一种硅片CMP后加工设备及加工流程的制作方法

本发明属于硅片生产加工的相关领域，尤其涉及一种硅片cmp后加工设备及加工流程。

背景技术：

目前现有半导体制造工艺中，为了更好地满足光刻对平坦化的高要求，化学机械抛光工艺，即cmp已广泛应用在深亚微米技术中(＜0.25um)。

硅片在cmp生产加工中，首先需要对硅片进行cmp加工，然后需要再对硅片进行后序的清洗加工，这样才能保证硅片的高精度要求。

但是现有的硅片cmp的生产加工中，要么采用的是硅片的单片通过机械手进行搬运，这样的话产能低，无法满足实际的生产加工需求；要么采用的是人工进行硅片一盒盒的搬运，虽然此时硅片一直处于臭氧水中，能够保证硅片处于潮湿状态，但其采用人工进行搬运的方式，导致工人强度高，生产效率无法进一步的提高；同时硅片在cmp后的清洗过程中，其清洗效果不彻底，无法将硅片上的颗粒、有机物和sio2去除，进而无法保证硅片生产的高精度要求。

技术实现要素：

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种布局合理，能自动将硅片以一盒盒的形式进行加工和搬运，同时保证硅片在加工过程中一直处于潮湿状态中，保证硅片的清洗精度高，同时后续的清洗效率和清洗效果好的硅片cmp后加工设备及加工流程。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种硅片cmp后加工设备，包括:

位于多个cmp加工装置后端的臭氧水槽和纯水冲洗槽，臭氧水槽经由超声波进行振动；硅片收纳盒设置在臭氧水槽内；

机械手，用于将位于多个cmp加工装置后端的纯水冲洗槽内的硅片收纳盒送到cmp后清洗装置前端的水槽中；

cmp后清洗装置，在cmp后清洗装置的前端设有放置硅片收纳盒的水槽，用于冲洗硅片收纳盒；cmp后清洗装置用于对水槽内的硅片收纳盒中的硅片进行逐个清洗，最后硅片放在硅片收纳盒中送出；

多个cmp加工装置和cmp后清洗装置以机械手为中心环形分布。

优选的，所述cmp加工装置的数量为四个。

一种硅片cmp后加工设备的加工流程，包括如下步骤：

第一步：cmp加工装置将硅片加工后，将硅片放入到位于臭氧水槽内的硅片收纳盒；

第二步：将第一步中的硅片收纳盒放入纯水冲洗槽内进行冲洗；

第三步：机械手自动将cmp加工装置后端的纯水冲洗槽内的硅片收纳盒送到cmp后清洗装置前端的水槽内；

第四步，cmp后清洗装置利用cmp后清洗工艺对水槽中的硅片收纳盒中的硅片进行逐个清洗，最后硅片放置在硅片收纳盒中送出。

优选的，所述cmp后清洗工艺包括如下步骤：

步骤（一）:清洗，将硅片上的研磨浆去除；

步骤（二）:检测，利用检测机对预清洗后的硅片进行检测，若预清洗后的硅片符合要求进入步骤（三）；若不符合要求则返回步骤（一）继续进行预清洗；

步骤（三）:最终清洗，去除硅片在步骤（二）中产生的颗粒以及进一步去除硅片上研磨浆中含有的sio2。

优选的，所述预清洗包括如下步骤：

step1:通过臭氧水和振动设备对硅片进行振动清洗20-120秒；

step2:首先利用浓度＜5％的氢氟酸漂洗硅片10-20秒，再利用臭氧水漂洗硅片30-50秒；

step3：重复多次step2的操作，对硅片进行多次氢氟酸和臭氧水的交替漂洗；

step4:通过刷子配合碱性药液对硅片的正面进行刷洗，刷洗时间为1-5min；

step5:利用纯水对硅片冲洗10-60秒，最后将硅片旋转甩干。

优选的，所述最终清洗包括如下步骤：

步骤1:加入碱性药液对硅片进行漂洗60-120秒，碱性药液的温度为40℃-80℃；

步骤2：利用臭氧水漂洗硅片20-60秒；

步骤3:利用纯水对硅片冲洗10-50秒，最后将硅片旋转甩干。

优选的，在步骤1后还包括如下步骤：利用纯水喷淋头对硅片的侧面进行喷洗30-80秒。

优选的，在步骤2后还包括如下步骤：利用浓度＜5％的氢氟酸漂洗硅片10-50秒，然后臭氧水和氢氟酸重复多次交替对硅片进行清洗。

优选的，所述振动设备为超声波清洗设备。

优选的，在step4中的碱性药液为氨水、双氧水和水的混合物。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

