CN113118100B - 一种晶圆清洗装置及清洗方法 - Google Patents
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Abstract
一种晶圆清洗装置，包括清洗腔、清洗部、喷淋单元和清洁单元；所述清洗腔用于接收需要清洗的晶圆；所述清洗部可转动地安装于所述清洗腔内，用于擦洗晶圆表面；所述喷淋单元设置于所述清洗部上方，并在所述清洗部擦洗晶圆的过程中向晶圆表面喷洒清洗液；所述清洁单元设置于所述清洗腔中，并在晶圆清洗结束后通过喷射清洁液对所述清洗部进行清洁。
Description
技术领域
本发明属于晶圆加工制造技术领域，具体而言，涉及一种晶圆清洗装置及清洗方法。
背景技术
晶圆的研磨抛光是集成电路制造中实现全局平坦化的一种超精密表面加工工艺。这种方法通常将含有磨粒和化学成分的抛光液施加于旋转的抛光垫上，同时用承载头将晶圆抵压于抛光垫上并带动晶圆与抛光垫同向旋转，使得晶圆的待抛光表面在抛光液的化学成分所产生的化学作用和抛光液所包含的磨粒所产生的机械作用下被抛光。
由于在研磨抛光过程中，晶圆表面会吸附磨粒和抛光碎屑以及有机物等污染物，如不及时去除将在后续工艺中产生大量缺陷，因此需要采用后处理工艺对抛光后的晶圆进行清洗和干燥，以提供光滑洁净的晶圆表面。
抛光后清洗的作用是去除晶圆表面的颗粒和各种化学物质，并在清洗过程中避免对晶圆表面和内部结构的腐蚀及破坏，可分为湿法清洗和干法清洗，目前常用的湿法清洗是在溶液环境下清洗晶圆，比如清洗剂浸泡、机械擦洗、湿法化学清洗等。
当采用清洗工具擦洗晶圆时，污染物会附着和积聚在清洗工具上，若不加以处理，这些污染物可能对晶圆造成二次污染，降低清洗效率和洁净度。因此，需要及时对擦洗晶圆的清洗工具进行清洁，换言之，使清洗工具具备自清洁能力。
发明内容
本发明提供了一种晶圆清洗设备及清洗方法，旨在一定程度上解决上述技术问题，其技术方案如下：
本发明实施例的第一方面提供了一种晶圆清洗装置，包括清洗腔、清洗部、喷淋单元和清洁单元；清洗腔用于接收需要清洗的晶圆；清洗部可转动地安装于清洗腔内，用于擦洗晶圆表面；喷淋单元设置于清洗部上方，并在清洗部擦洗晶圆的过程中向晶圆表面喷洒清洗液；清洁单元设置于清洗腔中，并在晶圆清洗结束后通过喷射清洁液对清洗部进行清洁。
在一个实施例中，清洁单元包括喷头组件，当清洗部完成晶圆清洗后，喷头组件将经过加压的清洁液喷射在清洗部表面。
在一个实施例中，喷头组件采用兆声喷头或空化射流喷头，当清洗部完成晶圆清洗后，喷头组件将经过兆声或空化处理的清洁液喷射在清洗部表面。
在一个实施例中，清洗部为圆柱形的清洗刷或清洗海绵，清洁液为去离子水，喷头组件中沿着清洗部的轴向设置有多个喷头。
在一个实施例中，清洁单元包括超声清洁台，超声清洁台由底座和喷射器组成，喷射器将清洁液持续喷射到底座上，底座中嵌设有超声换能器，用于对底座上的清洁液进行超声处理；当清洗部完成晶圆清洗后，可移至底座上并部分浸入清洁液中，由经过超声处理的清洁液进行清洁。
在一个实施例中，清洁液为溶解有一定含量气体的高压液体。
在一个实施例中，清洗部为圆柱形的清洗刷或清洗海绵，喷射器的出口为沿着清洗部的轴向设置的一条狭缝。
在一个实施例中，清洗部为圆柱形的清洗刷或清洗海绵，喷射器的出口为沿着清洗部的轴向设置的多个喷嘴。
在一个实施例中，喷嘴为空化射流喷嘴。
本发明实施例的第二方面提供了一种晶圆清洗方法，包括：将需要去除表面污染物的晶圆放入清洗腔中；用喷淋单元将清洗液喷洒到晶圆表面并用清洗部擦洗晶圆表面；喷淋单元停止喷洒清洗液；将晶圆移出清洗腔并将清洗部移近清洁单元；清洁单元喷射清洁液，对清洗部进行清洁。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果包括：通过清洁单元对清洗部进行清洁，可以将清洗部上吸附的污染物及时清理掉，避免带有上述污染物的清洗部在继续擦洗晶圆时造成二次污染或产生划伤；同时，对清洗部的清洁延长了清洗部的使用寿命，避免频繁更换清洗部，从而有效降低了晶圆后处理的成本。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，但这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：
图1是一种研磨抛光设备整体结构的俯视图；
图2是本发明第一个实施例中的晶圆清洗装置的侧视图；
图3是本发明第二个实施例中的晶圆清洗装置的侧视图；
