CN113327873B - 一种晶圆清洗装置及晶圆清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶圆清洗装置及晶圆清洗方法，所述晶圆清洗装置包括清洗辊，其为圆筒状结构，所述清洗辊设置于晶圆的两侧并绕其轴线滚动；供液管，其平行于所述清洗辊并设置于晶圆的侧部，所述供液管配置有第一喷嘴和第二喷嘴；以及旋转驱动部，其设置于供液管的端部并驱动其绕轴线旋转，使得第一喷嘴和第二喷嘴喷射的清洗液能够覆盖晶圆的中心至边缘的区域；所述第一喷嘴喷射的清洗液在晶圆表面形成的流场小于所述第二喷嘴喷射的清洗液在晶圆表面形成的流场。

Description

一种晶圆清洗装置及晶圆清洗方法
技术领域
本发明属于晶圆清洗技术领域，具体而言，涉及一种晶圆清洗装置及晶圆清洗方法。
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，晶圆设置于壳体的支撑滚轮，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。
安装壳的内侧壁配置有清洗液供给部，清洗液供给部设置于晶圆的两侧。目前，清洗液的喷射角度是固定不变的，这样容易在晶圆表面形成涡流，部分颗粒物在涡流中聚集，不利于滚刷对颗粒物的去除。其次，清洗液喷射至晶圆的位置相对固定，很容易致使清洗液浓度在晶圆表面分布不均，这会影响晶圆表面的清洗效果。
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晶圆清洗装置，其包括：
清洗辊，其为圆筒状结构，所述清洗辊设置于晶圆的两侧并绕其轴线滚动；
供液管，其平行于所述清洗辊设置，所述供液管配置有第一喷嘴和第二喷嘴；
以及旋转驱动部，其设置于供液管的端部并驱动供液管绕轴线旋转，使得第一喷嘴和第二喷嘴喷射的清洗液能够覆盖晶圆的中心至边缘的区域；所述第一喷嘴喷射的清洗液在晶圆表面形成的流场小于所述第二喷嘴喷射的清洗液在晶圆表面形成的流场。
作为优选实施例，所述第一喷嘴和第二喷嘴的数量为多个，其沿所述供液管的长度方向设置；所述第一喷嘴与晶圆所在平面的夹角不等于第二喷嘴与晶圆所在平面的夹角。
作为优选实施例，所述旋转驱动部摆动至第一位置时，所述第一喷嘴朝向晶圆的中心区域喷射清洗液；所述旋转驱动部摆动至第二位置时，所述第二喷嘴朝向晶圆的边缘区域喷射清洗液。
作为优选实施例，所述第一喷嘴的轴线与晶圆所在平面的夹角小于第二喷嘴的轴线与晶圆所在平面的夹角。
作为优选实施例，所述第一喷嘴和第二喷嘴相互匹配并交错设置，其位于所述供液管的外周侧且与所述供液管的内部相连通，清洗液经由供液管自第一喷嘴及第二喷嘴朝向晶圆表面喷射。
作为优选实施例，所述第一喷嘴和第二喷嘴的轴线的垂直于所述供液管的轴线设置。
作为优选实施例，所述第一喷嘴和第二喷嘴相互匹配设置于供液管的外周侧，经由第一喷嘴及第二喷嘴轴线的平面垂直于晶圆所在平面。
作为优选实施例，所述供液管中设置有第一供液管和第二供液管，所述第一供液管与所述第一喷嘴连接，所述第二供液管与所述第二喷嘴连接，所述第一喷嘴的流量大于所述第二喷嘴的流量。
作为优选实施例，所述旋转驱动部包括摆杆、连杆和气缸，所述气缸设置于晶圆清洗装置箱体的外侧，所述气缸的活塞杆通过连杆与摆杆铰接，所述摆杆与供液管的端部连接；所述气缸的活塞杆移动，其通过连杆驱动摆杆绕铰接点转动，以带动所述供液管摆动。
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装置，其包括：
S1，朝向旋转的晶圆表面喷射去离子水；
S2，清洗辊通入去离子水并抵接于晶圆表面；
S3，通入供液管的清洗液经由第一喷嘴和第二喷嘴喷射，旋转驱动部带动供液管在第一位置和第二位置摆动，以使清洗液完全均匀覆盖晶圆表面。
