CN113471135B - 一种晶圆夹持装置和晶圆清洗装置 - Google Patents

一种晶圆夹持装置和晶圆清洗装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种晶圆夹持装置和晶圆清洗装置，所述晶圆夹持装置包括盘状结构的基座，所述基座的外周侧间隔设置有卡爪，所述卡爪的内侧设置有由两个交汇面形成的卡槽以夹持晶圆的边缘；所述卡爪的外轮廓朝向外侧凸起，以将清洗的液体导流汇聚至外侧凸起处；所述卡爪的外轮廓包括第一外侧面和第二外侧面，所述第一外侧面沿卡爪根部的上端朝向外侧延伸，所述第二外侧面自所述第一外侧面的上端朝向内侧延伸。

Description

一种晶圆夹持装置和晶圆清洗装置
技术领域
本发明涉及晶圆后处理技术领域，特别涉及一种晶圆夹持装置和晶圆清洗装置。
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。芯片是集成电路的载体，芯片制造涉及芯片设计、晶圆制造、晶圆加工、电性测量、切割封装和测试等工艺流程。
在集成电路的生产制造过程中，晶圆经过诸如薄膜沉积、刻蚀、抛光等多道工艺制程过程中会接触大量颗粒。为了保持晶圆表面的清洁状态，消除工艺制程中留存在晶圆表面的颗粒物，必须对每道工艺制程后的晶圆进行清洗处理。
为了有效地清除晶圆表面的颗粒，在进行单片湿法清洗工艺处理时，晶圆将被放置在旋转夹持装置上，并按照一定的速度旋转；同时向基板喷淋一定流量的化学液，对基板表面进行清洗和/或干燥处理。
专利CN111540702B公开了一种竖直马兰戈尼晶圆处理装置，晶圆由晶圆夹持装置固定并绕晶圆所在轴线旋转，通过配置有喷嘴的供给臂摆动实现晶圆表面干燥。马兰戈尼晶圆处理装置，配置有夹持晶圆的基盘，基盘上一般设置有夹持晶圆的卡爪，电机通过旋转基盘带动被夹持的晶圆旋转；晶圆在旋转过程中，有若干工艺步骤会对晶圆正面喷射液体以进行清洗或漂洗，液体随晶圆旋转会被离心力甩出，甩出的液体由外围的挡圈接住，以减少液体的溅射。
然而现有的卡爪剖面轮廓，未考虑到导流和汇聚液体的功能，这导致液体由晶圆边沿流到卡爪上后，卡爪外侧的甩出液体宽度较宽，存在一部分液体的甩出位置超出了外围挡圈的防溅射有效宽度区域，这部分液体容易引起溅射，溅射产生的液滴可能被腔室里的气流带到晶圆正面并污染晶圆，影响晶圆的清洗干燥效果。
发明内容
本发明实施例提供了一种晶圆夹持装置和晶圆清洗装置，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。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种晶圆夹持装置，包括盘状结构的基座，所述基座的外周侧间隔设置有卡爪，所述卡爪的内侧设置有由两个交汇面形成的卡槽以夹持晶圆的边缘；所述卡爪的外轮廓朝向外侧凸起，以将清洗的液体导流汇聚至外侧凸起处；所述卡爪的外轮廓包括第一外侧面和第二外侧面，所述第一外侧面沿卡爪根部的上端朝向外侧延伸，所述第二外侧面自所述第一外侧面的上端朝向内侧延伸。
作为优选实施例，所述第一外侧面和第二外侧面为平面，两者的交界处通过圆弧过渡。
作为优选实施例，所述第一外侧面和第二外侧面为弧面。
作为优选实施例，所述卡爪的外侧凸起处与卡爪内侧的卡槽的连线平行于基座所在平面。
作为优选实施例，所述卡爪配置有引流孔，所述引流孔经由卡爪内侧的卡槽及卡爪的外侧凸起处贯通设置。
作为优选实施例，所述引流孔为圆形孔，其内径为0.2mm-3mm。
作为优选实施例，所述卡爪包括固定卡爪和活动卡爪；所述固定卡爪数量为多个，其彼此相邻设置，所述固定卡爪的外轮廓朝向外侧凸起；所述活动卡爪能够沿设置于基座边缘的铰接点摆动以夹持晶圆，其外轮廓在夹持状态垂直于基座所在平面。