图4是本发明第二个实施例中的清洁单元的立体图；
图5是本发明第三个实施例中的清洗部和清洁单元的侧视图；
图6是本发明第三个实施例中的清洁单元的立体图；
图7是本发明第四个实施例中的清洁单元的立体图。
具体实施方式
下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
图1是一种研磨抛光设备整体结构的俯视图，该研磨抛光装备包括前端模块1、抛光单元2、清洗单元3及控制单元4，前端模块1、抛光单元2及清洗单元3独立设置，控制单元4对基板处理动作进行控制。
抛光单元2是对基板表面进行研磨抛光的区域，其包括第1抛光单元2A、第2抛光单元2B、第3抛光单元2C及第4抛光单元2D，第1抛光单元2A、第2抛光单元2B、第3抛光单元2C及第4抛光单元2D沿研磨抛光装备的长度方向排列。
清洗单元3包括清洗模块和干燥模块。清洗模块包括驱动组件以及清洗组件，驱动组件带动基板旋转的同时清洗组件绕垂直于基板表面的轴线摆动以向基板表面喷射流体。例如，在利用清洗组件向基板表面喷射去离子水或者化学品清洗基板表面时，基板旋转，可以通过离心力的作用去除基板表面的颗粒。干燥模块与清洗模块并排布置，其中干燥模块用于对基板进行干燥，去除基板表面的液体，避免附着在基板表面的液滴在自然晾干的过程中在基板表面产生水渍，从而保证基板的清洗效果。在一些实施例中，清洗模块可以选择毛刷和/或兆声清洗方式，其与干燥模块并排设置于抛光单元2的外侧。
图2是清洗模块中的晶圆清洗装置之一的侧视图，该装置用于去除晶圆W的两个表面上的研磨抛光残留物，例如磨料颗粒、抛光产生的碎屑和抛光液成分。如图所示，该晶圆清洗装置包括清洗腔12、清洗部10、喷淋单元11和清洁单元20。在清洗过程中，清洗腔12用于接收需要清洗的晶圆W，晶圆W由多个辊(未示出)支撑以保持竖直，并且可以通过辊的旋转实现绕自身圆心旋转。
清洗腔12中设有一对清洗部10，用于擦洗晶圆W的两个表面，清洗部10可以是毛刷，也可以由诸如PVA的多孔的或海绵状的弹性材料制成；清洗部10可以是圆柱形，由驱动装置驱动以绕轴旋转和沿竖直方向及水平方向移动。
喷淋单元11与供液装置连接，用于将清洗液喷洒到晶圆W的两个表面。清洗液可以针对具体需求采用有机酸、无机酸、有机碱、无机碱、有机溶剂、表面活性剂、过氧化物水溶液、去离子水等不同类型的液体。喷淋单元可以由驱动装置驱动，在清洗过程中将清洗液精确地施加于晶圆W表面的指定部位。
清洗腔12中设置有一对清洁单元20，当对晶圆W的清洗完成后，清洗部10可以从执行擦洗动作的第一位置被移动至更靠近清洁单元20的第二位置，在该位置接受清洁单元20的清洁。清洁单元20可以将清洁液喷射至清洗部10的表面以去除污染物。
图3是本发明的一个实施例中的晶圆清洗装置的侧视图。具体地，清洁单元20的喷头组件21用于喷射清洁液。如图所示，在对清洗部10进行清洁之前，喷淋单元11停止喷洒清洗液，晶圆W从清洗腔12上方移出，且清洗部10移动至第二位置。
喷头组件21的立体视图见图4，其长度方向与清洗部10的主轴平行，沿长度方向设有多个喷头211。喷头211可以采用兆声喷头(megasonic nozzle)或空化射流喷头(cavitationjet nozzle)，兆声喷头可以将兆声波能量施加于清洗部10表面，对污染物进行连续冲击，而空化射流喷头可以产生含有空化气泡的液流，利用气泡破裂带来的气蚀效应去除污染物。为了使喷头211的喷射范围更均匀，喷头组件21设置为可沿长度方向往复运动。喷头组件21所采用的清洁液可以是去离子水。
如图5所示，是本发明的另一个实施例，其中清洁单元20采用超声清洁台22，超声清洁台22由底座223和喷射器221组成。底座223为水平板状结构，当清洗部10完成对晶圆W的清洗并移动至更靠近清洁单元20的第二位置时，正好位于底座223上并与其上表面接触。喷射器221位于底座223一侧，其下部设有朝向清洗部10的出口222，喷射器221通过出口222将清洁液持续喷射到底座上。当清洗部10位于第二位置时，喷射器221喷出的清洁液可以浸没清洗部10下方一部分。底座223中嵌设有超声换能器224，当清洗部10被底座223上的清洗液部分浸没时，超声换能器224在清洁液中产生的空泡冲击清洗部10浸没部分表面，可以实现对该表面的清洁。
由于喷射器221持续朝清洗部10方向喷射清洁液，从清洗部10表面掉落的污染物将随着清洁液流动而脱离底座223，不会造成二次污染。进一步地，可以将清洁液流向设置为与清洗部10的下表面运动方向相反。
