CN113345821A - 一种晶圆清洗干燥方法及机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆清洗干燥方法，包括：晶圆进入箱体内，并完全浸入清洗液，底部受到固定支撑座的承托和限位；水平限位机构垂直向上移动，限制晶圆摆动；推进机构垂直向上移动第一行程，与晶圆接触，该第一行程为推进机构与晶圆的间距；推进机构带着晶圆向上移动，水平限位机构协同向上移动，且保持与晶圆接触状态，以限制晶圆倾斜，晶圆连续向上移动伸出液面，喷淋机构向晶圆喷洒干燥气体；当水平限位机构接近液面，其停止向上移动，此时推进机构保持向上移动，保证晶圆的连续上移，直至晶圆完全脱离清洗液。本发明还公开了一种晶圆清洗干燥机构。本发明晶圆从上升开始时就与底部推进机构接触，确保始终受力连续送出，保证清洗效果。

Description

一种晶圆清洗干燥方法及机构

技术领域

本发明属于半导体集成电路芯片制造技术领域，尤其是涉及一种晶圆清洗干燥方法及机构。

背景技术

化学机械平坦化是集成电路工艺中的一种加工工艺。随着技术的发展，对加工工艺的要求会随之提高，同时化学机械平坦化在晶圆加工过程中属于湿法工艺，在整个工艺过程中会使用大量的研磨液以及不同的化学试剂，所以在工艺末端需要对晶圆进行清洗和干燥以去除附着在晶圆表面的颗粒，从而能够进入到下一道工艺的制程中。

在现有的集成电路设备中，传统的干燥方式是旋转甩干，这种方式利用高转速下产生的离心力将附着在晶圆表面的水去除。但由于晶圆本身材质的差异和表面图案的影响，此干燥方法有时会导致水渍残留，导致整片晶圆的颗粒物数量超标。

近几年出现的一种新型干燥方法是使用马兰戈尼效应，这种方法利用表面张力梯度差将附着在晶圆表面的水去除，其能够有效地减少水渍残留和颗粒物附着在晶圆表面的可能性。目前该方法晶圆进出干燥装置的方式有两侧进出及垂直升降两种模式。

两侧进出是将晶圆放入到充满水的箱体底部，然后将晶圆倾斜， 从出口传送出去，同时在出口端有两个喷洒气体的出口，向晶圆表面喷洒干燥气体，这种实施方式整体体积较大，同时晶圆需要在两个工位之间转移，移动的行程较长，所以整个工艺时间会延长。

关于垂直升降方式，其虽然能够减小装置体积，但是现有的晶圆清洗干燥装置利用三个支撑机构共同作用将晶圆垂直上升移出液面，其中两个侧方的支撑机构为固定晶圆的滑块，另一个支撑机构为顶针结构，在前期三个支撑机构均在液面以下时，晶圆连续上升，但是当位于两侧方的支撑机构接近液面时，其停止上升，只有顶针结构的支撑机构继续上移以将晶圆推出液面。此时如果晶圆的定位凹槽正好朝下，顶针结构就必须先走完定位凹槽所在部分产生的空行程，才能继续推动晶圆上移，导致晶圆的停留，即导致晶圆运动的不连续，大大影响马兰戈尼效应的效果发挥，从而导致干燥不彻底，晶圆表面仍会存在液体。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种确保晶圆以垂直升降的方式、连续送出清洗液，保证干燥的有效进行的晶圆清洗干燥方法及机构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种晶圆清洗干燥方法，包括：

晶圆进入箱体内，并完全浸入清洗液的液面以下，其底部受到固定支撑座的承托和限位；

水平限位机构垂直向上移动，限制晶圆摆动；

推进机构垂直向上移动第一行程，与晶圆接触，该第一行程为推进机构与晶圆的间距；

推进机构带着晶圆向上移动，水平限位机构协同向上移动，且保持与晶圆接触状态，以限制晶圆前后倾斜或左右倾斜，晶圆连续向上移动伸出液面，喷淋机构向伸出液面的晶圆喷洒干燥气体；

