CN112735995B - 基于超声震动式处理的半导体晶圆的清洗装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体设备技术领域，具体地说，涉及基于超声震动式处理的半导体晶圆的清洗装置和方法。其包括清洗机，清洗机至少包括：清洁体，清洁体包括清洁箱，清洁箱设置有清洗槽，清洁箱设置有进水管，清洗槽设置有出水管，出水管设置有阀门，清洗槽设置有震动体，清洁箱连接有遮蔽体，遮蔽体包括顶板，顶板设置有扶手；安装体，安装体包括四号连接体，四号连接体设置有二号连接体，二号连接体设置有安装槽，安装槽安装有固定体，固定体包括固定架，固定架设置有间距调节体，间距调节体包括调节杆，调节杆连接有接触板。本发明主要提出一种可有效地清除残留在晶圆上的微尘等杂质的清洗装置及其清洗方法。

Description

基于超声震动式处理的半导体晶圆的清洗装置和方法

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，具体地说，涉及基于超声震动式处理的半导体晶圆的清洗装置和方法。

背景技术

半导体晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片，其原始材料是硅，高纯度的多晶硅溶解后掺入硅晶体晶种，然后慢慢拉出，形成圆柱形的单晶硅，硅晶棒在经过研磨，抛光，切片后，形成硅晶圆片，也就是晶圆。

在半导体晶圆制造过程中，要避免尘粒、金属的污染，否则会造成晶片内电路功能的损坏从而导致集成电路的失效，因此在不破坏晶圆表面特性及电特性的前提下，提出一种可有效地清除残留在晶圆上的微尘等杂质的清洗装置及其清洗方法。

发明内容

本发明的目的在于提供基于超声震动式处理的半导体晶圆的清洗装置和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明目的之一在于，提供了基于超声震动式处理的半导体晶圆的清洗装置，包括用于清洗晶圆的清洗机，所述清洗机至少包括：

清洁体，所述清洁体包括清洁箱，所述清洁箱内设置有清洗槽，所述清洁箱的表面设置有进水管，所述进水管与所述清洗槽相连通，所述清洗槽的底部设置有出水管，所述出水管设置有阀门，所述清洗槽内设置有震动体，所述清洁箱的顶部连接有遮蔽体，所述遮蔽体包括与所述清洁箱相连接的顶板，所述顶板设置有扶手；

安装体，所述安装体包括位于所述清洗槽内的四号连接体，所述四号连接体内设置有二号连接体，所述二号连接体设置有安装槽，所述安装槽内安装有固定体，所述固定体包括位于所述安装槽内的固定架，所述固定架设置有间距调节体，所述间距调节体包括与所述固定架相连接的调节杆，所述调节杆连接有接触板；

所述震动体包括超声发生器，所述超声发生器顶部设置有多个超声换能器，所述超声换能器顶部连接有震动面钢板；

所述清洗槽的底部设置有固定槽，所述超声发生器的底部设置有固定脚，所述固定脚与所述固定槽插接配合；

所述四号连接体的表面设置有一号连接槽，所述一号连接槽为“T”型结构凹槽，所述清洗槽内相应设置有一号连接体，所述一号连接体为“T”型圆柱体结构凸起，所述一号连接体与所述一号连接槽滑动连接，所述四号连接体的表面开设有握槽。

作为本技术方案的进一步改进，所述一号连接槽为“T”型结构凹槽，所述清洗槽内相应设置有一号连接体，所述一号连接体为“T”型圆柱体结构凸起。

作为本技术方案的进一步改进，所述清洗槽的顶部设置有封闭槽，所述顶板的底部设置有封闭体，所述封闭体与所述顶板的形状相吻合，所述封闭体的表面设置有橡胶垫。

作为本技术方案的进一步改进，所述四号连接体开设有多个贯穿其表面的流通口，所述流通口为圆形穿口。

作为本技术方案的进一步改进，所述固定架设置有贯穿其表面的二号连接槽，所述二号连接槽为内有螺纹的圆形穿口，所述调节杆的表面相应设置有螺纹，所述二号连接槽与所述调节杆相螺纹连接。

