CN112017999B - 晶圆清洗设备及晶圆清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆清洗设备及晶圆清洗方法，晶圆清洗设备包括支撑盘、转轴、位置检测器、调整组件、清洗液喷嘴和控制器，支撑盘用于放置和吸附待清洗的晶圆，转轴与支撑盘连接并能够带动支撑盘旋转；位置检测器用于检测和判断晶圆是否偏离设定位置；调整组件用于移动晶圆以调整晶圆的位置；清洗液喷嘴用于向晶圆喷涂清洗液；控制器分别与支撑盘、转轴、位置检测器、调整组件以及清洗液喷嘴信号连接，用于接收位置检测器反馈的信号，以及控制支撑盘、转轴、调整组件以及清洗液喷嘴动作。本发明公开的晶圆清洗设备能够避免晶圆在清洗时因初始位置误差引起的晶边清洗宽窄不对称，进而避免了在后续工艺过程中造成缺陷，提高了产品良率。

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技术领域，尤其涉及一种晶圆清洗设备及晶圆清洗方法。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

光刻工艺通常包括：光刻胶涂布、曝光及显影，其中，光刻胶涂布通常采用旋转涂布的方式来实现，首先将晶圆固定在旋转涂布机台的旋转吸盘上，在晶圆旋转的状态下，利用离心力的作用使光刻胶均匀涂布在晶圆的表面。但是旋转晶圆的离心力还会使光刻胶流到晶圆边缘，即在晶圆边缘产生光刻胶堆积，形成珠状残余物；光刻胶堆积不仅对后续工艺有负面影响，而且可能造成机台污染，因此在完成光刻胶涂布后，需要进行边缘光刻胶的去除(edge beadremoval，简称EBR)工艺，将堆积在晶圆边缘的珠状残余物去除，即进行晶边清洗。

相关技术中，晶边清洗通常是在涂布机台上进行，先采用喷嘴喷涂清洗液的方式使珠状残余物溶解，然后利用旋转产生的离心力将溶解了的珠状残余物甩除。通常情况下，晶边清洗的宽度可以根据工艺要求在机台上设定，然而，由于机械手臂在操作晶圆的过程中存在误差，可能导致晶边清洗宽窄不对称，若晶边清洗过宽，晶圆内部的有效晶格减少，最终会影响到产品质量；若晶边清洗过窄，晶边区域的珠状残余物没有完全去除，在后续工艺过程中容易造成缺陷，影响产品良率。

发明内容

本发明的第一方面提出了一种晶圆清洗设备，所述晶圆清洗设备包括：

支撑盘，所述支撑盘用于放置和吸附待清洗的晶圆，以水平面为截面，所述支撑盘的截面面积小于所述晶圆的截面面积，所述晶圆部分伸出所述支撑盘；

转轴，所述转轴与所述支撑盘连接并能够带动所述支撑盘旋转；

位置检测器，用于检测和判断所述晶圆是否偏离设定位置；

调整组件，用于移动所述晶圆以调整所述晶圆的位置；

清洗液喷嘴，用于向所述晶圆喷涂清洗液；

控制器，所述控制器分别与所述支撑盘、所述转轴、所述位置检测器、所述调整组件以及所述清洗液喷嘴信号连接，用于接收所述位置检测器反馈的信号，以及控制所述支撑盘、所述转轴、所述调整组件以及所述清洗液喷嘴动作。

本发明的第二方面提出了一种晶圆清洗方法，该晶圆清洗方法通过如上所述的晶圆清洗设备来实施，所述晶圆清洗方法包括如下步骤：

提供待清洗的晶圆，将所述晶圆固定吸附在支撑盘的设定位置处；

转轴带动所述支撑盘及所述晶圆旋转，位置检测器检测所述晶圆的位置是否偏离所述设定位置；

若所述位置检测器检测到所述晶圆位置偏移，所述位置检测器传递信号给控制器，所述控制器传递信号给调整组件；

所述转轴停止转动，所述支撑盘松开所述晶圆，所述调整组件将所述晶圆移动至所述设定位置；

所述支撑盘吸附所述晶圆，所述转轴转动，所述清洗液喷嘴对所述晶圆进行清洗。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明实施方式的晶圆清洗设备的结构示意图；

