CN112038270B - 一种晶圆加工装置及加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种晶圆加工装置，包括清洗箱，清洗箱内壁滑动连接有密封盖，密封盖的中部设有连接杆，连接杆的下端通过连接球转动连接夹持机构，夹持机构内夹持有待清洗的晶圆片，清洗箱下端内壁两侧设有用于搅动清洗箱内清洗液的转动机构。本发明所提供的晶圆加工装置及加工方法，通过湿法化学清洗和超声清洗相结合对晶圆片进行清洗工作，再辅以加热、搅拌进一步提高对晶圆的清洗效果，在加热、搅拌的基础上再次融入通气件，使得在加热、搅拌的过程中，同时能够产生更多的气泡附着在晶圆表面并破裂，实现对晶圆表面附着物的清理，提高了对晶圆表面的清洗效果，通过抽真空的方式对未破裂的气泡进行加压破裂，保障对晶圆表面的清洗效果。

Description

一种晶圆加工装置及加工方法
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域，尤其涉及一种晶圆加工装置及加工方法。
背景技术
晶圆是指制作硅半导体积体电路所用的硅晶片，硅晶棒在经过研磨，抛光，切片后，形成硅晶圆片，也就是晶圆，因此晶圆的加工需要经过切片、磨片、抛光、增层、光刻等等步骤，而在这些大步骤中，还会参入清洗步骤，将晶圆在磨片等步骤中附着的杂质冲洗干净，对晶圆清洗效果的好坏直接影响到器件的成品率、性能和可靠性，因此，清洗步骤既频繁又尤为重要，但是现有对晶圆清洗的装置在实际使用时存在一定的弊端。
对晶圆清洗一般采用湿法化学清洗、超声波清洗、旋转喷淋清洗、气相清洗等，但是现有的晶圆清洗装置其采用的清洗方式单一、多样清洗方式清洗需要不同的步骤、步骤繁琐、清洗效果一般。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种晶圆加工装置及加工方法，其能够很好的解决上述现有晶圆清洗装置在使用时存在的上述问题。
（二）技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种晶圆加工装置，包括清洗箱，所述清洗箱内壁滑动连接有密封盖，所述密封盖的中部设有连接杆，所述连接杆的下端通过连接球转动连接夹持机构，所述夹持机构内夹持有待清洗的晶圆片，所述清洗箱下端内壁两侧设有用于搅动清洗箱内清洗液的转动机构，所述清洗箱下端内壁的中部设有用于超声清洗所述晶圆片的超声发生器。
所述夹持机构包括与所述连接球下端相连接的夹持筒，所述夹持筒内部沿其周向方向均匀设有夹持爪，所述夹持爪包括滑动穿过所述夹持筒上端的滑杆，所述滑杆下端设有上橡胶块，所述上橡胶块和所述夹持筒上端内壁之间设有第一弹簧。
所述夹持机构还包括设置在所述夹持筒下端内壁，并与所述滑杆相对应的伸缩杆，所述伸缩杆内设有第二弹簧，所述伸缩杆上端设有与所述上橡胶块相对应的下橡胶块。
作为本发明的一种优选技术方案，所述转动机构包括倾斜设置在所述清洗箱下端内壁的支撑杆，所述支撑杆的上端通过轴承连接有风扇头，所述风扇头的外端侧壁连接有扇叶，所述扇叶的下端设置有加热片，所述风扇头的下端设有与所述支撑杆相适应的从动齿轮，所述从动齿轮的侧壁啮合有主动齿轮，所述主动齿轮通过联轴器与驱动电机的输出轴相连接，且所述驱动电机设置在所述清洗箱的下端内壁。
作为本发明的一种优选技术方案，所述扇叶的内部设有与所述支撑杆的中部相连通的气槽，所述扇叶上端均匀设有与所述气槽相连通的排气孔，且所述气槽和所述排气孔的连接处设有单向阀。
作为本发明的一种优选技术方案，所述夹持筒下端沿所述夹持筒的中心线中心对称设有导流件，所述导流件共设有两个，所述导流件包括沿顺时针方向逐渐增大的多个导流板。
