CN114472362A - 晶圆清洗装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶圆清洗装置，包括清洗组件和用于容纳清洗组件的箱体，所述箱体具有顶盖、侧壁和底板，在箱体顶部设置防滴液机构，用于避免顶盖的下表面的液体滴落在晶圆表面造成污染。

Description

晶圆清洗装置
技术领域
本发明涉及半导体制造设备领域，尤其涉及一种晶圆清洗装置。
背景技术
晶圆制造是制约超大规模集成电路(即芯片,IC,Integrated Circuit Chip)产业发展的关键环节。随着集成电路特征尺寸持续微缩，晶圆表面质量要求越来越高，因而晶圆制造过程对缺陷尺寸和数量的控制越来越严格。逻辑芯片制程中，当特征尺寸从14nm发展至7nm时，19nm以上污染物的控制范围也从100减小至50颗，逐步逼近清洗技术和量测技术极限。污染物是造成晶圆表面质量下降甚至产生缺陷的重要因素，因此需要采用清洗技术去除晶圆表面污染物，从而获得超清洁表面，特别是在化学机械抛光(CMP,ChemicalMechanical Polishing)的后清洗干燥中，容易遇到液痕缺陷(亦称为水痕，water mark)，这将导致氧化物厚度的局部变化，严重影响芯片制造良率。
清洗晶圆的箱体内部是一个湿度很大的环境，易在箱体顶部凝结液滴，并且在清洗过程中还会有液体被甩到箱体顶盖上，导致当晶圆清洗结束在机械手取片时，箱体顶盖上面的污水会滴落下来，污染已经清洗干净的晶圆表面，造成晶圆表面的二次污染，严重影响清洗效果。
发明内容
本发明实施例提供了一种晶圆清洗装置，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
本发明实施例提供了一种晶圆清洗装置，包括清洗组件和用于容纳清洗组件的箱体，所述箱体具有顶盖、侧壁和底板，在箱体顶部设置防滴液机构，用于避免顶盖的下表面的液体滴落在晶圆表面造成污染。
在一个实施例中，所述防滴液机构包括喷气组件，所述喷气组件沿顶盖的下表面喷射气体以驱离下表面附着的液体。
在一个实施例中，所述顶盖具有形成为斜面的下表面，喷气组件沿所述斜面喷射气体，从而沿斜面形成由上至下的气流层。
在一个实施例中，所述侧壁的一面设有取片口，喷气组件远离取片口设置，所述斜面从远离取片口的一侧向靠近取片口的一侧斜向下倾斜。
在一个实施例中，所述喷气组件包括喷气杆，所述喷气杆两端通高压气体，所述高压气体的压力为0.1MPa～1MPa。
在一个实施例中，所述防滴液机构包括吸水件，所述吸水件可拆卸地倾斜设置在箱体顶部，用于吸收在清洗过程中溅向上方的液体，使得液体从吸水件的最低端流下。
在一个实施例中，所述侧壁的一面设有取片口，所述吸水件的倾斜方式为从靠近取片口的一端向远离取片口的一端斜向下倾斜。
在一个实施例中，相邻的吸水件之间紧密贴合以完全将顶盖与下方的清洗组件隔离。
在一个实施例中，所述吸水件包括支撑杆和包裹在支撑杆外侧的吸水材料。
在一个实施例中，所述顶盖为楔形体或者倾斜设置的板状件。
本发明实施例的有益效果包括：可防止顶盖污水滴落，避免对晶圆造成二次污染。
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为本发明实施例一提供的晶圆清洗装置的立体图；
图2为本发明实施例二提供的晶圆清洗装置的内部结构图；
图3为图2中的顶盖和喷气组件的示意图；
图4为图3中线框内的局部放大图；
图5为图3中的喷气组件的示意图；
图6为本发明实施例三提供的晶圆清洗装置的立体图；
图7为图6中晶圆清洗装置的透视图；
图8为图6中晶圆清洗装置的剖视图；
图9为图8中局部a1的放大图；
图10为图8中局部a2的放大图；
图11为本发明实施例四提供的晶圆清洗装置的内部结构图；
图12为图11中顶盖和吸水件的立体图；
图13为图11中顶盖和吸水件的剖视图；
图14示出了图11中吸水件的工作原理；
图15为本发明实施例五提供的晶圆清洗装置的立体图；
图16为图15中晶圆清洗装置的透视图；
图17为图15中顶盖和吸水件的透视图；
图18为图15中晶圆清洗装置的剖视图；
图19为图18中局部的放大图。
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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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，下面将参考附图并结合实施例来进行说明。
