CN111081603A - 晶圆清洗设备及晶圆清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种晶圆清洗设备及晶圆清洗方法，所述晶圆清洗设备包括：清洗槽和设置在所述清洗槽中两个支撑组件，其中，所述清洗槽用于盛放清洗液体；两个所述支撑组件用于交替支撑晶圆。通过本发明，提高了晶圆清洗效果。

Description

晶圆清洗设备及晶圆清洗方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种晶圆清洗设备及晶圆清洗方法。
背景技术
目前，随着半导体行业的快速发展，如何提高硅片表面的利用率，显得尤为重要，然而现有硅片清洗方法是将硅片放置到相应的承载结构上，干燥硅片时，与硅片与承载结构的接触点很容易形成水印和颗粒聚集，硅片边缘2～3mm的面积是无法被利用的，因此，如何在硅片不断缩小的同时，能够尽可能的减小硅片的污染和颗粒残留，是亟待解决的一个问题。
目前承载结构主要分为以下两种形式：
1、花篮。此种形式主要应用在4寸和6寸以及一部分8寸的硅片上，通过机械手抓取直接将带有硅片的花篮放到各槽子内依次进行清洗工艺。花篮上有多处凹槽1’，硅片2’被放入凹槽1’内，凹槽1’与硅片2’接触并实现承载硅片的作用。具体结构图1与图2所示，此种硅片承载形式的干燥方式主要是使用甩干机甩干，主要原理为将带有硅片2’的花篮放在甩干机内，然后通过高速旋转产生的离心力，将硅片表面的液体甩掉，同时通入氮气辅助吹干。
此种方式的缺点是硅片与花篮接触的面积相对较大，硅片边缘无法清洗干净形成水印和颗粒聚集。并且由于高速旋转液体从硅片表面滑过很可能在硅片表面产生水痕。
2、承载装置。如图3所示，多用于8寸或者是12寸等对清洗工艺效果要求较高的硅片上，相对于花篮，图3所示的承载装置与硅片2’的接触面较小，甚至仅是几个接触点3’，更利于硅片2’及边缘的清洗。
目前的设计中接触点3’都是固定的，在这几个接触点3’附近的硅片依然无法被彻底清洗干净，尤其是在最后干燥时接触点3’周围颗粒聚集和水印等问题突出。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种晶圆清洗设备及晶圆清洗方法。
为实现本发明的目的而提供一种晶圆清洗设备，包括：清洗槽和设置在所述清洗槽中的两个支撑组件，其中，
所述清洗槽用于盛放清洗液体；
两个所述支撑组件用于交替支撑晶圆。
优选地，上述晶圆清洗设备还包括：
第一驱动器，用于驱动两个所述支撑组件中的一个移动，以改变两个所述支撑组件的相对位置，使两个所述支撑组件交替支撑所述晶圆。
优选地，两个所述支撑组件设置为基于所述晶圆的不同位置交替支撑所述晶圆。
优选地，所述支撑组件包括多个支撑架，每个所述支撑架均可支撑一所述晶圆，所述支撑架上设置有至少两个支撑部，所述支撑部与所述晶圆接触以支撑所述晶圆。
优选地，所述支撑部上设置有滚轮，所述滚轮与所述晶圆滚动接触。
优选地，所述支撑部的材料包括疏水性材料或导电材料。
优选地，上述晶圆清洗设备还包括：
第二驱动器，用于驱动所述两个所述支撑组件中的另一个移动。
优选地，所述第一驱动器和所述第二驱动器均包括：
滑块，和与之对应的所述支撑组件连接；
丝杠，与所述滑块相配合；
电机，用于驱动所述丝杠转动。
本发明还提供了一种晶圆清洗方法，采用上述的晶圆清洗设备对晶圆进行清洗，所述方法包括以下步骤：
S1：向清洗槽中注入清洗液体，移动两个支撑组件中的第一支撑组件至所述清洗槽中的装载位，使所述第一支撑组件支撑所述晶圆；
S2：向下移动所述第一支撑组件至所述清洗槽中的初始位，使处于所述初始位的第二支撑组件替换所述第一支撑组件支撑所述晶圆，且所述晶圆完全浸没在所述清洗液体中；
S3：在所述晶圆被所述第二支撑组件支撑且浸没在所述清洗液体中第一设定时间后，向上移动所述第一支撑组件使所述第一支撑组件替换所述第二支撑组件支撑所述晶圆，且所述晶圆完全浸没在所述清洗液体中；
