CN112053972A - 晶圆清洗系统及晶圆清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆清洗系统及晶圆清洗方法，该晶圆清洗系统包括：清洗槽；相互连接的晶圆夹具和机械手，所述晶圆夹具用于固定晶圆，所述机械手驱动所述晶圆进出所述清洗槽，并驱动所述晶圆在所述清洗槽内旋转。该晶圆清洗系统通过设置用于搬运晶圆进出清洗槽并带动晶圆旋转的机械手，使得在对晶圆进行清洗工序前，晶圆无需再与各设备的晶圆夹具之间进行分离和转运，有效简化流程设置。同时，该清洗系统可设置不同的晶圆夹具以兼容多种尺寸晶圆，以有效降低清洗系统及整个电镀系统的结构复杂程度。

Description

晶圆清洗系统及晶圆清洗方法

技术领域

本发明涉及一种晶圆清洗系统及晶圆清洗方法。

背景技术

集成电路的制造工艺，一般分为干法制程和湿法制程。在湿法制程中，晶圆电镀工艺是非常重要的一步工艺。晶圆电镀工艺至少需要ECD(电化学沉积)槽(又称电镀槽)和SRD(Spin Rinse Dryer，旋转烘干)槽。晶圆在 ECD槽完成电镀之后，需经由SRD进行清洗和干燥。

现有技术中，在晶圆完成电镀后，需要先将晶圆与ECD槽上的晶圆夹具分离，再由转运机械手将晶圆转移并安装在SRD设备上的晶圆夹具上，通过SRD设备的晶圆夹具带动晶圆实施清洗和干燥工序，这些晶圆交接的工序导致整个电镀过程的流程比较繁复。此外，单个晶圆夹具所能固定的晶圆尺寸规格有限，导致SRD设备所能清洗和干燥的晶圆尺寸单一，兼容性较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的SRD设备兼容晶圆规格单一，流程步骤复杂的缺陷，提供一种晶圆清洗系统及晶圆清洗方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种晶圆清洗系统，其包括：

清洗槽；

相互连接的晶圆夹具和机械手，所述晶圆夹具用于固定晶圆，所述机械手驱动所述晶圆进出所述清洗槽，并驱动所述晶圆在所述清洗槽内旋转。

该晶圆清洗系统通过设置用于搬运晶圆进出清洗槽并带动晶圆旋转的机械手，使得在对晶圆进行清洗工序前，晶圆无需再与各设备的晶圆夹具之间进行分离和转运，有效简化流程设置。同时，该清洗系统可设置不同的晶圆夹具以兼容多种尺寸晶圆，以有效降低清洗系统及整个电镀系统的结构复杂程度。

较佳地，所述清洗槽具有容纳晶圆的腔室和顶部敞开的开口，所述机械手驱动所述晶圆沿竖直方向从所述开口进出所述腔室，以使机械手驱动晶圆夹具移入清洗槽的同时，实现晶圆夹具进入腔室的目的，便于清洗和干燥工序的实施。

较佳地，所述机械手还具有平移自由度，以使机械手能够带动晶圆夹具沿水平方向在各功能槽体之间移动。

较佳地，所述机械手还具有实现竖直翻转的移动机构模块，所述移动机构模块设置于所述机械手的末端，并直接连接于所述晶圆夹具，

通过设置该移动机构模块，以驱动晶圆夹具实现竖直翻转的功能，使得晶圆夹具的晶圆安装面能够朝上，以便于在上片步骤中将晶圆以人工或其他机械手的方式转移放入或取出。

较佳地，所述腔室内还设有环状的挡板，当所述机械手驱动所述晶圆进入所述腔室后，所述挡板和所述晶圆夹具共同遮挡所述开口。

该挡板用于在晶圆夹具小于清洗槽开口的情况下，遮挡晶圆夹具与清洗槽之间形成的间隙，以防清洗液体溅射出清洗槽。

较佳地，所述清洗槽具有容纳晶圆的腔室，所述腔室内设有第一喷嘴，当所述晶圆位于所述腔室内时，所述第一喷嘴向所述晶圆的表面喷射流体，以利用流体相对晶圆表面流动的方式，实现清洗晶圆表面的目的。