作为本技术方案的进一步改进，所述调节杆设置有三号连接体，所述接触板设置有三号连接槽，所述三号连接体与所述三号连接槽转动连接，所述接触板设置有限定杆，所述固定架相应设置有贯穿其表面的限定穿口，所述限定穿口为圆形穿口，所述限定杆与所述限定穿口插接配合。

作为本技术方案的进一步改进，所述固定架顶部设置有卡板，所述卡板设置有贯穿其表面的固定穿口，所述固定穿口内设置有固定螺栓，所述二号连接体相应设置有锁定槽，所述锁定槽为内有螺纹的圆柱结构凹槽，所述锁定槽内螺纹连接有固定螺栓。

本发明目的之二在于，提供了基于超声震动式处理的半导体晶圆的清洗方法，包括上述中任意一项所述的基于超声震动式处理的半导体晶圆的清洗装置，包括如下方法步骤：

（一）、晶圆固定阶段：

S1、转动调节杆使得接触板与晶圆相接触并固定；

S2、将固定有晶圆的固定架安装入安装槽内；

S3、固定螺栓穿过固定穿口并螺纹旋入锁定槽内，将一号连接体插入一号连接槽内；

（二）、晶圆清洗阶段：

S4、盖上顶板；

S5、向清洗槽内注水；

S6、超声发生器带动超声换能器和震动面钢板一起做高频震动产生空腔泡；

S7、空腔泡撞击晶圆表面并带动晶圆表面的污垢脱落。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、该基于超声震动式处理的半导体晶圆的清洗装置和方法中，通过螺纹连接的二号连接槽、调节杆使得转动调节杆可改变间距调节体的位置从而可适应不同尺寸的晶圆，有利于提高本装置的适用范围。

2、该基于超声震动式处理的半导体晶圆的清洗装置和方法中，通过设置有转动连接的三号连接体、三号连接槽以及插接配合的限定穿口、限定杆可确保晶圆始终正对着正下方可保证晶圆的清洗效果，通过滑动连接的一号连接体、一号连接槽可确保安装体位于震动体的正上方避免移动到错误位置从而保证晶圆的正常清洗工作。

3、该基于超声震动式处理的半导体晶圆的清洗装置和方法中，通过设置有螺纹连接的固定螺栓便于将固定有晶圆的固定体与四号连接体进行安装保持紧密连接，避免在清洗时由于松动而导致晶圆清洗不彻底。

附图说明

图1为实施例1的整体结构示意图；

图2为实施例1的清洁体结构示意图；

图3为实施例1的安装体结构示意图；

图4为实施例1的清洁箱截面结构示意图；

图5为实施例1的遮蔽体结构示意图；

图6为实施例1的震动体结构示意图；

图7为实施例1的四号连接体截面结构示意图；

图8为实施例1的固定体结构示意图；

图9为实施例1的间距调节体结构示意图；

图10为实施例1的接触板截面结构示意图；

图11为实施例2的原理框图。

图中各个标号意义为：

100、清洗机；

110、清洁体；

120、安装体；

130、清洁箱；

131、清洗槽；132、封闭槽；133、进水管；134、出水管；135、阀门；136、一号连接体；137、固定槽；

140、遮蔽体；

141、顶板；142、扶手；143、封闭体；

150、四号连接体；

151、二号连接体；152、握槽；153、一号连接槽；154、安装槽；155、流通口；156、锁定槽；

160、固定体；

161、固定架；162、卡板；163、固定穿口；164、固定螺栓；165、二号连接槽；166、限定穿口；

170、间距调节体；

171、调节杆；172、接触板；173、三号连接体；174、限定杆；175、三号连接槽；

200、震动体；

210、超声发生器；

211、固定脚；

220、超声换能器；

230、震动面钢板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1

请参阅图1-图10所示，本实施例目的之一在于，提供了基于超声震动式处理的半导体晶圆的清洗装置，包括用于清洗晶圆的清洗机100，清洗机100至少包括：

清洁体110，清洁体110包括清洁箱130，清洁箱130内设置有清洗槽131，清洗槽131为正方体结构凹槽，清洁箱130的表面设置有进水管133，进水管133与清洗槽131相连通，清洗槽131的底部设置有出水管134，出水管134设置有阀门135，清洗槽131内设置有震动体200，清洁箱130的顶部连接有遮蔽体140，遮蔽体140包括与清洁箱130相连接的顶板141，顶板141设置有扶手142；

