清洁装置及清洁方法

技术领域

本发明涉及半导体器件制备技术领域，特别涉及一种清洁装置及清洁方法。

背景技术

在半导体器件的制造过程中，每一制备环节几乎都需要执行半导体清洗工艺，以去除制程中形成的污染颗粒。而随着半导体器件集成度不断提高、芯片工艺节点不断缩小以及半导体结构越来越复杂化，现有工艺对于清洗要求越来越高，尤其是对微米级以下的小粒径污染物的清洗需求越来越大。由于小粒径污染物的尺寸小且半导体器件的集成度高，则导致清洗难度大，一般的清洗工艺难以达到所需的清洁要求。对此，现有技术是采用激光清洁工艺去除制程中形成的小粒径污染物。即，利用激光击穿空气形成的等离子体冲击波来实现清洁效果。

然而，激光清洁工艺所使用的设备价格高昂，导致制备成本高；且每次激光清洁均需要消耗大量的能量，造成较高的运行成本。因此，亟需一种新的清洁方法及装置，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种清洁装置及清洁方法，以解决如何降低清洁成本和清洁设备能耗的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种清洁装置，包括第一清洁模块和第二清洁模块；

所述第一清洁模块用于采用湿法清洗工艺清洁半导体器件；

所述第二清洁模块包括静电放电单元，用于产生静电放电并电离气体介质形成冲击波，以经所述冲击波清洁所述半导体器件。

可选的，在所述的清洁装置中，所述静电放电单元包括电源、电容器、第一电极和第二电极；其中，所述电源与所述电容器相接，以能够向所述电容器充电，并使所述电容器达到预设电压；所述第一电极与所述电容器的正极端相接，所述第二电极与所述电容器的负极端均接地。

可选的，在所述的清洁装置中，所述第一电极与所述第二电极相对设置且间隔一预设距离，以能够在所述电容器放电过程中产生静电放电并电离气体介质形成所述冲击波。

可选的，在所述的清洁装置中，所述预设距离的范围为：0.5mm～1mm。

可选的，在所述的清洁装置中，所述第一电极与所述第二电极设置于所述半导体器件的上方，且与所述半导体器件的待清洁表面的垂向间距范围为：0.25mm～0.6mm。

可选的，在所述的清洁装置中，所述电容器的容值范围为：1nF～10nF；所述电容器的预设电压范围为：12kV～20kV；以及，所述电容器的单次放电时间范围为0.1μs～10μs。

可选的，在所述的清洁装置中，所述第二清洁模块还包括电压传感器、电流传感器、压力传感器和示波器；其中，所述电源、所述电压传感器、所述电流传感器和所述压力传感器均与所述示波器相接，且所述电压传感器的两端还与所述第一电极和第二电极相接，以测量所述第一电极和第二电极之间的电压；所述电流传感器与所述第一电极和所述电容器的正极端相接，以测量所述电容器的放电电流；以及，所述压力传感器位于所述第一电极和所述第二电极的上方，以测量所述冲击波的压力。

可选的，在所述的清洁装置中，所述电压传感器与所述第一电极或所述第二电极之间还连接有分压电阻，且所述分压电阻的阻值范围为：900kΩ～1100kΩ。

可选的，在所述的清洁装置中，所述清洁装置还包括可移动基台，所述可移动基台用于承载所述半导体器件，并将所述半导体器件移动至所述第一清洁模块或所述第二清洁模块内。

基于同一发明构思，本发明还提供一种清洁方法，包括：

采用第一清洁模块湿法清洗半导体器件；

干燥所述半导体器件；

采用第二清洁模块清洁所述半导体器件；其中，所述第二清洁模块中的静电放电单元用于产生静电放电并电离气体介质形成冲击波，以经所述冲击波清洁所述半导体器件。

综上所述，本发明提供一种清洁装置及清洁方法。其中，所述清洁装置包括第一清洁模块和第二清洁模块；所述第一清洁模块用于采用湿法清洗工艺清洁半导体器件；所述第二清洁模块包括静电放电单元，用于产生静电放电并电离气体介质形成冲击波，以经所述冲击波清洁所述半导体器件。相较于现有技术，本发明提供的所述清洁装置采用湿法清洗和电离冲击波清洗相结合的清洁方式，以利用湿法清去除大粒径污染物，利用电离冲击波去除小粒径污染物，有效提高清洁效率和清洁效果。且相较于激光形成冲击波的清洁方式，本发明采用的静电放电形成冲击波的清洁方式不但运行能耗低，清洁效果好，而且形成静电放电的设备成本非常低，能够大幅度降低半导体器件的制备成本。

附图说明

本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。

图1是本发明实施例中清洁装置的结构示意图。

图2是本发明实施例中第二清洁模块的结构示意图。

图3是本发明实施例中第一电极和第二电极的位置示意图。

图4是本发明实施例中清洁方法的流程图。

附图中：

10-第一清洁模块；

20-第二清洁模块；201-静电放电单元；2011-电源；2012-电容器；2013-第一电极；2014-第二电极；202-监测单元；2021-电压传感器；2022-电流传感器；2023-压力传感器；2024-示波器；