S4：在所述晶圆被所述第一支撑组件支撑且浸没在所述清洗液体中第二设定时间后，排空所述清洗槽中的所述清洗液体，并干燥所述晶圆。
优选地，所述步骤S4包括：
步骤S41：以第一设定速率排出所述清洗槽中的所述清洗液体，同时向所述清洗槽中通入第一干燥气体；
步骤S42：当所述清洗液体的液面下降至第一排空位置时，向上移动所述第二支撑组件，使所述第二支撑组件替换所述第一支撑组件支撑所述晶圆，向下移动所述第一支撑组件至所述初始位，所述晶圆在所述清洗槽中的位置保持不变；
步骤S43：当所述清洗液体的液面下降到与所述晶圆完全脱离时，以第二设定速率排空所述清洗槽中的所述清洗液体，并在所述清洗液体完全排出后，停止向所述清洗槽中通入所述第一干燥气体，并向所述清洗槽中通入第二干燥气体，所述第二设定速率大于所述第一设定速率；
步骤S44：向上移动所述第一支撑组件，使所述第一支撑组件替换所述第二支撑组件支撑所述晶圆，并将所述第一支撑组件移动至所述清洗槽中的卸载位，向下移动所述第二支撑组件至所述初始位。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的晶圆清洗设备与晶圆清洗方法的方案中，由于两个支撑组件在支撑晶圆时与晶圆交替接触，因此可以达到在清洗晶圆的过程中变换支撑组件与晶圆的边缘接触的位置的目的，减小了颗粒及污染物在支撑组件与晶圆之间接触点的聚集，结构简单，容易实现，提高了晶圆的清洗效果。
附图说明
图1为花篮的俯视图；
图2为花篮的主视图；
图3为承载装置的结构示意图；
图4为本发明一个实施例提供的晶圆清洗设备的结构示意图；
图5为本发明另一个实施例提供的晶圆清洗设备的结构示意图；
图6为本发明实施例中支撑组件的一种结构示意图；
图7为本发明实施例提供的晶圆清洗方法的流程框图；
图8为本发明实施例中干燥晶圆的流程框图；
图9为本发明实施例中干燥晶圆的一种结构示意图；
图10为本发明实施例中干燥晶圆的另一种结构示意图；
图11为本发明实施例中晶圆处于卸载位的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的晶圆清洗设备及晶圆清洗方法进行详细描述。
如图4所示，为本发明一个实施例提供的晶圆清洗设备的结构示意图，本实施例中晶圆清洗设备包括：清洗槽1和设置在清洗槽1中的两个支撑组件2。
其中，清洗槽1用于盛放清洗液体；两个支撑组件2用于交替支撑晶圆3。
图4中，一个支撑组件2位于初始位H，一个支撑组件2位于装载位L，装载位H便于支撑组件2装载晶圆3。
本发明实施例提供的晶圆清洗设备，由于两个支撑组件在各自支撑晶圆时与晶圆交替接触，因此可以达到在清洗晶圆的过程中变换支撑组件与晶圆的边缘接触的位置的目的，减小了颗粒及污染物在支撑组件与晶圆之间接触点的聚集，结构简单，容易实现，提高了晶圆的清洗效果。
具体地，如图5所示，两个支撑组件2设置为基于晶圆3的不同位置交替支撑晶圆3。在图5中，两个支撑组件2中第一支撑组件21与第二支撑组件22的下端位于同一高度时，两个支撑组件2的与晶圆3的边缘接触的高度不同。
具体地，如图5所示，每个支撑组件2包括多个支撑部211，且沿晶圆3的边缘间隔设置；并且相对晶圆3的竖直中心线最外侧的两个支撑部211之间的中心角小于180°。图5中，每个支撑组件2具有三个支撑部211，当然支撑部211的数量不局限于三个，也可以根据工艺需求设置为两个或四个或其他个数。本实施例的清洗设备，沿晶圆的竖直中心线最外侧的两个支撑部之间的中心角小于180°，可以保证两个支撑部均支撑晶圆而不是悬挂晶圆，从而将晶圆的损害减小到最小。
在两个支撑组件2中，第一个支撑组件21的相对于晶圆3的竖直中心线最外侧的两个支撑部211之间的中心角大于第二个支撑组件22的相对于晶圆3的竖直中心线最外侧的两个支撑部211之间的中心角。
