CN113690127B - 晶圆清洗装置及晶圆清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及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：刷头，用于刷洗晶圆的待清洁表面；基座，用于承载所述刷头，所述基座中具有至少一导电盘，所述导电盘的盘面与所述待清洁表面平行，且所述基座能够围绕其轴线自转；磁场发生结构，用于向所述导电盘发射垂直于所述导电盘的盘面方向的磁场，使得在所述基座旋转的过程中于所述导电盘中产生感应电场。本发明减少甚至是避免了所述待清洁表面对外界环境中颗粒物的吸附，改善了晶圆清洗质量，提高了晶圆产品的良率。

Description

晶圆清洗装置及晶圆清洗方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆清洗装置及晶圆清洗方法。

背景技术

在半导体的制程过程中，由于各种复杂工艺中的范德华力和静电力的原因，会在晶圆背面吸附大量的微尘颗粒、金属离子、有机物等，导致晶圆缺陷的产生，从而严重影响最终制得的半导体器件的良率和成品率。

为了解决这一问题，当前对晶圆背面处理(Back Surface Treatment，BST)的主要方法是，利用毛刷刷洗与去离子水喷淋相结合。但是，一方面，现有的毛刷大多采用导电性较差的材质制成，这样，在毛刷刷洗晶圆背面的过程中，会因为与晶圆背面的摩擦导致静电的聚集，聚集的静电会吸附环境中的颗粒物至所述晶圆的背面或者用于承载所述晶圆的卡盘背面；另一方面，去离子水的导电率很低，去离子水的喷淋并不利于晶圆背面静电荷的释放。

因此，如何在清洗晶圆背面的过程中避免吸附颗粒物，从而提高晶圆产品的良率，是当前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种晶圆清洗装置及晶圆清洗方法，用于解决现有技术在清洗晶圆背面的过程中易导致颗粒物吸附的问题，以提高晶圆产品的良率。

为了解决上述问题，本发明提供了一种晶圆清洗装置，包括：

刷头，用于刷洗晶圆的待清洁表面；

基座，用于承载所述刷头，所述基座中具有至少一导电盘，所述导电盘的盘面与所述待清洁表面平行，且所述基座能够围绕其轴线自转；

磁场发生结构，用于向所述导电盘发射垂直于所述导电盘的盘面方向的磁场，使得在所述基座旋转的过程中于所述导电盘中产生感应电场。

可选的，所述导电盘的数量为一个，且所述导电盘的轴线与所述基座的轴线重合。

可选的，所述导电盘的数量为多个，且多个所述导电盘关于所述基座的轴线对称分布。

可选的，所述导电盘的形状为扇形，且多个所述导电盘相互接触，形成圆盘形状。

可选的，在沿垂直于所述基座的方向上，所述导电盘的投影至少部分位于所述刷头的投影的外围。

可选的，所述导电盘嵌于所述基座内部；或者

所述导电盘位于所述基座朝向所述刷头的表面。

可选的，还包括：

控制器，连接所述基座与所述磁场发生结构，用于调整所述基座的转速、所述基座的转动方向、所述磁场的方向、所述磁场的强度中的一个或者两个以上。

可选的，所述刷头为导电刷头。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种晶圆清洗方法，包括如下步骤：

提供一如上述任一项所述的晶圆清洗装置；

在所述刷头刷洗所述待清洁表面的同时，驱动所述基座围绕其轴线自转、并同时驱动所述磁场发生结构发射所述磁场，在所述基座旋转的过程中于所述导电盘中产生感应电场。

可选的，还包括如下步骤：

调整所述基座的转速、所述基座的转动方向、所述磁场的方向、所述磁场的强度中的一个或者两个以上，改变所述感应电场的大小和/或方向。

本发明提供的晶圆清洗装置及晶圆清洗方法，通过在用于承载刷头的基座中设置导电盘，并利用所述基座的转动带动所述导电盘的转动，使得导电盘能够切割垂直于所述导电盘的盘面的磁场，从而在所述导电盘的中心与边缘之间形成电势差，产生感应电场，利用所述感应电场吸附所述晶圆的所述待清洁表面上的静电荷，从而减少甚至是避免了所述待清洁表面对外界环境中颗粒物的吸附，改善了晶圆清洗质量，提高了晶圆产品的良率。

附图说明

附图1是本发明具体实施方式中晶圆清洗装置的结构示意图；

附图2是本发明具体实施方式中导电盘的一结构示意图；

附图3是本发明具体实施方式中导电盘的另一结构示意图；

附图4是本发明具体实施方式中晶圆清洗方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的晶圆清洗装置及晶圆清洗方法的具体实施方式做详细说明。

