CN112885741A - 晶圆清洗装置及晶圆清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种晶圆清洗装置和晶圆清洗方法。该晶圆清洗装置包括：洗刷组件，包括至少两个相对设置的清洗刷，两个清洗刷之间形成用于插放晶圆的缝隙；支撑滚轮，位于缝隙下方，用于承载晶圆；电机，连接清洗刷和支撑滚轮，用于驱动清洗刷和支撑滚轮转动；导电板，位于洗刷组件两侧，导电板的数量与清洗刷的数量相同，且与清洗刷一一对应；以及电源，连接导电板，导电板通电后吸附清洗刷上的污染物，导电板断电后，清洗刷转动，清洗晶圆。在清洗刷两侧设置了导电板，吸附导电板上的带电污染物，从而避免了清洗刷在对晶圆进行清洗时，污染物粘附在晶圆上对晶圆造成污染，提高了清洗装置的使用寿命，增强了清洗效果，也提高了晶圆的生产良率。

Description

晶圆清洗装置及晶圆清洗方法
技术领域
本发明涉及存储器技术领域，更具体地，涉及一种晶圆清洗装置及晶圆清洗方法。
背景技术
随着半导体制造工艺的特征尺寸越来越小，存储器件的存储密度越来越高，对晶圆表面的平整度要求也越来越高。化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)是实现半导体晶圆面内平坦化的重要工艺。在化学机械研磨的过程中，需要使用带有研磨颗粒和化学腐蚀剂的研磨液对晶圆表面进行研磨。在化学机械研磨完成后，为避免晶圆表面残留大量的研磨颗粒和研磨副产物等污染物，而对后续工艺产生不良影响甚至导致晶圆良率损失，需要在CMP进程后对晶圆进行清洗。
通常使用含有清洗刷和清洗液的清洗装置来清洁晶圆表面，但是清洗装置长时间使用，可能出现机器老化等问题，清洗刷表面沾染污垢、转动过程中机器震动等都会造成晶圆的污染和划伤，所以，目前的清洗装置的清洗效率不高，导致晶圆成品率下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种晶圆清洗装置及晶圆清洗方法，通过在晶圆清洗装置中加入导电板，并外接电源以吸附清洗刷上的污染物，避免污染物污染晶圆，提高清洗效率，提升晶圆生产率和良率。
根据本发明的一方面，提供了一种晶圆清洗装置，包括：
洗刷组件，包括至少两个相对设置的清洗刷，两个所述清洗刷之间形成用于插放所述晶圆的缝隙；
支撑滚轮，位于所述缝隙下方，用于承载所述晶圆；
电机，连接所述清洗刷和所述支撑滚轮，用于驱动所述清洗刷和所述支撑滚轮转动；
导电板，位于所述洗刷组件两侧，所述导电板的数量与所述清洗刷的数量相同，且与所述清洗刷一一对应；以及
电源，连接所述导电板，所述导电板通电后吸附所述清洗刷上的污染物，所述导电板断电后，所述清洗刷转动，清洗所述晶圆。
可选地，所述晶圆清洗装置还包括：
第一喷杆，位于所述洗刷组件上方，用于喷洒第一清洗液清洗位于所述缝隙中的所述晶圆；
第二喷杆，位于所述导电板上方，用于喷洒第二清洗液清洗所述导电板。
可选地，所述电源向所述导电板施加第一电压，吸附所述清洗刷上的污染物；所述电源向所述导电板施加第二电压，使所述污染物从所述导电板上脱离。
可选地，所述第一电压为正电压，所述第二电压为负电压；所述第一电压为负电压，所述第二电压为正电压。
可选地，所述电机带动所述清洗刷沿水平方向移动，以靠近或远离对应的所述清洗刷。
可选地，所述电源为两个，每个所述导电板均连接一个所述电源。
可选地，所述导电板为硅板。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造晶圆清洗方法，采用上述所述的晶圆清洗装置，清洗方法包括：
电机带动清洗刷朝向对应的导电板移动固定距离；
