CN102091700B - 晶圆的喷雾清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆的喷雾清洗方法，将待清洗的复数个晶圆竖直依次固定在卡盘上，卡盘固定在喷雾清洗台的传动装置上，该方法包括如下步骤：开启快速排水槽，排干快速排水槽中残余的液体；开启传动装置，同时启动一预定时长的定时器；在定时器达到预定时长时，开启位于晶圆上方的喷嘴，传动装置带动卡盘以及固定于卡盘上的晶圆做上下运动的同时，喷雾清洗化学品液滴从喷嘴中沿着倾斜方向喷射到晶圆表面；清洗结束后，关闭喷嘴、传动装置以及快速排水槽。本发明方案可以减少出现相邻晶圆相互接触的情况，相对于现有技术一个批次只能清洗25片晶圆，采用本发明方案一个批次可以清洗50片或更多的晶圆。

Description

晶圆的喷雾清洗方法

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，特别涉及晶圆的清洗技术，尤其涉及晶圆的喷雾清洗方法。

背景技术

由于晶圆上关键尺寸的持续缩小，晶圆表面在经受工艺前必须是洁净的。虽然集成电路加工车间对于洁净度有极为苛刻的要求，晶圆的沾污也是不可避免的。一旦晶圆表面被沾污，沾污物必须通过清洗而排除。目前最常被采用的清洗方法为湿化学法清洗，简称为湿法清洗。

湿法清洗中常见的一类是喷雾清洗。在喷雾清洗台上，湿法清洗化学品以雾状小液滴的形式被喷射到固定在卡盘上晶圆的表面，然后湿法清洗化学品流到卡盘底部，通过快速排水槽(QDR)排走。图1示出了对晶圆正在进行喷雾清洗时的正视方向和侧视方向的简化示意图，其中左图为正视方向，右图为侧视方向。一定数目的晶圆102被竖直依次固定在卡盘101上，相邻晶圆之间的间距约为5mm。如左图所示，卡盘101在传动装置104的带动下作上下往返运动，所述向上运动是指向靠近喷嘴103的方向运动。喷嘴103喷射出的湿法清洗化学品小液滴形成的喷雾区域(左图中灰色三角适宜的区域)覆盖固定在卡盘101上的晶圆102的表面。喷嘴103的喷射方向与水平方向的夹角约为25度至45度。该角度下可以达到较佳的清洗效果。在晶圆102上下运动的目的，是使液滴能够冲洗到晶圆102的整个表面。由于晶圆101表面的沾污物附着力较强，喷嘴103喷出的液滴必须具有足够的速度才能清洗掉沾污物，例如对于光刻后晶圆表面残留的光刻胶来说，一台湿法清洗台的湿法清洗化学品的流量必须超过50升/分钟，才能确保清洗掉残留的光刻胶。而具有一定速度的液滴持续喷射到晶圆表面必然会对晶圆产生一定的作用力。如图1中的右图所示，黑色粗箭头所示为液滴产生的作用力方向。由于相邻晶圆之间的间距仅5mm，而晶圆的直径约300mm，相对于晶圆的固定点，该作用力产生的力矩可能使晶圆发生摆动，从而使相邻晶圆发生接触。实验证明，当一台湿法清洗台的湿法清洗化学品的流量超过50升/分钟时，若相邻晶圆间距为5mm，晶圆相互接触的情形将变得十分严重。而晶圆间接触会导致晶圆损伤，使产出率受到严重不良影响。

在这种情况下不得不加大相邻晶圆之间的距离，例如将晶圆间距从5mm提高到10mm以上，这样晶圆即使在一定幅度内摆动也不会彼此接触。但这样又会使一个批次能够清洗的晶圆数目降低。例如间距5mm时一批次可以清洗50片晶圆，如果间距提高到10mm，则一批次只能清洗25片晶圆。清洗效率大大降低，同样会影响产出率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于，提出一种晶圆的喷雾清洗方法，可以在不加大相邻晶圆间距的情况下，降低相邻晶圆相互接触现象的发生，提高产出率。

