CN102074455A

CN102074455A - 用于晶圆的刷洗装置

Info

Publication number: CN102074455A
Application number: CN 201010272672
Authority: CN
Inventors: 路新春; 梅赫赓; 裴召辉; 黄雅婷; 何永勇; 雒建斌
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2030-09-03
Also published as: CN102074455B

Abstract

本发明公开了一种用于晶圆的刷洗装置，包括机架；支撑部件，所述支撑部件设置在所述机架上以支撑晶圆；清洗液供给单元，所述清洗液供给单元设置在所述机架上用于向晶圆的表面施加清洗液；以及一对刷子，所述一对刷子包括刷子主体和设置于所述刷子主体表面上的多个毛束，且所述一对刷子可旋转地设置在所述机架上以将晶圆夹在它们之间刷洗晶圆表面同时在晶圆上产生驱动所述晶圆转动的扭矩。根据本发明实施例的用于晶圆的刷洗装置，由毛刷对晶圆产生的扭矩驱动晶圆转动，因此不需另设晶圆驱动装置，且结构简单可靠，降低了设备设计制造成本。而且由于刷子旋转、晶圆转动和支撑滚轮转动之间是“柔性”的随动关系，不易发生因转动失衡而碎片的情况。

Description

用于晶圆的刷洗装置

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及用于在晶圆化学机械抛光(CMP)工艺之后的刷洗装置。

背景技术

晶圆的CMP工艺被公认为是目前有效的实现全局平坦化的技术，被广泛应用于芯片制造领域。而晶圆CMP工艺后表面残留有机化合物、颗粒和金属杂质等表面污物，而表面污物将影响晶圆的下一道工艺，进而严重损害芯片的性能和可靠性。为此，需要在CMP工艺后对晶圆进行刷洗以除去其表面污物。

传统的刷洗装置中，在竖直放置的晶圆两侧设置有一对相互平行的圆柱状刷子，晶圆由滚轮支撑。在刷洗晶圆时，一边由驱动装置驱动滚轮旋转从而带动晶圆旋转，一边通过刷子转动并挤压晶圆进行刷洗。

现有刷洗装置的存在下列问题：首先，晶圆的旋转运动需要另设的驱动装置驱动，从而使得整个装置结构复杂、成本高。同时，想要实现最佳的刷洗效率及刷洗效果，需要同时调节刷子的转速与驱动装置的输出功率以调节晶圆的转速，因此程序相对复杂操作难度大。而且，由于晶圆的旋转是由滚轮带动的，这要求晶圆与滚轮之间是一种配合关系，而晶圆、滚轮的转动与刷子的旋转之间是相互独立的，这就容易发生因晶圆、滚轮的转动与刷子的旋转之间的失衡所引起的晶圆碎裂的情况。此外，由于晶圆的刷洗都在密封腔内进行，一方面滚轮的驱动装置结构复杂会导致整个装置庞大，另一方面有可能由其引入二次污染。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有无需另设晶圆驱动装置的、结构简单、成本低、且不易发生碎片的刷洗装置，用于在晶圆化学机械抛光工艺之后清洁晶圆表面。

根据本发明实施例的用于晶圆的刷洗装置，包括：机架；支撑部件，所述支撑部件设置在所述机架上以支撑晶圆；清洗液供给单元，所述清洗液供给单元设置在所述机架上用于向晶圆的表面施加清洗液；以及一对刷子，所述一对刷子包括刷子主体和设置于所述刷子主体表面上的多个毛束，且所述一对刷子可旋转地设置在所述机架上以将晶圆夹在它们之间刷洗晶圆表面同时在晶圆上产生驱动所述晶圆转动的扭矩。

另外，根据本发明上述实施例的用于晶圆的刷洗装置还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述一对刷子为圆柱状刷子，其中所述一对刷子的轴线之间呈夹角α。具体而言，其中0°＜α＜4°。

