CN112786492A - 一种晶圆清洗用的喷射设备和晶圆清洗方法 - Google Patents

一种晶圆清洗用的喷射设备和晶圆清洗方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种晶圆清洗用的喷射设备和晶圆清洗方法，将待清洗的晶圆放置在一载物台上，载物台放置在一回收腔体内；驱动组件驱动支撑杆上升，使喷头达到预设高度；驱动晶圆旋转；驱动组件驱动喷头绕支撑杆旋转作圆弧式的往复移动，控制器控制第一输送管道向第一喷嘴输送具有预定压力的液态二氧化碳，第一喷嘴向晶圆的上表面喷射液态二氧化碳对晶圆进行清洗和干燥。对于晶圆表面纳米尺寸下具有高深宽比的器件微结构，很容易去除水分子等残留物，二氧化碳不仅起到有效的清洁作用，还起到有效的干燥作用，还可以与其他清洗剂混合使用。

Description

一种晶圆清洗用的喷射设备和晶圆清洗方法
技术领域
本发明涉及晶圆制造技术部领域，尤其涉及一种晶圆清洗用的喷射设备和晶圆清洗方法。
背景技术
晶圆是指制作硅半导体电路所用的晶片，晶圆清洗，将晶圆在不断被加工成形及抛光处理的过程中，由于与各种有机物、粒子及金属接触而产生的污染物清除的工艺。是晶圆制造过程中的一个重要工艺步骤。
在半导体清洗工艺，尤其是高阶晶圆产品如逻辑集成电路，存储，功率器件等相关的晶圆产品，在制造过程中，通过繁复的各种光刻，湿法，沉积，氧化等相关的工艺进行处理，在每一个过程之前或之后执行清洗衬底的过程来去除每个过程中产生的异物和颗粒，确保后续的工艺良率的正确性与再现性。
在相关的65-14nm pitch需求的半导体湿法工艺，以及对应于14nm以下扩及到5nmpitch的晶圆产品，尤其在尺寸效应的作用之下，晶圆湿法工艺的核心问题在于液体残留在纳米尺寸的高深宽比微结构，可能性的液体张力无法有效改善导致的高深宽比微结构难以进行清洗，而且现有技术中晶圆清洗装置结构不紧凑，无法实现多种情况喷洗。
发明内容
本发明提供一种晶圆清洗用的喷射设备和晶圆清洗方法，旨在解决现有技术中晶圆高深宽比微结构难以进行清洗等技术问题。
一种晶圆清洗用的喷射设备，包括：
喷射组件，包括支撑杆、摆臂和喷头，摆臂分别与支撑杆的上端部和喷头连接，喷头上设置有第一喷嘴和第二喷嘴，第一喷嘴连通输送第一清洗剂的第一输送管道，第二喷嘴连通输送第二清洗剂的第二输送管道，其中，第一清洗剂为液态二氧化碳；
控制器，用于根据外部第一指令控制第一输送管道开通和第二输送管道断开，以向晶圆的上表面喷射液态二氧化碳进行清洗，或者根据外部第二指令控制第一输送管道和第二输送管道均开通，使液态二氧化碳和第二清洗剂在第一喷嘴和第二喷嘴的喷射口外部进行混合，第二清洗剂被雾化后对晶圆的上表面进行清洗；
驱动组件，连接控制器，连接支撑杆的下端部，用于在控制器的控制下驱动制喷头的升降以及绕支撑杆旋转作圆弧式的往复移动。
进一步的，喷头上还设置第三喷嘴，第三喷嘴连通输送第三清洗剂的第三输送管道，第三清洗剂为氮气；
控制器还用于根据外部第三指令控制第一输送管道和第三输送管道均开通，使液态二氧化碳和氮气在第一喷嘴和第三喷嘴的喷射口外部进行混合清洗和干燥晶圆的上表面。
进一步的，第一喷嘴上设置超声波振荡片，连接控制器，控制器用于在第一喷嘴向晶圆的上表面喷射液态二氧化碳时，控制超声波振荡片产生振荡。
