CN107346755A - 晶圆级带tsv通孔的薄晶圆清洗装置及清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶圆清洗装置，包括：清洗台，所述清洗台包括用于支撑待清洗的晶圆的支撑面、与所述支撑面连通的废液收集腔体，所述废液收集腔体用于收集并容纳清洗废液，所述废液收集腔体具有废液出口，用于将所述废液收集腔内的废液排出；晶圆固定装置，所述晶圆固定装置将待清洗的晶圆固定在所述清洗台的支撑面上，其中所述晶圆固定装置包括载片，所述载片具有多个孔，所述待清洗的晶圆与载片层叠在一起，使得待清洗的晶圆上TSV通孔与载片上的孔连通，形成清洗液的流动通道；清洗液释放装置，所述清洗液喷嘴朝向待清洗的晶圆；以及废液排出装置，用于迫使清洗液从待清洗的晶圆上的TSV通孔内流过。

Description

晶圆级带TSV通孔的薄晶圆清洗装置及清洗方法
技术领域
本发明涉及封装领域，尤其涉及晶圆级带TSV通孔的薄晶圆清洗装置及清洗方法。
背景技术
随着穿透硅通孔TSV(Through Silicon Vias)技术的发展，越来越多产品会用到高密度、高深宽比TSV通孔。TSV通孔的制作一般采用先刻蚀TSV盲孔，然后背面减薄晶圆露孔的方式实现。
当背面减薄露孔时，研磨产生的硅渣会掉落到TSV通孔内，需要通过清洗工艺去除硅渣。现有的晶圆清洗技术包括：槽式超声清洗、单片式兆声清洗、单片式高压喷水清洗等。当TSV通孔径很小、深宽比很大时，TSV通孔内液体交换困难，常规的清洗方式很难将TSV通孔内的硅渣清洗干净。当TSV通孔密度非常高，晶圆厚度很薄时，常规的单片式清洗设备无法拿持、机台无法靠真空吸附晶圆。当TSV通孔密度非常高，晶圆厚度很薄时，常规的槽式清洗容易造成碎片，TSV通孔内硅渣完全去除也非常困难。
另外，现有的晶圆清洗技术都是基于盲孔清洗设计的，与其对应的清洗方法没有考虑TSV通孔本身的特性。
因此，需要一种新型的针对带TSV通孔的薄晶圆的清洗装置及与之对应的清洗方法。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，根据本发明的一个实施例，提供一种晶圆清洗装置，包括：清洗台，所述清洗台包括用于支撑待清洗的晶圆的支撑面、与所述支撑面连通的废液收集腔体，所述废液收集腔体用于收集并容纳清洗废液，所述废液收集腔体具有废液出口，用于将所述废液收集腔内的废液排出；晶圆固定装置，所述晶圆固定装置将待清洗的晶圆固定在所述清洗台的支撑面上，其中所述晶圆固定装置包括载片，所述载片具有多个孔，所述待清洗的晶圆与载片层叠在一起，使得待清洗的晶圆上的TSV通孔与载片上的孔连通，形成清洗液的流动通道；清洗液释放装置，所述清洗液释放装置包括清洗液喷嘴和清洗液输送管道，所述清洗液喷嘴朝向待清洗的晶圆；以及废液排出装置，所述废液排出装置与废液出口连通，并且在层叠的待清洗的晶圆与所述载片的两个非接触表面之间形成压力差，迫使清洗液从待清洗的晶圆上的TSV通孔内流过。
根据本发明的一个实施例，该清洗台还包括转动机构，所述转动机构带动所述待清洗的晶圆转动。
根据本发明的一个实施例，该晶圆固定装置还包括密封压环，所述密封压环设置在所述待清洗的晶圆的外周，用于在所述待清洗的晶圆和晶圆固定装置之间进行缓冲和密封。
根据本发明的一个实施例，该载片上的孔的密度大于待清洗的晶圆上的TSV通孔，待清洗的晶圆上的每一个TSV通孔与载片上的至少一个孔连通或部分连通，形成清洗液的流动通道。
根据本发明的一个实施例，该载片上的孔的位置与待清洗的晶圆上TSV通孔位置一一对应，并且所述载片上的孔的直径大于或等于待清洗的晶圆上对应的TSV通孔的直径。
根据本发明的一个实施例，该载片选自以下材料：半导体衬底；金属衬底；聚合物衬底；玻璃衬底。
根据本发明的一个实施例，该废液排出装置是抽水泵。
根据本发明的另一个实施例，提供一种利用晶圆清洗装置清洗晶圆的方法，包括：待清洗的晶圆和载片对位层叠并固定在清洗台之上，其中所述载片具有多个孔，所述待清洗的晶圆与载片层叠在一起，使得待清洗的晶圆上TSV通孔与载片上的孔连通，形成清洗液的流动通道；启动清洗台，清洗液释放装置喷出清洗液，废液排出装置同时启动，在层叠的待清洗的晶圆与所述载片的两个非接触表面之间形成压力差，迫使清洗液从待清洗的晶圆上的TSV通孔内流过。