本发明实施例提出的一种晶圆的喷雾清洗方法，将待清洗的复数个晶圆竖直依次固定在卡盘上，卡盘固定在喷雾清洗台的传动装置上，该方法包括如下步骤：

开启快速排水槽，排干快速排水槽中残余的液体；

开启传动装置，记录传动装置连续n个运动周期所需时间t，一个运动周期就是从最低位置开始再次运动到最低位置；计算运动周期为T＝t/n；将定时器时长设置为五分之一个周期至五分之四个周期之间的任一时长，n为自然数，并启动该定时器；

在定时器达到预定时长时，开启位于晶圆上方的喷嘴，传动装置带动卡盘以及固定于卡盘上的晶圆做上下运动的同时，喷雾清洗化学品液滴从喷嘴中沿着倾斜方向喷射到晶圆表面；

清洗结束后，关闭喷嘴、传动装置以及快速排水槽。

较佳地，相邻晶圆之间的间距小于或等于5mm。

较佳地，所述喷嘴的喷射方向与水平方向的夹角为25度至45度。

较佳地，所述定时器的时长为5秒至10秒。

较佳地，所述定时器的时长为传动装置带动卡盘从最低位置运动到上下往返运动行程的最高位置所需的时间。

所述自然数n为5至10。

从以上技术方案可以看出，通过定时器控制，喷嘴开启时，晶圆已向上运动一段距离，此时喷嘴相对晶圆的位置降低，液滴对晶圆产生的作用力带来的力矩比现有技术有所降低，因此可以减少出现相邻晶圆相互接触的情况。相对于现有技术一个批次只能清洗25片晶圆，采用本发明方案一个批次可以清洗50片或更多的晶圆。

附图说明

图1为对晶圆正在进行喷雾清洗时的正视方向和侧视方向的简化示意图；

图2为晶圆在喷雾清洗过程中受到液滴作用力的示意图；

图3为本发明实施例的喷雾清洗流程图；

图4为相同喷雾清洗化学品流量、相同晶圆间距下，现有技术与本发明实施例清洗后的晶圆表面图像对照示意图。

具体实施方式

本发明目的是要保持晶圆间距为5mm的情况下，使得晶圆在喷雾清洗过程中摆动幅度足够小，小到相邻晶圆不会发生接触。根据前面的分析，喷嘴喷出液滴对晶圆产生了作用力，而该作用力相对于晶圆固定点的力矩是造成晶圆摆动的根本原因。因此本发明目的实际就是要降低该力矩。

根据力矩的物理定义：力矩M＝L×F，其中F为作用力，L为F的作用点到转动轴的距离，图2为晶圆在喷雾清洗过程中受到液滴作用力的示意图。从图2中可以直观的看出，要降低力矩M，可以选择的途径包括：

(1)、降低作用力F的大小。作用力F与湿法清洗化学品的流量正相关，因此降低作用力F的大小，也就是降低湿法清洗化学品的流量。而背景技术的分析中已经提到，湿法清洗化学品流量必须达到一定水平才能有效清洗掉晶圆表面的沾污物，因此湿法清洗化学品的流量是不可以降低的。

(2)、减小F的作用点到转动轴的距离L。所述转动轴实际就是晶圆固定在卡盘上的固定点。减小L有两个途径，一是减小作用力F与晶圆的夹角，二是将F的作用点向下平移。

采用途径一，就要改变喷嘴喷射液滴的方向。但前面提到，喷嘴的喷射方向与水平方向的夹角约为31度，该角度下可以达到较佳的清洗效果，改变该角度会降低清洗效果。

通过以上分析，为了不降低清洗效果，只有采用如下方式：将F的作用点向下平移，例如将F移动到图2中虚线箭头所示F’位置，F’作用点转动轴的距离变为L’，L’要明显小于L。而做到这一点，在保持喷射方向不变的情况下，只能是将喷嘴的位置向下移动。但在清洗台的设计中，为了达到较好的清洗效果，已经将喷嘴位置设计得尽量靠近晶圆了。如果再将喷嘴位置向下移动，在清洗过程中，晶圆还要在卡盘的带动下进行上下运动，有可能会喷嘴与晶圆接触。

分析到这里，似乎在不对现有喷雾清洗台做实质性改进(所述实质性改进包括但不限于：对喷嘴进行改进，使得喷雾液滴对晶圆的作用力减小并不减弱清洗效果；对卡盘进行改进，使晶圆固定地更加牢固不易摆动)的情况下，无法实现减小晶圆在喷雾清洗过程中摆动幅度这一目的。