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)也称为晶片、硅片、基片或基板(substrate)，其含义和实际作用等同。
实施例一
图1示出了本申请公开的晶圆清洗装置1，其包括清洗组件和用于容纳清洗组件的箱体10，箱体10具有顶盖11、侧壁13和底板16。
示例性地，如图2、7和8所示，在一个实施例中，清洗组件包括清洗部、供液部、晶圆支撑部。
清洗部包括圆筒状的清洗刷31，其设置于晶圆W的两侧并绕其轴线滚动。清洗刷31可以由多孔材料制成，如聚乙烯醇，清洗刷31能够吸附大量用于清洗晶圆W表面的清洗液，滚动的清洗刷31与旋转的晶圆W接触进行刷洗以移除晶圆W表面的污染物。
供液部可以设置在晶圆W的上侧和下侧，为晶圆W的清洗供给清洗液，能够同时完成晶圆W正面和背面的清洗。
晶圆支撑部用于水平支撑晶圆W并驱动晶圆W旋转。
可以理解的是，清洗组件的实现形式可以有多种方式，可以为有刷清洗，也可以为无刷清洗，既可以为竖直清洗，又可以为水平清洗，本申请的附图中只是示例性地示出了一种水平刷洗的实施例，应该理解，其他能够实现晶圆W清洗功能的清洗组件均应当落入本申请的保护范围之内。
如图1所示，箱体10为全封闭箱体，可以由六面包围而成。
在一个实施例中，侧壁13包括前板14、后板、左板和右板，前板14与后板相对设置，左板与右板相对设置。前板14上设有取片口15，机械手40通过取片口15进行取放片操作。取片口15为可开合的窗口。清洗前，取片口15打开，机械手40带着晶圆W穿过取片口15进入箱体10内，然后将晶圆W放置于清洗位置；清洗过程中，取片口15关闭，以保持箱体10内封闭的环境；清洗结束后，取片口15打开，机械手40穿过取片口15伸入箱体10，将晶圆W取出。
可以理解的是，顶盖11的下表面位于箱体10内部，在清洗过程中，一方面由于内部湿度大，下表面上会凝结液滴，另一方面，无论是水平清洗还是竖直清洗一般都采用旋转方式，会将液体甩到箱体10的顶盖11上；当晶圆W清洗结束，机械手40取片时，箱体10的顶盖11上面的污水会滴落下来，污染已经清洗干净的晶圆W表面，造成晶圆W表面的二次污染，严重影响清洗效果。
实施例二
为了解决上述问题，如图2-5所示，在箱体10顶部设置喷气组件20，喷气组件20沿顶盖11的下表面喷射气体以驱离下表面附着的液体，从而避免下表面的液体滴落在晶圆W表面造成污染。
本申请采用喷气组件20沿顶盖11的下表面喷射气体，在顶盖11下方形成气流层，既能阻止污水甩到顶盖11上，又能将污水吹向箱体10一侧并流到箱体10底部，从而避免顶盖11下表面积聚液体，防止液体落在晶圆W表面造成污染。
进一步地，如图2-3和图7-8所示，顶盖11具有形成为斜面12的下表面，喷气组件20沿斜面12喷射气体，从而沿斜面12形成由上至下的气流层。
顶盖11的位于箱体10内部的下表面为斜面12，有利于下表面积聚的液滴沿该斜面12滑下。
在箱体10内部靠近斜面12最高处设置喷气组件20，喷气组件20斜向下喷射气体，从而沿斜面12形成由上至下的气流层，可防止顶盖11下表面的液体滴落在晶圆W表面造成污染。
本实施例中，顶盖11的下表面设计为倾斜的斜面12，喷气组件20朝斜面12喷射气体，在箱体10的顶盖11下方形成气流层，能够阻止污水甩到顶盖11上，同时将污水吹到箱体10的前板14并流到箱体10底部，从而避免顶盖11上积聚液体。
如图2和图7所示，在一个实施例中，斜面12的倾斜方向为远离取片口15的一侧高于靠近取片口15的一侧，从远离取片口15的一侧向靠近取片口15的一侧斜向下倾斜。斜面12远离取片口15的一侧设有喷气组件20。
斜面12的倾斜角度为5°～30°，进一步，斜面12的倾斜角度为5°～15°。斜面12的倾斜角度优选为10°，能够实现较好的导流效果，并且不会占用过多的空间。
为了实现顶盖11的下表面为斜面12，本申请提供了两种顶盖11的实现形式。
图1至图4示出了本发明实施例二提供的一种顶盖11，顶盖11为楔形体，顶盖11的下表面为斜面12。另外，顶盖11的上表面为平面，箱体10为方形体。
实施例三
图6至图10示出了本发明实施例三提供的另一种顶盖11，顶盖11为倾斜设置的板状件。对于某些箱体10由于内部空间限制，无法做到箱体10内部倾斜，可以将箱体10的顶盖11做成外倾斜的，能够减小顶盖11重量，进而减小装置整体重量。
在一个实施例中，顶盖11的下表面覆盖有疏水材料层，进一步提高顶盖11排水的效果。
在一个实施例中，如图8和图10所示，顶盖11和侧壁13之间通过螺钉连接，在顶盖11和侧壁13的连接端设置有密封结构17，使箱体10保持良好密封性。具体地，密封结构17可以由密封条实现，材质为氟橡胶。