（1）硅片在生产加工的过程中全程处于潮湿状态中，硅片的清洗精度高。

（2）硅片cmp的加工和清洗之间的移动全程由机械手控制，产能高，符合实际的生产需求。

（3）在预清洗的过程中增加了振动设备和臭氧水配合，能够快速有效的去除有机物、sio2、颗粒和酸化膜表面的保护层，便于后续通过氢氟酸将酸化膜去除，进而有效去除有机物、sio2和颗粒。

（4）在最终清洗中增加了高温状态的碱性药液对硅片的冲洗，能够有效的去除残留的sio2。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

附图1为本发明中硅片cmp后加工设备的结构示意图；

其中：1、cmp加工装置；2、机械手；3、cmp后清洗装置；4、臭氧水槽；5、纯水冲洗槽；6、水槽。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

参阅附图1，本发明所述的一种硅片cmp后加工设备，包括:

位于多个cmp加工装置1后端的臭氧水槽4和纯水冲洗槽5，臭氧水槽4经由超声波进行振动；硅片收纳盒（图中未示出）设置在臭氧水槽4内；机械手2，用于将位于多个cmp加工装置1的后端的纯水冲洗槽5内的硅片收纳盒送到cmp后清洗装置3前端的水槽6中；cmp后清洗装置3，在cmp后清洗装置3的前端设有放置硅片收纳盒的水槽6，用于冲洗硅片收纳盒；cmp后清洗装置3用于对机械手2移动过来的水槽6中的硅片进行逐个清洗，最后硅片放在硅片收纳盒中送出；多个cmp加工装置1和cmp后清洗装置3以机械手2为中心环形分布。

作为进一步的优选实施例，所述cmp加工装置1的数量包括但不限于四个，可以根据实际的需求进行调整和排布。

具体工作时，硅片cmp后加工设备的加工流程，包括如下步骤：

第一步：cmp加工装置将硅片加工后，将硅片放入到位于臭氧水槽内的硅片收纳盒；

第二步：将第一步中的硅片收纳盒放入纯水冲洗槽内进行冲洗；

第三步：机械手自动将cmp加工装置后端的纯水冲洗槽内的硅片收纳盒送到cmp后清洗装置前端的水槽内；

第四步，cmp后清洗装置利用cmp后清洗工艺对水槽中的硅片收纳盒中的硅片进行逐个清洗，最后硅片放置在硅片收纳盒中送出。

从上面的硅片cmp后加工设备的加工流程中可以发现，硅片在cmp的生产加工中，硅片放置在硅片收纳盒中，而硅片收纳盒要么放置在cmp加工装置后端的臭氧水槽中，要么放置在cmp后清洗装置前端的水槽内，这样可以保证硅片一直处于潮湿状态，确保了硅片的清洗精度更高，符合实际的需求。

同时在整个加工过程中，均通过机械手来实现硅片收纳盒的搬运，产能高，劳动力成本低，符合市场的加工需求。

其中，cmp后清洗工艺包括如下步骤：

步骤（一）:清洗，将硅片上的研磨浆去除；

步骤（二）:检测，利用检测机对预清洗后的硅片进行检测，若预清洗后的硅片符合要求进入步骤（三）；若不符合要求则返回步骤（一）继续进行预清洗；

步骤（三）:最终清洗，去除硅片在步骤（二）中产生的颗粒以及进一步去除硅片上研磨浆中含有的sio2。

具体的，在预清洗的step1中:通过臭氧水和振动设备对硅片进行振动清洗，这是因为硅片在cmp后的表面含有研磨浆，研磨浆主要由附在酸化膜上的颗粒、有机物和sio2构成，其中sio2为主要成分；step1的作用主要用于去除覆盖在颗粒、有机物、sio2和酸化膜表面的保护膜，便于后续通过将酸化膜出去，从而将颗粒、有机物和sio2去除；同时，酸化膜由于臭氧水的加入变厚;其中，利用超声波设备作为振动设备，其清洗效果佳。