发明人通过进一步的实验发现，喷嘴喷射出液滴对晶圆产生的作用力并不是恒定的，在喷嘴开始喷射的最初瞬间，液滴对晶圆产生的作用力最大，然后该作用力会稳定在相对较小的水平。因此只要在喷嘴开始喷射的一段时间内使喷嘴位置相对于晶圆降低即可。

本发明实施例的喷雾清洗流程如图3所示，将待清洗的复数个晶圆竖直依次固定在卡盘上，卡盘固定在喷雾清洗台的传动装置上，初始时，卡盘处于最低位置。该方法包括如下步骤：

步骤301：开启快速排水槽，排干快速排水槽中残余的液体。步骤302：开启传动装置，并启动一预定时长的定时器。

传动装置开启后，首先带动卡盘向上运动，在达到最高位置后，再带动卡盘向下运动，在达到最低位置后，又带动卡盘向上运动，如此周而复始。定时器的时长可以设置为5秒至10秒。较佳地，时长设定为传动装置带动卡盘从最低位置运动到上下往返运动行程的最高位置所需的时间。

以下给出一种设定定时器时长的较佳方式：

在对晶圆进行喷雾清洗前，开动喷雾清洗台的传动装置，记录传动装置连续n个运动周期所需时间t。一个运动周期就是从最低位置开始再次运动到最低位置。n为自然数，较佳地，n取为5至10中的任意一个。计算运动周期为T＝t/n。

将定时器时长设置为五分之一个周期至五分之四个周期之间的任意一个时间。步骤303：在定时器达到预定时长时，开启位于晶圆上方的喷嘴，传动装置带动卡盘以及固定于卡盘上的晶圆做上下运动的同时，喷雾清洗化学品液滴从喷嘴中沿着倾斜方向喷射到晶圆表面。

步骤304：清洗结束后，关闭喷嘴以及传动装置。

步骤305：关闭快速排水槽。

从以上实施例可以看出，通过定时器控制，喷嘴开启时，晶圆已向上运动一段距离，此时喷嘴较为接近晶圆在卡盘上的固定点，液滴对晶圆产生的作用力带来的力矩比现有技术有所降低，因此可以减少出现相邻晶圆相互接触的情况。

图4示出了相同喷雾清洗化学品流量、相同晶圆间距下，现有技术与本发明实施例清洗后的晶圆表面的图像。上面两个为采用现有技术清洗的晶圆表面图像，下面两个为采用本发明实施例方案清洗的晶圆表面图像，其中的黑点表示晶圆表面的缺陷。可以看出，现有技术清洗后晶圆表面缺陷数量较多，并且集中分布于晶圆的上部，表明相邻晶圆发生了相互接触；而本发明实施例清洗后的晶圆表面缺陷数量减少非常明显，并且没有缺陷聚集，表明没有出现相邻晶圆接触的情况。

实验证明，在相邻晶圆间距为5mm的情况下，将喷雾清洗台的喷雾清洗化学品流量提高到90升/分钟，晶圆表明依然没有观察到缺陷聚集的情况。因此，本发明其他实施例还可以将相邻晶圆间距设置为小于5mm。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种晶圆的喷雾清洗方法，将待清洗的复数个晶圆竖直依次固定在卡盘上，卡盘固定在喷雾清洗台的传动装置上，其特征在于，该方法包括如下步骤：

开启快速排水槽，排干快速排水槽中残余的液体；

开启传动装置，记录传动装置连续n个运动周期所需时间t，一个运动周期就是从最低位置开始再次运动到最低位置；计算运动周期为T＝t/n；将定时器时长设置为五分之一个周期至五分之四个周期之间的任一时长，n为自然数，并启动该定时器；

在定时器达到预定时长时，开启位于晶圆上方的喷嘴，传动装置带动卡盘以及固定于卡盘上的晶圆做上下运动的同时，喷雾清洗化学品液滴从喷嘴中沿着倾斜方向喷射到晶圆表面；

清洗结束后，关闭喷嘴、传动装置以及快速排水槽。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相邻晶圆之间的间距小于或等于5mm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷嘴的喷射方向与水平方向的夹角为25度至45度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定时器的时长为5秒至10秒。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定时器的时长为传动装置带动卡盘从最低位置运动到上下往返运动行程的最高位置所需的时间。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自然数n为5至10。

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