CN113488416B - 晶圆后处理设备及其应用的通风系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆后处理设备及其应用的通风系统，晶圆后处理设备包括：用于竖直旋转晶圆的夹持机构和用于输送流体的供给臂；供给臂可竖直地摆动并经由设置于其自由端处的喷射机构将流体供应至晶圆上；还包括用于在晶圆处理腔室内形成动态气流的通风系统，通风系统包括位于晶圆处理腔室一面的进气组件和位于晶圆处理腔室的相对的另一面的排气组件，排气组件包括排风背板和环形排风罩，晶圆处理腔室内的气体从排风背板的排风口进入环形排风罩进行汇集，并通过环形排风罩的底部引出结构向下方的排气管路引出，底部引出结构具有平滑过渡的引导面以降低气体排出的流体阻力。

Description

晶圆后处理设备及其应用的通风系统

技术领域

本发明涉及化学机械抛光后处理技术领域，尤其涉及一种晶圆后处理设备及其应用的通风系统。

背景技术

化学机械抛光(Chemical Mechanical Planarization，CMP)是一种全局平整化的超精密表面加工工艺。由于化学机械抛光中大量使用的化学试剂和研磨剂会在抛光完成后在晶圆表面残留大量的研磨颗粒和研磨副产物等污染物，这些污染物会对后续工艺产生不良影响，并可能导致晶圆良率损失。所以在化学机械抛光之后需要引入后处理工艺，后处理工艺一般由清洗和干燥组成，以提供光滑洁净的晶圆表面。

在晶圆后处理过程中，需要对工艺腔室内不断进行通风换气，工艺腔室内气体流动产生的流场会对晶圆干燥产生影响，特别是当工艺腔室内的气体更新效率低时会对晶圆后处理产生不利影响。因此，如何设置效果更好的通风系统是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种晶圆后处理设备及其应用的通风系统，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明实施例的第一方面提供了一种应用于晶圆后处理设备的通风系统，所述通风系统用于在晶圆处理腔室内形成动态气流，所述通风系统包括位于所述晶圆处理腔室一面的进气组件和位于所述晶圆处理腔室的相对的另一面的排气组件，所述排气组件包括排风背板和环形排风罩，所述晶圆处理腔室内的气体从排风背板的排风口进入环形排风罩进行汇集，并通过环形排风罩的底部引出结构向下方的排气管路引出，所述底部引出结构具有平滑过渡的引导面以降低气体排出的流体阻力，引导面的一端与环形排风罩的轮廓相切，所述引导面的另一端与引出后的气体流动方向相切。

在一个实施例中，底部引出结构为喇叭状结构，所述底部引出结构的上端开口面积大于其下端开口的面积。

在一个实施例中，底部引出结构的上端开口为狭长形椭圆，下端开口为圆形。

在一个实施例中，底部引出结构的上端开口的宽度与所述环形排风罩的外径满足：1/4D≤W≤D，其中，W为底部引出结构的上端开口的宽度，D为环形排风罩的外径。

在一个实施例中，环形排风罩与排风背板固定连接并罩设在排风口外侧以在环形排风罩和排风背板之间形成导风通道。

在一个实施例中，环形排风罩包括外环形板、内环形板和气密连接在外环形板和内环形板之间的盖板，外环形板、内环形板和盖板围成了导风通道，外环形板、内环形板和盖板可以一体成型，外环形板的底部设有用于与底部引出结构配套气密连接的底部开口，外环形板和内环形板与排风背板通过螺栓连接。

在一个实施例中，环形排风罩的材料为铝合金、不锈钢或工程塑料。

在一个实施例中，进气组件包括进风面板和进风罩。

本发明实施例的第二方面提供了一种晶圆后处理设备，包括：用于竖直旋转晶圆的夹持机构和用于输送流体的供给臂；所述供给臂可竖直地摆动并经由设置于其自由端处的喷射机构将流体供应至晶圆上；还包括如上所述的通风系统。

本发明实施例的有益效果包括：通过设置底部引出结构，显著降低了腔室排风阻力，腔室排气量比之前结构提升了一倍以上，提高了气体更新效率和腔室内洁净度，对工艺效果有利。

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，但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为本发明一实施例提供的晶圆后处理设备的立体图；

图2为本发明一实施例提供的晶圆后处理设备的晶圆处理腔室内部结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的晶圆后处理设备移除进风罩后的立体图；

