CN113327841B - 一种能够保持清洗辊清洁的晶圆清洗系统及清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够保持清洗辊清洁的晶圆清洗系统及清洗方法，所述晶圆清洗系统包括：晶圆支撑部，其水平支撑晶圆并驱动晶圆旋转；清洗辊，其设置于晶圆的两侧并绕其轴线滚动；供液管，其设置于晶圆的侧部以朝向晶圆表面喷射清洗液；冲洗管及其摆动驱动部，所述冲洗管平行于所述清洗辊设置并位于晶圆的两侧，其上配置的喷嘴喷射的流体冲洗晶圆的表面；所述摆动驱动部设置于所述冲洗管的端部，其驱动冲洗管转动，使得喷嘴朝向所述清洗辊的外周侧喷射流体，以冲洗清洗辊附着的颗粒物。

Description

一种能够保持清洗辊清洁的晶圆清洗系统及清洗方法

技术领域

本发明属于晶圆清洗技术领域，具体而言，涉及一种能够保持清洗辊清洁的晶圆清洗系统及清洗方法。

背景技术

集成电路产业是信息技术产业的核心，在助推制造业向数字化、智能化转型升级的过程中发挥着关键作用。芯片制造工艺中，清洗是最重要和最频繁的步骤之一。清洗的目的是为了避免微量离子和金属颗粒对半导体器件的污染，保障半导体器件的性能和合格率。晶圆清洗方式有：滚刷清洗、兆声清洗等，其中，滚刷清洗应用较为广泛。

滚刷清洗中，晶圆设置于箱体的支撑滚轮，设置于晶圆两侧的滚刷绕其轴线滚动以接触清洗移除晶圆表面的颗粒物。如专利CN209551448U公开的晶圆的处理装置，后处理单元包括滚刷装置，滚刷装置包括安装壳(箱体)，晶圆可转动地设在安装壳(箱体)内，滚刷绕其轴线滚动地设置于安装壳(箱体)内并位于晶圆两侧；滚刷与晶圆接触，在滚刷滚动的过程中移除晶圆表面的污染物。

在清洗过程中，滚刷会附着大量颗粒物；该颗粒物可能含有研磨抛光剂、金属颗粒等。如不定期处理附着有大量颗粒物的滚刷，这些颗粒可能影响后续晶圆的清洗效果，甚至引起二次污染问题。

因此，如何在保证晶圆表面清洗效果良好的前提下尽量延迟滚刷的使用寿命，成为本领域技术人员努力解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明实施例的提供了一种能够保持清洗辊清洁的晶圆清洗系统，其包括：

晶圆支撑部，其水平支撑晶圆并驱动晶圆旋转；

清洗辊，其设置于晶圆的两侧并绕其轴线滚动；

供液管，其设置于晶圆的侧部以朝向晶圆表面喷射清洗液；

冲洗管及其驱动部，所述冲洗管平行于所述清洗辊设置并位于晶圆的两侧，其上配置的喷嘴喷射的流体冲洗晶圆的表面；所述驱动部设置于所述冲洗管的端部，其驱动冲洗管转动，使得喷嘴朝向所述清洗辊的外周侧喷射流体，以冲洗清洗辊附着的颗粒物。

作为优选实施例，所述冲洗管配置多个喷嘴，所述喷嘴沿所述冲洗管的长度方向间隔设置；所述喷嘴形成扇形水幕，相邻喷嘴形成的扇形水幕部分交叉重叠。

作为优选实施例，所述冲洗管的喷嘴冲洗清洗辊时，所述清洗辊绕轴线转动，所述喷嘴形成的扇形水幕与所述清洗辊的转动方向相对。

作为优选实施例，所述喷嘴形成的扇形水幕为片状结构，所述扇形水幕的厚度为0.5-3mm。

作为优选实施例，晶圆清洗系统还包括超声波清洗部，所述超声波清洗部设置于所述清洗辊的外侧，其能够沿竖直方向移动以靠近所述清洗辊的外周侧；所述超声波清洗部朝向所述清洗辊喷射超声振动流体，使得颗粒物脱离于所述清洗辊。

