CN114160500A - 晶圆清洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆清洗装置，晶圆清洗装置包括：腔室；支撑结构，设置于腔室内，用于承载晶圆；清洁结构，设置于腔室内，包括一个或多个清洁单元；悬臂，与清洁结构连接以使清洁结构能与晶圆相对运动；清洁单元包括第一喷嘴以及第二喷嘴，第一喷嘴用于提供清洗气体以吹扫晶圆表面的污染物，第二喷嘴用于接收清洗气体以及被清洗气体吹扫出的污染物；可选地，在清洗晶圆前，通过悬臂调节清洁结构于所述晶圆之间的距离，使得第一喷嘴和第二喷嘴的延长线相交于晶圆的待清洗表面，本发明提供的晶圆清洗装置清洁晶圆时能将颗粒等污染物排出到机台外部，在保障清洁效果的前提下防止颗粒等污染物污染腔室，提高产品良率。

Description

晶圆清洗装置

技术领域

本发明涉及存储器技术领域，特别涉及一种晶圆清洗装置。

背景技术

存储器件的存储密度的提高与半导体制造工艺的进步密切相关。随着半导体制造工艺的特征尺寸越来越小，存储器件的存储密度越来越高。为了进一步提高存储密度，已经开发出三维结构的存储器件(即，3D存储器件)。3D存储器件包括沿着垂直方向堆叠的多个存储单元，在单位面积的晶片上可以成倍地提高集成度，并且可以降低成本。

晶圆直接键合技术能够在不使用粘结剂的情况下将两块经过抛光的晶圆紧密的结合在一起。该技术广泛应用于多功能芯片集成、微电子制造和微机电系统封装等新兴领域中，特别是近些年来在3D储存芯片制造过程中的应用极大的推动了3D储存器件技术的快速发展。

晶圆键合技术对于晶圆表面的洁净度与平整度有着极高的要求，如果在清洁晶圆表面时不能去除杂质颗粒或者在清洁过程中损伤了晶圆表面，都会影响晶圆的键合效果。因此，晶圆清洗技术是影响半导体器件的良率、器件品质及可靠性的重要因素之一。

在现有的半导体工艺过程中，为了去除附着在晶圆表面上的颗粒、有机物、金属和氧化物等污染物，避免污染物对后续的工艺产生不良影响，以满足晶圆表面的洁净度要求，通常会对晶圆进行清洗和干燥。如在腔室单片旋转清洗中，将单片晶圆一边旋转，一边加入清洗溶液进行清洗，湿法清洗工艺完成后将晶圆自然晾干或使用干燥气体烘干。然而，现有技术的清洗工艺清洗晶圆后无法将颗粒等污染物排出到机台外部，对腔室造成污染，在腔室中的颗粒等污染物还可能会再次附着在清洗后的晶圆上，对后续产品造成不良影响。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种晶圆清洗装置，在清洁晶圆时将颗粒等污染物排出到机台外部，在保障清洁效果的前提下防止颗粒等污染物污染腔室，提高产品良率。

根据本发明的一方面，提供一种晶圆清洗装置，包括：腔室；支撑结构，设置于所述腔室内，用于承载晶圆；清洁结构，设置于所述腔室内，包括一个或多个清洁单元；悬臂，与所述清洁结构连接以使所述清洁结构能与所述晶圆相对运动；其中，所述清洁单元包括第一喷嘴以及第二喷嘴，所述第一喷嘴用于提供清洗气体以吹扫所述晶圆表面的污染物，所述第二喷嘴用于接收所述清洗气体以及被所述清洗气体吹扫出的所述污染物。