作为优选实施例，所述卡爪包括固定卡爪和活动卡爪，所述固定卡爪数量为多个，其彼此相邻设置，所述活动卡爪数量至少一个，其能够沿设置于基座边缘的铰接点摆动以夹持晶圆；所述固定卡爪和活动卡爪的外轮廓朝向外侧凸起。
作为优选实施例，所述卡爪由聚醚醚酮制成，其表面涂覆有耐污涂层；所述耐污涂层含有帕瑞林C，其厚度为0.001mm-0.02mm。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种晶圆清洗装置，其包括上面所述的晶圆夹持装置。
本发明的有益效果包括：设置导流型卡爪，卡爪上甩出液滴的位置限制在外侧凸起处的顶点附近，外侧凸起处的顶点大致位于晶圆正面所在的竖直面，并与从晶圆直接甩出的液体基本在同一个平面上，使得甩液宽度大幅收窄，液体集中地甩落在外围挡圈的防溅射有效宽度区域内，有效减少液体溅射对晶圆造成的污染，保证晶圆的清洗干燥效果。
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是根据本发明所述晶圆夹持装置1的结构示意图；
图2是根据本发明所述固定卡爪21的结构示意图；
图3是图2中的固定卡爪21的侧视图；
图4是本发明所述卡爪的导流孔的示意图；
图5是本发明所述卡爪的导流孔另一实施例的示意图；
图6是本发明所述晶圆清洗装置的示意图；
图7是现有技术的晶圆夹持装置用于晶圆清洗的局部示意图；
图8是本发明所述晶圆夹持装置用于晶圆清洗的局部示意图。
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。
本发明中的术语如果与国家或国际标准或在先或在后申请不一致的地方，应根据该零件、部件、构件或组件等的实际作用等同的进行解释和理解，而不应作为限制本发明保护范围的依据。在本发明中，晶圆(Wafer)也称基板(Substrate),其含义和实际作用等同。
图1为本发明提供了一种晶圆夹持装置1的结构示意图，其包括盘状结构的基座10，基座10的外周侧间隔设置有卡爪20。卡爪20包括固定卡爪21和活动卡爪22；固定卡爪21数量为多个，其彼此相邻设置，固定卡爪21的内侧设置有由两个交汇面形成的卡槽以支撑晶圆W的边缘；活动卡爪22能够沿设置于基座10边缘的铰接点摆动以夹持晶圆，一般活动卡爪22与基座10的铰接点设置于基座10的下部，活动卡爪22的边缘位置匹配设置有卡槽以限制活动卡爪22的活动区域。具体地，活动卡爪22的内侧设置有由两个交汇面形成的卡槽以夹持晶圆的边缘，将晶圆W固定于基座10。
基座10的侧部配置有未示出的驱动电机，驱动电机旋转带动基座10及由卡爪20夹持的晶圆W旋转；设置在晶圆W侧部的清洗及干燥装置按照工艺步骤对旋转的晶圆W实施清洗及干燥处理，除去晶圆W表面颗粒物，剥离晶圆表面的水膜。晶圆W在旋转过程中，若干工艺步骤会对晶圆正面喷射清洗液以进行清洗或漂洗，清洗液随晶圆W旋转会被离心力甩出，甩出的清洗液由外围的挡圈接住，以减少液体的溅射。
图7示出了使用现有技术的晶圆夹持装置进行晶圆清洗的局部图，由于卡爪20’未考虑液体导流及汇聚的功能，其外侧轮廓面大致平行于晶圆W的旋转轴线。这导致液体由晶圆W边沿流至卡爪20’后，卡爪20’外侧面的甩出液体宽度较大；有一部分液体的甩出位置超出了外围挡圈的防溅射有效宽度区域，这部分液体容易引起溅射；而溅射产生的液滴可能被腔室里的气流带到晶圆W的正面而污染晶圆。
为了解决上述问题，本发明提供的晶圆夹持装置，充分考虑了卡爪结构的导流与汇聚功能，以减少晶圆在清洗或漂洗过程中的溅射。具体地，所述卡爪20的外轮廓朝向外侧凸起，以将清洗液导流汇聚至卡爪20的外侧凸起处，防止甩出的清洗液超出外围挡圈的防溅射有效宽度区域而引起溅射。
