CN112349629A - 清洗槽组件和半导体清洗设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种清洗槽组件，所述清洗槽组件包括清洗槽和循环管路，循环管路的第一端用于接收清洗槽排出的液体，第二端用于将循环管路中的液体排入清洗槽中，循环管路包括连接管路、过滤支路和清洗支路，过滤支路中设置有过滤装置；过滤支路和清洗支路并联连接，且二者的并联端通过连接管路分别与第一端和第二端连通，循环管路能够选择性地将一者与连接管路连通，使清洗槽中的液体循环地经过对应导通的过滤支路或清洗支路。在本发明中，循环管路包括并联设置的过滤支路和清洗支路，从而可以在不拆卸过滤装置的前提下完成清洗槽和该循环管路的冲洗操作，提高了清洗工艺的效率、半导体生产线的安全性和产品良率。本发明还提供一种半导体清洗设备。

Description

清洗槽组件和半导体清洗设备
技术领域
本发明涉及半导体设备领域，具体地，涉及一种清洗槽组件和一种半导体清洗设备。
背景技术
在集成电路生产制造过程中，晶片表面的光洁程度与产品最终质量息息相关，在半导体产业的集成电路研发线生产产线上，清洗环节工序占所有产线工序的1/3左右，出于对生产效率、设备成本等多方面考量，清洗设备的循环利用(recycle)和预清洗(preclean)等批量处理环节对整条生产线的生产节奏把控以及生产线维护运行成本起着至关重要的作用。
在现有技术中，清洗机通常包含工艺槽、水槽和干燥槽，晶片在工艺槽内完成去除氧化膜、去除表面聚合物(ploymer)等工艺后，进入水槽清洗，再进入干燥槽干燥，然后取出。在工艺槽内执行清洗工艺时，工艺槽内通常会留下颗粒物(particle)，这时需要循环管路内的循环泵推动药液循环进出工艺槽并将颗粒物循环带出工艺槽，通过循环管路上的过滤器过滤颗粒物，从而使药液保持洁净。在颗粒物累积过多时，循环管路无法有效降低工艺槽中的颗粒物数量，需要对工艺槽进行清洗，以清除掉残留的颗粒物和其他杂质，然而，现有的清洗机工艺槽清洗效果较差，且操作耗时较长，清洁效率低下。
如图1所示为现有技术中的一种清洗机中工艺槽结构的示意图，结构包括工艺槽100和连接在工艺槽100上的循环管路，循环管路的第一端与工艺槽100顶部的溢流槽200连接，第二端接回工艺槽100，在对晶片600进行清洗工艺时，循环管路上的循环泵300用于将工艺槽100溢出至溢流槽200的药液由循环管路的第一端输送至循环管路的第二端，进而实现药液的循环利用。加热器500用于对循环管路中的药液进行加热。过滤器400用于过滤循环管路中流过药液中的颗粒物。
本发明的发明人在研究中发现，现有清洗机中工艺槽结构清洗效果差、清洗效率低下的原因主要在于过滤器，具体地：在机台维护保养时，需要清洗工艺槽和循环管路，循环管路上的过滤器通常固定在管路上，不易拆卸。然而，清洗装置在使用过程中常出现金属离子超标等需要对清洗装置全部工艺槽进行去金属离子清洗的情况，通常采用SC2(Standard Clean 2，即第二标准清洗液，主要成分为酸性过氧化氢(HydrochloricPeroxide Mixture，HPM)溶液，即HCl+H2O2+H2O)药液对工艺槽和循环管路进行冲洗(flush)，为避免过滤器阻碍药液流动，工作人员需在冲洗前将过滤器手动取出(例如，在对SC1(Standard Clean 1，即第一标准清洗液，主要成分为氨水过氧化氢混合液(AmmoniaPeroxide Mixture，APM)，即NH4OH与H2O2的混合溶液)工艺槽进行去除金属离子操作时，需要用第二标准清洗液长时间浸泡，并在取出过滤器后冲洗工艺槽和循环管路以达到去除金属离子的目的)。
在手动取出过滤器的过程中，工作人员直接接触沾有药液的过滤器，存在安全风险；同时，工作人员直接接触过滤器，也容易导致过滤器被污染，向工艺槽中引入新杂质；并且，向取出过滤器放入过滤器需要一定处理时间，导致时间成本较高。
