CN110571165A - 清洗装置、清洗方法、半导体加工机台及晶圆加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种清洗装置、清洗方法、半导体加工机台及晶圆加工方法，所述清洗装置及半导体加工机台，在清洗槽顶部增加一层流管道，以在需要时对清洗槽顶部进行层流清洁，能够去除清洗槽顶面上的残留颗粒，避免对清洗槽中后续清洗的晶圆等的污染，且能够有效减少清洗后的晶圆等表面上的缺陷；所述清洗方法，在晶圆等待清洗物到达清洗槽之前，先做层流清洁；当待清洗物浸没到所述清洗槽中后，对所述待清洗物进行从下往上的冲洗清洁以及层流清洁；在待清洗物清洁完成后且在将所述待清洗物从所述清洗槽中取出前，对所述清洗槽的顶部进行再次层流清洁，能够有效减少清洗后的晶圆等表面上的缺陷，本发明无需运行额外的虚拟晶圆的清洗工序，节省成本。

Description

清洗装置、清洗方法、半导体加工机台及晶圆加工方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种清洗装置、清洗方法、半导体加工机台及晶圆加工方法。

背景技术

大部分的集成电路的制程步骤之后以及每道高温制程的操作之前都必须对晶圆(wafer)进行清洗，例如初始清洗、扩散前清洗、栅极氧化前清洗，化学气相沉淀前清洗等等。晶圆清洗的目的在于去除晶圆表面的无机残留物、有机残留物和微粒子(contaminantparticles)等。但是目前的清洗装置及清洗方法，不能清除清洗槽中的颗粒残留物，容易导致晶圆表面缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种清洗装置、清洗方法、半导体加工机台及晶圆加工方法，能够有效减少清洗后的晶圆等表面上的缺陷。

为了实现上述目的，本发明提供一种清洗装置，包括至少一个清洗槽，所述清洗槽的底部设有上流冲洗管道，所述上流冲洗管道用于提供从清洗槽底部流向清洗槽顶部的清洗液；所述清洗槽的顶部设有层流管道，所述层流管道用于提供从所述清洗槽顶部的一侧流向所述清洗槽顶部的另一侧的清洗液。

可选的，所述上流冲洗管道为多条，且均匀设置在所述清洁槽底部四周上。

可选的，所述清洗槽的顶部设有一层或者沿自上而下的方向依次层叠的多层所述层流管道，每层层流管道的数量为2个以上。

可选的，当有多层所述层流管道时，相邻两层的层流管道中的清洗液流动方向相同或者异面垂直。

可选的，在对所述待清洗物进行清洗时，所述层流管道和所述上流冲洗管道中的清洗液相同。

可选的，所述的清洗装置还包括用于控制所述层流管道中的清洗液输入和输出的输入阀门和输出阀门。

可选的，所述清洗槽的顶部四周设有清洗液排出口，所述上流冲洗管道中的清洗液从所述清洗液排出口排出所述清洗槽。

可选的，所述的清洗装置还包括液体回流装置，用于将所述清洗槽中流出的清洗液重新送回到所述上流冲洗管道和/或层流管道中。

可选的，所述清洗槽中设有支撑待清洗物的支撑架，所述支撑架上设有至少一个用于放置待清洗物的位置。

可选的，所述待清洗物为晶圆或光罩。

本发明还提供一种利用上述的清洗装置的清洗方法，包括以下步骤：

通过清洗槽顶部的层流管道对所述清洗槽的顶部进行层流清洁；

将待清洗物置于所述清洗槽中，通过所述上流冲洗管道对所述待清洗物进行从下往上的冲洗清洁，并通过所述层流管道对所述待清洗物进行层流清洁；

通过所述层流管道对所述清洗槽的顶部进行再次层流清洁；

将所述待清洗物从所述清洗槽中取出。

可选的，在通过清洗槽顶部的层流管道对所述清洗槽的顶部进行层流清洁时以及通过所述层流管道对所述清洗槽的顶部进行再次层流清洁时，通过控制对应于所述层流管道设置输入阀门和输出阀门来控制所述层流管道中的清洗液的流入和流出。

