CN109396102B - 晶片清洗设备和使用该设备的清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种晶片清洗设备，包括：清洗箱和清洗单元，清洗单元安装为能够向上或向下运动到清洗箱中，并且构造为将清洗溶液注射到清洗箱的内壁上。

Description

晶片清洗设备和使用该设备的清洗方法
相关申请的交叉引用
本申请根据35 U.S.C.§119要求于2017年8月18日提交的韩国专利申请第10-2017-0104711号的优先权，其全文以参见的方式纳入本文，如同在本文中充分阐述一样。
技术领域
本发明涉及清洗设备，并且更具体地涉及在晶片的清洗和冲洗过程中使用的晶片清洗设备。
背景技术
总体上来说，晶片通过诸如切片工序、磨削工序、研磨工序和抛光工序之类的一系列工序而生产为用于制造半导体装置的晶片。由于加工过程中的外部环境或晶片，诸如颗粒杂质之类的各种异物可能产生，污染晶片的表面。由于这种异物可能导致半导体装置的产量减少，采用晶片清洗设备进行清洗工序和冲洗工序，从而去除异物。
清洗工序主要采用使用清洗溶液的湿清洗法，晶片被放入清洗箱中，诸如标准清洗-1(standard cleaning-1)(SC1)、标准清洗(standard cleaning-2)(SC2)、食人鱼洗液(piranha)、磷酸等的清洗溶液被注入该清洗箱中以对晶片清洗。
冲洗工序是在清洗工序之后、使用诸如去离子水或臭氧水的冲洗溶液、在分开的清洗箱中冲洗残余在晶片表面上的清洗溶液的工序。超声波可在清洗工序和冲洗工序中一起使用。
图1是一种通常实施方式的晶片清洗设备的剖视图。
如图1所示，当清洗工序和冲洗工序完成时，清洗溶液5或冲洗溶液5包括从晶片W的表面分离出来的异物P。
因此，在清洗工序和冲洗工序中被使用了预定次数的清洗溶液5或冲洗溶液5通过在清洗箱10下方的排放管道20被排放到外侧，并且应在清洗箱10内填充新的、未受污染的清洗溶液或冲洗溶液。
当在将清洗溶液5或冲洗溶液5排放到清洗箱10的下部的过程中异物P粘附到清洗箱10的内壁时，即便填充了新的清洗溶液5或新的冲洗溶液5，异物P也会留在清洗箱10中并且污染晶片W。
发明内容
本发明旨在提出一种能够去除在清洗工序和冲洗工序中产生的留在清洗箱的内壁上的异物的晶片清洗设备以及使用该清洗设备的晶片清洗设备清洗方法。
本发明提出一种晶片清洗设备，其包括清洗箱；和清洗单元，其安装为能够向上或向下运动到清洗箱中，并且构造为将清洗溶液注射到清洗箱的内壁上。
该清洗单元可包括布置为与清洗箱的内壁相邻的注射管道；构造为将清洗溶液供应到注射管道的供应管道；和构造为使注射管道向上或向下运动的提升单元。
注射管道可具有沿着水平方向布置的多个注射孔。
该多个注射孔可布置在注射管道的外侧，以面向清洗箱的内壁。
该多个注射孔可布置为相对于注射管道的水平线倾斜预定的角度。
提升单元可包括连接到注射管道的线材和构造为调节该线材长度的拉动单元。
清洗箱可具有带有敞开顶部的长方体形状，并且注射管道可具有矩形形状。
晶片清洗设备还可包括连接到清洗箱的底部的排放管道和构造为对排放管道的打开和关闭进行控制的排放阀。
清洗单元还可包括供应阀，该供应阀连接到供应管道并且构造为对清洗溶液的供应进行控制。
晶片清洗设备还可包括构造为对清洗单元的操作进行控制的控制单元。
该控制单元可打开排放阀和使清洗单元下降，并打开供应阀，用于在清洗时将清洗溶液注射到清洗箱的内壁。
同时，本发明可包括：清洗箱；清洗单元，该清洗单元安装为能够向上或向下运动到清洗箱中，并构造为将清洗溶液注射到清洗箱的内壁上；以及控制单元，该控制单元构造为使清洗单元下降，用于在清洗箱内的清洗溶液被排出或已完全排出时对清洗溶液进行控制。
同时，本发明提出一种晶片清洗设备的清洗方法，包括：排出容纳在清洗箱内的清洗溶液；使清洗单元下降；将清洗溶液注射到清洗箱的内壁上；以及，将定位在清洗箱的内壁的下部处的清洗单元提升到清洗箱的上部。
