CN111146116A

CN111146116A - 一种晶圆清洗方法和晶圆后处理装置

Info

Publication number: CN111146116A
Application number: CN201911189600.6A
Authority: CN
Inventors: 许振杰; 贾弘源
Original assignee: Huahaiqingke Co Ltd
Current assignee: Huahaiqingke Co Ltd
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2020-05-12
Anticipated expiration: 2039-11-28
Also published as: CN111146116B

Abstract

本发明提供了一种晶圆清洗方法和晶圆后处理装置，其中方法包括：利用标定过程确定的两个清洗刷与晶圆同时接触的零点位置控制所述两个清洗刷移动至相应的清洗位置；然后按照预设工艺流程控制所述两个清洗刷在所述清洗位置对晶圆的正反两面分别进行滚动刷洗。

Description

一种晶圆清洗方法和晶圆后处理装置

技术领域

本发明属于化学机械抛光后清洗技术领域，尤其涉及一种晶圆清洗方法和晶圆后处理装置。

背景技术

化学机械抛光(Chemical Mechanical Planarization,CMP)是一种全局平整化的超精密表面加工工艺。由于化学机械抛光中大量使用的化学试剂和研磨剂会在抛光完成后在晶圆表面残留大量的研磨颗粒和研磨副产物等污染物，这些污染物会对后续工艺产生不良影响，并可能导致晶圆良率损失。所以在化学机械抛光之后需要引入后处理工艺，后处理工艺一般由清洗和干燥组成，以提供光滑洁净的晶圆表面。

在通常的后处理工艺中，湿式清洗较为常用，其一方面利用机械作用使晶圆表面的污染物脱离并进入清洗液中，另一方面利用清洗液与晶圆表面的污染物发生化学反应使其溶解到清洗液中，从而实现从晶圆表面去除污染物。目前常见的晶圆清洗设备包括并列的数个清洗模块和烘干模块以使晶圆依次通过，晶圆竖直放入清洗模块的腔室中利用清洗刷进行刷洗，刷洗完毕后再送入烘干模块进行烘干。清洗刷对晶圆表面的接触压力和接触面积会影响清洗效果需要进行控制，然而现有技术一般是在装机前人工调校清洗刷的结构、移动参数等，使用中出现问题再由人工维护，无法对清洗刷进行实时的调节控制，会造成随着使用时间增长清洗效果变差的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种晶圆清洗方法和晶圆后处理装置，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明实施例的第一方面提供了一种晶圆清洗方法，包括：

利用标定过程确定的两个清洗刷与晶圆同时接触的零点位置控制所述两个清洗刷移动至相应的清洗位置；

按照预设工艺流程控制所述两个清洗刷在所述清洗位置对晶圆的正反两面分别进行滚动刷洗。

本发明实施例的第二方面提供了一种晶圆后处理装置，包括：

第一清洗刷，用于对晶圆正面进行刷洗；

第二清洗刷，用于对晶圆反面进行刷洗；

控制模块，用于利用标定过程确定的两个清洗刷与晶圆同时接触的零点位置控制所述两个清洗刷移动至相应的清洗位置；并按照预设工艺流程控制所述两个清洗刷在所述清洗位置对晶圆的正反两面分别进行滚动刷洗。

本发明实施例的第三方面提供了一种控制模块，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述晶圆清洗方法的步骤。

本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述晶圆清洗方法的步骤。

本发明的有益效果是：利用标定过程确定的位置控制清洗刷移动到位后再对晶圆进行刷洗，实现了清洗的自动控制，改善了清洗效果。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，但这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：

图1是本发明一实施例提供的晶圆后处理装置的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的晶圆后处理装置的工作过程简化示意图；

图3是本发明一实施例提供的晶圆后处理装置的工作过程简化示意图；

图4是本发明一实施例提供的晶圆清洗方法的流程示意图；

图5是本发明一实施例提供的晶圆清洗方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

在本申请中，晶圆(wafer)也称为基板(substrate)，其含义和实际作用等同。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

如图1所示，本发明一实施例提供的晶圆后处理装置包括：

第一清洗刷1，用于对晶圆正面进行刷洗；

第二清洗刷2，用于对晶圆反面进行刷洗；

第一清洗刷1连接用以驱动其转动的第一转动电机3，第二清洗刷2连接用以驱动其转动的第二转动电机4，第一清洗刷1和第二清洗刷2分别通过各自的连接板与直线驱动机构5连接以使第一清洗刷1和第二清洗刷2沿水平方向相向或相背移动。另外，通过支撑滚轮6支起晶圆并带动晶圆沿周向旋转。清洗晶圆时，喷头(未示出)向晶圆表面喷洒清洗液，清洗液由供液管路(未示出)输送。以上所述各机构均设置于清洗槽(未示出)中以在封闭环境内对晶圆进行清洗。