可选的，所述清洗槽的顶部四周设有清洗液排出口，在通过所述上流冲洗管道对所述待清洗物进行从下往上的冲洗清洁时，从所述上流冲洗管道中上冲到所述清洗槽顶部的清洗液从所述清洗液排出口向所述清洗槽外部排出。

本发明还提供一种半导体加工机台，包括上述的清洗装置。

可选的，所述待清洗物为晶圆或光罩，所述半导体加工机台为离子注入机台、热处理机台、化学机械研磨机台、沉积机台、刻蚀机台或者光刻机台。

本发明还提供一种晶圆加工方法，包括以下步骤：

在对晶圆进行加工之前，采用上述的清洗方法对所述晶圆进行清洗；和/或，

在对晶圆进行加工之后，采用上述的清洗方法对所述晶圆进行清洗。

可选的晶圆加工方法，对晶圆进行的加工包括离子注入、热处理、扩散、化学气相沉积、物理气相沉积、干法刻蚀、湿法刻蚀和光刻中的至少一种。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下效果：

1、本发明的清洗装置及半导体加工机台，在清洗槽顶部增加一层流管道，以在需要时对清洗槽顶部进行层流清洁，能够去除清洗槽顶面上的残留颗粒，避免对清洗槽中后续清洗的晶圆或光罩等待清洗物的污染，且能够有效减少清洗后的待清洗物表面上的缺陷；

2、本发明的清洗方法，在待清洗物放入清洗槽之前，先通过清洗槽顶部的层流管道做层流清洁，去除清洗槽表面的残留颗粒；当待清洗物放入到所述清洗槽中后，通过所述上流冲洗管道对所述待清洗物进行从下往上的冲洗清洁，并通过所述层流管道对所述待清洗物进行层流清洁；在待清洗物清洁完成后且在将所述待清洗物从所述清洗槽中取出前，通过所述层流管道对所述清洗槽的顶部进行层流清洁，能够有效减少清洗后的待清洗物表面上的缺陷，增加清洗后的待清洗物的输出；

3、本发明的晶圆加工方法，由于采用本发明的清洗方法来清洗晶圆，能够有效减少清洗后的晶圆表面上的缺陷，增加清洗后的晶圆的输出；且无需运行额外的虚拟晶圆的清洗工序，能够节省清洗成本和晶圆成本。

附图说明

图1A是一种清洗装置的结构示意图；

图1B是图1A所示的清洗装置清洗晶圆时的液体流动示意图；

图1C是利用图1A所示的清洗装置清洗后的晶圆表面上的缺陷分布示意图；

图2A和图2B是本发明具体实施例的清洗装置的结构示意图；

图3是本发明具体实施例的清洗方法流程图；

图4A至图4C是图3所示的清洗方法中的清洗装置内的液体流动示意图

图5是图3所示的清洗方法清洗后的晶圆表面上的缺陷分布示意图。

具体实施方式

请参考图1A和图1B，一种晶圆清洗装置包括清洗槽100以及设置在清洗槽100底部左右两侧的两根上流管道102和103，晶圆清洗时，通常会将一片或者多片晶圆200放置到清洗槽100中，然后两根上流管道102和103提供酸液、碱液或去离子水等清洗液，并使得清洗液从清洗槽100底部向上流动至清洗槽 100的顶部，且在向上流动的过程中冲洗晶圆200，之后冲到清洗槽100顶部的清洗液从清洗槽100顶部的四侧流出，从而清除晶圆200表面杂质。但是使用该装置进行晶圆清洗存在以下问题：(1)清洗槽100底部左右两侧设置的两根管道102和103输送的清洗液在清洗槽100中的液体流动方向不同，会在清洗槽100的顶部中心位置101造成湍流，清洗液在顶部中心位置101的湍流流动，会导致清洗槽中心位置的污染物颗粒不能有效去除，这些残留的污染物颗粒会随着清洗液在清洗槽100中循环流动而附着到清洗槽100的内表面上(尤其是顶面上)，继而当晶圆200从清洗槽100中升起时，这些污染物颗粒会重新附着到晶圆200上而造成晶圆200表面上的缺陷。