清洗溶液的排出可包括打开排放阀，而清洗单元的下降可与排放阀的打开操作相关联。
清洗溶液的注射可包括打开供应阀，并且可注射清洗溶液直至清洗单元定位在清洗箱的内壁的下部处。
当清洗单元定位在清洗箱的内壁的下部处时，可以在提升清洗单元之前执行对供应阀的关闭。
附图说明
图1是通常的实施方式的晶片清洗设备的主要部分的剖视图。
图2是根据本发明的一个实施例的晶片清洗设备的主要部分的截面图。
图3是图2所示的清洗单元的立体图。
图4是图2的俯视图，示出了由清洗单元对清洗箱的内壁进行清洗的操作。
图5是根据本发明的另一实施例的晶片清洗设备的主要部分的截面图。
图6是示出清洗单元的所布置的注射孔(注射喷嘴)的形状的截面图。
附图标记描述
1:晶片清洗设备 100:清洗箱
200:排放管道 300:排放阀
400:清洗单元 410,410a:注射管道
411,411a:注射孔 410b:注射喷嘴
420:供应管道 430:线材
440:拉动单元 450:供应阀
500:控制单元
具体实施方式
下文中，将通过对附图和实施例的描述来更明显地显示出各实施例。在对实施例的描述中，当描述为每层(膜)、区域、图案或结构形成在基质、每层(膜)、区域、垫或图案“上方/上”或“下方/下”时，包括“直接地”或“间接(通过插设其它层)地”形成为在“上方/上”和“下方/下”。并且，将参照附图来描述每层的上方/上或下方/下的标准。
为了方便和精确的描述，图中的区域可能被放大、省略或示意地描述。此外，每个部件的尺寸不完全符合其实际尺寸。此外，在对附图的整个描述中，同样的附图标记代表同样的元件。在下文中，将参照附图描述实施例。
本发明的晶片清洗设备是用作能够执行晶片的清洗工序和冲洗工序的设备的通称的术语。或者，本发明的晶片清洗设备可以指单独地执行晶片的清洗工序和冲洗工序的每个单独的设备，或可以指既执行清洗工序又执行冲洗工序的集成设备。
图2是根据本发明的一个实施例的晶片清洗设备的主要部分的截面图。
如图2所示，本实施例的晶片清洗设备1可包括清洗箱100、排放管道200、排放阀300、清洗单元400和控制单元500。
清洗箱100可容纳清洗溶液或冲洗溶液(在下文中称为清洗溶液)，并且可在晶片上执行清洗或冲洗(在下文中称为清洗)。清洗溶液5可以是去离子水(DIW)，其中去除了诸如酸或碱之类的蚀刻溶液或去除了杂质，并且可以是在RCA清洗法中使用的SC1(DIW+H2O2+NH4OH)。
由于清洗箱100具有浴缸的形状，所以清洗箱100可被称为浴缸。例如，在清洗箱100内可形成有空的空间，具有带有敞开顶部的六面体形状。清洗箱100可由在耐腐蚀性和超声波传输性能方面优良的石英、蓝宝石等制成。清洗箱100的底部表面的厚度可以是3mm、6mm或9mm，其与超声频率的3倍成比例，使得对在超声波产生部分(未示出)中产生的超声波的透过率较高。
排放管道200可安装为连接到清洗箱100的底部表面，用于在清洗工序完成之后将清洗溶液排放到外。例如，排放管道200可布置在清洗箱100的中心区域的下部处，并且可按需要布置多个排放管道200。
构造为对排放管道200的打开和关闭进行控制的排放阀300可安装在排放管道200的下部处。排放阀300可在清洗工序期间被操作而关闭，并且可在排放清洗溶液时被操作而打开。
尽管未详细示出，但清洗箱100的内部还可设有支承部分、清洗溶液注射部分和超声波产生部分。
支承部分可在执行清洗期间支承清洗箱100内的多个晶片W。例如，支承部分可包括多个杆状构件，这些杆状构件具有用于支承多个晶片W(见图1)的下部区域的狭槽(未示出)，并且可被称为梳状件。
支承部分可支承在清洗箱100内部垂直地立起的多个晶片W，而多个杆状构件沿纵向方向平行布置。此外，支承部分可包括用于可转动地支承晶片W的驱动单元(未示出)。因此，支承部分可使得通过在清洗工序期间使晶片W沿周向方向转动而注射的清洗溶液和传输自超声波产生部分的超声波与晶片W的表面接触。
