发明内容
本申请是基于发明人对以下问题的发现做出的:如图6所示,现有的晶圆刷洗装置是利用两个毛刷将晶圆夹紧,通过旋转这两个毛刷对晶圆进行刷洗,而晶圆本身也绕其圆心自转。同一时间每个毛刷与晶圆的接触区域为矩形区域(如图7所示),对晶圆的刷洗在该矩形区域内完成。当晶圆旋转一周时,晶圆表面的邻近晶圆圆心的圆进入该矩形区域(即刷洗区域)的时间较长,而晶圆表面的远离晶圆圆心的圆进入该矩形区域(即刷洗区域)的时间较短。因此,晶圆表面的邻近晶圆圆心的圆的刷洗效率比晶圆表面的远离晶圆圆心的圆的刷洗效率高,从而造成晶圆表面的刷洗不均匀,晶圆的刷洗时间受制于刷洗效率最低的边缘区域,导致晶圆的刷洗时间过长。也就是说,晶圆表面的刷洗效率沿晶圆的径向由内向外减小。
图8为晶圆表面各区域的刷洗效率沿晶圆径向的分布图,其中清洗液在晶圆表面沿晶圆径向均匀分布。当晶圆的直径为300毫米且毛刷与晶圆的接触区域的宽度为40毫米时,晶圆边缘区域(半径为150毫米处)的刷洗效率仅为晶圆圆心区域(半径小于等于40毫米的区域)的刷洗效率的8%。而且,晶圆的半径越大,晶圆边缘区域的刷洗效率与晶圆圆心区域的刷洗效率的差距越大。
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用于晶圆的刷洗装置。
本发明的另一个目的在于提出一种刷洗晶圆的方法。
为了实现上述目的,根据本发明第一方面的实施例提出一种用于晶圆的刷洗装置,所述用于晶圆的刷洗装置包括:机架;第一和第二毛刷,所述第一和第二毛刷相对地且间隔开地安装在所述机架上以分别用于刷洗晶圆的两侧表面;和第一和第二清洗液供给单元,所述第一和第二清洗液供给单元相对地且间隔开地安装在所述机架上以分别用于向所述晶圆的两侧表面供给清洗液,其中所述第一和第二清洗液供给单元中的每一个供给的清洗液的量沿所述晶圆的径向由内向外增加。
根据本发明实施例的用于晶圆的刷洗装置通过使所述第一清洗液供给单元和所述第二清洗液供给单元中的每一个供给的清洗液的量沿所述晶圆的径向由内向外增加,从而可以提高所述晶圆的刷洗效率,减少所述晶圆的刷洗时间,减少刷洗所述晶圆的清洗液用量。
另外,根据本发明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,所述第一和第二清洗液供给单元中的每一个包括:清洗液输送管,所述清洗液输送管设在所述机架上;和多个喷嘴,多个所述喷嘴等间隔地设在所述清洗液输送管上用于向所述晶圆的表面供给清洗液,其中相邻两个所述喷嘴中,远离所述晶圆的圆心的一个所述喷嘴的清洗液喷射量大于邻近所述晶圆的圆心的另一个所述喷嘴的清洗液喷射量。
由此不仅可以使所述第一清洗液供给单元和所述第二清洗液供给单元的结构更加简单,降低了所述喷嘴的布置难度,而且可以更加方便地、容易地对所述第一清洗液供给单元和所述第二清洗液供给单元的清洗液供给量进行调节。
根据本发明的一个实施例,所述第一和第二清洗液供给单元中的每一个包括:清洗液输送管,所述清洗液输送管设在所述机架上;和多个喷嘴,多个所述喷嘴间隔开地设在所述清洗液输送管上,每个所述喷嘴的清洗液喷射量相等且相邻两个所述喷嘴的间距沿所述晶圆的径向由内向外减小。由此所述第一清洗液供给单元和所述第二清洗液供给单元具有结构简单等优点。
根据本发明的一个实施例,多个所述喷嘴呈对称分布,且多个所述喷嘴的对称面通过所述晶圆的圆心。由此可以进一步提高所述晶圆的刷洗效率,进一步减少所述晶圆的刷洗时间,进一步减少刷洗所述晶圆的清洗液用量。
根据本发明的一个实施例,所述第一和第二清洗液供给单元中的每一个向所述晶圆上的半径为r的圆供给的清洗液的量F(r)满足F(r)·η(r)=c,其中c为常数,η(r)为所述晶圆上的半径为r的圆的刷洗效率,所述η(r)满足:
b为所述第一和第二毛刷与所述晶圆的接触区域的宽度。
由此可以在不增加清洗液用量的情况下将所述晶圆的刷洗效率提至最高,将所述晶圆的刷洗时间减至最少,或者在不改变所述晶圆的刷洗效率的情况下将清洗液用量减至最少。
根据本发明第二方面的实施例提出一种利用根据本发明第一方面所述的用于晶圆的刷洗装置刷洗晶圆的方法,所述刷洗晶圆的方法包括:
利用所述第一和第二清洗液供给单元分别向所述晶圆的两侧表面供给清洗液,其中供给到所述晶圆的两侧表面的清洗液的量沿所述晶圆的径向由内向外增加;和
利用所述第一和第二毛刷对所述晶圆的两侧表面进行刷洗。
根据本发明实施例的刷洗晶圆的方法通过使供给到所述晶圆的两侧表面的清洗液的量沿所述晶圆的径向由内向外增加,从而可以提高所述晶圆的刷洗效率,减少所述晶圆的刷洗时间,减少刷洗所述晶圆的清洗液用量。
根据本发明的一个实施例,所述第一和第二清洗液供给单元中的每一个向所述晶圆上的半径为r的圆供给的清洗液的量F(r)满足F(r)·η(r)=c,其中c为常数,η(r)为所述晶圆上的半径为r的圆的刷洗效率,所述η(r)满足:
b为所述第一和第二毛刷与所述晶圆的接触区域的宽度。
由此可以在不增加清洗液用量的情况下将所述晶圆的刷洗效率提至最高,将所述晶圆的刷洗时间减至最少,或者在不改变所述晶圆的刷洗效率的情况下将清洗液用量减至最少。
根据本发明的一个实施例,将所述晶圆的两侧表面中的每一个分为一个圆形区域和多个圆环形区域,多个所述圆环形区域等分,利用多个所述喷嘴向所述圆形区域和多个所述圆环形区域喷射清洗液。由此可以进一步提高所述晶圆的刷洗效率,进一步减少所述晶圆的刷洗时间,进一步减少刷洗所述晶圆的清洗液用量。
根据本发明的一个实施例,所述圆形区域的直径等于所述第一和第二毛刷与所述晶圆的接触区域的宽度。由此在刷洗所述晶圆的过程中,所述圆形区域始终与所述第一毛刷和所述第二毛刷接触。
根据本发明的一个实施例,多个所述喷嘴向所述圆形区域和多个所述圆环形区域喷射的清洗液的量F(r)满足F(r)·η(r)=c,其中c为常数,r为所述圆形区域和多个所述圆环形区域的半径,所述圆环形区域的半径等于所述圆环形区域的大圆半径和小圆半径的平均值,η(r)为半径为r的所述圆形区域和多个所述圆环形区域的刷洗效率,所述η(r)满足:
b为所述第一和第二毛刷与所述晶圆的接触区域的宽度。
由此可以使清洗液的分布更加接近理想分布,从而可以进一步提高所述晶圆的刷洗效率,进一步减少所述晶圆的刷洗时间,进一步减少刷洗所述晶圆的清洗液用量。
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。
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,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。此外,术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,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,或一体地连接;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。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本申请是基于发明人对以下问题的发现做出的:如图6所示,现有的晶圆刷洗装置是利用两个毛刷将晶圆夹紧,通过旋转这两个毛刷对晶圆进行刷洗,而晶圆本身也绕其圆心自转。同一时间每个毛刷与晶圆的接触区域为矩形区域,该矩形区域的宽度为b(如图7所示),对晶圆的刷洗在该矩形区域内完成。当晶圆旋转一周时,晶圆表面的邻近晶圆圆心的圆进入该矩形区域(即刷洗区域)的时间较长,而晶圆表面的远离晶圆圆心的圆进入该矩形区域(即刷洗区域)的时间较短。因此,晶圆表面的邻近晶圆圆心的圆的刷洗效率比晶圆表面的远离晶圆圆心的圆的刷洗效率高,从而造成晶圆表面的刷洗不均匀,晶圆的刷洗时间受制于刷洗效率最低的边缘区域,导致晶圆的刷洗时间过长。也就是说,晶圆表面的刷洗效率沿晶圆的径向由内向外减小。