安装体120，安装体120包括位于清洗槽131内的四号连接体150，四号连接体150为“口”型框体结构，四号连接体150内设置有二号连接体151，二号连接体151设置有安装槽154，安装槽154为“U”型结构凹槽，安装槽154内安装有固定体160，固定体160包括位于安装槽154内的固定架161，固定架161设置有间距调节体170，间距调节体170包括与固定架161相连接的调节杆171，调节杆171连接有接触板172。

本实施例在使用时在二号连接槽165内转动调节杆171使得接触板172与晶圆相接触并固定，将固定有晶圆的固定架161安装入安装槽154内并使得固定螺栓164穿过固定穿口163并螺纹旋入锁定槽156内，将一号连接体136对准一号连接槽153使得一号连接体136插入一号连接槽153内完成安装体120与清洁体110的安装，盖上顶板141将清洗槽131内处于封闭状态，通过进水管133向清洗槽131内注水，当晶圆没入水中时，超声发生器210产生一定频率和电压的交流电压信号，带动超声换能器220和震动面钢板230一起做高频震动，当震动面钢板230向上震动时，将水向上推开，当钢板向下震动时，水跟不上钢板的震动速度，在水和钢板之间会形成一个空隙，反复震动就会有许多气泡形成即空腔泡，空腔泡顺着震动方向向水中传播，空腔泡撞击到晶圆表面产生数千个大气压的撞击力，带动晶圆表面的污垢脱落。

进一步的为了清洗晶圆，震动体200包括超声发生器210，超声发生器210顶部设置有多个超声换能器220，超声换能器220顶部连接有震动面钢板230，由于震动面钢板230的反复震动由“空腔效应”所产生的空腔泡会顺着震动方向向水中传播，如果水中正好有工件，空腔泡撞击到工件表面产生数千个大气压的撞击力，带动工件表面的污垢脱落，有利于对半导体晶圆的清洗。

进一步的为了保证晶圆的清洗效果，清洗槽131的底部设置有固定槽137，固定槽137为圆柱结构凹槽，超声发生器210的底部设置有固定脚211，固定脚211为圆柱体，固定脚211与固定槽137插接配合，由于震动面钢板230震动时会导致震动体200产生轻微的位移，通过插接配合的固定槽137、固定脚211可确保震动体200位于待清洗晶圆的正下方，从而保证晶圆的清洗效果。

再进一步的为了保证晶圆的正常清洗工作，四号连接体150的表面设置有一号连接槽153，一号连接槽153为“T”型结构凹槽，清洗槽131内相应设置有一号连接体136，一号连接体136为“T”型圆柱体结构凸起，一号连接体136与一号连接槽153滑动连接，四号连接体150的表面开设有握槽152，通过滑动连接的一号连接体136、一号连接槽153可确保安装体120位于震动体200的正上方避免移动到错误位置从而保证晶圆的正常清洗工作。

此外为了避免出现漏水，清洗槽131的顶部设置有封闭槽132，顶板141的底部设置有封闭体143，封闭体143与顶板141的形状相吻合，封闭体143的表面设置有橡胶垫，通过顶板141、封闭体143以及橡胶垫可确保清洁箱130与遮蔽体140的紧密连接，避免出现漏水的情况。

进一步的为了便于晶圆的清洗，四号连接体150开设有多个贯穿其表面的流通口155，流通口155为圆形穿口，通过设置有流通口155使得带有杂质的水可以向周围流动，从而有利于晶圆的清洗。

再进一步的为了提高本装置的适用范围，固定架161设置有贯穿其表面的二号连接槽165，二号连接槽165为内有螺纹的圆形穿口，调节杆171的表面相应设置有螺纹，二号连接槽165与调节杆171相螺纹连接，通过螺纹连接的二号连接槽165、调节杆171使得转动调节杆171可改变间距调节体170的位置从而可适应不同尺寸的晶圆，有利于提高本装置的适用范围。