清洗溶液注射部分从清洗箱100的内侧的上部或下部朝向晶片W注射清洗溶液5。清洗溶液注射部分可被称为注射装置或注射器。清洗溶液注射部分在连接到循环管道的同时可被供应有清洗溶液5，并且可注射到清洗箱100中。
超声波产生部分可定位在清洗箱100的下部处，并且产生朝向由支承部分所支承的晶片W的超声波，以将超声波传输到晶片W。在超声波产生部分中，可产生具有不同频率的至少两种超声波，以提升清洗能力。例如，超声波产生部分可包括具有950KHz频率的至少一种兆声波。
在超声波产生部分中产生的超声波沿向上方向传播通过清洗溶液5，并且传输到晶片W的表面，从而在其与清洗溶液5一同作用时，在晶片W的表面上的污染物可被去除。
借助这种构造，晶片清洗设备1可通过同时注射清洗溶液5和产生超声波来清洗在晶片W的表面上的异物。
图3是图2中示出的清洗单元的立体图，并且图4是图2的俯视图，示出由清洗单元400对清洗箱100的内壁进行的清洗操作。
如图2至图4所示，清洗单元400可安装在清洗箱100内侧，以能够向上或向下运动，并且可通过将清洗溶液注射到清洗箱100的内壁上来去除粘附于清洗箱100内壁的异物。
在此，能够去除异物的多种化学溶液可用作清洗溶液。例如，清洗溶液可以是DIW，但不限于此，并且可有改变。
清洗单元400更具体地可包括注射管道410、供应管道420和提升单元。
注射管道410可布置为与清洗箱100的内壁相邻，以朝向清洗箱100的内壁注射清洗溶液。注射管道410可具有与清洗箱100的形状对应的形状。例如，当清洗箱100是长方体的形状时，注射管道410可具有如下的构造，其中，管道彼此连接，从而是中空的矩形形状并且布置成矩形形状。
注射管道410可布置为：在与清洗箱100同心地形成为处于与清洗箱100隔开预定距离的状态的同时，均匀地对清洗箱100的内壁进行清洗。
注射管道410可具有沿着水平方向布置的多个注射孔411。如图3和图4所示，该多个注射孔411可布置在注射管道410的外侧，从而面向清洗箱100的内壁。由此，在通过注射孔411而将清洗溶液注射到清洗箱100的内壁上的同时，可从清洗箱100的内壁去除污染物。
供应管道420可将清洗溶液供应到上述注射管道410。供应管道420可以与注射管道410连通并具有预定的长度，并可从外侧供应有清洗溶液，以将清洗溶液传输到注射管道410。例如，供应管道420可包括连接到注射管道410的上部的至少一个管道。供应管道420可以是多个，并且可包括平直的或弯曲形状的管道。
供应管道420可设有构造为对清洗溶液的供应进行控制的供应阀450。即，当供应阀450打开时，清洗溶液可自动地被供应到供应管道420，而当供应阀450关闭时，清洗溶液的供应会停止。
提升单元可使上述注射管道410在清洗箱100内向上或向下运动。
例如，提升单元可包括连接到注射管道410的线材430和拉动单元440，该拉动单元440包括用于通过缠绕或退绕线材430来调节线材430的长度的电动机。提升单元是基础的示例，其可改变注射管道410的垂直定位，并且可被改型为各种形式。
当执行清洗工序时，提升单元可使清洗单元400例如注射管道410向上运动，以定位在清洗箱100的上部处，从而不干扰清洗工序。
此外，清洗单元400可下降到清洗箱100中，以在清洗工序之后，清洗溶液被排放或完全被排放到排放管道200之后，从清洗箱100的内壁去除异物。
在此，提升单元可以使注射管道410沿垂直方向逐渐下降，并可将清洗溶液均匀地从清洗箱100的内壁的上部注射到下部，并且由此可执行清洗。
控制单元500可自动地控制上述清洗单元400的操作。
例如，控制单元500可控制在清洗时用于打开排放管道200的排放阀300、使清洗单元400下降、打开供应阀450和将清洗溶液注射到清洗箱100的内壁上的一系列操作。
控制单元500可将使清洗单元400下降的操作与打开排放阀300的操作相联，并且可将注射清洗溶液的操作与打开供应阀450的操作相联。
此外，控制单元500可控制成，使得注射清洗溶液，直到清洗单元400定位在清洗箱100的内壁的下部处。
