CN113113328B - 单片晶圆清洗装置清洗盘结构及单片晶圆清洗装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种单片晶圆清洗装置清洗盘结构，晶圆朝上由清洗液喷管喷出清洗液进行清洗，再由清水喷管喷出清水，以去除晶圆上的清洗剂残留，使用清洗液喷管和清水喷管时，通过旋转清洗液喷管和清水喷管使之对应到达晶圆上方，无须使用则将清洗液喷管和清水喷管移走以防止干扰，清洗液喷管为并列的若干根可喷出不同类型的清洗液，实现一机多用。同时，加热后的氮气从转轴中间的通道经过空腔从通孔喷出，在加热晶圆的同时，在晶圆底部形成气流防止清洗液流入晶圆底面。
Description
技术领域
本申请属于晶圆清洗设备技术领域，尤其是涉及一种单片晶圆清洗装置清洗盘结构及单片晶圆清洗装置。
背景技术
在现有的半导体工艺中，对半导体衬底进行高剂量离子注入时，需要先在半导体衬底表面形成具有一定图案的光刻胶层，然后依据图形化光刻胶层对半导体衬底进行离子注入，以在晶圆上形成有浅沟槽隔离结构。离子注入完成后，需要采用湿法清洗处理对晶圆进行清洗以去除光刻胶及晶圆表面的颗粒缺陷。
如中国专利文献CN108649008A公开了用于离子注入后晶圆清洗的单片式清洗装置及方法，其设置有两个相互衔接的处理单元，其中第一处理单元，采用顶部加热、底部喷洒清洗液的方式，第二处理单元在顶部喷洒另一清洗液，通过两个处理腔室的配合完成对一块晶圆的清洗。
然而，正是由于采用两个处理腔室，两个处理腔室之间需要增加运输环节和翻转环节，导致整个设备运行效率低。此外，在第一处理腔室时，采用清洗面朝下，导致清洗液喷射范围受中间清洗液喷嘴影响。在第二处理腔室时，采用清洗面朝上，在清洗时，清洗液会流淌到晶圆底面，从而导致底面产生清洁剂残留。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中的不足，从而提供一种结构简单、不易在背面产生清洁剂残留的单片晶圆清洗装置清洗盘结构及单片晶圆清洗装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种单片晶圆清洗装置清洗盘结构，包括：
支撑盘，能够旋转，用于支撑固定晶圆，所述支撑盘底部与转轴连接，转轴能够转动，进而使支撑盘发生转动，所述支撑盘中间具有空腔，所述转轴中间为通道，所述通道能够通入加热后的氮气，所述支撑盘的盘面上具有若干晶圆支撑柱，所述支撑盘的盘面上还开设有通孔，加热后的氮气从转轴中间的通道经过空腔从通孔喷出，以加热晶圆并在晶圆底部形成气流防止清洗液流入晶圆底面；
清洗液喷管，能够旋转使喷口位于晶圆上方或者位于清洗液喷溢流口上方，所述清洗液喷管为并列的若干根；
清水喷管，能够旋转使喷口位于晶圆上方或者位于清水溢流口上方，所述清水喷管喷出清水；
挡板，设置于所述支撑盘外围，能够升起或者下降，升起时用于阻挡从晶圆四周散开的清洗液或者清水。
优选地，本发明的单片晶圆清洗装置清洗盘结构，还包括紧急清水喷管，所述紧急清水喷管为常开状态，一直有清水流出，在普通状态时清水从所述紧急清水喷管流出后，由紧急清水承接盘承接并排出紧急清水，当发生紧急状态时，紧急清水喷管能够快速喷出清水，直接对晶圆进行清洗。
优选地，本发明的单片晶圆清洗装置清洗盘结构，通孔分布于支撑盘上，且沿着支撑盘成若干圆周状排列。
优选地，本发明的单片晶圆清洗装置清洗盘结构，支撑盘的外缘设置有圆周状排列的通孔。
