CN113210322B - 单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置 - Google Patents

单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置,包括：多个顶针；顶针具有和晶圆的边缘接触的接触面以及位于接触面的两侧的侧面，沿旋转方向上游一侧的侧面为第一侧面。在晶圆夹紧固定在转盘装置上时，晶圆的边缘和接触面接触，第一侧面和晶圆的边缘处的切线成锐角从而形成有利于清洗液在顶针和晶圆的边缘接触位置处流动的结构。本发明能采用顶针夹紧方式很好的固定晶圆，同时能减少顶针对晶圆表面清洗液流动的不利影响，从而能降低晶圆表面的颗粒缺陷。

Description

单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路制造设备，特别是涉及一种单片湿法清洗（single clean）工艺腔的晶圆卡置（chuck）装置。
背景技术
单片湿法清洗工艺腔中，往往需要采用晶圆（wafer）卡置装置来固定晶圆，晶圆卡置的方式包括真空吸附、静电吸附和顶针（pin）夹紧等。在类似于单片湿法清洗机台的单片湿法清洗工艺腔中，往往采用顶针从晶圆的边缘夹紧晶圆的方式来固定晶圆。例如在后段工艺（BEOL）中的Al配线的制作时需使用型号为NE111的清洗液进行清洗，这时需使用到单片湿法清洗设备进行清洗。主流单片湿法清洗设备中，关键技术在单片湿法清洗工艺腔的晶圆的固定装置即顶针的设计；一种采用顶针夹紧的顶针中，会利用离心力推动顶针加紧wafer。现有方法容易在晶圆表面特别是位于顶针和晶圆的接触位置处形成颗粒缺陷（particle defect，PD）。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置，能采用顶针夹紧方式很好的固定晶圆，同时能减少顶针对晶圆表面清洗液流动的不利影响，从而能降低晶圆表面的颗粒缺陷。
为解决上述技术问题，本发明提供的单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置，包括多个顶针。
所述顶针具有和晶圆的边缘接触的接触面以及位于所述接触面的两侧的侧面，沿旋转方向上游一侧的侧面为第一侧面。
在所述晶圆夹紧固定在晶圆卡置装置上时，所述晶圆的边缘和所述接触面接触，所述第一侧面和所述晶圆的边缘处的切线成锐角从而形成有利于清洗液在所述顶针和所述晶圆的边缘接触位置处流动的结构。
进一步改进是，所述顶针通过轴承固定在顶针支架上，所述顶针会沿着轴承旋转。
进一步改进是，所述顶针具有夹紧状态和打开状态；在所述夹紧状态下各所述顶针从晶圆的边缘夹紧所述晶圆并使所述晶圆的固定在所述晶圆卡置装置上；在打开状态下，各所述顶针和所述晶圆的边缘脱离接触。
进一步改进是，在所述夹紧状态下，所述顶针与所述晶圆为面接触，所述接触面的位于所述接触位置之上的部分会倾斜到所述晶圆上方。
通过缩小所述顶针与所述晶圆接触面的面积尺寸，减小清洗液在所述顶针和所述晶圆的边缘接触位置处流动造成的反溅。
进一步改进是，所述顶针的尺寸缩小之处的所述接触面向远离所述晶圆一侧的背面移动。
进一步改进是，所述顶针等间距分布在所述晶圆放置后对应的所述晶圆的边缘上。
进一步改进是，所述单片湿法清洗工艺腔中的所述顶针的数量包括6个。
进一步改进是，所述晶圆卡置装置还包括转盘装置；
所述顶针支架设置在所述转盘装置上；
所述转盘装置用于带动所述晶圆旋转。
进一步改进是，所述顶针通过所述转盘装置提供的离心力的作用实现所述夹紧状态，在所述转盘装置旋转时所述顶针处于所述夹紧状态并夹紧所述晶圆；在所述转盘装置停止旋转时所述顶针处于所述打开状态。
进一步改进是，在所述轴承底部所述顶针和悬空物固定连接，所述悬空物的重量大于所述顶针的重量，在所述转盘装置旋转时，在离心力的作用下，所述悬空物向所述晶圆外侧移动并带动所述顶针沿所述轴承向所述晶圆内侧旋转从而使所述顶针处于所述夹紧状态。
进一步改进是，所述第一侧面和所述晶圆的边缘处的切线成45度角。
进一步改进是，所述单片湿法清洗工艺腔用于在后段工艺中对Al配线进行湿法清洗。
进一步改进是，所述顶针的接触面的高度小于所述顶针的侧面的高度以及所述顶针的接触面的宽度小于所述顶针的顶部表面的宽度。
所述顶针的两个侧面靠近所述接触面一侧的高度表面以及所述顶针的顶部表面的靠近所述接触面一侧的宽度边位于第二面上，从所述第二面到所述接触面之间形成有尺寸渐变结构。