为了去除这些残留的污染物颗粒，目前的做法通常需要设备工程师周期性检查(PM)并清洁清洗槽100，且当清洗槽100清洗批次晶圆后就要更换清洗液，并在加工制程(如STI-CMP...)的肮脏阶段(the dirty stage)，设备工程师运行个批次虚拟晶圆的清洗操作以增加刷新时间。这种做法存在以下不足：(1)PM检查和更换部件或清洗液均会增加成本；(2)运行虚拟晶圆的清洗操作会减少正常晶圆的输出，浪费时间；(3)如图1C所示，清洗后的晶圆 200表面上的缺陷201较多，难以达到更高性能的器件的制造要求。

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。

请参考图2A和图2B，本发明提供一种清洗装置，包括至少一个用于盛放和清洗晶圆200或光罩(mask)等待清洗物的清洗槽100，所述清洗槽100的底部设有上流冲洗管道102、103，所述上流冲洗管道102、103用于提供从清洗槽 100底部流向清洗槽100顶部的清洗液，以对放入到所述清洗槽100中的晶圆 200等待清洗物进行从下往上的冲洗；所述清洗槽100的顶部设有层流管道300，所述层流管道300用于提供从所述清洗槽100顶部的一侧流向所述清洗槽100 顶部的另一侧的清洗液，以对所述清洁槽100的顶部和/或晶圆200等待清洗物进行层流清洁。其中，所述清洁槽100的顶部可以是与图2A中所示的清洗槽 100的顶面的距离为0～1/3的清洗槽高度的区域；所述清洁槽100的底部可以是与图2A中所示的清洗槽100的底面的距离为0～1/3的清洗槽高度的区域。

下面以待清洗物为晶圆200为例，来详细说明本发明的清洗装置。

本实施例中，所述上流冲洗管道为两条，如图2B所示，即为设置在清洗槽 100底部相对的两侧上的上流冲洗管道102、103，所述两侧正好是对应晶圆200 的正面和背面，由此能够对晶圆200的正面和背面同时进行清洗；在本发明的其他实施例中，为了增强对晶圆200的清洗效果，上流冲洗管道的数量也可以多于2条，例如为4条，这些上流冲洗管道均匀设置在所述清洁槽100底部四周上，且最好是两两对应设置(这两个对应设置的上流冲洗管道能够冲洗晶圆 200正面和背面上相对应的位置)，使得晶圆200各表面上都能受到均匀分布的冲洗力。

本实施例中，所述清洗槽100的顶部上设有一层层流管道300，即层流管道的数量为2个以上且均匀分布在平行于清洗槽100顶面的一平面上。在本发明的其他实施例中，为了提高层流清洗的效果，也可以沿自上而下(即从清洗槽 100顶面至底面)的方向上依次层叠设置多层层流管道300，相邻两层的层流管道300中的清洗液流动方向可以相同，也可以是异面垂直，最顶层的层流管道和最低层的层流管道之间的距离取决于想要对清洗槽100的顶部清洗的深度。

此外，所述清洗装置可以包括用于控制所述层流管道300中的清洗液输入和输出的输入阀门(未图示)和输出阀门(未图示)以及用于控制上拉冲洗管道102、103中的清洗液输入输出的控制阀门(未图示)，通过这些阀门实现所述层流管道300和所述上流冲洗管道102、103的同时通液和分时通液，由此层流管道300和上流冲洗管道中的清洗液可以相同，也可以不同，例如，当晶圆 200放入到清洗槽100中并需要清洗时，在所述上流冲洗管道102、103中通液，可以对晶圆200从下往上冲洗，同时在层流管道300中通液，可以对清洗槽100 顶部进行层流清洁，此时上流冲洗管道102、103和层流管道300中的清洗液相同；当有一批晶圆200需要清洗但还未放入到清洗槽100中时以及当有一批晶圆200清洗完成且还未从清洗槽100中取出时，可以在层流管道300中通液，而同时关闭上流冲洗管道102、103，来对清洗槽100进行层流清洁，此时层流管道300中的清洗液可以与清洗晶圆200所用的清洗液相同，也可以与清洗晶圆200所用的清洗液不同。

