产品的不充分的特性。在TD氧化膜形成或门形成过程的扩散之前的清洗处理中,臭氧气体处理能够溶解残余物IPA,所述残余物IPA用作干燥,因此使得这样的有机成分能够去除。
而且,纯IPA气体能够通过在石英管中加热IPA液体而获得。石英管在IPA气体产生之后用臭氧水清洗,因此,避免在干燥过程的污染。
通过这样的特征,本发明的半导体圆片清洗设备达到了所需要的清洗能力和基片清洗水平,因此,产品的生产率增加并且进而增强了生产率。

Claims (9)

1.一种半导体圆片清洗设备:
双容器,其包括具有上部开口、用于容纳待清洗基片的内部容器和具有在其内部容纳所述内部容器的密封空间的外部容器,内部容器通过上部开口与外部容器相通;
清洗液体供应导管,其把含氢氟酸的水、含臭氧的水、含氢的水和净化水供应至内部容器;
内部容器排放导管,其从内部容器排放出清洗液体;
气体供应导管,其把惰性气体、臭氧气体和含溶剂气体供应进入内部容器;
排放管,其把双容器的气体排放出;和
外部容器排放导管,其排放从内部容器溢出的液体至外部容器,
其中用于供应含溶剂气体的导管的至少一部分包括带着加热器、溶剂供应导管和惰性气体供应导管的石英管,所述石英管分别通过溶剂供应导管和惰性气体供应导管接收溶剂液体和惰性气体。
2.根据权利要求1所述的清洗设备,其中内部容器由石英、聚四氟乙烯和耐酸树脂其中之一制成。
3.根据权利要求1所述的清洗设备,进一步包括大声波振荡器以振动内部容器中的液体。
4.根据权利要求1所述的清洗设备,其中含臭氧水包含盐酸。
5.根据权利要求1所述的清洗设备,其中含氢水包含氨。
6.根据权利要求1所述的清洗设备,其中含臭氧水包含1-30ppm的臭氧。
7.根据权利要求1所述的清洗设备,其中含氢水包含1-30ppm氢。
8.根据权利要求1所述的清洗设备,其中异丙醇、乙醇、甲醇和二甲苯其中之一被用作溶剂液体。
9.根据权利要求1所述的清洗设备,进一步包括连接至石英管的第二含臭氧水供应导管。
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