作为本发明的一种优选技术方案，所述夹持筒侧壁与所述上橡胶块和所述下橡胶块相适应的位置设有用于放置所述晶圆片的半环槽。
作为本发明的一种优选技术方案，周向设置的滑杆在超出所述夹持筒上端的一侧均与连接环相连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述清洗箱下端内壁还设有防护板，且所述防护板与所述超声发生器、所述转动机构相适应，所述防护板上均匀设有从上至下直径逐渐减小的镂孔。
作为本发明的一种优选技术方案，所述连接杆的中部设有排气槽，所述连接杆位于密封盖下端的外侧壁设有用于将所述排气槽和所述清洗箱内部相连通的连通孔。
本发明还提供一种晶圆加工装置的加工方法，所述加工方法包括如下步骤：
S1、晶圆片安装：向上拉动连接环，将晶圆片从半环槽推进夹持爪中部，然后放下连接环，在第一弹簧和第二弹簧的作用下，带动上橡胶块和下橡胶块夹紧，实现对晶圆片的夹持；
S2、搅动清洗液：通过驱动电机带动转动机构中的扇叶转动，实现对清洗箱内的清洗液搅动，并且加热片工作对清洗液进行加热；
S3、晶圆片清洗：S2步骤中搅动清洗液会产生气泡、加热清洗液也会产生气泡，产生的气泡附着在晶圆片上，在气泡破裂时附近产生强大的局部压力，将晶圆片表面的杂质解吸；同时，超声发生器工作也能够对晶圆片表面进行超声清洗；
S4、气泡消除：在搅动清洗和超声清洗结束后、取出晶圆片前，通过连接杆中的排气槽连通外界的吸气泵，对清洗箱内进行抽真空步骤，使得清洗箱内的气压改变，未及时破裂的气泡在抽真空步骤中能够全部破裂。
（三）有益效果
本发明提供一种晶圆加工装置及加工方法，通过湿法化学清洗和超声清洗相结合对晶圆片进行清洗工作，再辅以加热、搅拌进一步提高对晶圆的清洗效果，在加热、搅拌的基础上再次融入通气件，使得在加热、搅拌的过程中，同时能够产生更多的气泡附着在晶圆表面并破裂，实现对晶圆表面附着物的清理，更进一步地提高了对晶圆表面的清洗效果，最后通过抽真空的方式对未破裂的气泡进行加压破裂，保障对晶圆表面的清洗效果。
附图说明
图1为本发明的内部结构示意图。
图2为本发明的转动机构内部结构示意图。
图3为本发明图1的A处局部放大示意图。
图4为本发明图2的B处局部放大示意图。
其中：1清洗箱、2密封盖、3连接杆、4连接球、5夹持机构、51夹持筒、52滑杆、53上橡胶块、54第一弹簧、55伸缩杆、56第二弹簧、57下橡胶块、58导流件、59导流板、6转动机构、61支撑杆、62风扇头、63扇叶、64加热片、65从动齿轮、66主动齿轮、67驱动电机、68气槽、69排气孔、610单向阀、611排气槽、612连通孔、7超声发生器、8半环槽、9连接环、10防护板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参阅图1至图4，本发明提供的技术方案是：一种晶圆加工装置，包括清洗箱1，清洗箱1内加入适量的清洗液，其中清洗液可以是硅片清洗工艺中采用RCA清洗方法所涉及到的清洗液，清洗箱1内壁滑动连接有密封盖2，密封盖2的中部设有连接杆3，连接杆3的上端连接外部升降装置实现密封盖2的升降，连接杆3的下端通过连接球4转动连接夹持机构5，夹持机构内夹持有待清洗的晶圆片，清洗箱1下端内壁两侧设有用于搅动清洗箱1内清洗液的转动机构6，清洗箱1下端内壁的中部设有用于超声清洗晶圆片的超声发生器7。