进一步的，第一喷嘴上还设置有加热构件，连接控制器，控制器用于在第一喷嘴向晶圆的上表面喷射液态二氧化碳时，控制加热构件对液态二氧化碳进行加热。
一种晶圆清洗方法，使用前述的一种晶圆清洗用的喷射装置，包括如下步骤：
步骤A1，将待清洗的晶圆放置在一载物台上，载物台放置在一回收腔体内；
步骤A2，驱动组件驱动支撑杆上升，使喷头达到预设高度；
步骤A3，驱动晶圆旋转；
步骤A4，驱动组件驱动喷头绕支撑杆旋转作圆弧式的往复移动，控制器控制第一输送管道向第一喷嘴输送具有预定压力的液态二氧化碳，第一喷嘴向晶圆的上表面喷射液态二氧化碳对晶圆进行清洗和干燥；
步骤A5，液态二氧化碳对晶圆清洗和干燥后变成气态二氧化碳进入回收腔体内，回收腔体对气态二氧化碳进行回收。
进一步的，步骤A4为：控制器控制第一输送管道和第二输送管道均开通，使液态二氧化碳和第二清洗剂在第一喷嘴和第二喷嘴的喷射口外部进行混合，第二清洗剂被雾化后对晶圆的上表面进行清洗；
进一步的，喷头上还设置第三喷嘴，第三喷嘴连通输送第三清洗剂的第三输送管道，第三清洗剂为氮气；
步骤A4为：控制器控制第一输送管道和第三输送管道均开通，使液态二氧化碳和氮气在第一喷嘴和第三喷嘴的喷射口外部进行混合清洗和干燥晶圆的上表面。
进一步的，在步骤A4中，控制器控制第一输送管道间歇式地向第一喷嘴输送具有预定压力的液态二氧化碳。
进一步的，第一喷嘴上设置超声波振荡片，连接控制器。
在步骤A4中，控制器在控制第一喷嘴向晶圆的上表面喷射液态二氧化碳时，控制超声波振荡片产生振荡。
进一步的，第一喷嘴上还设置有加热构件，连接控制器，在步骤A4中，控制器在控制第一喷嘴向晶圆的上表面喷射液态二氧化碳时，控制加热构件对液态二氧化碳进行加热。
本发明的有益技术效果是：对于晶圆表面纳米尺寸下具有高深宽比的器件微结构，很容易去除水分子等残留物，二氧化碳不仅起到有效的清洁作用，还起到有效的干燥作用，还可以与其他清洗剂混合使用，
附图说明
图1为本发明一种晶圆清洗用的喷射设备的示意图；
图2为本发明一种二氧化碳流体去除高深宽比结构的水分的原理示意图；
图3为本发明一种二氧化碳流体去除高深宽比结构的水分的效果示意图；
图4为现有技术去除高深宽比结构的水分的示意图；
图5为本发明一种晶圆清洗用的喷射设备的喷洗过程示意图；
图6为本发明一种晶圆清洗用的喷射设备的侧面拆解结构示意图；
图7为本发明一种晶圆清洗用的喷射设备的模块连接关系示意图；
图8为本发明一种晶圆清洗用的喷射设备的驱动组件示意图；
图9为本发明一种晶圆晶圆清洗用回收腔体和载物台示意图；
图10为本发明一种晶圆清洗方法步骤示意图。
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作出创造性劳动的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
参见图1-3和图5-9，本发明提供一种晶圆清洗用的喷射设备，包括：
喷射组件(1)，包括支撑杆(11)、摆臂(12)和喷头(13)，摆臂(12)分别与支撑杆(11)的上端部和喷头(13)连接，喷头(13)上设置有第一喷嘴(131)和第二喷嘴(132)，第一喷嘴(131)连通输送第一清洗剂的第一输送管道，第二喷嘴(132)连通输送第二清洗剂的第二输送管道，其中，第一清洗剂为液态二氧化碳；