图8为晶圆表面各区域的刷洗效率沿晶圆径向的分布图,其中清洗液在晶圆表面沿晶圆径向均匀分布。当晶圆的直径为300毫米且毛刷与晶圆的接触区域的宽度为40毫米时,晶圆边缘区域(半径为150毫米处)的刷洗效率仅为晶圆圆心区域(半径小于等于40毫米的区域)的刷洗效率的8%。而且,晶圆的半径越大,晶圆边缘区域的刷洗效率与晶圆圆心区域的刷洗效率的差距越大。
下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的用于晶圆20的刷洗装置10。如图1-图4所述,根据本发明实施例的用于晶圆20的刷洗装置10包括机架(图中未示出)、第一毛刷100、第二毛刷200、第一清洗液供给单元和第二清洗液供给单元。
第一毛刷100和第二毛刷200相对地且间隔开地安装在所述机架上以分别用于刷洗晶圆20的两侧表面21。具体地,第一毛刷100可以刷洗晶圆20的第一表面,第二毛刷200可以刷洗晶圆20的第二表面。所述第一清洗液供给单元和所述第二清洗液供给单元相对地且间隔开地安装在所述机架上以分别用于向晶圆20的两侧表面21供给清洗液。具体地,所述第一清洗液供给单元可以向晶圆20的第一表面供给清洗液,所述第二清洗液供给单元可以向晶圆20的第二表面供给清洗液。其中,所述第一清洗液供给单元和所述第二清洗液供给单元中的每一个供给的清洗液的量沿晶圆20的径向由内向外增加。也就是说,供给到晶圆20的表面21的远离晶圆20圆心的区域的清洗液的量大于供给到晶圆20的表面21的邻近晶圆20圆心的区域的清洗液的量。
下面参考图5描述利用根据本发明实施例的用于晶圆20的刷洗装置10刷洗晶圆20的方法。如图5所述,利用根据本发明实施例的用于晶圆20的刷洗装置10刷洗晶圆20的方法包括:
利用所述第一清洗液供给单元和所述第二清洗液供给单元分别向晶圆20的两侧表面21供给清洗液,其中供给到晶圆20的两侧表面21的清洗液的量沿晶圆20的径向由内向外增加。
利用第一毛刷100和第二毛刷200对晶圆20的两侧表面21进行刷洗。
利用所述第一清洗液供给单元和所述第二清洗液供给单元分别向晶圆20的两侧表面21供给清洗液可以在利用第一毛刷100和第二毛刷200对晶圆20的两侧表面21进行刷洗之前、之后或同时进行。
由于晶圆20的刷洗效率与清洗液用量成正比(即供给到晶圆20的表面21的某区域的清洗液的量越大,该区域的刷洗效率越高),因此通过使所述第一清洗液供给单元和所述第二清洗液供给单元中的每一个供给的清洗液的量沿晶圆20的径向由内向外增加,从而可以提高晶圆20的表面21的远离晶圆20圆心的区域的刷洗效率。由此可以提高晶圆20的刷洗效率,减小晶圆20的刷洗时间。例如,如图8所示,晶圆20的半径为130毫米的圆的刷洗效率是晶圆20的中心区域的刷洗效率的10%,通过将晶圆20的半径为130毫米的圆的清洗液供给量调整为晶圆20的中心区域的清洗液供给量的10倍,从而可以使晶圆20的半径为130毫米的圆的刷洗效率等于晶圆20的中心区域的刷洗效率。
具体地,可以通过增加晶圆20的表面21的远离晶圆20圆心的区域的清洗液供给量,来提高晶圆20的刷洗效率,减小晶圆20的刷洗时间。也可以通过减小晶圆20的表面21的邻近晶圆20圆心的区域的清洗液供给量,来减小刷洗晶圆20的清洗液用量。