所述清洗刷为可转动的滚动式清洗刷。滚动式清洗刷可以设置在固定的位置上，并在转动电机的带动下，通过转动的方式对晶圆的表面进行刷洗。由于滚动式清洗刷设置在固定的位置上，因此其与晶圆表面的距离可以得到精确控制。所述清洗刷成对并列设置于晶圆的两面，并在清洗时对晶圆的正反两面同时进行清洗。在滚动式清洗刷转动的同时，可以同时转动晶圆，以实现对晶圆不同位置的清洗。

如图1所示，使用清洗刷对晶圆进行清洗的过程主要包括：

先将化学机械抛光后的晶圆放入清洗槽中，使用由直线驱动机构5带动的一对并列设置的滚动式清洗刷对晶圆的正反两面同步进行清洗，同时由喷头喷洒清洗液对晶圆表面进行冲洗，清洗液由清洗液供给源(未示出)通过供液管路供给，之后使用喷头喷洒去离子水冲洗晶圆表面，最后对晶圆进行干燥。上述滚动式清洗刷由转动电机带动转动，且两个清洗刷的转动方向相反。示例性的，如图2和图3所示，第一清洗刷1顺时针转动，第二清洗刷2逆时针转动。在清洗刷转动的同时，晶圆由位于边缘侧的支撑滚轮6支撑并带动旋转，从而使得清洗刷的清洗范围覆盖整个晶圆。

在上述清洗过程中，清洗刷与晶圆表面的距离决定了清洗刷对晶圆表面的接触压力和接触面积，对于清洗效果有直接影响。当清洗刷在晶圆表面的接触压力和接触面积变大时，增加了清洗刷的转动阻力，从而使得带动清洗刷转动的转动电机的电机负载也会随之变大。因此，决定清洗刷清洗效果的清洗刷对晶圆表面的接触压力和接触面积可以由转动电机的电机负载来表征。

在本发明的一个实施例中，晶圆后处理装置还包括：

如图4所示，本发明实施例提供了一种晶圆清洗方法，清洗过程包括：

步骤S1，利用标定过程确定的两个清洗刷与晶圆同时接触的零点位置控制所述两个清洗刷移动至相应的清洗位置；

步骤S2，按照预设工艺流程控制所述两个清洗刷在所述清洗位置对晶圆的正反两面分别进行滚动刷洗。

本实施例中利用标定过程确定的位置控制清洗刷移动到位后再对晶圆进行刷洗，实现了清洗的自动控制，改善了清洗效果。

如图5所示，在本发明的一个实施例中，标定过程包括：

步骤S11，在两个清洗刷从初始位置边转动边移向晶圆的过程中，获取两个清洗刷各自的电机负载。如图2所示，第一清洗刷1按照第一角速度ω₁、第一移动速度V₁的方式向晶圆移动，第二清洗刷2按照第二角速度ω₂、第二移动速度V₂的方式向晶圆移动，在此移动过程中获取两个清洗刷的电机负载。一般来说，ω₁＝ω₂，V₁＝V₂。

步骤S12，根据所述电机负载变化，检测两个清洗刷是否同时与晶圆接触。

步骤S13，若检测到两个清洗刷同时与晶圆接触，则获取两个清洗刷同时与晶圆接触的位置作为所述零点位置。如图3所示为第一清洗刷1和第二清洗刷2同时与晶圆接触的示意图，图3中所示两个清洗刷的位置可以理解为零点位置。另外，零点位置可以通过多次标定过程记录的与晶圆接触的清洗刷位置确定。示例性的，计算多次记录的清洗刷位置的均值作为零点位置，或者，去除多次记录的清洗刷位置中的异常值后计算均值作为零点位置，或者，还可以利用正态分布理论计算多次记录的清洗刷位置的统计值作为零点位置。

在一个实施例中，标定过程还包括：

步骤S14，若检测到两个清洗刷不能同时与晶圆接触，则发出异常报警。

具体地，在步骤S11中，清洗刷的电机负载为带动清洗刷转动的转动电机的负载。第一清洗刷1的电机负载为第一转动电机3的电机负载。第二清洗刷2的电机负载为第二转动电机4的电机负载。电机负载可以由实时采集的负载值表示，也可以由预设时间间隔内采集的负载均值表示。通过采集清洗刷随时间变化的电机负载，可以得到清洗刷的电机负载随时间的变化关系曲线。

