CN113976498A - 一种晶圆滚刷清洗方法及晶圆清洗装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶圆滚刷清洗方法及晶圆清洗装置，晶圆滚刷清洗方法包括：将晶圆放置于从动轮及主动轮形成的晶圆支撑装置上；使用滚轮调节装置对从动轮实施调整操作，根据晶圆设定转速与从动轮测量转速，确定从动轮的基准位置；根据从动轮的基准位置通过滚轮调节装置设定从动轮的安装位置；位于晶圆两侧的清洗刷移动至清洗位置，以对晶圆的正反两面进行滚刷清洗。
Description
技术领域
本发明属于晶圆清洗技术领域，具体而言，涉及一种晶圆滚刷清洗方法及晶圆清洗装置。
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。其中，化学机械抛光(ChemicalMechanical Planarization,CMP)属于晶圆制造工序，其是一种全局平坦化的超精密表面加工技术。
完成化学机械抛光的晶圆需要进行清洗、干燥等后处理，以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，但也存在一些问题。
如专利CN213915030U公开的晶圆清洗装置，在壳体(槽体)的内部设置支撑组件以竖向支撑晶圆，位于晶圆两侧的清洗刷沿轴线滚动以清洗晶圆表面。其中，支撑组件包括主动轮及位于一对主动轮之间的从动轮，在摩擦力作用下，主动轮带动晶圆旋转，同时晶圆与从动轮内部的垫圈(washer)抵接并带动从动轮旋转，以同步计算晶圆旋转速度。
晶圆厚度大致有0.75mm、0.85mm及1.00mm等规格，各个规格的晶圆厚度存在加工误差，因此，每一种规格的晶圆在进行清洗处理时，需要确定从动轮的安装位置及垫圈的尺寸，并且晶圆与从动轮的垫圈进行磨合(break in)，使得从动轮的转速等于晶圆设定转速，以便精准监测晶圆清洗装置的运行状态。晶圆清洗装置中支撑组件的确定及磨合，消耗了大量时间，影响晶圆的清洗效率。
再者，垫圈通常由具有一定柔性的非金属材料制成，其在运行过程中会磨损而致使垫圈的凹槽变大，使得晶圆在凹槽中打滑，这也不利于晶圆清洗装置的运行监测。
此外，垫圈与壳体内的化学液接触而膨胀，使得凹槽尺寸变小，这可能会致使其中一个主动轮悬空，使得设置于支撑组件的晶圆出现转速时快时慢的波动，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滚刷清洗方法，其包括：
S1，将晶圆放置于从动轮及主动轮形成的晶圆支撑装置上；
S2，使用滚轮调节装置对从动轮实施调整操作，根据晶圆设定转速与从动轮测量转速，确定从动轮的基准位置；
S3，根据从动轮的基准位置通过滚轮调节装置设定从动轮的安装位置；
S4，位于晶圆两侧的清洗刷移动至清洗位置，以对晶圆的正反两面进行滚刷清洗。
作为优选实施例，步骤S2中，所述调整操作包括：
S21，主动轮带动晶圆支撑装置上的晶圆旋转，从动轮位于初始位置且其中的垫圈未与晶圆接触，从动轮的速度为零；
S22，滚轮调节装置驱动从动轮向上移动，晶圆插接于垫圈的凹槽中并与垫圈接触以带动从动轮旋转；
S23，从动轮测量转速增加至晶圆设定转速时，从动轮所在位置为第一基准位置；
S24，滚轮调节装置继续驱动从动轮向上移动，直至从动轮测量转速不等于晶圆设定转速时，从动轮所在位置为第二基准位置。
作为优选实施例，所述从动轮的安装位置位于第一基准位置与第二基准位置之间。
作为优选实施例，所述从动轮的外侧配置有测速模块，以获取从动轮测量转速；所述滚轮调节装置与测速模块连接，以带动从动轮及测速模块整体移动。
作为优选实施例，所述滚轮调节装置为直线模组，直线模组上的滑块与测速模块连接。
作为优选实施例，当从动轮测量转速持续小于晶圆设定转速时，则通过滚轮调节装置向上移动从动轮，直至从动轮测量转速与晶圆设定转速相等。
作为优选实施例，当从动轮测量转速在晶圆设定转速附近波动时，则通过滚轮调节装置向下移动从动轮，直至从动轮测量转速与晶圆设定转速相等。
再者，本发明还公开了一种晶圆清洗装置，其包括：
晶圆支撑装置，其竖向支撑并带动晶圆转动；
滚轮调节装置，以对晶圆支撑装置的从动轮实施调整操作；
清洗刷，用于刷洗晶圆的正面及反面；