本实施例中，所述清洗槽100的顶部四周设有清洗液排出口(未图示)，从所述上流冲洗管道102、103中冲到清洗槽100顶部的清洗液，可以从所述清洗液排出口排出到所述清洗槽100外。

为了节约成本，提高资源利用率，所述的清洗装置还包括液体回流装置(未图示)，用于将所述清洗槽100中流出的清洗液重新送回到所述上流冲洗管道 102、103和/或层流管道300中，以进行重复循环利用。

为了使得晶圆200能够立于所述清洗槽100中来接受冲洗，所述清洗槽100 中设有支撑晶圆200的支撑架(未图示)，该支撑架200可以是一种自动化结构，能够在清洗槽100中自动升起(以承接晶圆200或者将晶圆200升起)和自动落下(以将承接的晶圆200放入到清洗槽100中)，所述支撑架上可以设有一个用于放置晶圆200的位置，以实现单晶圆清洗，也可以设置多个放置晶圆200 的位置，以实现批次晶圆的清洗，如图2A中所示的一批晶圆200同时进入到清洗槽100中。例如支撑架可以包括多个沿着所述清洗槽100径向(即图2A中从左至右的方向)排布的支撑环以及用于升起和落下所述支撑环的升降杆，从而便于向清洗槽100中放入、清洗和取出晶圆200。

请参考图1C和图5，应用本发明的清洗装置对晶圆进行清洗后，晶圆表面上的缺陷大大减少。

本发明的清洗装置可以用于清洗未经加工的晶圆、经过加工的晶圆以及光罩(或称为掩膜板)等待清洗物品，可以是一独立于半导体加工机台的装置，也可以是集成到半导体加工机台中的装置，因此，本发明还提供一种半导体加工机台，包括上述的清洗装置，所述半导体加工机台可以为离子注入机台、热氧化或热氮化等热处理机台、化学机械研磨机台、沉积机台、刻蚀机台或者光刻机台。

由上所述，本发明的清洗装置及半导体加工机台，在清洗槽顶部增加一层流管道，以在需要时对清洗槽顶部进行层流清洁，能够去除清洗槽顶面上的残留颗粒，避免对清洗槽中后续清洗的晶圆等待清洗物的污染，且能够有效减少清洗后的晶圆等待清洗物表面上的缺陷。

请参考图3，本发明还提供一种利用上述的清洗装置的清洗方法，包括以下步骤：

S1，通过清洗槽顶部的层流管道对所述清洗槽的顶部进行层流清洁，即当有晶圆等待清洗物需要清洗但所述待清洗物还未放入到所述清洗槽10时，请参考图4A，打开对应于所述层流管道300设置的输入阀门和输出阀门，以使得所述层流管道300中流入和流出清洗液，所述清洗液可以是氨水、双氧水、硝酸、氢氟酸、硫酸、硝酸、去离子水等溶液，进而通过所述清洗槽100顶部的层流管道300对所述清洗槽100进行层流清洁，即层流管道300中的清洗液从清洗槽100的一侧(如图4A中的右侧)流向清洗槽100的另一侧(如图4A中的左侧)，进而对清洗槽100顶部进行清洁，如图4A中清洗槽100顶部的箭头所示；