较佳地，当所述晶圆位于所述腔室内时，所述晶圆的表面面向所述腔室的底部设置，所述第一喷嘴设置于所述腔室的底部，以提供一种较佳的第一喷嘴的布局方式。

较佳地，当所述晶圆位于所述腔室内时，所述第一喷嘴的喷嘴朝向与所述晶圆的表面之间的夹角为60°～80°，以提高从第一喷嘴喷出的液体对晶圆表面的清洗效果和效率。

较佳地，所述第一喷嘴的数量为多个，多个所述第一喷嘴的喷射状态能够不同。

通过分别开启对应的第一喷嘴的方式，使清洗槽能够满足不同的清洗需求。

较佳地，所述晶圆清洗系统基于进入所述腔室的所述晶圆的尺寸改变各所述第一喷嘴的喷射状态。

通过基于晶圆尺寸开启对应的第一喷嘴的方式，使清洗槽兼容对不同尺寸晶圆进行清洗的目的。

较佳地，所述腔室内设有第二喷嘴，当所述晶圆位于所述腔室内时，所述第二喷嘴向所述晶圆的表面喷射氮气气体，以实现干燥的目的。

较佳地，当所述晶圆位于所述腔室内时，所述第二喷嘴的喷嘴朝向与所述晶圆的表面之间的夹角为0°～20°，以提高第二喷嘴对晶圆表面的干燥效果和效率。

较佳地，所述机械手为六自由度移动机构，以便于机械手将晶圆夹具转运至任意位置的清洗槽中。

一种晶圆清洗方法，其包括如上所述的晶圆清洗系统，所述晶圆清洗方法包括以下步骤：

机械手驱动固定在晶圆夹具上的晶圆移动至实施前序工序的工作槽中；

在完成前序工序后，所述机械手驱动所述晶圆从所述工作槽移动至清洗槽。

该晶圆清洗方法，通过机械手驱动晶圆和晶圆夹具在前序工序的工作槽和清洗槽之间移动，使得在对晶圆进行清洗工序之前，晶圆无需再与各设备的晶圆夹具之间进行分离和转运，有效简化流程设置。

较佳地，所述前序工序为电镀工序，所述工作槽为电镀槽。

通过机械手驱动晶圆和晶圆夹具在电镀槽和清洗槽之间移动，以在完成对晶圆的电镀工序后将晶圆及晶圆夹具直接移动至清洗槽内进行清洗，有效简化流程设置。

较佳地，所述前序工序为电镀液回收工序，所述工作槽为电镀液回收槽。

通过机械手驱动晶圆和晶圆夹具在回收槽和清洗槽之间移动，以在完成对残留晶圆表面的电镀液进行收集的工序后将晶圆及晶圆夹具直接移动至清洗槽内进行清洗，有效简化流程设置。

较佳地，在所述机械手驱动所述晶圆移动至所述清洗槽后，所述机械手驱动所述晶圆在所述清洗槽内旋转，以提高清洗效率，并可减少清洗喷嘴所需的数量。

本发明的积极进步效果在于：

该晶圆清洗系统及晶圆清洗方法中通过设置用于搬运晶圆进出清洗槽并带动晶圆旋转的机械手，使得在对晶圆进行清洗工序前，晶圆无需再与各设备的晶圆夹具之间进行分离和转运，有效简化流程设置。同时，该清洗系统可设置不同的晶圆夹具以兼容多种尺寸晶圆，以有效降低清洗系统及整个电镀系统的结构复杂程度。

附图说明

图1为本发明的实施例1的晶圆移动机构的结构示意图。

图2为本发明的实施例1的晶圆移动机构的状态示意图。

图3为本发明的实施例1的清洗槽的结构示意图(一)。

图4为本发明的实施例1的清洗槽的结构示意图(二)。

图5为图3中A部分的局部放大图。

图6为本发明的实施例1的晶圆清洗系统的状态示意图。

图7为本发明的实施例1的晶圆清洗方法的流程示意图。

图8为本发明的实施例2的晶圆清洗系统的整体结构示意图。

图9为本发明的实施例2的晶圆清洗方法的流程示意图。

附图标记说明：

清洗槽1

腔室11

开口12

挡板13

第一喷嘴14

第二喷嘴15

第三喷嘴16

废液出口17

进水管路18

晶圆移动机构2

机械手21，移动机构模块211

晶圆夹具22，晶圆安装面22a

电镀槽3

回收槽4

晶圆200

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

如图1-图3所示，本发明提供一种晶圆清洗系统，其包括清洗槽1和晶圆移动机构2。其中，晶圆移动机构2包括相互连接的机械手21和晶圆夹具 22。晶圆夹具22用于固定晶圆200，机械手21和晶圆夹具22之间通过机械手21末端的连接接口固定于晶圆夹具22上，该机械手21至少应包含三个自由度，包括升降自由度、旋转自由度和平移自由度。