本具体实施方式提供了一种晶圆清洗装置，附图1是本发明具体实施方式中晶圆清洗装置的结构示意图。如图1所示，本具体实施方式中所述的晶圆清洗装置，包括：

刷头，用于刷洗晶圆10的待清洁表面；

基座11，用于承载所述刷头，所述基座11中具有至少一导电盘13，所述导电盘13的盘面与所述待清洁表面平行，且所述基座11能够围绕其轴线自转；

磁场发生结构，用于向所述导电盘13发射垂直于所述导电盘13的盘面方向的磁场，使得在所述基座11旋转的过程中于所述导电盘13中产生感应电场。

具体来说，所述晶圆10可以是单晶晶圆，也可以是表面形成有器件结构的晶圆。无论是单晶晶圆，还是表面形成有器件结构的晶圆，所述晶圆10都包括用于形成器件结构的正面以及与所述正面相对的背面。本具体实施方式中中是以所述晶圆10的所述背面作为所述待清洁表面。所述刷头包括用于与所述晶圆10的所述待清洁表面接触的刷洗部122、以及连接所述刷洗部122与所述基座11的连接部121。在所述晶圆清洗装置清洗所述晶圆10的所述待清洁表面的过程中，所述基座11围绕其轴线自转(例如顺时针方向自转或者逆时针方向自转)，所述基座11的转动带动位于其上的所述刷头的转动，从而使得所述刷洗部122与所述晶圆10的所述待清洁表面摩擦、刷洗，以去除所述待清洁表面的残留污染物。

图1中的虚线箭头方向表示磁场方向。本具体实施方式通过在所述基座11中设置所述导电盘13，使得所述基座11在自转的同时，也能带动所述导电盘13的转动。通过所述磁场发生结构向所述导电盘13发射垂直于所述导电盘13的盘面方向的磁场，例如在图1中，所述导电盘13的盘面所在的平面为XY平面，所述磁场发生结构发射的磁场方向为Z轴方向。

本具体实施方式以所述磁场方向沿Z轴负方向(即竖直向下)、所述基座11的自转方向为顺时针方向为例进行说明。当所述基座11沿顺时针方向自转时，带动所述导电盘13也沿顺时针方向转动。转动的所述导电盘13切割所述磁场的磁力线，使得正电荷聚集在所述导电盘13的边缘部位(即在所述边缘部位形成高电势)、负电荷聚集在所述导电盘13的中心部位(即在所述中心部位形成低电势)，从而在所述导电盘13的边缘部位与中心部位之间产生电势差，形成感应电场。所述感应电场形成之后，即可以对位于所述待清洁表面上的静电荷14进行吸附，使得所述待清洁表面上聚集的静电荷14向所述导电盘13上的高电势区域或者低电势区域移动，从而脱离所述晶圆10表面，进而减少了所述待清洁表面上的静电荷14，防止了所述晶圆10在清洗过程中吸附外界环境中的颗粒物，改善了晶圆清洗质量，提高了晶圆产品的良率。以上仅是举例说明，本领域技术人员也可以根据实际需要将所述磁场方向设置为Z轴正方向(即竖直向上)，所述基座11的自转方向也可以为逆时针方向。

本具体实施方式中，所述导电盘13的材料可以是有机导电材料，也可以是金属材料，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

可选的，所述导电盘13的数量为一个，且所述导电盘13的轴线与所述基座11的轴线重合。

附图2是本发明具体实施方式中导电盘的一结构示意图。具体来说，所述导电盘13的数量可以仅为一个，且一个所述导电盘13的形状可以为圆形、也可以为椭圆形，还可以为任意多边形。图2示出了所述导电盘13的形状为圆形时的示意图，图2中的虚线箭头表示磁场方向，实线箭头表示所述导电盘13的转动方向。所述导电盘13的轴线与所述基座11的轴线重合，即所述导电盘13的中心的投影与所述基座11的中心的投影重合。这样，在所述基座11自转的过程中，所述导电盘13也是围绕所述基座11的轴线自转。为了使得所述导电盘13尽可能多的吸附所述待清洁表面的静电荷14，所述导电盘13的朝向所述晶圆10的盘面的面积可以等于所述基座11沿所述盘面方向的截面面积。本领域技术人员可以根据实际需要调整所述导电盘13的形状和/或尺寸。