在预清洗的step2和step3中，利用氢氟酸和臭氧水漂洗重复多次对硅片进行漂洗，此处的作用主要是利用氢氟酸去除变厚的酸化膜，由于酸化膜被去除了，这样有机物、颗粒和sio2就和酸化膜一起从硅片表面去除。

在预清洗的step4中:通过刷子和碱性药液相互配合对硅片正面的进行刷洗，主要的作用是出去硅片表面的顽固颗粒。

其中，在最终清洗的步骤1中，加入了温度为40-80°的碱性药液对硅片进行漂洗，此处由于碱性药液的温度高，所以清洗效果好，能进一步的去除sio2。

在最终清洗的步骤2中，利用氢氟酸漂洗硅片，再利用臭氧水漂洗硅片；此处主要是为了进一步的去除sio2；若有需要继续将氢氟酸和臭氧水对硅片进行交替冲洗。

作为进一步的优选实施例，利用纯水喷淋头对硅片的侧面进行喷洗，利用了物理特性去除硅片上的颗粒，这样可以进一步保证硅片清洗干净。

作为进一步的优选实施例，振动设备可以采用超声波清洗设备或者其它的设备。

作为进一步的优选实施例，在step4和步骤1中的碱性药液均为氨水、双氧水和水的混合物。

作为进一步的优选实施例，刷子由聚乙烯醇制成。

实施例一：一种硅片cmp后的清洗工艺，包括如下步骤：

（一）预清洗：

step1:通过臭氧水和超声波清洗设备对硅片进行振动清洗20秒；

step2:首先利用浓度2％的氢氟酸漂洗硅片10秒，再利用臭氧水漂洗硅片30秒；

step3：重复3次step2的操作，对硅片进行多次氢氟酸和臭氧水的交替漂洗；

step4:刷子配合碱性药液对硅片的正面进行刷洗，刷洗时间为2min；

step5:利用纯水对硅片冲洗10秒，最后将硅片旋转甩干。

（二）检测，利用检测机对预清洗后的硅片进行检测，若预清洗后的硅片符合要求进入步骤三；若不符合要求则返回步骤一继续进行预清洗。

（三）最终清洗：

步骤1:加入碱性药液对硅片进行漂洗60秒，碱性药液的温度为45℃；

步骤2：利用臭氧水漂洗硅片20秒；

步骤3:利用纯水对硅片冲洗10秒，最后将硅片旋转甩干。

实施例二：

一种硅片cmp后的清洗工艺，包括如下步骤：

（一）预清洗：

step1:通过臭氧水和超声波清洗设备对硅片进行振动清洗80秒；

step2:首先利用浓度4％的氢氟酸漂洗硅片18秒，再利用臭氧水漂洗硅片36秒；

step3：重复5次step2的操作，对硅片进行多次氢氟酸和臭氧水的交替漂洗；

step4:刷子配合碱性药液对硅片的正面进行刷洗，刷洗时间为4min；

step5:利用纯水对硅片冲洗50秒，最后将硅片旋转甩干。

（二）检测，利用检测机对预清洗后的硅片进行检测，若预清洗后的硅片符合要求进入步骤三；若不符合要求则返回步骤一继续进行预清洗。

（三）最终清洗：

步骤1:加入碱性药液对硅片进行漂洗60秒，碱性药液的温度为45℃；

步骤2：利用臭氧水漂洗硅片20秒；

步骤3:利用纯水对硅片冲洗10秒，最后将硅片旋转甩干。

实施例三：一种硅片cmp后的清洗工艺，包括如下步骤：

（一）预清洗：

step1:通过臭氧水和超声波清洗设备对硅片进行振动清洗30秒；

step2:首先利用浓度1.5％的氢氟酸漂洗硅片10秒，再利用臭氧水漂洗硅片33秒；

step3：重复3次step2的操作，对硅片进行多次氢氟酸和臭氧水的交替漂洗；

