CN110707022B - 晶圆清洁装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种晶圆清洁装置，该晶圆清洁装置包括：晶圆放置机构，用于夹持晶圆的边缘并带动晶圆旋转；第一喷头，位于晶圆放置机构的一侧，用于向上喷射清洁剂至晶圆的背面；以及清洁刷和导轨，位于晶圆放置机构的一侧，清洁刷与导轨活动连接，清洁刷可相对导轨移动，用于清洁晶圆的背面。通过该晶圆清洁装置对晶圆背面进行清洗，可以使得晶圆背面的污染物同时受到清洁刷的剪切力与自身的重力影响，从而更加容易被移出晶圆背面，增强了清洁效果。

Description

晶圆清洁装置
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，更具体地，涉及一种晶圆清洁装置。
背景技术
存储器件的存储密度的提高与半导体制造工艺的进步密切相关。随着半导体制造工艺的特征尺寸越来越小，存储器件的存储密度越来越高。为了进一步提高存储密度，已经开发出三维结构的存储器件(即，3D存储器件)。3D存储器件包括沿着垂直方向堆叠的多个存储单元，在单位面积的晶片上可以成倍地提高集成度，并且可以降低成本。
3D存储器件的尺寸越来越小，对于光刻步骤的精准度要求也越来越高，为了保证光刻精准度，需要提前对晶圆进行清理。
在现有技术中，晶圆的清洁步骤十分繁琐，需要先从晶圆箱(front openingunified pod，FOUP)中将晶圆取出，翻转晶圆，使得晶圆背面朝上，放入第一清洁腔室中，对晶圆背面进行清洗；然后，将晶圆取出，再次翻转，使得晶圆正面朝上，放入第二清洁腔室中，对晶圆正面进行清洗。由于繁琐的清洁步骤，使得清洁效率很低，并且在翻转晶圆时，容易出现误操作，使得晶圆的朝向出现错误，进而影响后续工艺的进程。
此外，由于位于晶圆背面的污染物可能会与晶圆粘连，不容易将污染物完全清除，从而对后续光刻工艺的对焦造成影响。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种晶圆清洁装置，通过该晶圆清洁装置对晶圆背面进行清洗，可以使得晶圆背面的污染物同时受到清洁刷的剪切力与自身的重力影响，从而更加容易被移出晶圆背面，增强了清洁效果。
本发明实施例提供了一种晶圆清洁装置，包括：晶圆放置机构，用于夹持晶圆的边缘并带动晶圆旋转；第一喷头，位于所述晶圆放置机构的一侧，用于向上喷射清洁剂至所述晶圆的背面；以及清洁刷和导轨，位于所述晶圆放置机构的一侧，所述清洁刷与所述导轨活动连接，所述清洁刷可相对所述导轨移动，用于清洁所述晶圆的背面。
优选地，还包括驱动单元，与所述晶圆放置机构转动连接。
优选地，所述晶圆放置机构包括：环状第一支架，与所述驱动单元转动连接：以及夹持部，安装在所述第一支架上，位于所述第一支架的内侧。
优选地，还包括：第二喷头，位于所述晶圆放置机构的一侧，用于向所述晶圆的正面提供清洁剂；第三喷头，位于所述晶圆放置机构的一侧，用于向所述晶圆的正面提供冲洗剂；以及摆臂，一端与所述第三喷头连接，并以另一端为摆动中心摆动，以带动所述第三喷头移动。
优选地，所述摆臂的一端具有伸缩部，与所述第三喷头连接。
优选地，还包括第二支架，所述第二喷头与所述摆臂安装在所述第二支架上。
优选地，所述摆臂的内部具有中空结构，与所述第三喷头连通。
优选地，还包括输气管路，与所述第三喷头连通。
优选地，所述清洁剂包括二氧化碳水溶液，所述清洗剂包括氮气纳米喷雾。
优选地，还包括底座，所述晶圆放置机构、所述第一喷头以及所述导轨安装于所述底座上。
优选地，还包括升降机构，一端与所述清洁刷固定连接，另一端与所述导轨活动连接。
根据本发明实施例的晶圆清洁装置，通过晶圆放置机构夹持晶圆的边缘并带动晶圆旋转，由于晶圆放置机构是与晶圆的边缘接触，因此晶圆的正面与背面均未被遮挡，使得第一喷头可以向上喷射清洁剂至晶圆的背面；通过在晶圆放置机构的一侧设置导轨与清洁刷，使得在晶圆旋转的过程中，清洁刷可以沿导轨从晶圆的中心移动到晶圆的边缘，晶圆背面的污染物同时受到清洁刷的剪切力与自身的重力影响，更加容易被移出晶圆背面，达到了增强清洁效果的目的。