图2为图1所示的晶圆清洗设备中偏离设定位置的晶圆调整前的位置示意图；

图3为图1所示的晶圆清洗设备中偏离设定位置的晶圆调整后的位置示意图；

图4示意性地示出了根据本发明实施方式的晶圆清洗方法的流程图。

附图标记如下：

10、支撑盘；

20、转轴；

30、位置检测器；

40、调整臂；

50、清洗液喷嘴；51、机械臂；

60、转杯；

70、晶圆。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解的是，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反的，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1-图3所示，根据本发明的实施方式，本发明提出了一种晶圆清洗设备，该晶圆清洗设备包括支撑盘10、转轴20、位置检测器30、调整组件、清洗液喷嘴50以及控制器，其中，支撑盘10用于放置待清洗的晶圆70，并能够将待清洗的晶圆70吸附固定；转轴20与支撑盘10连接并能够带动支撑盘10旋转，进而带动支撑盘10上的晶圆70旋转；位置检测器30用于检测和判断晶圆70是否偏离设定位置；调整组件用于移动晶圆70以调整晶圆70的位置；清洗液喷嘴50用于向晶圆70喷涂清洗液；控制器分别与支撑盘10、转轴20、位置检测器30、调整组件以及清洗液喷嘴50信号连接，用于接收位置检测器30反馈的信号，以及控制支撑盘10、转轴20、调整组件以及清洗液喷嘴50动作。

具体地，当晶圆70放在支撑盘10上时，支撑盘10与晶圆70的底部通过真空吸附的方式连接，以水平面为截面，支撑盘10的截面面积小于晶圆70的截面面积，故晶圆70部分伸出支撑盘10，需要说明的是，水平面指的是晶圆70被吸附后所处的平面。示例性地，如图2或图3所示，晶圆70的截面形状为圆形，支撑盘10的截面形状也设置为圆形，支撑盘10吸附在晶圆70的底部时，且在竖直方向上，晶圆70的圆心的投影可以与支撑盘10的圆心重合。

在涂布工序中需要通过晶圆70旋转进行匀胶，使光刻胶在晶圆70的上表面成膜；在清洗工序中需要通过晶圆70旋转使清洗液均匀喷涂到需要清洗的部位，因此支撑盘10下方与转轴20连接，连接方式可以设置为固定连接，可以理解的是，晶圆清洗设备还包括用于带动转轴20转动的电机，转轴20的一端与支撑盘10连接，另一端与电机传动连接，转轴20带动支撑盘10以及吸附在支撑盘10上的晶圆70旋转，以满足工艺需求。

清洗液喷嘴50可以安装在支撑盘10的上方，或者可以移动至支撑盘10的上方，清洗液喷嘴50能够对准晶圆70待清洗的边缘以喷涂清洗液。此外，在支撑盘10和清洗液喷嘴50外侧还设置有收集清洗液、防止清洗液溅出污染设备的转杯60。

本实施例中，位置检测器30用于检测和判断晶圆70是否偏离设定位置，在上述实施方式的基础上，以支撑盘10设置为圆形为例进行描述，设定位置可以设置为：晶圆70的圆心在支撑盘10上的投影与支撑盘10的圆心重合，也就是说，当晶圆70在支撑盘10上处于设定位置时，晶圆70的圆心应当与支撑盘10的圆心位于同一竖直线上。如图2所示，若位置检测器30检测到晶圆70的圆心在支撑盘10上的投影没有与支撑盘10的圆心重合，或者检测到晶圆70边缘上的任意两个点到支撑盘10的圆心的距离不相等时，则可以判断出晶圆70偏离设定位置。具体地，位置检测器30可以设置为传感器或视觉相机。

在上述实施方式的基础上，位置检测器30检测到的数据信号可以传递给与位置检测器30信号连接的控制器，控制器接收到信号后，控制与其信号连接的其他装置动作，示例性地，控制器接收到晶圆70位置偏移的信息后，可以控制调整组件对晶圆70的位置进行调整。