通过在连接晶圆夹具22的机械手21上设置升降自由度和平移自由度，满足机械手21驱动晶圆夹具22在空间上沿各方向移动，以使得机械手21 驱动晶圆200及晶圆夹具22从前序工艺的槽体中移出，并在不使晶圆200 脱离当前晶圆夹具22的情况下直接移入清洗槽1的目的。而通过设置旋转自由度，驱动晶圆夹具22及固定在晶圆夹具22上的晶圆200在清洗槽1内自转，以满足清洗和干燥等相关工艺的需求。

该机械手21也可以为六自由度移动机构，以便于机械手21将晶圆夹具 22转运至任意位置的清洗槽1中。

同时，对于晶圆清洗系统而言，虽然单个晶圆移动机构2的晶圆夹具22 能够固定的晶圆200尺寸不会发生改变，但可通过在晶圆清洗系统上设置多个晶圆移动机构2的方式，使这些晶圆移动机构2的晶圆夹具22实现固定不同规格晶圆200的目的。

该晶圆清洗系统通过设置用于移动晶圆200进出清洗槽1并带动晶圆 200旋转的机械手21，以在对晶圆200实施清洗工序之前，使得晶圆200无需再与各设备连接的晶圆夹具之间进行分离和转运，进而有效简化流程设置。同时，该清洗系统可设置不同的晶圆夹具22以兼容多种尺寸晶圆200，以有效降低清洗系统及整个电镀系统的结构复杂程度。

如图2所示，该晶圆移动机构2的机械手21还具有实现竖直翻转的移动机构模块211，该移动机构模块211设置在机械手21的末端位置处，并直接连接至晶圆夹具22。通过设置该移动机构模块211，以驱动晶圆夹具22实现竖直翻转的功能，使得晶圆夹具22上的晶圆安装面22a能够朝上，以便于在上片步骤中将晶圆200以人工或其他机械手21的方式转移放入或取出。

如图3所示，该清洗槽1具有容纳晶圆200以及晶圆夹具22的腔室11 和顶部敞开的开口12，晶圆移动机构2的机械手21驱动晶圆200沿着竖直方向从上述开口12中沿竖直方向向下移入腔室11内，以使机械手21驱动晶圆夹具22移入清洗槽1的同时，实现移入腔室11的目的。该腔室11内设置有第一喷嘴14，以在晶圆200位于腔室11内时，通过第一喷嘴14向晶圆200的表面喷射流体，以利用流体相对晶圆表面高速流动的方式，实现清洗晶圆表面的目的。其中，本实施例中，当晶圆夹具22以及晶圆200位于腔室11内时，晶圆200背离于晶圆夹具22的表面面向腔室11的底部设置，因此，在这种朝向情况下，第一喷嘴14较为优选的设置位置位于腔室11底部的中间位置。

在本实施例中，如图4所示，在清洗槽1的腔室11为八边形的形态下，第一喷嘴14以纵向单排排列的方式沿着径向方向排列在腔室11底部，以在机械手21驱动晶圆夹具22和晶圆200转动的情况下，使多个第一喷嘴14 的清洗范围能够覆盖整个晶圆表面。

更优选地，这些第一喷嘴14的喷嘴朝向与晶圆表面之间的夹角均在60°～80°的范围中，例如本实施例中，如图5所示，所有第一喷嘴14与晶圆表面的夹角均为70度，并朝向同一侧设置，以提高液体对晶圆表面起到的清洗效果和效率。

如图3所示，在腔室11的侧壁表面设置于第三喷嘴16，该第三喷嘴16 同样用于向晶圆表面喷射液体，以辅助第一喷嘴14对晶圆进行清洗。

在本实施例中，清洗槽1的尺寸能够使8英寸的晶圆200及对应的晶圆夹具22移入，因此，小于8英寸的晶圆200，例如6英寸、4英寸及3英寸的晶圆200也同样能够被对应的晶圆移动机构2移入该清洗槽1中进行清洗。

对于8英寸晶圆200而言，晶圆夹具22能够完整地覆盖整个清洗槽1 的开口12，以避免从第一喷嘴14中喷出的液体溅出清洗槽1。然而，对于较小规格的晶圆200来说，对应的晶圆夹具22与清洗槽1之间存在一定的间隙，导致液体容易溅出。因此本实施例中，通过在清洗槽1内设置环状挡板13的方式遮挡较小的晶圆200与清洗槽1之间的间隙，并且该挡板13还可将第一喷嘴14喷出的液体引流至废液出口17并排出。本实施例中，如图 3和图4所示，安装在清洗槽1内的挡板13用于遮挡6英寸晶圆200的晶圆夹具22与清洗槽1之间的间隙。该挡板13通过螺栓固定在清洗槽1上，以便于拆装和更换其他规格尺寸的挡板13。