电源向所述导电板施加第一电压，吸附所述清洗刷上的污染物；
所述电机带动所述清洗刷远离对应的所述导电板移动所述固定距离；
所述电源向所述导电板施加第二电压，使所述污染物脱离；
采用第二喷杆向所述导电板喷洒第二清洗液，去除所述污染物；以及
将晶圆放置于两个所述清洗刷之间，对所述晶圆进行清洗。
可选地，所述污染物为带电颗粒，所述第一电压使所述导电板与所述污染物的带电属性相反，所述第二电压使所述导电板与所述污染物的带电属性相同。
可选地，所述将晶圆放置于两个所述清洗刷之间，对所述晶圆进行清洗包括：
支撑滚轮将所述晶圆限定于两个所述清洗刷之间；
所述电机带动两个清洗刷朝向相反的方向转动；
所述电机带动所述支撑滚轮转动从而带动所述晶圆转动；
经由第一喷杆向所述晶圆喷洒第一清洗液，去除所述晶圆表面的污染物。
可选地，第三清洗液经由所述清洗刷内部到达所述清洗刷表面，对所述晶圆表面进行清洗。
本发明实施例提供的晶圆清洗装置及晶圆清洗方法，通过在清洗刷两侧加上导电板，并使导电板外接电源，使得导电板表面带电，以吸附清洗刷上的污染物，使清洗刷保持清洁，使用该晶圆清洗装置清洗晶圆时，可以避免清洗刷上的污染物吸附至晶圆表面，对晶圆起到保护作用，提高清洗效率和质量，增加了晶圆清洗装置的寿命，同时，提高了由晶圆制造的半导体器件的器件良率。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1a和图1b分别示出了常规晶圆清洗装置的结构示意图和正视图。
图1c示出了采用常规晶圆清洗装置清洗晶圆后的晶圆表面杂质分布图。
图2示出了根据本发明实施例的晶圆清洗装置的结构示意图。
图3a-图3c分别示出了根据本发明实施例的晶圆清洗装置在晶圆清洗中不同阶段的操作示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。
在本申请中，术语“半导体结构”指在制造存储器件的各个步骤中形成的整个半导体结构的统称，包括已经形成的所有层或区域。在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
图1a和图1b分别示出了常规晶圆清洗装置的结构示意图和正视图。图1c示出了采用常规晶圆清洗装置清洗晶圆后的晶圆表面杂质分布图。
结合图1a-图1c，使用晶圆清洗装置100对化学机械研磨后的晶圆进行清洗。清洗时，先将化学机械研磨后的晶圆101放入清洗槽中，然后使用一对由电机150带动的并列设置的滚动式清洗刷110对晶圆101的正反两面同步进行清洗，同时由喷杆130上的喷头131喷洒清洗液140对晶圆101表面进行冲洗，清洗液140由清洗液供给源160通过供液管路161供给，之后使用去离子水冲洗晶圆101表面，再对晶圆101进行干燥。如图1b所示，清洗刷110的转轴112连接至电机150，由电机带动转动，且转动方向相反。晶圆101放置于两个清洗刷110之间，由清洗刷110上的海绵刷111对晶圆101表面进行清洗。在清洗刷110转动的同时，晶圆101由其下的支撑滚轮120支撑并带动旋转，从而使得清洗刷110刷洗到整个晶圆101。但是，晶圆的清洗一般是批量进行的，如图1c所示，在进行了多次晶圆的清洗后，清洗刷110的海绵刷111表面可能会粘附很多污染物，此时再用该清洗刷110对晶圆101进行清洗时，会在晶圆101表面呈现扇形或线型的污染物102痕迹，不利于后续的工艺生产，导致晶圆良率降低。
图2示出了根据本发明实施例的晶圆清洗装置的结构示意图。
