CN114695162A - 基板清洗系统及基板清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基板清洗系统，包括腔室和设置在腔室内的支撑卡盘和喷淋单元，基板固定在支撑卡盘上；喷淋单元用于将冲洗液喷淋到基板上以对基板进行清洗，其中，喷淋单元包括喷嘴，在喷嘴中设置有以向外倾斜的结构配置的多个排出管，以使通过排出管排出的冲洗液均匀地喷淋到基板的表面。本发明通过可以伸缩的挡板在支撑卡盘不旋转的状态之下来承接漂洗之后的冲洗液，并使其流入到排出层进行处理；喷嘴设计有不同角度的同心圆孔/淋浴孔，以保证整个基板有液体流过；在卡盘不旋转时，液体流动缺乏向外的力，因此设计了喷嘴臂旋转来提供液体流动的向外力。

Description

基板清洗系统及基板清洗方法

技术领域

本发明涉及晶圆制造技术领域，尤其涉及一种基板清洗系统及基板清洗方法。

背景技术

在集成电路的工艺处理中，相对较大的硅衬底(也称为晶圆)需经过许多独立的工艺步骤，以在其表面上形成多个独立的集成电路。用于形成这些集成电路的步骤可以是多种类型的，其包括掩膜、蚀刻、沉积、扩散、离子注入和抛光等，以及许多其他的步骤。通常，在上述各个工艺步骤之间，晶圆必须进行清洁步骤。清洗步骤可帮助确保该集成电路免遭污染物的侵袭，这些污染物可能会在集成电路精密的结构内造成有害的缺陷。

图1所示为现有技术中利用湿法清洁的基板清洗系统的典型组成示意图。如图1所示，该腔室包括卡盘10(卡盘用于承载晶片并旋转，提供离心力使得晶片上的化学物质向外洒出，转速为300～2000rpm)、多个排出层21、22、23(在不同的排出层上回收或排出不同的化学物质，每个排出层的左右两端各有一个固定不可伸缩的挡板)、导向臂30(用于向向晶圆表面提供化学物质，可设置为在晶圆上来回摆动或在晶圆中心保持静止)、喷嘴40(化学物质的唯一出口)。在BEOL湿法清洗工艺的最后一步，使用溶剂(比如，DIW)清洗前一步的残留物。然而，清洗过程中，晶圆表面容易累积静电电荷。采用DIW清洗晶圆表面时，一方面DIW导电率低，其冲洗不利于静电荷释放；另一方面，冲洗过程中摩擦产生的静电在晶圆表面积聚。这种静电聚焦容易损坏集成电路中某些含有金属材质的功能结构，比如铜。

目前去除静电的方法是添加添加剂以提高导电性。例如，DICO2/稀释-NH4OH可以有效地去除静电，但是添加剂又会与Cu反应产生额外的腐蚀。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基板清洗系统及基板清洗方法。

本发明所采用的技术方案是：构造一种基板清洗系统，包括腔室和设置在所述腔室内的支撑卡盘和喷淋单元，所述基板固定在所述支撑卡盘上；所述喷淋单元用于将冲洗液喷淋到所述基板上以对所述基板进行清洗，其中，所述喷淋单元包括喷嘴，在所述喷嘴中设置有以向外倾斜的结构配置的多个排出管，以使通过所述排出管排出的所述冲洗液均匀地喷淋到所述基板的表面。

在本发明提供的基板清洗系统中，所述喷嘴被配置为可旋转。

在本发明提供的基板清洗系统中，在所述喷嘴设有喷嘴开口，所述多个排出管与所述喷嘴开口连接并从所述喷嘴开口向所述支撑卡盘倾斜向下延伸，所述多个排出管的下端在同一平面内形成多个喷淋孔。

在本发明提供的基板清洗系统中，所述喷淋孔为圆孔、圆弧孔、方孔、三角形孔或多边形孔中的至少一种。

在本发明提供的基板清洗系统中，所述喷嘴设有第一流体通道，且所述多个排出管设置在沿着所述第一流体通道轴向方向上的不同高度，和/或所述多个排出管设置在环绕所述第一流体通道的同一高度的外围。

在本发明提供的基板清洗系统中，所述排出管的长度沿着所述第一流体通道的轴向方向由上而下逐渐递减。

在本发明提供的基板清洗系统中，所述喷淋单元还包括喷嘴臂，所述喷嘴臂设有第二流体通道，所述第二流体通道的上部与外部冲洗液管相连，所述第二流体通道的下部与所述喷嘴连接。

在本发明提供的基板清洗系统中，所述支撑卡盘被配置为可固定不旋转。

在本发明提供的基板清洗系统中，在沿所述腔室的内壁上在不同高度处配置有多个排出层，以将喷淋在所述基板表面的所述冲洗液导出所述腔室；所述排出层连接有可伸缩挡板；所述支撑卡盘设有与可伸缩挡板卡位连接的开口，所述支撑卡盘可在腔室内垂直上下移动至预设高度，与对应挡板卡接，以实现不同工艺清洁衬底。