step4:刷子配合碱性药液对硅片的正面进行刷洗，刷洗时间为1.5min；

step5:利用纯水对硅片冲洗12秒，最后将硅片旋转甩干。

（二）检测，利用检测机对预清洗后的硅片进行检测，若预清洗后的硅片符合要求进入步骤三；若不符合要求则返回步骤一继续进行预清洗。

（三）最终清洗：

步骤1:加入碱性药液对硅片进行漂洗65秒，碱性药液的温度为43℃；

步骤2：利用纯水喷淋头对硅片的侧面进行喷洗36秒；

步骤3：利用臭氧水漂洗硅片25秒；

步骤4:利用纯水对硅片冲洗28秒，最后将硅片旋转甩干。

实施例四：

一种硅片cmp后的清洗工艺，包括如下步骤：

（一）预清洗：

step1:通过臭氧水和超声波清洗设备对硅片进行振动清洗100秒；

step2:首先利用浓度3.8％的氢氟酸漂洗硅片20秒，再利用臭氧水漂洗硅片46秒；

step3：重复6次step2的操作，对硅片进行多次氢氟酸和臭氧水的交替漂洗；

step4:刷子配合碱性药液对硅片的正面进行刷洗，刷洗时间为3min；

step5:利用纯水对硅片冲洗56秒，最后将硅片旋转甩干。

（二）检测，利用检测机对预清洗后的硅片进行检测，若预清洗后的硅片符合要求进入步骤三；若不符合要求则返回步骤一继续进行预清洗。

（三）最终清洗：

步骤1:加入碱性药液对硅片进行漂洗120秒，碱性药液的温度为68℃；

步骤2：利用纯水喷淋头对硅片的侧面进行喷洗78秒；

步骤3：利用臭氧水漂洗硅片56秒；

步骤4:利用纯水对硅片冲洗48秒，最后将硅片旋转甩干。

实施例一和实施例四之间的区别为在最终清洗中增加了“利用纯水喷淋头对硅片的侧面进行喷洗”，这样能够对硅片的侧面进行清洗，从而进一步提升硅片的清洗效果。

实施例五：

一种硅片cmp后的清洗工艺，包括如下步骤：

（一）预清洗：

step1:通过臭氧水和超声波清洗设备对硅片进行振动清洗30秒；

step2:首先利用浓度2.3％的氢氟酸漂洗硅片10秒，再利用臭氧水漂洗硅片30秒；

step3：重复2次step2的操作，对硅片进行多次氢氟酸和臭氧水的交替漂洗；

step4:刷子配合碱性药液对硅片的正面进行刷洗，刷洗时间为1min；

step5:利用纯水对硅片冲洗12秒，最后将硅片旋转甩干。

（二）检测，利用检测机对预清洗后的硅片进行检测，若预清洗后的硅片符合要求进入步骤三；若不符合要求则返回步骤一继续进行预清洗。

（三）最终清洗：

步骤1:加入碱性药液对硅片进行漂洗60秒，碱性药液的温度为40℃；

步骤2：利用臭氧水漂洗硅片20秒；

步骤3：利用浓度4.8％的氢氟酸漂洗硅片50秒，然后臭氧水和氢氟酸重复5次交替对硅片进行清洗；

步骤4:利用纯水对硅片冲洗48秒，最后将硅片旋转甩干。

实施例六：

一种硅片cmp后的清洗工艺，包括如下步骤：

（一）预清洗：

step1:通过臭氧水和超声波清洗设备对硅片进行振动清洗110秒；

step2:首先利用浓度1.6％的氢氟酸漂洗硅片18秒，再利用臭氧水漂洗硅片40秒；

step3：重复5次step2的操作，对硅片进行多次氢氟酸和臭氧水的交替漂洗；

step4:刷子配合碱性药液对硅片的正面进行刷洗，刷洗时间为5min；

step5:利用纯水对硅片冲洗60秒，最后将硅片旋转甩干。