作为优选实施例，所述超声波清洗部包括壳体、超声发生器和清洗管，所述超声发生器设置于所述壳体的上部，所述清洗管设置于所述超声发生器的下部并位于所述壳体中；所述清洗管的下部配置有出水口，所述壳体的底板配置有矩形孔，所述清洗管的出水口与所述壳体的矩形孔相匹配；所述清洗管的出水口流出的流体由超声发生器作用后，通过所述矩形孔输送至所述清洗辊的外周侧。

作为优选实施例，所述壳体的底板为弧形板，其沿所述清洗辊的长度方向设置并罩设于所述清洗辊的上侧。

作为优选实施例，所述壳体的底板与清洗辊的外周侧之间的间距为2mm-5mm。

作为优选实施例，所述驱动部包括摆杆、连杆和气缸，所述气缸设置于晶圆清洗系统的箱体外侧，所述气缸的活塞杆通过连杆与摆杆铰接，所述摆杆与冲洗管的端部连接；所述气缸的活塞杆移动，其通过所述连杆驱动所述摆杆绕铰接点转动，以带动所述冲洗管摆动。

此外，本发明还公开了一种晶圆清洗方法，使用上面所述的晶圆清洗系统，其包括：

晶圆支撑部驱动水平放置的晶圆旋转，位于晶圆两侧的清洗辊绕轴线转动；

供液管朝向晶圆表面喷射清洗液，转动的清洗辊接触清洗晶圆表面；

冲洗管朝向晶圆表面喷射流体以漂洗晶圆表面；

当清洗辊表面附着的颗粒物达到设定值时，超声波清洗部朝向所述清洗辊移动并超声处理清洗辊的表面；驱动部带动冲洗管摆动，冲洗管的喷嘴朝向清洗辊的外周侧喷射流体，以冲洗清洗辊附着的颗粒物。

本发明的有益效果包括：

(1)配置的超声波清洗部设置于清洗辊的外周侧，以超声处理附着于清洗辊表面的颗粒物；

(2)设置于晶圆侧部的冲洗管兼顾晶圆漂洗及清洗辊冲洗，有利于晶圆清洗系统结构的精简；

(3)冲洗管上配置的喷嘴喷射的流体形成扇形水幕，以定期冲洗清洗辊的外周侧，维持清洗辊的使用性能，延长清洗辊的使用寿命。

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，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是本发明所述一种能够保持清洗辊清洁的晶圆清洗系统的示意图；

图2是本发明所述晶圆支撑部水平支撑晶圆的示意图；

图3是本发明所述冲洗喷嘴31形成的扇形水幕的示意图；

图4是本发明所述超声波清洗部设置于一个清洗辊上侧的示意图；

图5是本发明所述拆卸端板后的超声波清洗部的示意图；

图6是本发明所述驱动部与冲洗管的连接示意图；

图7是图6中所述驱动部的结构示意图；

图8是本发明所述一种晶圆清洗方法的流程图。

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。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。在本发明中，晶圆(Wafer，W)也称基板(Substrate),其含义和实际作用等同。

IC制程中，需要在洁净间使用一些有机物和无机物。由于受到人员、环境等因素的影响，晶圆加工过程中会产生大量污染物。这些污染物大致包括颗粒、有机物、金属污染物和/或氧化物等。污染物的颗粒大小为几纳米至几百纳米不等。晶圆清洗的作用就是将晶圆表面附着的污染物移除，使得晶圆表面的污染颗粒大小及数量控制在工艺要求范围内。

图1示出了一种能够保持清洗辊清洁的晶圆清洗系统的示意图，在该实施例中，晶圆清洗系统采用水平方式清洁晶圆表面。一种晶圆清洗系统包括清洗辊10和供液管20。清洗辊10为圆筒状结构，其设置于晶圆W的两侧并绕其轴线滚动；供液管20平行于清洗辊10并设置于晶圆W的外周侧，以为晶圆的清洗供给清洗液。

进一步地，图2中晶圆清洗系统还包括晶圆支撑部50，晶圆支撑部50水平支撑晶圆并驱动晶圆旋转。清洗辊10可以由多孔性材料制成，如聚乙烯醇，清洗辊10能够吸附大量用于刷洗晶圆W表面的清洗液，滚动的清洗辊10与旋转的晶圆W接触以移除晶圆W表面的污染物。