优选地，本发明的单片晶圆清洗装置清洗盘结构，加热后的氮气的温度为200℃-250℃。
优选地，本发明的单片晶圆清洗装置清洗盘结构，所述支撑盘的空腔内还设置若干加热器，以加热氮气。
优选地，本发明的单片晶圆清洗装置清洗盘结构，清洗时，所述清洗液喷管和清水喷管在对准晶圆的圆心处上方到对准晶圆的边缘处上方之间摆动。
优选地，本发明的单片晶圆清洗装置清洗盘结构，所述清洗液喷管为三根，每根清洗液喷管能够喷出SPM清洗液、SC-1清洗液或者 SC-2清洗液中的一种。
优选地，本发明的单片晶圆清洗装置清洗盘结构，所述挡板实际为筒状，由层状布置的从外到内的第一挡板、第二挡板和第三挡板构成，在清洗液喷管工作时，仅有第一挡板、第二挡板和第三挡板中一个升起以阻挡飞溅的清洗液。
本发明还提供一种单片晶圆清洗装置，包括：
外壳和位于外壳内的单片晶圆清洗装置清洗盘结构；
所述外壳内通过隔板分成了若干区域，所述单片晶圆清洗装置清洗盘结构位于其中一个区域，且为上述的单片晶圆清洗装置清洗盘结构。
本发明的有益效果是：
本申请的单片晶圆清洗装置清洗盘结构，晶圆朝上由清洗液喷管喷出清洗液进行清洗，再由清水喷管喷出清水，以去除晶圆上的清洗剂残留，使用清洗液喷管和清水喷管时，通过旋转清洗液喷管和清水喷管使之对应到达晶圆上方，无须使用则将清洗液喷管和清水喷管移走以防止干扰，清洗液喷管为并列的若干根可喷出不同类型的清洗液，实现一机多用。同时，加热后的氮气从转轴中间的通道经过空腔从通孔喷出，在加热晶圆的同时，在晶圆底部形成气流防止清洗液流入晶圆底面。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。
图1是本申请实施例2的单片晶圆清洗装置的结构示意图；
图2是本申请实施例1的单片晶圆清洗装置清洗盘结构的结构示意图；
图3是本申请实施例1的单片晶圆清洗装置清洗盘结构的剖视图；
图4是本申请实施例3的单片晶圆清洗方法的流程图。
图中的附图标记为：
1 外壳；
2 支撑盘；
21 晶圆支撑柱；
22 通孔；
23 温度传感器；
24 空腔；
25 转轴；
3 清洗液喷管；
31 第一喷管；
32 第二喷管；
33 第三喷管；
4 清水喷管；
41 清水溢流口；
5 紧急清水喷管；
51 紧急清水承接盘
6 挡板；
61 第一挡板；
62 第二挡板；
63 第三挡板；
7 电机；
9 晶圆。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。
实施例1
本实施例提供一种单片晶圆清洗装置清洗盘结构，如图2所示，包括：
支撑盘2，能够旋转，用于支撑固定晶圆，所述支撑盘2底部与转轴25连接，转轴25受电机7驱动而转动，进而使支撑盘2发生转动，所述支撑盘2中间具有空腔24，所述转轴25中间为通道，所述通道能够通入加热后的氮气，所述支撑盘2的盘面上具有若干晶圆支撑柱21，所述支撑盘2的盘面上还开设有通孔22，加热后的氮气从转轴25中间的通道经过空腔24从通孔22喷出，以加热晶圆并在晶圆底部形成气流防止清洗液流入晶圆底面；晶圆支撑柱21上集成有吸嘴功能，以吸附固定住晶圆；
清洗液喷管3，能够旋转使喷口位于晶圆上方或者位于清洗液喷溢流口上方，所述清洗液喷管3为并列的若干根，如图2所示，具有三根，分别为第一喷管31、第二喷管32和第三喷管33，每个清洗液喷管3喷出的清洗液不同，以对应不同的清洗步骤，如使用硫酸和过氧化氢作为清洗液去除晶圆表面的种有机沾污和部分金属。喷出SC-1 清洗液去除颗粒和有机物质的碱性溶液，喷出SC-2清洗液去除硅片表面的金属，喷出DHF去除晶圆表面的自然氧化膜，同时抑制氧化膜的形成，去除硅表面的Al、Fe、Zn、Ni等金属，也可以去除自然氧化膜上的氢氧化物。喷出RCA-2除去晶圆表面的Na、Fe、Mg等金属。