进一步改进是，所述尺寸渐变结构包括位于所述第二面的宽度边到所述接触面的宽度边之间的梯形面。
进一步改进是，所述尺寸渐变结构还包括位于所述第二面的两条高度边到对应的所述接触面的高度边之间的梯形面。
本发明在采用顶针夹紧晶圆的顶针中，将顶针的沿旋转方向上游一侧的侧面即第一侧面和晶圆接触边缘的切线设置为锐角，相对于现有技术中的直角结构，锐角结构有利于清洗液在顶针和晶圆的边缘接触位置处流动，所以能减少顶针对晶圆表面清洗液流动的不利影响，从而能降低晶圆表面的颗粒缺陷。
本发明还能缩小顶针位于接触位置之上的顶部的尺寸，从而能进一步减少顶针对晶圆表面清洗液流动的不利影响并进一步降低晶圆表面的颗粒缺陷。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有单片湿法清洗工艺腔的结构示意图；
图2A是现有单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置在夹紧状态时一个顶针处的结构放大示意图；
图2B是图2A中朝向顶针的接触面观察的顶针的结构示意图；
图3是现有单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置在顶针打开状态时一个顶针处的结构放大示意图；
图4是采用现有单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置进行晶圆清洗后出现颗粒缺陷的测试图；
图5A是本发明第一实施例单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置在夹紧状态时一个顶针处的结构放大示意图；
图5B是图5A中朝向顶针的接触面观察的顶针的结构示意图；
图6是本发明第一实施例单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置在打开状态时一个顶针处的结构放大示意图；
图7A是本发明第二实施例单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置的顶针的尺寸渐变结构的立体图；
图7B是本发明第二实施例单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置的顶针的尺寸渐变结构的沿接触面的正视图。
具体实施方式
本发明第一实施例是通过对现有技术问题进行深入分析得到的，故在详细介绍本发明第一实施例之前，先对现有结构做如下介绍：
如图1所示，是现有单片湿法清洗工艺腔的结构示意图；现有单片湿法清洗工艺腔中,所述顶针还包括转盘装置101和顶针202；
6个所述顶针202等间距分布在所述晶圆201放置后对应的所述晶圆201的边缘上。
所述晶圆卡置装置还包括转盘装置101；所述晶圆201放置在所述转盘装置101的顶部表面上并通过所述顶针202夹紧固定。
所述单片湿法清洗工艺腔中还设置有供液喷嘴（未显示），所述供液喷嘴位于所述转盘装置101的顶部；在刻蚀时，所述供液碰嘴将清洗液喷射到所述晶圆201的第一表面实现对所述晶圆201的第一表面的刻蚀。
在所述转盘装置101带动下带动所述晶圆201旋转。图1中，采用带箭头的虚线圈表示旋转。
如图2A所示，是现有单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置在夹紧状态时一个顶针处的结构放大示意图；图2B是图2A中朝向顶针的接触面观察的顶针的结构示意图；如图3所示，是现有单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置在顶针打开状态时一个顶针处的结构放大示意图；
所述顶针202具有和晶圆201的边缘接触的接触面202b以及位于所述接触面202b的两侧的侧面，沿旋转方向上游一侧的侧面为第一侧面202a。
在所述晶圆201夹紧固定在转盘装置上时，所述晶圆201的边缘和所述接触面202b接触，所述第一侧面202a和所述晶圆201的边缘处的切线成直角。
如图2B所示，虚线AA对应于所述第一侧面202a和所述晶圆201的边缘处的切线，虚线BB则对应于虚线AA在所述第一侧面202a上的投影线，虚线BB和CC之间的夹角为直角。
所述顶针202通过轴承203固定在顶针202支架上，所述顶针202会沿着轴承203旋转，所述顶针支架设置在所述转盘装置101上。