另外，位于清洗槽1底部的多个第一喷嘴14分别被分为多个单元(14a、 14b和14c)设置，这些喷嘴单元互不连通，并分别连接至对应的进水管路 18，通过分别控制这些进水管路18内的通断情况，使得这些喷嘴单元的喷射状态能够互不相同。

以本实施例为例，喷嘴单元包括位于清洗槽1底部中间位置的第一喷嘴单元14a，第一喷嘴单元14a由四个第一喷嘴14组成，第一喷嘴单元14a单独开启时，能够满足对3-4英寸晶圆200的清洗需求。

在第一喷嘴单元14a的两侧包括两组第二喷嘴单元14b，每一组第二喷嘴单元14b有两个第一喷嘴14组成，这两组第二喷嘴单元14b同时连通至一根进水管路18，以便于同时开启。第一喷嘴单元14a和两组第二喷嘴单元 14b同时开启时，能够满足对6英寸晶圆200的清洗需求。

在第二喷嘴单元14b的两侧包括两组第三喷嘴单元14c，每一组第三喷嘴单元14c有两个第一喷嘴14组成，这两组第二喷嘴单元14b同时连通至一根进水管路18，以便于同时开启。第一喷嘴单元14a、两组第二喷嘴单元 14b和两组第三喷嘴单元14c同时开启时，能够满足对8英寸晶圆200的清洗需求。如图3所示，在清洗槽1的底部设有三根进水管路18的连接接口，分别连通至第一喷嘴单元14a、第二喷嘴单元14b和第三喷嘴单元14c。

通过上述结构设置，在分别开启对应的第一喷嘴14的情况下，可使清洗槽1实现兼容对不同尺寸晶圆200实施清洗工序的目的。

如图3和图4所示，腔室11内还设有第二喷嘴15，第二喷嘴15沿清洗槽1的周向方向设置在侧壁表面，这些第二喷嘴15分别连通至外部气源。当晶圆200位于腔室11内时，第二喷嘴15向晶圆200的表面喷射氮气气体，实现干燥的目的。

本实施例中，第二喷嘴15设置在挡板13的上方，如图6所示，晶圆200 在清洗槽1中完成清洗工序后，机械手21须驱动晶圆夹具22及晶圆200上升一段距离，以使晶圆200移动至与第二喷嘴15对准的位置，以提高干燥效果。在干燥过程中，残余在晶圆表面的液体滴落至清洗槽1底部，并通过废液出口17排出。

为提高干燥效果和效率，第二喷嘴15的喷嘴朝向与晶圆表面之间的夹角的优选角度为0°～20°。本实施例中，夹角为10°。

如图7所示，本发明还提供一种晶圆清洗方法，该方法具体包括以下步骤：

1、机械手21驱动固定在晶圆夹具22上的晶圆200移动至实施前序工序的工作槽中；

2、在完成前序工序后，机械手21驱动晶圆200从工作槽移动至清洗槽 1。

该晶圆清洗方法，通过机械手21驱动晶圆200和晶圆夹具22在前序工序的槽体和清洗槽1之间进行移动，使得在清洗晶圆200的工序之前，晶圆 200无需再与各设备的晶圆夹具进行分离和转运。

在本实施例中，前序工序为电镀工序，机械手21驱动晶圆200和晶圆夹具22在电镀槽3和清洗槽1之间移动，以在完成对晶圆200的电镀工序后将晶圆200及晶圆夹具22直接移动至清洗槽1内进行清洗，有效简化流程设置。

实施例2

本实施例还提供一种晶圆清洗方法，该方法与实施例1提供的方法大致相同，不同之处在于，本实施例中的前序工序为电镀液回收工序，工作槽为电镀液回收槽4。具体的，如图8所示，晶圆200电镀设备至少包括电镀槽 3、回收槽4和清洗槽1。

如图9所示，在本实施例的晶圆清洗方法中：首先，机械手21带动晶圆200和晶圆夹具22移入电镀槽3，以实施电镀工艺；之后，机械手21带动晶圆200和晶圆夹具22从电镀槽3移入回收槽4，以收集晶圆表面的电镀液；最后，机械手21带动晶圆200和晶圆夹具22从回收槽4槽移入清洗槽1，对晶圆表面进行清洗和干燥。