如图2所示，本发明实施例对图1a示出的AMAT(Applied Materials Inc，纳斯达克应用材料公司)设备的晶圆清洗设备进行改进，增加了导电板270。那么，本实施例示出的晶圆清洗装置200包括：位于清洗腔室内的洗刷组件、支撑滚轮220、第一喷杆230、电机250、导电板270、第二喷杆280，和位于清洗腔室外的第一清洗液供给源260、第二清洗液供给源290和第一电源U1以及第二电源U2。
洗刷组件包括一对相对设置的清洗刷210，两个清洗刷210均呈棒状，在水平方向上相互平行，并列设置，两个清洗刷210之间留有空隙，以使晶圆201可以从该缝隙插入。每个清洗刷210均包括转轴212和位于转轴外部的海绵刷211，海绵刷211例如是由多个海绵块组成的，转轴212例如是空心轴，并且转轴212侧壁上开有多个小孔，清洗液可以从转轴212中心到达海绵刷211表面，对晶圆201进行清洗。转轴212转动带动海绵刷211擦洗晶圆201的表面，去除晶圆201表面的污染物。
支撑滚轮220位于缝隙下方，用于承载晶圆201，具有承载晶圆201的槽，如图2，支撑滚轮220具有V型槽，晶圆201可以卡在V型槽中。支撑滚轮220为多个，例如为三个，将晶圆201限定在缝隙内。支撑滚轮220转动可以带动晶圆201转动，从而使得海绵刷221可以清洁晶圆201的整个表面。
转轴212连接在电机250上，由电机250驱动转动或移动，电机250可以带动转轴212水平移动，从而使得两个清洗刷210相互靠近，挤压晶圆201。也可以带动转轴212转动，并且，由电机250驱动转动的两个清洗刷210是相向转动的，一个顺时针转动，一个逆时针转动，当晶圆201经由机械臂等工具放置在两个清洗刷210之间时，电机250带动转轴212移动，挤压晶圆201表面，并开始转动，清洁晶圆201的表面。
进一步地，支撑滚轮220经由传送带连接至电机250上，电机250驱动支撑滚轮220转动，以使晶圆201沿周向转动。
第一喷杆230位于洗刷组件上方，并且，每个清洗刷210上方均设置一个喷杆230，喷杆230上具有多个喷嘴231，朝向晶圆201表面喷洒第一清洗液240，去除晶圆201表面的残留污染物。第一喷杆230经由第一输液管路261连接至外部的第一清洗液供给源260，第一清洗液供给源260中存储第一清洗液，例如是化学试剂。而清洗刷210表面粘附的第三清洗液例如是去离子水，在采用清洗刷210对晶圆201表面清洁后，再采用第一喷杆230喷洒第一清洗液240清洗晶圆201。
在使用清洗刷210清洗过多片晶圆201后，清洗刷210上会粘附一些带点颗粒等污染物，此时如果继续清洗后续的晶圆201，晶圆201表面带电，可能会使污染物再次吸附在晶圆201上，降低清洗效率。所以，本实施例在上述结构的基础上增加了导电板270。
导电板270设置在清洗组件两侧，导电板270的数量与清洗刷210的数量相同，例如包括两个，分别设置在两个清洗刷210外侧，与清洗刷210一一对应。导电板270例如设置在清洗腔室的侧壁上，与清洗刷210隔开一定的距离。导电板270连接外部电源，一侧的导电板270连接第一电源U1，另一侧的连接第二电源U2，两个电源可以分别向导电板270施加电压。导电板270通电后，表面带电，可以吸附清洗刷210上的污染物，以去除清洗刷210上的导电颗粒。
具体地，导电板270例如为硅板。在清洗完某一片晶圆201后，移出晶圆201，然后电机250驱动清洗刷210沿水平方向移动，以靠近对应的清洗刷210，第一电源U1和第二电源U2向两侧的导电板270施加第一电压，该第一电压为与清洗刷210上的带电颗粒带电属性相反的电压。硅板表面产生电荷，吸附清洗刷210上的带电颗粒等污染物，以保持清洗刷210的清洁。