可选的，所述导电盘13的数量为多个，且多个所述导电盘13关于所述基座11的轴线对称分布。

可选的，所述导电盘13的形状为扇形，且多个所述导电盘13相互接触，形成圆盘形状。

附图3是本发明具体实施方式中导电盘的另一结构示意图。图3示出了所述导电盘13的形状为扇形、且所述导电盘13的数量为8个时的示意图，图3中的虚线箭头表示磁场方向，实线箭头表示所述导电盘13的转动方向。当所述导电盘13的数量为多个时，可以将多个所述导电盘13环绕所述基座11的轴线对称分布，使得多个所述导电盘13通过相互接触组合成圆形、椭圆形或者任意多边形，且组合后的图形的轴线与所述基座11的轴线重合。

图3是以多个所述扇形的所述导电盘13通过圆心相互接触形成圆形形状为例，本领域技术人员也可以根据实际需要，调整所述导电盘13的形状和/或尺寸，使得多个所述导电盘13相互接触形成圆环形状，本具体实施方式对多个所述导电盘13组合而成的形状不作限定。

可选的，在沿垂直于所述基座11的方向上，所述导电盘13的投影至少部分位于所述刷头的投影的外围。

具体来说，为了能够使得所述晶圆10的所述待清洁表面上的静电荷14充分的移向所述基座11，从而尽可能的减少所述待清洁表面上的残余静电荷14，所述导电盘13的投影至少部分位于所述刷头的投影的外围。举例来说，所述基座11表面可以同时连接有多个所述刷头，所述导电盘13的投影可以位于且仅位于相邻的两个所述刷头之间；或者，在沿垂直于所述基座11的方向上，所述导电盘13的投影覆盖所述刷头的投影，并延伸至所述刷头的投影外部。本具体实施方式中所述的多个，是指两个以上。

可选的，所述导电盘13嵌于所述基座11内部；或者

所述导电盘13位于所述基座11朝向所述刷头的表面。

具体来说，所述导电盘13在所述基座11中的具体位置，本领域技术人员可以根据实际需要进行调整。例如，将所述导电盘13内嵌于所述基座11的内部，可以避免清洗所述晶圆你10的过程中化学清洗剂或者去离子水对所述导电盘13的损伤；将所述导电盘13位于所述基座11朝向所述刷头的表面，便于根据实际需要调整所述导电盘13的形状、尺寸或者材质。

可选的，所述晶圆清洗装置还包括：

控制器，连接所述基座与所述磁场发生结构，用于调整所述基座11的转速、所述基座11的转动方向、所述磁场的方向、所述磁场的强度中的一个或者两个以上。

具体来说，所述导电盘13通过切割磁感线产生感应电场，所产生的所述感应电场的强度取决于所述磁场发生结构发射的所述磁场的强度和所述导电盘13的转速，所述感应电场的方向取决于所述磁场的方向和所述导电盘13的转动方向；而所述感应电场对所述晶圆10的所述待清洁表面上的静电荷14的力的大小取决于所述感应电场的强度和所述静电荷14的电荷量，力的方向取决于所述感应电场的方向。因此，调整所述基座11的转速、所述基座11的转动方向、所述磁场的方向、所述磁场的强度中的一个或者两个以上，可以调整所述感应电场的大小和/或方向，进而调整所述晶圆10表面上的所述静电荷14的受力大小和受力方向，提高了所述晶圆清洗装置的使用灵活性。

可选的，所述刷头为导电刷头。

具体来说，为了减少所述刷头在摩擦刷洗所述晶圆10的所述待清洁表面的过程中产生的静电荷14聚集，可以增强所述刷头的所述刷洗部122的导电性，例如采用导电材料形成所述刷洗部122。

举例来说，所述刷洗部122的材料为氧化石墨烯(GO)或者碳纳米管(CNT)与聚乙烯醇(PVA)的共混共聚物。聚乙烯醇的导电性较差，但是，氧化石墨烯或者碳纳米管与聚乙烯醇的共混共聚物则具有较佳的导电性。这是因为，氧化石墨烯或者碳纳米管中含有大量的羟基(-OH)和羧基(-COOH)，而聚乙烯醇中具有羟基，因此，在将所述氧化石墨烯或者碳纳米管与聚乙烯醇共混共聚的过程中，氧化石墨烯或者碳纳米管中的羟基和羧基会与聚乙烯醇中的羟基产生强烈的氢键作用，氧化石墨烯或者碳纳米管与聚乙烯醇具有良好的相容性，氧化石墨烯或者碳纳米管能够充分在聚乙烯醇基体中分散，从而改善聚乙烯醇的导电性。