可以理解的是，由于随着清洗刷接近晶圆，其形变导致的摩擦力增大使清洗刷的电机负载随之增大，通过检测清洗刷的电机负载的变化，能够确定清洗刷是否与晶圆接触，进而，可以判断在一段时间段内两个清洗刷是否均与晶圆接触上，也就是检测两个清洗刷是否同时与晶圆接触。

步骤S12中所述的两个清洗刷同时与晶圆接触是指在同一时间段内两个清洗刷均能够与晶圆接触，例如在0.5s内检测到两个清洗刷均与晶圆接触上即认为满足两个清洗刷同时与晶圆接触的条件，而不仅仅指两个清洗刷必须在同一时刻点接触上晶圆才算是同时接触。

步骤S13中获取两个清洗刷同时与晶圆接触的零点位置，可以通过多种方式实现包括：记录直线驱动机构5的马达输出数据例如编码器的数值；或者，利用光栅尺对清洗刷进行定位；或者，还可以利用激光测距得到清洗刷的位置。

进一步地，若检测到两个清洗刷同时与晶圆接触，则判定清洗刷运行正常，否则按照步骤S14发出异常报警。

步骤S14具体为在一定时间段内无法检测到两个清洗刷均与晶圆接触上，例如在0.5s内检测到一个清洗刷与晶圆接触但是另一个清洗刷一直没有与晶圆接触，则认为需要对清洗刷的初始位置或机械部件进行调整或需要更换清洗刷，控制装置发出异常报警以通知操作人员进行检修调整。

由于清洗刷是成对并列设置的，当两个清洗刷能够同时与晶圆接触时其在清洗过程中对晶圆的两面所施加的压力也相互抵消，否则会造成一面的压力过大而导致晶圆变形碎裂，故需要进行监测报警。

在本发明的一个实施例中，根据标定过程得到的零点位置确定清洗过程中所需的清洗位置。所述清洗位置为所述零点位置或者所述两个清洗刷从所述零点位置再相向移动预设距离的位置。

当在标定过程中检测到两个清洗刷同时与晶圆接触时，记录零点位置。可以直接采用此零点位置作为工艺生产中的清洗位置，还可以控制两个清洗刷继续相向移动预设距离后的位置作为清洗位置从而使两个清洗刷夹紧晶圆。

在本发明的一个实施例中，判断清洗刷是否与晶圆接触包括：

1)动态测量清洗刷的电机负载，计算与空转时电机负载的差值；

2)判断所述差值是否在预设范围内；

3)若所述差值在预设范围内，则判定对应清洗刷与晶圆接触。

如图2所示，所述空转是指清洗刷在与晶圆不接触时仍按照刷洗时的速度匀速旋转。空转时电机负载为与晶圆不接触时旋转的清洗刷的电机负载。

可以理解的是，电机负载存在一个适当的范围以使清洗刷与晶圆达到一个合适的距离，从而获得合适的清洗刷对晶圆表面的接触压力和接触面积，取得最佳的清洗效果。

具体地，判定两个清洗刷同时与晶圆接触需要同时满足下述公式1和公式2。

作为示例，第一清洗刷1与晶圆接触的条件包括：

||M₁-m₁|-M_S1|≤ΔM₁；——(公式1)

其中，M₁为第一清洗刷空转时的电机负载，m₁为动态测量的第一清洗刷的电机负载；M_S1为第一设定值；ΔM₁为第一设定误差。由于m₁会随时间变化，需要进行监测。

作为示例，第二清洗刷2与晶圆接触的条件包括：

||M₂-m₂|-M_S2|≤ΔM₂；——(公式2)

其中，M₂为第二清洗刷空转时的电机负载，m₂为动态测量的第二清洗刷的电机负载；M_S2为第二设定值；ΔM₂为第二设定误差。由于m₂会随时间变化，需要进行监测。

第一设定值M_S1、第一设定误差ΔM₁、第二设定值M_S2以及第二设定误差ΔM₂均为经验值。作为示例，通过收集大量同类型清洗刷在最佳清洗效果时段内的电机负载变化数据，确定变化范围从而得到合适的经验值。