图4为本发明一实施例提供的晶圆后处理设备的立体图；

图5为本发明一实施例提供的晶圆后处理设备移除环形排风罩和底部引出结构后的正视图；

图6为本发明一实施例提供的环形排风罩和底部引出结构的正视图；

图7为本发明一实施例提供的环形排风罩和底部引出结构的立体图；

图8为本发明一实施例提供的底部引出结构的立体图；

图9为本发明一实施例提供的底部引出结构内部的流场仿真图。

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。应当理解的是，除非特别予以说明，为了便于理解，以下对本发明具体实施方式的描述都是建立在相关设备、装置、部件等处于原始静止的未给与外界控制信号和驱动力的自然状态下描述的。

此外，还需要说明的是，本申请中使用的例如前、后、上、下、左、右、顶、底、正、背、水平、垂直等表示方位的术语仅仅是为了便于说明，用以帮助对相对位置或方向的理解，并非旨在限制任何装置或结构的取向。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

在本申请中，化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing)也称为化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization)，晶圆(wafer)也称为基板(substrate)，其含义和实际作用等同。

如图1和2所示，根据本申请的晶圆后处理设备1包括：箱体10和设置于箱体10中的夹持机构20、供给臂30、转轴件40等，还包括设置于箱体10底部的电机组件(未示出)。其中，箱体10内部为晶圆处理腔室。夹持机构20具有多个卡爪(未示出)以固持晶圆W并带动晶圆W在箱体10内绕晶圆旋转轴竖直旋转，晶圆旋转轴经过晶圆W圆心并垂直于晶圆W表面。供给臂30具有两端，一端与转轴件40连接，另一端为自由端，自由端可绕转轴件40转动。供给臂30还与电机组件连接使得供给臂30可在电机组件的驱动下围绕转轴件40转动，从而实现供给臂30在平行于晶圆W所在平面的竖直平面内摆动。并且，供给臂30在其自由端配置有喷射机构(未示出)，使得可以经由随供给臂30移动的喷射机构将流体供应至旋转的晶圆W的全局表面。转轴件40垂直于晶圆W设置。

如图1、3、4和5所示，晶圆后处理设备1还包括用于在晶圆处理腔室内形成动态气流的通风系统50，该通风系统50包括位于晶圆处理腔室一面的进气组件60和位于晶圆处理腔室的相对的另一面的排气组件70，进气组件60包括进风面板61和进风罩63，进风面板61上设有多个贯通的进风口62，排气组件70包括排风背板71和环形排风罩76，外部的气体从设于进风罩63下方的进气管路引入并通过进风面板61的进风口62通入晶圆处理腔室，晶圆处理腔室内的气体从排风背板71的排风口72进入环形排风罩76进行汇集，并通过环形排风罩76的底部引出结构77向下方的排气管路引出。另外，进气组件60包括进风面板61和进风罩63。

如图1所示，晶圆后处理设备1的箱体10由进风面板61、排风背板71以及腔室壁组成。箱体10围成晶圆处理腔室。

本实施例中的通风系统50通过设置进气组件60和排气组件70以保障晶圆处理腔室内气体持续更新，经过滤的洁净气体通过进风面板61的进风口62进入晶圆处理腔室内，从而加速晶圆干燥，腔室内气体从排风背板71的排风口72进入环形排风罩76，环形排风罩76汇集的气体通过设于其底部的底部引出结构77向下方的排气管路直接引出。

如图4、6-9所示，在本发明的一个实施例中，底部引出结构77具有平滑过渡的引导面771以降低气体排出的流体阻力。

具体地，底部引出结构77为喇叭状结构，底部引出结构77的上端开口772面积大于其下端开口773的面积。底部引出结构77的上端开口772为狭长形椭圆，下端开口773为圆形。

如图6所示，底部引出结构77的上端开口772的宽度与环形排风罩76的外径满足：1/4D≤W≤D，其中，W为底部引出结构77的上端开口772的宽度，D为环形排风罩76的外径。

底部引出结构77的引导面771呈弧形，引导面771的一端与环形排风罩76的轮廓基本相切，引导面771的另一端与引出后的气体流动方向基本相切。

本实施例中，排气组件70通过具有平滑过渡引导面771的底部引出结构77，使得气流进入底部引出结构77时有较宽的有效通过宽度，有效削弱了环形排气罩两侧气流冲撞引起的阻力，并削弱了气流方向突然转折引起的阻力，排气阻力降低后，晶圆处理腔室内的气体更新效率有显著提升。