进一步地，如图2、3、4、7和8所示，在一个实施例中，喷气组件20远离取片口15设置。优选地，喷气组件20设置在紧挨后板上部的位置。这是由于在清洗过程中，由于凝聚以及液体飞溅等原因，喷气组件20上会积聚液滴，当清洗结束后，喷气组件20上的液体会滴落下来，如果取片时晶圆W从喷气组件20下方经过则可能会有液体滴落在晶圆W表面造成二次污染，因此，为了使晶圆W在取片过程中不经过喷气组件20，将喷气组件20远离取片口15设置，以保证清洗效果。
如图3、4、8和9所示，喷气组件20的喷气方向可以与斜面12倾斜方向平行，还可以与斜面12倾斜方向呈一定角度，该角度很小，以朝向顶盖11下表面喷气并且喷气范围覆盖整个下表面。
如图3至图5所示，在一个实施例中，喷气组件20包括喷气杆21，喷气杆21垂直于斜面12的倾斜方向。斜面12从远离取片口15的一侧向靠近取片口15的一侧斜向下倾斜，喷气杆21贴合设置在斜面12远离取片口15的一侧。喷气杆21靠近后板最上方设置，与前板14上的取片口15相对，喷气杆21穿过分别位于左板和右板的安装孔进行固定。
如图3至图5所示，喷气杆21两端连接气动接头23，气动接头23连接管路从而连通气源。喷气杆21两端通高压气体。高压气体的压力为0.1MPa～1MPa。
如图5所示，喷气杆21上均匀分布喷气孔22，喷气孔22用于喷射气体，调整喷气杆21位置和角度，使喷气孔22的喷射气体方向与箱体10的顶盖11的斜面12平行或呈一定角度。喷气杆21上喷气孔22的直径为0.1mm～0.5mm。
通过调节喷气杆21两端高压气体的压力、喷气杆21上喷气孔22的直径和/或数量，可以改变喷气杆21喷出气体的速度和气体在箱体10内部的分布，以得到最佳效果。
在一个实施例中，喷气杆21可以与旋转驱动装置连接，使得喷气杆21可以绕其长度方向旋转一定角度，从而自动改变喷气方向。进一步，喷气杆21还可以一边旋转一边喷气，形成扫风。
进一步地，在一个实施例中，如图2和7所示，底板16上设有用于排放废气和/或废液的排放口18，排放口18与气液回收管路连通。
综上，实施例二和实施例三采用在晶圆清洗的箱体10内朝向顶盖11喷气的方案，在箱体10的顶盖11形成气流层，可阻止箱体10的顶盖11附着污水，同时利用气流层将污水吹射到箱体10的前板14并流到箱体10底部，从而可防止顶盖11污水滴落，避免对晶圆造成二次污染。
实施例四
如图11-19所示，在箱体10顶部可拆卸地安装有倾斜设置的吸水件50，吸水件50用于吸收在清洗过程中溅向上方的液体，使得液体从吸水件50的最低端流下，从而避免顶盖11的下表面的液体滴落在晶圆W表面造成污染。
吸水件50设计为可拆卸的，当使用一段时间后，例如寿命到期时，可以对吸水件50进行更换处理。吸水件50可以为杆状，沿长度方向倾斜，多个吸水件50沿与长度方向垂直的方向并排排列。吸水件50的表面材料为吸水材料。
本发明实施例中在晶圆清洗装置1中增加可拆卸的吸水件50，用于引导多余液体的流向，可防止顶盖11污水滴落，对晶圆W造成二次污染。
如图12、16和17所示，在一个实施例中，在箱体10内位于上方的位置可拆卸地安装有一排倾斜设置的吸水件50，相邻的吸水件50之间无空隙紧密贴合以完全将顶盖11与下方的清洗组件隔离。
吸水件50用于吸收在清洗过程中溅向上方的液体，如图14所示，当液体吸收到一定程度后，由于重力作用液体会从吸水件50的最低端流下，如图14中虚线所示，其中虚线箭头方向示意了液体流下的方向，从而避免顶盖11下表面积聚的液体滴落在晶圆W表面造成污染。
如图11和图16所示，吸水件50倾斜设置，吸水件50的倾斜方式为从靠近取片口15的一端向远离取片口15的一端斜向下倾斜，这样吸水件50中积聚的液体会从离取片口15较远的最低端流下，晶圆W在取片过程中不会从此处经过，以保证清洗效果。
在一个实施例中，吸水件50的倾斜角度为5°～30°，也可为5°～15°。吸水件50的倾斜角度优选为10°，能够实现较好的导流效果，并且不会占用过多的空间。
如图13所示，在一个实施例中，吸水件50包括支撑杆51和包裹在支撑杆51外侧的吸水材料52，既保证了吸水件50不易变形，又不需使用粘合的方式实现，避免了粘合剂在化学清洗时发生反应造成污染或粘贴不牢。吸水材料52可以为PU或PVA。
如图11-14所示，在一个实施例中，晶圆清洗装置1还包括固定在箱体10侧壁13上的安装板53，吸水件50可拆卸地安装在安装板53上，吸水件50的一端可以通过螺栓连接固定在安装板53上。
