CN117766424A - 晶圆清洗设备和晶圆清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆清洗设备和晶圆清洗方法，涉及晶圆清洗技术领域，一种晶圆清洗设备，其包括有：自密腔，所述自密腔的表面设置有与所述自密腔内部连通的排气口；旋转装置，所述旋转装置设置于所述自密腔的内部，所述旋转装置具有夹具，晶圆固定在所述夹具上，所述旋转装置驱动所述晶圆旋转；进液管路，所述进液管路上设置有喷嘴，所述喷嘴设置于所述自密腔的内部，并朝向旋转装置。可以通过真空泵与排气口连接对自密腔进行抽真空处理，将旋转装置设置于自密腔内，并带动晶圆旋转，配合自密腔的真空环境，并结合喷嘴对晶圆的药液喷洒，在清洗过程中，药液可以渗透入晶圆结构的间隙和微通孔中，可以将晶圆表面的杂质彻底清洗干净。

Description

晶圆清洗设备和晶圆清洗方法

技术领域

本发明涉及晶圆清洗技术领域，具体涉及一种晶圆清洗设备和晶圆清洗方法。

背景技术

晶圆清洗技术对电子工业，尤其是半导体工业是极为重要的。在半导体器件和集成电路的制造过程中，几乎每道工序都涉及清洗。晶圆的生产制造过程中，减少杂质是提高晶圆产品良率的关键手段。在诸多的清洗工序中，只要有其中任何一道工序达不到要求，就极有可能导致整批晶圆报废或者生产过程不流畅。由于晶圆的表面并非完全平整，因此在传统手动清洗中受空气等因素的影响，清洗剂并不能完全渗透到一些空隙与通孔结构中；如此一来，晶圆表面的杂质就极有可能无法完全清除。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中晶圆表面杂质清洗不彻底的缺陷，提供一种晶圆清洗设备和晶圆清洗方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种晶圆清洗设备，其包括有：

自密腔，所述自密腔的表面设置有与所述自密腔内部连通的排气口；

旋转装置，所述旋转装置设置于所述自密腔的内部，所述旋转装置具有夹具，晶圆固定在所述夹具上，所述旋转装置驱动所述晶圆旋转；

进液管路，所述进液管路上设置有喷嘴，所述喷嘴设置于所述自密腔的内部，并朝向所述旋转装置。

在本方案中，可以通过真空泵与排气口连接对自密腔进行抽真空处理，将旋转装置设置于自密腔内，并带动晶圆旋转，配合自密腔的真空环境，并结合喷嘴对晶圆的药液喷洒，可以完成晶圆的清洗工作，在自密腔的真空环境下进行药液喷洒，能够挤出残留在晶圆结构间隙和微通孔里的空气，并防止药液喷洒产生气泡，气泡粘附在这些微细结构中阻挡药液的浸润，进而影响清洗效果，在清洗过程中，药液可以渗透入晶圆结构的间隙和微通孔中，配合旋转装置的旋转，可以将晶圆表面的杂质彻底清洗干净。此外本方案还将晶圆清洗与真空预湿处理两个步骤紧密结合，简化了原本繁琐的操作步骤。与手动的清洗机相比，具有高自动化程度，操作方便安全，同时还能够保证工艺的一致性、系统可靠性好。

较佳地，所述自密腔还包括自密组合件和腔盖，所述自密组合件与所述腔盖连接，用于驱动所述腔盖关闭或者打开。

在本方案中，通过自密组合件可以驱动腔盖的关闭或者打开，晶圆的取出与放入更为方便，并且腔盖的开合无需人工操作，稳定性更高。

较佳地，所述自密腔还包括内层侧壁和外层侧壁，所述内层侧壁设置有多个通孔，所述内层侧壁与所述外层侧壁之间设置有间隙。

在本方案中，在旋转装置的驱动下，晶圆发生旋转，会将喷嘴喷出的液体甩到腔体的侧壁上，通过设置内层侧壁和外层侧壁，并在内层侧壁上设置多个通孔，甩到内壁上的液体可以进入到内层侧壁与外层侧壁之间的间隙中，进而液体不会回溅到晶圆上，具有防回溅的功能。