在本发明的另一个实施例中，清洁液采用溶解有一定含量气体的高压液体。当高压液体从出口222流出时，会因减压而产生气泡，从而不单纯依赖超声换能器224产生气泡，使超声换能器224仅需以较低的功率运行；而直接在声场中注入大量气泡，可以使清洗时间更短、清洗效果更佳。
超声清洁台22的立体视图见图6和图7，其长度方向与清洗部10的主轴方向平行，出口222可以采用沿长度方向设置的一条狭缝，也可以采用沿长度方向设置的多个喷嘴。当采用多个喷嘴时，为了使出口222的喷射范围更均匀，喷射器221设置为可沿长度方向往复运动。
在本发明的另一个实施例中，出口222采用沿超声清洁台22长度方向设置的多个空化射流喷嘴，直接在声场中注入大量气泡。
在本发明的一个实施例中，采用上述晶圆清洗装置进行晶圆清洗的完整流程包括：
S1.将需要去除表面污染物的晶圆W放入清洗腔12中；
S2.用喷淋单元11将清洗液喷洒到晶圆W表面并用清洗部10擦洗晶圆W表面；
S3.喷淋单元11停止喷洒清洗液；
S4.将晶圆W移出清洗腔12并将清洗部10移近清洁单元20；
S5.清洁单元20喷射清洁液，对清洗部10进行清洁。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，各实施例可以任意组合，组合后形成的新的实施例也在本申请的保护范围之内。某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种晶圆清洗装置，包括清洗腔、清洗部、喷淋单元和清洁单元；
所述清洗腔用于接收需要清洗的晶圆；
所述清洗部可转动地安装于所述清洗腔内，用于擦洗晶圆表面；
所述喷淋单元设置于所述清洗部上方，并在所述清洗部擦洗晶圆的过程中向晶圆表面喷洒清洗液；
所述清洁单元设置于所述清洗腔中，并在晶圆清洗结束后通过喷射清洁液对所述清洗部进行清洁；
所述清洁单元包括超声清洁台，所述超声清洁台由底座和喷射器组成，所述底座为水平板状结构，所述喷射器将清洁液持续喷射到底座上，所述底座中嵌设有超声换能器，用于对底座上的清洁液进行超声处理；当清洗部完成晶圆清洗后，清洗部移至所述底座上并与底座上表面接触且部分浸入清洁液中，喷射器持续朝清洗部方向喷射清洁液，经超声处理的清洁液对清洗部进行清洁。
2.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述清洁单元包括喷头组件，当清洗部完成晶圆清洗后，所述喷头组件将经过加压的清洁液喷射在清洗部表面。
3.如权利要求2所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述喷头组件采用兆声喷头或空化射流喷头，当清洗部完成晶圆清洗后，所述喷头组件将经过兆声或空化处理的清洁液喷射在清洗部表面。
4.如权利要求2或3所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述清洗部为圆柱形的清洗刷或清洗海绵，所述清洁液为去离子水，所述喷头组件中沿着所述清洗部的轴向设置有多个喷头。
5.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述清洁液为溶解有一定含量气体的高压液体。
6.如权利要求5所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述清洗部为圆柱形的清洗刷或清洗海绵，所述喷射器的出口为沿着所述清洗部的轴向设置的一条狭缝。
7.如权利要求5所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述清洗部为圆柱形的清洗刷或清洗海绵，所述喷射器的出口为沿着所述清洗部的轴向设置的多个喷嘴。
8.如权利要求7所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述喷嘴为空化射流喷嘴。
9.一种晶圆清洗方法，其特征在于，采用如权利要求1-8中任一项所述的晶圆清洗装置对晶圆进行清洗，包括：
将需要去除表面污染物的晶圆放入清洗腔中；
用喷淋单元将清洗液喷洒到晶圆表面并用清洗部擦洗晶圆表面；
喷淋单元停止喷洒清洗液；
将晶圆移出清洗腔并将清洗部移近清洁单元；
清洁单元喷射清洁液，对清洗部进行清洁。
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