可选地，所述第一喷嘴与所述第二喷嘴对称设置，所述第一喷嘴的延长线与所述第二喷嘴的延长线相交。

可选地，所述第一喷嘴的延长线与所述第二喷嘴的延长线相交于所述晶圆的待清洗表面。

可选地，所述清洁结构被配置为在清洗所述晶圆时，能够沿预设方向以预设速度移动；其中所述预设方向与所述第一喷嘴提供的清洗气体在所述晶圆上投影的方向相同。

可选地，所述清洁结构包括多个清洁单元，所述多个清洁单元呈直线均匀分布于所述清洁结构。

可选地，所述晶圆清洗装置还包括供气系统，所述供气系统包括：进气口，通过气体管路连接至一个或多个所述第一喷嘴，用于提供所述清洗气体。

可选地，所述供气系统还包括：调节阀，连接至所述进气口，用于调整所述清洗气体的流速；阀门，连接至所述调节阀，用于启动或关闭所述清洁结构。

可选地，所述供气系统包括多个调节阀以及多个阀门，多个所述第一喷嘴分为若干组，不同组的多个第一喷嘴分别连接至对应的阀门，所述多个调节阀的预设流速不同。

可选地，所述晶圆清洗装置还包括排气系统，所述排气系统包括：排气口，通过气体管路连接至一个或多个所述第二喷嘴，用于排出所述第二喷嘴接收的所述清洗气体以及所述污染物；真空泵，连接至所述排气口，用于抽气使得所述第二喷嘴内的压强小于外部压强。

可选地，所述清洗气体选自氮气。

本发明实施例的晶圆清洁装置及清洁单元，采用第一喷嘴提供清洗气体吹扫晶圆，对应的第二喷嘴接收清洗气体及被清洗气体吹扫出的颗粒等污染物的方法，在清洁晶圆的过程中被吹扫出的颗粒等污染物能够被第二喷嘴接收并排出腔室，避免颗粒等污染物逸散到腔室内部，能在较长的时间内保持腔室不被污染。

可选地，本发明实施例的清洁结构沿预设方向以预设速度移动，一个或多个清洁单元逐行吹扫晶圆，有效避免颗粒等污染物返回晶圆的表面，清洁效果更佳，从而使得因颗粒等污染物产生的气泡更少，晶圆键合效果更好。

可选地，本发明实施例的晶圆清洁装置采用清洗气体对晶圆进行清洁，无需使用去离子水等清洗液体，因而也无需自然晾干或烘干等步骤，不仅成本更低，还因工艺简单有效提高生产效率，WPH(Wafer per hour，每小时出片量)更多。

可选地，本发明实施例的清洗气体采用成本低、易于提取且不与晶圆发生反应的氮气，进一步降低成本。

特别地，清洁结构只包括一个清洁单元，清洁单元的第一喷嘴和第二喷嘴的较长轴线的长度与晶圆的直径相应，可以避免因相邻清洁单元之间的存在间隔导致吹扫不均匀，从而实现更好的清洁效果。

在一种可行的实施例中，供气系统包括多个调节阀以及多个阀门，多个第一喷嘴分为若干组，不同组的多个第一喷嘴分别连接至对应的阀门，从而实现不同组的多个第一喷嘴的流速和/或压强不同，实现流速和/或压强呈梯度配置，在晶圆的清洁过程中根据工艺参数不同灵活调整各组第一喷嘴的流速和/或压强，清洁效果更好。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的晶圆清洗装置的结构示意图；

图2示出了图1中清洁单元的结构示意图；

图3a示出了本发明实施例的第一喷嘴和第二喷嘴的结构示意图；

图3b示出了本发明另一实施例的第一喷嘴和第二喷嘴的结构示意图。

图4示出了本发明实施例的供气系统的结构示意图；

图5示出了本发明实施例的排气系统的结构示意图；

图6示出了根据本发明实施例的晶圆清洁方法的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件或者模块采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

应当理解，在本专利说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域普通技术人员应当可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本专利说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。

在本申请中，术语“半导体结构”指在制造存储器件的各个步骤中形成的整个半导体结构的统称，包括已经形成的所有层或区域。在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

此外，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

图1示出了根据本发明实施例的晶圆清洗装置的结构示意图。晶圆清洗装置200包括腔室210、支撑结构220、清洁结构230以及悬臂240。

支撑结构220设置于腔室210内，晶圆100例如通过真空吸附的方式固定于支撑结构220之上。

清洁结构230设置于腔室210内，包括一个或多个清洁单元231。以清洁结构230包括三个清洁单元231为例，三个清洁单元231呈直线均匀分布于清洁结构231。应当理解，清洁单元231的数量可以根据晶圆100的直径等实际情况进行调整，使得清洁结构230的吹扫范围的宽度大于或等于晶圆100的直径。

悬臂240与清洁结构230连接，带动清洁结构230以预设速度沿X方向移动，从而对晶圆100进行清洁。应当理解，悬臂240可以被替换为其它能够带动清洁结构230移动的结构或装置，例如采用导轨代替悬臂240。