较佳地，所述内层侧壁和所述外层侧壁之间设置有真空管路，所述真空管路用于将将所述喷嘴喷出的液体排出到所述自密腔的外部。

在本方案中，通过设置真空管路，可以进一步防止回溅，并且可以将液体排出，方便对内层侧壁与外层侧壁之间的间隙进行清洁。

较佳地，所述旋转装置包括与所述夹具连接的旋转轴和与所述旋转轴连接的驱动部，所述驱动部驱动所述旋转轴旋转。

在本方案中，提供了旋转装置的一种实施方式。

较佳地，所述驱动部为电机，所述旋转轴和所述电机的外部设置有保护罩，所述电机的引线设置有密封件，所述保护罩和所述密封件用于隔离液体。

在本方案中，通过设置保护罩与密封件，能够保护电机与旋转轴不受液体的侵蚀和污染，提高了旋转装置的使用寿命，旋转装置的运行更为稳定。

较佳地，所述驱动部包括：

多个永磁体，多个所述永磁体沿所述旋转轴的径向均匀设置于所述旋转轴的外周部并且多个所述永磁体的南北极相间设置；

隔离筒，所述隔离筒套设于所述旋转轴的外周部；

与所述永磁体相对应的线圈组，所述线圈组对应所述永磁体设置于隔离筒上。

在本方案中，通过隔离筒可以防止驱动部受到外部液体的侵蚀和污染，驱动部的运行可以更为稳定，通过对线圈组改变通电电流方向，线圈组可以产生南北极相同的磁场，按顺序改变线圈组的电流方向就形成的旋转磁场，旋转磁场和旋转轴上设置的南北极相间的永磁体通过同性相斥异性相吸的磁极原理产生跟随旋转磁场的旋转运动，控制电流的大小就控制了旋转速度，通过控制电流改变的顺序就可以实现顺时针或逆时针旋转。

较佳地，所述喷嘴包括设置于所述自密腔顶部的第一喷嘴和设置于所述夹具底部的第二喷嘴，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴用于喷射清洗液和/或干燥气体。

在本方案中，通过第一喷嘴和第二喷嘴可以同时对晶圆的正面和背面进行清洗和干燥，晶圆的清洗效果更佳。

较佳地，所述自密腔还包括废液排放口，所述废液排放口设置于所述自密腔的底部，所述废液排放口处设置有阀门。

在本方案中，通过设置废液排放口，在清洗完成后，方便排出自密腔内部的废液。

较佳地，所述自密腔还包括电磁阀，所述电磁阀设置于所述进液管路和/或排气口处。

在本方案中，通过设置电磁阀，对进液管路和/或排气口的控制更为方便。

一种晶圆清洗方法，其采用如上所述的晶圆清洗设备，所述晶圆清洗方法包括以下步骤：

S10、打开腔盖，将晶圆的正面朝上并固定在自密腔内的旋转装置的夹具上；

S20、关闭腔盖，通过排气口对所述自密腔进行抽真空处理；

S30、对所述晶圆喷洒浸润液；

S40、通过所述旋转装置对所述晶圆进行旋转清洗；

S50、向自密腔内通入气体并恢复常压后，打开腔盖，取出所述晶圆。

在本方案中，采用此方法，可以在真空环境下对晶圆进行浸润处理，并将晶圆的浸润处理与晶圆的旋转清洗两个步骤紧密结合，简化了原本繁琐的操作步骤，与手动的清洗机相比，具有高自动化程度，操作方便安全，同时还能够保证工艺的一致性、系统可靠性好，通过在真空环境下，对晶圆进行真空浸润处理和旋转清洗，在整个过程中，药液可以渗透入晶圆结构的间隙和微通孔中，配合旋转装置的旋转，可以将晶圆表面的杂质彻底清洗干净。