当水平限位机构接近液面，其停止向上移动，此时推进机构保持向上移动，保证晶圆的连续上移，直至晶圆完全脱离清洗液，晶圆完成清洗和干燥。

本发明中，底部的推进机构负责推动晶圆向上做直线移动，需要在水平限位机构达到指定位置后才启动上升，在晶圆露出液面之前就移动靠近晶圆，避免推进机构和晶圆之间存在空行程，保证晶圆移出液面的整个过程的连续，确保清洗的有效进行，提高清洗效率，同时减小整体机构的体积。

进一步的，所述第一行程包括晶圆外侧壁上定位凹槽的垂直深度。

进一步的，机械手夹持晶圆进入箱体，水平限位机构与晶圆不接触，以避让机械手；机械手脱离晶圆并上移从箱体退出，水平限位机构垂直向上移动。刚开始水平限位机构不与晶圆接触，给机械手提供了足够的活动空间。

进一步的，位于箱体上方的卡爪夹持晶圆两侧以配合推进机构驱动晶圆向上移动。

本发明还公开了一种晶圆清洗干燥机构，包括用于盛装清洗液的箱体，还包括，

固定支撑座，与箱体固定连接，设有第一沟槽，以在初始状态下承托晶圆并限制晶圆前后倾斜；

水平限位机构，对称设于晶圆的两侧，设有第二沟槽，以限制晶圆前后倾斜或左右倾斜；

推进机构，设于晶圆的底部，用于推动晶圆向上运动以从箱体连续伸出；当推进机构上移时，水平限位机构保持对晶圆的限位并上移，直至水平限位机构接近清洗液的液面。

整体结构布局合理，初始状态利用固定支撑座支撑限位晶圆，使晶圆能够在一个较高的位置开始进行工艺，不用传输到箱体底部，缩短了晶圆整体行程，加快了工艺速度；推进机构在晶圆上移的开始阶段就解决了空行程的问题，保证晶圆的连续上移脱离清洗液，清洗效果佳。

进一步的，所述固定支撑座上形成扇形弧面，所述第一沟槽设于该扇形弧面。为了确保晶圆放置稳定，初始固定支撑座安装间距需要足够大，扇形弧面不仅避免与水平限位机构干涉，也尽量增加了支撑间距；扇形弧面设计使得固定支撑座与晶圆侧壁相切，接触面积小，支撑稳固，可以适应不同尺寸的晶圆。

进一步的，所述第一沟槽的截面呈V字形或U字形；所述第一沟槽的开口处形成便于晶圆滑入的第一引导面。通过第一沟槽的内底面接触晶圆侧壁，保证晶圆的表面不受影响，降低对晶圆的性能影响；第一引导面的设置给晶圆放置入第一沟槽内带来了便利。

进一步的，所述箱体内设有自底部向上垂直延伸的第一直线导轨和第二直线导轨，所述水平限位机构沿第一直线导轨垂直向上移动，所述推进机构沿第二直线导轨垂直向上移动。

进一步的，所述水平限位机构包括本体，及自本体向上延伸的支撑臂，所述第二沟槽设于支撑臂内侧，且沿支撑臂的轴向延伸，所述本体背面形成可与第一直线导轨配合的滑槽。

进一步的，所述第二沟槽的截面呈V字形或U字形；所述第二沟槽的开口处形成便于晶圆滑入的第二引导面。

进一步的，还包括机械手，其用于抓取晶圆进入箱体直至晶圆落在固定支撑座上。

本发明在箱体内增加两个固定支撑座用于放置晶圆，左右两侧的水平限位机构仅起到限制摆动的作用，晶圆上升全程仅通过底部推进机构实现，保证晶圆连续移动直至移出液面；在节省晶圆干燥空间的同时，保证干燥效率，提高设备运行的整体可靠性。