更进一步的为了保证晶圆的清洗效果，调节杆171设置有三号连接体173，三号连接体173为“T”型圆柱体凸起，接触板172设置有三号连接槽175，三号连接槽175为“T”型圆柱体凹槽，三号连接体173与三号连接槽175转动连接，接触板172设置有限定杆174，固定架161相应设置有贯穿其表面的限定穿口166，限定穿口166为圆形穿口，限定杆174与限定穿口166插接配合，通过设置有转动连接的三号连接体173、三号连接槽175以及插接配合的限定穿口166、限定杆174可确保晶圆始终正对着正下方可保证晶圆的清洗效果。

除此之外为了避免晶圆的清洗不彻底，固定架161顶部设置有卡板162，卡板162设置有贯穿其表面的固定穿口163，固定穿口163为圆形穿口，固定穿口163内设置有固定螺栓164，二号连接体151相应设置有锁定槽156，锁定槽156为内有螺纹的圆柱结构凹槽，锁定槽156内螺纹连接有固定螺栓164，通过设置有螺纹连接的固定螺栓164便于将固定有晶圆的固定体160与四号连接体150进行安装保持紧密连接，避免在清洗时由于松动而导致晶圆清洗不彻底。

本实施例目的之二在于，提供了基于超声震动式处理的半导体晶圆的清洗方法，包括上述中任意一项的基于超声震动式处理的半导体晶圆的清洗装置，包括如下方法步骤：

（一）、晶圆固定阶段：

S1、转动调节杆171使得接触板172与晶圆相接触并固定；

S2、将固定有晶圆的固定架161安装入安装槽154内；

S3、固定螺栓164穿过固定穿口163并螺纹旋入锁定槽156内，将一号连接体136插入一号连接槽153内；

（二）、晶圆清洗阶段：

S4、盖上顶板141；

S5、向清洗槽131内注水；

S6、超声发生器210带动超声换能器220和震动面钢板230一起做高频震动产生空腔泡；

S7、空腔泡撞击晶圆表面并带动晶圆表面的污垢脱落。

实施例2

请参阅图11所示的超声发声器的原理框图，它由电网滤波器、工频整流及滤波、高频逆变、高频变压器、超声换能器以及PWM电路组成，超声波发生器，是一种将市电转换为换能器相应的高频交流电以驱动换能器进行工作的设备，超声换能器是一种将电磁能转化为机械能（声能）的装置，通常由压电陶瓷或其它磁致伸缩材料制成，超声波是通过换能器将高频电能转换为机械振动；

超声波清洗机原理主要是通过换能器，将功率超声频源的声能转换成机械振动，通过清洗槽131壁将超声波辐射到槽子中的清洗液。由于受到超声波的辐射，使槽内液体中的微气泡能够在声波的作用下从而保持振动，破坏污物与清洗件表面的吸附，引起污物层的疲劳破坏而被驳离，气体型气泡的振动对固体表面进行擦洗，在液体中传播的超声波能对物体表面的污物进行清洗，其原理可用“空化”现象来解释：超声波振动在液体中传播的音波压强达到一个大气压时，其功率密度为0.35w/cm2，这时超声波的音波压强峰值就可达到真空或负压，但实际上无负压存在，因此在液体中产生一个很大的力，将液体分子拉裂成空洞一空化核。此空洞非常接近真空，它在超声波压强反向达到最大时破裂，由于破裂而产生的强烈冲击将物体表面的污物撞击下来，这种由无数细小的空化气泡破裂而产生的冲击波现象称为“空化”现象。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.基于超声震动式处理的半导体晶圆的清洗装置，其特征在于：包括用于清洗晶圆的清洗机（100），所述清洗机（100）至少包括：

清洁体（110），所述清洁体（110）包括清洁箱（130），所述清洁箱（130）内设置有清洗槽（131），所述清洁箱（130）的表面设置有进水管（133），所述进水管（133）与所述清洗槽（131）相连通，所述清洗槽（131）的底部设置有出水管（134），所述出水管（134）设置有阀门（135），所述清洗槽（131）内设置有震动体（200），所述清洁箱（130）的顶部连接有遮蔽体（140），所述遮蔽体（140）包括与所述清洁箱（130）相连接的顶板（141），所述顶板（141）设置有扶手（142）；