调整组件能够对晶圆70的位置进行调整，示例性地，调整组件可以包括有驱动装置以及与驱动装置连接的机械臂，驱动装置驱动机械臂抓取晶圆70，并根据接收到的位置偏移信息将晶圆70移动至设定的位置。调整组件可以设置在晶圆70下方，也可以设置在晶圆70上方。本实施例中，调整组件的设置保证了在确认晶圆70偏移后对晶圆70的位置进行及时调整，避免了后续因晶圆70偏移导致的晶边清洗宽窄不对称。

综上所述，本发明提出的晶圆清洗设备通过设置位置检测器30对晶圆70的位置进行检测，并判断晶圆70是否偏离设定位置，通过设置控制器接收晶圆70的位置信号并传递给调整组件，通过设置调整组件根据位置信号移动晶圆70，从而将晶圆70调整至设定位置，由此，避免了晶圆70在清洗时因初始位置误差引起的晶边清洗宽窄不对称，进而避免了在后续工艺过程中造成缺陷，提高了产品良率。

进一步地，清洗液喷嘴50设置在支撑盘10的上方，清洗液喷嘴50可以在晶圆70的上方移动，当需要对晶圆70进行清洗时，清洗液喷嘴50移动至对准晶圆70待清洗的部位，从而使喷出的清洗液与晶圆70的待清洗的部位接触，对晶圆70上的光刻胶进行清洗。

在上述实施方式的基础上，晶圆清洗设备还包括机械臂51，机械臂51与清洗液喷嘴50连接，以带动清洗液喷嘴50移动。具体地，如图1所示，机械臂51以及与其相连接的清洗液喷嘴50位于晶圆70的上方，当需要对晶圆70进行清洗时，机械臂51移动，并带动清洗液喷嘴50移动至待清洗的部位的上方，使清洗液喷嘴50喷出的清洗液落在晶圆70待清洗的部位。

此外，本实施例提出的晶圆清洗设备还包括用于清洗晶圆70背面的清洗装置，该清洗装置包括喷嘴和喷嘴支架，如图1所示，喷嘴喷涂的方向为朝向晶圆70的边缘的方向，喷嘴支架和喷嘴位于支撑盘10下方，喷嘴倾斜设置，且喷出的清洗液与竖直方向形成一个锐角，使清洗液能够喷洒到晶圆70伸出支撑盘10的部位，即能够喷洒到晶圆70的边缘及靠近边缘的底部，从而清洗晶圆70的背面

进一步地，喷嘴的数量设置为一个或多个，在上述实施方式的基础上，当喷嘴设置为一个时，该喷嘴可以设置在晶圆70下方的任意位置，在清洗过程中晶圆70旋转，从而使清洗液喷洒在晶圆70的边缘；当喷嘴设置为多个时，多个喷嘴可以在晶圆70下方绕转轴20均匀排布，从而提高清洗液喷涂的效率。

在一些可能的实施方式中，位置检测器30可以设置为传感器，也可以设置为视觉相机，示例性地，位置检测器30可以设置为光学传感器、接近传感器或激光传感器。以光学传感器为例，光学传感器通过光量检测和判断晶圆70的位置是否偏移，本实施例中光学传感器的分辨率精度可以为0.01mm及以下，保证了对晶圆70位置的精确识别。

具体地，如图1所示，光学传感器固定设置在晶圆70的上方，光学传感器发出的光线垂直射在晶圆70边界线所在的部分上表面，在晶圆70旋转时，晶圆70上被光学传感器光线覆盖的位置不断变化，若晶圆70的位置偏离了设定位置，则晶圆70会相对支撑盘10发生偏心旋转，此时，经过光线覆盖区域的不同部位的面积不相同，也就是说，光学传感器接收到的不同部位反射的光线量不同，从而能够判断出晶圆70偏离设定位置，并计算出偏移的方向和偏移量。光学传感器无需与晶圆70接触，可以快速判断晶圆70位置是否偏移，同时快速测量晶圆70的偏移方向和偏移量，从而便于后续及时对晶圆70的位置进行调整。