然后，电机250驱动清洗刷210沿水平方向移动，以远离对应的清洗刷210，此时电源向导电板270施加第二电压，硅板上产生电荷，与带电颗粒相互排斥，使污染物从硅板上脱离。其中，第一电压为正电压，则第二电压为负电压；而第一电压为负电压，则第二电压为正电压。此时，采用第二喷杆280清洁导电板270。
第二喷杆280位于导电板270上方，用于喷洒第二清洗液292清洗导电板270。第二喷杆280也包括两个，分别位于两个导电板270的侧上方，通过喷嘴281喷洒第二清洗液，第二清洗液例如是去离子水。第二喷杆280连接外部的第二清洗液供给源290，通过第二输液管路291向喷杆280供给清洗液。
由于晶圆201和导电板270均是竖直放置，污染物由于重力作用掉落，脱离晶圆201和导电板270的表面，增加了清洗效率。在对导电板270清洗结束后，断开电源，开始下一次晶圆201的清洗。
本实施例的晶圆清洗装置200由于在清洗刷210两侧设置了导电板270和外接电源，使得导电板270表面产生电荷，能吸附清洗刷210表面的带电污染物，对清洗刷210进行清洁。采用清洁后的清洗刷210清洗晶圆201，提高了晶圆201的清洗质量和清洗效率，也增加了清洗装置的使用寿命，避免多次更换带来的损耗，提高了晶圆201的生产良率。
进一步地，在导电板270上施加第一电压，使得导电板上带的电荷与清洗刷210上的带电粒子电性相反，从而吸附带电粒子，然后给导电板270施加第二电压，使导电板270上的电荷电性与带电粒子的电性相同，将带电粒子排斥开，方便清洁。
图3a-图3c分别示出了根据本发明实施例的晶圆清洗装置在晶圆清洗中不同阶段的操作示意图。
本发明实施例还提供一种晶圆形成方法，图3a-3c示出了晶圆清洗过程中不同阶段的示意图。
如图3a所示，采用晶圆清洗装置200对晶圆201进行清洗，例如是对第N片晶圆进行了清洗，清洗刷210上粘附了许多带负电的颗粒状污染物。此时需要对清洗刷210进行清洁，所以需要移开晶圆201。
接着，如图3b所示，本实施例的晶圆清洗方法包括：
步骤S101，电机驱动清洗刷朝向对应的导电板移动固定距离；
电机250驱动两个清洗刷210朝相反方向移动一个固定距离，各自靠近对应的导电板270。
步骤S102，电源向导电板施加第一电压，吸附清洗刷上的污染物；
第一电源U1和第二电源U2分别向两侧的导电板270施加第一电压，使导电板270表面产生电荷，且与清洗刷210上的污染物的电性相反，使得污染物吸附到导电板270表面，从而清洁了清洗刷210。
如图3c，步骤S103，电机驱动清洗刷远离对应的导电板移动固定距离；
导电板270吸附污染物后，电极250驱动清洗刷210远离导电板270再次移动固定距离，该距离与步骤S101中距离一致，使得清洗刷210归回原位。
步骤S104，电源向导电板施加第二电压，使污染物脱离；
第一电源U1和第二电源U2分别向两侧的导电板270施加第二电压，使导电板270表面产生电荷，且与污染物的电性相同，使得污染物脱离导电板270表面。
步骤S105，采用第二喷杆向所导电板喷洒第二清洗液，去除污染物；
采用第二喷杆280朝向导电板270喷洒第二清洗液，去除导电板270表面上的污染物。然后关闭电源。
步骤S106，将晶圆放置于两个所清洗刷之间，对晶圆进行清洗。
再次参照图3a，此时，清洗刷210已清洗干净，而导电板270也已清洗干净。将第N+1片晶圆210放置入清洗刷210的缝隙中，对晶圆201进行清洗。
具体的，将晶圆201放置于两个清洗刷210之间，对晶圆201进行清洗包括：