所述顶针202具有夹紧状态和打开状态。
如图3所示，在所述夹紧状态下各所述顶针202从晶圆201的边缘夹紧所述晶圆201并使所述晶圆201的固定在转盘装置上。如图2A所示，在打开状态下，各所述顶针202和所述晶圆201的边缘脱离接触。
在所述夹紧状态下，所述接触面202b具有和所述晶圆201的边缘相接触的接触位置，所述接触面202b的位于所述接触位置之上的部分会倾斜到所述晶圆201上方。
如图3所示，所述顶针202通过所述转盘装置提供的离心力F的作用实现所述夹紧状态，在所述转盘装置旋转时所述顶针202处于所述夹紧状态并夹紧所述晶圆201；在所述转盘装置停止旋转时所述顶针202处于所述打开状态。
在所述轴承203底部所述顶针202和悬空物204固定连接，所述悬空物204的重量大于所述顶针202的重量，在所述转盘装置旋转时，在离心力F的作用下，所述悬空物204向所述晶圆201外侧移动并带动所述顶针202沿所述轴承203向所述晶圆201内侧旋转从而使所述顶针202处于所述夹紧状态。
结合图2B和图3所示可知，在夹紧状态下，所述顶针202会在所述晶圆201的顶部具有较大的结构且这种结构不利于清洗液在所述晶圆201表面流动。如图4所示，最后会在所述晶圆201a的和所述顶针接触位置处形成颗粒缺陷205。
本发明第一实施例单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置：
如图5A所示，是本发明第一实施例单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置在夹紧状态时一个顶针302处的结构放大示意图；图5B是图5A中朝向顶针302的接触面302b观察的顶针302的结构示意图；如图6所示，是本发明第一实施例单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置在打开状态时一个顶针302处的结构放大示意图；本发明提供的单片湿法清洗工艺腔的整体结构也请参考图1所示；本发明第一实施例单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置包括：多个顶针302；
所述顶针302具有和晶圆301的边缘接触的接触面302b以及位于所述接触面302b的两侧的侧面，沿旋转方向上游一侧的侧面为第一侧面302a。
在所述晶圆301夹紧固定在转盘装置上时，所述晶圆301的边缘和所述接触面302b接触，所述第一侧面302a和所述晶圆301的边缘处的切线成锐角α从而形成有利于清洗液在所述顶针302和所述晶圆301的边缘接触位置处流动的结构。如图5B所示，虚线CC对应于所述第一侧面302a和所述晶圆301的边缘处的切线，虚线DD是第一侧面302a投影至接触面302b的投影线，虚线DD和CC之间的夹角为锐角α。较佳为，所述第一侧面302a和所述晶圆301的边缘处的切线成45度角即锐角α为45度。
所述顶针302通过轴承303固定在顶针支架上，所述顶针302会沿着轴承303旋转。所述晶圆卡置装置还包括转盘装置101；所述顶针支架设置在所述转盘装置101上；所述转盘装置101用于带动所述晶圆301旋转。所述转盘装置101请参考图1所示。
所述顶针302具有夹紧状态和打开状态。
如图6所示，在所述夹紧状态下各所述顶针302从晶圆301的边缘夹紧所述晶圆301并使所述晶圆301的固定在转盘装置上。如图5A所示，在打开状态下，各所述顶针302和所述晶圆301的边缘脱离接触。
在所述夹紧状态下，所述顶针302和所述晶圆301为面接触，所述接触面302b的位于所述接触位置之上的部分会倾斜到所述晶圆301上方。
通过缩小所述接触位置之上的所述顶针302的尺寸，减小清洗液在所述顶针302和所述晶圆301的边缘接触位置处流动造成的反溅。
所述顶针302的尺寸缩小之处的所述接触面302b向远离所述晶圆301一侧的背面移动。如图5A所示，所述顶针302的顶部尺寸缩小部分单独用标记302c标出。
参考图1中的顶针202所示，本发明第一实施例中的所述顶针302等间距分布在所述晶圆301放置后对应的所述晶圆301的边缘上。
所述单片湿法清洗工艺腔中的所述顶针302的数量包括6个。
所述晶圆301的第一表面为被刻蚀表面，所述晶圆301的第二表面为所述第一表面的反面。
所述晶圆301固定在所述顶针上时，所述晶圆301的第二表面放置在所述转盘装置101的顶部表面上。