（二）检测，利用检测机对预清洗后的硅片进行检测，若预清洗后的硅片符合要求进入步骤三；若不符合要求则返回步骤一继续进行预清洗。

（三）最终清洗：

步骤1:加入碱性药液对硅片进行漂洗120秒，碱性药液的温度为80℃；

步骤2：利用臭氧水漂洗硅片60秒；

步骤3：利用浓度2.5％的氢氟酸漂洗硅片50秒，然后臭氧水和氢氟酸重复3次交替对硅片进行清洗；

步骤4:利用纯水对硅片冲洗10-50秒，最后将硅片旋转甩干。

实施例一和实施例六之间的区别为“利用氢氟酸漂洗硅片，然后臭氧水和氢氟酸重复多次交替对硅片进行清洗”，这样可以进一步的将硅片上的杂质去除。

实施例七：

一种硅片cmp后的清洗工艺，包括如下步骤：

（一）预清洗：

step1:通过臭氧水和超声波清洗设备对硅片进行振动清洗25秒；

step2:首先利用浓度1.5％的氢氟酸漂洗硅片10秒，再利用臭氧水漂洗硅片30秒；

step3：重复2次step2的操作，对硅片进行多次氢氟酸和臭氧水的交替漂洗；

step4:刷子配合碱性药液对硅片的正面进行刷洗，刷洗时间为1min；

step5:利用纯水对硅片冲洗10秒，最后将硅片旋转甩干。

（二）检测，利用检测机对预清洗后的硅片进行检测，若预清洗后的硅片符合要求进入步骤三；若不符合要求则返回步骤一继续进行预清洗。

（三）最终清洗：

步骤1:加入碱性药液对硅片进行漂洗60秒，碱性药液的温度为40℃；

步骤2：利用纯水喷淋头对硅片的侧面进行喷洗30秒；

步骤3：利用臭氧水漂洗硅片20秒；

步骤4：利用浓度3.5％的氢氟酸漂洗硅片10秒，然后臭氧水和氢氟酸重复6次交替对硅片进行清洗；

步骤5:利用纯水对硅片冲洗10秒，最后将硅片旋转甩干。

实施例八：

一种硅片cmp后的清洗工艺，包括如下步骤：

（一）预清洗：

step1:通过臭氧水和超声波清洗设备对硅片进行振动清洗120秒；

step2:首先利用浓度4.25％的氢氟酸漂洗硅片20秒，再利用臭氧水漂洗硅片50秒；

step3：重复5次step2的操作，对硅片进行多次氢氟酸和臭氧水的交替漂洗；

step4:刷子配合碱性药液对硅片的正面进行刷洗，刷洗时间为5min；

step5:利用纯水对硅片冲洗60秒，最后将硅片旋转甩干。

（二）检测，利用检测机对预清洗后的硅片进行检测，若预清洗后的硅片符合要求进入步骤三；若不符合要求则返回步骤一继续进行预清洗。

（三）最终清洗：

步骤1:加入碱性药液对硅片进行漂洗120秒，碱性药液的温度为70℃；

步骤2：利用纯水喷淋头对硅片的侧面进行喷洗80秒；

步骤3：利用臭氧水漂洗硅片60秒；

步骤4：利用浓度1.65％的氢氟酸漂洗硅片50秒，然后臭氧水和氢氟酸重复2次交替对硅片进行清洗；

步骤5:利用纯水对硅片冲洗50秒，最后将硅片旋转甩干。

实施例一和实施例八之间的区别为“利用纯水喷淋头对硅片的侧面进行喷洗”，“利用氢氟酸漂洗硅片，然后臭氧水和氢氟酸重复多次交替对硅片进行清洗”，这样可以很好的提升硅片的最终清洗效果，符合硅片的高精度清洗要求。

采用本发明中的cmp后的清洗工艺后，硅片最后可以做到：残留颗粒37nm，数量控制在10颗以内；同时金属污染标准可做到5e8atoms/cm2；产能为120片/小时。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。