较佳地，所述步骤S30之后还包括：

S31、对所述自密腔进行抽真空。

在本方案中，可以保持自密腔内部的真空度，进而提升对晶圆浸润的效果。

较佳地，所述步骤S31之后还包括：

S32、对所述晶圆继续喷洒浸润液；

S33、重复步骤S31和S32，直至所述自密腔内的压力和所述晶圆浸润达到设定条件。

在本方案中，对晶圆喷洒浸润液与对自密腔抽真空交替进行，能够极大的提升晶圆的浸润效果，将晶圆表面的污染残留和氧化膜取出。

较佳地，所述步骤S40包括：

S41、旋转装置驱动晶圆旋转，并对所述晶圆喷洒化学药液进行清洗；

S42、停止对所述晶圆喷洒化学药液，开始对所述晶圆喷洒去离子水；

S43、停止对所述晶圆喷洒去离子水，对所述晶圆进行干燥。

本发明的积极进步效果在于：

1、在本发明中，可以通过真空泵与排气口连接对自密腔进行抽真空处理，将旋转装置设置于自密腔内，并带动晶圆旋转，配合自密腔的真空环境，并结合喷嘴对晶圆的药液喷洒，可以完成晶圆的清洗工作，在自密腔的真空环境下进行药液喷洒，能够挤出残留在晶圆结构间隙和微通孔里的空气，并防止药液喷洒产生气泡，气泡粘附在这些微细结构中阻挡药液的浸润，进而影响清洗效果，在清洗过程中，药液可以渗透入晶圆结构的间隙和微通孔中，配合旋转装置的旋转，可以将晶圆表面的杂质彻底清洗干净。此外本方案还将晶圆清洗与真空预湿处理两个步骤紧密结合，简化了原本繁琐的操作步骤。与手动的清洗机相比，具有高自动化程度，操作方便安全，同时还能够保证工艺的一致性、系统可靠性好。

2、在本发明中，采用此方法，可以在真空环境下对晶圆进行浸润处理，并将晶圆的浸润处理与晶圆的旋转清洗两个步骤紧密结合，简化了原本繁琐的操作步骤，与手动的清洗机相比，具有高自动化程度，操作方便安全，同时还能够保证工艺的一致性、系统可靠性好，通过在真空环境下，对晶圆进行真空浸润处理和旋转清洗，在整个过程中，药液可以渗透入晶圆结构的间隙和微通孔中，配合旋转装置的旋转，可以将晶圆表面的杂质彻底清洗干净。

附图说明

图1为本发明实施例1的晶圆清洗设备的结构示意图；

图2为本发明实施例2的晶圆清洗方法的流程图。

自密腔100

腔盖110

旋转装置200

夹具210

排气口300

自密组合件400

废液排放口500

晶圆600

进气口700

喷嘴800

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。

实施例1

如图1所示，在本实施例中提供了一种晶圆清洗设备，其包括有：自密腔100、旋转装置200和进液管路，自密腔100的表面设置有与自密腔100内部连通的排气口300，旋转装置200设置于自密腔100的内部，旋转装置200具有夹具210，晶圆600固定在夹具210上，旋转装置200驱动晶圆600旋转，进液管路上设置有喷嘴800，喷嘴800设置于自密腔100的内部，并朝向旋转装置200。

可以通过真空泵与排气口300连接对自密腔100进行抽真空处理，将旋转装置200设置于自密腔100内，并带动晶圆600旋转，配合自密腔100的真空环境，并结合喷嘴800对晶圆600的药液喷洒，可以完成晶圆600的清洗工作，在自密腔100的真空环境下进行药液喷洒，能够挤出残留在晶圆600结构间隙和微通孔里的空气，并防止药液喷洒产生气泡，气泡粘附在这些微细结构中阻挡药液的浸润，进而影响清洗效果，在清洗过程中，药液可以渗透入晶圆600结构的间隙和微通孔中，配合旋转装置200的旋转，可以将晶圆600表面的杂质彻底清洗干净。此外本方案还将晶圆600清洗与真空预湿处理两个步骤紧密结合，简化了原本繁琐的操作步骤。与手动的清洗机相比，具有高自动化程度，操作方便安全，同时还能够保证工艺的一致性、系统可靠性好。

其中，在本实施例中夹具210选用三爪卡盘。

在本实施例中，自密腔100还包括自密组合件400和腔盖110，自密组合件400与腔盖110连接，用于驱动腔盖110关闭或者打开。通过自密组合件400可以驱动腔盖110的关闭或者打开，晶圆600的取出与放入更为方便，并且腔盖110的开合无需人工操作，稳定性更高。

具体地，自密组合件400对称设置在自密腔100的两侧，自密组合件400可以选用电缸或者气缸等能够产生直线运动的组件，自密组合件400的位移部与腔盖110连接，进而带动腔盖110上下移动，从而使的腔盖110能够自动的开合。

在本实施例中，自密腔100仅设置一层侧壁。

在其他实施例中，自密腔100还可以设置两层侧壁，自密腔100包括内层侧壁和外层侧壁，内层侧壁设置有多个通孔，内层侧壁与外层侧壁之间设置有间隙。在旋转装置200的驱动下，晶圆600发生旋转，会将喷嘴800喷出的液体甩到腔体的侧壁上，通过设置内层侧壁和外层侧壁，并在内层侧壁上设置多个通孔，甩到内壁上的液体可以进入到内层侧壁与外层侧壁之间的间隙中，进而液体不会回溅到晶圆600上，具有防回溅的功能。其中，内层侧壁和外层侧壁之间设置有真空管路，真空管路用于将将喷嘴800喷出的液体排出到自密腔100的外部。通过设置真空管路，可以进一步防止回溅，并且可以将液体排出，方便对内层侧壁与外层侧壁之间的间隙进行清洁。