30-可移动基台；

W-半导体器件；K-开关；R-分压电阻；d1-预设距离；d2-垂向间距。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。此外，如在本发明中所使用的，一元件设置于另一元件，通常仅表示两元件之间存在连接、耦合、配合或传动关系，且两元件之间可以是直接的或通过中间元件间接的连接、耦合、配合或传动，而不能理解为指示或暗示两元件之间的空间位置关系，即一元件可以在另一元件的内部、外部、上方、下方或一侧等任意方位，除非内容另外明确指出外。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，本实施例提供一种清洁装置，包括第一清洁模块10和第二清洁模块20；所述第一清洁模块10用于采用湿法清洗工艺清洁半导体器件W；所述第二清洁模块20包括静电放电单元201，用于产生静电放电并电离气体介质形成冲击波，以经所述冲击波清洁所述半导体器件W。

可以理解的是，本实施例提供的所述清洁装置采用湿法清洗和电离冲击波清洗相结合的清洁方式，以利用湿法清去除大粒径污染物，利用电离冲击波去除小粒径污染物，有效提高清洁效率和清洁效果。且相较于激光形成冲击波的清洁方式，本实施例采用的静电放电形成冲击波的清洁方式不但运行能耗低，清洁效果好，而且形成静电放电的设备成本非常低，能够大幅度降低半导体器件W的制备成本。

以下结合附图1至图4，具体说明本实施例提供的所述清洁装置。

请参阅图1，所述清洁装置包括第一清洁模块10和第二清洁模块20。其中，所述第一清洁模块10用于采用湿法清洗工艺清洁半导体器件W，以至少去除80nm以上的大粒径污染物。所述第二清洁模块20用于采用静电放电形成电离冲击波，以去除80nm以下的小粒径污染物。

需要说明的是，湿法清洗工艺是本领域主流的清洁方式，占芯片制造清洗步骤数量的90％以上。湿法清洗工艺是采用特定的化学药液和去离子水，对半导体器件W表面进行无损伤清洗，具有效率高、成本较低等优势。可选的，湿法清洗工艺所采用的化学试剂包括但不限于为H

请参阅图1和图2，所述第二清洁模块20包括静电放电单元201和监测单元202。其中，所述静电放电单元201用于产生静电放电并电离气体介质形成冲击波，以经所述冲击波清洁所述半导体器件W。所述监测单元202用于在所述静电放电单元201运行的过程中，至少监测放电电压、放电电流、冲击波压力以及电源供电情况等信息，以确保所述半导体器件W的清洁过程的稳定性。

进一步的，所述静电放电单元201包括电源2011、电容器2012、第一电极2013和第二电极2014。其中，所述电源2011的正极端和负极端分别与所述电容器2012的两端相接，则所述电源2011能够向所述电容器2012充电，并使所述电容器2012达到预设电压。所述电源2011和所述电容器2012的负极端共地。优选的，所述电源2011为直流高压电源。以及，为避免放电电压过大对所述半导体器件W造成损伤，优选的，所述电容器2012的预设电压范围为：12kV～20kV。以及，所述电容器2012的容值范围为：1nF～10nF。

进一步的，所述第一电极2013与所述电容器2012的正极端相接，所述第二电极2014与所述电源2011和所述电容器2012的负极端共地。其中，所述第一电极2013与所述电容器2012之间还设置有开关K，则在所述电容器2012放电时，所述开关K闭合；且在所述电源2011向所述电容器2012充电时，所述开关K断开，以避免在所述电容器2012充电过程中，所述电源2011向所述第一电极2013和所述第二电极2014供电，造成所述第一电极2013和所述第二电极2014之间形成大功率或不稳定地静电放电，造成对所述半导体器件W的损伤。进一步的，所述第一电极2013与所述第二电极2014为探针式电极。以及，如图3所示，所述第一电极2013与所述第二电极2014的末端相对设置，且间隔一预设距离d1。优选的，所述预设距离的范围为：0.5mm～1mm。例如为0.5mm、0.8mm或1mm。且在垂向上，所述第一电极2013与所述第二电极2014设置于所述半导体器件W的上方，并与所述半导体器件W的待清洁表面的形成一垂向间距d2。可以理解的是，所述垂向间距d2过大会影响冲击波清洗能力，所述垂向间距d2过小可能会造成所述半导体器件W损伤。故优选的，所述垂向间距d2范围为：0.25mm～0.6mm。例如为0.25mm、0.40mm或0.60mm。进一步的，通过调节所述预设电压、所述预设距离d1以及垂向间距d2，可以调节所述第一电极2013和所述第二电极2014之间形成的静电放电电流和电压，进而改变对气体的电离程度，则电离形成的冲击波强度得以调节，从而能够在避免损伤器件的前提下，适应不同半导体体器件W的清洁需求，适用范围广。