清水喷管4，能够旋转使喷口位于晶圆上方或者位于清水溢流口 41上方，所述清水喷管4喷出清水，以去除晶圆上的清洗剂残留；
挡板6，设置于所述支撑盘2外围，能够升起或者下降，升起时用于阻挡从晶圆四周散开的清洗液或者清水，挡板6的数量与清洗液喷管3相同，在不同的清洗液喷管3工作时，不同的挡板6升起。挡板6实际为筒状，如图3中所示，由层状布置的从外到内的第一挡板61、第二挡板62和第三挡板63构成。当第一喷管31喷出清洗液时，第一挡板61升起，第二挡板62和第三挡板63处于下降状态；第二喷管32喷出清洗液时，第二挡板62升起，第一挡板61和第三挡板63处于下降状态；第三喷管33喷出清洗液时，第三挡板63升起，第一挡板61和第二挡板62处于下降状态。挡板6下方为清洗液的容纳空间并与回收槽连通，清洗液流经晶圆后，再顺着挡板6的内壁流到下方，经回收槽存储后再由进行其他设备进行处理。使用清水时，使用其中任意挡板。
优选地，单片晶圆清洗装置清洗盘结构还包括紧急清水喷管5，所述紧急清水喷管5为常开状态，一直有清水流出，在普通状态时清水从所述紧急清水喷管5流出后，由紧急清水承接盘51承接并排出紧急清水，当发生紧急状态时，紧急清水喷管5能够快速喷出清水，直接对晶圆9进行清洗。紧急清水喷管5的常开状态是为了节约清水在管道中的流通时间，使清水能够瞬时出水。
空腔24内的加热后的氮气的温度优选为200℃-250℃，通孔22 分布于支撑盘2上，且沿着支撑盘2成若干圆周状排列，尤其是支撑盘2的外缘需要呈一周设置，靠近支撑盘2的外缘能够使喷出的气体阻挡从四周射入或者沿晶圆边缘流下的清洗液，若干圆周状排列能够提高喷出气体的均匀度，支撑盘2的外缘的通孔22的密度要大于支撑盘2中心处的通孔22。作为进一步地设置，所述支撑盘2盘面上还设置有温度传感器23以测量晶圆的温度，并且可以进一步设置PLC 控制器控制通入气体的温度，以使晶圆的温度保持在一定的范围。
当然，支撑盘2的空腔24内还可设置若干加热器，以加热氮气。也可以直接在转轴25中通入一定温度的氮气。氮气的流通流量需要根据支撑盘2和通孔22的大小来调节。
清洗液喷管3、清水喷管4、转轴25的中空均与管道相连，外壳 1内具有复杂的管道网络和各种清洗液、清水、气体的容纳容器以分别给各种喷管供给清洗液或者清水。支撑盘2底部还设置有废水收集槽，以收集从挡板6处流下的各种清洗液或者清水。
清洗液喷管3喷出的可以是水流也可以是雾状的清洗液。雾状的清洗液喷溅范围更大，同时更节省清洗液的用量。
值得说明的是，如果需要清洗晶圆的另一面，则需要使用机械手将晶圆进行翻转。当然，晶圆放置到支撑盘2上时通常也是通过一机械手来完成。
本实施例的单片晶圆清洗装置清洗盘结构，晶圆朝上由清洗液喷管3喷出清洗液进行清洗，再由清水喷管4喷出清水，以去除晶圆上的清洗剂残留，使用清洗液喷管3和清水喷管4时，通过旋转清洗液喷管3和清水喷管4使之对应到达晶圆上方，无须使用则将清洗液喷管3和清水喷管4移走以防止干扰，清洗液喷管3为并列的若干根可喷出不同类型的清洗液，实现一机多用。同时，加热后的氮气从转轴 25中间的通道经过空腔24从通孔22喷出，在加热晶圆的同时，在晶圆底部形成气流防止清洗液流入晶圆底面。