本发明的有益效果是，1）改善了晶圆支撑方式，使晶圆从上升开始时就与底部推进机构接触，确保始终受力连续送出，避免晶圆定位凹槽空行程对工艺效果的影响，保证清洗效果；2）将晶圆以一定角度传输的方式改为垂直传输，同时将此前的工艺口需要一个进口和一个出口的结构合并为了一个，从而减小了整体的宽度；3）增加了固定支撑座，使晶圆能够在一个较高的位置开始进行工艺，不用传输到箱体底部，缩短了晶圆整体行程，加快了工艺速度。

附图说明

图1为本发明中晶圆的立体图。

图2为图1中的A处结构放大图。

图3为本发明的立体图。

图4为本发明（初始状态）除去箱体的部分的立体图。

图5为本发明（晶圆上升过程）的部分结构立体图。

图6为本发明的晶圆在推进机构作用下上移的过程示意图。

图7为本发明除去箱体的立体图。

图8为本发明的固定支撑座、水平限位机构、推进机构和机械手的立体图。

图9为本发明的固定支撑座、水平限位机构的立体图。

图10为本发明中固定支撑座的立体图。

图11为本发明中水平限位机构的立体图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1-图2所示，为了帮助后续工序确定晶圆的摆放位置，为了实现定位，以便于切割、测试等操作，在晶圆1的边缘会形成一个小的定位凹槽11。

如图2-图11所示，一种晶圆清洗干燥机构，包括用于盛装清洗液的箱体1，还包括固定连接在箱体2内的固定支撑座3，水平限位机构4，推进机构5，及喷淋机构。

如图9、图10所示，固定支撑座3包括对称设置的两部分，每个部分形成扇形弧面32，两个部分的扇形弧面32相对设置，在扇形弧面32上设置有第一沟槽31，用于在初始状态下承托并限制晶圆1前后倾斜。该第一沟槽31的截面呈V字形或U字形。在本实施例中，第一沟槽31的截面呈V字形，其包括第一侧壁312和第二侧壁313，第一侧壁312与箱体1的内壁相平行，第二侧壁313则与第一侧壁312呈锐角设置，从而晶圆1的背面可以与第一侧壁312相贴合，晶圆1的侧壁与第一沟槽31的底部接触，保证晶圆1放置在固定支撑座3上的稳定性，而晶圆1的正面与第二侧壁313不相接触，保证晶圆1的性能不受影响。

为了便于晶圆1置入第一沟槽31内，在第一沟槽31的开口处形成第一引导面311，即在第一侧壁312的外侧形成便于晶圆1滑入的第一引导面311，其倾斜设置，增大了第一沟槽31的开口。

当晶圆1放置在固定支撑座3上时，晶圆1的侧壁与其两部分的第一沟槽31接触且相切，接触面积小，且支撑较稳固。

固定支撑座3采用磁力吸附安装的方式，便于因磨损而产生的定期更换需求，并同时解决了因箱体2内充满液体而需要考虑的密封问题。在固定支撑座3内安装磁铁块，同时在箱体1 背面也固定磁铁块， 通过孔和面接触定位实现安装。

上述抓取晶圆1进入箱体2直至晶圆1落在固定支撑座3上的动作可以由机械手7完成。

如图9、图11所示，水平限位机构4也包括对称设置的两部分，使得其可以对称设置在晶圆1的两侧，每个部分设置有第二沟槽41，用于限制晶圆1前后倾斜或左右倾斜。具体的，水平限位机构4的每个部分都包括本体42，及从本体42向上延伸的支撑臂43，为了避让晶圆1，支撑臂43包括倾斜向外的第一部分431和垂直向上延伸的第二部分432。上述的第二沟槽41设置在支撑臂43的第二部分432的内侧，且沿着支撑臂43的轴向向上延伸，在本体42的背面形成滑槽421。

