CN105934817B - 半导体晶圆清洁系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供半导体晶圆清洁设备的实施例。在一方面，半导体晶圆清洁设备可包括第一支撑单元、具有第一腔室的可移动单元、具有第二腔室的第二支撑单元及第三支撑单元。当使该第一腔室与该第二腔室接触时，形成处理该半导体晶圆的微处理腔室。每个支撑单元通过对应支撑板支撑，每个支撑板通过其周边上的多个支撑杆定位及加强。此设计将防止这些支撑板变形，减少由因该微处理腔室的打开或闭合所致的零件摩擦产生的颗粒，允许这些单元的容易对准。

Description

半导体晶圆清洁系统

【相关专利申请的交叉参考】

本申请要求了申请号为：14/145,882的，申请日为2013年12月31日的，发明名称为“半导体晶圆清洁系统”的美国专利申请的优先权，该美国专利申请的全文通过引用而被结合到本申请中。

【技术领域】

本发明涉及精细表面的化学处理。特别涉及一种用于清洁半导体晶圆的设备。

【背景技术】

半导体晶圆被广泛用作集成电路(IC)的基板。晶圆的清洁必须在多数处理步骤之后以及在每个高温操作之前发生，从而使其在IC制造中成为最频繁重复的步骤。用于超清洁晶圆表面制备的现有方法分为两大类：湿清洁程序，诸如浸润及喷雾技术；及干清洁程序，诸如基于化学蒸汽及电浆的技术。湿清洁技术在过去三十年中已被成功使用，并且因为液体溶液的诸多固有性质促进金属及颗粒的移除而仍受到青睐。湿清洁处理通常由使用适当化学溶液浸润晶圆或对晶圆喷雾的一系列步骤组成。

随着临界尺寸减小且晶圆大小增大，始终存在对用于清洁及干燥的新技术及化学品的需求。目前，已通过大量程序驱动调查研究，包括用于高迁移率通道的新材料/基板；用于抬升式源极/漏极的外延SiGe、用于电容器的新材料、高剂量植入的光阻移除；对结构不产生负面影响的小颗粒移除；用于化学机械抛光(CMP)的基于二氧化铈的浆液的使用；对蚀刻、清洁及干燥具有增大纵横比的接触件及其它结构的需求；及为ESH及COO效益在减少化学品及水使用量方面所做的努力。

在2011年5月10日公告给本申请案的发明人的美国专利第7,938,906号中揭示用于湿清洁半导体晶圆的一特定设备。美国专利第7,938,906号的内容以引用的方式并入本文中。

美国专利第7,938,906号揭示一种具有微处理腔室的设备，在微处理腔室中，半导体晶圆被紧密接纳及处理。由上腔室及下腔室组成的微处理腔室可处于打开位置中以装载或移除半导体晶圆或处于闭合位置中以将化学试剂或其它流体引入至腔室中以用于半导体晶圆的处理。可通过上可移动零件与下可移动零件的相对移动实现上述打开或闭合位置。

在美国专利第7,938,906号中，通过四个支柱自下可移动零件的底板的各角部分向上延伸至上可移动零件的顶板将设备的上可移动零件及下可移动零件固持在一起，可移动零件可沿着四个支柱升高或降低以设定微处理腔室使其处于打开位置或闭合位置中。然而，存在相关联于此设计的若干问题，因此在US7,938,906中揭示的设备不适合于特定应用。首先，支柱限制特定应用所需的微处理腔室的三维移动。其次，当腔室尺寸变大时，固持上腔室及下腔室的板可能容易变形。变形将影响在上腔室及下腔室闭合之后形成的腔室的内部空间的形状及尺寸，从而导致意想不到的处理结果。第三，先前技术设计需要支柱以及板及盒中的对应孔洞的精确加工，以便达成所有零件的良好对准。最后，在操作期间，沿着支柱移动的可移动零件可产生由摩擦引起的颗粒。颗粒可为处理的污染源。在先进半导体制造中，已广泛认识到，多数颗粒污染来自处理系统。因此，仍需最佳化设备设计，以简化组件的制造且减少因设备的组件的移动所致的污染。

