TWI696209B - 清洗方法及清洗設備 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種清洗方法及清洗設備，該清洗方法包括：第一清洗步驟，用於去除晶片表面上的雜質；第二清洗步驟，分為複數清洗階段，各清洗階段所採用的晶片轉速不同，同時各清洗階段採用預設的清洗液體的流量，以減少晶片表面的水痕和顆粒。本發明提供的清洗方法，其不僅可以有效減少晶片表面水痕和顆粒，改善清洗效果，而且還可以提高製程安全性，降低成本。

Description

清洗方法及清洗設備
本發明涉及半導體製程領域，具體地，涉及一種清洗方法及清洗設備。
在半導體製程制程中，利用DHF（稀氟氫酸）藥液的清洗製程應用範圍廣泛，主要應用於外延製程等，DHF藥液能夠去除矽片表面的氧化層，但是清洗之後，裸露出的矽片表面為疏水界面，疏水界面的張力大易產生水痕和顆粒，為了解決該問題，通過利用異丙醇（iso-Propyl alcohol，以下簡稱IPA）藥液來減少矽片表面上的水痕和顆粒的產生。
目前利用IPA藥液的清洗製程主要應用在槽式清洗機中，現有的槽式清洗機首先是把IPA藥液加熱至82.7℃，藥液達到該溫度後會氣化，然後再使它直接落在矽片上，使矽片得以清洗乾淨。
但是，上述清洗方式無法有效解決晶片表面水痕和顆粒的問題，清洗效果較差。
本發明旨在至少解決先前技術中存在的技術問題之一，提出了一種清洗方法及清洗設備，其不僅可以有效減少晶片表面水痕和顆粒，改善清洗效果，而且還可以提高製程安全性，降低成本。
為實現本發明的目的而提供一種清洗方法，包括： 第一清洗步驟，用於去除晶片表面上的雜質； 第二清洗步驟，分為複數清洗階段，各該清洗階段所採用的晶片轉速不同，同時各該清洗階段採用預設的清洗液體的流量，以減少該晶片表面的水痕和顆粒。
可選的，複數該清洗階段所採用的該晶片轉速按時間的先後順序逐漸提高。
可選的，該第二清洗步驟分為三個清洗階段，分別為第一清洗階段、第二清洗階段和第三清洗階段，其中， 該第二清洗階段採用的晶片轉速是該第一清洗階段採用的晶片轉速的5-8倍； 該第三清洗階段採用的晶片轉速是該第二清洗階段採用的晶片轉速的8-24倍。
可選的，該第一清洗階段採用的晶片轉速的取值範圍在10-30rpm/min；該第二清洗階段採用的晶片轉速的取值範圍在50-100rpm/min；該第三清洗階段採用的晶片轉速的取值範圍在800-1200rpm/min。
可選的，該第一清洗階段、第二清洗階段和第三清洗階段的製程時間比例為1:2:1。
可選的，該第一清洗階段的製程時間的取值範圍在2-6s；該第二清洗階段的製程時間的取值範圍在4-12s；該第三清洗階段的製程時間的取值範圍在2-6s。
可選的，每個該清洗階段採用的該清洗液體的流量相同。
可選的，該清洗液體的流量的取值範圍在0.1-0.3L/min。
可選的，該第一清洗步驟，進一步包括： 第一子步驟，用於去除晶片表面的氧化膜； 第二子步驟，用於去除在該晶片表面殘留的反應產物和廢液，並在該晶片表面上形成液膜。
可選的，在該第二子步驟中，該清洗液體包括IPA藥液。
可選的，在該第二清洗步驟之後，還包括： 乾燥步驟，用於乾燥該晶片表面。
作為另一個技術方案，本發明還提供一種清洗設備，該清洗設備為單片清洗設備，用於採用本發明提供的上述清洗方法對晶片表面進行清洗；該單片清洗設備包括用於承載晶片，且驅動該晶片轉動的承載裝置，以及用於朝向該晶片表面噴淋清洗液體的噴淋裝置。
本發明具有以下有益效果： 本發明提供的清洗方法及清洗設備的技術方案中，通過將第二清洗步驟分為複數清洗階段，且各清洗階段所採用的晶片轉速不同，同時各清洗階段採用預設的清洗液體的流量，可以使在晶片表面上形成的液膜厚度滿足要求，從而不僅可以改善晶片表面的疏水狀況，減少晶片表面的水痕和顆粒，進而可以改善清洗效果；而且，通過調節液體流量，可以提高製程安全性，降低成本。
為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖來對本發明提供的清洗方法及清洗設備進行詳細描述。
請參閱第1圖，本發明實施例提供的清洗方法，其包括： 第一清洗步驟，用於去除晶片表面上的雜質。 第二清洗步驟，用於分為複數清洗階段，各清洗階段所採用的晶片轉速不同，同時各清洗階段採用預設的清洗液體的流量，以減少晶片表面的水痕和顆粒。
其中，晶片轉速是指在清洗過程中，晶片圍繞垂直於其所在表面的中心軸線作旋轉運動的速度。清洗液體的流量是指在清洗過程中，朝向晶片表面噴淋清洗液體的流量。
在先前技術中，清洗方法是在對IPA藥液進行加熱之後，使氣化後的藥液直接落在晶片表面上，而根本沒有對晶片轉速和清洗液體的流量進行調節，而且由於IPA製程主要應用在槽式清洗機中，現有的槽式清洗機中晶片轉速和清洗液體的流量在清洗過程中是不可調的，導致無法有效解決晶片表面水痕和顆粒的問題，清洗效果較差。
