CN101359578B - 晶圆清洗方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶圆清洗装置，包括，清洗槽；连通清洗槽的进液装置；连通清洗槽的排液装置；用于探测清洗槽中晶圆并在探测到晶圆时发出晶圆探测信号的探测装置；连通探测装置，用于控制清洗槽、进液装置以及排液装置进行晶圆清洗的清洗控制系统以及用于根据晶圆探测信号监控晶圆处于清洗槽中的时间，并在晶圆处于清洗槽中的时间超过警戒时间时指示排液装置排出清洗液的监控装置。本发明还公开了一种晶圆清洗方法。本发明晶圆清洗方法及装置由于晶圆长时间滞留于清洗液中的问题而避免损坏晶圆。
Description
技术领域
本发明涉及晶圆清洗方法及晶圆清洗装置，特别涉及化学机械研磨后的晶圆清洗方法及晶圆清洗装置。
背景技术
在半导体器件的制造工艺中，清洗是其中最重要和最频繁的步骤之一。一般来说，在半导体器件的整个制造工艺中，高达20％的步骤为清洗的步骤。清洗的目的是为了避免微量离子和金属杂质对半导体器件的污染，以至于影响半导体器件的性能和合格率。
在目前半导体器件的制造工艺中，常采用化学机械研磨来进行金属或介质膜的整体平整。在化学机械研磨工艺中会使用到研磨浆料，例如二氧化铈、氧化铝、或者气体或胶态二氧化硅之类的颗粒，以及适用于化学机械研磨处理的表面活性剂、侵蚀剂和其他添加剂。在化学机械研磨处理之后，由抛光浆料的颗粒、添加至浆料中的化学品、以及抛光浆料的反应产生物所构成的污染物会留在晶圆的表面上。这些污染物必须在进入到下一个工艺之前都清洗干净，以避免降低器件的可靠性，以及对器件引入缺陷。
目前，对于化学机械研磨后的清洗有多种方法，例如在申请号为03819420.1的中国专利申请中就公开了一种采用含水基和低温清洗技术组合的半导体晶圆表面的化学机械研磨后的清洗方法，包括采用含水基的清洗方法清洗表面，至少局部干燥表面，以及随后采用CO2低温清洗方法清洗表面。该方法能够从疏水性的、由单独采用含水基清洗技术难以清洁的表面上，去除所述的污染物。
而目前比较常用的还有超声波清洗的方法，将晶圆置于盛有清洗液的清洗槽内，然后通过超声波的方法来清洗晶圆表面。然而，在目前的超声波清洗的工艺中发现，如果超声波清洗设备出现故障，晶圆就会滞留于盛有清洗液的清洗槽内，直到故障被排除之后，晶圆才会被取出。而在晶圆滞留于清洗液中的这段时间，清洗液就有可能腐蚀晶圆表面，晶圆在清洗液中滞留的时间越长，晶圆表面被腐蚀的就越厉害，甚至可能造成晶圆的报废，而即使故障很快就被排除，晶圆表面依旧存在着被腐蚀的风险。
发明内容
本发明提供了一种晶圆清洗装置和一种晶圆清洗方法，解决现有技术晶圆清洗过程中因设备故障造成晶圆长时间滞留于清洗液中而损坏晶圆的问题。
为解决上述问题，本发明提供了一种晶圆清洗装置，包括，
清洗槽；
连通清洗槽的进液装置；
连通清洗槽的排液装置；
用于探测清洗槽中晶圆并在探测到晶圆时发出晶圆探测信号的探测装置；
连通探测装置，用于控制清洗槽、进液装置以及排液装置进行晶圆清洗的清洗控制系统，
还包括，用于根据晶圆探测信号监控晶圆处于清洗槽中的时间，并在晶圆处于清洗槽中的时间超过警戒时间时指示排液装置排出清洗液的监控装置。
所述探测装置包括光线发射端和光线接收端，并且光线发射端和光线接收端分别位于清洗槽的两侧。
所述探测装置为声波探测器。
所述警戒时间为10至15分钟。
所述监控装置包括根据晶圆探测信号对于晶圆处于清洗槽中的时间计时的计时装置以及当计时装置计时时间超过警戒时间时受计时装置控制而打开并指示排液装置排出清洗液的继电器。