【发明内容】

本发明提供一种半导体晶圆清洁设备。

根据本发明的一个方面，一种半导体晶圆清洁设备可包括：第一支撑单元；可移动单元，其通过该第一支撑单元支撑；第二支撑单元，其与该第一支撑单元相对；第三支撑单元；及多个间隔支柱。该第一支撑单元可包括：第一支撑板；及多个第一支撑杆，每个第一支撑杆具有第一沟槽，该第一沟槽在纵向方向上凹陷于该第一支撑杆的内面上以沿着该第一支撑板的周边部分定位及加强该第一支撑板。该可移动单元可包括：驱动单元，其安置于该第一支撑板上；第二支撑板，其安置于该驱动单元的顶部上；及第一腔室，其安置于该第二支撑板上。该第二支撑单元可包括：第二腔室；第三支撑板，其具有用于定位该第二腔室的第一穿孔；及多个第二支撑杆，每个第二支撑杆具有第二沟槽，该第二沟槽在纵向方向上凹陷于该第二支撑杆的内面上以沿着该第三支撑板的周边部分定位及加强该第三支撑板。该第三支撑单元可包括第四支撑板，该第四支撑板具有施加压力至该第二腔室的多个螺钉或可移动零件。每个第三支撑杆可包括第三沟槽，该第三沟槽在纵向方向上凹陷于该第三支撑杆的内面上以沿着该第四支撑板的周边部分定位及加强该第四支撑板。该多个间隔支柱可安置于用于定位该第一支撑板的第一支撑杆与用于定位该第三支撑板的第二支撑杆之间，每个间隔支柱连接对应第一支撑杆及对应第二及第三支撑杆。该第一腔室及该第二腔室可经结构设计，使得当使该第一腔室与该第二腔室接触时，形成处理该半导体晶圆的微处理腔室。

在一项实施例中，每个第一支撑杆可通过焊接或第一连接构件连接至对应间隔支柱的第一端。每个第二支撑杆可通过焊接或第二连接构件连接至该对应间隔支柱的与该第一端相对的第二端。每个第三支撑杆可通过焊接或第三连接构件连接至对应第二支撑杆。

在一项实施例中，该第一、该第二及该第三连接构件可包括杆或螺钉。

在一项实施例中，该第一支撑单元可进一步包括安置于该第一支撑板上的第一安全环。该可移动单元可进一步包括安置于该第二支撑板上的第二安全环。该第二安全环可与该第一安全环接触以形成一腔，该驱动单元安置在该腔内。

在一项实施例中，该驱动单元可包括一或多个气囊、机械定位器或气动定位器。

在一项实施例中，该第一支撑板可包括用于定位该驱动单元或其它零件的一或多个孔。

在一项实施例中，其它零件可包括真空泵。

在一项实施例中，该可移动单元可进一步包括安置于该第二支撑板上的第一盒，该第一腔室安置在该第一盒内。

在一项实施例中，该第一盒可包括一倾斜底部表面。该倾斜底部表面可经结构设计以引导泄漏流体流动至该第一盒的最下端。

在一项实施例中，该半导体晶圆清洁设备可进一步包括安置于该第一盒的一最下端处的泄漏侦测传感器。

在一项实施例中，该第一盒可包括排泄孔，自该微处理腔室泄露的流体通过该排泄孔而自该第一盒排泄。

在一项实施例中，该第二支撑单元可进一步包括第二盒，该第二盒具有安置于该第三支撑板上的第二穿孔。该第二穿孔可与该第一穿孔对准，使得该第二腔室通过该第一及该第二穿孔安置于该第三支撑板内。