本实施例提供的晶圆清洗设置，两个支撑组件2交替支撑晶圆3，并且两个支撑组件2基于晶圆3的不同位置交替支撑晶圆3，即两个支撑组件2与晶圆3的接触位置不同，从而更加容易地达到了在清洗晶圆过程中变换与晶圆的接触位置，简单、方便地实现了对晶圆的清洗，提高了晶圆的清洗效果。
优选地，如图6所示，每个支撑组件2均包括多个支撑架23，每个支撑架23均可支撑一晶圆3，支撑架23上设置有至少两个支撑部211，支撑部211与晶圆3接触以支撑晶圆3。
本发明实施例提供的支撑组件，包括多个支撑架，每个支撑架均可支撑一晶圆，因此实现了通过一个支撑组件对多晶圆进行清洗的过程，提高了晶圆清洗设备每次对晶圆进行清洗的清洗量。
本发明的优选的实施例中，晶圆清洗设备还包括：第一驱动器(图中未示)；其中，第一驱动器用于驱动两个支撑组件2中的一个移动，以改变两个支撑组件2的相对位置，使两个支撑组件交替支撑晶圆3。本实施例提供的晶圆清洗设备，采用第一驱动其驱动两个支撑组件中的一个移动，实现了仅一个支撑组件进行移动的过程中使用两个支撑组件交替支撑晶圆的目的，因此达到了清洗自动化，提高了晶圆清洗效率。
进一步，为了实现支撑组件的移动，清洗设备还可以包括：第二驱动器(图中未示)，用于驱动两个支撑组件2中的另一个移动。
具体地，第一驱动器和第二驱动器均包括：滑块、丝杠以及电机。
其中，滑块和与之对应的支撑组件连接。
丝杠与滑块配合。
电机用于驱动丝杠转动。
本实施例提供的清洗设备，包括第一驱动器和第二驱动器，通过第一驱动器和第二驱动器的驱动可以使支撑组件快速、简单的实现升降运动；进一步，第一驱动器和第二驱动器均包括滑块、丝杠以及电机，此机械结构简单、容易实现驱动。支撑组件2通过电机和丝杠等控制升降，支撑组件2与滑块相连接，滑块与丝杠配合，丝杠与电机相连接，通过电机转动控制支撑组件2的升降。
为了保证晶圆与支撑组件之间的所有接触点可以被清洗液体清洗到，本发明另一个实施例中，支撑部211上设置有滚轮(图中未示)，滚轮与晶圆滚动接触。本实施例中，在支撑部上设置滚轮，可以使支撑组件与晶圆的边缘的接触点是变换的，不唯一，保证了晶圆与支撑组件之间的所有接触点均可以被清洗到。
具体地，本发明实施例中，支撑组件2的支撑部211的材料包括疏水材料或导电材料。进一步，疏水材料或导电材料可以是符合耐药性和耐温性的材料，比如，支撑部的材料为PTFE(Poly tetra fluoro ethylene，聚四氟乙烯)。具体地，采用导电材料可以减小接触点的颗粒聚集，而采用疏水材料不仅可以减小接触点颗粒聚集也可以减小接触点的水印。本实施例中，支撑部所采用的疏水材料或导电材料可以在清洗或干燥晶圆时，配合液面的下降过程控制各个支撑组件的移动，变化各个支撑组件与晶圆的接触点，使每一个接触点都得到清洗，进一步保证晶圆的表面的清洗效果，为提高晶圆表面利用率奠定了基础。
相应的，本发明还提供了一种晶圆清洗方法，应用在上述实施例提供的晶圆清洗设备中，或者说本实施例提供的晶圆清洗方法要采用上述实施例中的晶圆清洗设备对晶圆进行清洗，如图7所示，为本发明实施例提供的清洗方法的流程框图，本实施例中，晶圆清洗方法包括：
步骤S1：向清洗槽中注入清洗液体，移动两个支撑组件中的第一支撑组件至清洗槽中的装载位，使第一支撑组件支撑晶圆。
步骤S2：向下移动第一支撑组件至清洗槽中的初始位，使处于初始位的第二支撑组件替换第一支撑组件支撑晶圆，且晶圆完全浸没在清洗液体中。
步骤S3：在晶圆被第二支撑组件支撑且晶圆浸没在清洗液体中第一设定时间后，向上移动第一支撑组件，使第一支撑组件替换第二支撑组件支撑晶圆，且晶圆完全浸没在清洗液体中。
具体地，第一设定时间由工艺需求确定。当晶圆浸没在清洗液体中第一设定时间后，向上移动第一支撑组件的距离可以根据清洁槽、晶圆等规格确定，比如，可以设定距离为10mm。
步骤S4：在晶圆被第一支撑组件支撑且晶圆浸没在清洗液体中第二设定时间后，干燥晶圆。
具体地，第二设定时间由工艺需求确定。