控制模块，用于根据上面所述晶圆滚刷清洗方法实施调整操作以确定从动轮的基准位置，通过滚轮调节装置设定从动轮的安装位置；控制清洗刷移动至清洗位置以对晶圆的正反两面进行滚刷清洗。
同时，本发明还提供了一种控制模块，其包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上面所述晶圆滚刷清洗方法的步骤。
此外，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上面所述晶圆滚刷清洗方法的步骤。
本发明的有益效果包括：
(1)晶圆滚刷清洗装置配置有滚轮调节装置，以适应性调节晶圆支撑装置中从动轮的安装位置，克服晶圆厚度差异、垫圈中的凹槽磨损或收缩变小等问题，实现从动轮测量转速等于晶圆设定转速，以准确监测晶圆清洗装置的运行，保障晶圆的清洗效果；
(2)晶圆支撑装置的从动轮能够竖向调节安装位置，有效缩短了从动轮垫圈与晶圆的磨合时间，提高了晶圆清洗装置的生产效率；
(3)通过调节从动轮的安装位置，弱化具有磨损等缺陷的从动轮对晶圆清洗装置的影响，延长垫圈等消耗品的使用寿命，降低了晶圆后处理的成本。
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是本发明所述晶圆清洗装置的结构示意图；
图2是本发明所述晶圆支撑装置驱动晶圆旋转的示意图；
图3是本发明所述晶圆支撑装置中从动轮的剖视图；
图4是本发明所述晶圆清洗装置另一个视角的示意图；
图5是本发明所述晶圆滚刷清洗方法的流程图；
图6是本发明所述晶圆滚刷清洗方法步骤S2中的调整操作的流程图；
图7是本发明所述晶圆滚刷清洗方法另一个实施例的流程图。
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，“化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)”也称为“化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization,CMP)”，晶圆(Wafer,W)也称基板(Substrate)，其含义和实际作用等同。
IC制程是在洁净间使用一些有机物和无机物等实施的。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的污染物。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。污染物的颗粒尺寸在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，将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是晶圆清洗装置的结构示意图，晶圆清洗装置包括槽体10，槽体的内部设置有晶圆支撑装置20，以竖直支撑、定位待清洗的晶圆W。晶圆W的两侧设置有清洗刷30，清洗刷30的端部连接有驱动电机(未示出)，其驱动清洗刷30绕其轴线旋转。槽体10的上部设置有喷淋管路，以向晶圆W喷淋DIW和/或清洗液。
晶圆支撑装置20包括一对主动轮21和从动轮22，从动轮22位于主动轮21的中间位置，并沿晶圆W的边沿位置分布，以竖向支撑并带动晶圆转动。
晶圆清洗时，设置在主动轮21侧部的驱动电机带动其同向旋转，在摩擦力作用下，竖直设置于晶圆支撑装置20的晶圆W绕晶圆的轴线旋转，如图2所示。由于晶圆插接于从动轮22中并且与图3示出的垫圈22a接触，进而带动从动轮22旋转。通常情况下，从动轮22的一侧设置有图4示出的测速模块23，以对晶圆的转动速度进行监测。
图1所示的实施例中，清洗刷30可以由多孔性材料制成，如聚乙烯醇，清洗刷30能够吸附大量用于刷洗晶圆W表面的清洗液。滚动的清洗刷30与旋转的晶圆W接触以移除晶圆W表面的污染物。位于晶圆W两侧的清洗刷30可以沿水平方向移动以远离或靠近晶圆W。清洗刷30远离晶圆W时，清洗刷30与晶圆W预留一定间隙，晶圆搬运机械手可夹持晶圆W以取走完成清洗的晶圆；清洗刷30靠近晶圆W移动，清洗刷30与晶圆W抵接并以接触的方式实施晶圆表面的清洗。
