CN102430543A - 晶圆的清洗装置及清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶圆的清洗装置及清洗方法，所述晶圆的清洗装置中清洗平台的上表面倾斜于清洗平台的下表面，在清洗过程中，所述超声波振荡器固定，所述清洗平台做水平周期性连续转动和移动，使所述超声波振荡器与晶圆中心的距离产生周期性连续变化。与现有技术相比，本发明所述晶圆的清洗装置，在清洗过程中，通过所述超声波振荡器固定，所述清洗平台做水平周期性连续移动，使所述超声波振荡器与晶圆中心的距离产生周期性连续变化，从而提高了超声波能量的均匀性，减小了清洗损伤，提升了清洗效果。

Description

晶圆的清洗装置及清洗方法

技术领域

本发明属集成电路工艺技术领域，具体涉及一种具有高均匀超声波的半导体晶圆清洗装置及清洗方法。

背景技术

伴随集成电路制造工艺的不断进步，半导体器件的体积正变得越来越小，这也导致了非常微小的颗粒也变得足以影响半导体器件的制造和性能。对于这些微小的颗粒，传统的流体清洗方法并不能够非常有效地去除它们。这是由于在半导体晶圆表面和清洗液体之间存在着一个相对静止的边界层。当附着在晶圆表面的颗粒直径小于边界层厚度时，清洗液体的流动就无法对颗粒产生作用。为了改善这个问题，超声波和兆声波被引入了半导体清洗工艺。超声波能量可以在水中产生微小的气泡，当气泡爆开时所产生的震动将有助于剥离那些附着在晶圆上的微小颗粒，从而洗净晶圆。

众所周知，超声波的能量在媒介中是以波状传递的，因此，晶圆表面的超声波能量就不可避免的产生不均匀问题。对于单片式清洗方法，无论使用何种频率的超声波振荡器或者兆声波振荡器，其能量作用在晶圆表面时，根据与振荡器距离的不同而变化，这就使得晶圆各个位置的颗粒去除效率不同，严重影响了清洗效果。

如果可以使晶圆和超声波振荡器在清洗过程的相对位置作周期性连续变化，就可以消除这种能量的不均匀性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种在不损伤表面结构的前提下有效地去除半导体晶圆沾污的、高均匀超声波的半导体晶圆清洗装置和方法。

为解决上述问题，本发明提供一种晶圆的清洗装置，包括：清洗平台，晶圆固定于所述清洗平台上；超声波振荡器，设置于所述晶圆上方；其中，在清洗过程中，所述超声波振荡器固定，所述清洗平台做水平周期性连续移动，使所述超声波振荡器与晶圆中心的距离产生周期性连续变化。

进一步的，针对晶圆清洗装置，所述清洗平台包括能够分别独立水平旋转的下部平台和上部平台，所述上部平台设置于所述下部平台上，所述上部平台的自转轴心与所述下部平台的自转轴心平行且相错开，所述晶圆固定于所述上部平台上。

进一步的，针对晶圆清洗装置，所述上部平台的自转轴心与下部平台的自转轴心之间的距离为1～5厘米。

进一步的，针对晶圆清洗装置，所述上部平台上设置有用以固定所述晶圆的晶圆支架。

进一步的，晶圆清洗装置还包括清洗液供应装置，所述清洗液供应装置的供应管朝向所述晶圆。

进一步的，针对晶圆清洗装置，所述超声波振荡器的输出功率为0.5～5瓦特/平方厘米。

进一步的，针对晶圆清洗装置，所述超声波振荡器的输出频率为200千赫兹～3兆赫兹。

本发明还提供一种晶圆的清洗方法，利用所述的晶圆的清洗装置进行清洗，包括以下步骤：

将晶圆放置于清洗平台上，并将超声波振荡器移动至所述晶圆上方；

所述清洗平台启动水平旋转，带动所述晶圆周期性转动和移动，同时向所述晶圆上方供应清洗液，布满所述晶圆表面；

超声波振荡器输出的超声波通过清洗液在所述晶圆表面传播，对所述晶圆进行清洗；

清洗结束后，所述清洗平台停止水平旋转，并停止供应清洗液，移去所述超声波振荡器并取出晶圆。

进一步的，针对晶圆的清洗方法，所述清洗平台包括能够分别独立水平旋转的下部平台和上部平台，所述上部平台设置于所述下部平台上，所述上部平台的自转轴心与所述下部平台的自转轴心平行且相错开，所述晶圆固定于所述上部平台上。