此外，在应用于不同工艺的清洗工艺装置中，过滤器的型号、材质存在差异，其耐酸、耐碱或耐高温的能力也是不同的，不同清洗装置只能匹配相对应的过滤器，即便在清洗过程中不取出过滤器，不同的过滤器对第二标准清洗液等药液的耐受力也存在差异，过滤器的使用寿命难以得到保障。
发明内容
本发明旨在提供一种清洗槽组件和半导体清洗设备，该清洗槽组件能够提高清洗工艺的效率以及半导体生产线的安全性和产品良率。
为实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种清洗槽组件，所述清洗槽组件包括清洗槽和循环管路，所述循环管路的第一端用于接收所述清洗槽排出的液体，所述循环管路的第二端用于将所述循环管路中的液体排入所述清洗槽中，所述循环管路包括连接管路、过滤支路和清洗支路，所述过滤支路中设置有过滤装置；
所述过滤支路和所述清洗支路并联连接，且所述过滤支路和所述清洗支路的并联端通过所述连接管路分别与所述第一端和所述第二端连通；
所述并联端上设有切换阀，所述循环管路通过切换阀能够选择性地将所述过滤支路或所述清洗支路中的一者与所述连接管路连通，使所述清洗槽中的液体循环地经过对应导通的所述过滤支路或所述清洗支路。
可选地，所述清洗支路上设置有鼓泡发生器，所述鼓泡发生器用于向经过所述清洗支路的液体中提供气泡。
可选地，所述清洗槽的顶部具有清洗槽开口，所述清洗槽开口的周围环绕设置有溢流槽，所述溢流槽用于承载由所述清洗槽开口中溢出的液体，所述溢流槽的底部开设有溢流孔，所述循环管路的第一端与所述溢流孔连通，所述清洗槽上开设有回流孔，所述循环管路的第二端与所述回流孔连通。
可选地，所述清洗槽组件还包括匀流板，所述匀流板设置于所述清洗槽内，且所述匀流板位于所述回流孔和所述溢流槽之间，所述匀流板上形成有多个沿厚度方向贯穿所述匀流板的匀流孔。
可选地，所述过滤装置的进液口和出液口均靠近各自相对侧的所述并联端设置。
可选地，所述清洗槽组件还包括循环泵，所述循环泵设置在所述循环管路上，用于驱动所述循环管路中的液体由所述第一端向所述第二端流动。
可选地，所述清洗槽组件还包括加热器，所述加热器设置在所述连接管路上，用于对所述循环管路中的液体进行加热。
可选地，所述清洗槽组件还包括上电极和下电极，所述上电极可升降的设置在所述清洗槽的上方，所述下电极设置在所述清洗槽的下方，所述清洗槽组件还包括电源组件，用于向所述上电极和所述下电极上加载电压，使所述上电极与所述下电极之间产生电场，控制所述清洗槽内的带电粒子运动。
作为本发明的第二个方面，提供一种半导体清洗设备，所述半导体清洗设备包括多个清洗槽组件和晶片传输装置，所述晶片传输装置用于将晶片传输至所述清洗槽组件中或者取出所述清洗槽组件中的晶片，其中，至少一个所述清洗槽组件为前面所述的清洗槽组件。
可选地，所述半导体清洗设备包括沿第一方向相邻设置的工艺区域和管路区域，多个所述清洗槽组件的清洗槽沿第二方向间隔设置在所述工艺区域，所述清洗槽组件的循环管路设置在所述管路区域。
在本发明提供的清洗槽组件和半导体清洗设备中，循环管路包括并联设置的过滤支路和清洗支路，在进行晶片清洗工艺时，该循环管路可通过切换阀将设置有过滤装置的过滤支路导通，通过过滤装置过滤晶片清洗药液中的颗粒物；在去除清洗槽内壁吸附的杂质时，该循环管路可通过切换阀将清洗支路导通，并在将清洗槽中的晶片清洗药液替换为冲洗药液(如第二标准清洗液)后，对清洗槽和该循环管路进行循环冲洗，从而在不拆卸过滤装置的前提下完成清洗槽和该循环管路的冲洗操作，节省了装卸过滤装置的操作时间，提高了清洗工艺的效率，并且还降低了工作人员与药液接触的风险以及过滤装置和管路受污染引入杂质的概率，进而提高了半导体生产线的安全性和产品良率。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为现有技术中的清洗槽组件的示意图；