本实施例提供的清洗方法，晶圆在清洗槽的清洗槽中，被两个支撑组件交替支撑，由于两个支撑组件在各自支撑晶圆时与晶圆的边缘接触的位置不同，因此可以达到在清洗晶圆的过程中变换支撑组件与晶圆的边缘接触的位置的目的，减小颗粒及污染物在支撑组件与晶圆之间接触点的聚集，结构简单，容易实现，提高了晶圆的清洗效果。
优选地，如图8所示为本发明实施例中干燥晶圆的流程框图，本实施例中，干燥晶圆的方法包括：
步骤S41：以第一设定速率排出清洗槽中的清洗液体，同时向清洗槽中通入第一干燥气体。
具体地，第一设定速率由工艺需求确定。
步骤S42：当清洗液体的液面下降至第一排空位置时，向上移动第二支撑组件，使第二支撑组件替换第一支撑组件支撑晶圆，向下移动第一支撑组件至初始位，晶圆在清洗槽中的位置保持不变。
步骤S43：当清洗液体的液面下降到与晶圆完全脱离时，以第二设定速率排空清洗槽中的清洗液体，并在清洗液体完全排出后，停止向清洗槽中通入第一干燥气体，并向清洗槽中通入第二干燥气体，第二设定速率大于第一设定速率。
具体地，第二设定速率由工艺需求确定。
步骤S44：向上移动第一支撑组件，使第一支撑组件替换第二支撑组件支撑晶圆，并将第一支撑组件移动至清洗槽中的卸载位，向下移动第二支撑组件至初始位。
本实施例提供的干燥晶圆的方法，在清洗液排出清洗槽的过程中，利用两个支撑组件在各自支撑晶圆时与晶圆的边缘接触的位置不同的特点，变换支撑组件与晶圆的边缘接触的位置，使各个接触点均可以被干燥到，保证了晶圆整体的清洁度。同时，基于清洗液液面与晶圆相对位置的不同，采用了不同的清洗液排放速率，可以在提高清洗速度的同时避免产生水痕。
下面结合图4、图5、图9、图10以及图11对本发明的清洗设备及清洗方法进行详细说明：
本发明包括在槽式清洗设备的清洗槽中装配的第一支撑组件21和第二支撑组件22，第一支撑组件22和第二支撑组件22可以分别通过升降驱动机构控制升降，清洗槽可能承载清洗液体UPW(ultrapure water，超纯水)或者少量的药液以及IPA(Isopropylamine，异丙胺)溶液等清洗液体。具体清洗与干燥过程如下：
1、根据设备工艺要求向清洗槽内注入清洗液体，第二支撑组件22由初始位H上升到装载位L，设备的机械手将晶圆3放在第二支撑组件22上，盖上槽盖，如图4所示。
2、第二支撑组件22下降到初始位H，此时由于第一支撑组件21的支撑点高于第二支撑组件22的支撑点，晶圆3与第二支撑组件22分开，放置在第一支撑组件21上，使处于初始位H的第一支撑组件21替换第二支撑组件22支撑晶圆，完成第一次支撑点变换，此时晶圆3完全浸没在清洗液体内，如图5所示。
3、晶圆3在清洗液体中浸泡第一设定时间后(具体时间可设定)，第二支撑组件22升起使第二支撑组件22替换第一支撑组件21支撑晶圆3，且晶圆3完全浸没在清洗液体中，晶圆3与第一支撑组件21分开，接触点第二次变换，再浸泡第二设定时间后，将晶圆3上与第一支撑组件21的接触点漂洗干净。
4、漂洗完成，打开慢排阀，使清洗液体以第一设定速率缓慢排出，同时通入气态IPA，以便通过马兰哥尼对流原理置换晶圆3表面的清洗液体，实现干燥的目的。当液面下降到第一排空位置a时(如图9所示)，第一支撑组件21升起到第二支撑组件22的位置，使第一支撑组件21替换第二支撑组件22支撑晶圆3，第二支撑组件22下降回到初始位H，此时晶圆3保持不动，但接触点由与第二支撑组件22变到与第一支撑组件21接触，实现第三次变换，如图9所示。
5、液面持续下降，当液面下降到第二排空位置b时，晶圆3完全脱离液面，打开快排阀，以第二设定速率将液体快速排出，如图10所示；当内清洗槽中清洗液体排空后，关闭IPA气体，通入热氮气设定时间(具体时间根据工艺需求设定)，然后关闭。