其中，回收槽4内设置有回收池，回收池内容纳有纯水，机械手21带动晶圆200和晶圆夹具22浸没在纯水中，以使残留晶圆表面的电镀液脱离晶圆200。

在此基础上，机械手21的旋转自由度还可用于在晶圆200浸于纯水后，驱动晶圆夹具22沿自身中轴线的旋转，以提高晶圆200与纯水之间的相对运动速度，加速电镀液脱离晶圆表面的过程，并能够提高回收率。

现有技术中，电镀池内的电镀液的工作温度通常为45℃，导致蒸发比较快，所以需要经常补水。在现有技术中，向电镀池补加的是纯水，而当金属离子浓度较低时，也是需要额外进行补加的。本发明中，回收池中具有电镀液的纯水可以直接通过管路输送至电镀池中，以用于补充电镀池中的水和金属离子，实现电镀液在线回收的目的，并有效减少额外的金属离子和纯水的补加频率。

当然，回收槽4的结构和回收原理并不唯一，在其他实施方式中，可使用现有技术中存在的其他回收槽4，以对晶圆200实施回收工序。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种晶圆清洗系统，其特征在于，其包括：

清洗槽；

相互连接的晶圆夹具和机械手，所述晶圆夹具用于固定晶圆，所述机械手驱动所述晶圆进出所述清洗槽，并驱动所述晶圆在所述清洗槽内旋转。

2.如权利要求1所述的晶圆清洗系统，其特征在于，所述清洗槽具有容纳晶圆的腔室和顶部敞开的开口，所述机械手驱动所述晶圆沿竖直方向从所述开口进出所述腔室。

3.如权利要求2所述的晶圆清洗系统，其特征在于，所述机械手还具有平移自由度。

4.如权利要求2所述的晶圆清洗系统，其特征在于，所述机械手还具有实现竖直翻转的移动机构模块，所述移动机构模块设置于所述机械手的末端，并直接连接于所述晶圆夹具。

5.如权利要求2所述的晶圆清洗系统，其特征在于，所述腔室内还设有环状的挡板，当所述机械手驱动所述晶圆进入所述腔室后，所述挡板和所述晶圆夹具共同遮挡所述开口。

6.如权利要求1所述的晶圆清洗系统，其特征在于，所述清洗槽具有容纳晶圆的腔室，所述腔室内设有第一喷嘴，当所述晶圆位于所述腔室内时，所述第一喷嘴向所述晶圆的表面喷射流体。

7.如权利要求6所述的晶圆清洗系统，其特征在于，当所述晶圆位于所述腔室内时，所述晶圆的表面面向所述腔室的底部设置，所述第一喷嘴设置于所述腔室的底部。

8.如权利要求6所述的晶圆清洗系统，其特征在于，当所述晶圆位于所述腔室内时，所述第一喷嘴的喷嘴朝向与所述晶圆的表面之间的夹角为60°～80°。

9.如权利要求6所述的晶圆清洗系统，其特征在于，所述第一喷嘴的数量为多个，多个所述第一喷嘴的喷射状态能够不同。

10.如权利要求9所述的晶圆清洗系统，其特征在于，所述晶圆清洗系统基于进入所述腔室的所述晶圆的尺寸改变各所述第一喷嘴的喷射状态。

11.如权利要求6所述的晶圆清洗系统，其特征在于，所述腔室内设有第二喷嘴，当所述晶圆位于所述腔室内时，所述第二喷嘴向所述晶圆的表面喷射氮气气体。

12.如权利要求11所述的晶圆清洗系统，其特征在于，当所述晶圆位于所述腔室内时，所述第二喷嘴的喷嘴朝向与所述晶圆的表面之间的夹角为0°～20°。

13.如权利要求1-12任一项所述的晶圆清洗系统，其特征在于，所述机械手为六自由度移动机构。

14.一种晶圆清洗方法，其特征在于，其包括如权利要求1-13任一项所述的晶圆清洗系统，所述晶圆清洗方法包括以下步骤：

机械手驱动固定在晶圆夹具上的晶圆移动至实施前序工序的工作槽中；

在完成前序工序后，所述机械手驱动所述晶圆从所述工作槽移动至清洗槽。

15.如权利要求14所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述前序工序为电镀工序，所述工作槽为电镀槽。

16.如权利要求14所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述前序工序为电镀液回收工序，所述工作槽为电镀液回收槽。

17.如权利要求14所述的晶圆清洗方法，其特征在于，在所述机械手驱动所述晶圆移动至所述清洗槽后，所述机械手驱动所述晶圆在所述清洗槽内旋转。

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