进一步地，如图11-14和图15-10所示，顶盖11的位于箱体10内部的下表面为斜面12，有利于下表面积聚的液滴沿该斜面12滑下。如图13和图18所示，吸水件50紧贴该斜面12设置，斜面12可以具有多个与吸水件50匹配的凹槽，用于容纳吸水件50，凹槽可以为弧形。
如图11、7和9所示，在一个实施例中，斜面12的倾斜方向为靠近取片口15的一侧高于远离取片口15的一侧，从靠近取片口15的一侧向远离取片口15的一侧斜向下倾斜。
斜面12的倾斜角度为5°～30°，进一步，斜面12的倾斜角度为5°～15°。斜面12的倾斜角度优选为10°，能够实现较好的导流效果，并且不会占用过多的空间。
为了实现顶盖11的下表面为斜面12，本申请提供了两种顶盖11的实现形式。
图11至图14示出了本发明实施例四提供的一种顶盖11，顶盖11为楔形体，顶盖11的下表面为斜面12。另外，顶盖11的上表面为平面，箱体10为方形体。
实施例五
图15至图19示出了本发明实施例五提供的另一种顶盖11，顶盖11为倾斜设置的板状件。对于某些箱体10由于内部空间限制，无法做到箱体10内部倾斜，可以将箱体10的顶盖11做成外倾斜的，能够减小顶盖11重量，进而减小装置整体重量。
在一个实施例中，顶盖11的下表面覆盖有疏水材料层，进一步提高顶盖11排水的效果。
在一个实施例中，顶盖11和侧壁13之间通过螺钉连接。进一步地，如图19所示，在顶盖11和侧壁13的连接端设置有密封结构17，使箱体10保持良好密封性。具体地，密封结构17可以由密封条实现，材质为氟橡胶。
在一个实施例中，如图11、7、9所示，底板16上设有用于排放废气和/或废液的排放口18，排放口18与气液回收管路连通。
综上，实施例四和实施例五在箱体10顶部安装吸水件50，吸水件50可以将甩到箱体10的顶盖11的液体吸收，当吸水件50吸入液体到达一定程度后，由于重力作用，液体会沿着吸水件50最低端流下至箱体10底部，进而沿着排放口18排出箱体，可防止顶盖11污水滴落，对晶圆造成二次污染。
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 (10)

1.一种晶圆清洗装置，其特征在于，包括清洗组件和用于容纳清洗组件的箱体，所述箱体具有顶盖、侧壁和底板，在箱体顶部设置防滴液机构，用于避免顶盖的下表面的液体滴落在晶圆表面造成污染。
2.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述防滴液机构包括喷气组件，所述喷气组件沿顶盖的下表面喷射气体以驱离下表面附着的液体。
3.如权利要求2所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述顶盖具有形成为斜面的下表面，喷气组件沿所述斜面喷射气体，从而沿斜面形成由上至下的气流层。
4.如权利要求3所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述侧壁的一面设有取片口，喷气组件远离取片口设置，所述斜面从远离取片口的一侧向靠近取片口的一侧斜向下倾斜。
5.如权利要求2所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述喷气组件包括喷气杆，所述喷气杆两端通高压气体，所述高压气体的压力为0.1MPa～1MPa。
6.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述防滴液机构包括吸水件，所述吸水件可拆卸地倾斜设置在箱体顶部，用于吸收在清洗过程中溅向上方的液体，使得液体从吸水件的最低端流下。
7.如权利要求6所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述侧壁的一面设有取片口，所述吸水件的倾斜方式为从靠近取片口的一端向远离取片口的一端斜向下倾斜。
8.如权利要求6所述的晶圆清洗装置，其特征在于，相邻的吸水件之间紧密贴合以完全将顶盖与下方的清洗组件隔离。
9.如权利要求6所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述吸水件包括支撑杆和包裹在支撑杆外侧的吸水材料。
10.如权利要求1至9任一项所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述顶盖为楔形体或者倾斜设置的板状件。
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