工作时，利用清洗液和超声清洗方法的结合来对硅片进行清洗，具体地，通过夹持机构5夹持硅片，再通过在清洗箱1内加入清洗剂、转动机构6工作、超声发生器7工作来实现对晶圆片的清洗工作，而转动机构6的设置是在清洗液和超声清洗的基础上还辅以加热、搅拌以及产生更多气泡的方式，更进一步地保障对晶圆片的清洗效果，其中清洗剂可以采用RCA溶液清除有机、无机和金属离子等杂质，其中RCA溶液是指硅片清洗工艺采用RCA方法清洗时所采用的清洗液。
参阅图1和图3，晶圆片的夹持：夹持机构5包括与连接球4下端相连接的夹持筒51，夹持筒51内部沿其周向方向均匀设有夹持爪，夹持爪包括滑动穿过夹持筒51上端的滑杆52，滑杆52下端设有上橡胶块53，上橡胶块53和夹持筒51上端内壁之间设有第一弹簧54。
夹持机构5还包括设置在夹持筒51下端内壁并与滑杆52相对应的伸缩杆55，伸缩杆55内设有第二弹簧56，伸缩杆55上端设有与上橡胶块53相对应的下橡胶块57。
夹持筒51侧壁与上橡胶块53和下橡胶块57相适应的位置设有用于放置晶圆片的半环槽8。
周向设置的滑杆52在超出夹持筒51上端的一侧均与连接环9相连接。
工作时，将连接杆3上端侧壁连接外部的升降装置，通过升降装置带动整个密封盖2和夹持机构5脱离清洗箱1，然后向上拉动连接环9，使得上侧所有的滑杆52都向上移动，带动第一弹簧54收缩，上橡胶块53和下橡胶块57之间形成一定的空间，接着将晶圆片从夹持筒51侧壁开设的半环槽8内推入，使得晶圆片放置到下橡胶块57上，缓慢松开连接环9，在第一弹簧54的作用下，滑杆52向下移动并带动上橡胶块53向下移动，在第一弹簧54和第二弹簧56的作用下，通过上橡胶块53和下橡胶块57将晶圆片夹持住，最后，通过外部设置的升降装置推动密封盖2进入清洗箱1内，并且晶圆片浸入进清洗液内。
需要补充说明的是，由于连接杆3上排气槽611和连通孔612的设置，使得外部的升降装置在推动密封盖2进入到清洗箱1内时，清洗箱1内的空气有排出通道，方便密封盖2推入进清洗箱1内。
进一步地，开启超声发生器7，此时清洗箱1内的清洗液、超声发生器7的超声波都能够实现对晶圆片上的杂质进行清洗。
辅助清洗：转动机构6包括倾斜设置在清洗箱1下端内壁的支撑杆61，支撑杆61的上端通过轴承连接有风扇头62，风扇头62的外端侧壁连接有扇叶63，扇叶63的下端设置有加热片64，风扇头62的下端设有与支撑杆61相适应的从动齿轮65，从动齿轮65的侧壁啮合有主动齿轮66，主动齿轮66通过联轴器与驱动电机67的输出轴相连接，且驱动电机67设置在清洗箱1的下端内壁。
工作时，通过驱动电机67带动风扇头62转动、从而带动扇叶63转动，实现对清洗箱1内清洗液的搅动，在清洗剂和超声清洗的基础上辅助搅动，改善对晶圆片的清洗效果，同时开启加热片64，也有助于辅助对晶圆片的清洗效果。
需要补充说明的是，超声清洗所产生的超声波会使得液体介质内部产生疏部和密部，疏部产生近乎真空的空腔泡，当空腔泡破裂消失的瞬间，其附近会产生强大的局部压力，使分子内的化学键断裂将晶圆表面的杂质解吸，而加热和搅动都有助于空腔泡的产生，实现在清洗剂和超声清洗的基础上，辅助对晶圆片的清洗效果。
再次辅助清洗：扇叶63的内部设有与支撑杆61的中部相连通的气槽68，支撑杆61的另一端穿过清洗箱1下端内壁连接有储气瓶，扇叶63上端均匀设有与气槽68相连通的排气孔69，且气槽68和排气孔69的连接处设有单向阀610。
工作时，通过外部的储气瓶与中空结构的支撑杆61连通，而支撑杆61的中部又与气槽68相连通，因此在控制储气瓶打开时，气体会从储气瓶内经过支撑杆61中部和气槽68从扇叶63上的排气孔69排出，再结合扇叶63的转动，会外界补充形成较多的气泡附着在晶圆表面，当气泡破裂时实现对晶圆片表面的杂质清除，更进一步地保障了对晶圆片的清洗效果。