根据本发明的另一个实施例，至少一个所述刷子主体为圆锥形且所述多个毛束高度均匀，其中在刷洗晶圆表面时所述一对刷子的与所述晶圆接触的两条母线之间呈夹角α。

根据本发明的再一个实施例，所述一对刷子主体均是锥角为α的圆锥形。具体而言，其中0°＜α＜4°。

根据本发明的进一步实施例，所述刷子主体为圆柱形，且在至少一个所述刷子中位于一端的毛束高度高于另一端的毛束高度。

根据本发明的其他实施例，所述支撑部件可以包括三个滚轮，在刷洗晶圆表面时，所述晶圆由所述三个滚轮形成三点支撑定位。

根据本发明的其他实施例，还可以包括去离子水供给单元，所述清洗液供给单元包括化学清洗剂供给管路和去离子水供给管路。

具体而言，所述清洗液管路与所述去离子水管路可以相互垂直。

根据本发明实施例的用于晶圆的刷洗装置，至少具有下列优点之一：

根据本发明实施例的用于晶圆的刷洗装置，由毛刷对晶圆产生的扭矩驱动晶圆转动，因此不需另设晶圆驱动装置，且结构简单可靠，降低了设备设计制造成本。同时，通过调节刷子与晶圆之间的挤压量，可实现刷子转速、晶圆转速、刷洗效率和刷洗效果之间的最佳匹配，程序简单易操作。而且，晶圆的转动是在刷子旋转时施加于晶圆表面的扭矩作用下的被动转动，而由晶圆转动带动滚轮转动，因此刷子旋转、晶圆转动和支撑滚轮转动之间是“柔性”的随动关系，不易发生因转动失衡而碎片的情况。

并且，晶圆三点支撑定位的可靠性高，有利于机械手设置和抓取晶圆。

此外，清洗液管路和去离子水管路相互垂直，更利于液体均匀地喷散于晶圆表面，且刷洗装置的腔体结构更紧凑，节省设备空间，而且不会引入二次污染。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是表示本发明第一实施例的用于晶圆的刷洗装置在刷洗晶圆表面时的结构示意图；

图2是表示图1所示的刷洗装置在刷洗晶圆表面时的俯视图；

图3是表示本发明第二实施例的一个示例的、用于晶圆的刷洗装置在刷洗晶圆表面时的俯视图；

图4是表示本发明第三实施例的、用于晶圆的刷洗装置中的一对刷子的俯视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面参考1～4描述根据本发明实施例的用于晶圆的刷洗装置。

如图1～4所示，根据本发明实施例的用于晶圆的刷洗装置，包括机架(图中未示出)、设置在机架上以支撑晶圆1的支撑部件100、设置在机架上用于向晶圆1的表面施加清洗液的清洗液供给单元200、以及可旋转地设置在机架上的一对刷子300，刷子300包括刷子主体310和设置于刷子主体310表面上的多个毛束320。在刷洗晶圆1的表面时，首先晶圆1被移动并被放置于支撑部件100上，此后移动刷子300a和刷子300b以使其夹持晶圆1，接着一边通过清洗液供给单元200向晶圆1的表面施加清洗液一边使刷子300a、刷子300b旋转，同时刷子300a和刷子300b在晶圆1上产生驱动晶圆转动的扭矩，从而实施对晶圆1整个表面的刷洗。

在本发明第一实施例中，如图1所示，所述一对刷子，即刷子300’a和刷子300’b为圆柱状刷子，其中刷子300’a的轴线X’a和刷子300’b的轴线X’b之间呈夹角α。在刷洗晶圆1表面时，刷子300’a和刷子300’b夹持晶圆1，由于轴线X’a和轴线X’b之间呈夹角α，在刷子300’a和刷子300’b以相反的旋转方向进行旋转时刷子作用于晶圆上的竖直向下的摩擦力从晶圆一侧向另一侧(具体而言，在图1中从左侧至右侧)呈逐渐增加的梯度分布，由此在晶圆1上产生驱动晶圆1转动的扭矩。

其中，α的范围可以为0°＜α＜4°，优选为0.5°＜α＜2.5°。如果α大于4°，则由于倾斜角度过大，晶圆的中间部分的洗刷效果较差；如果角度过小，则所产生的扭矩有可能不足以驱动晶圆转动。

在本发明第二实施例中，至少一个所述刷子主体310，即刷子310”a和/或刷子主体310”b为圆锥形，而所述多个毛束320”a和多个毛束320”b从一端至另一端高度均匀。在一个具体的示例中，如图3所示，刷子主体310”a和刷子主体310”b均是锥角为α的圆锥形。在刷洗晶圆1表面时，刷子300”a和刷子300”b夹持晶圆且轴线X”a和轴线X”b之间平行，从而刷子300”a与晶圆1接触的母线L”a和刷子300”b与晶圆1接触的母线L”b之间呈夹角α，由此在刷子300”a和刷子300”b转动时刷子作用于晶圆1上的竖直向下的摩擦力也呈梯度分布，从而产生驱动晶圆转动的扭矩。其夹角α的范围与第一实施例中的相同，因此省略对其说明。

