CN114171449A - 一种晶圆固定装置及晶圆干燥装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶圆固定装置及晶圆干燥装置，所述晶圆固定装置包括底部支撑件，所述底部支撑件的外周侧间隔设置有多个卡爪，所述卡爪的形成有用于与晶圆的边缘抵接的卡合部；所述卡爪配置有疏通孔，所述疏通孔自所述卡爪的卡合部朝向外侧贯通设置；所述疏通孔能够引导流体排出，以抑制其在晶圆或卡爪处驻留。

Description

一种晶圆固定装置及晶圆干燥装置
技术领域
本发明属于晶圆后处理技术领域，具体而言，涉及一种晶圆固定装置及晶圆干燥装置。
背景技术
化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)是集成电路(IntegratedCircuit,IC)制造中获得全局平坦化的一种超精密表面加工工艺。随着集成电路制造技术的发展，对晶圆表面缺陷的控制越来越严格。在晶圆制造过程中，晶圆表面会吸附颗粒或有机物等污染物而产生大量缺陷，需要后处理工艺去除这些缺陷。尤其是在化学机械抛光中大量使用的化学试剂及研磨剂会造成晶圆表面的污染，所以在抛光之后需要引入后处理工艺以去除晶圆表面的污染物，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。
常见的干燥技术有旋转漂洗干燥(Spin Rinse Dry,SRD)和马兰戈尼干燥(马兰戈尼亦称“马兰格尼”或“马拉戈尼”Marangoni)，其中SRD技术需配置晶圆固定装置。晶圆固定装置可夹持晶圆高速旋转，在离心力的作用下，将晶圆表面的颗粒物及水膜清除，实现晶圆表面干燥。
在离心力作用下，晶圆表面的颗粒物会朝向外侧移动，而卡爪设置于底部支撑件的外侧，因此，卡爪会阻挡一些颗粒物，使得颗粒物与清洗液的混合液附着于卡爪的侧面。在一些工况下，卡爪与晶圆接触处的颗粒物通常因毛细效应而附着于卡爪的侧面，流体无法快速自卡爪的卡合部疏导，致使晶圆的干燥效果不佳。
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固定装置，其包括底部支撑件，所述底部支撑件的外周侧间隔设置有多个卡爪，所述卡爪的形成有用于与晶圆的边缘抵接的卡合部；所述卡爪配置有疏通孔，所述疏通孔自所述卡爪的卡合部朝向外侧贯通设置；所述疏通孔能够引导流体排出，以抑制其在晶圆或卡爪处驻留。
作为优选实施例，所述疏通孔自所述卡爪的卡合部向下倾斜设置。
作为优选实施例，所述卡爪的外周侧设置有吸附部，所述吸附部可拆卸地设置于卡爪外侧并覆盖所述疏通孔。
作为优选实施例，所述吸附部由多孔介质材料制成。
作为优选实施例，所述吸附部的外周壁为圆弧形或流线形。
作为优选实施例，晶圆固定装置还包括辅助清洁部，所述辅助清洁部设置于所述吸附部的上侧，以为所述吸附部供给清洁液。
作为优选实施例，晶圆固定装置还包括抽吸部，所述抽吸部通过管路与所述疏通孔连通，使得疏通孔内形成负压，以将卡爪处的流体经由疏通孔排出。
作为优选实施例，所述抽吸部与所述卡爪匹配设置并位于底部支撑件的底面。
作为优选实施例，晶圆固定装置还包括支撑板，所述支撑板设置于所述底部支撑件的下侧且两者同步旋转，所述抽吸部设置于支撑板的顶面。
此外，本发明还公开了一种晶圆干燥装置，其包括上面所述的晶圆固定装置。
本发明的有益效果包括：
(1)为卡爪配置倾斜的疏通孔，疏通孔的孔径设置为能够抑制流体在晶圆或卡爪处驻留，保证混合有颗粒物的流体经由疏通孔快速排出，避免颗粒物附着于卡爪；