在本实施例中，旋转装置200包括与夹具210连接的旋转轴和与旋转轴连接的驱动部，驱动部驱动旋转轴旋转。提供了旋转装置200的一种实施方式。

具体地，驱动部可以为电机，旋转轴和电机的外部设置有保护罩，电机的引线设置有密封件，保护罩和密封件用于隔离液体。通过设置保护罩与密封件，能够保护电机与旋转轴不受液体的侵蚀和污染，提高了旋转装置200的使用寿命，旋转装置200的运行更为稳定。

在其他实施例中，驱动部包括：多个永磁体、隔离筒(图中未示出)和与永磁体相对应的线圈组，多个永磁体沿旋转轴的径向均匀设置于旋转轴的外周部并且多个永磁体的南北极相间设置，隔离筒套设于旋转轴的外周部，线圈组对应永磁体设置于隔离筒上。通过隔离筒可以防止驱动部受到外部液体的侵蚀和污染，驱动部的运行可以更为稳定，通过对线圈组改变通电电流方向，线圈组可以产生南北极相同的磁场，按顺序改变线圈组的电流方向就形成的旋转磁场，旋转磁场和旋转轴上设置的南北极相间的永磁体通过同性相斥异性相吸的磁极原理产生跟随旋转磁场的旋转运动，控制电流的大小就控制了旋转速度，通过控制电流改变的顺序就可以实现顺时针或逆时针旋转。

在本实施例中，喷嘴800包括设置于自密腔100顶部的第一喷嘴和设置于夹具210底部的第二喷嘴，第一喷嘴和第二喷嘴用于喷射清洗液和/或干燥气体。通过第一喷嘴和第二喷嘴可以同时对晶圆600的正面和背面进行清洗和干燥，晶圆600的清洗效果更佳。具体地，清洗液可以为去离子水、异丙醇等化学药液，干燥气体可以采用氮气或者洁净的空气。

在本实施例中，自密腔100还包括废液排放口500，废液排放口500设置于自密腔100的底部，废液排放口500处设置有阀门。通过设置废液排放口500，在清洗完成后，方便排出自密腔100内部的废液。

此外，在本实施例中，自密腔还设置有进气口700，可以通过进气口700对自密腔通入气体，使自密腔恢复常压。

在本实施例中，自密腔100还包括电磁阀，电磁阀设置于进液管路和排气口300处。通过设置电磁阀，对进液管路和排气口300的控制更为方便。当然，在其他实施例中，电磁阀也可以仅设置于进液管路或者排气口300上。

实施例2

如图2所示，本实施例提供了一种晶圆清洗方法，其采用如上实施例1中的晶圆清洗设备，晶圆清洗方法包括以下步骤：

S10、打开腔盖，将晶圆的正面朝上并固定在自密腔内的旋转装置的夹具上。

S20、关闭腔盖，通过排气口对自密腔进行抽真空处理。

S30、对晶圆喷洒浸润液。

S40、通过旋转装置对晶圆进行旋转清洗。

S50、向自密腔内通入气体并恢复常压后，打开腔盖，取出晶圆。

采用此方法，可以在真空环境下对晶圆进行浸润处理，并将晶圆的浸润处理与晶圆的旋转清洗两个步骤紧密结合，简化了原本繁琐的操作步骤，与手动的清洗机相比，具有高自动化程度，操作方便安全，同时还能够保证工艺的一致性、系统可靠性好，通过在真空环境下，对晶圆进行真空浸润处理和旋转清洗，在整个过程中，药液可以渗透入晶圆结构的间隙和微通孔中，配合旋转装置的旋转，可以将晶圆表面的杂质彻底清洗干净。

其中，步骤S20中的真空度在20-70Torr。

其中，浸润液可以为去离子水或者异丙醇等化学药液。

在本实施例中，步骤S30之后还包括：

S31、对自密腔进行抽真空。可以保持自密腔内部的真空度，进而提升对晶圆浸润的效果。

在本实施例汇总，步骤S31之后还包括：

S32、对晶圆继续喷洒浸润液；

S33、重复步骤S31和S32，直至自密腔内的压力和晶圆浸润达到设定条件。

对晶圆喷洒浸润液与对自密腔抽真空交替进行，能够极大的提升晶圆的浸润效果，将晶圆表面的污染残留和氧化膜取出，当自密腔内的压力处于20-70Torr并且晶圆浸润完成便可以停止。