如上所述，根据本发明的一个实施例的晶片清洗设备，当在清洗工序或冲洗工序中使用的清洗溶液或冲洗溶液被排放或完全被排放时，通过使用清洗单元来去除留在清洗箱100的内壁上的异物，可执行对清洗箱的清洗，并且因此晶片清洗效率能提升。
图5是根据本发明的另一实施例的晶片清洗设备的主要部分的截面图，并且图6是示出清洗单元的所布置的注射孔(注射喷嘴)的形状的截面图。
在下文中，将主要基于与上述实施例不同的改型实施例来描述本发明。由于清洗溶液5被快速排放到定位在清洗箱100下部处的排放管道200，所以上述实施例的晶片清洗设备(参见图2)可被称为快速排放型。
如图5所示，根据另一实施例的晶片清洗设备1a是对从清洗箱10的内部溢流出来的清洗溶液5(例如SC1)进行排放或循环的类型，并且可被称为溢流型。
在本实施例的晶片清洗设备1a中，还可安装有外部清洗箱12，从而在清洗箱10的上部的外侧处容纳和循环从清洗箱10溢流出来的清洗溶液5。用于排放从清洗箱10溢流出来的清洗溶液5的排放管道25可形成在外部清洗箱12的下部处。排放管道25可连接到循环管道50，使得被引入到外部供应箱12的清洗溶液5可再次沿着循环管道50供应到清洗箱10的上部区域。
如上所述，当在清洗箱100内执行清洗工序的同时清洗溶液5溢流到外部清洗箱12中时，清洗溶液5可被重复利用，使得清洗溶液5沿着循环管道50再次被引入到清洗箱10中，并且被再使用。
本发明的晶片清洗设备1a也可通过应用上述清洗单元400来在清洗箱10的内壁上执行清洗。即，清洗单元400可在执行清洗工序的同时定位在清洗箱10的上部处。当执行清洗工序时，清洗单元400可下降到清洗箱10中，并且清洗溶液可注射到清洗箱10的内壁上，由此可去除异物。
在此，清洗单元400的注射管道410可被制造为下降到如下的位置，该位置不干扰定位在清洗箱10内侧的清洗溶液注射管道410，并且合适地改变形状，从而不干扰定位在清洗箱10内的构造。
如图6所示，用于从清洗单元400注射清洗溶液的多个注射孔411可布置为相对于注射管道410a的水平线倾斜而成预定的角度θ1和θ2。即，注射孔可布置在注射管道410a处，从而角度调节，以相对于水平线θ1朝向上部注射清洗溶液，或相对于水平线θ2朝向下部注射清洗溶液。注射孔411a可在注射管道410a中布置成一排，但可具有诸如对角线、曲线、波浪形等的不同的定位，并且可被改型以形成多排。
此外，在注射管道410a中形成的多个注射孔411a可被改型为包括在突出地联接到注射管道的注射喷嘴410b中，从而增大注射压力和提升清洗溶液的直线性。注射喷嘴410b形成为使得：注射孔411a的直径从注射管道410a的内侧到外侧逐渐减小(t1>t2)，并且因此注射压力和直线性可被进一步提升。当注射孔411a的定位、形状等等如在本实施例中的那样被合适地改型，则清洗性能可进一步提升。
在下文中，将参照上述附图描述使用本发明的晶片清洗设备的清洗方法。
在晶片的清洗工序完成时，执行对容纳在清洗箱100和10中的清洗溶液5的排放。在此，对清洗溶液5的排放可以开始，从而在将清洗溶液5通过排放管道200排出到外侧的同时使清洗箱100和10的预定高度的壁表面露出，或是以下状态，其中，排出已完全完成，因此清洗箱100和10的内壁完全露出。
清洗溶液5的排放可包括通过打开排放阀300来打开排放管道200，并且上述操作可由控制单元500控制。
在排出清洗溶液5之后，进行对清洗单元400的下降。在使清洗单元400下降时，控制单元500可结合上述打开排放阀300的操作来计算合适的计时，以确定下降时间。
然后，执行将用于对清洗箱100和10进行清洗的清洗溶液5注射到清洗箱100和10的内壁上。清洗溶液5可以是与在清洗时使用的清洗溶液5相同的，或可以是不同的材料。
清洗溶液5的注射包括打开供应阀450。当供应阀450打开时，清洗溶液5被引入到排放管道中，并且因此清洗溶液5可通过注射孔411和411a而被注射。