本发明还提供了一种晶圆清洗装置，包括，
清洗槽；
连通清洗槽的进液装置；
连通清洗槽的排液装置；
用于探测清洗槽中晶圆并在探测到晶圆时发出晶圆探测信号的探测装置；
连通探测装置，用于控制清洗槽、进液装置以及排液装置进行晶圆清洗的清洗控制系统，
其中，所述清洗控制系统根据晶圆探测信号监控晶圆处于清洗槽中的时间，并在晶圆处于清洗槽中的时间超过警戒时间时指示排液装置排出清洗液。
所述探测装置包括光线发射端和光线接收端，并且光线发射端和光线接收端分别位于清洗槽的两侧。
所述探测装置为声波探测器。
所述清洗控制系统包括根据晶圆探测信号对于晶圆处于清洗槽中的时间计时的计时装置以及当计时装置计时时间超过警戒时间时受计时装置控制而打开并指示排液装置排出清洗液的继电器。
所述警戒时间为10至15分钟。
相应地，本发明还提供了一种晶圆清洗方法，包括下列步骤，
探测晶圆是否处于清洗槽内；
若晶圆位于清洗槽内，则进行晶圆清洗并同时对晶圆处于清洗槽中的时间计时；
若晶圆处于清洗槽中的时间超过警戒时间，则将清洗液排出。
所述探测晶圆是否处于清洗槽内采用光线探测或声波探测的方法。
所述警戒时间为10至15分钟。
所述晶圆处于清洗槽中的时间超过警戒时间时，通过触发排放的方式将清洗液排出。
与现有技术相比，上述方案具有以下优点：上述方案晶圆清洗装置及晶圆清洗方法通过监控晶圆处于清洗槽中的时间，并在晶圆处于清洗槽中的时间超过警戒时间时排出清洗液，从而避免了晶圆长时间滞留于清洗液中而损坏晶圆。
附图说明
图1是本发明实施例的一种晶圆清洗装置示意图；
图2是本发明实施例的另一种晶圆清洗装置示意图；
图3是本发明实施例晶圆清洗装置局部细化示意图；
图4是本发明实施例晶圆清洗方法流程图。
具体实施方式
本发明晶圆清洗装置及晶圆清洗方法通过监控晶圆处于清洗槽中的时间，并在晶圆处于清洗槽中的时间超过警戒时间时排出清洗液，从而避免了晶圆长时间滞留于清洗液中而损坏晶圆。
本发明晶圆清洗装置及晶圆清洗方法通过较佳的实施例来进行详细说明，以使得本发明晶圆清洗装置及晶圆清洗方法更加清楚。
参照图1所示，本发明实施例晶圆清洗装置包括，
用于容纳晶圆和清洗液来进行晶圆清洗的清洗槽13；
连通清洗槽13，用于将清洗液输送入清洗槽13的进液装置14；
连通清洗槽13，用于将清洗液从清洗槽13中排出的排液装置15；
用于探测清洗槽13中晶圆并在探测到晶圆时发出晶圆探测信号的探测装置11；
根据晶圆探测信号通知清洗槽13进行晶圆清洗，并在完成晶圆清洗后指示排液装置15将清洗液从清洗槽13中排出的清洗控制系统10；
用于根据晶圆探测信号监控晶圆处于清洗槽13中的时间，并在晶圆处于清洗槽13中的时间超过警戒时间时指示排液装置15排出清洗液的监控装置12。
参照图3所示，所述探测装置11包括光线发射端11a和光线接收端11b，并且光线发射端11a和光线接收端11b分别位于清洗槽13的两侧，并且光线发射端11a和光线接收端11b处于同一水平面上。当清洗槽13内有晶圆时，光线接收端11b接收不到光线发射端11a发射的光线，而当清洗槽13内无晶圆时，光线接收端11b接收到光线发射端11a发射的光线。
所述探测装置11还可以是声波探测器，根据声波对于清洗槽13内有无晶圆时不同的反射强度来对于晶圆是否处于清洗槽13内进行探测。
所述监控装置12包括计时装置和受计时装置控制的继电器，所述计时装置根据探测装置11发送的晶圆探测信号打开所述继电器，并通过所述继电器来指示排液装置15排出清洗液。
参照图2所示，本发明实施例晶圆清洗装置包括，
用于容纳晶圆和清洗液来进行晶圆清洗的清洗槽13；