根据本发明的另一方面还提供根据如上所述的基板清洗系统清洗基板的方法，包括以下步骤：

控制支撑卡盘升降至与冲洗液排出层对应的高度，并保持所述支撑卡盘静止不动；

控制与冲洗液排出层对应的挡板延伸至与所述支撑卡盘开口抵接；

控制喷嘴臂移动到基板中心；

通过喷嘴向基板表面喷淋冲洗液；

当冲洗过程结束时，控制与冲洗液排出口对应的挡板缩回至原始长度。

本发明的基板清洗系统及基板清洗方法，具有以下有益效果：在本发明提供的基板清洗系统中，支撑卡盘配置为不可旋转，可以减少冲洗化学物质和基板表面之间的摩擦产生的静电，通过可以伸缩的挡板在支撑卡盘不旋转的状态之下来承接漂洗之后的冲洗液，并使其流入到排出层进行处理；新喷嘴的设计为在同一平面内形成多个喷淋孔或在不同高度处设置多个喷淋孔，以供应化学物质，从而保证整个基板有液体流过；在卡盘不旋转时，液体流动缺乏向外的力，因此设计了喷嘴臂旋转来提供液体流动的向外力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1所示为现有技术中利用湿法清洁的基板清洗系统的典型组成示意图；

图2所示为本发明一实施例提供的基板清洗系统的典型组成示意图；

图3(a)-(c)所示是本发明一实施例提供的喷嘴单元的示意图；

图4(a)-(c)所示是本发明另一实施例提供的喷嘴单元的示意图；

图5是使用本发明提供的基板清洗系统进行基板清洗的方法流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

如上所述，在流经晶片的DIW表面上的静态累积量与晶片的旋转速度有关。考虑到当前的湿法清洁单晶片工具只能在晶片旋转的状态下进行处理，在低转速下，静电积聚可以大大减少。本发明提出了一种基板清洗系统，可以有效地冲洗晶片的表面，并在不要求晶片旋转的情况下大大减少静电的积累。

图2所示为本发明一实施例提供的基板清洗系统的典型组成示意图。如图2所示，本发明提供的基板清洗系统包括腔室和设置在所述腔室内的支撑卡盘210和喷淋单元，所述基板固定在所述支撑卡盘210上，所述支撑卡盘210沿着所述腔室垂直移动以停在不同的高度并通过不同的工艺清洗所述基板；所述喷淋单元用于将冲洗液喷淋到所述基板上以对所述基板进行清洗，其中，所述喷淋单元包括喷嘴220和喷嘴臂230，在所述喷嘴220中设置有以向外倾斜的结构配置的多个排出管，以使通过所述排出管排出的所述冲洗液均匀地喷淋到所述基板的表面。所述支撑卡盘配置为不可旋转。

具体地，在本发明一实施例中，在沿所述腔室的内壁上在不同的高度处配置有多个排出层240，以将喷淋在所述基板表面的所述冲洗液导出所述腔室；每一所述排出层两侧各连接有一可伸缩挡板2401；所述支撑卡盘设有与可伸缩挡板卡位连接的开口。在所述支撑卡盘不旋转时，所述挡板会延伸至与所述支撑卡盘的开口卡接；所述支撑卡盘可在腔室内垂直上下移动至预设高度，与对应挡板卡接，以实现不同工艺清洁衬底。在支撑卡盘通过开口卡接至挡板的情况下，当化学物质从卡盘流出时，会流向挡板，流出腔室。在卡盘垂直移动时，不同层的挡板保持相同的长度。在清洗基板时，支撑卡盘旋转会增加清洗的效果，清洗液藉由旋转产生的离心力,撒至排出层进行处理，此时挡板不需要进行伸长。在DIW漂洗时，支撑卡盘在不旋转时，会大幅减少DIW漂洗过程中产生的静电。因此，通过可以伸缩的挡板在支撑卡盘不旋转的状态之下来承接漂洗之后的冲洗液，并使其流入到排出层进行处理。

具体地，在本发明一实施例中，所述喷嘴配置为可旋转，所述喷嘴臂可旋转。在本发明中，喷嘴臂可以定点旋转，以增大液体流动的向外离心力。

图3(a)-(c)所示是本发明一实施例提供的喷嘴单元的示意图。如图3(a)所示，在所述喷嘴臂230中设置有第二流体通道2310，所述第二流体通道上部与外部冲洗液管道相连，所述第二流体通道下部与喷嘴连接。喷嘴顶部设有喷嘴开口2340，所述多个排出管2320从所述喷嘴开口2340连接并从所述喷嘴开口2340向所述支撑卡盘倾斜向下延伸，所述多个排出管的下端在同一平面内形成多个喷淋孔2330。所述喷淋孔为圆孔、圆弧孔、方孔、三角形孔或多边形孔中的至少一种。由于支撑卡盘不旋转的状态之下,无法确保冲洗液可以喷淋到全部的基板，因此在本发明中设计了一种新的喷嘴单元，拥有多个不同角度的出口端,在喷嘴臂移至定点后进行处理时,确保基板整面都可以喷到冲洗液。其中，喷嘴的形状,设计成淋浴喷头的形态,在其底部的孔洞形状,可以是同心圆(图3(b))/或是具有很多的孔洞(图3(c))。孔的角度设计因孔的同心圆或孔的喷淋而异，可扩大基板清洗的面积。