根据本发明的另一个实施例，该方法还包括：清洗液释放装置停止喷出清洗液；清洗液释放装置喷氮气，提高清洗台转速，使晶圆干燥；以及关闭清洗液释放装置，关闭清洗台，取下待清洗晶圆。
根据本发明的另一个实施例，该清洗液是水系，半水系、非水系清洗剂。
根据本发明的另一个实施例，该清洗液是去离子水、酒精或异丙醇。
附图说明
为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1示出根据本发明的一个实施例的晶圆清洗装置100的示意图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的网板200的俯视图。
图3示出根据本发明的可选实施例的在装载待清洗的晶圆之后的晶圆固定装置的横截面示意图。
图4示出利用根据本发明的一个实施例的晶圆清洗装置清洗晶圆的流程图。
具体实施方式
在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。
在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。
需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。
为了解决现有的晶圆清洗技术中晶圆级带TSV通孔的薄晶圆的TSV通孔内硅渣清洗不干净问题，本发明提出一种晶圆级带TSV通孔的薄晶圆清洗装置及与之对应的清洗方法。根据本发明的带TSV通孔的薄晶圆清洗装置的工作原理是在待清洗晶圆与载片晶圆上下面之间形成压力差，迫使水流从TSV通孔内流过，将TSV通孔内的硅渣等各种残留物冲出，达到清洗TSV通孔内硅渣等残留物目的。根据本发明的带TSV通孔的薄晶圆清洗装置通过在待清洗的晶圆下方放置载片晶圆，支撑待清洗的晶圆并引导清洗液体通过TSV通孔，从而能够清洗带TSV通孔的薄晶圆，并且能够有效去除TSV通孔内研磨时掉落的硅渣。由于根据本发明的带TSV通孔的薄晶圆清洗装置使得清洗液流过TSV通孔，对孔内残留物清洗能力很强，因此无需化学药液或试剂，使用纯水即可实现TSV通孔的清洗。根据本发明的带TSV通孔的薄晶圆清洗装置原理简单、工艺操作简单，该装置不受TSV通孔深宽比和孔密度的限制，该装置也不用真空吸附装置固定晶圆。
图1示出根据本发明的一个实施例的晶圆清洗装置100的示意图。如图1所示，晶圆清洗装置100包括清洗台110、晶圆固定装置120、清洗液释放装置130以及废液排出装置140。
晶圆固定装置120设置在清洗台110上，用于将待清洗的晶圆固定在清洗台110上。在图1所示的实施例中，晶圆固定装置120可包括载片121。载片121的大小与待清洗的晶圆122相似。载片121具有多个通孔123。当待清洗的晶圆与载片层叠在一起时，晶圆122上的一个TSV通孔124与载片上的通孔123连通，形成清洗液的流动通道。载片121可选自以下材料：半导体衬底，例如，硅衬底、硅锗衬底、碳化硅衬底等；金属衬底；聚合物衬底；玻璃衬底等。载片应具有一定厚度，以满足承载需求。
在本发明的一个实施例中，通孔123的位置可与待清洗的晶圆122上TSV通孔124位置对应，并且通孔123的直径大于或等于待清洗的晶圆122上对应的TSV通孔124的直径。在清洗过程中，将待清洗的晶圆122与载片晶圆121对位并层叠在一起，使得待清洗的晶圆122上TSV通孔124与载片121上的通孔123连通，形成清洗液的流动通道。
在本发明的一些实施例中，载片121上通孔密度可大于等于清洗晶圆的TSV通孔的密度。
在本发明的另一些实施例中，通孔123的直径可小于待清洗的晶圆122上的TSV通孔124的直径。待清洗的晶圆与载片层叠在一起时，晶圆122上的一个TSV通孔124可与一个或多个通孔123连通或部分连通，形成清洗液的流动通道。
在本发明的其它一些实施例中，载片121还可以是网板。图2示出了根据本发明的实施例的网板200的俯视图，网板200具有一定的强度和孔洞密度，在将待清洗的晶圆122层叠在网板200上时，无需对位，待清洗的晶圆122上对应的TSV通孔就可与网板上的孔洞连通或部分连通，形成清洗液的流动通道。