本发明的有益效果包括：晶圆清洗装置配置旋转驱动部，其能够根据工艺需要，驱动供液管摆动，实现清洗液在晶圆表面的动态变化，避免清洗液在晶圆表面形成涡流，使得清洗液在晶圆表面均匀分布，以便达到良好的清洗效果。
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是本发明所述一种晶圆清洗装置的示意图；
图2是图1对应的晶圆清洗装置的俯视图；
图3是本发明所述一种晶圆清洗装置另一个实施例的示意图；
图4是本发明所述供液管的另一个实施例的截面图；
图5是本发明所述一种晶圆清洗装置的结构示意图；
图6是图5中所述旋转驱动部的示意图；
图7是本发明所述一种晶圆清洗装置另一个实施例的结构示意图；
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示出了一种晶圆清洗装置的示意图，在该实施例中，晶圆清洗装置采用水平方式清洁晶圆表面。一种晶圆清洗装置包括清洗辊10和供液管20。清洗辊10为圆筒状结构，清洗辊10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的侧部，以为晶圆的清洗供给清洗液。
进一步地，图1中晶圆清洗装置还包括专利CN211507602U中的晶圆支撑装置(未示出)，晶圆支撑装置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配置有第一喷嘴21和第二喷嘴22，其数量为多个并沿供液管20的长度方向间隔设置。现有供液管20的喷嘴的喷射角度是固定的，即喷嘴喷射至晶圆表面的接触点是固定的。固定的喷射角度容易在晶圆W表面形成涡流，部分颗粒物聚集于涡流中，这样不利于清洗辊10对颗粒物的去除。此外，清洗液按照固定角度供给，容易致使清洗液在晶圆的表面分布不均匀，这也影响晶圆的清洗效果。
为了解决上述技术问题，供液管20的端部配置有旋转驱动部30，旋转驱动部30能够驱动供液管20摆动，以改变喷嘴喷射流体的角度。供液管20的第一喷嘴21与晶圆W所在平面的夹角不等于第二喷嘴与晶圆W所在平面的夹角。此处，喷嘴与晶圆W所在平面的夹角是指喷嘴的轴线与晶圆W的夹角。图1所示的实施例中，第一喷嘴21的轴线与晶圆W所在平面的夹角小于第二喷嘴22的轴线与晶圆所在平面的夹角。
进一步地，第一喷嘴21朝向晶圆W的中心区域喷射清洗液，第二喷嘴22朝向晶圆的中心位置至晶圆的边缘区域喷射清洗液。供液管20在旋转驱动部30作业下往复摆动，第一喷嘴21和第二喷嘴22喷射的清洗液能够覆盖晶圆W的中心至边缘的区域，实现晶圆表面颗粒物的去除。
图2是图1对应的晶圆清洗装置的俯视图，第一喷嘴21喷射的清洗液在晶圆表面形成流场21a，第二喷嘴22喷射的清洗液在晶圆表面形成流场22a，流场21a的面积小于流场22a的面积。此处的流场是指喷嘴喷射的清洗液覆盖晶圆表面的区域。由于清洗辊10靠近晶圆的中间区域设置，因此，需要控制第一喷嘴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，第二喷嘴21对应的流场21a的面积较小，供液管20的微小摆动能够将清洗液覆盖至清洗辊10垂直投影至晶圆表面的区域，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。
作为本发明的另一个实施例，旋转驱动部30摆动至第一位置时，所述第一喷嘴21朝向晶圆W的中心区域喷射清洗液；旋转驱动部30向反方向摆动，摆动至第二位置时，第二喷嘴22朝向晶圆的边缘区域喷射清洗液。在晶圆清洗过程中，需要通过控制旋转驱动部30，实现供液管20在第一位置与第二位置之间的往复摆动。
为了实现晶圆表面的清洗液供给的均匀性，在清洗辊10的左侧和右侧都设置有供液管20,图1中示出了晶圆W的顶面清洗的实施例。如晶圆W需要双面清洗，则需要在晶圆W的上侧及下侧同时设置一对供液管20。