作为本发明的一个实施例，供液管20配置有第一供液喷嘴21和第二供液喷嘴22，其数量为多个并沿供液管20的长度方向间隔交错设置，以为晶圆W的表面均匀供给清洗液，保证晶圆的清洗效果。

进一步地，第一供液喷嘴21朝向晶圆W的中心位置喷射清洗液，第二供液喷嘴22朝向晶圆的中心位置至晶圆的边缘部分喷射清洗液。供液管20可以配置驱动装置以往复摆动，第一供液喷嘴21和第二供液喷嘴22喷射的清洗液能够覆盖晶圆W的中心至边缘的区域。

进一步地，第一供液喷嘴21喷射的清洗液在晶圆表面形成的流场小于第二供液喷嘴喷射的清洗液在晶圆表面形成的流场。此处的流场是指供液喷嘴喷射的清洗液在晶圆上的覆盖面积。由于清洗辊10靠近晶圆的中间位置设置，因此，需要控制第一供液喷嘴21形成的流场，防止清洗液喷射至清洗辊10的外周侧而发生不必要的溅射。再者，第二供液喷嘴21对应的流场较小，供液管20的微小摆动能够将清洗液覆盖至清洗辊10对应的晶圆表面的位置，避免清洗液在晶圆中间位置分布不足，保证晶圆表面的清洗效果。

图1所示的实施例中，晶圆清洗系统还包括冲洗管30和驱动部60，其平行于清洗辊10设置并位于晶圆W的上侧。冲洗管30上配置有冲洗喷嘴31，冲洗喷嘴31喷射的流体冲洗晶圆的表面。

由于清洗辊10在使用一段时间后，清洗辊10的表面会附着大量颗粒物。为了保持清洗辊10的使用状态，需要定期对清洗辊10进行清洁，以防止其上的颗粒物对晶圆清洗的影响。

驱动部60设置于冲洗管30的端部，其驱动冲洗管30转动，使得冲洗喷嘴31朝向清洗辊10的外周侧喷射流体，以冲洗清洗辊10附着的颗粒物。

图1中，供液管20及冲洗管30设置于晶圆W的上侧。作为本实施例的一个变体，供液管20及冲洗管30也可以设置在晶圆W的上侧和下侧，以同时完成晶圆顶面及底面的清洗。

进一步地，冲洗管30配置多个冲洗喷嘴31，冲洗喷嘴31沿所述冲洗管30的长度方向间隔设置，以覆盖晶圆W的表面及清洗辊10的长度方向。冲洗喷嘴31形成扇形水幕31a，如图3所示，相邻冲洗喷嘴31形成的扇形水幕31a部分交叉重叠，以保证冲洗喷嘴31喷射的冲洗液完全覆盖晶圆及清洗辊10。在晶圆表面漂洗时，重叠的扇形水幕31a能够保证良好的清洗效果；在清洗辊10的外周侧冲洗时，相互重叠的扇形水幕31a能够完全覆盖清洗辊10的长度方向，实现清洗辊10的有效清洁。

为了保证冲洗液对清洗辊10上附着的颗粒物的清洗效果，冲洗喷嘴31形成的扇形水幕设置为片状结构，如图3所示，所述扇形水幕的厚度为0.5-3mm。优选地，扇形水幕的厚度为1-2mm。

在进行清洗辊10清洁时，驱动部60驱动冲洗管30转动，使得冲洗喷嘴31朝向清洗辊10的外周侧喷射流体；同时，清洗辊10绕轴线转动，冲洗喷嘴31形成的扇形水幕与清洗辊10的转动方向相对，以提高扇形水幕相对于冲洗辊10的喷射速度，提高对附着颗粒物的作用力，保证清洗辊10的冲洗效果。

作为本发明的一个实施例，晶圆清洗系统还包括超声波清洗部40，如图4所示，超声波清洗部40设置于清洗辊10的上侧，其能够沿竖直方向移动以靠近清洗辊10的外周侧；超声波清洗部40朝向清洗辊10喷射超声振动流体，使得颗粒物自清洗辊10的表面脱离。