图2为本发明实施例提供的清洗槽组件的示意图；
图3为本发明实施例提供的清洗槽中鼓泡时的示意图；
图4为本发明实施例提供的匀流板的立体图；
图5为本发明实施例提供的半导体清洗设备的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供一种清洗槽组件，该清洗槽组件包括清洗槽1和循环管路，该循环管路的第一端用于接收清洗槽1排出的液体，该循环管路的第二端用于将该循环管路中的液体排入清洗槽1中，该循环管路包括连接管路、过滤支路2和清洗支路4，过滤支路2中设置有过滤装置3，过滤支路2和清洗支路4并联连接，且过滤支路2和清洗支路4的并联端通过连接管路分别与该循环管路的第一端和第二端连通。
该并联端上设有切换阀，该循环管路通过切换阀能够选择性地将过滤支路2和清洗支路4中的一者与连接管路连通，使清洗槽1中的液体循环地经过对应导通的过滤支路2或者清洗支路4。
在本发明中，该循环管路包括并联设置的过滤支路2和清洗支路4，在进行晶片清洗工艺时，该循环管路可通过切换阀将设置有过滤装置3的过滤支路2导通，通过过滤装置3过滤晶片清洗药液中的颗粒物；在去除清洗槽1内壁吸附的杂质时，该循环管路可通过切换阀将清洗支路4导通，并在将清洗槽1中的晶片清洗药液替换为冲洗药液(如第二标准清洗液)后，对清洗槽1和该循环管路进行循环冲洗，从而在不拆卸过滤装置3的前提下完成清洗槽1和该循环管路的冲洗操作，节省了装卸过滤装置3的操作时间，提高了清洗工艺的效率，并且还降低了工作人员与药液接触的风险以及过滤装置3和管路受污染引入杂质的概率，进而提高了半导体生产线的安全性和产品良率。
本发明实施例对如何切换过滤支路2和清洗支路4不做具体限定，例如，如图2、图3所示，该切换阀可以包括第一切换阀5、第二切换阀，该连接管路可包括引流管和回流管15，该引流管的一端行成为该循环管路的第一端，该引流管的另一端通过第一切换阀5选择性地与过滤支路2或者清洗支路4导通；回流管15的一端形成为该循环管路的第二端，回流管15的另一端通过第二切换阀选择性地与过滤支路2或者清洗支路4导通。
第一切换阀5和第二切换阀均可以为三通阀，为提高控制效率，优选地，第一切换阀5和第二切换阀均为AB型电磁阀，从而实现三通阀的自动控制，在同一信号的控制下同时导通过滤支路2或者同时导通清洗支路4，电磁阀的开关可由相应的软件信号控制，在晶片清洗工艺与清洗槽1清洗工艺之间进行切换的操作均可通过软件自动化完成，从而提高支路切换的控制效率。
本发明实施例对该循环管路的第一端和第二端如何与清洗槽1连接不做具体限定，例如，作为本发明的一种可选实施方式，如图2所示，清洗槽1的顶部具有清洗槽开口，该清洗槽开口的周围环绕设置有溢流槽9，溢流槽9用于承载由清洗槽开口中溢出的液体，溢流槽9的底部开设有溢流孔，该循环管路的第一端与溢流孔连通，清洗槽1上开设有回流孔，该循环管路的第二端与回流孔连通。
本发明对该循环管路上设置的其他结构不做具体限定，例如，可选地，如图2所示，该清洗槽组件还包括循环泵7，循环泵7设置在该连接管路上，用于驱动该循环管路中的液体由该循环管路的第一端向该循环管路的第二端流动。为了保证药液循环稳定性，连接管路上还设有压力稳定器6。该清洗槽组件还包括加热器8，加热器8设置在该连接管路上，用于对该循环管路中的液体进行加热，以提高药液中粒子的运动速率，进而提高清洗效率。该连接管路上还可以设置有压力稳定器6，用于稳定循环药液的压力。
为提高去除清洗槽1内壁上吸附的杂质的冲洗效率，优选地，如图2所示，清洗支路4上设置有鼓泡发生器13，鼓泡发生器13用于向经过清洗支路4的液体中提供气泡20。