根据本发明实施例的用于晶圆20的刷洗装置10通过使所述第一清洗液供给单元和所述第二清洗液供给单元中的每一个供给的清洗液的量沿晶圆20的径向由内向外增加,从而可以提高晶圆20的刷洗效率,减少晶圆20的刷洗时间,减少刷洗晶圆20的清洗液用量。
根据本发明实施例的刷洗晶圆20的方法通过使供给到晶圆20的两侧表面21的清洗液的量沿晶圆20的径向由内向外增加,从而可以提高晶圆20的刷洗效率,减少晶圆20的刷洗时间,减少刷洗晶圆20的清洗液用量。
图4为供给到晶圆20的表面21的清洗液的理想分布图,如果按照图4所示的曲线供给清洗液,则可以在不增加清洗液用量的情况下将晶圆20的刷洗效率提至最高,将晶圆20的刷洗时间减至最少,或者在不改变晶圆20的刷洗效率的情况下将清洗液用量减至最少。
在本发明的一些示例中,所述第一清洗液供给单元和所述第二清洗液供给单元中的每一个向晶圆20上的半径为r的圆供给的清洗液的量F(r)满足F(r)·η(r)=c,其中c为常数,η(r)为晶圆20上的半径为r的圆的刷洗效率,所述η(r)满足:
b为第一毛刷100和第二毛刷200与晶圆20的接触区域的宽度。
由此所述第一清洗液供给单元和所述第二清洗液供给单元中的每一个可以按照图4所示的曲线向晶圆20供给清洗液,从而可以在不增加清洗液用量的情况下将晶圆20的刷洗效率提至最高,将晶圆20的刷洗时间减至最少,或者在不改变晶圆20的刷洗效率的情况下将清洗液用量减至最少。通过提高c的数值,可以提高晶圆20的刷洗效率,减少晶圆20的刷洗时间。
在本发明的一些实施例中,所述第一清洗液供给单元和所述第二清洗液供给单元中的每一个可以包括清洗液输送管300和多个喷嘴400。清洗液输送管300可以设在所述机架上。多个喷嘴400可以间隔开地设在清洗液输送管300上,每个喷嘴400的清洗液喷射量可以相等,相邻两个喷嘴400的间距可以沿晶圆20的径向由内向外减小以便所述第一清洗液供给单元和所述第二清洗液供给单元中的每一个供给的清洗液的量沿晶圆20的径向由内向外增加。
换言之,喷嘴400的密度沿晶圆20的径向由内向外增加。由此所述第一清洗液供给单元和所述第二清洗液供给单元具有结构简单等优点。
如图1所示,在本发明的一个实施例中,所述第一清洗液供给单元和所述第二清洗液供给单元中的每一个可以包括清洗液输送管300和多个喷嘴400。清洗液输送管300可以设在所述机架上。多个喷嘴400可以等间隔地设在清洗液输送管300上用于向晶圆20的表面21供给清洗液,其中相邻两个喷嘴400中,远离晶圆20的圆心的一个喷嘴400的清洗液喷射量大于邻近晶圆20的圆心的另一个喷嘴400的清洗液喷射量以便所述第一清洗液供给单元和所述第二清洗液供给单元中的每一个供给的清洗液的量沿晶圆20的径向由内向外增加。
由此不仅可以使所述第一清洗液供给单元和所述第二清洗液供给单元的结构更加简单,降低了喷嘴400的布置难度,而且可以更加方便地、容易地对所述第一清洗液供给单元和所述第二清洗液供给单元的清洗液供给量进行调节。
有利地,多个喷嘴400可以呈对称分布,多个喷嘴400的对称面可以通过晶圆20的圆心。由此可以进一步提高晶圆20的刷洗效率,进一步减少晶圆20的刷洗时间,进一步减少刷洗晶圆20的清洗液用量。具体地,喷嘴400可以是锥形喷嘴或扇形喷嘴。
在本发明的一个示例中,可以将晶圆20的两侧表面21中的每一个分为一个圆形区域211和多个圆环形区域212,多个圆环形区域212等分。换言之,多个圆环形区域212的大圆半径(外径)和小圆半径(内径)之差可以彼此相等。利用多个喷嘴400向圆形区域211和多个圆环形区域212喷射清洗液。由此可以进一步提高晶圆20的刷洗效率,进一步减少晶圆20的刷洗时间,进一步减少刷洗晶圆20的清洗液用量。具体地,圆环形区域212的大圆半径和小圆半径之差可以等于圆形区域211的半径,也就是说,可以将晶圆20的两侧表面21中的每一个等分为一个圆形区域211和多个圆环形区域212。