可以理解的是，需要为晶圆W上侧及下侧的清洗辊10进行超声处理，使得颗粒物自清洗辊10的表面分离，保证冲洗喷嘴31喷射形成的扇形水幕31a去除附着于清洗辊10表面的颗粒物。

进一步地，超声波清洗部40包括壳体41、超声发生器42和清洗管43，如图5所示。超声波清洗部40的端板拆卸后，能够看到其内部结构。超声发生器42沿壳体41的长度方向设置，并位于壳体41内侧壁的顶部。清洗管43沿壳体41的长度方向设置并由未示出的端板固定，其设置于壳体41中并位于超声发生器42的下部。

进一步地，清洗管43的下部配置有出水口，壳体41的底板配置有矩形孔41a，清洗管43的出水口与壳体41的矩形孔41a相匹配。具体地，清洗管43的出水口与矩形孔41a的位置相对，清洗管43出水口喷射的流体可以经由矩形孔41a输送至清洗辊10的上部。清洗管43的出水口设置于清洗管43的正下方，其可以为多个间隔设置的圆形孔，其外径可以为0.5mm-2mm。可以理解的是，清洗管43的出水口也可以为间隔设置的长条孔，长条孔的长度为5mm-10mm，长条孔的宽度为0.3mm-0.5mm。

清洗管43的出水口流出的流体由超声发生器42作用后，通过矩形孔41a输送至清洗辊10的外周侧。超声处理的流体作用于清洗辊10的表面，颗粒物自清洗辊10的外周侧分离，再由冲洗喷嘴31冲洗作用，实现清洗辊10的有效清洁。

图5所示的实施例中，壳体41的底板为弧形板，其沿清洗辊10的长度方向设置并罩设于清洗辊10的上侧。壳体41的底板与清洗辊10的外周侧之间的间距直接关系到超声发生器42的处理效果。优选地，壳体41的底板与清洗辊10的外周侧之间的间距为2mm-5mm。

作为本发明的另一个实施例，超声波清洗部40的端部配置驱动装置，其能够驱动超声波清洗部40转动一定角度，使得壳体41的底板的端部与清洗辊10的外周侧抵接。超声波清洗部40可以间歇性转动，以刮除清洗辊10表面的颗粒物，以增强清洗辊10的清洁效果。具体地，壳体41的底板与侧板相交处形成的棱边作用于清洗辊10的表面，以使颗粒物离开清洗辊10的表面。

作为本实施例的一个方面，壳体41由聚四氟乙烯或聚氨酯制成，壳体41作用于清洗辊10的表面而不破坏清洗辊10表面的凸起，保证清洗辊10的清洁效果。

图6是本发明所述晶圆清洗系统的结构示意图，驱动部60设置于晶圆清洗系统箱体的外侧，并位于冲洗管30的端部。

进一步地，驱动部60包括摆杆61、连杆62和气缸63，如图7所示，气缸63设置于晶圆清洗系统的箱体外侧，气缸63的活塞杆通过连杆62与摆杆61铰接，摆杆61与冲洗管30的端部连接。气缸63的活塞杆沿缸体直线移动，活塞杆通过连杆62驱动摆杆61绕铰接点转动，以驱动冲洗管30摆动。

作为本发明的另一个实施例，驱动部60可以采用连杆驱动，如曲柄滑块机构，或直接配置电机驱动旋转，为了减少晶圆清洗系统中电机的数量，可以采用连杆结构实现冲洗管30的摆动。

此外，本发明还提供了一种晶圆清洗方法，使用上面所述的晶圆清洗系统，其流程图，如图8所示，其包括：

晶圆支撑部50驱动水平放置的晶圆W旋转，位于晶圆W两侧的清洗辊10绕轴线转动；

供液管20朝向晶圆W表面喷射清洗液，转动的清洗辊10接触清洗晶圆W表面；

冲洗管30朝向晶圆表面喷射流体以漂洗晶圆表面；

当清洗辊10完成一定数量的晶圆清洗后，清洗辊10表面附着的颗粒物不断增多。若附着在清洗辊10的颗粒物未达到设定值，则继续使用晶圆清洗系统完成晶圆清洗。

若附着的颗粒物达到设定值时，超声波清洗部40朝向清洗辊10移动并超声处理清洗辊10的表面；驱动部60带动冲洗管30摆动，冲洗管30的冲洗喷嘴31朝向清洗辊10的外周侧喷射流体，以冲洗清洗辊10附着的颗粒物。

