CN1447392A - 用于制造半导体器件的强声波清洗设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于去掉晶片上的污染物颗粒的强声波清洗设备。强声波清洗设备包括压电变换器和能量传输棒。压电变换器用于产生强声波能量。沿着晶片径向安装在晶片上的能量传输棒用于给晶片上的清洗液分配能量和用于振动清洗液。能量传输棒的形状和尺寸使得通过清洗液在晶片径向均匀分配能量，由此从晶片去掉污染物颗粒。

Description

用于制造半导体器件的强声波清洗设备
技术领域
本发明涉及用于制造半导体器件的强声波(Megasonic)清洗设备，特别是，涉及能获得足够程度的清洗效果和防止图形升高的强声波清洗设备。
背景技术
通过半导体器件集成度的增加，图形尺寸和图形间的间隔变得非常小。相应地，由于存在于晶片表面的污染物颗粒将引起在后续工艺中的不良图形，例如保留在由导电膜形成的图形之间的污染物颗粒将使半导体器件无效，因此清洗晶片变得非常重要。
通过将精细图形的尺寸减小到1μm或以下，污染物颗粒的可允许尺寸也减小。这样，由于对晶片的强粘附力，通过常规清洗方法很难去掉那些小污染物颗粒。
已经提出了很多用于提高清洗效率的方法，以便有效地提供能克服要从晶片去掉的材料的粘附力的力。
一种用于去掉污染物颗粒的建议方法是采用强声波清洗设备。该强声波清洗设备采用以高频搅动的流体流。使用的流体可以是例如去离子水。流体流射在晶片上以便从晶片表面和/或晶片的凹入表面去掉污染物颗粒。
强声波清洗设备基本上包括用于产生强声波能量的压电变换器和用于将由压电变换器产生的能量传输到流体媒质上的能量传输装置。通过能量传输装置传输的能量搅动流体媒质，以使流体媒质具有高频率。这个被搅动的媒质使晶片表面振动，，使污染物颗粒从晶片表面物理地分离。
图1表示具有用做能量传输装置的石英棒20的常规强声波清洗设备。石英棒20将由压电变换器10产生的能量传输给流体媒质，即清洗液15，并具有圆柱形清洗部20a和锥形后部20b。通过石英棒20传输的能量以高频搅动清洗液15。振动的清洗液15使晶片30振动，并从晶片30的表面去掉污染物颗粒。此时，晶片30的整个表面通过沿着设置在晶片30下面的旋转板40的旋转而被旋转清洗。
在常规强声波清洗设备中，从石英棒20通过清洗液15施加于晶片30的能量在石英棒20的长度方向即从晶片边缘E到晶片中心C在晶片30上不是均匀的。
图2示出了表示根据图1的设备传输给晶片的能量根据晶片上的位置而变化的曲线。参见图2，最大能量施加于晶片边缘E，并且施加于晶片30的能量向晶片中心C减小。就是说，常规强声波清洗设备将能量集中在晶片边缘E。这就产生了这样一种现象，即由于晶片边缘E上的清洗液15首先接触石英棒20，因此最大能量产生于晶片边缘E。
相应地，由压电变换器10产生的能量必须增加以保证施加相对少量能量的晶片中心C具有足够的清洗效果。然而，如果为获得足够的清洗效果而增加能量，晶片边缘E接收过量的能量，导致严重的问题，即位于晶片边缘E周围的图形P升高。因此，需要一种能在整个晶片上传输最佳能量用以有效地清洗晶片和防止图形升高的强声波清洗设备。
发明内容
提供一种用于去掉晶片上的污染物颗粒的强声波清洗设备。该强声波清洗设备包括：用于产生强声波能量的压电变换器；和沿着晶片径向安装在晶片上的能量传输棒，用于将强声波能量分配给晶片上的清洗液并用于振动清洗液，其中能量传输棒被做成规定形状和尺寸，以便在晶片径向通过清洗液均匀地分配能量，从而从晶片上去掉污染物颗粒。
根据本发明的实施例，能量传输棒在径向消耗变化量的能量。能量传输棒是由惰性无污染材料形成的。无污染材料是蓝宝石、碳化硅、氮化硼、玻璃质碳和石英。
根据本发明的实施例，该能量传输棒具有第一端和第二端，第一端的直径小于第二端的直径。该能量传输棒包括引导端、细长前部和锥形后部，锥形后部的截面直径大于前部。引导端位于晶片中心之上。该能量传输棒包括形成在细长前部中的凹槽，从而使能量在晶片上均匀分配。凹槽是由在晶片边缘上的细长前部的位置到引导端形成的。凹槽形成为半锥形形状，因此在细长前部的位置具有最大半径。凹槽与引导端相对的一端从晶片边缘上的位置开始逐渐变浅。凹槽与引导端相对的一端是倾斜的。凹槽用清洗液填充，以便一部分能量被填充在凹槽中的清洗液消耗。