参见图2，图2示出了图1中清洁单元的结构示意图。清洁单元231包括第一喷嘴2311和第二喷嘴2312。第一喷嘴2311和第二喷嘴2312对称设置，第一喷嘴2311与清洁结构231的夹角和第二喷嘴2312与清洁结构231的夹角均为α。

第一喷嘴2311用于提供清洗气体以吹扫晶圆100表面的颗粒等污染物，从而清洁晶圆100的上表面。清洗气体可以选自不会与晶圆以及腔室210内其它物质发生反应气体，本实施例中，清洗气体选自氮气。

第二喷嘴2312用于接收吹扫晶圆100后的清洗气体以及被清洗气体吹扫出的颗粒等污染物。

在一种可行的实施例中，清洁结构230的移动方向X与第一喷嘴2311喷气方向相同，在清洁单元231工作时，第一喷嘴2311提供清洗气体形成第一气流路径201，清洗气体吹扫晶圆100表面的颗粒等污染物并携带颗粒等污染物形成第二气流路径202，之后被第二喷嘴2312接收，排出腔室210。

本发明实施例的晶圆清洁装置及清洁单元231，采用第一喷嘴2311提供清洗气体吹扫晶圆100，对应的第二喷嘴2312接收清洗气体及被清洗气体吹扫出的颗粒等污染物的方法，在清洁晶圆100的过程中被吹扫出的颗粒等污染物能够被第二喷嘴2312接收并排出腔室210，避免颗粒等污染物逸散到腔室210内部，能在较长的时间内保持腔室210不被污染。

可选地，本发明实施例的清洁结构230沿预设方向以预设速度移动，一个或多个清洁单元231逐行吹扫晶圆100，有效避免颗粒等污染物返回晶圆100的表面，清洁效果更佳，从而使得因颗粒等污染物产生的气泡更少，晶圆键合效果更好。

可选地，本发明实施例的晶圆清洁装置采用清洗气体对晶圆100进行清洁，无需使用去离子水等清洗液体，因而也无需自然晾干或烘干等步骤，不仅成本更低，还因工艺简单有效提高生产效率，WPH(Wafer per hour，每小时出片量)更多。

可选地，本发明实施例的清洗气体采用成本低、易于提取且不与晶圆发生反应的氮气，进一步降低成本。

图3a示出了本发明实施例的第一喷嘴和第二喷嘴的结构示意图。第一喷嘴2311和第二喷嘴2312采用相同的结构，均为顶圆直径小于底圆直径的中空的圆台。顶圆直径、底圆直径、圆台高度及其侧壁的厚度可以根据实际需求调整。当顶圆直径与底圆直径相等时，第一喷嘴2311和第二喷嘴2312为中空的圆柱体管道。

既可以以直径小的一端作为进气口，直径大的一端作为出气口；也可以以直径大的一端作为进气口，直径小的一端作为出气口。

图3b示出了本发明另一实施例的第一喷嘴和第二喷嘴的结构示意图。第一喷嘴2311和第二喷嘴2312采用相同的结构，均为顶部长方形面积小于底部长方形面积的中空的四棱台，顶部长方形的各边长、底部长方形的各边长、四棱台的高度及其侧壁的厚度可以根据实际需求调整。当顶部长方形与底部长方形全等时，第一喷嘴2311和第二喷嘴2312为中空的四棱台。

同样的，既可以以面积小的一端作为进气口，面积大的一端作为出气口；也可以以面积大的一端作为进气口，面积小的一端作为出气口。

特别地，清洁结构230只包括一个清洁单元231，清洁单元231的第一喷嘴2311以及第二喷嘴2312均如图3b所示，且其长方形长边的边长与晶圆100直径相应，可以避免因相邻清洁单元231之间的距离导致吹扫不均匀的情况，从而保证清洁过后的晶圆100的表面洁净度满足工艺要求。

图4示出了本发明实施例的供气系统的结构示意图。供气系统250包括进气口251、调节阀252以及阀门253。

进气口251用于提供清洗气体。调节阀252通过气体管路270与进气口251连接，用于调整清洗气体的流速和/或压强，以保证第一喷嘴2311以预设流速提供清洗气体。阀门253通过气体管路270与调节阀252连接，用以开启或者关闭供气系统250，以实现清洁结构230的开启或关闭。多个第一喷嘴2311分别通过多条气体管路270连接至阀门253。