连通清洗槽13，用于将清洗液输送入清洗槽13的进液装置14；
连通清洗槽13，用于将清洗液从清洗槽13中排出的排液装置15；
用于探测清洗槽13中晶圆并在探测到晶圆时发出晶圆探测信号的探测装置11；
根据晶圆探测信号通知清洗槽13进行晶圆清洗，并在完成晶圆清洗后指示排液装置15将清洗液从清洗槽13中排出的清洗控制系统100，并且，所述清洗控制系统100还根据晶圆探测信号监控晶圆处于清洗槽13中的时间，并在晶圆处于清洗槽13中的时间超过警戒时间时指示排液装置15排出清洗液。
参照图3所示，所述探测装置11包括光线发射端11a和光线接收端11b，并且光线发射端11a和光线接收端11b分别位于清洗槽13的两侧，并且光线发射端11a和光线接收端11b处于同一水平面上。当清洗槽13内有晶圆时，光线接收端11b接收不到光线发射端11a发射的光线，而当清洗槽13内无晶圆时，光线接收端11b接收到光线发射端11a发射的光线。
所述探测装置11还可以是声波探测器，根据声波对于清洗槽13内有无晶圆时不同的反射强度来对于晶圆是否处于清洗槽13内进行探测。
所述清洗系统100包括计时装置和受计时装置控制的继电器，所述计时装置根据探测装置11发送的晶圆探测信号打开所述继电器，并通过所述继电器来指示排液装置15排出清洗液。
本发明实施例的两种晶圆清洗装置的区别在于第一种晶圆清洗装置实现所述监控晶圆处于清洗槽13中的时间，并在晶圆处于清洗槽13中的时间超过警戒时间时指示排液装置15排出清洗液的装置是监控装置12，而第二种晶圆清洗装置实现所述监控晶圆处于清洗槽13中的时间，并在晶圆处于清洗槽13中的时间超过警戒时间时指示排液装置15排出清洗液的装置是晶圆清洗系统100。
参照图4所示，本发明实施例晶圆清洗方法包括下列步骤，
步骤s1，探测晶圆是否处于清洗槽内；
步骤s2，若晶圆处于清洗槽内，则进行晶圆清洗并同时对晶圆处于清洗槽中的时间计时；
步骤s3，若晶圆处于清洗槽中的时间超过警戒时间，则将清洗液排出。
所述探测晶圆是否处于清洗槽内采用光线探测或声波探测的方法。
所述警戒时间为10至15分钟。
所述晶圆处于清洗槽中的时间超过警戒时间时，通过触发排放的方式将清洗液排出。
如前所述，本发明实施例的两种晶圆清洗装置只是实现监控晶圆处于清洗槽中的时间，并在晶圆处于清洗槽中的时间超过警戒时间时指示排液装置排出清洗液的装置有所不同，而两种晶圆清洗装置所能实现的功能是完全相同的，因此下面就以本发明实施例的第一种晶圆清洗装置结合本发明实施例的晶圆清洗方法来对于晶圆清洗的过程进行详细描述。
结合图1和图3所示，在对晶圆进行清洗之前，清洗控制系统10会先指示进液装置14向清洗槽13内输送清洗液。作为本发明的实施例，在清洗槽13外还设有三个用于探测清洗槽13内的清洗液面高度的探测器(图1中未显示)，来对进液装置14向清洗槽13输送清洗液的过程进行监控。所述的探测器分别设置在清洗液最高液位面、清洗液高液位面和清洗液最低液位面的相应位置处。下面对于进液装置14向清洗槽13内输送清洗液的过程介绍如下：
假设初始清洗槽13内无清洗液，此时位于清洗液最低液位面位置的探测器就会通知清洗控制系统10清洗槽13内无清洗液。清洗控制系统10就通知进液装置14向清洗槽13内补入清洗液。
当清洗槽13内的清洗液位面达到最高液位面时，位于清洗液最高液位面位置的探测器就会通知清洗控制系统10清洗槽13内的清洗液已达到预定容量，清洗控制系统10就会通知进液装置14停止向清洗槽13内输送清洗液。
