CN108649006B - 晶圆清洗装置及晶圆清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种晶圆清洗装置及晶圆清洗方法。该装置用于对基台吸附的晶圆进行清洗，基台具有承载晶圆的第一表面，该晶圆清洗装置包括多个去离子水喷嘴，去离子水喷嘴设置于基台的第一表面上方，各去离子水喷嘴的喷射方向不同，且各去离子水喷嘴的喷射方向与第一表面之间具有夹角θ，0°＜θ＜90°。通过使去离子水喷嘴的喷射方向倾斜于晶圆表面，还能够减缓去离子水对晶片上残留物缺陷的压力，使中间的缺陷不易形成，并且还能够增加对缺陷的水平推力，减少中间已有的缺陷，进而大大提升了工艺良率；另一方面，相比于现有技术中垂直于晶圆的喷嘴，采用上述晶圆清洗装置不需要较长的清洗时间，从而缩短了显影工艺的周期。

Description

晶圆清洗装置及晶圆清洗方法
技术领域
本发明涉及半导体工艺技术领域，具体而言，涉及一种晶圆清洗装置及晶圆清洗方法。
背景技术
传统的晶圆清洗装置如图1所示，基台10＇将晶圆20＇吸附于表面，去离子水通过去离子水喷嘴30＇垂直喷射于晶圆表面，当去离子水垂直喷在晶圆中间时，晶圆中间受到去离子水的压力F，在晶圆中间容易形成缺陷，并且随着喷速的增加中间的缺陷数量增加。
由喷口到晶片表面，重力势能(Ep＝mgh)转化为动能
Figure BDA0001684424170000011
Figure BDA0001684424170000012
从而推导出
Figure BDA0001684424170000013
假定去离子水的在喷口的初速度为v0，去离子水到达晶片表面的总速度：
Figure BDA0001684424170000014
流体力学中的驻点方程—伯努利方程：
Figure BDA0001684424170000015
其中，P为流体中某点的压强，v为流体该点的流速，ρ为流体密度，g为重力加速度，h为该点所在的高度，C是一个常量；
当取晶片表面为零势面时，去离子水对晶片中间区域的压强P，由伯努利方程得：
Figure BDA0001684424170000016
去离子水对晶片中间区域的压力F为：
Figure BDA0001684424170000017
其中，ΔS为受压面积，r是喷管半径，h是喷管到晶片的垂直高度，压力F主要与v0的二次方有关。可见，当喷速v0增加时，压力F迅速增加，导致晶片中间的缺陷数量急剧增加。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种晶圆清洗装置及晶圆清洗方法，以解决现有技术中的去离子水喷嘴易对晶圆造成缺陷的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种晶圆清洗装置，用于对基台吸附的晶圆进行清洗，基台具有承载晶圆的第一表面，晶圆清洗装置包括多个去离子水喷嘴，去离子水喷嘴设置于基台的第一表面上方，各去离子水喷嘴的喷射方向不同，且各去离子水喷嘴的喷射方向与第一表面之间具有夹角θ，0°＜θ＜90°。
进一步地，去离子水喷嘴为两个，一个去离子水喷嘴具有第一出水口，另一个去离子水喷嘴具有第二出水口，第一出水口和第二出水口均靠近第一表面，基台具有相对的第一侧和第二侧，第一出水口位于第一侧，第一出水口的喷射方向朝向第二侧，第二出水口位于第二侧，第二出水口的喷射方向朝向第一侧，且第一喷射方向与第二喷射方向在第一表面所在平面上的投影平行。
进一步地，第一出水口的外侧与第二出水口的外侧相互抵接。
进一步地，第一出水口沿喷嘴的径向截面为矩形，第二出水口沿喷嘴的径向截面为矩形，且第一出水口的至少一个边和第二出水口的至少一个边之间相互平行。
进一步地，第一出水口沿喷嘴的径向截面与第二出水口沿喷嘴的径向截面具有相同的形状和面积。
进一步地，各去离子水喷嘴包括连接的第一管件和第二管件，第一出水口和第二出水口分别一一对应地位于第一管件上，垂直于第一管件的延伸方向的任意截面为矩形，垂直于第二管件的延伸方向的任意截面为圆形。
根据本发明的另一方面，提供了一种晶圆清洗方法，包括以下步骤：将晶圆吸附于基台的第一表面上；利用基台带动晶圆转动，并将多组去离子水喷射于晶圆的表面，各组去离子水的喷射方向不同，且各组去离子水的喷射方向与第一表面之间具有夹角θ，0°＜θ＜90°。