如图2所示,在本发明的一个具体示例中,可以将晶圆20的两侧表面21中的每一个等分为一个圆形区域211和两个圆环形区域212。具体而言,这两个圆环形区域212的大圆半径和小圆半径之差可以彼此相等,且每个圆环形区域212的大圆半径和小圆半径之差可以等于圆形区域211的半径。每个清洗液输送管300上可以等间距地设有6个喷嘴400。具体地,相邻两个喷嘴400的间距可以是50毫米,每个喷嘴400的喷射角可以是45度,每个喷嘴400与晶圆20在晶圆20的旋转轴向上的距离可以是120.7毫米(50/tan22.5°=120.7mm),则每个喷嘴400所喷出的清洗液与晶圆20的接触区域在晶圆20的径向上为50毫米,正好均匀布满圆形区域211和每个圆环形区域212。输送到圆形区域211、内侧的圆环形区域212和外侧的圆环形区域212的清洗液的量分别为L(1)、L(2)、L(3)。通过改变喷嘴400喷出的清洗液的量(例如通过改变喷嘴400的规格来实现),可以使L(1):L(2):L(3)=0.325:0.664:1(如图3所示)。
这样,在不增加晶圆20的清洗时间的前提下(即晶圆20的各个区域的刷洗效率大于等于晶圆20的边缘的刷洗效率),与已知的清洗液沿晶圆20的径向均匀分布的情形相比,清洗液用量可以减少33%。或者,如果保持清洗液用量不变,可以将晶圆20的刷洗效率提高50.83%。
通过改变晶圆20被等分的圆环形区域212的数量N,可以设计出不同的刷洗方案,如表1所示。具体而言,这N个圆环形区域212的大圆半径和小圆半径之差可以彼此相等,且每个圆环形区域212的大圆半径和小圆半径之差可以等于圆形区域211的半径。
表1不同刷洗方案的刷洗效率提高值
由表1可以看出,通过增加圆环形区域212的数量,可以使清洗液的分布更加接近理想分布,从而优化清洗液的使用,提高晶圆20的刷洗效率。但另一方面会使喷嘴400的数量增加,增加刷洗装置10的制造成本和复杂度,降低刷洗装置10的可靠性。因此需在二者之间取得平衡,获得最佳方案。
有利地,圆形区域211的直径可以等于第一毛刷100和第二毛刷200与晶圆20的接触区域的宽度b。由此在刷洗晶圆20的过程中,圆形区域211始终与第一毛刷100和第二毛刷200接触。具体地,晶圆20的第一表面上的圆形区域211的直径可以等于第一毛刷100与晶圆20的接触区域的宽度b,晶圆20的第二表面上的圆形区域211的直径可以等于第二毛刷200与晶圆20的接触区域的宽度b。
在本发明的一些实施例中,多个喷嘴400向圆形区域211和多个圆环形区域212喷射的清洗液的量F(r)满足F(r)·η(r)=c,其中c为常数,r为圆形区域211和多个圆环形区域212的半径,圆环形区域212的半径等于圆环形区域212的大圆半径和小圆半径的平均值,η(r)为半径为r的圆形区域211和多个圆环形区域212的刷洗效率,所述η(r)满足:
b为第一毛刷100和第二毛刷200与晶圆20的接触区域的宽度。
由此可以使清洗液的分布更加接近理想分布,从而可以进一步提高晶圆20的刷洗效率,进一步减少晶圆20的刷洗时间,进一步减少刷洗晶圆20的清洗液用量。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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。