下面以固定卡爪21为例，结合图2及图3来说明卡爪的具体结构。固定卡爪21设置在固定座的顶部，其配置有一对爪体，相邻爪体之间设置有间隔部，以防止爪体过大而引起清洗液汇聚。
固定卡爪21的外轮廓包括第一外侧面20a和第二外侧面20b，第一外侧面20a沿卡爪20根部的上端朝向外侧延伸，第二外侧面20b自第一外侧面20a的上端朝向内侧延伸。此处所谓外侧及内侧是相对于夹持的晶圆而言的，朝向外侧是朝向晶圆的边缘方向，朝向内侧是朝向晶圆的中心方向。
图3所示的实施例中，第一外侧面20a和第二外侧面20b为平面，两者的交界处通过圆弧过渡。第一外侧面20a与基座10所在平面的夹角α大于第二外侧面20b与基座10所在平面的夹角β。可以理解的是，第一外侧面20a与基座10所在平面的夹角α也可以小于或等于第二外侧面20b与基座10所在平面的夹角β，只要第一外侧面20a与第二外侧面20b交汇形成朝向外侧的外侧凸起即可。
作为本发明的一个实施例，第一外侧面20a与基座10所在平面的夹角α为40-80°，第二外侧面20b与基座10所在平面的夹角β为30-60°。夹角α与夹角β的差值为3-15°，以便于附着于卡爪外周侧的清洗液向第一外侧面20a与第二外侧面20b的交界处汇流聚集。
作为本发明的另一个实施例，卡爪20的第一外侧面20a和第二外侧面20b也可以为弧面，以利于附着在卡爪20外周侧的清洗液的流动，便于清洗液的向卡爪20的外侧凸起处汇聚。
作为本发明的一个实施例，所述卡爪20的外侧凸起处与卡爪20内侧的卡槽的连线平行于基座10所在平面。图3中，固定卡爪21的外侧凸起处与固定卡爪21内侧的卡槽的连线平行于基座10所在平面。如此设置，有利于清洗液在离心力作用下，直接沿晶圆的顶面或底面汇聚至固定卡爪21的外侧凸起处。
为了防止清洗液在卡爪20内侧的卡槽汇聚，卡爪20内侧的卡槽可以设置为中部凸起的形状。作为本实施例的一个变体，卡爪20配置有引流孔20c，如图4所示，固定卡爪21设置有引流孔20c，其由固定卡爪21的内侧的卡槽向固定卡爪21的外侧凸起处贯穿设置，以将聚集在固定卡爪21内侧的清洗液快速疏导至固定卡爪21的外侧凸起处。
作为本发明的一个实施例，卡爪20的引流孔20c的截面为圆形或椭圆形，以便于清洗液的疏导。进一步地，卡爪20的引流孔20c的内侧壁设置有保护层，以防止清洗液在引流孔20c的内侧壁结晶而致使引流孔20c堵塞。作为优选实施例，引流孔20c的内侧壁配置的保护层为帕瑞林C或其他耐污染的涂层，保护层的厚度为0.001-0.01mm，以保证清洗液通过引流孔20c自卡爪20的内侧疏导至卡爪的外侧。
作为本发明的另一个实施例，卡爪20的引流孔20c可以经由卡爪20内侧的卡槽朝向外侧凸起处设置，如图5所示。即引流孔20c自卡爪20内侧的卡槽倾斜向下延伸设置。
图5中，引流孔20c与水平面的夹角为θ，夹角θ为0.2-20°，清洗液能够通过引流孔20c自卡爪20内侧疏导至卡爪20的外侧。作为本实施例的一个方面，引流孔20c为圆形孔，圆形孔的内径为0.2mm-3mm，以克服清洗液的表面张力，避免引流孔20c的端面由水膜封堵而影响清洗液的顺畅疏导。作为本实施例的一个变体，引流孔20c也可以为锥形孔，卡爪20外侧凸起处的内径大于卡爪20内侧的卡槽处的内径，以改善清洗液的疏导效果。
作为本发明的一个实施例，卡爪20由聚醚醚酮制成，其表面涂覆有耐污涂层，以防止清洗液在卡爪20的外侧面结晶而影响晶圆的清洗效果。聚醚醚酮简称PEEK，是主链结构中含有一个酮键和两个醚键所构成的高聚物，为特种高分子材料，聚醚醚酮具有耐高温、耐化学药品腐蚀等物理化学性能，可用于化学机械抛光技术领域。可以理解的是，卡爪20也可以由聚苯硫醚(PPS)等耐化学药品腐蚀的高分子材料制成。