进一步地，采用上述的晶圆清洗装置将去离子水喷射于第一表面。
应用本发明的技术方案，提供了一种晶圆清洗装置，用于对基台吸附的晶圆进行清洗，该晶圆清洗装置包括多个去离子水喷嘴，去离子水喷嘴设置于基台的第一表面上方，由于各去离子水喷嘴的喷射方向不同，且各去离子水喷嘴的喷射方向与第一表面之间具有夹角θ，0°＜θ＜90°，从而不仅能够实现对晶圆的全面清洗，且通过使去离子水喷嘴的喷射方向倾斜于晶圆表面，还能够减缓去离子水对晶片上残留物缺陷的压力，使中间的缺陷不易形成，并且还能够增加对缺陷的水平推力，减少中间已有的缺陷，进而大大提升了工艺良率；另一方面，相比于现有技术中垂直于晶圆的喷嘴，采用上述晶圆清洗装置不需要较长的清洗时间，从而缩短了显影工艺的周期。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了现有技术中所提供的一种晶圆清洗装置的结构示意图；
图2示出了本发明所提供的一种晶圆清洗装置的结构示意图；
图3示出了图2所示的晶圆清洗装置的侧视示意图；
图4示出了图2所示的晶圆清洗装置的俯视示意图；
图5示出了本发明所提供的另一种晶圆清洗装置的结构示意图；
图6示出了图5所示的晶圆清洗装置的侧视示意图；
图7示出了图5所示的晶圆清洗装置的俯视示意图；
图8示出了图5所示的晶圆清洗装置中去离子水喷嘴的结构示意图；
图9示出了对现有技术中的去离子水喷嘴进行仿真得到的去离子水径向速度与半径的关系示意图；
图10示出了对本发明所提供的一种晶圆清洗装置进行仿真得到的去离子水径向速度与半径的关系示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10＇、基台；20＇、晶圆；30＇、去离子水喷嘴；10、基台；20、晶圆；30、去离子水喷嘴；310、第一管件；320、第二管件。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
由背景技术可知，现有技术中去离子水通过去离子水喷嘴垂直喷射于晶圆表面，当去离子水垂直喷在晶圆中间时，晶圆中间受到去离子水的压力，在晶圆中间容易形成缺陷，并且随着喷速的增加中间的缺陷数量增加。本发明的发明人针对上述问题进行研究，提供了一种晶圆清洗装置，用于对基台10吸附的晶圆20进行清洗，如图2至4所示，基台10具有承载晶圆20的第一表面，晶圆清洗装置包括多个去离子水喷嘴30，去离子水喷嘴30设置于基台10的第一表面上方，各去离子水喷嘴30的喷射方向不同，且各去离子水喷嘴30的喷射方向与第一表面之间具有夹角θ，0°＜θ＜90°。
本发明的上述晶圆清洗装置中由于各去离子水喷嘴的喷射方向不同，且各去离子水喷嘴的喷射方向与第一表面之间具有夹角θ，0°＜θ＜90°，从而不仅能够实现对晶圆的全面清洗，且通过使去离子水喷嘴的喷射方向倾斜于晶圆表面，还能够减缓去离子水对晶片上残留物缺陷的压力，使中间的缺陷不易形成，并且还能够增加对缺陷的水平推力，减少中间已有的缺陷，进而大大提升了工艺良率；另一方面，相比于现有技术中垂直于晶圆的喷嘴，采用上述晶圆清洗装置不需要较长的清洗时间，从而缩短了显影工艺的周期。
由公式(1)和(2)可知，与现有技术中的垂直于晶圆喷射的去离子水喷嘴相比，上述晶圆清洗装置中的去离子水喷嘴30对晶片的压力F能够减小为F'，且对已有的缺陷还能够产生直接拔起的推动力F”，从而使晶片中间区域的缺陷不易形成，而且减少已有的缺陷颗粒。
F'＝F·sinθ (1)
F”＝F·cosθ (2)
为了节省成本，在一种优选的实施方式中，上述离子水喷嘴30为两个，一个去离子水喷嘴30具有第一出水口，另一个去离子水喷嘴30具有第二出水口，第一出水口和第二出水口均靠近第一表面，基台10具有相对的第一侧和第二侧，具体地，上述第一侧和第二侧是基于基台10中心点的相对两侧，第一出水口位于第一侧，第一出水口的喷射方向朝向第二侧，第二出水口位于第二侧，第二出水口的喷射方向朝向第一侧，且第一喷射方向与第二喷射方向在第一表面所在平面上的投影平行。