在晶圆滚刷清洗过程中，从动轮22的竖向安装位置及运转状态至关重要。若从动轮22的安装位置过低，则会致使从动轮22中的垫圈22a与晶圆不接触，从动轮22配置的测速模块23无法获取晶圆的转速而出现误报停机的情况。若从动轮22的安装位置过高，则会致使其中一个主动轮21悬空，从动轮22及另外一个主动轮21与晶圆外缘接触，使得晶圆的转速出现时快时慢的波动。因此，在晶圆清洗装置安装调试时，需要消耗大量时间来调试晶圆支撑装置20。
由于晶圆的厚度有不同的规格，需要根据晶圆的厚度设定垫圈22a的凹槽尺寸，这需要垫圈22a的凹槽与晶圆壁厚相互匹配设置，两者通常需要经过相互磨合(break in)才能达到最佳状态，这也会增加晶圆清洗的成本。再者，垫圈22a一般由柔性的非金属材料制成，其上的凹槽会出现疲劳磨损，这也会影响晶圆支撑装置20的正常运行。
为了至少一定程度上解决上述技术问题，本发明所述的晶圆清洗装置还包括滚轮调节装置40，如图4所示，以对晶圆支撑装置20的从动轮22实施调整操作。本发明中，滚轮调节装置40为直线模组，直线模组上的滑块与测速模块23连接，测速模块23与槽体10中的从动轮22连接，直线模组带动从动轮22及测速模块23整体移动。由于从动轮22的移动调节范围在0.1mm-5mm之间，需要配置精密的直线模组。
同时，本发明公开了一种晶圆滚刷清洗方法，其流程图，如图5所示，晶圆滚刷清洗方法包括以下步骤：
S1，将晶圆W放置于从动轮22及主动轮21形成的晶圆支撑装置20上；
具体地，晶圆搬运机械手将待清洗的晶圆W由槽体10的顶部放入，晶圆由晶圆支撑装置20定位并支撑。
S2，使用滚轮调节装置40对从动轮22实施调整操作，根据晶圆设定转速与从动轮测量转速，确定从动轮22的基准位置；
S3，根据从动轮22的基准位置通过滚轮调节装置40设定从动轮22的安装位置；
S4，位于晶圆两侧的清洗刷30移动至清洗位置，以对晶圆W的正反两面进行滚刷清洗。
在晶圆滚刷清洗方法的步骤S2中，所述调整操作对应的流程图，如图6所示，其包括以下步骤：
S21，主动轮21带动晶圆支撑装置20上的晶圆W旋转，从动轮22位于初始位置且其中的垫圈22a未与晶圆W接触，从动轮22的速度为零；
即此时的从动轮22及其上的测速模块23位于直线模组的下限位置，垫圈22a未与晶圆接触。
S22，滚轮调节装置40驱动从动轮22向上移动，晶圆W插接于垫圈22a的凹槽中并与垫圈22a接触以带动从动轮22旋转；
S23，从动轮测量转速增加至晶圆设定转速时，从动轮22所在位置为第一基准位置P1；
S24，滚轮调节装置40继续驱动从动轮22向上移动，直至从动轮测量转速不等于晶圆设定转速时，从动轮22所在位置为第二基准位置P2。
本发明中，从动轮22位于第一基准位置P1与第二基准位置P2之间的任意位置时，从动轮22的转速能够实时反映晶圆的转速，即从动轮测量转速等于晶圆设定转速。因此，从动轮22的安装位置可以位于第一基准位置P1与第二基准位置P2之间的任意位置。
为增强晶圆支撑装置20的可调性，通常从动轮22安装在第一基准位置P1与第二基准位置P2连线的中间位置，以便从动轮22可以向上或向下移动，为从动轮22的竖向安装位置的调试预留空间。
操作人员可以在晶圆清洗装置的安装调试阶段，按照上述方法步骤对从动轮实施调整操作，以缩短从动轮与晶圆的相互磨合周期，控制晶圆清洗的成本。可以理解的是，在晶圆清洗过程中，也可以对从动轮的位置进行实时调整，以保证晶圆清洗装置的运行稳定；对应的晶圆滚刷清洗方法的流程图，如图7所示。
具体地，当从动轮测量转速持续小于晶圆设定转速时，通常是由于垫圈22a中的凹槽疲劳磨损变大，晶圆在凹槽中打滑所致。以上情况可以通过滚轮调节装置40向上移动从动轮22，直至从动轮测量转速与晶圆设定转速相等，如图7所示，使得从动轮22的转速能够准确反映晶圆的转速，保证晶圆支撑装置20的可靠运行。此外，如此操作也能够延长从动轮22中的垫圈22a的使用寿命，避免垫圈22a的频繁更换，降低晶圆清洗的成本。
当从动轮测量转速在晶圆设定转速附近波动时，一般是由于垫圈22a的凹槽堆积颗粒物或化学液接触，凹槽的尺寸变小，致使晶圆无法正常进入凹槽中，使得其中一个主动轮21悬空。以上情况可以通过滚轮调节装置40向下移动从动轮，直至从动轮测量转速与晶圆设定转速相等，如图7所示，以保证晶圆支撑装置20的可靠运行。
同时，本发明实施例还公开了一种晶圆清洗装置，其结构示意图，如图4所示，晶圆清洗装置包括：