进一步的，通过在晶圆上方设置摆臂，带动第三喷头移动，并在第三喷头从晶圆的中心移动到晶圆的边缘的过程中，第三喷头持续向晶圆提供冲洗剂，以清除晶正面的污染物，与现有技术相比，本发明实施例的晶圆清洁装置不需将晶圆要进行两次翻转，再分别放入两个清洗腔室的步骤，节省了翻转与转移的时间，避免了翻转时出现的误操作，而且可以同时对晶圆的正面与背面进行清洗，将清洁效率至少提高了一倍。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出了本发明施例的晶圆清洁装置的结构示意图。
图2示出了图1的顶视图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
图1示出了本发明施例的晶圆清洁装置的结构示意图，图2示出了图1的顶视图，其中，为了清楚表述，图2省略了一些结构。
如图1与图2所示，本发明施例的晶圆清洁装置包括：底座101、包括环状第一支架111与夹持部112的晶圆放置机构110、第二支架120、驱动单元130、第一喷头141、第二喷头142、第三喷头143、包括伸缩部151的摆臂150、导轨160、清洁刷170、升降机构180、输气管路191以及输液管路192。
在本实施例中，晶圆放置机构110安装于底座101上，用于夹持晶圆10的边缘并带动晶圆10旋转。在晶圆放置机构110中，环状第一支架111与驱动单元130转动连接，夹持部112安装在环状第一支架111上，并位于第一支架111的内侧。
驱动单元130包括齿轮，位于环状第一支架111的外侧，与环状第一支架111的侧壁啮合，通过齿轮的传动使环状第一支架111转动。其中，图1与图2为装置的简化示意图，因此并没有示出齿轮的啮合结构。
然而本发明实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对驱动晶圆转动的方式进行其他设置。
第一喷头141安装于底座101上并位于晶圆放置机构110的一侧，用于通过输液管道192将清洁剂向上喷射至晶圆10的背面。其中，第一喷头141位于夹持部112的下方，并位于环状第一支架111的内侧。第二喷头142位于晶圆放置机构110的一侧，用于通过输液管道192将清洁剂提供至晶圆10的正面。第三喷头143位于晶圆放置机构110的一侧，用于向晶圆10的正面提供冲洗剂，其中，第二喷头142与第三喷头143均位于夹持部112的上方。
在本实施例中，清洁剂包括二氧化碳水溶液(CO2W)，清洗剂包括氮气纳米喷雾。然而本发明实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要对清洁剂与冲洗剂的成分进行其他设置。
摆臂150的一端与第三喷头143连接，并以另一端为摆动中心摆动，以带动第三喷头143移动，其中，第三喷头143通过位于摆臂一端的伸缩部151与摆臂150连接。摆臂150的内部具有中空结构，与第三喷头143连通，用于向第三喷头143提供去离子水(DIW)。输气管路191与第三喷头143连通，用于向第三喷头143提供氮气(N2)。摆臂150与第二喷头141均安装在第二支架120上
导轨160和清洁刷170位于晶圆放置机构110的一侧，具体的，位于环状第一支架111的内侧。导轨160安装于底座101上，导轨160和清洁刷170通过升降机构180活动连接，其中，升降机构180的一端与清洁刷170固定连接，另一端与导轨160活动连接，使得清洁刷170可相对导轨160移动对晶圆10的背面进行清洁。
下面将结合图1与图2对本发明实施例的晶圆清洁步骤进行详细说明，在下面述清洁过程中，所有步骤可以均由机器人自动完成。
首先，对前开式标准晶圆盒(front opening unified pod，Foup)中的晶圆10进行信息确认，将晶圆10从Foup中取出后放入晶圆清洁装置，通过夹持部111将晶圆10固定。由于Foup中的晶圆10是正面朝上放置的，因此无需翻转。
进一步的，控制驱动单元130驱动晶圆放置机构110旋转，以带动晶圆10旋转。通过第一喷头141与第二喷头142将清洁剂提供至晶圆10的背面与正面，并通过晶圆10的旋转，使得清洁剂均匀地铺开。