在本发明的实施例中，晶圆固定装置120还包括密封压环125，该密封压环125设置在待清洗的晶圆122的外周，用于在待清洗的晶圆122和晶圆固定装置120之间进行缓冲和密封。
在本发明的可选实施例中，晶圆固定装置120还包括晶圆表面保护片。图3示出根据本发明的可选实施例的在装载待清洗的晶圆之后的晶圆固定装置的横截面示意图。如图3所示，待清洗的晶圆310夹在晶圆表面保护片320和载片330之间。晶圆表面保护片320和载片330的大小与待清洗的晶圆310相似。晶圆表面保护片320和载片330具有多个通孔321、331，通孔321、331的位置可与待清洗的晶圆310上TSV通孔311位置对应，并且通孔321、331的直径大于或等于待清洗的晶圆310上对应的TSV通孔311的直径。在清洗过程中，将待清洗的晶圆310与晶圆表面保护片320和载片330对位并层叠在一起，使得待清洗的晶圆310上TSV通孔311与通孔321和331连通，形成清洗液的流动通道。晶圆表面保护片320有利于在晶圆310的转动和清洗过程中防止划伤、磕伤或清洗液的冲击造成的各类物理损伤。
清洗液释放装置130包括清洗液喷嘴131和清洗液输送管道132，清洗液喷嘴131朝向待清洗的晶圆122。在本发明的一些实施例中，清洗液喷嘴131可以是摆动喷嘴，以便增加清洗液喷洒均匀性。在本发明的其它实施例中，清洗液喷嘴131可以是螺旋喷嘴、旋转喷嘴、线性旋转喷嘴等。
清洗台110可包括支撑面111、废液收集腔体112、转动机构113、废液出口114。载片121和待清洗的晶圆122通过晶圆固定装置120固定在清洗台110上的支撑面111上。支撑面111与废液收集腔体112连通。废液收集腔体112具有废液出口114，用于将废液收集腔体112内的废液排出。在本发明的实施例中，废液出口114可位于废液收集腔体112的底部，然而本发明的范围不限于此，可将废液出口114设置在废液收集腔体112的其它位置。
在清洗过程中，清洗液穿过待清洗的晶圆122上TSV通孔124以及载片121上的通孔123进入废液收集体112，再通过废液出口114排出。
转动机构113可带动清洗台并由此带动晶圆122转动，均匀清洗。
废液排出装置140与废液出口114连通，以便将废液收集腔体112内的废液吸出。例如，废液排出装置140可包括抽水泵，以便增加待清洗的晶圆122与载片121上下面之间的压力差，迫使水流从TSV通孔内流过，将TSV通孔内硅渣残留物冲出，达到清洗TSV通孔内残留物的目的。在本发明的另一个实施例中，废液排出装置140也可以利用清洗液自身的重力来实现废液排出。
清洗液释放装置130与废液排出装置140可以为多个，数量不被限定，以增加清洗的流量，提高清洗效率，改善清洗的效果。相应地，喷嘴131和废液出口114可包括多个，数量分别与清洗液释放装置130、废液排出装置140的数量相配。
图4示出利用根据本发明的一个实施例的晶圆清洗装置清洗晶圆的流程图。
在步骤410，制作载片。在本发明的一个实施例中，载片的大小与待清洗的晶圆相似。载片具有多个通孔，通孔的位置可与待清洗的晶圆上TSV通孔位置对应，并且通孔的直径大于或等于待清洗的晶圆上对应的TSV通孔。在本发明的另一个实施例中，载片可以是网板。载片应具有一定厚度，以满足承载需求。在本发明的其它实施例中，步骤410还包括制作晶圆表面保护片。晶圆表面保护片具有多个通孔，通孔的位置可与待清洗的晶圆上TSV通孔位置对应，并且通孔的直径大于或等于待清洗的晶圆上对应的TSV通孔。晶圆表面保护片有利于在晶圆的转动和清洗过程中防止划伤、磕伤或清洗液的冲击造成的各类物理损伤。
在步骤420，待清洗的晶圆和载片对位层叠并固定在清洗台之上。在本发明的一个实施例中，可通过晶圆固定装置120上的夹具来进行固定，例如，该夹具可以是密封压环，起到密封和缓冲的作用。在本发明的其它实施例中，还包括将晶圆表面保护片与晶圆和载片对位层叠并固定在清洗台之上。