由于清洗液一般都是可以重复使用的，当晶圆清洗装置完成一片晶圆的清洗之后，会将经清洗的晶圆取出，并再引入下一片晶圆继续进行清洗。而当需要更新清洗液时，并不会将清洗槽13内的清洗液完全排空，而是排出一部分清洗液，再补入一部分新的清洗液。此时，清洗控制系统10会指示排液装置15从清洗槽13内排出清洗液。当清洗液的液位面下降至清洗液高液位面以下时，位于清洗液高液位面的探测器就会通知清洗控制系统10清洗槽13内的清洗液排放量已足够，清洗控制系统10就会指示排液装置15停止从清洗槽13内排出清洗液，并通知进液装置14向清洗槽13内补入清洗液。
而当清洗槽13内的清洗液位面再次达到最高液位面时，位于清洗液最高液位面位置的探测器就会通知清洗控制系统10清洗槽13内的清洗液已达到预定容量，清洗控制系统10就会通知进液装置14停止向清洗槽13内输送清洗液。
结合图1、图3和图4所示，探测晶圆是否处于清洗槽内。当完成向清洗槽13内输送清洗液后，探测装置11探测晶圆是否处于清洗槽13内。作为本发明的实施例，所述探测装置11包括光线发射端11a和光线接收端11b，光线发射端11a和光线接收端11b分别位于清洗槽13的两侧，并且光线发射端11a和光线接收端11b处于同一水平面上。光线发射端11a和光线接收端11b都常开，所述清洗槽13是可透光的，探测装置11根据光线接收端11b是否能够接收到光线发射端11a发射的光线来判断清洗槽13内是否有晶圆。即当清洗槽13内有晶圆时，光线发射端11a发射的光线被晶圆所挡，光线接收端11b接收不到光线发射端11a发射的光线，探测装置11就认为清洗槽13内有晶圆；而当清洗槽13内无晶圆时，光线接收端11b接收到光线发射端11a发射的光线，探测装置11就认为清洗槽13内无晶圆，也就是说本发明实施例的探测装置11是一个由光线中断来触发的探测装置。当然，本发明实施例的探测装置11也可以是声波探测器。
结合图1、图3和图4所示，若晶圆处于清洗槽内，则进行晶圆清洗并同时对晶圆处于清洗槽中的时间计时。如前所述，当清洗槽13内有晶圆时，光线发射端11a发射的光线会被晶圆挡住，光线接收端11b接收不到光线发射端发射的光线，探测装置11就认为清洗槽13内有晶圆，并会向清洗控制系统10和监控装置12发出晶圆探测信号，而清洗控制系统10就会根据晶圆探测信号通知清洗槽13进行晶圆清洗。而监控装置12则根据晶圆探测信号开始对晶圆处于清洗槽13内的时间进行计时。作为本发明的实施例，监控装置12包括计时装置(图中未显示)和继电器(图中未显示)。计时装置在接收到晶圆探测信号后，就开始计时。
本发明实施例中的晶圆清洗装置可以用来清洗经化学机械研磨后的晶圆，以去除晶圆表面残余的研磨浆料和其他反应物。然而，如前所述的，由于清洗液也有可能与晶圆表面发生化学反应，因而晶圆不能够在清洗液中滞留过长时间。如果晶圆在清洗液中滞留过长时间，清洗液就有可能对于晶圆表面产生腐蚀，进而损坏晶圆。
以在晶圆表面形成硼磷硅玻璃，并对之进行化学机械研磨以及使用本发明实施例的晶圆清洗装置进行清洗的过程为例，通常都是在晶圆表面先沉积硼磷硅玻璃(BPSG，Boro Phospho Silicate Glass)，然后研磨晶圆表面的硼磷硅玻璃，并在清洗槽13内使用含H2O2的清洗液清洗晶圆。清洗槽13是利用超声波清洗的方法使清洗槽13内的清洗液能够去除晶圆表面残留的研磨浆料和其他反应物。超声波清洗的方法通常很快就能够完成对于晶圆的清洗。而表面具有硼磷硅玻璃的晶圆沉浸在含H2O2的清洗液中时，H2O2会与晶圆表面的硼磷硅玻璃中的硼离子和磷离子发生反应，进而腐蚀晶圆表面的硼磷硅玻璃，而若表面具有硼磷硅玻璃的晶圆滞留于含H2O2的清洗液时间过长时，就会造成形成硼磷硅玻璃的工艺出现偏差，甚至损坏晶圆。