氧化石墨烯或者碳纳米管与聚乙烯醇的共混共聚物的方法可以是：首先，将氧化石墨烯或者碳纳米管溶解于去离子水，经超声震荡均匀分布后，加入二甲基亚砜(DMSO)和聚乙烯醇树脂，并于常温下搅拌1小时，使其混合均匀。其中，所述去离子水与所述二甲基亚砜的体积比为3：7。氧化石墨烯或者碳纳米管与聚乙烯醇的质量比为0.05％～0.25％。之后，将混合均匀的混合溶液加压升温至110℃溶解。最后，抽真空至0.1MPa～0.01MPa后，将溶解后的溶液注入模具中脱泡成型，形成所述刷洗部122。以上仅是举例说明，本领域技术人员可以根据实际需要调整工艺流程和工艺参数。

不仅如此，本具体实施方式还提供了一种晶圆清洗方法。附图4是本发明具体实施方式中晶圆清洗方法的流程图，本具体实施方式提供的晶圆清洗方法可以采用如图1-图3所示的晶圆清洗装置实施。如图1-图4所示，本具体实施方式提供的晶圆清洗方法，包括如下步骤：

步骤S41，提供一如上述任一项所述的晶圆清洗装置；

步骤S42，在所述刷头刷洗所述待清洁表面的同时，驱动所述基座11围绕其轴线自转、并同时驱动所述磁场发生结构发射所述磁场，在所述基座11旋转的过程中于所述导电盘13中产生感应电场。

可选的，所述晶圆清洗方法还包括如下步骤：

调整所述基座11的转速、所述基座11的转动方向、所述磁场的方向、所述磁场的强度中的一个或者两个以上，改变所述感应电场的大小和/或方向。

本具体实施方式提供的晶圆清洗装置及晶圆清洗方法，通过在用于承载刷头的基座中设置导电盘，并利用所述基座的转动带动所述导电盘的转动，使得导电盘能够切割垂直于所述导电盘的盘面的磁场，从而在所述导电盘的中心与边缘之间形成电势差，产生感应电场，利用所述感应电场吸附所述晶圆的所述待清洁表面上的静电荷，从而减少甚至是避免了所述待清洁表面对外界环境中颗粒物的吸附，改善了晶圆清洗质量，提高了晶圆产品的良率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种晶圆清洗装置，其特征在于，包括：

刷头，用于刷洗晶圆的待清洁表面；

基座，用于承载所述刷头，所述基座中具有至少一导电盘，所述导电盘的盘面与所述待清洁表面平行，且所述基座能够围绕其轴线自转；

磁场发生结构，用于向所述导电盘发射垂直于所述导电盘的盘面方向的磁场，使得在所述基座旋转的过程中于所述导电盘中产生感应电场；

在所述刷头刷洗所述待清洁表面的同时，驱动所述基座围绕其轴线自转、并同时驱动所述磁场发生结构发射所述磁场，在所述基座旋转的过程中于所述导电盘中产生感应电场，所述感应电场能够吸附所述晶圆的所述待清洁表面上的静电荷。

2.根据权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述导电盘的数量为一个，且所述导电盘的轴线与所述基座的轴线重合。

3.根据权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述导电盘的数量为多个，且多个所述导电盘关于所述基座的轴线对称分布。

4.根据权利要求3所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述导电盘的形状为扇形，且多个所述导电盘相互接触，形成圆盘形状。

5.根据权利要求2或者3所述的晶圆清洗装置，其特征在于，在沿垂直于所述基座的方向上，所述导电盘的投影至少部分位于所述刷头的投影的外围。

6.根据权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述导电盘嵌于所述基座内部；或者

所述导电盘位于所述基座朝向所述刷头的表面。

7.根据权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，还包括：

控制器，连接所述基座与所述磁场发生结构，用于调整所述基座的转速、所述基座的转动方向、所述磁场的方向、所述磁场的强度中的一个或者两个以上。

8.根据权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述刷头为导电刷头。

9.一种晶圆清洗方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供一如权利要求1-8中任一项所述的晶圆清洗装置；

在所述刷头刷洗所述待清洁表面的同时，驱动所述基座围绕其轴线自转、并同时驱动所述磁场发生结构发射所述磁场，在所述基座旋转的过程中于所述导电盘中产生感应电场。

10.根据权利要求9所述的晶圆清洗方法，其特征在于，还包括如下步骤：

调整所述基座的转速、所述基座的转动方向、所述磁场的方向、所述磁场的强度中的一个或者两个以上，改变所述感应电场的大小和/或方向。