在本发明实施例中，清洗支路4上设置有鼓泡发生器13，鼓泡发生器13能够向药液中提供气体(例如氮气)鼓泡，使气泡20随药液一同通过该循环管路进入清洗槽1中，如图3所示，气泡20在进入清洗清洗槽1后受浮力作用上升，并因液体压强减小而不断胀大直至破裂，从而通过气泡20破裂产生的冲击力轰击清洗槽1内壁上的杂质，进而提高去除清洗槽1内壁上吸附的杂质的冲洗效率。
为提高对清洗槽1内壁进行清洗的均匀性，优选地，如图2、图4所示，该清洗槽组件还包括匀流板14，匀流板14设置于清洗槽1内，且位于回流孔和溢流槽9之间。匀流板14与清洗槽1的底面相对设置，其上形成有多个沿厚度方向贯穿匀流板14的匀流孔141，从而通过匀流孔141对药液及药液中的气泡20进行匀流。
本发明对匀流孔141的大小及分布情况不做具体限定，例如，可选地，匀流孔141的直径为1mm至5mm，匀流孔141沿匀流板14所在平面均匀间隔分部，分布间距为3mm至100mm。
为进一步提高对清洗槽1的清洗效率，优选地，过滤装置3的进液口和出液口均靠近各自相对侧的并联端设置，以缩短过滤支路2的管道长度，降低颗粒物等杂质在过滤支路2上的残留量。
为提高离子的清除效率，优选地，如图2所示，该清洗槽组件还包括上电极10和下电极11，上电极10可升降的设置在清洗槽1的上方，下电极11设置在清洗槽1的下方，该清洗槽组件还包括电源组件，用于向上电极10和下电极11上加载电压，以使上电极10与下电极11之间产生电场，控制清洗槽1内的带电粒子运动。
需要说明的是，在实际操作过程中，上电极10与待去除的带电离子的极性相反，形成的电场能够吸附带电离子移动至清洗槽1的顶部，以便通过药液溢流的方式溢出含有金属离子的药液，进而提高离子清除效率。
可选地，该清洗槽组件还可以包括升降机构12，用于对晶片在清洗槽1内的位置进行调整。
为便于技术人员理解，以下提供一种实际应用过程的实施例：
进行正常晶片清洗工艺时，清洗槽1中盛放晶片清洗药液，以对放入清洗槽1中的晶片进行清洗，含有金属杂质以及颗粒物的药液溢流到溢流槽9，进而经过过滤支路2进行循环，颗粒杂质在经过过滤装置3时被滤除，在清洗大量晶片后，清洗槽1中的金属颗粒含量超标，需要对清洗槽1及循环管路进行冲洗。
清洗槽1冲洗流程如下：
步骤1：排空清洗槽1中的晶片清洗药液；
步骤2：调节三通阀的开关状态，使清洗支路4与清洗槽1连通，过滤支路2与清洗槽1断开；
步骤3：向清洗槽1和循环管路中注入第二标准清洗液(需要说明的是，过滤装置3两端与三通阀之间的管路长度较短，其容纳的金属离子及颗粒物较少，并且步骤5中运行晶片清洗工艺时，干净的晶片清洗药液会对该段管路进行清洗，不会对冲洗清洗槽1的清洗效果产生较大影响)；
步骤4：进行清洗槽1冲洗工艺，通过第二标准清洗液药液对清洗槽1和循环管路进行冲洗，工艺时长10-60min，排空清洗槽1及循环管路中的第二标准清洗液；
步骤5：填充晶片清洗药液，并在无晶片情况下，进行晶片清洗工艺；
步骤6：将晶片放入清洗槽1，进行晶片清洗工艺，测试清洗后晶片表面的金属元素含量。
若步骤6中检测到金属离子依然超标，则重复步骤1至步骤5，直至金属离子检测达标。
作为本发明的第二个方面，提供一种半导体清洗设备，该半导体清洗设备包括多个该清洗槽组件和晶片传输装置，该晶片传输装置用于将晶片传输至该清洗槽组件中或者取出该清洗槽组件中的晶片，其中，至少一个清洗槽组件为本发明实施例中提供的清洗槽组件。
在本发明提供的半导体清洗设备中，至少一个清洗槽组件的循环管路包括并联设置的过滤支路2和清洗支路4，在进行晶片清洗工艺时，将设置有过滤装置3的过滤支路2导通，通过过滤装置3过滤晶片清洗药液中的颗粒物；在去除清洗槽1内壁吸附的杂质时，将清洗支路4导通，并在将清洗槽1中的晶片清洗药液替换为冲洗药液(如第二标准清洗液)后，对清洗槽1和该循环管路进行循环冲洗，从而在不拆卸过滤装置3的前提下完成清洗槽1和该循环管路的冲洗操作，节省了装卸过滤装置3的操作时间，提高了清洗工艺的效率，并且还降低了工作人员与药液接触的风险以及过滤装置3和管路受污染引入杂质的概率，进而提高了半导体生产线的安全性和产品良率。