在一项实施例中，每个间隔支柱可进一步包括用于导引该可移动单元的移动的轨道。

在一项实施例中，该可移动单元可进一步包括用于导引该可移动单元的该移动的导引构件。

在一项实施例中，该导引构件可包括多个轮子。每个轮子可安装于该第二支撑板的角或边缘处或该第一盒的角或边缘处。

在一项实施例中，每个第一支撑杆可进一步包括凹陷于该第一支撑杆的一端面上的第四沟槽。第四沟槽可经结构设计，使得工具盖的周边部分可经插入及固定至第四沟槽中。

在一项实施例中，该第一腔室或第二腔室可包括一或多个排放孔，流体通过该一或多个排放孔自该微处理腔室排出。

在一项实施例中，该第一腔室或第二腔室可包括一或多个入口孔，通过该一或多个入口孔将流体引入至该微处理腔室中。

在一项实施例中，该第三支撑单元可进一步包括一或多个压力均衡板以均衡通过该第四支撑板上的螺钉或可移动零件产生的点压。

在一项实施例中，第一支撑杆、第二支撑杆及第三支撑杆可由不锈钢或高强度铝合金制成。

【附图说明】

随附图式经包括以提供本发明之一进一步理解，且并入此说明书中且构成此说明书之一部分。图式图解说明本发明的实施例且连同描述一起用于说明本发明的原理。图式可不必按比例绘制，以便更好呈现所图解说明的标的的特定特征。

图1是本发明的一例示性实施例的半导体晶圆清洁设备的侧视图。

图2是图1所述的半导体晶圆清洁设备的分解侧视图。

图3是图1所述的半导体晶圆清洁设备的一个角度的分解立体图。

图4是图1所述的半导体晶圆清洁设备的另一个角度的分解立体图。

【具体实施方式】

在图1至图4中示意性地展示了本发明的半导体晶圆清洁设备100。在图1中展示了半导体晶圆清洁设备100的侧视图。在图2中展示了半导体晶圆清洁设备100的分解侧视图。参考图1及图2所示，所述半导体晶圆清洁设备100可包括底部支撑单元110、可移动单元120、上腔室支撑单元140及顶部支撑单元160。底部支撑单元110经结构设计以支撑可移动单元120，在通过可移动单元120支撑的第一腔室与通过上腔室支撑单元140支撑的第二腔室之间形成用于对结构进行湿清洁的完整闭合/打开空间，所有零件容纳于底部支撑单元110和顶部支撑单元160之间。

在图3及图4中分别展示了半导体晶圆清洁设备100的一个角度的分解立体图及另一个角度的分解立体图。参考图3及图4，所述底部支撑单元110至少包括底部支撑板112、下安全环114及四个下支撑杆102。底部支撑板112应由具有高强度的材料制成，诸如不锈钢或高强度铝合金，这是因为其将遭受保持腔室闭合所需的压力。底部支撑板112包括用于定位气囊116及其它零件(诸如真空泵)于底部支撑板112上的孔。通过四个下支撑杆102支撑底部支撑板112的边缘，该底部支撑板112抵抗清洁程序期间的最大压力。下支撑杆102包括在纵向方向上凹陷于下支撑杆102的内侧上的沟槽103。底部支撑板112可滑动至沟槽103中。底部支撑板112的边缘的厚度经结构设计以适配至沟槽103中，因此底部支撑板112可以通过下支撑杆102定位。下支撑杆102还包括凹陷于支撑杆102的端部上的沟槽101。工具盖(未展示)可滑动至沟槽101中且容纳及固定于沟槽101内。下安全环114经结构设计以出于安全及清洁目的覆盖气囊116。