在注射清洗溶液5时，清洗溶液5被注射，直至清洗单元400定位在清洗箱100和10的内壁的下部处。清洗单元400可均匀地对清洗箱100和10的内壁进行清洗，同时借助提升单元垂直地向下运动到清洗箱100和10的内壁。
当清洗单元400定位在清洗箱100和10的内壁的下部处时，供应阀450会被关闭，以停止注射清洗溶液5。
在对清洗溶液5的注射停止时，执行清洗单元400的提升。在该步骤中，将定位在清洗箱100和10的内壁的下部处的清洗单元400提升到清洗箱100和10的上部。
此外，在对清洗箱100和10的内壁进行清洗时，清洗单元400可能仅执行一次从顶部到底部的清洗。然而，清洗单元400可按需要垂直地往复若干次，或可被控制成在具有较大量的异物的清洗箱100或10的内壁部分处较长时间地注射清洗溶液5。
如上所述，根据本发明的晶片清洗设备的清洗方法，由于可通过在清洗工序和冲洗工序中使用的清洗溶液或冲洗溶液被排放或完全排放时，使用清洗单元去除留在清洗箱的内壁上的异物，来对清洗箱进行清洗，所以晶片清洗效率可改进。
如上所述，根据本发明的晶片清洗设备和使用该设备的晶片清洗设备清洗方法，可通过在清洗工序和冲洗工序中使用的清洗溶液或冲洗溶液被排放或完全排放时，移除留在清洗箱的内壁上的异物，来对清洗箱进行清洗，因此晶片清洗效率可改进。
在实施例中所描述的特征、结构、效果等等包括在本发明的至少一个实施例中，并且不一定限于仅一个实施例。此外，在各实施例中所示的特征、结构、效果等等可由实施例所属领域的技术人员组合或改型。因而，应理解的是，这种组合和改型包括在本发明的范围中。

Claims (7)

1.一种晶片清洗设备，包括：
清洗箱；
支承部分，所述支承部分包括多个杆状构件，所述杆状构件用于支承在所述清洗箱内部垂直地立起的多个晶片；
清洗单元，所述清洗单元被安装成能够向上或向下运动到所述清洗箱中，并且构造为将清洗溶液注射到所述清洗箱的内壁上；以及
控制单元，所述控制单元构造成控制所述清洗单元的操作；
其中，所述清洗单元包括：
注射管道，所述注射管道布置为与所述清洗箱的所述内壁相邻，并具有多个注射孔；
注射喷嘴，所述注射喷嘴联接到所述注射管道，并且形成为倾斜的，从而所述注射孔的直径沿着从所述注射管道朝所述清洗箱的方向减小；
排放管道，所述排放管道连接到所述清洗箱的底部表面；
排放阀，所述排放阀构造为对所述排放管道的打开和关闭进行控制；
供应管道，所述供应管道构造为将清洗溶液供应到所述注射管道；以及
供应阀，所述供应阀连接到所述供应管道并且构造为控制清洗溶液的供应；
其中，所述控制单元控制打开所述排放管道的所述排放阀、使所述清洗单元下降、打开所述供应阀、以及在清洗的时候将清洗溶液注射到所述清洗箱的内壁上这一系列的操作；
其中，所述控制单元将使所述清洗单元下降的操作与打开所述排放阀的操作相关联，以及将注射所述清洗溶液的操作与打开所述供应阀的操作相关联；以及
其中，所述控制单元控制成，注射所述清洗溶液，直到所述清洗单元定位在所述清洗箱的所述内壁的下部处。
2.如权利要求1所述的晶片清洗设备，
其特征在于，所述清洗单元还包括：
提升单元，所述提升单元构造为使所述注射管道向上或向下运动。
3.如权利要求2所述的晶片清洗设备，其特征在于，所述多个注射孔构造成沿水平方向布置。
4.如权利要求3所述的晶片清洗设备，其特征在于，所述多个注射孔布置在所述注射管道的外侧，以面向所述清洗箱的所述内壁。
5.如权利要求4所述的晶片清洗设备，其特征在于，所述多个注射孔布置为相对于所述注射管道的水平线倾斜成预定的角度。
6.如权利要求2所述的晶片清洗设备，
其特征在于，所述提升单元包括：
连接到所述注射管道的线材；以及
构造为调节所述线材的长度的拉动单元。
7.如权利要求4所述的晶片清洗设备，其特征在于，所述清洗箱具有带有敞开顶部的长方体形状，并且所述注射管道具有矩形形状。
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