参阅图1、图2和图4，晶圆片的摆动或转动：夹持筒51下端沿夹持筒51的中心线中心对称设有导流件58，导流件58共设有两个，导流件58包括沿顺时针方向逐渐增大的多个导流板59。
工作时，由于夹持机构5与连接杆3是通过连接球4活动连接的形式，因此在具体工作时，转动机构6的工作会搅动清洗箱1内的清洗液，再配合夹持机构5中下端设置的导流件58，使得夹持机构5会在转动机构6工作的作用下形成一定的摆动，而夹持机构5的摆动有助于空腔泡或气泡的破裂，同时也有助于对晶圆片表面进行全面的清洗，实现对晶圆片的清洗效果更佳。
更进一步地，由于导流件58中的多个导流板59呈逐渐增大设置的，因此在转动机构6工作的过程中，夹持机构5即使不能发生转动也会有一定的转动角度，再结合上述夹持机构5的摆动，能够更进一步地实现对晶圆片的全面清洗，清洗效果更佳。
沉淀物防护：清洗箱1下端内壁还设有防护板10，且防护板10与超声发生器7、转动机构6相适应，防护板10上均匀设有从上至下直径逐渐减小的镂孔。
工作时，防护板10的设置能够避免清洗剂在去除杂质的过程中与杂质发生反应，产生的结合物下落到清洗箱1的下端，而防护板10的镂孔结构设置，能够避免转动机构6工作时，将底部的沉淀物搅起。
抽真空：连接杆3的中部设有排气槽611，连接杆3位于密封盖2下端的外侧壁设有用于将排气槽611和清洗箱1内部相连通的连通孔612。
工作时，当清洗完成后，仍有未破裂的空腔泡或气泡时，将连接杆3中部的排气槽611连接外部抽真空气泵，对清洗箱1内进行抽真空步骤，并且在这一步骤中只需尽可能的将清洗箱1内的气体抽出即可，使得清洗箱1内的压力发生变化，促使为破裂的空腔泡或气泡破裂，保障空腔泡或气泡全部破裂。
本实施例还提供一种晶圆加工装置的加工方法，加工方法包括如下步骤：
S1、晶圆片安装：向上拉动连接环9，将晶圆片从半环槽8推进夹持爪中部，然后放下连接环9，在第一弹簧54和第二弹簧56的作用下，带动上橡胶块53和下橡胶块57夹紧，实现对晶圆片的夹持；
S2、搅动清洗液：通过驱动电机67带动转动机构6中的扇叶63转动，实现对清洗箱1内的清洗液搅动、并且加热片64工作对清洗液进行加热；
S3、晶圆片清洗：S2步骤中搅动清洗液会产生气泡、加热清洗液也会产生气泡，产生的气泡附着在晶圆片上，在气泡破裂时附近产生强大的局部压力，将晶圆片表面的杂质解吸；同时，超声发生器7工作也能够对晶圆片表面进行超声清洗；
S4、气泡消除：在搅动清洗和超声清洗结束后、取出晶圆片前，通过连接杆3中的排气槽611连通外界的吸气泵，对清洗箱1内进行抽真空步骤，使得清洗箱1内的气压改变，未及时破裂的气泡在抽真空步骤中能够全部破裂。
通过上述方法对晶圆片进行清洗，其结合清洗机清洗和超声波清洗、并辅以加热、搅动保障对晶圆片的清洗效果，同时对晶圆片夹持机构5的活动设置使得其与转动机构6相配合，实现对晶圆片多方位、多角度的全面清洗，能够更进一步的保障对晶圆片的清洗效果。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种晶圆加工装置，包括清洗箱（1），其特征在于，所述清洗箱（1）内壁滑动连接有密封盖（2），所述密封盖（2）的中部设有连接杆（3），所述连接杆（3）的下端通过连接球（4）转动连接夹持机构（5），所述夹持机构内夹持有待清洗的晶圆片，所述清洗箱（1）下端内壁两侧设有用于搅动清洗箱（1）内清洗液的转动机构（6），所述清洗箱（1）下端内壁的中部设有用于超声清洗所述晶圆片的超声发生器（7）；