在一种可行的实施例中，供气系统252包括多个调节阀252以及多个阀门253，多个第一喷嘴2311分为若干组，不同组的多个第一喷嘴2311分别连接至对应的阀门253，从而实现不同组的多个第一喷嘴2311的流速和/或压强不同，实现流速和/或压强呈梯度配置，在晶圆100的清洁过程中根据工艺参数不同灵活调整各组第一喷嘴的流速和/或压强，清洁效果更好。

图5示出了本发明实施例的排气系统的结构示意图。排气系统260包括真空泵261以及排气口262。多个第二喷嘴2312分别通过气体管路270连接至真空泵261，真空泵261通过气体管路270连接至排气口262。清洁结构230工作时，真空泵261抽气使得多个第二喷嘴2312内的压强小于外部压强，从而更好地接收第二气流路径202中的清洗气体及其携带的颗粒等污染物，并通过排气口将其排出机台，避免腔室201或机台内部被污染。

图6示出了根据本发明实施例的晶圆清洁方法的流程图。结合图1和图2对本发明实施例的晶圆清洁方法进行进一步说明。

步骤S10，将晶圆100通过真空吸附的方式固定在支撑结构220上。

步骤S20，通过悬臂240调节清洁结构230和晶圆100之间的距离。参见图2，通过悬臂240调节清洁结构230和晶圆100之间的距离z，使得第一气流路径201和第二气流路径202形成一个角，即由清洗气体构成的第一气流路径201刚吹扫到晶圆100，并将颗粒等污染物从晶圆100表面剥离就立即“反弹”形成第二气流路径202，随后被第二喷嘴2312接收。其中，第二气流路径202中包括清洗气体及被清洗气体吹扫出的颗粒等污染物。

设第一喷嘴2311和第二喷嘴2312间的距离为y，则此时清洁结构230与晶圆231之间的距离z＝(y/2)×tan(π/2-α)。

步骤S30，打开阀门253。

步骤S40，调节调节阀252，使得第一喷嘴2311提供的清洗气体达到预设流速和/或压强，既能将晶圆表面的颗粒等污染物吹扫下来，又不会因为流速和/或压强过大导致晶圆表面损伤或者晶圆有轻微位移。

步骤S50，悬臂240带动清洁结构230以预设速度沿X方向移动，从而完成对晶圆100的清洁。其中，清洁结构230的移动方向X与第一喷嘴2311喷气方向相同

本发明实施例的晶圆清洗方法，通过悬臂240调整清洁结构230和晶圆100之间的距离，使得由清洗气体构成的第一气流路径201刚吹扫到晶圆100，并将颗粒等污染物从晶圆100表面剥离就立即“反弹”形成第二气流路径202，随后被第二喷嘴2312接收，保证到达晶圆100的清洗气体具有足够的流速能够剥离晶圆100表面的污染物等颗粒，随后立即“反弹”被第二喷嘴2312接收，保证颗粒等污染物不会逸散到腔室210中，从而既能完成对晶圆100的清洁，又能避免颗粒等污染物污染腔室。

综上所述，本发明实施例的晶圆清洁装置及清洁单元，采用第一喷嘴提供清洗气体吹扫晶圆，对应的第二喷嘴接收清洗气体及被清洗气体吹扫出的颗粒等污染物的方法，在清洁晶圆的过程中被吹扫出的颗粒等污染物能够被第二喷嘴接收并排出腔室，避免颗粒等污染物逸散到腔室内部，能在较长的时间内保持腔室不被污染。

可选地，本发明实施例的清洁结构沿预设方向以预设速度移动，一个或多个清洁单元逐行吹扫晶圆，有效避免颗粒等污染物返回晶圆的表面，清洁效果更佳，从而使得因颗粒等污染物产生的气泡更少，晶圆键合效果更好。

可选地，本发明实施例的晶圆清洁装置采用清洗气体对晶圆进行清洁，无需使用去离子水等清洗液体，因而也无需自然晾干或烘干等步骤，不仅成本更低，还因工艺简单有效提高生产效率，WPH(Wafer per hour，每小时出片量)更多。

可选地，本发明实施例的清洗气体采用成本低、易于提取且不与晶圆发生反应的氮气，进一步降低成本。

特别地，清洁结构只包括一个清洁单元，清洁单元的第一喷嘴和第二喷嘴的较长轴线的长度与晶圆的直径相应，可以避免因相邻清洁单元之间的存在间隔导致吹扫不均匀，从而实现更好的清洁效果。