进一步的，保持晶圆10匀速旋转，通过滑轨160与摆臂150分别将清洁刷170与第三喷头143置于晶圆10的中心位置，并通过伸缩部151使第三喷头143下降至预设高度，通过升降机构180使清洁刷170上升至预设高度，以预设压力接触晶圆10的背面，此时，清洁剂已经铺满了整个晶圆10的正反面。
进一步的，保持晶圆10匀速旋转，通过控制摆臂150摆动，使得第三喷头143沿晶圆的中心到晶圆的边缘方向移动，如图2所示，其中，在第三喷头143移动的过程中，第三喷头143持续向晶圆10的正面提供清洗剂，从晶圆的中心到边缘对晶圆进行冲洗。与此同时，通过控制清洁刷170在导轨160上沿晶圆的中心到晶圆的边缘方向移动，以清除晶圆10背面的污染物，其中，还可以控制清洁刷170旋转，旋转方向与晶圆10相反。此时，晶圆10背面的污染物在清洁刷170的剪切力和自身重力双重作用下更容易脱离晶圆10的表面，清洁效果明显增强。
进一步的，当晶圆10的正面与背面同时完成清洁后，控制摆臂150与升降结构180使第三喷头143与清洁刷170恢复到初始位置，驱动单元130驱动晶圆10加速旋转进行干燥，最后将晶圆10取出。
根据本发明实施例的晶圆清洁装置，通过晶圆放置机构夹持晶圆的边缘并带动晶圆旋转，由于晶圆放置机构与晶圆背面的边缘接触，因此晶圆的正面与背面均未被遮挡，使得第一喷头可以向上喷射清洁剂至晶圆的背面；通过在晶圆放置机构的一侧设置导轨与清洁刷，使得在晶圆旋转的过程中，清洁刷可以沿导轨从晶圆的中心移动到晶圆的边缘，晶圆背面的污染物同时受到清洁刷的剪切力与自身的重力影响，更加容易被移出晶圆背面，达到了增强清洁效果的目的。
进一步的，通过在晶圆上方设置摆臂，带动第三喷头移动，并在第三喷头从晶圆的中心移动到晶圆的边缘的过程中，第三喷头持续向晶圆提供冲洗剂，以清除晶正面的污染物，与现有技术相比，本发明实施例的晶圆清洁装置不需将晶圆要进行两次翻转，再分别放入两个清洗腔室的步骤，节省了翻转与转移的时间，避免了翻转时出现的误操作，而且可以同时对晶圆的正面与背面进行清洗，将清洁效率至少提高了一倍。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (11)

1.一种晶圆清洁装置，其特征在于，包括：
晶圆放置机构，用于夹持晶圆的边缘并带动晶圆旋转；
第一喷头，位于所述晶圆放置机构的一侧，用于向上喷射清洁剂至所述晶圆的背面；以及
清洁刷和导轨，位于所述晶圆放置机构的一侧，所述清洁刷与所述导轨活动连接，所述清洁刷可旋转并相对所述导轨移动，用于清洁所述晶圆的背面，
在清洁的过程中，所述清洁刷旋转并从晶圆的中心移动到晶圆的边缘，以使晶圆背面的污染物同时受到所述清洁刷的剪切力与自身的重力而脱落。
2.根据权利要求1所述的晶圆清洁装置，其特征在于，还包括驱动单元，与所述晶圆放置机构转动连接。
3.根据权利要求2所述的晶圆清洁装置，其特征在于，所述晶圆放置机构包括：
环状第一支架，与所述驱动单元转动连接：以及
夹持部，安装在所述第一支架上，位于所述第一支架的内侧。
4.根据权利要求1所述的晶圆清洁装置，其特征在于，还包括：
第二喷头，位于所述晶圆放置机构的一侧，用于向所述晶圆的正面提供清洁剂；
第三喷头，位于所述晶圆放置机构的一侧，用于向所述晶圆的正面提供冲洗剂；以及
摆臂，一端与所述第三喷头连接，并以另一端为摆动中心摆动，以带动所述第三喷头移动。
5.根据权利要求4所述的晶圆清洁装置，其特征在于，所述摆臂的一端具有伸缩部，与所述第三喷头连接。
6.根据权利要求4所述的晶圆清洁装置，其特征在于，还包括第二支架，所述第二喷头与所述摆臂安装在所述第二支架上。
7.根据权利要求4所述的晶圆清洁装置，其特征在于，所述摆臂的内部具有中空结构，与所述第三喷头连通。
8.根据权利要求7所述的晶圆清洁装置，其特征在于，还包括输气管路，与所述第三喷头连通。
9.根据权利要求8所述的晶圆清洁装置，其特征在于，所述清洁剂包括二氧化碳水溶液，所述冲洗剂 包括氮气纳米喷雾。
10.根据权利要求1所述的晶圆清洁装置，其特征在于，还包括底座，所述晶圆放置机构、所述第一喷头以及所述导轨安装于所述底座上。
11.根据权利要求10所述的晶圆清洁装置，其特征在于，还包括升降机构，一端与所述清洁刷固定连接，另一端与所述导轨活动连接。
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