进一步的，针对晶圆的清洗方法，所述上部平台的自转轴心与下部平台的自转轴心之间的距离为1～5厘米。

进一步的，针对晶圆的清洗方法，在所述清洗平台启动水平旋转的步骤中，所述下部平台和所述上部平台同时启动水平旋转，所述下部平台带动所述上部平台转动，所述上部平台同时自身旋转，带动所述晶圆作周期性转动和移动。

进一步的，针对晶圆的清洗方法，所述下部平台的旋转速度为2RPM～20RPM，所述上部平台的旋转速度为100RPM～2000RPM。

进一步的，针对晶圆的清洗方法，所述上部平台的转速是下部平台的转速的整数倍。

进一步的，针对晶圆的清洗方法，所述上部平台上设置有固定所述晶圆的晶圆支架。

进一步的，针对晶圆的清洗方法，所述晶圆清洗装置还包括清洗液供应装置，用于供应清洗液，所述清洗液供应装置的供应管朝向所述晶圆。

进一步的，针对晶圆清洗方法，所述超声波振荡器的输出功率为0.5～5瓦特/平方厘米。

进一步的，针对晶圆的清洗方法，所述超声波振荡器的输出频率为200千赫兹～3兆赫兹。

与现有技术相比，本发明所述晶圆的清洗装置中清洗平台的上表面倾斜于清洗平台的下表面，在清洗过程中，通过所述超声波振荡器固定，所述清洗平台做水平周期性连续移动，使所述超声波振荡器与晶圆中心的距离产生周期性连续变化，从而提高了超声波能量的均匀性，减小了清洗损伤，提升了清洗效果。

附图说明

图1为本发明一实施例中晶圆的清洗装置的结构示意图。

图2为本发明一实施例中晶圆的清洗方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。

图1为本发明一实施例中晶圆的清洗装置的结构示意图。如图1所示，本发明提供一种晶圆的清洗装置，包括：清洗平台101和超声波振荡器104，所述晶圆200固定于所述清洗平台101上；所述超声波振荡器104设置于所述晶圆200上方；其中，所述清洗平台101的上表面倾斜于清洗平台101的下表面，在清洗过程中，所述超声波振荡器104固定，所述清洗平台101带动晶圆200做周期性连续转动和移动，使所述超声波振荡器104与晶圆200中心的距离产生周期性连续变化。

在本实施例中，所述清洗平台101包括能够分别独立水平旋转的下部平台101a和上部平台101b，所述上部平台101b设置于所述下部平台101a上，所述晶圆200固定于所述上部平台101b上。

在本实施例中，如图1所示，所述下部平台101a的上表面倾斜于所述下部平台101a的下表面，所述上部平台101b的上表面平行于所述上部平台101b的下表面，从而使所述下部平台101a的自转轴心102与所述上部平台101b的自转轴心103具有倾斜夹角，倾斜夹角的范围为0～1°，在清洗过程中，停留在晶圆200表面的清洗液的水膜厚度小于2mm，所以倾斜夹角控制在0～1°可以保证清洗液能够填充超声波振荡器104和晶圆200之间的空间，保证超声波振荡器104发出的超声波能够传递至晶圆200的全部表面，实现全面清洗。在其中一个实施例中，所述下部平台101a通过其自转轴心102固定，所述上部平台101b的自转轴心103固定于下部平台上101a，并能够带动上部平台101b的旋转，所述上部平台101b的下表面与所述下部平台101a的上表面之间具有空隙，以减小独立旋转时相互产生的摩擦力，此外，其他能够使上部平台101b设置于下部平台101a上且上部平台101a和下部平台101b均能够独立旋转互不影响的结构均在本发明的思想范围之内。