在上述优选的实施方式中，基台10具有相对的第一侧和第二侧，在将晶圆吸附在上述基台10的第一表面后，上述第一侧和第二侧分别对应晶圆的第一区域和第二区域，该第一区域和第二区域构成晶圆靠近离子水喷嘴30的一侧表面，此时具有第一出水口的去离子水喷嘴30位于第一区域上，而其喷射方向朝向第二区域，具有第二出水口的去离子水喷嘴30位于第二区域上，而其喷射方向朝向第一区域，且第一喷射方向与第二喷射方向在晶圆表面上的投影平行，从而实现了对晶圆表面的全面清洗。
在上述优选的实施方式中，第一出水口的外侧可以与第二出水口的外侧相互抵接，从而避免了两个去离子水喷嘴30对同一个地方的重复清洗，有效地节约了用水。更为优选地，如图5至7所示，上述第一出水口沿喷嘴的径向截面为矩形，上述第二出水口沿喷嘴的径向截面也为矩形，且第一出水口的至少一个边和第二出水口的至少一个边之间相互平行。采用具有上述结构的去离子水喷嘴30，能够使第一出水口与第二出水口中间的没有空隙即喷水盲点区域，从而配合晶圆以沿着喷射水流的方向旋转，以杜绝晶圆中央的清洗死角。
进一步优选地，上述第一出水口沿喷嘴的径向截面与上述第二出水口沿喷嘴的径向截面具有相同的形状和面积。此时，可以将同样规格的去离子水喷嘴30设置于基台10的两侧，以对晶圆进行清洗，简化了制造工艺；并且，径向截面具有的相同形状和面积还能够实现对第一出水口与第二出水口的去离子水用量更好地控制，提高了显影工艺效率。
进一步优选地，如图8所示，各去离子水喷嘴30包括连接的第一管件310和第二管件320，第一出水口和第二出水口分别一一对应地位于第一管件310上，垂直于第一管件310的延伸方向的任意截面为矩形，垂直于第二管件320的延伸方向的任意截面为圆形。上述去离子水喷嘴30的结构可以在现有技术中具有圆管结构的去离子水喷嘴30的基础上进行改进，由于只需在用于出水的端部增加一个矩形结构的管体，制造工艺简单，易于实施；并且，可以使第一管件310和第二管件320可拆卸安装，便于经常清洗或者更换维护。
根据本发明的另一方面，还提供了一种晶圆清洗方法，包括以下步骤：将晶圆吸附于基台的第一表面上；利用基台带动晶圆转动，并将多组去离子水喷射于晶圆的表面，各组去离子水的喷射方向不同，且各组去离子水的喷射方向与第一表面之间具有夹角θ，0°＜θ＜90°。
在上述晶圆清洗方法中由于各去离子水喷嘴的喷射方向不同，且各去离子水喷嘴的喷射方向与第一表面之间具有夹角θ，0°＜θ＜90°，从而不仅能够实现对晶圆的全面清洗，且通过使去离子水喷嘴的喷射方向倾斜于晶圆表面，还能够减缓去离子水对晶片上残留物缺陷的压力，使中间的缺陷不易形成，并且还能够增加对缺陷的水平推力，减少中间已有的缺陷，进而大大提升了工艺良率；另一方面，相比于现有技术中喷嘴垂直于晶圆喷射的清洗方式，采用上述晶圆清洗方法不需要较长的清洗时间，从而缩短了显影工艺的周期。
在上述将去离子水喷射于晶圆20的表面步骤中，可以采用上述的晶圆清洗装置实现对晶圆表面的清洗，晶圆清洗装置如图2至7所示。
下面将结合实施例进一步说明本发明提供的晶圆清洗装置及采用其的晶圆清洗方法。
实施例1
本实施例提供的晶圆清洗装置如图5所示，基台10具有承载晶圆20的第一表面，该晶圆清洗装置包括两个去离子水喷嘴30，各去离子水喷嘴30设置于基台10的第一表面上方，各去离子水喷嘴30的喷射方向与第一表面之间具有夹角为0°＜θ＜90°，一个去离子水喷嘴30具有第一出水口，另一个去离子水喷嘴30具有第二出水口，第一出水口的外侧与第二出水口的外侧相互抵接，第一出水口与第二出水口沿喷嘴的径向截面均为具有相同的形状和面积的矩形，且第一出水口的至少一个边和第二出水口的至少一个边之间相互平行。
对比例1
本对比例提供的晶圆清洗装置如图1所示，基台10＇具有承载晶圆20＇的第一表面，去离子水通过去离子水喷嘴30＇垂直喷射于晶圆表面。
分别采用上述实施例1和对比例1中的晶圆清洗装置对晶圆20进行清洗，该晶圆清洗方法包括以下步骤：
将晶圆吸附于基台的第一表面上；
利用基台带动晶圆转动，并采用上述的晶圆清洗装置将去离子水喷射于晶圆的表面。
利用公式(3)至(6)对对比例1中垂直于晶圆喷射的去离子水喷嘴进行仿真，得到去离子水径向速度与半径的关系，如图9所示，仿真所用的关系式如下：
Fr＝F-Ff (3)
Fr＝Δm×ar (4)
vr∝ar (5)
Figure BDA0001684424170000061