可移动单元120包括上安全环124、下支撑板126、下盒128及下腔室130。下腔室130界定微处理腔室的下工作表面及下内周长。安置于底部支撑板112的顶部上的气囊116，或其它类型的市售技术，例如，机械定位器或气动定位器，可用于向上及向下移动可移动单元120。当使用一个以上气囊时，可实现其它类型的移动。举例而言，当使用四个气囊时，通过气囊的系统控制，各气囊可经计算机控制以独立充气或放气，使得四个气囊的联合运动导致所有类型的移动，例如，波动移动。可移动单元120的移动可通过安装于下支撑板126的角或边缘上或下盒128的角或边缘上的轮子导引或沿着轨道导引，这些轨道凹陷于安置于用于定位下支撑板112的下支撑杆102与用于定位上支撑板142的上支撑杆104之间的间隔支柱108上。也可采用其它现有技术来协助可移动单元120的移动。上安全环124及下安全环114出于安全及清洁目的共同覆盖气囊116。用于制成下盒128的材料将取决于在清洁程序期间使用的流体。下盒128安置于下支撑板126的顶部上且经结构设计以定位下腔室130且收集自下腔室130泄漏的流体。下盒128可经加工成任何形状，只要其满足上文提及的功能即可。下盒128具有倾斜底部表面。当流体自下腔室130及上腔室150泄漏时，所泄漏流体将在下盒128的下部处被收集且触发设置于下盒128的最下部中的泄漏侦测传感器，因此将触发工具警报且将停止流体的输送。下盒128也含有排泄孔以自下盒128排放所泄漏流体，因此防止在泄漏侦测传感器出现故障时的情况中流体溢出。用于制成下腔室130的材料将取决于在清洁程序期间使用的流体。一般言之，选定材料应对所采用流体具有良好耐化学性。将根据清洁程序的目的设计下腔室130的结构。一般言之，下腔室130需满足高安全性、高效率及低成本要求。在本发明中不涵盖下腔室130的结构。

上腔室支撑单元140包括上支撑板142、上盒144、上腔室150及四个上支撑杆104。上腔室150界定微处理腔室的上工作表面及上内周长。上支撑板142包括穿孔且经结构设计以支撑上盒144及上腔室150。较佳地，上支撑板142由具有高强度的材料制成，诸如不锈钢或高强度铝合金。上支撑板142的边缘的厚度经结构设计，使得上支撑板的边缘可滑动至在纵向方向上凹陷于上支撑杆104的内侧上的沟槽105中，藉此容纳及固定于上支撑杆104的沟槽105内。用于制成上盒144的材料将由在清洁程序期间使用的流体决定。上盒144经结构设计以定位上腔室150且导引泄漏流体流动通过上盒144的内环，因此防止泄漏流体溢出至设备的其它区域。上盒144精确定位上腔室150，使得当腔室闭合时，上腔室150与下腔室130完全配接。

顶部支撑单元160包括顶部支撑板162及四个顶部支撑杆106及压力均衡板152及153。顶部支撑板162具有用于使电线及管道穿过的孔。顶部支撑板162通过顶部支撑杆106定位。顶部支撑杆106包括在纵向方向上凹陷于支撑杆106的内侧上的沟槽107。顶部支撑板162的边缘的厚度经结构设计，使得顶部支撑板162的边缘可滑动至沟槽107中且容纳及固定于沟槽107内。顶部支撑板162也包括螺钉或其它现有可移动零件，例如，气动组件。可通过这些螺钉或现有可移动零件将力施加至上腔室150以调整微处理腔室的水平位置及内部形状。压力均衡板152及153用于将来自螺钉及其它现有可移动零件产生的点压均衡至较大区域。

通过连接零件或焊接技术将所有支撑杆102、104、106及间隔支柱108连接在一起。在一项实施例中，通过在杆的至少一端上具有螺钉的多个杆将支撑杆102、104、106及间隔支柱108连接在一起。螺钉穿过每个下支撑杆102、每个上支撑杆104、每个顶部支撑杆106及每个间隔支柱108的中央。通过将螺帽紧固在杆的端部处而将所有支撑杆102、104、106及间隔支柱108连接在一起。在一项实施例中，每个第一支撑杆102通过多个螺钉驱动穿过该第一支撑杆至安置于对应间隔支柱108的中央处经预螺纹定轨(pre-screw tracked)的一孔中而连接至该间隔支柱108的一端。每个第二支撑杆104及对应第三支撑杆106通过多个螺钉驱动穿过第二及第三支撑杆104、106至安置在对应间隔支柱108的中央处经预螺纹定轨的一孔中而连接至该间隔支柱108的相对端。在一项实施例中，每个第一支撑杆102通过焊接连接至一对应间隔支柱108的一端，每个第二支撑杆104通过焊接连接至对应间隔支柱108的相对端，且每个第二支撑杆104通过焊接连接至对应第三支撑杆106。间隔支柱108用于更强强度的需要。