控制器(3)，用于根据外部第一指令控制第一输送管道开通和第二输送管道断开，以向晶圆的上表面喷射液态二氧化碳进行清洗，或者根据外部第二指令控制第一输送管道和第二输送管道均开通，使液态二氧化碳和第二清洗剂在第一喷嘴(131)和第二喷嘴(132)的喷射口外部进行混合，第二清洗剂被雾化后对晶圆的上表面进行清洗；
驱动组件(6)，连接支撑杆(11)的下端部，用于控制喷头(13)的升降以及绕支撑杆(11)旋转作圆弧式的往复移动。
进一步的，喷头(13)上还设置第三喷嘴(133)，第三喷嘴连通输送第三清洗剂的第三输送管道，第三清洗剂为氮气；
控制器(3)还用于根据外部第三指令控制第一输送管道和第三输送管道均开通，使液态二氧化碳和氮气在第一喷嘴(131)和第三喷嘴(133)的喷射口外部进行混合清洗和干燥晶圆的上表面。
具体的，二氧化碳流体能够有效去除高深宽比结构中的残留物，当然也可以做一般晶圆表面的清洗，二氧化碳具有清洗和干燥的双重功效。
具体的，二氧化碳和氮气混合使用可以加快晶圆的清洗过程。
进一步的，第一喷嘴(131)上设置超声波振荡片(4)，连接控制器(3)，控制器用于在第一喷嘴(131)向晶圆的上表面喷射液态二氧化碳时，控制超声波振荡片(4)产生振荡。
进一步的，第一喷嘴(131)上还设置有加热构件(5)，连接控制器(3)，控制器用于在第一喷嘴(131)向晶圆的上表面喷射液态二氧化碳时，控制加热构件(5)对液态二氧化碳进行加热。
具体的，配置加热构件(5)，可以在输出液体二氧化碳瞬间接触晶圆，压力在30MPA和温度在70摄氏度时为较佳的清洗参数。
具体的，增加采用超声波震荡，增加冲击力。
具体的，在清洗过程中，使晶圆的载物台(7)旋转，可以与CO2流体达成共轭时间差。
具体的，采用间歇式喷射CO2流体，可以达成CO2在部分清洗可自我变化为气体释放于回收腔体进行回收。
图4为现有技术中一般的清洗工艺清洗后的结构，可见，现有技术不容易将器件内的水分清洗掉，水分子表面张力过大容易导致器件结构的崩毁。
图3为本发明使用二氧化碳清洗工艺后的结构，可以有效去除器件高深宽比结构的水分等残留物，CO2清洗后变成气体排除掉。
参见图10，本发明还提供一种晶圆清洗方法，其特征在于，使用前述的一种晶圆清洗用的喷射装置，包括如下步骤：
步骤A1，将待清洗的晶圆放置在一载物台(7)上，载物台(7)放置在一回收腔体(8)内；
步骤A2，驱动组件(6)驱动支撑杆(11)上升，使喷头(13)达到预设高度；
步骤A3，驱动晶圆旋转；
步骤A4，驱动组件(6)驱动喷头(13)绕支撑杆(11)旋转作圆弧式的往复移动，控制器(3)控制第一输送管道向第一喷嘴(131)输送具有预定压力的液态二氧化碳，第一喷嘴(131)向晶圆的上表面喷射液态二氧化碳对晶圆进行清洗和干燥；
步骤A5，液态二氧化碳对晶圆清洗和干燥后变成气态二氧化碳进入回收腔体(8)内，回收腔体(8)对气态二氧化碳进行回收。
进一步的，步骤A4为：控制器(3)控制第一输送管道和第二输送管道均开通，使液态二氧化碳和第二清洗剂在第一喷嘴(131)和第二喷嘴(132)的喷射口外部进行混合，第二清洗剂被雾化后对晶圆的上表面进行清洗；
进一步的，喷头(13)上还设置第三喷嘴(133)，第三喷嘴连通输送第三清洗剂的第三输送管道，第三清洗剂为氮气；