第二沟槽41的截面呈V字形或U字形。在本实施例中，第二沟槽41的截面呈V字形，其包括侧壁一412和侧壁二413，侧壁一412与箱体1的内壁相平行，侧壁二413则与侧壁一412呈锐角设置，从而晶圆1的背面可以与侧壁一412相贴合，晶圆1的侧壁与第二沟槽41的底部接触，而晶圆1的正面与侧壁二413不相接触，保证晶圆1的性能不受影响。

为了便于晶圆1置入第二沟槽41内，在第二沟槽41的开口处形成第二引导面411，即在侧壁一412的外侧形成便于晶圆1滑入的第二引导面411，其倾斜设置，增大了第二沟槽41的开口。

水平限位机构4不起支撑作用，上升与下降可以由磁力传动的方式来解决因箱体1内充满液体而需要考虑的密封问题。在水平限位机构4内安装磁铁块，同时在箱体1 背面安装直线驱动机构，此机构上固定磁铁块， 实现上升与下降的同步传动。

在箱体2内设置有从底部向上垂直延伸的第一直线导轨和第二直线导轨（图中未示出），水平限位机构4沿着第一直线导轨垂直向上移动，具体的，在本体42背面形成可以与第一直线导轨配合的滑槽421。推进机构5沿着第二直线导轨垂直向上移动。保证其稳定垂直平移。

推进机构5设置在晶圆1的底部，其用于推动晶圆1向上运动从而其可以从箱体2的顶部开口21连续伸出。具体的，在本实施例中，推进机构5为尖端朝上的顶针结构。在水平限位机构4仍然位于清洗液的液面以下时，推进机构5上移的同时，水平限位机构4保持对晶圆1的限位并且协同向上移动，此处的协同可以是同步上移也可以是不同步上移；当水平限位机构4接近清洗液的液面时，水平限位机构4停止上移，推进机构5继续上移，直至晶圆1完全脱离液面。

喷淋机构设置在箱体2的顶部开口21上方，用于向从液面伸出的晶圆1喷洒干燥气体。

一种晶圆清洗干燥方法，包括：

箱体2内盛装有清洗液，利用机械手7夹持晶圆1将其送入箱体2内，并完全浸入清洗液的液面以下，其底部受到固定支撑座3的承托和限位，防止晶圆1前后倾斜；如图4所示，此时水平限位机构4与晶圆1不相接触，以避让机械手7；

机械手7张开后脱离晶圆1向上移出箱体2顶部开口21，水平限位机构4垂直向上移动，与晶圆1两侧形成线接触，以限制晶圆1前后倾斜或左右倾斜，即限制晶圆1发生摆动；当然水平限位机构4与晶圆1也可以是点接触；

推进机构5垂直向上移动第一行程，与晶圆1底部接触；

此处的第一行程可以是包括推进机构5与晶圆1的垂直间距加上晶圆1外侧壁上定位凹槽11的垂直深度；

也可以是，单单为推进机构5与晶圆1的垂直间距，即此时定位凹槽11不位于晶圆1的正底部；

由于此时晶圆1还是完全处于液面以下，推进机构5不带着晶圆1同步上移不会对晶圆1的清洗产生不利影响；

推进机构5带着晶圆1向上移动，水平限位机构4协同向上移动，且保持与晶圆1接触状态，以限制晶圆1前后倾斜或左右倾斜，即推进机构5、水平限位机构4配合形成对晶圆1稳固的三角支撑，此处的协同可以是同步移动或不同步移动；晶圆1连续向上移动伸出液面，喷淋机构向伸出液面的晶圆1喷洒干燥气体；当然，位于箱体2顶部开口21上方的卡爪可以夹持晶圆1的两侧壁以配合推进机构5驱动晶圆1向上移动；

当水平限位机构4接近液面，其停止向上移动，此时推进机构5保持向上移动，不停顿，保证晶圆1的连续上移，直至晶圆1完全脱离清洗液，晶圆1完成清洗和干燥。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种晶圆清洗干燥方法，其特征在于包括：