可选地，如图5所示，该半导体清洗设备包括沿第一方向依次相邻设置的控制区域a、工艺区域b和管路区域c，多个该清洗槽组件的清洗槽1沿第二方向间隔设置在工艺区域b，该清洗槽组件的循环管路对应设置在管路区域c。
工艺区域b中可根据实际工艺需要搭配不同数量的清洗槽组件，清洗槽1根据工艺需求可搭配有不同的晶片清洗药液，例如，图5所示为一种可选搭配方法的俯视示意图，前四个工艺槽是由不同清洗功能的药液分别与一个水槽组成的清洗组合模块；第五个工艺槽是水槽，用于供晶片进行干燥前的最后冲洗；第六个工艺槽为干燥槽，用于在晶片清洗完成后干燥晶片。
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)

1.一种清洗槽组件，所述清洗槽组件包括清洗槽和循环管路，所述循环管路的第一端用于接收所述清洗槽排出的液体，所述循环管路的第二端用于将所述循环管路中的液体排入所述清洗槽中，其特征在于，所述循环管路包括连接管路、过滤支路和清洗支路，所述过滤支路中设置有过滤装置；
所述过滤支路和所述清洗支路并联连接，且所述过滤支路和所述清洗支路的并联端通过所述连接管路分别与所述第一端和所述第二端连通；
所述并联端上设有切换阀，所述循环管路通过切换阀能够选择性地将所述过滤支路或所述清洗支路中的一者与所述连接管路连通，使所述清洗槽中的液体循环地经过对应导通的所述过滤支路或所述清洗支路。
2.根据权利要求1所述的清洗槽组件，其特征在于，所述清洗支路上设置有鼓泡发生器，所述鼓泡发生器用于向经过所述清洗支路的液体中提供气泡。
3.根据权利要求2所述的清洗槽组件，其特征在于，所述清洗槽的顶部具有清洗槽开口，所述清洗槽开口的周围环绕设置有溢流槽，所述溢流槽用于承载由所述清洗槽开口中溢出的液体，所述溢流槽的底部开设有溢流孔，所述循环管路的第一端与所述溢流孔连通，所述清洗槽上开设有回流孔，所述循环管路的第二端与所述回流孔连通。
4.根据权利要求3所述的清洗槽组件，其特征在于，所述清洗槽组件还包括匀流板，所述匀流板设置于所述清洗槽内，且所述匀流板位于所述回流孔和所述溢流槽之间，所述匀流板上形成有多个沿厚度方向贯穿所述匀流板的匀流孔。
5.根据权利要求1所述的清洗槽组件，其特征在于，所述过滤装置的进液口和出液口均靠近各自相对侧的所述并联端设置。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的清洗槽组件，其特征在于，所述清洗槽组件还包括循环泵，所述循环泵设置在所述循环管路上，用于驱动所述循环管路中的液体由所述第一端向所述第二端流动。
7.根据权利要求1至5中任意一项所述的清洗槽组件，其特征在于，所述清洗槽组件还包括加热器，所述加热器设置在所述连接管路上，用于对所述循环管路中的液体进行加热。
8.根据权利要求1至5中任意一项所述的清洗槽组件，其特征在于，所述清洗槽组件还包括上电极和下电极，所述上电极可升降的设置在所述清洗槽的上方，所述下电极设置在所述清洗槽的下方，所述清洗槽组件还包括电源组件，用于向所述上电极和所述下电极上加载电压，使所述上电极与所述下电极之间产生电场，控制所述清洗槽内的带电粒子运动。
9.一种半导体清洗设备，所述半导体清洗设备包括多个清洗槽组件和晶片传输装置，所述晶片传输装置用于将晶片传输至所述清洗槽组件中或者取出所述清洗槽组件中的晶片，其特征在于，至少一个所述清洗槽组件为权利要求1至8中任意一项所述的清洗槽组件。
10.根据权利要求9所述的半导体清洗设备，其特征在于，所述半导体清洗设备包括沿第一方向相邻设置的工艺区域和管路区域，多个所述清洗槽组件的清洗槽沿第二方向间隔设置在所述工艺区域，所述清洗槽组件的循环管路设置在所述管路区域。
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