在下文中，描述根据本发明的使用半导体晶圆清洁设备的半导体晶圆清洁方法。

首先，将半导体晶圆装载于下腔室130的顶部上。

接着，通过将空气压入至气囊116中而将下腔室130及上腔室150设定为处于闭合位置。当气囊116经充气时，气囊116推动下支撑板126、下盒128及下腔室130向上移动直至下腔室130与通过上支撑板142及上盒144定位的上腔室150接触。

在微处理腔室闭合后，清洁程序由通过流体分布系统(未展示)将所要处理流体引入至微处理腔室中而开始，该流体分布系统包括定位于下腔室或上腔室中的至少一孔。将通过定位于下腔室或上腔室中的至少一孔将所使用流体排出微处理腔室。

接着，在完成清洁程序后，释放气囊116中的空气。当气囊116经放气时，下支撑板126、下盒128及下腔室130将向下移动直至上安全环124到达通过底部支撑板112支撑的下安全环114。

最后，自下腔室130移除半导体晶圆。

本发明中的设备设计具有若干优点。首先，不存在穿过设备的主结构的板及盒的四个支柱。通过支撑杆强化支撑板的所有边缘，可根据应用调整支撑杆的大小。支撑杆更有效防止支撑板通过清洁程序期间所需且保持上腔室及下腔室精确附接至彼此所需的压力或真空力变形。另外，支撑杆的引入将减小通过在微处理腔室的打开或闭合期间因部件的摩擦而产生颗粒的可能性。其次，可通过调整顶部支撑单元中的螺钉或其它现有移动零件而容易地调谐微处理腔室的内部形状。第三，经改良设计可在晶圆清洁设备结束其寿命时回收使用更多零件。

本文中揭示的经改良设计将允许更广泛地利用技术于工具设计中以进行更好的腔室对准，且提供用于腔室定位及移动的更多选择，诸如精确闭合腔室、精确拉平或倾斜腔室及进行更复杂的移动，诸如波动移动。因此，本发明中揭示的设备设计可极大地简化多数零件的制造且允许多数零件的简易维护及更换。上述所有皆可显著降低制造成本。

尽管上文描述选定实施例，但其等并不旨在限制本发明的范畴。熟习此项技术者将明白，在不脱离本发明的范畴或精神的情况下可对本发明的所揭示实施例作出各种修改及变更。

Claims (20)

1.一种半导体晶圆清洁设备，其包括：

第一支撑单元，该第一支撑单元包括：

第一支撑板；及

多个第一支撑杆，每个第一支撑杆均具有第一沟槽，该第一沟槽在该第一支撑杆的纵向方向上凹陷于该第一支撑杆的内面上以沿着该第一支撑板的周边部分定位及加强该第一支撑板；

可移动单元，其通过该第一支撑单元支撑，该可移动单元包括：

驱动单元，其安置于该第一支撑板上；

第二支撑板，其安置于该驱动单元的顶部上；及

第一腔室，其安置于该第二支撑板上；

第二支撑单元，其与该第一支撑单元相对，该第二支撑单元包括：

第二腔室；

第三支撑板，其具有用于定位该第二腔室的第一穿孔；及

多个第二支撑杆，每个第二支撑杆均具有第二沟槽，该第二沟槽在该第二支撑杆的纵向方向上凹陷于该第二支撑杆的内面上以沿着该第三支撑板的周边部分定位及加强该第三支撑板；

第三支撑单元，其经结构设计以施加压力至该第二腔室以水平且良好地定位该第二腔室，该第三支撑单元包括：

第四支撑板，其具有施加压力至该第二腔室的多个螺钉或可移动零件；及多个第三支撑杆，每个第三支撑杆均具有第三沟槽，该第三沟槽在该第三支撑杆的纵向方向上凹陷于该第三支撑杆的内面上以沿着该第四支撑板的周边部分定位及加强该第四支撑板；及