為了解決上述問題，本發明實施例提供的清洗方法，其通過在完成第一清洗步驟之後，在進行第二清洗步驟時，將其分為複數清洗階段，各清洗階段所採用的晶片轉速不同，同時各清洗階段採用預設的清洗液體的流量，可以使在晶片表面上形成的液膜厚度滿足要求，從而不僅可以改善晶片表面的疏水狀況，減少晶片表面的水痕和顆粒，進而可以改善清洗效果；而且，通過調節液體流量，可以提高製程安全性，降低成本。
可選的，本發明實施例提供的清洗方法採用的清洗設備為單片清洗機，該單片清洗機的用於承載晶片的承載裝置的轉速以及噴淋裝置輸出的液體流量可調。
以晶片為矽片為例，可選的，在第二清洗步驟中，清洗液體包括IPA（異丙醇）藥液。
IPA是一種表面張力小的化學藥液，其可以減少矽片表面的表面張力，從而可以減少晶片表面的水痕和顆粒。通過實驗發現，在進行第二清洗步驟時，通過將其分為複數清洗階段，各清洗階段所採用的晶片轉速不同，同時各個清洗階段採用預設的清洗液體的流量，可以完成消除晶片表面的水痕，同時能夠將40nm的顆粒減少至100顆以下。
另外，由於IPA藥液具有易燃易爆的特性，且純度較高的IPA藥液的價格較貴，因此，可以通過各清洗階段採用預設的清洗液體的流量，使之適當減小，可以提高製程安全性，降低成本。
當晶片轉速較低時，有利於在晶片表面積累較厚的IPA薄膜，而晶片轉速較高時，在離心力的作用下，有利於加快IPA藥液覆蓋整個晶片表面的速度，同時減小IPA薄膜的厚度，從而可以減少IPA藥液在晶片表面上的殘留量。基於該特性，通過將各清洗階段所採用的晶片轉速不同，可以有效減少甚至完全消除晶片表面的水痕和顆粒，進而可以改善清洗效果。
具體地，複數清洗階段所採用的晶片轉速按時間的先後順序逐漸提高。在清洗初始階段，通過採用較低的轉速，可以減弱離心力作用，避免晶片表面上的IPA藥液晶片的高速旋轉而旋出，從而有利於IPA藥液在晶片表面的原始積累。在清洗中間階段，晶片轉速相對於初始階段提高，離心力作用增強，可以加快IPA藥液覆蓋整個晶片表面的速度，從而在晶片表面上形成能夠代替第二清洗步驟中形成的液膜。在清洗後階段，轉速進一步提高，可以進一步加快IPA藥液覆蓋整個晶片表面的速度，同時可以減小IPA薄膜的厚度，在晶片表面形成較薄的IPA薄膜，防止IPA藥液在晶片表面上殘留，從而可以為後續的乾燥製程提高效率。
可選的，第二清洗步驟分為三個清洗階段，分別為：第一清洗階段、第二清洗階段和第三清洗階段，其中，第二清洗階段採用的晶片轉速是第一清洗階段採用的晶片轉速的5-8倍；第三清洗階段採用的晶片轉速是第二清洗階段採用的晶片轉速的8-24倍。這樣，各清洗階段的晶片轉速之間可以保持一定的差值，從而可以使不同清洗階段中IPA藥液在晶片表面上的狀態不同，以滿足各個清洗階段的要求。
進一步可選的，第一清洗階段採用的晶片轉速的取值範圍在10-30rpm/min；第二清洗階段採用的晶片轉速的取值範圍在50-100rpm/min；第三清洗階段採用的晶片轉速的取值範圍在800-1200rpm/min。在該取值範圍內，可以有效減少甚至消除晶片表面的水痕和顆粒，從而可以改善清洗效果。
可選的，第一清洗階段、第二清洗階段和第三清洗階段的製程時間比例為1:2:1。第二清洗階段作為主製程階段，以能夠改變晶片的表面張力。進一步可選的，第一清洗階段的製程時間的取值範圍在2-6s，進一步較佳為2-5s；第二清洗階段的製程時間的取值範圍在4-12s，進一步較佳為5-8s；第三清洗階段的製程時間的取值範圍在2-6s，進一步較佳為3-6s。
可選的，每個清洗階段採用的清洗液體的流量相同。可以通過適當減小流量，來提高製程安全性，降低成本。進一步可選的，清洗液體的流量的取值範圍在0.1-0.3L/min。在該取值範圍內，可以實現較好的製程效果，同時可以保證製程安全性，降低成本。
可選的，上述第一清洗步驟，進一步包括： 第一子步驟，用於去除晶片表面的氧化膜； 第二子步驟，用於去除在晶片表面殘留的反應產物和廢液，並在晶片表面上形成液膜。
以晶片為矽片為例，可選的，在上述第一子步驟中，採用DHF（稀氟氫酸）與矽片的氧化膜反應，以去除該氧化膜。
可選的，在上述第二子步驟中，採用去離子水去除在晶片表面殘留的反應產物和廢液，並在晶片表面上形成均勻地液膜，用於保護矽片表面。
本發明實施例提供的清洗方法，在第二清洗步驟之後，還包括： 乾燥步驟，用於乾燥晶片表面。
可選的，可以採用氮氣或者其他惰性氣體吹掃晶片表面，以乾燥晶片表面。