光学传感器将信号反馈给控制器后，控制器控制调整组件对晶圆70的位置进行调整，示例性地，调整组件包括电机组和至少一个调整臂40，调整臂40设置在晶圆70下方并能够吸附晶圆70伸出支撑盘10的部位，如图1所示，本实施例中调整臂40设置在晶圆70下方，调整臂40与晶圆70连接的方式可以为吸附连接，具体地，调整臂40靠近晶圆70的一端可以设置有真空吸附盘，当调整臂40需要移动晶圆70时，调整臂40通过真空吸附盘吸附在晶圆70的下表面。需要说明的是，由于晶圆70由支撑盘10吸附固定，因此调整臂40与晶圆70吸附连接的部位为晶圆70伸出支撑盘10的部位。

在上述实施方式的基础上，电机组与调整臂40传动连接，为调整臂40提供驱动力；进一步地，电机组包括与调整臂40传动连接的X轴电机和Y轴电机，X轴电机用于带动调整臂40在X轴上移动，Y轴电机用于带动调整臂40在Y轴上移动。具体地，本实施例中X轴和Y轴相互垂直且位于同一水平面，X轴和Y轴所在的水平面平行于晶圆70所在的水平面，也就是说，调整臂40可以带动晶圆70在水平面上沿X轴和Y轴的方向移动，从而调整晶圆70相对于支撑盘10的位置，使晶圆70移动至设定位置。

进一步地，调整臂40的数量可以设置为一个或多个，示例性地，调整臂40设置有三个，且三个调整臂40绕转轴20均匀排布，即每两个调整臂40之间的夹角为120°，将调整臂40的数量设置为三个，保证了在调整晶圆70时的晶圆70的稳定性，避免晶圆70因受力不均发生脱落。

如图4所示，本发明另外提出了一种晶圆清洗方法，该晶圆清洗方法通过如上的晶圆清洗设备来实施，晶圆清洗方法包括如下步骤：

提供待清洗的晶圆70，将晶圆70固定吸附在支撑盘10的设定位置处；以支撑盘10设置为圆形为例，本步骤中，可以将晶圆70固定吸附在支撑盘10的圆心，使晶圆70的圆心的投影与支撑盘10的圆心重合。

转轴20带动支撑盘10及晶圆70旋转，位置检测器30检测晶圆70的位置是否偏离设定位置；由于放置晶圆70时可能存在操作误差，故本步骤中需要在晶圆70旋转的状态下，利用位置检测器30对晶圆70的位置进行检测，判断晶圆70吸附固定后是否还处于设定位置。

若位置检测器30检测到晶圆70位置偏移，位置检测器30传递信号给控制器，控制器传递信号给调整组件；需要说明的是，位置检测器30可以对晶圆70的位置进行实时检测。

转轴20停止转动，支撑盘10松开晶圆70，调整组件将晶圆70移动至设定位置；本步骤中，接收到晶圆70位置偏移的信号后，控制器传递停止转动的信号给转轴20，传递松开吸附的信号给支撑盘10，便于后续调整组件对晶圆70进行移动和调整。

支撑盘10吸附晶圆70，转轴20转动，清洗液喷嘴50对晶圆70进行清洗。需要说明的是，当调整组件将晶圆70的位置调整完成后，可以利用位置检测器30再次进行检测，直至晶圆70的位置无需调整为止，控制器指示支撑盘10吸附，指示转轴20转动，指示清洗液喷嘴50开始喷涂清洗液，对晶圆70进行清洗。

根据本发明提出的晶圆清洗方法，利用位置检测器30对晶圆70的位置进行检测，判断出晶圆70是否偏离设定位置，若偏离设定位置则反馈信号给控制器，控制器将信号传递给调整组件，调整组件根据信号移动晶圆70，将晶圆70调整至设定位置，位置调整完成后打开清洗液喷嘴50进行清洗，由此避免了晶圆70在清洗时因初始位置误差引起的晶边清洗宽窄不对称，进而避免了在后续工艺过程中造成缺陷，提高了产品良率。

进一步地，在上述位置检测器30向控制器传递信号的步骤中，所传递的信号包括晶圆70的位置偏移方向及位置偏移量，从而便于调整组件根据上述位置偏移方向和位置偏移量对晶圆70进行调整。