所述夹持机构（5）包括与所述连接球（4）下端相连接的夹持筒（51），所述夹持筒（51）内部沿其周向方向均匀设有夹持爪，所述夹持爪包括滑动穿过所述夹持筒（51）上端的滑杆（52），所述滑杆（52）下端设有上橡胶块（53），所述上橡胶块（53）和所述夹持筒（51）上端内壁之间设有第一弹簧（54）；
所述夹持机构（5）还包括设置在所述夹持筒（51）下端内壁并与所述滑杆（52）相对应的伸缩杆（55），所述伸缩杆（55）内设有第二弹簧（56），所述伸缩杆（55）上端设有与所述上橡胶块（53）相对应的下橡胶块（57）；
所述转动机构（6）包括倾斜设置在所述清洗箱（1）下端内壁的支撑杆（61），所述支撑杆（61）的上端通过轴承连接有风扇头（62），所述风扇头（62）的外端侧壁连接有扇叶（63），所述扇叶（63）的下端设置有加热片（64），所述风扇头（62）的下端设有与所述支撑杆（61）相适应的从动齿轮（65），所述从动齿轮（65）的侧壁啮合有主动齿轮（66），所述主动齿轮（66）通过联轴器与驱动电机（67）的输出轴相连接，且所述驱动电机（67）设置在所述清洗箱（1）的下端内壁；
所述扇叶（63）的内部设有与所述支撑杆（61）的中部相连通的气槽（68），所述扇叶（63）上端均匀设有与所述气槽（68）相连通的排气孔（69），且所述气槽（68）和所述排气孔（69）的连接处设有单向阀（610）。
2.如权利要求1所述的一种晶圆加工装置，其特征在于，所述夹持筒（51）下端沿所述夹持筒（51）的中心线中心对称设有导流件（58），所述导流件（58）共设有两个，所述导流件（58）包括沿顺时针方向逐渐增大的多个导流板（59）。
3.如权利要求2所述的一种晶圆加工装置，其特征在于，所述夹持筒（51）侧壁与所述上橡胶块（53）和所述下橡胶块（57）相适应的位置设有用于放置所述晶圆片的半环槽（8）。
4.如权利要求3所述的一种晶圆加工装置，其特征在于，周向设置的滑杆（52）在超出所述夹持筒（51）上端的一侧均与连接环（9）相连接。
5.如权利要求4所述的一种晶圆加工装置，其特征在于，所述清洗箱（1）下端内壁还设有防护板（10），且所述防护板（10）与所述超声发生器（7）、所述转动机构（6）相适应，所述防护板（10）上均匀设有从上至下直径逐渐减小的镂孔。
6.如权利要求5所述的一种晶圆加工装置，其特征在于，所述连接杆（3）的中部设有排气槽（611），所述连接杆（3）位于密封盖（2）下端的外侧壁设有用于将所述排气槽（611）和所述清洗箱（1）内部相连通的连通孔（612）。
7.一种如权利要求6所述的晶圆加工装置的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括如下步骤：
S1、晶圆片安装：向上拉动连接环（9），将晶圆片从半环槽（8）推进夹持爪中部，然后放下连接环（9），在第一弹簧（54）和第二弹簧（56）的作用下，带动上橡胶块（53）和下橡胶块（57）夹紧，实现对晶圆片的夹持；
S2、搅动清洗液：通过驱动电机（67）带动转动机构（6）中的扇叶（63）转动，实现对清洗箱（1）内的清洗液搅动，并且加热片（64）工作对清洗液进行加热；
S3、晶圆片清洗：S2步骤中搅动清洗液会产生气泡、加热清洗液也会产生气泡，产生的气泡附着在晶圆片上，在气泡破裂时附近产生强大的局部压力，将晶圆片表面的杂质解吸；同时，超声发生器（7）工作也能够对晶圆片表面进行超声清洗；
S4、气泡消除：在搅动清洗和超声清洗结束后、取出晶圆片前，通过连接杆（3）中的排气槽（611）连通外界的吸气泵，对清洗箱（1）内进行抽真空步骤，使得清洗箱（1）内的气压改变，未及时破裂的气泡在抽真空步骤中能够全部破裂。
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