綜上所述，本發明實施例提供的清洗方法，其通過將第二清洗步驟分為複數清洗階段，且各清洗階段所採用的晶片轉速不同，同時各清洗階段採用預設的清洗液體的流量，可以使在晶片表面上形成的液膜厚度滿足要求，從而不僅可以改善晶片表面的疏水狀況，減少晶片表面的水痕和顆粒，進而可以改善清洗效果；而且，通過調節液體流量，可以提高製程安全性，降低成本。
作為另一個技術方案，本發明實施例還提供一種清洗設備，該清洗設備為單片清洗設備，用於採用本發明實施例提供的上述清洗方法對晶片表面進行清洗。上述單片清洗設備包括用於承載晶片，且驅動晶片轉動的承載裝置，以及用於朝向晶片表面噴淋清洗液體的噴淋裝置。其中，單片清洗設備的承載裝置的轉速以及噴淋裝置輸出的液體流量可調，以使每個清洗階段所採用的晶片轉速不同，同時各個清洗階段採用預設的清洗液體的流量。
本發明實施例提供的清洗設備，其通過採用本發明提供的上述清洗方法對晶片表面進行清洗，不僅可以改善晶片表面的疏水狀況，減少晶片表面的水痕和顆粒，進而可以改善清洗效果；而且，通過調節液體流量，可以提高製程安全性，降低成本。
可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發明的原理而採用的示例性實施方式，然而本發明並不侷限於此。對於本領域內的普通技術人員而言，在不脫離本發明的精神和實質的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發明的保護範圍。
第1圖為本發明提供的清洗方法的流程圖。

Claims (12)

  1. 一種清洗方法，其特徵在於，包括： 一第一清洗步驟，用於去除一晶片表面上的雜質； 一第二清洗步驟，分為複數清洗階段，各該清洗階段所採用的晶片轉速不同，同時各該清洗階段採用預設的清洗液體的流量，以減少該晶片表面的水痕和顆粒。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的清洗方法，其中，複數該清洗階段所採用的該晶片轉速按時間的先後順序逐漸提高。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的清洗方法，其中，該第二清洗步驟分為三個清洗階段，分別為一第一清洗階段、一第二清洗階段和一第三清洗階段，其中， 該第二清洗階段採用的晶片轉速是該第一清洗階段採用的晶片轉速的5-8倍； 該第三清洗階段採用的晶片轉速是該第二清洗階段採用的晶片轉速的8-24倍。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的清洗方法，其中，該第一清洗階段採用的晶片轉速的取值範圍在10-30rpm/min；該第二清洗階段採用的晶片轉速的取值範圍在50-100rpm/min；該第三清洗階段採用的晶片轉速的取值範圍在800-1200rpm/min。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的清洗方法，其中，該第一清洗階段、第二清洗階段和第三清洗階段的製程時間比例為1:2:1。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的清洗方法，其中，該第一清洗階段的製程時間的取值範圍在2-6s；該第二清洗階段的製程時間的取值範圍在4-12s；該第三清洗階段的製程時間的取值範圍在2-6s。
  7. 如申請專利範圍第1項至第6項任一項所述的清洗方法，其中，每個該清洗階段採用的該清洗液體的流量相同。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的清洗方法，其中，該清洗液體的流量的取值範圍在0.1-0.3L/min。
  9. 如申請專利範圍第1項至第6項任一項所述的清洗方法，其中，該第一清洗步驟，進一步包括： 一第一子步驟，用於去除晶片表面的氧化膜； 一第二子步驟，用於去除在該晶片表面殘留的反應產物和廢液，並在該晶片表面上形成液膜。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的清洗方法，其中，在該第二子步驟中，該清洗液體包括IPA藥液。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的清洗方法，其中，在該第二清洗步驟之後，還包括： 一乾燥步驟，用於乾燥該晶片表面。
  12. 一種清洗設備，其特徵在於，該清洗設備為一單片清洗設備，用於採用申請專利範圍第1項至第11項任一項的清洗方法對一晶片表面進行清洗；該單片清洗設備包括用於承載晶片，且驅動該晶片轉動的一承載裝置，以及用於朝向該晶片表面噴淋清洗液體的一噴淋裝置。
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