在步骤430，启动清洗台，清洗台按设定转速旋转，清洗液释放装置喷出清洗液，废液排出装置同时启动，使待清洗晶圆与载片晶圆非接触的上下面之间形成压力差，迫使清洗液流从待清洗的晶圆中的TSV通孔内流过，将TSV通孔内硅渣残留物冲出，达到清洗TSV通孔内残留物的目的。在本发明的实施例中，摆动喷嘴喷出的清洗液可以是去离子水，可借助于去离子水的流动，冲走硅渣残留物。在本发明的其它实施例中，摆动喷嘴喷出的清洗液可以是水系，半水系、非水系清洗剂。例如，摆动喷嘴喷出的清洗液可以是酒精、异丙醇之类的清洗液或其它合适的清洗液，这类清洗液可用于除去在刻蚀过程中，沉积在TSV通孔侧壁上的聚合物残留物。本领域的技术人员可根据实际的清洗要求选择适当的清洗液。可根据TSV通孔尺寸、密度、喷嘴的数量等参数设定摆动喷嘴的喷液量。例如，摆动喷嘴的喷液量为100ml/min～2000ml/min。废液排出装置能够充分排出摆动喷嘴喷出的液体，达到充分清洗的效果。
在步骤440，清洗液释放装置停止喷出清洗液。
在步骤450，清洗液释放装置喷氮气，同时清洗台提高转速，使晶圆干燥。
在步骤460，关闭清洗液释放装置，关闭清洗台，取下待清洗晶圆，完成清洗。
尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (10)

1.一种晶圆清洗装置，包括：
清洗台，所述清洗台包括用于支撑待清洗的晶圆的支撑面、与所述支撑面连通的废液收集腔体，所述废液收集腔体用于收集并容纳清洗废液，所述废液收集腔体具有废液出口，用于将所述废液收集腔内的废液排出；
晶圆固定装置，所述晶圆固定装置将待清洗的晶圆固定在所述清洗台的支撑面上，其中所述晶圆固定装置包括载片，所述载片具有多个孔，所述待清洗的晶圆与载片层叠在一起，使得待清洗的晶圆上的TSV通孔与载片上的孔连通，形成清洗液的流动通道；
清洗液释放装置，所述清洗液释放装置包括清洗液喷嘴和清洗液输送管道，所述清洗液喷嘴朝向待清洗的晶圆；以及
废液排出装置，所述废液排出装置与废液出口连通，并且在层叠的待清洗的晶圆与所述载片的两个非接触表面之间形成压力差，迫使清洗液从待清洗的晶圆上的TSV通孔内流过。
2.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述清洗台还包括转动机构，所述转动机构带动所述待清洗的晶圆转动。
3.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述晶圆固定装置还包括密封压环，所述密封压环设置在所述待清洗的晶圆的外周，用于在所述待清洗的晶圆和晶圆固定装置之间进行缓冲和密封。
4.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，载片上的孔的密度大于待清洗的晶圆上的TSV通孔，待清洗的晶圆上的每一个TSV通孔与载片上的至少一个孔连通或部分连通，形成清洗液的流动通道。
5.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述载片上的孔的位置与待清洗的晶圆上TSV通孔位置一一对应，并且所述载片上的孔的直径大于或等于待清洗的晶圆上对应的TSV通孔的直径。
6.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述载片选自以下材料：半导体衬底；金属衬底；聚合物衬底；玻璃衬底。
7.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述废液排出装置是抽水泵。
8.一种利用如权利要求1至7中的任一项所述的晶圆清洗装置清洗晶圆的方法，包括：
待清洗的晶圆和载片对位层叠并固定在清洗台之上，其中所述载片具有多个孔，所述待清洗的晶圆与载片层叠在一起，使得待清洗的晶圆上TSV通孔与载片上的孔连通，形成清洗液的流动通道；
启动清洗台，清洗液释放装置喷出清洗液，废液排出装置同时启动，在层叠的待清洗的晶圆与所述载片的两个非接触表面之间形成压力差，迫使清洗液从待清洗的晶圆上的TSV通孔内流过。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
清洗液释放装置停止喷出清洗液；
清洗液释放装置喷氮气，提高清洗台转速，使晶圆干燥；以及
关闭清洗液释放装置，关闭清洗台，取下待清洗晶圆。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述清洗液是水系，半水系、非水系清洗剂。
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