支撑滚轮220将晶圆201限定于两个清洗刷210之间；电机250驱动两个清洗刷210朝向相反的方向转动；电机250驱动支撑滚轮220转动从而带动晶圆201转动；经由第一喷杆230向晶圆201喷洒第一清洗液240，去除晶圆201表面的污染物。而清洗刷210内部的第三清洗液经由内部小孔到达表面，对晶圆201表面进行了清洗。
综上，本发明实施例提供的晶圆清洗装置及晶圆清洗方法，通过在清洗刷两侧加上导电板，并使导电板外接电源，使得导电板表面带电，以吸附海绵刷上的污染物，使海绵刷保持清洁，使用该晶圆清洗装置清洗晶圆时，可以避免海绵刷上的污染物吸附至晶圆表面，对晶圆起到保护作用，提高清洗效率和质量，增加了晶圆清洗装置的寿命，同时，提高了由晶圆制造的半导体器件的器件良率。
在以上的描述中，对于各层的构图、蚀刻等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。

Claims (11)

1.一种晶圆清洗装置，包括：
洗刷组件，包括至少两个相对设置的清洗刷，两个所述清洗刷之间形成用于插放所述晶圆的缝隙；
支撑滚轮，位于所述缝隙下方，用于承载所述晶圆；
电机，连接所述清洗刷和所述支撑滚轮，用于驱动所述清洗刷和所述支撑滚轮转动；
导电板，位于所述洗刷组件两侧，所述导电板的数量与所述清洗刷的数量相同，且与所述清洗刷一一对应；以及
电源，连接所述导电板，所述导电板通电后吸附所述清洗刷上的污染物，所述导电板断电后，所述清洗刷转动，清洗所述晶圆。
2.根据权利要求1所述的晶圆清洗装置，还包括：
第一喷杆，位于所述洗刷组件上方，用于喷洒第一清洗液清洗位于所述缝隙中的所述晶圆；
第二喷杆，位于所述导电板上方，用于喷洒第二清洗液清洗所述导电板。
3.根据权利要求1所述的晶圆清洗装置，其中，所述电源向所述导电板施加第一电压，吸附所述清洗刷上的污染物；所述电源向所述导电板施加第二电压，使所述污染物从所述导电板上脱离。
4.根据权利要求3所述的晶圆清洗装置，其中，所述第一电压为正电压，所述第二电压为负电压；所述第一电压为负电压，所述第二电压为正电压。
5.根据权利要求1所述的晶圆清洗装置，其中，所述电机带动所述清洗刷沿水平方向移动，以靠近或远离对应的所述清洗刷。
6.根据权利要求1所述的晶圆清洗装置，其中，所述电源为两个，每个所述导电板均连接一个所述电源。
7.根据权利要求1所述的晶圆清洗装置，其中，所述导电板为硅板。
8.一种晶圆清洗方法，采用权利要求1-7任一项所述的晶圆清洗装置，所述清洗方法包括：
电机带动清洗刷朝向对应的导电板移动固定距离；
电源向所述导电板施加第一电压，吸附所述清洗刷上的污染物；
所述电机带动所述清洗刷远离对应的所述导电板移动所述固定距离；
所述电源向所述导电板施加第二电压，使所述污染物脱离；
采用第二喷杆向所述导电板喷洒第二清洗液，去除所述污染物；以及
将晶圆放置于两个所述清洗刷之间，对所述晶圆进行清洗。
9.根据权利要求8所述的晶圆清洗方法，其中，所述污染物为带电颗粒，所述第一电压使所述导电板与所述污染物的带电属性相反，所述第二电压使所述导电板与所述污染物的带电属性相同。
10.根据权利要求8所述的晶圆清洗方法，其中，所述将晶圆放置于两个所述清洗刷之间，对所述晶圆进行清洗包括：
支撑滚轮将所述晶圆限定于两个所述清洗刷之间；
所述电机带动两个清洗刷朝向相反的方向转动；
所述电机带动所述支撑滚轮转动从而带动所述晶圆转动；
经由第一喷杆向所述晶圆喷洒第一清洗液，去除所述晶圆表面的污染物。
11.根据权利要求10所述的晶圆清洗方法，其中，第三清洗液经由所述清洗刷内部到达所述清洗刷表面，对所述晶圆表面进行清洗。
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