(2)在卡爪的外周侧设置多孔介质材料制成的吸附部，以经由疏通孔吸附混合有颗粒物的流体；
(3)吸附部的上侧设置辅助清洁部，为吸附部供给清洁液，实现吸附部的稀释，增强吸附部吸除颗粒物的能力；辅助清洁部不与底部支撑件同步旋转，使得辅助清洁部供给的清洁液能够冲刷吸附部的顶面，实现吸附部的清洁；
(4)卡爪的疏通孔配置倾斜的抽吸部，能够实现晶圆或卡爪处的流体快速排出，保证晶圆的干燥效果。
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是本发明所述晶圆固定装置的示意图；
图2是本发明所述晶圆固定装置应用于晶圆水平干燥的示意图；
图3是本发明所述晶圆固定装置另一个实施例的示意图；
图4是本发明所述晶圆固定装置再一个实施例的示意图；
图5是本发明所述固定卡爪的结构示意图；
图6是本发明配置有抽吸部的晶圆固定装置的示意图；
图7是本发明配置欧抽吸部的晶圆固定装置另一个实施例的示意图；
图8是本发明所述吸附部的结构示意图；
图9是本发明所述晶圆干燥装置的示意图。
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。
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。
图1示出了本发明所述一种晶圆固定装置100的示意图。晶圆固定装置100包括底部支撑件10，底部支撑件10为圆盘状结构，底部支撑件10的外周侧间隔设置有多个卡爪20，卡爪20的内侧形成有与晶圆W的边缘抵接的卡合部，卡爪20与晶圆W的边缘抵接，以将晶圆W通过卡爪20固定于底部支撑件10上。
图2是晶圆固定装置100应用于晶圆水平干燥模块的示意图，卡爪20包括固定卡爪21和活动卡爪22；固定卡爪21数量为三个，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，如图5所示，以支撑晶圆W的边缘；活动卡爪22能够沿底部支撑件10边缘的铰接点摆动以夹持晶圆。通常活动卡爪22与底部支撑件10的铰接点设置于底部支撑件10的下部，活动卡爪22的边缘位置匹配设置有限位槽以限制活动卡爪22的活动区域。
进一步地，底部支撑件10的下侧配置有驱动电机60，驱动电机60旋转，以带动底部支撑件10及由卡爪20夹持的晶圆W旋转；设置在晶圆W上侧的干燥功能模块(未示出)按照工艺步骤对旋转的晶圆W实施干燥处理，除去晶圆W表面颗粒物，剥离晶圆表面的水膜，实现晶圆表面的干燥。
晶圆W在旋转过程中，若干工艺步骤会对晶圆顶面喷射清洗液以实施清洗或漂洗；在离心力作用下，清洗液及其剥离的颗粒物自晶圆的边缘甩出。而设置于底部支撑件10外周侧的卡爪20会阻挡部分颗粒物而影响晶圆边缘的干燥效果。
为解决上述技术问题，本发明中的卡爪20配置有疏通孔20a，如图1所示，疏通孔20a自卡爪20的卡合部朝向外侧贯通设置。混合有颗粒物的清洗液可以通过疏通孔20a排放至底部支撑件10的外侧，避免颗粒物在卡爪的内侧聚集而影响晶圆的干燥效果。
进一步地，疏通孔20a自卡爪20的卡合部向下倾斜设置。本发明中，所述卡合部是晶圆边缘与卡爪20的内侧面抵接的区域，在这个抵接区域中，颗粒物堆积的可能性最大。疏通孔20a朝向外侧倾斜设置，疏通孔20a的中轴线相对于底部支撑件10所在平面的倾斜角度为10-60°，此处的倾斜角度取锐角。优选地，疏通孔20a中轴线相对于底部支撑件10所在平面的倾斜角度为30-45°。