作为本实施例的一个方面，所述耐污涂层含有帕瑞林C，其厚度为0.001mm-0.02mm。
图6示出了一种晶圆清洗装置100的示意图，其包括晶圆夹持装置1和清洗液喷射装置2，晶圆夹持装置1配置由旋转夹持的晶圆W旋转的驱动电机，清洗液喷射装置2设置于晶圆W的侧面。
图6所示的实施例中，固定卡爪21的外轮廓朝向外侧凸起，以便于清洗液在卡爪外轮廓面的引流与汇聚，避免清洗液的溅射。可以理解的是，活动卡爪22的外轮廓也可以采用类似于固定卡爪21的结构，以达到避免晶圆清洗或漂洗过程中清洗液发生溅射。
作为晶圆清洗装置100一个变体，晶圆夹持装置1上的固定卡爪21的外周侧可以朝向外侧凸起，而配置的活动卡爪22的外轮廓可以在夹持状态垂直于基座所在平面，即活动卡爪22采用现有技术的结构。如此也能在一定程度上解决晶圆清洗或漂洗过程中的溅射问题。
图8示出了本发明所述晶圆夹持装置用于晶圆清洗的局部图，由于卡爪20的外轮廓朝向外侧凸起。卡爪20的表面离晶圆中心越远的地方，离心势能越低；在卡爪20的外侧轮廓线凸起结构的顶点附近形成了一个离心势能低谷，黏附在卡爪表面的液体有向离心势能最低处汇聚的趋势；当清洗液在凸起顶点处积累到黏附力不能抵消离心力时，液滴会从顶点处甩出。图6中清洗液集中汇聚至卡爪20的外侧凸起处，其甩落于设置在晶圆夹持装置外侧的外围挡圈的防溅射有效宽度中，防止清洗液溅射而影响晶圆清洗效果。
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 (9)

1.一种晶圆夹持装置，用于竖向晶圆的后处理，其特征在于，包括盘状结构的基座，所述基座的外周侧间隔设置有卡爪，所述卡爪的内侧设置有由两个交汇面形成的卡槽以夹持晶圆的边缘；所述卡爪的外轮廓朝向外侧凸起，以将清洗的液体导流汇聚至外侧凸起处；所述卡爪的外轮廓包括第一外侧面和第二外侧面，所述第一外侧面沿卡爪根部的上端朝向外侧延伸，所述第二外侧面自所述第一外侧面的上端朝向内侧延伸；所述卡爪设置有引流孔，所述引流孔由卡爪的内侧卡槽向外侧凸起处贯穿设置，以将汇聚于卡爪内侧的液体疏导至卡爪的外侧凸起处。
2.如权利要求1所述的晶圆夹持装置，其特征在于，所述第一外侧面和第二外侧面为平面，两者的交界处通过圆弧过渡。
3.如权利要求1所述的晶圆夹持装置，其特征在于，所述第一外侧面和第二外侧面为弧面。
4.如权利要求1所述的晶圆夹持装置，其特征在于，所述卡爪的外侧凸起处与卡爪内侧的卡槽的连线平行于基座所在平面。
5.如权利要求1所述的晶圆夹持装置，其特征在于，所述引流孔为圆形孔，其内径为0.2mm-3mm。
6.如权利要求1所述的晶圆夹持装置，其特征在于，所述卡爪包括固定卡爪和活动卡爪；所述固定卡爪数量为多个，其彼此相邻设置，所述固定卡爪的外轮廓朝向外侧凸起；所述活动卡爪能够沿设置于基座边缘的铰接点摆动以夹持晶圆，其外轮廓在夹持状态垂直于基座所在平面。
7.如权利要求1所述的晶圆夹持装置，其特征在于，所述卡爪包括固定卡爪和活动卡爪，所述固定卡爪数量为多个，其彼此相邻设置，所述活动卡爪数量至少一个，其能够沿设置于基座边缘的铰接点摆动以夹持晶圆；所述固定卡爪和活动卡爪的外轮廓朝向外侧凸起。
8.如权利要求1所述的晶圆夹持装置，其特征在于，所述卡爪由聚醚醚酮制成，其表面涂覆有耐污涂层；所述耐污涂层含有帕瑞林C，其厚度为0.001mm-0.02mm。
9.一种晶圆清洗装置，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的晶圆夹持装置。
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