所述上部平台101b上设置有固定所述晶圆200的晶圆支架202，所述晶圆200通过晶圆支架202固定于所述上部平台101b上，从而在上部平台101b和下部平台转动过程中，同时带动晶圆200随之旋转，防止晶圆200滑落。

所述下部平台101a的自转轴心102在外部马达(图中未标示)的带动下转动，而所述上部平台101b的自传轴心103固定于所述下部平台101a上，上部平台101b跟随下部平台101a转动的同时，上部平台101b的自传轴心103自身旋转，从而带动晶圆200转动和移动，因此在清洗过程中，超声波振荡器104在晶圆200上的位置呈周期性连续变化的，使超声波振荡器104输出的能量在整个晶圆200表面更为均匀的传播，有助于提高晶圆200表面沾污的去除效率，并防止由超声波振荡器输出的超声波停留在同一位置造成的结构损伤。

此外，所述晶圆清洗装置还包括一清洗液供应装置106，为晶圆200提供清洗液，所述清洗液供应装置106的供应管107朝向所述晶圆200，该清洗液可以为去离子水或化学药液。

在清洗过程中，所述超声波振荡器104的输出功率为0.5～5瓦特/平方厘米，超声波振荡器104的输出频率为200千赫兹～3兆赫兹，从而形成足够的超声波能量，去除晶圆200上的杂质。

图2为本发明一实施例中晶圆的清洗方法的流程示意图，结合图2，本发明还提供一种晶圆的清洗方法，利用上述晶圆的清洗装置进行清洗，包括以下步骤：

步骤S01：将晶圆放置于清洗平台上，并将超声波振荡器移动至所述晶圆上方；

步骤S02：所述清洗平台启动水平旋转，带动所述晶圆周期性转动和移动，同时向所述晶圆上方供应清洗液，布满所述晶圆表面；

步骤S03：超声波振荡器输出的超声波通过清洗液在所述晶圆表面传播，对所述晶圆进行清洗；

步骤S04：清洗结束后，所述清洗平台停止水平旋转，并停止供应清洗液，移去所述超声波振荡器并取出晶圆。

以下详细说明晶圆的晶圆的清洗过程。

在步骤S01中，通过外部机械臂(图中未标示)抓取晶圆200放置于清洗平台101上，晶圆200固定，然后，将超声波振荡器104移动至所述晶圆200上方；

在本实施例中，所述清洗平台101包括能够分别独立水平旋转的下部平台101a和上部平台101b，所述上部平台101b设置于所述下部平台101a上，所述上部平台101b的自转轴心103与所述下部平台101a的自转轴心102平行且相错开，所述晶圆200固定于所述上部平台101b上。所述下部平台101a的自转轴心102在外部马达(图中未标示)的带动下转动，而所述上部平台101b的自传轴心103固定于所述下部平台101a上，上部平台101b跟随下部平台101a转动的同时，上部平台101b的自传轴心103自身转动，带动上部平台101b自身水平转动；因此转动过程超声波在晶圆上的位置呈周期性连续变化，从而使超声波振荡器104输出的能量在整个晶圆表面更为均匀的传播，有助于提高晶圆表面沾污的去除效率，并防止由超声波造成的结构损伤。

在本实施例中，如图1所示，所述下部平台101a的上表面倾斜于所述下部平台101a的下表面，所述上部平台101b的上表面平行于所述上部平台101b的下表面，从而使所述下部平台101a的自转轴心102与所述上部平台101b的自转轴心103具有倾斜夹角，倾斜夹角的范围为0～1°，在清洗过程中，停留在晶圆200表面的清洗液的水膜厚度小于2mm，所以倾斜夹角控制在0～1°可以保证清洗液能够填充超声波振荡器104和晶圆200之间的空间，保证超声波振荡器104发出的超声波能够传递至晶圆200的全部表面，实现全面清洗。