图1所示的实施例中，疏通孔20a的孔径是保证含有颗粒物的流体自卡爪20的内侧向外侧排出的关键。疏通孔20a的孔径不宜过小，以防止毛细效应而抑制流体及时排出，附着于疏通孔20a内壁的液膜会阻碍外部流体的进入，致使卡爪20的内侧面聚集的含有颗粒物的流体无法排放至卡爪20的外侧面。本发明中的附图采用比较夸张的方式表示疏通孔20a，其孔径与卡爪20的尺寸不成比例。作为本实施例的一个方面，疏通孔20a的孔径0.5-5mm，使得流体经由疏通孔20a排出，抑制其在晶圆或卡爪处驻留。优选地，疏通孔20a的孔径1-3mm。
可以理解的是，图1示出的晶圆固定装置100可以水平夹持晶圆，应用于晶圆的水平清洗及干燥处理；同样地，图1示出的晶圆固定装置100也可以竖直夹持晶圆，应用于晶圆的竖直清洗及干燥处理。在晶圆干燥处理中，驱动电机60带动晶圆固定装置100的旋转速度为500-2000rpm，晶圆表面的清洗液等流体在离心力作用下高速甩出；为了限制高速甩出的流体的掉落范围，通常在晶圆固定装置100的外周侧设置防护罩。
为增强卡爪20的疏通孔20a的排出颗粒物的能力，避免经由疏通孔20a的流体甩至防护罩溅射而形成二次污染。作为本发明的另一个实施例，卡爪20的外周侧设置有吸附部30，如图3所示，吸附部30可拆卸地设置于卡爪20的外侧并覆盖疏通孔20a，使得混合有颗粒物的流体经由疏通孔20a进入吸附部30，避免经由疏通孔20a排出的流体在防护罩的内侧壁溅射而形成二次污染。
进一步地，吸附部30由多孔介质材料制成，以保障吸附部30具有超强的吸附流体的能力。含有颗粒物的流体经由疏通孔20a传输至吸附部30的内部。优选地，吸附部30由聚乙烯醇(PVA)制成，以保障超强的吸附能力。
由于吸附部30设置于卡爪20的外周侧并随底部支撑件10及卡爪20同步旋转，为减少吸附部30对基板10旋转状态的影响，吸附部30的外周壁为圆弧形或流线形，以减少或控制吸附部30形成的流体阻力，保证晶圆固定装置100上晶圆的正常旋转。
由于吸附部30的体积是有限的，其吸附颗粒物的能力受限。为保证晶圆表面的干燥效果，需定期更换吸附部30。为延长吸附部30的使用寿命，晶圆固定装置100还包括辅助清洁部70，如图4所示。辅助清洁部70可以为供液管，其设置于吸附部30的上侧，以自上而下朝向吸附部30供给清洁液。本发明中，清洁液可以为去离子水，以对吸附部30进行稀释，增强吸附部30的吸附能力。
图4中，辅助清洁部70未与底部支撑件10连接，即辅助清洁部70不随底部支撑件10旋转。自辅助清洁部70滴落的流体下落至吸附部30的顶面，滴落的流体与吸附部30存在相对速度，自辅助清洁部70滴落的流体能够一定程度上冲刷吸附部30的顶面，以对吸附部30进行必要清洁，延长吸附部30的使用寿命。
图5是图2所示实施例中固定卡爪21的示意图，固定卡爪21配置疏通孔20a，以避免固定卡爪21的内侧聚集颗粒物，提升晶圆边缘的干燥效果。具体地，疏通孔20a设置于固定卡爪21的内侧两个交汇面形成的卡槽处，其由卡槽处向固定卡爪21的外侧贯穿设置，以将聚集在固定卡爪21内侧的含有颗粒物的流体快速疏导至固定卡爪21的外侧。
作为本发明的另一个实施例，晶圆固定装置100还包括抽吸部40，如图6所示，抽吸部40通过管路与疏通孔20a连通，使得疏通孔20a内形成负压，以将卡爪20卡合部上混合有颗粒物的流体经由疏通孔20a排出，避免卡爪20内侧面附着的颗粒物对晶圆干燥的影响。
图6所示的实施例中，抽吸部40与卡爪20匹配设置，并位于底部支撑件10的底面。本发明中，抽吸部40可以为真空发生器或微型泵，其通过管路与气源连接，以在疏通孔20a内部形成负压，将混合有颗粒物的流体经由疏通孔20a及管路排出。