根据本发明的实施例，该强声波清洗设备还包括用于盛装清洗液和晶片的容器，其中能量传输棒的细长前部位于该容器内。该强声波清洗设备还包括位于该容器内的旋转板，该旋转板用于支撑和旋转晶片。该强声波清洗设备还包括安装在晶片上的清洗液喷嘴，以便在能量传输棒和晶片以及凹槽之间喷射清洗液。
还提供一种用于将强声波清洗设备中的强声波能量均匀地分配给晶片上的清洗液的方法，该方法包括以下步骤：采用压电变换器产生强声波能量；在沿着晶片径向设置的能量传输棒上分配强声波能量；在沿着径向分配能量时通过能量控制元件改变强声波能量。
附图的简要说明
通过下面参照附图详细介绍本发明的最佳实施例，使本发明的上述目的和优点更清楚，其中：
图1表示常规强声波清洗设备；
图2示出了表示根据图1的设备被传输给晶片的能量根据晶片上的位置而变化的曲线；
图3是根据本发明实施例的强声波清洗设备的顶视图；
图4是图3的设备的侧视截面图；
图5是表示形成在图3和4的能量传输棒上的凹槽的透视图；
图6是表示传输给晶片的能量相对于图3和图4的晶片上的位置的曲线；和
图7是表示根据本发明的另一实施例形成在图3和4的能量传输棒上的凹槽的侧视截面图。
具体实施方式
下面将参照附图详细介绍本发明的实施例。但是，本发明的实施例可以修改成各种其它形式，并且本发明的范围不限于这些实施例。本发明包括被包含在由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的替换形式、改型和等效形式。附图中相同的参考符号表示相同的部件。
图3是根据本发明的实施例的强声波清洗设备的顶视图，图4是图3的设备的侧视截面图。
参见图3和4，该强声波清洗设备包括压电变换器110和与压电变换器110相连并在径向设置在晶片130上面的能量传输棒120。压电变换器110产生强声波能量。能量传输棒120将压电变换器110产生的强声波能量传输给晶片130上的清洗液115，使清洗液振动。通过振动的清洗液115由能量传输棒120将强声波能量施加于晶片130，并使晶片130上的污染物颗粒振动松散，以便从晶片130去掉这些污染物颗粒。
根据本发明的实施例，能量传输棒120优选由惰性无污染材料形成，可以有效地传输由压电变换器110产生的强声波能量。更优选的是，能量传输棒120可由蓝宝石、碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、玻璃质碳或石英形成。
能量传输棒120被设计成通过振动的清洗液115给晶片130施加均匀的能量，以便去掉污染物颗粒。根据本发明的实施例，能量传输棒120的形状和尺寸形成为可以改变流过它的清洗液115的量，因此可以形成施加于晶片130的均匀能量。关于晶片130的位置，变化取决于能量传输棒120的形状。能量传输棒120是棒型，并且能量传输棒120的一端具有比另一端小的半径。能量传输棒120具有引导端120c、细长前部120a、和截面半径大于前部120a的锥形后部120b。引导端120c基本上位于晶片的中心C。优选，前部120a包括形成在其上部分上的凹槽120d，以便防止能量集中在晶片边缘E。凹槽120d用清洗液115′填充，用于消耗通过能量传输棒120分配的一部分能量。
根据本发明的实施例，清洗液115和晶片130被封闭于容器150内。能量传输棒120的细长前部120a也被容纳在容器150内。该强声波清洗设备还包括旋转板140，用于支撑和旋转晶片130。在能量传输棒120和晶片130之间从安装在晶片130上的清洗液喷嘴160引入清洗液115。清洗液115可以是含有各种化合物的特殊清洗液或普通去离子水。
图5是表示形成在图3和4的能量传输棒120上的凹槽120d的透视图。
参见图5，凹槽120d是由对应晶片边缘E的位置到引导端120c形成的，并被构形为半锥形，从而在对应晶片边缘E的位置具有最大半径。这样，分配给填充在凹槽120d中的清洗液115’的能量在对应晶片边缘E的位置最大，分配给填充在传输棒120中的媒质的能量向晶片中心逐渐减少。因而，传输到晶片130的能量在晶片表面上、在从晶片中心C到晶片边缘E的径向是均匀的。
根据本发明的实施例，考虑到便于凹槽形成的工艺，凹槽120d被设计成半锥形。本领域技术人员应该意识到可以采用能实现本发明精神的类似于或不同于凹槽的任何形状，只要这些形状可补偿现有技术的能量非均匀问题即可。在半锥形凹槽的情况下，半径和深度按照需要确定，可以不同。