此外，所述上部平台101b上设置有固定所述晶圆200的晶圆支架202，从而在上部平台101b和下部平台转动过程中，同时带动晶圆200随之旋转，防止晶圆滑落。

在较佳的实施例中，所述下部平台101a的旋转速度为2RPM～20RPM。所述上部平台101b的旋转速度为100RPM～2000RPM；所述上部平台101a的转速是下部平台101b的转速的整数倍，上述旋转速度能够带动晶圆200进行合理的移动周期，同时维持足够的清洗液停留在晶圆200表面，有利于晶圆200的清洗。

接着，在步骤S02中，所述清洗平台101启动水平旋转，带动所述晶圆200周期性转动，同时控制清洗液供应装置106向所述晶圆200上方供应清洗液300，其中所述清洗液300可以为去离子水或化学试剂，通过源源不断地供应，使清洗液300布满所述晶圆200表面；以布满所述晶圆200表面。在本实施例中，所述下部平台101a和上部平台101b同时启动水平旋转，下部平台101a带动上部平台101b转动，同时上部平台101b自身水平旋转，带动所述晶圆200周期性转动，从而使超声波振荡器104与晶圆200中心的距离形成周期性变化，减弱了超声波振荡器104产生超声波对晶圆200清洗作用的不均匀性，使超声波振荡器104输出的能量在整个晶圆200表面更为均匀的传播，有助于提高晶圆200表面沾污的去除效率，并防止由超声波振荡器104发出的超声波停留在一个位置对晶圆200造成结构损伤。

接着，在步骤S03中，超声波振荡器106输出的超声波通过清洗液在所述晶圆200表面传播，以利用超声波对晶圆200进行全面清洗；清洗过程中，由于超声波振荡器104到晶圆200中心的距离呈周期性连续变化，即超声波振荡器104在晶圆200上的位置呈周期性连续变化，从而使超声波振荡器104输出的能量在整个晶圆200表面更为均匀的传播且不停留于同一位置，有助于提高晶圆200表面沾污的去除效率，并防止由超声波振荡器104发出的超声波停留在同一位置对晶圆200造成结构损伤。

在清洗过程中，所述超声波振荡器的输出功率为0.5～5瓦特/平方厘米。所述超声波振荡器的输出频率为200千赫兹～3兆赫兹，采用上述输出功率和输出频率能够更好地去除晶圆200表面的杂质，并避免功率过大损伤晶圆200。

在步骤S04中，在清洗结束后，所述清洗平台101停止水平旋转，并停止供应清洗液，移去所述超声波振荡器104并取出晶圆200。

与现有技术相比，本发明所述晶圆的清洗装置中清洗平台的上表面倾斜于清洗平台的下表面，在清洗过程中，通过所述超声波振荡器固定，所述清洗平台做水平周期性连续移动，使所述超声波振荡器与晶圆中心的距离产生周期性连续变化，从而提高了超声波能量的均匀性，减小了清洗损伤，提升了清洗效果。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (21)

1.一种晶圆的清洗装置，包括：

清洗平台，晶圆固定于所述清洗平台上；

超声波振荡器，设置于所述晶圆上方；

其特征在于，所述清洗平台的上表面倾斜于清洗平台的下表面，在清洗过程中，所述超声波振荡器固定，所述清洗平台带动晶圆做周期性连续转动和移动，使所述超声波振荡器与晶圆中心的距离产生周期性连续变化。

2.如权利要求1所述的晶圆的清洗装置，其特征在于，所述清洗平台包括能够分别独立水平旋转的下部平台和上部平台，所述上部平台设置于所述下部平台上，所述晶圆固定于所述上部平台上。