支撑盘2的旋转由电机驱动，但是支撑盘2的具体结构，如何才能旋转这是本领域技术人员熟知的技术方案。
实施例2
本实施例提供一种单片晶圆清洗装置，如图1所示，包括：
外壳1和位于外壳1内的单片晶圆清洗装置清洗盘结构；
所述外壳1内通过隔板分成了若干区域，其中水平面的隔板将外壳1内部分为上下两部分，竖直隔板将外壳1内部分为左右两部分，共形成四个部分，其中上方的一个区域为清洗区域，用于设置下列的各部件；所述外壳1上还设置有门以供晶圆置入或者取出。当然，所述外壳1上还设置有抽风装置，以将外壳1内部的一些气体抽出，比如清洗液中容易挥发的一些有毒有害气体，这些有毒有害气体不能随意排放，需要进行处理，废气处理在本领域比较常见，在工厂内由专门的废气处理设备完成，废气处理与本申请的发明点无关，这里不再赘述。
单片晶圆清洗装置清洗盘结构为实施例1的单片晶圆清洗装置清洗盘结构。
实施例3
本实施例提供一种单片晶圆清洗方法，采用实施例2的单片晶圆清洗装置，包括以下步骤：
S1：将晶圆以清洗面朝上的方式置于支撑盘2上，使支撑盘2带动晶圆进行旋转，将加热后的氮气从转轴25中间的通道通入支撑盘 2的空腔24并从支撑盘2顶部上的通孔22喷出，以加热晶圆并在晶圆；
S2：将若干并列的清洗液喷管3摆动到对准晶圆的圆心处上方，通过清洗液喷管3将清洗液喷射到晶圆上，并且使清洗液喷管3在对准晶圆的圆心处上方到对准晶圆的边缘处上方之间摆动，使清洗液达到晶圆的整个表面；
S3：清洗一段时间后，使清洗液喷管3停止喷出清洗液，并关闭氮气的通入，将清洗液喷管3摆动到远离晶圆的位置，清水喷管4摆动到对准晶圆的圆心处上方，通过清水喷管4将清水喷射到晶圆上，并且使清水喷管4在对准晶圆的圆心处上方到对准晶圆的边缘处上方之间摆动，使清水达到晶圆的整个表面；
S4：清洗一段时间后，关闭清水喷管4，完成清洗。
当清洗液喷管3有多根时，当清洗液喷管3喷出清洗液的时间达到预设的清洗时间后，使清洗液喷管3停止喷出清洗液，使另一清洗液喷管3喷出清洗液，并将该清洗液喷管3在对准晶圆的圆心处上方到对准晶圆的边缘处上方之间摆动，使清洗液达到晶圆的整个表面，所有的清洗液喷管3均重复进行清洗和摆动；
当然根据工艺需求，各个清洗液喷管3和清水喷管4的喷洗时间都是自由设定的，各个清洗液喷管3的喷洗顺序、喷出何种清洗液，以及是否需要重复喷洗都是根据工艺而定。
如果在清洗完毕后需要干燥，则可以再次通入加热后的氮气以进行干燥。
优选地，清洗液喷管3为三根，可以使用SPM清洗液、SC-1清洗液或者SC-2清洗液或者DHF等等。使用硫酸和过氧化氢作为清洗液去除晶圆表面的种有机沾污和部分金属。喷出SC-1清洗液去除颗粒和有机物质的碱性溶液，喷出SC-2清洗液去除硅片表面的金属，喷出DHF去除晶圆表面的自然氧化膜，同时抑制氧化膜的形成，去除硅表面的Al、Fe、Zn、Ni等金属，也可以去除自然氧化膜上的氢氧化物。喷出RCA-2除去晶圆表面的Na、Fe、Mg等金属。
优选的，在每根清洗液喷管3喷完一种清洗液时，由清水喷管4 喷出一次清水以洗净该次清洗液的残留。
优选的，所述支撑盘2的空腔内还设置若干加热器，以加热氮气，所述支撑盘上还设置有温度传感器，温度传感器通过感应温度并控制加热器的运行功率以保持氮气温度。