所述单片湿法清洗工艺腔中还设置有供液喷嘴（未显示），所述供液喷嘴位于所述转盘装置101的顶部；在刻蚀时，所述供液碰嘴将清洗液喷射到所述晶圆301的第一表面实现对所述晶圆301的第一表面的刻蚀。
在所述转盘装置101带动下带动所述晶圆301旋转。图1中，采用带箭头的虚线圈表示旋转。
如图6所示，所述顶针302通过所述转盘装置提供的离心力F的作用实现所述夹紧状态，在所述转盘装置旋转时所述顶针302处于所述夹紧状态并夹紧所述晶圆301；在所述转盘装置停止旋转时所述顶针302处于所述打开状态。
在所述轴承303底部所述顶针302和悬空物204固定连接，所述悬空物204的重量大于所述顶针302的重量，在所述转盘装置旋转时，在离心力F的作用下，所述悬空物204向所述晶圆301外侧移动并带动所述顶针302沿所述轴承303向所述晶圆301内侧旋转从而使所述顶针302处于所述夹紧状态。
所述悬空物204为球形、圆柱型、锥形和多面体中的一个或者多个的组合结构。
所述单片湿法清洗工艺腔用于在后段工艺中对Al配线进行湿法清洗，如采用NE111清洗液进行清洗。
进行实验可以得到，本发明第一实施例能减少或消除图4对应的位于顶针附近的颗粒缺陷。
本发明第一实施例在采用顶针302夹紧晶圆301的顶针中，将顶针302的沿旋转方向上游一侧的侧面即第一侧面302a和晶圆301接触边缘的切线设置为锐角α，相对于现有技术中的直角结构，锐角α结构有利于清洗液在顶针302和晶圆301的边缘接触位置处流动，所以能减少顶针302对晶圆301表面清洗液流动的不利影响，从而能降低晶圆301表面的颗粒缺陷。
本发明第一实施例还能缩小顶针302位于接触位置之上的顶部的尺寸，从而能进一步减少顶针302对晶圆301表面清洗液流动的不利影响并进一步降低晶圆301表面的颗粒缺陷。
本发明第二实施例单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置：
本发明第二实施例单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置和本发明第一实施例单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置的区别之处为，本发明第二实施例单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置中还具有如下特征：
如图7A所示，是本发明第二实施例单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置的顶针302的尺寸渐变结构的立体图；如图7B所示，是本发明第二实施例单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置的顶针302的尺寸渐变结构的沿接触面302b的正视图；所述顶针302的接触面302b的高度h1小于所述顶针302的侧面如第一侧面302a的高度h2以及所述顶针302的接触面302b的宽度w1小于所述顶针302的顶部表面的宽度w2。
所述顶针302的两个侧面靠近所述接触面302b一侧的高度表面以及所述顶针302的顶部表面的靠近所述接触面302b一侧的宽度边位于第二面401上，从所述第二面401到所述接触面302b之间形成有尺寸渐变结构。图7A中，第二面401的底边用虚线表示。
较佳为，所述尺寸渐变结构包括位于所述第二面401的宽度边到所述接触面302b的宽度边之间的梯形面401a。
所述尺寸渐变结构还包括位于所述第二面401的两条高度边到对应的所述接触面302b的高度边之间的梯形面401b，由图7A所示可知，梯形面401b有两个且对称的分布在所述接触面302a的两侧。
所述尺寸渐变结构更加有利于减少顶针302对晶圆301表面清洗液流动的不利影响，从而能进一步降低晶圆301表面的颗粒缺陷。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置，其特征在于：包括多个顶针；
所述顶针具有和晶圆的边缘接触的接触面以及位于所述接触面的两侧的侧面，沿旋转方向上游一侧的侧面为第一侧面；
在所述晶圆夹紧固定在晶圆卡置装置上时，所述晶圆的边缘和所述接触面接触，所述第一侧面和所述晶圆的边缘处的切线成锐角从而形成有利于清洗液在所述顶针和所述晶圆的边缘接触位置处流动的结构，所述第一侧面和所述晶圆的边缘处的切线的夹角为所述第一侧面投影至所述接触面的投影线与所述晶圆的边缘处的切线之间的夹角。