多个间隔支柱，其安置于用于定位该第一支撑板的第一支撑杆与用于定位该第三支撑板的第二支撑杆之间，每个间隔支柱连接对应第一支撑杆、对应第二支撑杆及对应第三支撑杆，

其中该第一腔室及该第二腔室经结构设计，使得当使该第一腔室与该第二腔室接触时，形成用于处理该半导体晶圆的微处理腔室。

2.如权利要求1所述的半导体晶圆清洁设备，其中每个第一支撑杆通过焊接或第一连接构件连接至对应间隔支柱的第一端，其中每个第二支撑杆通过焊接或第二连接构件连接至对应间隔支柱的与该第一端相对的第二端，其中每个第三支撑杆通过焊接或第三连接构件连接至对应第二支撑杆。

3.如权利要求2所述的半导体晶圆清洁设备，其中该第一、该第二及该第三连接构件是杆或螺钉。

4.如权利要求1所述的半导体晶圆清洁设备，其中该第一支撑单元进一步包括安置于该第一支撑板上的第一安全环，其中该可移动单元进一步包括安置于该第二支撑板上的第二安全环，该第二安全环与该第一安全环接触以形成一腔，该驱动单元安置在该腔内。

5.如权利要求1所述的半导体晶圆清洁设备，其中该驱动单元包括一或多个气囊、机械定位器或气动定位器。

6.如权利要求1所述的半导体晶圆清洁设备，其中该第一支撑板包括用于定位该驱动单元或其他部分的一或多个孔。

7.如权利要求6所述的半导体晶圆清洁设备，其中所述其他部分包括真空泵。

8.如权利要求1所述的半导体晶圆清洁设备，其中该可移动单元进一步包括安置于该第二支撑板上的第一盒，该第一腔室安置在该第一盒内。

9.如权利要求8所述的半导体晶圆清洁设备，其中该第一盒具有倾斜底部表面，该倾斜底部表面经结构设计以引导泄漏流体流动至该第一盒的最下端。

10.如权利要求8所述的半导体晶圆清洁设备，其进一步包括安置于该第一盒的最下端处的泄漏侦测传感器。

11.如权利要求8所述的半导体晶圆清洁设备，其中该第一盒包括排泄孔，自该微处理腔室泄露的流体通过该排泄孔而自该第一盒排泄。

12.如权利要求1所述的半导体晶圆清洁设备，其中该第二支撑单元进一步包括第二盒，该第二盒具有安置于该第三支撑板上的第二穿孔，该第二穿孔与该第一穿孔对准，使得该第二腔室通过该第一及该第二穿孔安置于该第三支撑板内。

13.如权利要求1所述的半导体晶圆清洁设备，其中每个间隔支柱进一步包括用于导引该可移动单元的移动的轨道。

14.如权利要求1所述的半导体晶圆清洁设备，其中该可移动单元进一步包括用于导引该可移动单元的移动的导引构件。

15.如权利要求13所述的半导体晶圆清洁设备，其中该导引构件包括多个轮子，每个轮子安装于该第二支撑板的角或边缘处。

16.如权利要求1所述的半导体晶圆清洁设备，其中每个第一支撑杆进一步包括凹陷于该第一支撑杆的端面上的第四沟槽，第四沟槽经结构设计，使得工具盖的周边部分可经插入及固定至第四沟槽中。

17.如权利要求1所述的半导体晶圆清洁设备，其中该第一腔室或该第二腔室包括一或多个排放孔，流体通过一或多个排放孔自该微处理腔室排出。

18.如权利要求1所述的半导体晶圆清洁设备，其中该第一腔室及该第二腔室包括一或多个入口孔，通过该一或多个入口孔将流体引入至该微处理腔室中。

19.如权利要求1所述的半导体晶圆清洁设备，其中该第三支撑单元进一步包括一或多个压力均衡板以均衡通过该第四支撑板上的该多个螺钉或可移动零件产生的点压。

20.如权利要求1所述的半导体晶圆清洁设备，其中第一支撑杆、第二支撑杆及第三支撑杆由不锈钢或高强度铝合金制成。