进一步地，调整组件包括X轴电机、Y轴电机和调整臂40，在上述调整组件将晶圆70移动至设定位置的步骤中，先利用调整臂40吸附晶圆70；如果晶圆70在X轴方向和Y轴方向均发生偏移，则调整臂40在X轴电机和Y轴电机带动下依次沿X轴和Y轴移动，将晶圆70移动至设定位置；如果晶圆70在只X轴方向发生了偏移，则调整臂40在X轴电机带动下沿X轴移动，将晶圆70移动至设定位置；如果晶圆70在只Y轴方向发生了偏移，则调整臂40在Y轴电机带动下沿Y轴移动，将晶圆70移动至设定位置。当位置调整完成后，调整臂40松开晶圆70。

在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

Claims (9)

1.一种晶圆清洗设备，其特征在于，包括：

支撑盘，所述支撑盘用于放置和吸附待清洗的晶圆，以水平面为截面，所述支撑盘的截面面积小于所述晶圆的截面面积，所述晶圆部分伸出所述支撑盘；

转轴，所述转轴与所述支撑盘连接并能够带动所述支撑盘旋转；

位置检测器，用于检测和判断所述晶圆是否偏离设定位置；

调整组件，用于移动所述晶圆以调整所述晶圆的位置；

清洗液喷嘴，用于向所述晶圆喷涂清洗液；

控制器，所述控制器分别与所述支撑盘、所述转轴、所述位置检测器、所述调整组件以及所述清洗液喷嘴信号连接，用于接收所述位置检测器反馈的信号，以及控制所述支撑盘、所述转轴、所述调整组件以及所述清洗液喷嘴动作；

所述调整组件包括电机组和至少一个调整臂，所述调整臂设置在所述晶圆下方并能够吸附所述晶圆伸出所述支撑盘的部位，所述电机组与所述调整臂传动连接，所述调整臂用于调整所述晶圆相对于所述支撑盘的位置。

2.根据权利要求1所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述清洗液喷嘴设置在所述支撑盘的上方。

3.根据权利要求2所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述晶圆清洗设备还包括机械臂，所述机械臂与所述清洗液喷嘴连接，以带动所述清洗液喷嘴移动。

4.根据权利要求1所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述位置检测器为光学传感器，所述光学传感器设置在所述晶圆的上方，用于在所述晶圆旋转时检测所述晶圆是否偏离所述设定位置。

5.根据权利要求1所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述电机组包括与所述调整臂传动连接的X轴电机和Y轴电机，所述X轴电机用于带动所述调整臂在X轴上移动，所述Y轴电机用于带动所述调整臂在Y轴上移动。

6.根据权利要求5所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述调整臂的数量为三个，三个所述调整臂绕所述转轴均匀排布。

7.一种晶圆清洗方法，该晶圆清洗方法通过如权利要求1-6任一项所述的晶圆清洗设备来实施，其特征在于，所述晶圆清洗方法包括如下步骤：

提供待清洗的晶圆，将所述晶圆固定吸附在支撑盘的设定位置处；

转轴带动所述支撑盘及所述晶圆旋转，位置检测器检测所述晶圆的位置是否偏离所述设定位置；

若所述位置检测器检测到所述晶圆位置偏移，所述位置检测器传递信号给控制器，所述控制器传递信号给调整组件；

所述转轴停止转动，所述支撑盘松开所述晶圆，所述调整组件将所述晶圆移动至所述设定位置；

所述支撑盘吸附所述晶圆，所述转轴转动，所述清洗液喷嘴对所述晶圆进行清洗。

8.根据权利要求7所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述位置检测器传递的信号包括所述晶圆的位置偏移方向及位置偏移量。

9.根据权利要求8所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述调整组件将所述晶圆移动至所述设定位置包括：

所述调整组件的调整臂吸附所述晶圆；

所述调整臂在所述调整组件的X轴电机带动下沿X轴移动和/或Y轴电机带动下沿Y轴移动，以带动所述晶圆移动至所述设定位置；

所述调整臂松开所述晶圆。

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