安装体（120），所述安装体（120）包括位于所述清洗槽（131）内的四号连接体（150），所述四号连接体（150）内设置有二号连接体（151），所述二号连接体（151）设置有安装槽（154），所述安装槽（154）内安装有固定体（160），所述固定体（160）包括位于所述安装槽（154）内的固定架（161），所述固定架（161）设置有间距调节体（170），所述间距调节体（170）包括与所述固定架（161）相连接的调节杆（171），所述调节杆（171）连接有接触板（172）;

所述震动体（200）包括超声发生器（210），所述超声发生器（210）顶部设置有多个超声换能器（220），所述超声换能器（220）顶部连接有震动面钢板（230）；

所述清洗槽（131）的底部设置有固定槽（137），所述超声发生器（210）的底部设置有固定脚（211），所述固定脚（211）与所述固定槽（137）插接配合；

所述四号连接体（150）的表面设置有一号连接槽（153），所述清洗槽（131）内相应设置有一号连接体（136），所述一号连接体（136）与所述一号连接槽（153）滑动连接，所述四号连接体（150）的表面开设有握槽（152）；

所述调节杆（171）设置有三号连接体（173），所述接触板（172）设置有三号连接槽（175），所述三号连接体（173）与所述三号连接槽（175）转动连接，所述接触板（172）设置有限定杆（174），所述固定架（161）相应设置有贯穿其表面的限定穿口（166），所述限定穿口（166）为圆形穿口，所述限定杆（174）与所述限定穿口（166）插接配合。

2.根据权利要求1所述的基于超声震动式处理的半导体晶圆的清洗装置，其特征在于：所述一号连接槽（153）为“T”型结构凹槽，所述一号连接体（136）为“T”型圆柱体结构凸起。

3.根据权利要求1所述的基于超声震动式处理的半导体晶圆的清洗装置，其特征在于：所述清洗槽（131）的顶部设置有封闭槽（132），所述顶板（141）的底部设置有封闭体（143），所述封闭体（143）与所述顶板（141）的形状相吻合，所述封闭体（143）的表面设置有橡胶垫。

4.根据权利要求1所述的基于超声震动式处理的半导体晶圆的清洗装置，其特征在于：所述四号连接体（150）开设有多个贯穿其表面的流通口（155），所述流通口（155）为圆形穿口。

5.根据权利要求1所述的基于超声震动式处理的半导体晶圆的清洗装置，其特征在于：所述固定架（161）设置有贯穿其表面的二号连接槽（165），所述二号连接槽（165）为内有螺纹的圆形穿口，所述调节杆（171）的表面相应设置有螺纹，所述二号连接槽（165）与所述调节杆（171）相螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的基于超声震动式处理的半导体晶圆的清洗装置，其特征在于：所述固定架（161）顶部设置有卡板（162），所述卡板（162）设置有贯穿其表面的固定穿口（163），所述固定穿口（163）内设置有固定螺栓（164），所述二号连接体（151）相应设置有锁定槽（156），所述锁定槽（156）为内有螺纹的圆柱结构凹槽，所述锁定槽（156）内螺纹连接有固定螺栓（164）。

7.基于超声震动式处理的半导体晶圆的清洗方法，使用权利要求1-6中任意一项所述的基于超声震动式处理的半导体晶圆的清洗装置，其特征在于：包括如下方法步骤：

（一）、晶圆固定阶段：

S1、转动调节杆（171）使得接触板（172）与晶圆相接触并固定；

S2、将固定有晶圆的固定架（161）安装入安装槽（154）内；

S3、固定螺栓（164）穿过固定穿口（163）并螺纹旋入锁定槽（156）内，将一号连接体（136）插入一号连接槽（153）内；

（二）、晶圆清洗阶段：

S4、盖上顶板（141）；

S5、向清洗槽（131）内注水；

S6、超声发生器（210）带动超声换能器（220）和震动面钢板（230）一起做高频震动产生空腔泡；

S7、空腔泡撞击晶圆表面并带动晶圆表面的污垢脱落。

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