如图4、7所示，环形排风罩76包括外环形板761、内环形板762和气密连接在外环形板761和内环形板762之间的盖板763，外环形板761、内环形板762和盖板763围成了导风通道，外环形板761、内环形板762和盖板763可以一体成型，外环形板761的底部设有用于与底部引出结构77配套气密连接的底部开口，外环形板761和内环形板762与排风背板71通过螺栓连接。

具体地，外环形板761的外端和内环形板762的内端在与排风背板71靠近的位置沿圆周方向设置有安装孔，通过螺钉和排风背板71上对应位置处的安装孔相连。环形排风罩76和底部引出结构77之间焊接固定或用螺钉固定。

环形排风罩76的中心轴和晶圆旋转轴重合，环形排风罩76的排气端朝竖直向下方向。优选地，环形排风罩76的材料为铝合金、不锈钢或工程塑料。

如图5所示，排风背板71的多个排风口72排列成与环形排风罩76位置对应的环形。排风口72的形状由环形等间隔截取形成，排风口72的数量为4～90个，该环形的环宽为排风口72的宽度a，排风口72的宽度a范围为1～100mm，排风口72的两边夹角θ1为2°～88°，排风口72的间隔角度θ2为2°～28°。

环形排风罩76的内部环宽b满足：a<b<a+100(mm)，其中，a为排风口72的宽度，b为环形排风罩76的内部环宽。另外，环形排风罩76的内部深度为5～200mm。

如图1和3所示，在本发明的一个实施例中，进气组件60包括进风面板61和进风罩63。

如图1和3所示，进风面板61嵌于腔室前面板内，进风罩63覆盖在进风面板61外并通过螺钉固定于腔室前面板上。进风罩63的进气端朝竖直向下方向。进风罩63和进风面板61各自主体环形结构的中心轴分别与晶圆旋转轴重合。

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)

1.一种应用于晶圆后处理设备的通风系统，其特征在于，所述通风系统用于在晶圆处理腔室内形成动态气流，所述通风系统包括位于所述晶圆处理腔室一面的进气组件和位于所述晶圆处理腔室的相对的另一面的排气组件，所述排气组件包括排风背板和环形排风罩，所述晶圆处理腔室内的气体从排风背板的排风口进入环形排风罩进行汇集，并通过环形排风罩的底部引出结构向下方的排气管路引出，所述底部引出结构具有平滑过渡的引导面以降低气体排出的流体阻力，所述引导面的一端与环形排风罩的轮廓相切，所述引导面的另一端与引出后的气体流动方向相切。

2.如权利要求1所述的通风系统，其特征在于，底部引出结构为喇叭状结构，所述底部引出结构的上端开口面积大于其下端开口的面积。

3.如权利要求1所述的通风系统，其特征在于，所述底部引出结构的上端开口为狭长形椭圆，下端开口为圆形。

4.如权利要求1所述的通风系统，其特征在于，所述底部引出结构的上端开口的宽度与所述环形排风罩的外径满足：1/4D≤W≤D，其中，W为底部引出结构的上端开口的宽度，D为环形排风罩的外径。

5.如权利要求1所述的通风系统，其特征在于，所述环形排风罩与排风背板固定连接并罩设在排风口外侧以在环形排风罩和排风背板之间形成导风通道。

6.如权利要求5所述的通风系统，其特征在于，所述环形排风罩包括外环形板、内环形板和气密连接在外环形板和内环形板之间的盖板，外环形板、内环形板和盖板围成了导风通道，外环形板、内环形板和盖板一体成型，外环形板的底部设有用于与底部引出结构配套气密连接的底部开口，外环形板和内环形板与排风背板通过螺栓连接。

7.如权利要求1所述的通风系统，其特征在于，所述环形排风罩的材料为铝合金、不锈钢或工程塑料。

8.如权利要求1至7任一项所述的通风系统，其特征在于，所述进气组件包括进风面板和进风罩。

9.一种晶圆后处理设备，其特征在于，包括：用于竖直旋转晶圆的夹持机构和用于输送流体的供给臂；所述供给臂可竖直地摆动并经由设置于其自由端处的喷射机构将流体供应至晶圆上；还包括如权利要求1至8任一项所述的通风系统。

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