3.如权利要求2所述的晶圆的清洗装置，其特征在于，所述下部平台的上表面倾斜于所述下部平台的下表面，所述上部平台的上表面平行于所述上部平台的下表面。

4.如权利要求2所述的晶圆的清洗装置，其特征在于，所述上部平台的自转轴心与所述下部平台的自转轴心具有倾斜夹角。

5.如权利要求4所述的晶圆的清洗装置，其特征在于，所述上部平台的自转轴心与下部平台的自转轴心之间的倾斜夹角为0～1°。

6.如权利要求2所述的晶圆的清洗装置，其特征在于，所述上部平台上设置有用以固定所述晶圆的晶圆支架。

7.如权利要求1至6中任意一项所述的晶圆的清洗装置，其特征在于，还包括清洗液供应装置，所述清洗液供应装置的供应管朝向所述晶圆。

8.如权利要求1至6中任意一项所述的晶圆的清洗装置，其特征在于，所述超声波振荡器的输出功率为0.5～5瓦特/平方厘米。

9.如权利要求1至6中任意一项所述的晶圆的清洗装置，其特征在于，所述超声波振荡器的输出频率为200千赫兹～3兆赫兹。

10.一种晶圆的清洗方法，其特征在于，利用如权利要求1所述的晶圆的清洗装置进行清洗，包括：

将晶圆放置于清洗平台上，并将超声波振荡器移动至所述晶圆上方；

所述清洗平台启动水平旋转，带动所述晶圆周期性转动和移动，同时向所述晶圆上方供应清洗液，布满所述晶圆表面；

超声波振荡器输出的超声波通过清洗液在所述晶圆表面传播，对所述晶圆进行清洗；

清洗结束后，所述清洗平台停止水平旋转，并停止供应清洗液，移去所述超声波振荡器并取出晶圆。

11.如权利要求10所述的晶圆的清洗装置，其特征在于，所述清洗平台包括能够分别独立水平旋转的下部平台和上部平台，所述上部平台设置于所述下部平台上，所述晶圆固定于所述上部平台上。

12.如权利要求11所述的晶圆的清洗装置，其特征在于，所述下部平台的上表面倾斜于所述下部平台的下表面，所述上部平台的上表面平行于所述上部平台的下表面。

13.如权利要求11所述的晶圆的清洗装置，其特征在于，所述上部平台的自转轴心与所述下部平台的自转轴心具有倾斜夹角。

14.如权利要求13所述的晶圆的清洗装置，其特征在于，所述上部平台的自转轴心与下部平台的自转轴心之间的倾斜夹角为0～1°。

15.如权利要求11所述的晶圆的清洗方法，其特征在于，在所述清洗平台启动水平旋转的步骤中，所述下部平台和所述上部平台同时启动水平旋转，所述下部平台带动所述上部平台转动，所述上部平台同时自身旋转，带动所述晶圆作周期性转动和移动。

16.如权利要求11所述的晶圆的清洗方法，其特征在于，所述下部平台的旋转速度为2RPM～20RPM，所述上部平台的旋转速度为100RPM～2000RPM。

17.如权利要求11所述的晶圆的清洗方法，其特征在于，所述上部平台的转速是下部平台的转速的整数倍。

18.如权利要求11所述的晶圆的清洗方法，其特征在于，所述上部平台上设置有固定所述晶圆的晶圆支架。

19.如权利要求10至18中任意一项所述的晶圆的清洗方法，其特征在于，还包括清洗液供应装置，用于供应清洗液，所述清洗液供应装置的供应管朝向所述晶圆。

20.如权利要求10至18中任意一项所述的晶圆的清洗方法，其特征在于，所述超声波振荡器的输出功率为0.5～5瓦特/平方厘米。

21.如权利要求10至18中任意一项所述的晶圆的清洗方法，其特征在于，所述超声波振荡器的输出频率为200千赫兹～3兆赫兹。

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