在本实施例中，步骤S40具体包括：

S41、旋转装置驱动晶圆旋转，并对晶圆喷洒化学药液进行清洗；

S42、停止对晶圆喷洒化学药液，开始对晶圆喷洒去离子水；

S43、停止对晶圆喷洒去离子水，对晶圆进行干燥。

在步骤S41中，晶圆的转速在30-50rpm，此转速下，有利于清洗药液浸润到微细结构里，产生清洗效果。

在步骤S42中，晶圆的转速在200-400rpm，此转速下，有利于去离子水迅速替代晶圆表面的化学清洗液。

在步骤S43中，晶圆的转速在1000-1800rpm，有利于通过物理离心力快速将去离子水液膜甩干。

其中，在进行干燥时可以通入氮气进行干燥，氮气的流量为5～30L/min。

具体地，去离子水的流量为0.2-1L/min。氮气和去离子水的压力为1～4kgf。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种晶圆清洗设备，其特征在于，其包括有：

自密腔，所述自密腔的表面设置有与所述自密腔内部连通的排气口；

旋转装置，所述旋转装置设置于所述自密腔的内部，所述旋转装置具有夹具，晶圆固定在所述夹具上，所述旋转装置驱动所述晶圆旋转；

进液管路，所述进液管路上设置有喷嘴，所述喷嘴设置于所述自密腔的内部，并朝向所述旋转装置。

2.如权利要求1所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述自密腔还包括自密组合件和腔盖，所述自密组合件与所述腔盖连接，用于驱动所述腔盖关闭或者打开。

3.如权利要求1所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述自密腔还包括内层侧壁和外层侧壁，所述内层侧壁设置有多个通孔，所述内层侧壁与所述外层侧壁之间设置有间隙。

4.如权利要求3所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述内层侧壁和所述外层侧壁之间设置有真空管路，所述真空管路用于将将所述喷嘴喷出的液体排出到所述自密腔的外部。

5.如权利要求1所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述旋转装置包括与所述夹具连接的旋转轴和与所述旋转轴连接的驱动部，所述驱动部驱动所述旋转轴旋转。

6.如权利要求5所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述驱动部为电机，所述旋转轴和所述电机的外部设置有保护罩，所述电机的引线设置有密封件，所述保护罩和所述密封件用于隔离液体。

7.如权利要求5所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述驱动部包括：

多个永磁体，多个所述永磁体沿所述旋转轴的径向均匀设置于所述旋转轴的外周部并且多个所述永磁体的南北极相间设置；

隔离筒，所述隔离筒套设于所述旋转轴的外周部；

与所述永磁体相对应的线圈组，所述线圈组对应所述永磁体设置于所述隔离筒上。

8.如权利要求5所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述喷嘴包括设置于所述自密腔顶部的第一喷嘴和设置于所述夹具底部的第二喷嘴，所述第一喷嘴和所述第二喷嘴用于喷射清洗液和/或干燥气体。

9.如权利要求1所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述自密腔还包括废液排放口，所述废液排放口设置于所述自密腔的底部，所述废液排放口处设置有阀门。

10.如权利要求1所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述自密腔还包括电磁阀，所述电磁阀设置于所述进液管路和/或排气口处。

11.一种晶圆清洗方法，其特征在于，其采用如权1-10任一项所述的晶圆清洗设备，所述晶圆清洗方法包括以下步骤：

S10、打开腔盖，将晶圆的正面朝上并固定在自密腔内的旋转装置的夹具上；

S20、关闭腔盖，通过排气口对所述自密腔进行抽真空处理；

S30、对所述晶圆喷洒浸润液；

S40、通过所述旋转装置对所述晶圆进行旋转清洗；

S50、向自密腔内通入气体并恢复常压后，打开腔盖，取出所述晶圆。

12.如权利要求11所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述步骤S30之后还包括：

S31、对所述自密腔进行抽真空。

13.如权利要求12所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述步骤S31之后还包括：

S32、对所述晶圆继续喷洒浸润液；

S33、重复步骤S31和S32，直至所述自密腔内的压力和所述晶圆浸润达到设定条件。

14.如权利要求11所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述步骤S40包括：

S41、旋转装置驱动晶圆旋转，并对所述晶圆喷洒化学药液进行清洗；

S42、停止对所述晶圆喷洒化学药液，开始对所述晶圆喷洒去离子水；

S43、停止对所述晶圆喷洒去离子水，对所述晶圆进行干燥。