步骤A4为：控制器(3)控制第一输送管道和第三输送管道均开通，使液态二氧化碳和氮气在第一喷嘴(131)和第三喷嘴(133)的喷射口外部进行混合清洗和干燥晶圆的上表面。
进一步的，在步骤A4中，控制器(3)控制第一输送管道间歇式地向第一喷嘴(131)输送具有预定压力的液态二氧化碳。
进一步的，第一喷嘴(131)上设置超声波振荡片(4)，连接控制器(3)，。
在步骤A4中，控制器(3)在控制第一喷嘴(131)向晶圆的上表面喷射液态二氧化碳时，控制超声波振荡片(4)产生振荡。
进一步的，第一喷嘴(131)上还设置有加热构件(5)，连接控制器(3)，在步骤A4中，控制器(3)在控制第一喷嘴(131)向晶圆的上表面喷射液态二氧化碳时，控制加热构件(5)对液态二氧化碳进行加热。
具体的，二氧化碳流体能够有效去除高深宽比结构中的残留物，当然也可以做一般晶圆表面的清洗，二氧化碳具有清洗和干燥的双重功效。
具体的，二氧化碳和氮气混合使用可以加快晶圆的清洗过程。
具体的，配置加热构件(5)，可以在输出液体二氧化碳瞬间接触晶圆，压力在30MPA和温度在70摄氏度时为较佳的清洗参数。
具体的，增加采用超声波震荡，增加冲击力。
具体的，在清洗过程中，使晶圆的载物台(7)旋转，可以与CO2流体达成共轭时间差。
具体的，采用间歇式喷射CO2流体，可以达成CO2在部分清洗可自我变化为气体释放于回收腔体进行回收。
图4为现有技术中一般的清洗工艺清洗后的结构，可见，现有技术不容易将器件内的水分清洗掉，水分子表面张力过大容易导致器件结构的崩毁。
图3为本发明使用二氧化碳清洗工艺后的结构，可以有效去除器件高深宽比结构的水分等残留物，CO2清洗后变成气体排除掉。
所述第二清洗剂为硫酸和双氧水的混合溶液、氨水和双氧水的混合溶液、氢氟酸或者超纯水中的一种。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种晶圆清洗用的喷射设备，其特征在于，包括：
喷射组件(1)，包括支撑杆(11)、摆臂(12)和喷头(13)，所述摆臂(12)分别与所述支撑杆(11)的上端部和所述喷头(13)连接，所述喷头(13)上设置有第一喷嘴(131)和第二喷嘴(132)，第一喷嘴(131)连通输送所述第一清洗剂的第一输送管道(14)，所述第二喷嘴(132)连通输送所述第二清洗剂的第二输送管道(15)，其中，所述第一清洗剂为液态二氧化碳；
控制器(3)，用于根据外部第一指令控制所述第一输送管道开通和所述第二输送管道断开，以向所述晶圆的上表面喷射液态二氧化碳进行清洗，或者根据外部第二指令控制所述第一输送管道和所述第二输送管道均开通，使所述液态二氧化碳和所述第二清洗剂在所述第一喷嘴(131)和所述第二喷嘴(132)的喷射口外部进行混合，所述第二清洗剂被雾化后对所述晶圆的上表面进行清洗；
驱动组件(6)，连接所述控制器(3)，连接所述支撑杆(11)的下端部，用于在所述控制器(3)的控制下驱动制所述喷头(13)的升降以及绕所述支撑杆(11)旋转作圆弧式的往复移动。
2.如权利要求1所述的一种晶圆清洗用的喷射设备，其特征在于，所述喷头(13)上还设置第三喷嘴(133)，所述第三喷嘴连通输送第三清洗剂的第三输送管道(16)，所述第三清洗剂为氮气；