图1中，第一喷嘴21和第二喷嘴22的轴线垂直于供液管20的轴线设置，使得第一喷嘴21和第二喷嘴22朝向晶圆的表面喷射清洗液。
图2所示的实施例中，第一喷嘴21和第二喷嘴22相互匹配并交错设置，第一喷嘴21和第二喷嘴22位于供液管20的外周侧，且第一喷嘴21及第二喷嘴22与供液管20的内部相连通，清洗液经由供液管20自第一喷嘴21及第二喷嘴22朝向晶圆表面喷射。第一喷嘴21和第二喷嘴22交错设置是指匹配的喷嘴相互间隔设置。图2中，相互匹配的第一喷嘴21和第二喷嘴22之间的距离为10mm-50mm。如此设置喷嘴有利于清洗液全面覆盖晶圆表面。
作为图2所示实施例的变体，相互匹配的第一喷嘴21及第二喷嘴22也可以设置在供液管20的同一个横截面且位于不同的圆周方向上，如图3所示。即第一喷嘴21及第二喷嘴22轴线的平面垂直于晶圆所在平面。
在一些实施例中，第一喷嘴21和第二喷嘴22需要设置的较为紧密，相邻第一喷嘴21形成流场21a相互重叠，相邻第二喷嘴22形成流场22a相互重叠，以保证晶圆表面全面覆盖有清洗液。
为了防止清洗液重叠部分过多而影响清洗液供给的均匀性，需要控制相邻喷嘴形成的流场的重叠范围。优选地，相邻第一喷嘴21形成的流场21a重叠区域控制在整个流场面积的1/5以内，相邻第二喷嘴22形成的流场22a重叠区域控制在整个流场面积的1/4以内。
作为本发明的另一个实施例，供液管20中设置有第一供液管20a和第二供液管20b，如图4所示，第一供液管20a与第一喷嘴21连接，第二供液管20b与第二喷嘴22连接，第一喷嘴21的流量大于第二喷嘴22的流量，以防止清洗辊10对应的晶圆表面无法充分供给清洗液。
作为本发明的一个实施例，旋转驱动部30可以采用连杆驱动或直接配置电机驱动旋转。为了减少晶圆清洗装置中电机的数量，旋转驱动部30也可以采用连杆结构实现供液管20的摆动。
图5是本发明所述晶圆清洗装置的一个实施例的示意图，本实施例中，旋转驱动部30包括摆杆31、连杆32和气缸33，气缸33设置于晶圆清洗装置箱体的外侧，气缸33的活塞杆通过连杆31与摆杆31铰接，摆杆31与供液管20的端部连接。气缸33的活塞杆移动，活塞杆通过连杆32驱动摆杆31绕铰接点转动，以带动所述供液管20摆动。
图6是旋转驱动部30的局部放大图，气缸33还配置有第一调速阀34、第二调速阀35以及换向阀36，第一调速阀34和第二调速阀35负责调节气缸33运动的速度，间接控制供液管20摆动的速度；控制系统通过控制换向阀36可以控制供液管20往复运动的时间间隔，以达到最佳的清洗效果。
图7是本发明所述晶圆清洗装置的另一个实施例的示意图，旋转驱动部30包括皮带轮、皮带及连杆机构，所述皮带轮通过皮带与清洗辊10的驱动电机连接，连杆机构带动供液管20摆动。本实施例中，连杆机构需要为曲柄摇杆机构，以便实现供液管20的往复摆动。
可以理解的是，旋转驱动部30也可以采用其他结构形式，如曲柄滑块机构等，只要能够实现供液管20的摆动，方便现场安装作业即可。
上述实施例中的晶圆清洗装置采用水平方式清洗，可以理解的是，本发明所述的晶圆清洗装置也可应用于竖直放置的晶圆清洗，此时，旋转的晶圆沿竖直方向设置，清洗辊10对称设置于待清洗晶圆的两侧。
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装置，晶圆清洗方法的流程图，如图8所示，其包括：
S1，朝向旋转的晶圆W表面喷射去离子水；
具体地，将待清洗的晶圆W通过晶圆支撑装置水平设置，并驱动晶圆旋转，朝向晶圆表面喷射去离子水。
S2，清洗辊10通入去离子水并抵接于晶圆W表面；
具体地，向位于晶圆W两侧的清洗辊10通入去离子水，以便清洗辊10在润湿状态下吸水松软，松软的清洗辊10抵接于旋转晶圆W的表面。
S3，通入供液管20的清洗液经由第一喷嘴21和第二喷嘴22喷射，旋转驱动部30带动供液管在第一位置和第二位置摆动，以使清洗液完全均匀覆盖晶圆W表面。