晶圆支撑装置20，其竖向支撑并带动晶圆转动；
滚轮调节装置40，以对晶圆支撑装置20的从动轮22实施调整操作；
清洗刷30，用于刷洗晶圆的正面及反面；
控制模块，用于根据上面所述晶圆滚刷清洗方法实施调整操作以确定从动轮的基准位置，通过滚轮调节装置40设定从动轮22的安装位置；控制清洗刷30移动至清洗位置以对晶圆的正反两面进行滚刷清洗。
本发明实施例还提供了一种控制模块，包括：处理器、存储器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序。处理器执行计算机程序时实现如晶圆滚刷清洗方法实施例中所述的各实施例中的步骤，例如图5所示的步骤S1至S4。
所述控制模块是指具有数据处理能力的终端，包括但不限于计算机、工作站、服务器等。所称处理器可以是中央处理单元，还可以是其他通用处理器。所述存储器可以是所述控制模块的内部存储单元，也可以是所述控制模块的外部存储设备。存储器用于存储所述计算机程序以及所述控制模块所需的其他程序和数据。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如晶圆滚刷清洗方法实施例中所述的各实施例中的步骤，例如图5所示的步骤S1至步骤S4。
所述的计算机程序可存储于计算机可读存储介质中，所述计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘等。
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)
1.一种晶圆滚刷清洗方法，其特征在于，包括：
S1，将晶圆放置于从动轮及主动轮形成的晶圆支撑装置上；
S2，使用滚轮调节装置对从动轮实施调整操作，根据晶圆设定转速与从动轮测量转速，确定从动轮的基准位置；
S3，根据从动轮的基准位置通过滚轮调节装置设定从动轮的安装位置；
S4，位于晶圆两侧的清洗刷移动至清洗位置，以对晶圆的正反两面进行滚刷清洗。
2.如权利要求1所述的晶圆滚刷清洗方法，其特征在于，步骤S2中，所述调整操作包括：
S21，主动轮带动晶圆支撑装置上的晶圆旋转，从动轮位于初始位置且其中的垫圈未与晶圆接触，从动轮的速度为零；
S22，滚轮调节装置驱动从动轮向上移动，晶圆插接于垫圈的凹槽中并与垫圈接触以带动从动轮旋转；
S23，从动轮测量转速增加至晶圆设定转速时，从动轮所在位置为第一基准位置；
S24，滚轮调节装置继续驱动从动轮向上移动，直至从动轮测量转速不等于晶圆设定转速时，从动轮所在位置为第二基准位置。
3.如权利要求2所述的晶圆滚刷清洗方法，其特征在于，所述从动轮的安装位置位于第一基准位置与第二基准位置之间。
4.如权利要求1所述的晶圆滚刷清洗方法，其特征在于，所述从动轮的外侧配置有测速模块，以获取从动轮测量转速；所述滚轮调节装置与测速模块连接，以带动从动轮及测速模块整体移动。
5.如权利要求4所述的晶圆滚刷清洗方法，其特征在于，所述滚轮调节装置为直线模组，直线模组上的滑块与测速模块连接。
6.如权利要求1所述的晶圆滚刷清洗方法，其特征在于，当从动轮测量转速持续小于晶圆设定转速时，则通过滚轮调节装置向上移动从动轮，直至从动轮测量转速与晶圆设定转速相等。
7.如权利要求1所述的晶圆滚刷清洗方法，其特征在于，当从动轮测量转速在晶圆设定转速附近波动时，则通过滚轮调节装置向下移动从动轮，直至从动轮测量转速与晶圆设定转速相等。
8.一种晶圆清洗装置，其特征在于，包括：
晶圆支撑装置，其竖向支撑并带动晶圆转动；
滚轮调节装置，以对晶圆支撑装置的从动轮实施调整操作；
清洗刷，用于刷洗晶圆的正面及反面；
控制模块，用于根据权利要求1至7任一项所述晶圆滚刷清洗方法实施调整操作以确定从动轮的基准位置，通过滚轮调节装置设定从动轮的安装位置；控制清洗刷移动至清洗位置以对晶圆的正反两面进行滚刷清洗。
9.一种控制模块，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述晶圆滚刷清洗方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述晶圆滚刷清洗方法的步骤。
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