所述控制器(3)还用于根据外部第三指令控制所述第一输送管道和所述第三输送管道均开通，使所述液态二氧化碳和所述氮气在所述第一喷嘴(131)和所述第三喷嘴(133)的喷射口外部进行混合清洗和干燥所述晶圆的上表面。
3.如权利要求1所述的一种晶圆清洗用的喷射设备，其特征在于，所述第一喷嘴(131)上设置超声波振荡片(4)，连接所述控制器(3)，所述控制器用于在第一喷嘴(131)向晶圆的上表面喷射液态二氧化碳时，控制所述超声波振荡片(4)产生振荡。
4.如权利要求1所述的一种晶圆清洗用的喷射设备，其特征在于，所述第一喷嘴(131)上还设置有加热构件(5)，连接所述控制器(3)，所述控制器用于在第一喷嘴(131)向晶圆的上表面喷射液态二氧化碳时，控制所述加热构件(5)对所述液态二氧化碳进行加热。
5.一种晶圆清洗方法，其特征在于，使用如权利要求1-4任意一项所述的一种晶圆清洗用的喷射装置，包括如下步骤：
步骤A1，将待清洗的晶圆放置在一载物台(7)上，所述载物台(7)放置在一回收腔体(8)内；
步骤A2，驱动组件(6)驱动所述支撑杆(11)上升，使所述喷头(13)达到预设高度；
步骤A3，驱动所述晶圆旋转；
步骤A4，驱动组件(6)驱动所述喷头(13)绕所述支撑杆(11)旋转作圆弧式的往复移动，控制器(3)控制所述第一输送管道向所述第一喷嘴(131)输送具有预定压力的液态二氧化碳，所述第一喷嘴(131)向所述晶圆的上表面喷射所述液态二氧化碳对所述晶圆进行清洗和干燥；
步骤A5，所述液态二氧化碳对所述晶圆清洗和干燥后变成气态二氧化碳进入所述回收腔体(8)内，所述回收腔体(8)对所述气态二氧化碳进行回收。
6.如权利要求5所述的一种晶圆清洗方法，其特征在于，所述步骤A4为：控制器(3)控制所述第一输送管道和所述第二输送管道均开通，使所述液态二氧化碳和所述第二清洗剂在所述第一喷嘴(131)和所述第二喷嘴(132)的喷射口外部进行混合，所述第二清洗剂被雾化后对所述晶圆的上表面进行清洗。
7.如权利要求5所述的一种晶圆清洗方法，其特征在于，所述喷头(13)上还设置第三喷嘴(133)，所述第三喷嘴连通输送第三清洗剂的第三输送管道，所述第三清洗剂为氮气；
所述步骤A4为：所述控制器(3)控制所述第一输送管道和所述第三输送管道均开通，使所述液态二氧化碳和所述氮气在所述第一喷嘴(131)和所述第三喷嘴(133)的喷射口外部进行混合清洗和干燥所述晶圆的上表面。
8.如权利要求5所述的一种晶圆清洗方法，其特征在于，在所述步骤A4中，控制器(3)控制所述第一输送管道间歇式地向所述第一喷嘴(131)输送具有预定压力的液态二氧化碳。
9.如权利要求5所述的一种晶圆清洗方法，其特征在于，所述第一喷嘴(131)上设置超声波振荡片(4)，连接所述控制器(3)。
在所述步骤A4中，所述控制器(3)在控制第一喷嘴(131)向晶圆的上表面喷射液态二氧化碳时，控制所述超声波振荡片(4)产生振荡。
10.如权利要求5所述的一种晶圆清洗方法，其特征在于，所述第一喷嘴(131)上还设置有加热构件(5)，连接所述控制器(3)，在所述步骤A4中，所述控制器(3)在控制第一喷嘴(131)向晶圆的上表面喷射液态二氧化碳时，控制所述加热构件(5)对所述液态二氧化碳进行加热。
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