第一设定值M_S1表征第一清洗刷空转时的电机负载与第一清洗刷和晶圆处于适当的接触距离时的电机负载之间的负载差值的理论设定值。

第一设定误差ΔM₁表征第一清洗刷在空转与适当接触两个状态之间，实际测量的负载差值与理论设定值之间的理论允许误差。

第二设定值M_S2表征第二清洗刷空转时的电机负载与第二清洗刷和晶圆处于适当的接触距离时的电机负载之间的负载差值的理论设定值。

第二设定误差ΔM₂表征第二清洗刷在空转与适当接触两个状态之间，实际测量的负载差值与理论设定值之间的理论允许误差。

当第一清洗刷、第二清洗刷与晶圆接触时，驱动清洗刷的电机负载增加，当两个电机负载增量同时到达设定的范围内时，确认此位置为清洗刷同时与晶圆刚好接触的位置。

为了便于理解，下面以一个具体操作过程对标定过程进行说明，包括：

(1)当第一清洗刷1和第二清洗刷2都处于不接触晶圆的状态，清洗刷空转，收集此时两个清洗刷的电机负载M₁、M₂。

(2)第一清洗刷1和第二清洗刷2转动并以较慢的接近速度接近旋转的晶圆。

(3)第一清洗刷1和第二清洗刷2在接近过程中，实时收集电机负载，并实时计算时间间隔Δt内的电机负载的均值m₁、m₂。

(4)当满足清洗刷与晶圆接触的判定条件时，记录此时清洗刷的位置。

(5第一清洗刷1和第二清洗刷2张开恢复到初始位置，重复(1)至(4)流程N次。

(6)将N次记录的清洗刷位置计算均值，此均值设定为两个清洗刷同时与晶圆刚好接触的零点位置，在工艺生产中使用此零点位置控制清洗刷的移动。

本发明实施例解决了两个清洗刷的实际对称中心不一定与晶圆重合即第一清洗刷1和第二清洗刷2很可能不同时接触到晶圆的问题。如果以第一清洗刷1和第二清洗刷2的实际对称中心作为零点位置，可能会导致一侧清洗刷接触晶圆太多，甚至损坏晶圆。本发明实施例中，如果无法找到满足判定条件的位置，则证明两个清洗刷的对称中心与晶圆偏差过大，需要调整硬件，能够实现对硬件误差的纠正功能。

本发明实施例还提供了一种控制模块，包括：处理器、存储器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序。处理器执行计算机程序时实现如上述方法实施例中所述的各实施例中的步骤，例如图4所示的步骤S1至S2。

所述控制模块是指具有数据处理能力的终端，包括但不限于计算机、工作站、服务器等。所称处理器可以是中央处理单元，还可以是其他通用处理器。所述存储器可以是所述控制模块的内部存储单元，也可以是所述控制模块的外部存储设备。存储器用于存储所述计算机程序以及所述控制模块所需的其他程序和数据。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述方法实施例中所述的各实施例中的步骤，例如图4所示的步骤S1至步骤S2。

所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，所述计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘等。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，各实施例可以任意组合，组合后形成的新的实施例也在本申请的保护范围之内。某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种晶圆清洗方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述标定过程包括：

在两个清洗刷从初始位置边转动边移向晶圆的过程中，获取两个清洗刷各自的电机负载；

根据所述电机负载变化，检测两个清洗刷是否同时与晶圆接触；

若检测到两个清洗刷同时与晶圆接触，则获取两个清洗刷同时与晶圆接触的位置作为所述零点位置。

3.如权利要求2所述的晶圆清洗方法，其特征在于，判断清洗刷是否与晶圆接触包括：

动态测量清洗刷的电机负载，计算与空转时电机负载的差值；

判断所述差值是否在预设范围内；

若所述差值在预设范围内，则判定对应清洗刷与晶圆接触。

4.如权利要求2所述的晶圆清洗方法，其特征在于，第一清洗刷与晶圆接触的条件包括：

||M₁-m₁|-M_S1|≤ΔM₁；

其中，M₁为第一清洗刷空转时的电机负载，m₁为动态测量的第一清洗刷的电机负载；M_S1为第一设定值；ΔM₁为第一设定误差。

5.如权利要求2所述的晶圆清洗方法，其特征在于，第二清洗刷与晶圆接触的条件包括：

||M₂-m₂|-M_S2|≤ΔM₂；

其中，M₂为第二清洗刷空转时的电机负载，m₂为动态测量的第二清洗刷的电机负载；M_S2为第二设定值；ΔM₂为第二设定误差。

6.如权利要求2所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述两个清洗刷同时与晶圆接触为：在同一时间段内两个清洗刷均能够满足与晶圆接触的条件。

7.如权利要求1至6任一项所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述清洗位置为所述零点位置或者所述两个清洗刷从所述零点位置再相向移动预设距离的位置。

8.一种晶圆后处理装置，其特征在于，包括：

第一清洗刷，用于对晶圆正面进行刷洗；

第二清洗刷，用于对晶圆反面进行刷洗；

9.一种控制模块，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述方法的步骤。