2.如权利要求1所述的单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置，其特征在于：所述顶针通过轴承固定在顶针支架上，所述顶针会沿着轴承旋转。
3.如权利要求2所述的单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置，其特征在于：所述顶针具有夹紧状态和打开状态；在所述夹紧状态下各所述顶针从晶圆的边缘夹紧所述晶圆并使所述晶圆的固定在所述晶圆卡置装置上；在打开状态下，各所述顶针和所述晶圆的边缘脱离接触。
4.如权利要求3所述的单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置，其特征在于：在所述夹紧状态下，所述顶针与所述晶圆为面接触，所述接触面的位于所述接触位置之上的部分会倾斜到所述晶圆上方；
通过缩小所述顶针与所述晶圆接触面的面积尺寸，减小清洗液在所述顶针和所述晶圆的边缘接触位置处流动造成的反溅。
5.如权利要求4所述的单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置，其特征在于：所述顶针的尺寸缩小之处的所述接触面向远离所述晶圆一侧的背面移动。
6.如权利要求2所述的单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置，其特征在于：所述顶针等间距分布在所述晶圆放置后对应的所述晶圆的边缘上。
7.如权利要求6所述的单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置，其特征在于：所述单片湿法清洗工艺腔中的所述顶针的数量包括6个。
8.如权利要求3所述的单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置，其特征在于：所述晶圆卡置装置还包括转盘装置；
所述顶针支架设置在所述转盘装置上；
所述转盘装置用于带动所述晶圆旋转。
9.如权利要求8所述的单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置，其特征在于：所述顶针通过所述转盘装置提供的离心力的作用实现所述夹紧状态，在所述转盘装置旋转时所述顶针处于所述夹紧状态并夹紧所述晶圆；在所述转盘装置停止旋转时所述顶针处于所述打开状态。
10.如权利要求9所述的单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置，其特征在于：在所述轴承底部所述顶针和悬空物固定连接，所述悬空物的重量大于所述顶针的重量，在所述转盘装置旋转时，在离心力的作用下，所述悬空物向所述晶圆外侧移动并带动所述顶针沿所述轴承向所述晶圆内侧旋转从而使所述顶针处于所述夹紧状态。
11.如权利要求1所述的单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置，其特征在于：所述第一侧面和所述晶圆的边缘处的切线成45度角。
12.如权利要求1所述的单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置，其特征在于：所述单片湿法清洗工艺腔用于在后段工艺中对Al配线进行湿法清洗。
13.如权利要求1所述的单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置，其特征在于：所述顶针的接触面的高度小于所述顶针的侧面的高度以及所述顶针的接触面的宽度小于所述顶针的顶部表面的宽度；
所述顶针的两个侧面靠近所述接触面一侧的高度表面以及所述顶针的顶部表面的靠近所述接触面一侧的宽度边位于第二面上，从所述第二面到所述接触面之间形成有尺寸渐变结构。
14.如权利要求13所述的单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置，其特征在于：所述尺寸渐变结构包括位于所述第二面的宽度边到所述接触面的宽度边之间的梯形面。
15.如权利要求13所述的单片湿法清洗工艺腔的晶圆卡置装置，其特征在于：所述尺寸渐变结构还包括位于所述第二面的两条高度边到对应的所述接触面的高度边之间的梯形面。
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