其中，Fr为缺陷颗粒受到沿半径方向的合力，F为缺陷颗粒受到沿半径方向的推力(去离子水的推力以及N2的推力总和，为正向力)，Ff为缺陷颗粒和衬底表面间的粘滞阻力(为负向力，与合力方向相反)。Δm为缺陷颗粒的质量，ar为缺陷颗粒沿着半径方向的加速度，vr为径向速度。vr0为图1中去离水垂直晶圆方向的初速度，v″r为去离子水由垂直方向变为水平半径方向的初始速度，r0为去离子水由垂直方向变为水平半径方向的半径(转向半径，为定值)，r为任意位置的晶圆半径(变化量)。
由公式(6)可知，去离子水由垂直晶圆方向转向半径方向需要经过一定半径，如图9中的r＝X0处。然而，去离子水在转向的过程中，部分去离子水被浪费并且增加了ADR冲洗的时间，这使得工艺成本增加并且延长了工艺周期。
对上述实施例1中的晶圆清洗装置进行仿真，得到去离子水径向速度与半径的关系，如图10所示，在用去离子水喷嘴喷出的去离子水没有公式(6)中的指数项，所以仿真出的图形没有转向的过程，这不仅节约了成本、减小了显影工艺的周期，而且对减小缺陷有很大的帮助，提升了工艺良率。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1、本发明的上述晶圆清洗装置能够减缓去离子水对晶片上残留物缺陷的压力，使中间的缺陷不易形成，并且还能够增加对缺陷的水平推力，减少中间已有的缺陷，进而大大提升了工艺良率；
2、相比于现有技术中垂直于晶圆的喷嘴，采用上述晶圆清洗装置不需要较长的清洗时间，从而缩短了显影工艺的周期，节约了成本；
3、第一出水口的外侧与第二出水口的外侧相互抵接，第一出水口与第二出水口沿喷嘴的径向截面均为矩形，配合晶圆以沿着喷射水流的方向旋转，能够杜绝晶圆中央的清洗死角。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种晶圆清洗装置，用于对基台(10)吸附的晶圆(20)进行清洗，所述基台(10)具有承载所述晶圆(20)的第一表面，其特征在于，所述晶圆清洗装置包括多个去离子水喷嘴(30)，所述去离子水喷嘴(30)设置于所述基台(10)的第一表面上方，各所述去离子水喷嘴(30)的喷射方向不同，且各所述去离子水喷嘴(30)的喷射方向与所述第一表面之间具有夹角θ，0°＜θ＜90°，
所述去离子水喷嘴(30)为两个，一个所述去离子水喷嘴(30)具有第一出水口，另一个所述去离子水喷嘴(30)具有第二出水口，所述第一出水口和所述第二出水口均靠近所述第一表面，所述基台(10)具有相对的第一侧和第二侧，所述第一出水口位于所述第一侧，所述第一出水口的喷射方向朝向所述第二侧，所述第二出水口位于所述第二侧，所述第二出水口的喷射方向朝向所述第一侧，且所述第一出水口的喷射方向与所述第二出水口的喷射方向在所述第一表面所在平面上的投影平行，
所述第一出水口的外侧与所述第二出水口的外侧相互抵接，
所述第一出水口沿喷嘴的径向截面为矩形，所述第二出水口沿喷嘴的径向截面为矩形，且所述第一出水口的至少一个边和所述第二出水口的至少一个边之间相互平行，
所述第一出水口沿喷嘴的径向截面与所述第二出水口沿喷嘴的径向截面具有相同的形状和面积。
2.根据权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，各所述去离子水喷嘴(30)包括连接的第一管件(310)和第二管件(320)，所述第一出水口和所述第二出水口分别一一对应地位于所述第一管件(310)上，垂直于所述第一管件(310)的延伸方向的任意截面为矩形，垂直于所述第二管件(320)的延伸方向的任意截面为圆形。
3.一种晶圆清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：
将晶圆(20)吸附于基台(10)的第一表面上；
利用所述基台(10)带动所述晶圆(20)转动，并将多组去离子水喷射于所述晶圆(20)的表面，各组所述去离子水的喷射方向不同，且各组所述去离子水的喷射方向与所述第一表面之间具有夹角θ，0°＜θ＜90°，
采用权利要求1或2所述的晶圆清洗装置将所述去离子水喷射于所述第一表面。
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