因而，本发明实施例在监控装置12的计时装置中设定晶圆滞留于清洗槽13内的警戒时间为10至15分钟，例如10分钟、10.5分钟、11分钟、11.5分钟、12分钟、12.5分钟、13分钟、13.5分钟、14分钟、14.5分钟、15分钟，如果晶圆在清洗槽13内的时间超过所述的警戒时间，清洗液就有可能损坏晶圆。当然，此处所说的警戒时间也仅是根据含H2O2的清洗液对于硼磷硅玻璃的蚀刻速率确定的，不同的清洗液对于不同的材料会有不同的蚀刻速率，具体的警戒时间还是应该根据清洗液对于晶圆表层材料的腐蚀程度以及清洗的要求来确定。因而本发明实施例的晶圆清洗装置及晶圆清洗方法所设定的警戒时间并不仅限于所述的10至15分钟。
并且通常，在晶圆清洗装置正常运行的情况下，清洗控制系统10会在一片晶圆完成清洗之后，通知传送臂将晶圆从清洗槽13内提出。并且，由于清洗液通常都是可以再次利用的，清洗控制系统10还会通知传送臂将另一片晶圆送入清洗槽13内，并根据探测装置11发送的晶圆探测信号通知清洗槽13开始该片晶圆的清洗工作。以此类推，直到需要更新清洗液的时候，清洗控制系统10会指示排液装置15将清洗液从清洗槽13内排出。在此过程中，晶圆滞留于清洗槽13内的时间都不会超过警戒时间，并且在每进行新的晶圆的清洗工作时，监控装置12的计时装置都会重新对于该片晶圆在清洗槽13的滞留时间进行计时。
结合图1、图3和图4所示，若晶圆处于清洗槽中的时间超过警戒时间，则将清洗液排出。而当晶圆清洗装置出现故障的时候，例如清洗槽13在清洗晶圆的过程中异常中止或清洗控制系统10在晶圆完成清洗后未及时将晶圆从清洗槽13内取出，而此时若排除故障后再将晶圆取出，则晶圆处于清洗槽13内的时间就有可能超过警戒时间，晶圆也就面临被损坏的风险。而本发明实施例的监控装置12如发现对于晶圆处于清洗槽13中的时间计时的结果超过警戒时间，就会采取触发排放的方式来指示排液装置15排出清洗液。所述触发排放就是指只有当监控装置12发现晶圆处于清洗槽13中的时间超过警戒时间时，才会指示排液装置15排出清洗液。作为本发明实施例的一种举例，所述触发排放的过程如下，排液装置15包括电磁阀(图中未显示)、受电磁阀控制的气阀(图中未显示)以及受气阀控制的排液管道(图中未显示)。当监控装置12的计时装置的计时时间超过警戒时间时，计时装置会控制继电器打开来接通与排液装置15的连接通路之后，电磁阀因而继电器打开而通电。电磁阀通电打开控制气阀放气来打开排液管道，这样清洗液就能够从清洗槽13内排出。这样就避免了所述的当晶圆清洗装置出现故障时，晶圆因为滞留于清洗液中的时间过长而损坏晶圆质量。
综上所述，上述方案晶圆清洗装置及晶圆清洗方法通过监控晶圆处于清洗槽中的时间，并在晶圆处于清洗槽中的时间超过警戒时间时排出清洗液，从而避免了晶圆长时间滞留于清洗液中而损坏晶圆。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (8)
1.一种晶圆清洗装置，包括：
清洗槽；
连通清洗槽的进液装置；
连通清洗槽的排液装置，包括电磁阀、受电磁阀控制的气阀以及受气阀控制的排液管道；
用于探测清洗槽中晶圆并在探测到晶圆时发出晶圆探测信号的探测装置；
连通探测装置，用于控制清洗槽、进液装置以及排液装置进行晶圆清洗的清洗控制系统，
其特征在于，还包括，用于根据晶圆探测信号监控晶圆处于清洗槽中的时间，并在晶圆处于清洗槽中的时间超过警戒时间时指示排液装置排出清洗液的监控装置，所述监控装置包括根据晶圆探测信号对于晶圆处于清洗槽中的时间计时的计时装置以及当计时装置计时时间超过警戒时间时受计时装置控制而打开的继电器，所述排液装置的电磁阀在继电器打开时通电，控制气阀放气来打开排液管道，使得清洗液从清洗槽内排出。