在一种可行的实施例中，供气系统包括多个调节阀以及多个阀门，多个第一喷嘴分为若干组，不同组的多个第一喷嘴分别连接至对应的阀门，从而实现不同组的多个第一喷嘴的流速和/或压强不同，实现流速和/或压强呈梯度配置，在晶圆的清洁过程中根据工艺参数不同灵活调整各组第一喷嘴的流速和/或压强，清洁效果更好。

本发明实施例的晶圆清洗方法，通过悬臂调整清洁结构和晶圆之间的距离，使得由清洗气体构成的第一气流路径刚吹扫到晶圆，并将颗粒等污染物从晶圆表面剥离就立即“反弹”形成第二气流路径，随后被第二喷嘴接收，保证到达晶圆的清洗气体具有足够的流速能够剥离晶圆表面的污染物等颗粒，随后立即“反弹”被第二喷嘴接收，保证颗粒等污染物不会逸散到腔室中，从而既能完成对晶圆的清洁，又能避免颗粒等污染物污染腔室。

应当说明，本领域普通技术人员可以理解，本文中使用的与电路运行相关的词语“期间”、“当”和“当……时”不是表示在启动动作开始时立即发生的动作的严格术语，而是在其与启动动作所发起的反应动作(reaction)之间可能存在一些小的但是合理的一个或多个延迟，例如各种传输延迟等。本文中使用词语“大约”或者“基本上”意指要素值(element)具有预期接近所声明的值或位置的参数。然而，如本领域所周知的，总是存在微小的偏差使得该值或位置难以严格为所声明的值。本领域已恰当的确定了，至少百分之十(10％)(对于半导体掺杂浓度，至少百分之二十(20％))的偏差是偏离所描述的准确的理想目标的合理偏差。当结合信号状态使用时，信号的实际电压值或逻辑状态(例如“1”或“0”)取决于使用正逻辑还是负逻辑。

依照本发明的实施例如上文，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求及其等效物所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种晶圆清洗装置，包括：

腔室；

支撑结构，设置于所述腔室内，用于承载晶圆；

清洁结构，设置于所述腔室内，包括一个或多个清洁单元；

悬臂，与所述清洁结构连接以使所述清洁结构能与所述晶圆相对运动；其中，

所述清洁单元包括第一喷嘴以及第二喷嘴，所述第一喷嘴用于提供清洗气体以吹扫所述晶圆表面的污染物，所述第二喷嘴用于接收所述清洗气体以及被所述清洗气体吹扫出的所述污染物。

2.根据权利要求1所述的晶圆清洗装置，所述第一喷嘴与所述第二喷嘴对称设置，所述第一喷嘴的延长线与所述第二喷嘴的延长线相交。

3.根据权利要求2所述的晶圆清洗装置，所述第一喷嘴的延长线与所述第二喷嘴的延长线相交于所述晶圆的待清洗表面。

4.根据权利要求1所述的晶圆清洗装置，所述清洁结构被配置为在清洗所述晶圆时，能够沿预设方向以预设速度移动；其中

所述预设方向与所述第一喷嘴提供的清洗气体在所述晶圆上投影的方向相同。

5.根据权利要求1所述晶圆清洗装置，所述清洁结构包括多个清洁单元，所述多个清洁单元呈直线均匀分布于所述清洁结构。

6.根据权利要求1所述的晶圆清洗装置，还包括供气系统，所述供气系统包括：

进气口，通过气体管路连接至一个或多个所述第一喷嘴，用于提供所述清洗气体。

7.根据权利要求6所述的晶圆清洗装置，所述供气系统还包括：

调节阀，连接至所述进气口，用于调整所述清洗气体的流速；

阀门，连接至所述调节阀，用于启动或关闭所述清洁结构。

8.根据权利要求7所述的晶圆清洗装置，所述供气系统包括多个调节阀以及多个阀门，多个所述第一喷嘴分为若干组，不同组的多个第一喷嘴分别连接至对应的阀门，所述多个调节阀的预设流速不同。

9.根据权利要求1所述的晶圆清洗装置，还包括排气系统，所述排气系统包括：

排气口，通过气体管路连接至一个或多个所述第二喷嘴，用于排出所述第二喷嘴接收的所述清洗气体以及所述污染物；

真空泵，连接至所述排气口，用于抽气使得所述第二喷嘴内的压强小于外部压强。

10.根据权利要求1所述的晶圆清洗装置，所述清洗气体选自氮气。

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