本实施例的单片晶圆清洗方法，清洗液喷管3依次喷出不同的清洗液，能够在不换设备的情况下，对晶圆进行多种清洗液的清洗。利用晶圆的转动和清洗液喷管3的摆动来完成对整个晶圆的清洗。同时，通过加热后的氮气对晶圆进行加热，通过加热提高清洗液的作用，同时气体还能够在晶圆底部形成气流防止清洗液流入晶圆底面，防止晶圆底面具有清洗液残留。
值得说明的是，氮气是比较经济的不活泼气体，使用其他惰性气体也是可以实现本发明目的。
以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (5)
1.一种单片晶圆清洗装置清洗盘结构，其特征在于，包括：
支撑盘(2)，能够旋转，用于支撑固定晶圆，所述支撑盘(2)底部与转轴(25)连接，转轴(25)能够转动，进而使支撑盘(2)发生转动，所述支撑盘(2)中间具有空腔(24)，所述转轴(25)中间为通道，所述通道能够通入加热后的氮气，所述支撑盘(2)的盘面上具有若干晶圆支撑柱(21)，所述支撑盘(2)的盘面上还开设有通孔(22)，通孔(22)沿着支撑盘(2)成若干圆周状排列，支撑盘(2)的外缘呈一周设置，支撑盘(2)的外缘的通孔(22)的密度要大于支撑盘(2)中心处的通孔(22)，加热后的氮气从转轴(25)中间的通道经过空腔(24)从通孔(22)喷出，以加热晶圆并在晶圆底部形成气流防止清洗液流入晶圆底面，所述支撑盘上每个晶圆支撑柱(21)旁还设置有温度传感器，温度传感器通过感应温度并控制加热器的运行功率以保持氮气温度，支撑盘(2)的空腔(24)内还设置若干加热器；
清洗液喷管(3)，能够旋转使喷口位于晶圆上方或者位于清洗液喷溢流口上方，所述清洗液喷管(3)为并列的若干根；
清水喷管(4)，能够旋转使喷口位于晶圆上方或者位于清水溢流口(41)上方，所述清水喷管(4)喷出清水；
挡板(6)，设置于所述支撑盘(2)外围，能够升起或者下降，升起时用于阻挡从晶圆四周散开的清洗液或者清水；
通孔(22)分布于支撑盘(2)上，且沿着支撑盘(2)成若干圆周状排列；
支撑盘(2)的外缘设置有圆周状排列的通孔(22)；
清洗时，所述清洗液喷管(3)和清水喷管(4)在对准晶圆的圆心处上方到对准晶圆的边缘处上方之间摆动；
还包括紧急清水喷管(5)，所述紧急清水喷管(5)为常开状态，一直有清水流出，在普通状态时清水从所述紧急清水喷管(5)流出后，由紧急清水承接盘(51)承接并排出紧急清水，当发生紧急状态时，紧急清水喷管(5)能够快速喷出清水，直接对晶圆(9)进行清洗，且两根所述紧急清水喷管(5)的倾斜角度不同。
2.根据权利要求1所述的单片晶圆清洗装置清洗盘结构，其特征在于，加热后的氮气的温度为200℃-250℃。
3.根据权利要求1所述的单片晶圆清洗装置清洗盘结构，其特征在于，所述清洗液喷管(3)为三根，每根清洗液喷管(3)能够喷出SPM清洗液、SC-1清洗液或者SC-2清洗液中的一种。
4.根据权利要求3所述的单片晶圆清洗装置清洗盘结构，其特征在于，所述挡板(6)实际为筒状，由层状布置的从外到内的第一挡板(61)、第二挡板(62)和第三挡板(63)构成，在清洗液喷管(3)工作时，仅有第一挡板(61)、第二挡板(62)和第三挡板(63)中一个升起以阻挡飞溅的清洗液。
5.一种单片晶圆清洗装置，其特征在于，包括：
外壳(1)和位于外壳(1)内的单片晶圆清洗装置清洗盘结构；
所述外壳(1)内通过隔板分成了若干区域，所述单片晶圆清洗装置清洗盘结构位于其中一个区域，且为权利要求1-4任一项所述的单片晶圆清洗装置清洗盘结构。
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