晶圆（1）进入箱体（2）内，并完全浸入清洗液的液面以下，其底部受到固定支撑座（3）的承托和限位；

水平限位机构（4）垂直向上移动，限制晶圆（1）摆动；

推进机构（5）垂直向上移动第一行程，与晶圆（1）接触，该第一行程为推进机构（5）与晶圆（1）的间距；

推进机构（5）带着晶圆（1）向上移动，水平限位机构（4）协同向上移动，且保持与晶圆（1）接触状态，以限制晶圆（1）前后倾斜或左右倾斜，晶圆（1）连续向上移动伸出液面，喷淋机构向伸出液面的晶圆（1）喷洒干燥气体；

当水平限位机构（4）接近液面，其停止向上移动，此时推进机构（5）保持向上移动，保证晶圆（1）的连续上移，直至晶圆（1）完全脱离清洗液晶圆（1）完成清洗和干燥。

2.根据权利要求1所述的晶圆清洗干燥方法，其特征在于：所述第一行程包括晶圆（1）外侧壁上定位凹槽（11）的垂直深度。

3.根据权利要求1所述的晶圆清洗干燥方法，其特征在于：机械手（7）夹持晶圆（1）进入箱体（2），水平限位机构（4）与晶圆（1）不接触，以避让机械手（7）；机械手脱离晶圆（1）并上移从箱体（2）退出，水平限位机构（4）垂直向上移动。

4.根据权利要求1所述的晶圆清洗干燥方法，其特征在于：位于箱体（2）上方的卡爪夹持晶圆（1）两侧以配合推进机构（5）驱动晶圆（1）向上移动。

5.一种晶圆清洗干燥机构，包括用于盛装清洗液的箱体（2），其特征在于：还包括，

固定支撑座（3），与箱体（2）固定连接，设有第一沟槽（31），以在初始状态下承托晶圆（1）并限制晶圆（1）前后倾斜；

水平限位机构（4），对称设于晶圆（1）的两侧，设有第二沟槽（41），以限制晶圆（1）前后倾斜或左右倾斜；

推进机构（5），设于晶圆（1）的底部，用于推动晶圆（1）向上运动以从箱体（2）连续伸出；当推进机构（5）上移时，水平限位机构（4）保持对晶圆（1）的限位并上移，直至水平限位机构（4）接近清洗液的液面。

6.根据权利要求5所述的晶圆清洗干燥机构，其特征在于：所述固定支撑座（3）上形成扇形弧面（32），所述第一沟槽（31）设于该扇形弧面（32）。

7.根据权利要求6所述的晶圆清洗干燥机构，其特征在于：所述第一沟槽（31）的截面呈V字形或U字形；所述第一沟槽（31）的开口处形成便于晶圆（1）滑入的第一引导面（311）。

8.根据权利要求5所述的晶圆清洗干燥机构，其特征在于：所述箱体（2）内设有自底部向上垂直延伸的第一直线导轨和第二直线导轨，所述水平限位机构（4）沿第一直线导轨垂直向上移动，所述推进机构（5）沿第二直线导轨垂直向上移动。

9.根据权利要求8所述的晶圆清洗干燥机构，其特征在于：所述水平限位机构（4）包括本体（42），及自本体（42）向上延伸的支撑臂（43），所述第二沟槽（41）设于支撑臂（43）内侧，且沿支撑臂（43）的轴向延伸，所述本体（42）背面形成可与第一直线导轨配合的滑槽（421）。

10.根据权利要求5所述的晶圆清洗干燥机构，其特征在于：所述第二沟槽（41）的截面呈V字形或U字形；所述第二沟槽（41）的开口处形成便于晶圆（1）滑入的第二引导面（411）。

11.根据权利要求5所述的晶圆清洗干燥机构，其特征在于：还包括机械手（7），其用于抓取晶圆（1）进入箱体（2）直至晶圆（1）落在固定支撑座（3）上。

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