S2，将待清洗物置于所述清洗槽100中，通过所述上流冲洗管道102、103 对所述待清洗物进行从下往上的冲洗清洁，并通过所述层流管道300对所述待清洗物进行层流清洁，具体地，当晶圆200等待清洗物放入到所述清洗槽100 中后，请参考图4B，打开用于控制上流冲洗管道102、103的清洗液流入流出的控制阀门，以使得所述上流冲洗管道102、103中流入和流出清洗液，进而可以通过所述上流冲洗管道102、103对所述晶圆200等待清洗物进行从下往上的冲洗清洁，并保持对应于所述层流管道300设置的输入阀门和输出阀门的打开，进而通过所述层流管道300对所述晶圆200等待清洗物进行层流清洁，本实施例中，待清洗物为一批晶圆200，层流管道300可以使得所述上流冲洗管道102、 103对这一批晶圆200进行从下往上的冲洗清洁时在清洗槽100中心产生的湍流变为层流，带走从这批晶圆200表面上冲洗下的污染颗粒。层流管道300和上流冲洗管道102、103中流动的清洗液相同，可以是氨水、双氧水、硝酸、氢氟酸、硫酸、硝酸、去离子水等溶液；此外，所述清洗槽100的顶部四周设有清洗液排出口(未图示)，从所述上流冲洗管道102、103中上冲到所述清洗槽100 顶部的清洗液，可从所述清洗液排出口向所述清洗槽外部排出；从清洗槽100 中排出的清洗液可以通过一液体回流装置进行回收，并可以直接或者在通过净化处理后重新送回到所述上流冲洗管道102、103和/或层流管道300中，以节约资源；需要说明的是，在晶圆200等待清洗物放入到所述清洗槽100中后，且在控制上流冲洗管道102、103液体流动的阀门打开之前，清洗槽100中可以盛有一定量的清洗液，在打开上流冲洗管道102、103后，上流冲洗管道102、103 中清洗液的流动一方面可以补充清洗槽100中的清洗液，另一方面可以使清洗槽100中清洗液从下往上流动起来，从而对晶圆200等待清洗物的表面进行从下往上的冲洗清洁；

S3，通过所述层流管道300对所述清洗槽100的顶部进行再次层流清洁，并将所述待清洗物从所述清洗槽100中取出，具体地，例如，当一批晶圆200 在清洗槽100中清洁完成后且在所述清洗槽100中的支撑架将这批晶圆200从所述清洗槽100中升起前，请参考图4C，继续保持对应于所述层流管道300设置的输入阀门和输出阀门的打开，并关闭用于控制上流冲洗管道102、103的清洗液流入流出的控制阀门，以使得所述上流冲洗管道102、103关闭，继而通过所述层流管道300对所述清洗槽100的顶部进行再次层流清洁，所述再次层流清洁完成后，可以通过清洗槽100中的支撑架的自动升起来将晶圆200从清洗槽100中升起，进而将晶圆200从清洗槽100中取出，所述再次层流清洁可以避免残留颗粒在这批已清洁完成的晶圆200从清洗槽100升起的过程中再次附着到这批已清洁完成的晶圆200表面上，进而避免残留颗粒对这批已清洁完成的晶圆200表面造成缺陷。

由上所述，本发明的清洗方法，在需要清洗的晶圆等待清洗物放入清洗槽中之前，先通过清洗槽顶部的层流管道做层流清洁，去除清洗槽表面的残留颗粒；当晶圆等待清洗物放入到所述清洗槽中后，通过所述上流冲洗管道对所述晶圆等待清洗物进行从下往上的冲洗清洁，并通过所述层流管道对所述晶圆等待清洗物进行层流清洁；在晶圆等待清洗物清洁完成后且在将所述晶圆等待清洗物从所述清洗槽中取出前，通过所述层流管道对所述清洗槽的顶部进行层流清洁，能够有效减少清洗后的晶圆等待清洗物表面上的缺陷，增加清洗后的晶圆等待清洗物的输出；且本发明的清洗方法，在用于清洗晶圆时，无需运行额外的虚拟晶圆的清洗工序，节省清洗成本和晶圆成本。本发明的清洗方法可以用于大部分的集成电路的制程步骤之后以及每道高温制程的操作之前的晶圆清洗，例如初始清洗、扩散前清洗、栅极氧化前清洗，化学气相沉淀前清洗等等。因此，本发明还提供一种晶圆加工方法，包括以下步骤：

在对晶圆进行加工之前，采用上述的清洗方法对所述晶圆进行清洗；和/或，

在对晶圆进行加工之后，采用上述的清洗方法对所述晶圆进行清洗。

其中，对晶圆进行的加工包括离子注入、热处理、扩散、化学气相沉积、物理气相沉积、干法刻蚀、湿法刻蚀和光刻中的至少一种。

本发明的晶圆加工方法，由于在需要对晶圆进行清洗时，采用了本发明的清洗方法对晶圆进行清洗，因此清洗后的晶圆表面的缺陷较少，进而提高了最终制得器件的良率和性能。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (17)