在本发明第三实施例中，其中刷子主体310”’a和刷子主体310”’b均为圆柱形，而至少一个所述刷子中的位于一端的毛束高度高于另一端的毛束高度。具体而言，在本发明的一个示例中，如图4所示，一端毛束321”’a和321”’b的高度分别高于另一端毛束322”’a和322”’b的高度，从而在图4中从左侧至右侧呈梯度逐渐增加，由此在刷子300相向旋转时作用于晶圆1上的竖直向下的摩擦力也呈梯度分布，从而产生驱动晶圆转动的扭矩。

根据本发明上述实施例的用于晶圆的刷洗装置，由毛刷对晶圆产生的扭矩驱动晶圆转动，因此不需另设晶圆驱动装置，且结构简单可靠，降低了设备设计制造成本。同时，通过调节刷子与晶圆之间的配合度(即毛束的挤压量)，可实现刷子转速、晶圆转速、刷洗效率和刷洗效果之间的最佳匹配，程序简单易操作。而且，晶圆的转动是在刷子旋转时施加于晶圆表面的扭矩作用下的被动转动，而由晶圆转动带动滚轮转动，因此刷子旋转、晶圆转动和支撑滚轮转动之间是“柔性”的随动关系，不易发生因转动失衡而碎片的情况。

此外，在本发明的其他实施例中，如图1所示，支撑部件100可以包括三个滚轮，在刷洗晶圆表面时，所述晶圆由所述三个滚轮形成三点支撑定位。由此，晶圆三点支撑定位的可靠性高，有利于机械手设置和抓取晶圆。

此外，在本发明的其他实施例中，如图1所示，清洗液供给单元200包括化学清洗剂供给管路201和去离子水供给管路202。具体而言，在本发明的一个示例中，所述清洗液管路201与所述去离子水管路202相互垂直。由此更利于液体均匀地喷散于晶圆表面，且刷洗装置的腔体结构更紧凑，节省设备空间，而且不会引入二次污染。

需要说明的是，虽然附图中显示的具体实施例中的刷洗装置是竖直地刷洗晶圆，根据本发明实施例的刷洗装置同样地也可以用于在水平方向刷洗晶圆。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种用于晶圆的刷洗装置，其特征在于，包括：

机架；

支撑部件，所述支撑部件设置在所述机架上以支撑晶圆；

清洗液供给单元，所述清洗液供给单元设置在所述机架上用于向晶圆的表面施加清洗液；以及

一对刷子，所述一对刷子包括刷子主体和设置于所述刷子主体表面上的多个毛束，且所述一对刷子可旋转地设置在所述机架上以将晶圆夹在它们之间刷洗晶圆表面同时在晶圆上产生驱动所述晶圆转动的扭矩。

2.如权利要求1所述的用于晶圆的刷洗装置，其特征在于，所述一对刷子为圆柱状刷子，其中所述一对刷子的轴线之间呈夹角α。

3.如权利要求2所述的用于晶圆的刷洗装置，其特征在于，0°＜α＜4°。

4.如权利要求1所述的用于晶圆的刷洗装置，其特征在于，至少一个所述刷子主体为圆锥形且所述多个毛束高度均匀，其中在刷洗晶圆表面时所述一对刷子的与所述晶圆接触的两条母线之间呈夹角α。

5.如权利要求4所述的用于晶圆的刷洗装置，其特征在于，所述一对刷子主体均是锥角为α的圆锥形。

6.如权利要求4或5所述的用于晶圆的刷洗装置，其特征在于，0°＜α＜4°。

7.如权利要求1所述的刷洗装置，其特征在于，所述刷子主体为圆柱形，且在至少一个所述刷子中位于一端的毛束高度高于另一端的毛束高度。

8.如权利要求1所述的用于晶圆的刷洗装置，其特征在于，所述支撑部件包括三个滚轮，在刷洗晶圆表面时，所述晶圆由所述三个滚轮形成三点支撑定位。

9.如权利要求1所述的用于晶圆的刷洗装置，其特征在于，所述清洗液供给单元包括化学清洗剂供给管路和去离子水供给管路。

10.如权利要求9所述的用于晶圆的刷洗装置，其特征在于，所述清洗液管路与所述去离子水管路相互垂直。