本发明中，清洗辊10表面附着的颗粒物可以通过清洗晶圆的数量来间接衡量，也可以在晶圆清洗系统配置影像识别系统，来定量判定清洗辊10表面附着的颗粒物的数量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种能够保持清洗辊清洁的晶圆清洗系统，其特征在于，包括：

晶圆支撑部，其水平支撑晶圆并驱动晶圆旋转；

清洗辊，其设置于晶圆的两侧并绕其轴线滚动；

供液管，其设置于晶圆的侧部以朝向晶圆表面喷射清洗液；

冲洗管及其驱动部，所述冲洗管平行于所述清洗辊设置并位于晶圆的两侧，其上配置的喷嘴喷射的流体冲洗晶圆的表面；所述驱动部设置于所述冲洗管的端部，其驱动冲洗管转动，使得喷嘴朝向所述清洗辊的外周侧喷射流体，以冲洗清洗辊附着的颗粒物；

还包括超声波清洗部，所述超声波清洗部包括壳体、超声发生器和清洗管，壳体的底板配置有矩形孔，清洗管下部配置有出水口；出水口喷射的流体由超声发生器作用后，经由所述矩形孔输送至清洗辊的外周侧。

2.如权利要求1所述的晶圆清洗系统，其特征在于，所述冲洗管配置多个喷嘴，所述喷嘴沿所述冲洗管的长度方向间隔设置；所述喷嘴形成扇形水幕，相邻喷嘴形成的扇形水幕部分交叉重叠。

3.如权利要求2所述的晶圆清洗系统，其特征在于，所述冲洗管的喷嘴冲洗清洗辊时，所述清洗辊绕轴线转动，所述喷嘴形成的扇形水幕与所述清洗辊的转动方向相对。

4.如权利要求2所述的晶圆清洗系统，其特征在于，所述喷嘴形成的扇形水幕为片状结构，所述扇形水幕的厚度为0.5-3mm。

5.如权利要求1所述的晶圆清洗系统，其特征在于，所述超声波清洗部设置于所述清洗辊的外侧，其能够沿竖直方向移动以靠近所述清洗辊的外周侧；所述超声波清洗部朝向所述清洗辊喷射超声振动流体，使得颗粒物脱离于所述清洗辊。

6.如权利要求5所述的晶圆清洗系统，其特征在于，所述超声发生器设置于所述壳体的上部，所述清洗管设置于所述超声发生器的下部并位于所述壳体中；所述清洗管的出水口与所述壳体的矩形孔相匹配。

7.如权利要求6所述的晶圆清洗系统，其特征在于，所述壳体的底板为弧形板，其沿所述清洗辊的长度方向设置并罩设于所述清洗辊的上侧。

8.如权利要求7所述的晶圆清洗系统，其特征在于，所述壳体的底板与清洗辊的外周侧之间的间距为2mm-5mm。

9.如权利要求1所述的晶圆清洗系统，其特征在于，所述驱动部包括摆杆、连杆和气缸，所述气缸设置于晶圆清洗系统的箱体外侧，所述气缸的活塞杆通过连杆与摆杆铰接，所述摆杆与冲洗管的端部连接；所述气缸的活塞杆移动，其通过所述连杆驱动所述摆杆绕铰接点转动，以带动所述冲洗管摆动。

10.一种晶圆清洗方法，使用权利要求1至9任一项所述的晶圆清洗系统，其特征在于，包括：

晶圆支撑部驱动水平放置的晶圆旋转，位于晶圆两侧的清洗辊绕轴线转动；

供液管朝向晶圆表面喷射清洗液，转动的清洗辊接触清洗晶圆表面；

冲洗管朝向晶圆表面喷射流体以漂洗晶圆表面；

当清洗辊表面附着的颗粒物达到设定值时，超声波清洗部朝向所述清洗辊移动并超声处理清洗辊的表面；驱动部带动冲洗管摆动，冲洗管的喷嘴朝向清洗辊的外周侧喷射流体，以冲洗清洗辊附着的颗粒物。

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