1.一种清洗装置，其特征在于，包括至少一个清洗槽，所述清洗槽的底部设有上流冲洗管道，所述上流冲洗管道用于提供从清洗槽底部流向清洗槽顶部的清洗液；所述清洗槽的顶部设有层流管道，所述层流管道用于提供从所述清洗槽顶部的一侧流向所述清洗槽顶部的另一侧的清洗液。

2.如权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，所述上流冲洗管道为多条，且均匀设置在所述清洁槽底部四周上。

3.如权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，所述清洗槽的顶部设有一层或者沿自上而下的方向依次层叠的多层所述层流管道，每层层流管道的数量为2个以上。

4.如权利要求3所述的清洗装置，其特征在于，当有多层所述层流管道时，相邻两层的层流管道中的清洗液流动方向相同或者异面垂直。

5.如权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，在对所述待清洗物进行清洗时，所述层流管道和所述上流冲洗管道中的清洗液相同。

6.如权利要求1至5中任一项所述的清洗装置，其特征在于，还包括用于控制所述层流管道中的清洗液输入和输出的输入阀门和输出阀门。

7.如权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，所述清洗槽的顶部四周设有清洗液排出口，所述上流冲洗管道中的清洗液从所述清洗液排出口排出所述清洗槽。

8.如权利要求7所述的清洗装置，其特征在于，还包括液体回流装置，用于将所述清洗槽中流出的清洗液重新送回到所述上流冲洗管道和/或层流管道中。

9.如权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，所述清洗槽中设有支撑待清洗物的支撑架，所述支撑架上设有至少一个用于放置待清洗物的位置。

10.如权利要求1或9所述的清洗装置，其特征在于，所述待清洗物为晶圆或光罩。

11.一种利用权利要求1至10中任一项所述的清洗装置的清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过清洗槽顶部的层流管道对所述清洗槽的顶部进行层流清洁；

将待清洗物置于所述清洗槽中，通过所述上流冲洗管道对所述待清洗物进行从下往上的冲洗清洁，并通过所述层流管道对所述待清洗物进行层流清洁；

通过所述层流管道对所述清洗槽的顶部进行再次层流清洁，并将所述待清洗物从所述清洗槽中取出。

12.如权利要求11所述的清洗方法，其特征在于，在通过清洗槽顶部的层流管道对所述清洗槽的顶部进行层流清洁时以及通过所述层流管道对所述清洗槽的顶部进行再次层流清洁时，通过控制对应于所述层流管道设置输入阀门和输出阀门来控制所述层流管道中的清洗液的流入和流出。

13.如权利要求11所述的清洗方法，其特征在于，所述清洗槽的顶部四周设有清洗液排出口，在通过所述上流冲洗管道对所述待清洗物进行从下往上的冲洗清洁时，从所述上流冲洗管道中上冲到所述清洗槽顶部的清洗液从所述清洗液排出口向所述清洗槽外部排出。

14.一种半导体加工机台，其特征在于，包括权利要求1至10中任一项所述的清洗装置。

15.如权利要求14所述的半导体加工机台，其特征在于，所述待清洗物为晶圆或光罩，所述半导体加工机台为离子注入机台、热处理机台、化学机械研磨机台、沉积机台、刻蚀机台或者光刻机台。

16.一种晶圆加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

在对晶圆进行加工之前，采用权利要求11至13中任一项所述的清洗方法对所述晶圆进行清洗；和/或，

在对晶圆进行加工之后，采用权利要求11至13中任一项所述的清洗方法对所述晶圆进行清洗。

17.如权利要求16所述的晶圆加工方法，其特征在于，对晶圆进行的加工包括离子注入、热处理、扩散、化学气相沉积、物理气相沉积、干法刻蚀、湿法刻蚀和光刻中的至少一种。