图6表示取决于图3和4的晶片130的位置的传输到晶片130的能量的变化。
如图6所示，通过适当设计能量传输棒120的凹槽120d，能量分布在整个晶片130表面上是均匀的。有利地，通过清洗液115由能量传输棒120施加于晶片130的能量在能量传输棒120的长度方向例如从晶片边缘E到晶片中心C是均匀的。因此，能量不会集中在晶片130的一个区域上，由此可以从晶片130的表面有效地去掉污染物颗粒，而不会升高晶片130上的图形。
图7是表示根据本发明的另一个实施例形成在图3和4的能量传输棒上的凹槽的侧视截面图。
参见图7，用于防止能量集中在晶片边缘E上的凹槽120d’具有与图3和4相同的形状，但是凹槽120d’与引导端120c相对的端部从晶片130的晶片边缘E上的位置开始逐渐变浅。即，凹槽120d’与引导端120c相对的端部优选是倾斜的。
前面已经提供了实施例，以便对本领域技术人员完整地介绍本发明。虽然前面已经参照特殊实施例介绍了本发明，但是对于本领域技术人员来说很显然在不脱离本发明的范围的情况下可以做出上述实施例的改型。本发明的上述实施例介绍了具有凹槽的最佳能量传输棒，以便实现施加于晶片的均匀能量。然而，能量传输棒可具有各种不同的形状，只要它们可以实现本发明的目的即可。因而，本发明的范围由所附权利要求书及其等效形式确定。

Claims (20)

1.一种用于去掉晶片上的污染物颗粒的强声波清洗设备，包括：
用于产生强声波能量的压电变换器；和
沿着晶片的径向安装在晶片上的能量传输棒，用于给晶片上的清洗液分配强声波能量，其中能量传输棒的形状和尺寸使得可以通过清洗液在晶片径向均匀地分配能量，由此从晶片上去掉污染物颗粒。
2.根据权利要求1的强声波清洗设备，其中能量传输棒消耗在径向变化的能量。
3.根据权利要求1的强声波清洗设备，其中能量传输棒由惰性无污染材料形成。
4.根据权利要求3的强声波清洗设备，其中无污染材料是蓝宝石、碳化硅、氮化硼、玻璃质碳和石英。
5.根据权利要求1的强声波清洗设备，其中能量传输棒具有第一端和第二端，并且第一端的直径小于第二端的直径。
6.根据权利要求5的强声波清洗设备，其中能量传输棒包括引导端、细长前部和后部，该后部为锥形以便具有比前部大的截面直径。
7.根据权利要求6的强声波清洗设备，其中引导端位于晶片中心上。
8.根据权利要求5的强声波清洗设备，其中能量传输棒包括形成在细长前部上的凹槽，以使晶片上的能量分布均匀。
9.根据权利要求8的强声波清洗设备，其中凹槽是由晶片边缘上的细长前部的位置到引导端形成的。
10.根据权利要求9的强声波清洗设备，其中凹槽为半锥形，从而在细长前部的位置具有最大直径。
11.根据权利要求10的强声波清洗设备，其中凹槽与引导端相对的端部从晶片边缘上的位置开始逐渐变浅。
12.根据权利要求11的强声波清洗设备，其中凹槽与引导端相对的端部是倾斜的。
13.根据权利要求8的强声波清洗设备，其中凹槽用清洗液填充，以便一部分能量被填充在凹槽中的清洗液消耗。
14.根据权利要求9的强声波清洗设备，其中凹槽用清洗液填充，以便一部分能量被填充在凹槽中的清洗液消耗。
15.根据权利要求10的强声波清洗设备，其中凹槽用清洗液填充，以便一部分能量被填充在凹槽中的清洗液消耗。
16.根据权利要求11的强声波清洗设备，其中凹槽用清洗液填充，以便一部分能量被填充在凹槽中的清洗液消耗。
17.根据权利要求6的强声波清洗设备，还包括用于盛装清洗液和晶片的容器，其中能量传输棒的细长前部位于容器内。
18.根据权利要求17的强声波清洗设备，还包括位于容器内的旋转板，该旋转板用于支撑和旋转晶片。
19.根据权利要求17的强声波清洗设备，还包括安装在晶片之上方的清洗液喷嘴，以便在能量传输棒和晶片以及凹槽之间喷射清洗液。
20.一种在强声波清洗设备中用于给晶片上的清洗液均匀分配强声波能量的方法，包括以下步骤：
采用压电变换器产生强声波能量；
在沿着晶片上的径向设置的能量传输棒上分配强声波能量；
在能量沿着径向分配时，通过能量控制元件改变强声波能量。
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