图4(a)-(c)所示是本发明另一实施例提供的喷嘴单元的示意图。如图4(a)-(c)所示，所述喷嘴220包括上半部2210和下半部2220，所述喷嘴设有第一流体通道2350，所述第一流体通道贯穿所述上半部和所述下半部，且所述多个排出管设置在沿着所述第一流体通道2350轴向方向的不同高度，和/或所述多个排出管设置在环绕所述第一流体通道的同一高度的外围；所述排出管的长度沿着所述第一流体通道的轴向方向由上而下逐渐递减，所述多个排出管的下端在所述下半部的侧壁上形成多个喷淋孔2330。

在本发明提供的基板清洗系统中，支撑卡盘设计为不旋转，以减少冲洗化学物质和基板表面之间的摩擦产生的静电。新喷嘴的设计有不同角度的同心圆孔/淋浴孔，以供应化学物质，从而保证整个基板有液体流过。在卡盘不旋转时，液体流动缺乏向外的力，因此设计了喷嘴臂旋转来提供液体流动的向外力。

图5是使用本发明提供的基板清洗系统进行基板清洗的方法流程图，包括以下步骤：

步骤S1、控制支撑卡盘升降至与冲洗液排出层对应的高度，并保持所述支撑卡盘静止不旋转；

步骤S2、控制与冲洗液排出层对应的挡板延伸至与所述支撑卡盘开口抵接；

步骤S3、控制喷嘴臂移动到基板中心；

步骤S4、通过喷嘴向基板表面喷淋冲洗液；

步骤S5、当冲洗过程结束时，控制与冲洗液排出层对应的挡板缩回至原始长度。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种基板清洗系统，其特征在于，包括腔室和设置在所述腔室内的支撑卡盘和喷淋单元，所述基板固定在所述支撑卡盘上；所述喷淋单元用于将冲洗液喷淋到所述基板上以对所述基板进行清洗，其中，所述喷淋单元包括喷嘴，在所述喷嘴中设置有以向外倾斜的结构配置的多个排出管，以使通过所述排出管排出的所述冲洗液均匀地喷淋到所述基板的表面。

2.根据权利要求1所述的基板清洗系统，其特征在于，所述喷嘴被配置为可旋转。

3.根据权利要求1或2所述的基板清洗系统，其特征在于，所述喷嘴设有喷嘴开口，所述多个排出管与所述喷嘴开口连接并从所述喷嘴开口向所述支撑卡盘倾斜向下延伸，所述多个排出管的下端在同一平面内形成多个喷淋孔。

4.根据权利要求3所述的基板清洗系统，其特征在于，所述喷淋孔为圆孔、圆弧孔、方孔、三角形孔或多边形孔中的至少一种。

5.根据权利要求1或2所述的基板清洗系统，其特征在于，所述喷嘴设有第一流体通道，且所述多个排出管设置在沿着所述第一流体通道轴向方向的不同高度，和/或所述多个排出管设置在环绕所述第一流体通道的同一高度的外围。

6.根据权利要求5所述的基板清洗系统，其特征在于，所述排出管的长度沿着所述第一流体通道的轴向方向由上而下逐渐递减。

7.根据权利要求1或2所述的基板清洗系统，其特征在于，所述喷淋单元还包括喷嘴臂，所述喷嘴臂设有第二流体通道，所述第二流体通道的上部与外部冲洗液管相连，所述第二流体通道的下部与所述喷嘴连接。

8.根据权利要求1所述的基板清洗系统，其特征在于，所述支撑卡盘被配置为可固定不旋转。

9.根据权利要求1所述的基板清洗系统，其特征在于，在沿所述腔室的内壁上在不同高度处配置有多个排出层，以将喷淋在所述基板表面的所述冲洗液导出所述腔室；所述排出层连接有可伸缩挡板，所述支撑卡盘设有与可伸缩挡板卡位连接的开口，所述支撑卡盘可在腔室内垂直上下移动至预设高度，与对应挡板卡接，以实现不同工艺清洁衬底。

10.一种根据权利要求1-9所述的基板清洗系统清洗基板的方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制支撑卡盘升降至与冲洗液排出层对应的高度，并保持支撑卡盘静止不旋转；

控制与冲洗液排出层对应的挡板延伸至与所述支撑卡盘开口抵接；

控制喷嘴臂移动到基板中心；

通过喷嘴向基板表面喷淋冲洗液；

当冲洗过程结束时，控制与冲洗液排出层对应的挡板缩回至原始长度。

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