6、第二支撑组件22上升，使第二支撑组件22替换第一支撑组件21支撑晶圆3，第二支撑组件22上升到卸载位U停止，第一支撑组件21下降回到初始位H，如图11所示，清洗槽的槽盖打开，设备的机械手将干燥后的晶圆3取走，第二支撑组件22下降回到初始位H。一个干燥流程结束。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种晶圆清洗设备，其特征在于，包括：清洗槽和设置在所述清洗槽中两个支撑组件，其中，
所述清洗槽用于盛放清洗液体；
两个所述支撑组件用于交替支撑晶圆。
2.根据权利要求1所述的晶圆清洗设备，其特征在于，还包括：
第一驱动器，用于驱动两个所述支撑组件中的一个移动，以改变两个所述支撑组件的相对位置，使两个所述支撑组件交替支撑所述晶圆。
3.根据权利要求1或2所述的清洗设备，其特征在于，两个所述支撑组件设置为基于所述晶圆的不同位置交替支撑所述晶圆。
4.根据权利要求1或2所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述支撑组件包括多个支撑架，每个所述支撑架均可支撑一所述晶圆，所述支撑架上设置有至少两个支撑部，所述支撑部与所述晶圆接触以支撑所述晶圆。
5.根据权利要求4所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述支撑部上设置有滚轮，所述滚轮与所述晶圆滚动接触。
6.根据权利要求4所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述支撑部的材料包括疏水性材料或导电材料。
7.根据权利要求2所述的晶圆清洗设备，其特征在于，还包括：
第二驱动器，用于驱动所述两个所述支撑组件中的另一个移动。
8.根据权利要求7所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述第一驱动器和所述第二驱动器均包括：
滑块，和与之对应的所述支撑组件连接；
丝杠，与所述滑块相配合；
电机，用于驱动所述丝杠转动。
9.一种晶圆清洗方法，采用权利要求1-8任一项所述的晶圆清洗设备对晶圆进行清洗，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：向清洗槽中注入清洗液体，移动两个支撑组件中的第一支撑组件至所述清洗槽中的装载位，使所述第一支撑组件支撑所述晶圆；
S2：向下移动所述第一支撑组件至所述清洗槽中的初始位，使处于所述初始位的第二支撑组件替换所述第一支撑组件支撑所述晶圆，且所述晶圆完全浸没在所述清洗液体中；
S3：在所述晶圆被所述第二支撑组件支撑且浸没在所述清洗液体中第一设定时间后，向上移动所述第一支撑组件使所述第一支撑组件替换所述第二支撑组件支撑所述晶圆，且所述晶圆完全浸没在所述清洗液体中；
S4：在所述晶圆被所述第一支撑组件支撑且浸没在所述清洗液体中第二设定时间后，排空所述清洗槽中的所述清洗液体，并干燥所述晶圆。
10.根据权利要求9所述的清洗方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
步骤S41：以第一设定速率排出所述清洗槽中的所述清洗液体，同时向所述清洗槽中通入第一干燥气体；
步骤S42：当所述清洗液体的液面下降至第一排空位置时，向上移动所述第二支撑组件，使所述第二支撑组件替换所述第一支撑组件支撑所述晶圆，向下移动所述第一支撑组件至所述初始位，所述晶圆在所述清洗槽中的位置保持不变；
步骤S43：当所述清洗液体的液面下降到与所述晶圆完全脱离时，以第二设定速率排空所述清洗槽中的所述清洗液体，并在所述清洗液体完全排出后，停止向所述清洗槽中通入所述第一干燥气体，并向所述清洗槽中通入第二干燥气体，所述第二设定速率大于所述第一设定速率；
步骤S44：向上移动所述第一支撑组件，使所述第一支撑组件替换所述第二支撑组件支撑所述晶圆，并将所述第一支撑组件移动至所述清洗槽中的卸载位，向下移动所述第二支撑组件至所述初始位。
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