2.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述探测装置包括光线发射端和光线接收端，并且光线发射端和光线接收端分别位于清洗槽的两侧。
3.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述探测装置为声波探测器。
4.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述警戒时间为10至15分钟。
5.一种晶圆清洗装置，包括：
清洗槽；
连通清洗槽的进液装置；
连通清洗槽的排液装置，包括电磁阀、受电磁阀控制的气阀以及受气阀控制的排液管道；
用于探测清洗槽中晶圆并在探测到晶圆时发出晶圆探测信号的探测装置；
连通探测装置，用于控制清洗槽、进液装置以及排液装置进行晶圆清洗的清洗控制系统，
其特征在于，所述清洗控制系统根据晶圆探测信号监控晶圆处于清洗槽中的时间，并在晶圆处于清洗槽中的时间超过警戒时间时指示排液装置排出清洗液，所述清洗控制系统包括根据晶圆探测信号对于晶圆处于清洗槽中的时间计时的计时装置以及当计时装置计时时间超过警戒时间时受计时装置控制打开的继电器，所述排液装置的电磁阀在继电器打开时通电，控制气阀放气来打开排液管道，使得清洗液从清洗槽内排出。
6.如权利要求5所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述探测装置包括光线发射端和光线接收端，并且光线发射端和光线接收端分别位于清洗槽的两侧。
7.如权利要求5所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述探测装置为声波探测器。
8.如权利要求5所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述警戒时间为10至15分钟。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SEMICONDUCTOR MANUFACTURING INTERNATIONAL (BEIJING Effective date: 20111124 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20111124 Address after: 201203 Shanghai City, Pudong New Area Zhangjiang Road No. 18 Co-patentee after: Semiconductor Manufacturing International (Beijing) Corporation Patentee after: Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation Address before: 201203 Shanghai City, Pudong New Area Zhangjiang Road No. 18 Patentee before: Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20100519 Termination date: 20180805 |