作为本实施例的一个变体，晶圆固定装置100还包括支撑板50，如图7所示，支撑板50设置于底部支撑件10的下侧且两者同步旋转，抽吸部40设置于支撑板50的顶面。在驱动电机60的作用下，支撑板50及其上部的抽吸部40随底部支撑件10同步旋转，卡爪20内侧附着的颗粒物经由疏通孔20a及管路排出，保证晶圆边缘的干燥效果。
图9是本发明吸附部30的主视图，即自吸附部30的外侧向内侧观测的示意图。吸附部30的下部的外周面采用流线形设置，以引导存储于吸附部30的流体自吸附部30底端的中间位置滴落，以降低吸附部30内侧流体的处理难度。例如，可以在吸附部30的底端设置盛接装置，以规范已使用清洗液或含颗粒物流体的管理。图9中，吸附部30的下部为椭圆形，其匹配设置有卡合结构，以包敷于卡爪20的外周侧。
本发明中，卡爪20由硬质的非金属材料制成，如聚醚醚酮(PEEK)，聚醚醚酮具有良好的疏水特性。卡爪20卡合部的流体，很容易在离心力或者真空抽吸作用下进入疏通孔20a并快速排出，避免流体附着于卡爪20表面。
同时，PEEK具有良好的耐腐蚀性及耐磨性，晶圆夹持时，卡爪20的卡合部的位置相对稳定，以实现良好的重复精度；此外，聚醚醚酮还具有良好的强度，以满足卡爪20中通疏通20a的加工要求；尤其是活动卡爪，其反复与晶圆抵接，良好的强度能够避免卡爪在卡合部断裂，保证晶圆固定装置使用的稳定性。
同时，本发明还公开了一种晶圆干燥装置200，其包括上面所述的晶圆固定装置100和干燥供液模块110，如图8所示。干燥供液模块110设置于晶圆固定装置100的上侧，以朝向晶圆表面供给清洗液；驱动电机60带动底部支撑件10及其上的晶圆W旋转，以实现晶圆表面的干燥。图8中的晶圆固定装置100配置有吸附部30，其能够将附着于卡爪20内侧的颗粒物经由疏通孔20a进入吸附部30，保证晶圆的干燥效果，有效改善晶圆夹持位置的干燥效果。
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)

1.一种晶圆固定装置，其特征在于，包括底部支撑件，所述底部支撑件的外周侧间隔设置有多个卡爪，所述卡爪的形成有用于与晶圆的边缘抵接的卡合部；所述卡爪配置有疏通孔，所述疏通孔自所述卡爪的卡合部朝向外侧贯通设置；所述疏通孔能够引导流体排出，以抑制其在晶圆或卡爪处驻留。
2.如权利要求1所述的晶圆固定装置，其特征在于，所述疏通孔自所述卡爪的卡合部向下倾斜设置。
3.如权利要求1所述的晶圆固定装置，其特征在于，所述卡爪的外周侧设置有吸附部，所述吸附部可拆卸地设置于卡爪外侧并覆盖所述疏通孔。
4.如权利要求3所述的晶圆固定装置，其特征在于，所述吸附部由多孔介质材料制成。
5.如权利要求3所述的晶圆固定装置，其特征在于，所述吸附部的外周壁为圆弧形或流线形。
6.如权利要求3所述的晶圆固定装置，其特征在于，还包括辅助清洁部，所述辅助清洁部设置于所述吸附部的上侧，以为所述吸附部供给清洁液。
7.如权利要求1所述的晶圆固定装置，其特征在于，还包括抽吸部，所述抽吸部通过管路与所述疏通孔连通，使得疏通孔内形成负压，以将卡爪处的流体经由疏通孔排出。
8.如权利要求7所述的晶圆固定装置，其特征在于，所述抽吸部与所述卡爪匹配设置并位于底部支撑件的底面。
9.如权利要求7所述的晶圆固定装置，其特征在于，还包括支撑板，所述支撑板设置于所述底部支撑件的下侧且两者同步旋转，所述抽吸部设置于支撑板的顶面。
10.一种晶圆干燥装置，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的晶圆固定装置。
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