请继续参阅图2和图3，所述静电放电单元201对所述半导体体器件W的清洁过程如下：首先，所述开关K保持断开，所述电源2011向所述电容器2012充电，以使所述电容器2012达到预设电压。然后，所述电源2011停止向所述电容器2012供电，且所述开关K闭合，以使所述电容器2012向所述第一电极2013和所述第二电极2014放电。因所述第一电极2013为高电势，所述第二电极2014为低电势，且所述第一电极2013和所述第二电极2014之间存在预设距离d1，故二者之间会形成电场且具有一定的电场强度，从而使得周围空气中的气体分子失去电子，形成空气电离。即，形成静电放电现象。进一步的，当静电放电引起空气击穿时，空气被电离并迅速加热，温度可达10

进一步的，因静电击穿电压主要取决于气体的性质和电极间距离。故可以向腔内通入氮气、氧气或二氧化碳等气体来增强静电击穿效果。进一步的，通过调节气流方向和外加磁场干预，还可以调节所述静电放电单元201的清洁面积和清洁位置，以提高清洁效果和效率，并同时满足不同区域的清洁需求。

请继续参阅图2，所述检测单元202还包括电压传感器2021、电流传感器2022、压力传感器2023和示波器2024。其中，所述电源2011、所述电压传感器2021、所述电流传感器2022和所述压力传感器2023均与所述示波器2024相接，以实现供电电流、放电电压、放电电流和冲击波压力轨迹的可视化监测，确保清洁过程的稳定进行。优选的，所述示波器2024的触发信号由直流电源控制，以确保所述示波器2024的波形稳定。其中，所述电压传感器2021的两端还与所述第一电极2013和第二电极2014相接，以测量所述第一电极2013和第二电极2014之间的电压。所述电流传感器2022与所述第一电极2013和所述电容器2012的正极端相接，以测量所述电容器2012的放电电流。以及，所述压力传感器2023位于所述第一电极2013和所述第二电极2014的上方，以测量所述冲击波的压力。进一步的，所述电压传感器2021与所述第一电极2013或所述第二电极2014之间还连接有分压电阻R，且所述分压电阻R的阻值范围为：900kΩ～1100kΩ。优选的，分压电阻R为：1000kΩ。

进一步的，请参阅图1，所述清洁装置还包括可移动基台30。所述可移动基台30用于承载所述半导体器件W，并将所述半导体器件W移动至所述第一清洁模块10或所述第二清洁模块20内。其中，所述第一清洁模块10和所述第二清洁模块20可以设置于一个腔室内，也可以分为两个腔室，则所述可移动基台30可以在同一腔室内移动，也可以在两个腔室之间移动，本实施例对此不做具体限定。

基于同一发明构思，本实施例还提供一种清洁方法。请参阅图1、图2和图4，所述清洁方法包括：

步骤一S10：采用第一清洁模块10湿法清洗半导体器件W。

具体的，所述可移动基台30将所述半导体器件W移动至所述第一清洁模块10内之后，采用湿法清洗工艺先去除所述半导体器件W上大粒径污染物。需要说明的是，对于80nm以上的污染颗粒若采用冲击波的方式清洗，污染颗粒会挤压撞击甚至击穿半导体器件W，则对半导体器件W造成一定程度的损伤。因此，需要将80nm以上的污染颗粒先去除之后，再采用冲击波的清洗方式清洁80nm以下的小粒径污染物。可以理解的是，即使在高压下，小粒径污染物的穿透能力也是有限的，且粒径越小，小粒径污染物与器件表面相对的整体接触面积越大，则从小粒径污染物上施加在器件表面的压力可以很容易地被分散，因而不会增加器件表面压力，也不会对半导体器件W造成损伤。

步骤二S20：干燥所述半导体器件W。

可选的，采用烘干、甩干或氮气吹干等方式干燥所述半导体器件W。

步骤三S30：采用第二清洁模块20清洁所述半导体器件W；其中，所述第二清洁模块20中的静电放电单元201用于产生静电放电并电离气体介质形成冲击波，以经所述冲击波清洁所述半导体器件W。

需要说明的是，激光清洁工艺是将强激光作用于空气，通过多光子吸收机制，生成少量自由电子；且自由电子通过吸收激光能量，与空气分子碰撞产生雪崩式电离，最终空气被击穿形成等离子体。而本实施例提供的所述静电放电单元201是采用静电放电的方式实现对气体的电离，进而产生冲击波来清洁所述半导体器件W。与激光清洁工艺相比，本实施例提供的静电放电清洁过程所需的功耗非常低，且设备结构简单，造价成本低。

综上所述，本实施例提供的所述清洁装置及清洁方法是采用湿法清洗和电离冲击波清洗相结合的清洁方式，以利用湿法清去除大粒径污染物，利用电离冲击波去除小粒径污染物，有效提高清洁效率和清洁效果。且相较于激光形成冲击波的清洁方式，本实施例采用的静电放电形成冲击波的清洁方式不但运行能耗低，清洁效果好，而且形成静电放电的设备成本非常低，能够大幅度降低半导体器件W的制备成本。

此外还应该认识到，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。