在图1所示的实施例中，第一喷嘴21与晶圆W所在平面的夹角为20°-35°，第二喷嘴22与晶圆W所在平面的夹角了45°-60°，供液管20绕其轴线摆动5-20°，以使清洗液完全覆盖于晶圆的表面。
本发明提供的晶圆清洗方法，其能够根据工艺要求，实现清洗液在晶圆表面的动态变化，避免清洗液在晶圆表面形成涡流，使得清洗液在晶圆表面均匀分布，以便达到良好的清洗效果。
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)

1.一种晶圆清洗装置，其特征在于，包括：
清洗辊，其为圆筒状结构，所述清洗辊设置于晶圆的两侧并绕其轴线滚动；
供液管，其平行于所述清洗辊设置，所述供液管配置有第一喷嘴和第二喷嘴；
以及旋转驱动部，其设置于供液管的端部并驱动供液管绕轴线旋转，使得第一喷嘴和第二喷嘴喷射的清洗液能够覆盖晶圆的中心至边缘的区域；所述第一喷嘴喷射的清洗液在晶圆表面形成的流场小于所述第二喷嘴喷射的清洗液在晶圆表面形成的流场；其中，第一喷嘴朝向晶圆的中心区域喷射清洗液，所述流场是喷嘴喷射的清洗液覆盖晶圆表面的区域。
2.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述第一喷嘴和第二喷嘴的数量为多个，其沿所述供液管的长度方向设置；所述第一喷嘴的轴线与晶圆所在平面的夹角不等于第二喷嘴的轴线与晶圆所在平面的夹角。
3.如权利要求2所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述旋转驱动部摆动至第一位置时，所述第一喷嘴朝向晶圆的中心区域喷射清洗液；所述旋转驱动部摆动至第二位置时，所述第二喷嘴朝向晶圆的边缘区域喷射清洗液。
4.如权利要求2所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述第一喷嘴的轴线与晶圆所在平面的夹角小于第二喷嘴的轴线与晶圆所在平面的夹角。
5.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述第一喷嘴和第二喷嘴相互匹配并交错设置，其位于所述供液管的外周侧且与所述供液管的内部相连通，清洗液经由供液管自第一喷嘴及第二喷嘴朝向晶圆表面喷射。
6.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述第一喷嘴和第二喷嘴的轴线的垂直于所述供液管的轴线设置。
7.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述第一喷嘴和第二喷嘴相互匹配设置于供液管的外周侧，经由第一喷嘴及第二喷嘴轴线的平面垂直于晶圆所在平面。
8.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述供液管中设置有第一供液管和第二供液管，所述第一供液管与所述第一喷嘴连接，所述第二供液管与所述第二喷嘴连接，所述第一喷嘴的流量大于所述第二喷嘴的流量。
9.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述旋转驱动部包括摆杆、连杆和气缸，所述气缸设置于晶圆清洗装置箱体的外侧，所述气缸的活塞杆通过连杆与摆杆铰接，所述摆杆与供液管的端部连接；所述气缸的活塞杆移动，其通过连杆驱动摆杆绕铰接点转动，以带动所述供液管摆动。
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装置，其特征在于，包括：
S1，朝向旋转的晶圆表面喷射去离子水；
S2，清洗辊通入去离子水并抵接于晶圆表面；
S3，通入供液管的清洗液经由第一喷嘴和第二喷嘴喷射，旋转驱动部带动供液管在第一位置和第二位置摆动，以使清洗液完全均匀覆盖晶圆表面。
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