CN201369318Y - 晶圆清洗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于半导体表面清洗的装置，其包括：用于无接触地承载位于其上方的被清洗晶圆的基板；多个位于所述基板上的喷液装置，多个喷液装置用于向基板上的被清洗晶圆的被清洗表面喷出清洗液，并使所述被清洗晶圆与所述基板无接触。由于在整个晶圆清洗过程中，晶圆无需与基板表面接触，从而避免了清洗过程中对晶圆本身的损害。此外，本装置特别适用于只需要对晶圆单面进行清洗的情形。

Description

晶圆清洗装置

技术领域

本实用新型涉及半导体制造过程中的用于晶圆清洗的装置，特别涉及对半导体晶圆单面进行清洗的装置。

背景技术

半导体清洗是制造工艺全部过程成中不可缺少的工艺流程，该道工序利用次数约占全部工序利用次数的20％-25％，使用频度相当高。一般而言，晶圆清洗可以分为湿法清洗和干法清洗。湿法清洗时使用液态化学品，例如溶剂、酸、接口活性剂及水，以喷洒、刷洗、氧化、蚀刻等方法溶解污染物。在使用各种化学品以后还需要经过超高纯水的润湿清洗。干法清洗则使用气相化学物，一般通过提供激发能量促进化学反应进行晶圆清洗，其中能量可以以热、等离子或是辐射等形态提供。此外也可以由物理交互左右传输动能以达到清洗目的。

大部分的集成电路的制程步骤之后以及每道高温制程的操作之前都必须对晶圆进行清洗，例如初始清洗、扩散前清洗、栅极氧化前清洗，化学气相沉淀前清洗等等。清洗的目的在于去除晶片表面的无机残留物、有机残留物和微粒子，并控制表面的化学性生成超薄氧化物。经过湿式清洗法清洗的晶圆，在下一道制程前，还需要对表面进行干燥。

在现有半导体晶圆生产中，用于清洗晶圆表面污染物的装置(例如，在N型扩散之后的去除晶圆表面残余磷硅玻璃的装置)包括以下两种：

一种是使用清洗槽装置进行晶圆清洗。清洗时，先收集多片晶圆。当收集到预定数量的晶圆，就将这多片晶圆放入同一个容器中，然后将装有晶圆的晶圆盒浸入装有清洗液的清洗槽一段时间以清除晶圆表面杂质。例如，当待去除杂质为自然氧化物时，可以选择做为强酸的氢氟酸作为清洗液。但是使用该装置进行晶圆清洗也存在以下问题：为提高清洗效率，可能需要等待相当时间以收集足量晶圆，而该等待时间可能会对晶圆的质量和可靠性形成影响，并降低流水线的生产率。此外，在特定工艺流程中，可能仅需要对晶片单面进行清洗。如果使用清洗槽，则应先在无需清洗的表面覆膜，再将晶圆放入清洗液，当晶圆去除后，还需要去除表面膜。毋庸置疑，覆膜和去膜增加了生产成本并且可能会降低晶圆的良品率。

第二种是使用自动化装置对单个晶圆进行清洗，这种清洗的优点在于降低交叉污染的可能性。一般来说，可以将被清洗晶圆固定在基台上，并在基台上方设置喷嘴。在进行清洗步骤时，喷嘴向基台上的晶圆喷出清洗液。优选的，该基台可以在旋转的清洗过程中，则清洗液可以利用离心力清洗被清洗晶圆表面。但是该装置的一个不足之处在于，被清洗晶圆必须与基台接触，而该接触过程可能损坏晶圆表面电路，降低良品率。

因此，如何在确保晶圆清洗质量的情况下，保证晶圆的质量和可靠性，并降低大规模半导体晶圆生产成本，是目前急需研究解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新的晶圆清洗装置，从而解决晶圆清洗过程中，由于晶圆和基板接触而引起晶圆良品率降低的问题。

基于此目的，本实用新型提供了一种用于半导体晶圆单面清洗的清洗装置，该清洗装置包括：基板，该基板用于无接触地承载位于其上方的被清洗晶圆；多个位于基板上的喷液装置，多个喷液装置用于向基板上的被清洗晶圆的被清洗表面喷出清洗液，并使被清洗晶圆与基板无接触。

可选的，基板与水平面之间的倾角在0至30度之间。

可选的，多个喷液装置的每一个与基板间形成确定夹角，喷嘴的每一个与被清洗晶圆的水平移动方向之间的夹角小于90度。优选的，基板上具有排液装置，排液装置用于接收从多个喷液装置喷出的清洗液。更优选的，多个喷液装置的每一个与基板间的夹角相同。进一步优选的，多个喷液装置在被清洗晶圆移动方向上以及垂直方向均匀分布。

可选的，清洗装置还可以包括用于调节多个喷液装置方向的调节装置。

可选的，排液装置为多个排液孔。可选的，排液装置也可以为一个或多个排液槽。

优选的，多个喷液装置呈矩阵分布，矩阵中相邻各行之间距离相等，矩阵中相邻各列之间距离也相等。

清洗装置还可以包括一个放置所述清洗液的盒体，排液管，液体泵和输液管，其中，盒体清洗装置的上板包括基板，排液装置与排液管相连，以使排液装置接收的清洗液自基板上方流回盒体，液体泵用于将盒体中的清洗液通过输液管送达多个喷液装置喷出。

优选的，清洗装置中的清洗液可以为氢氟酸。

可以理解，可以使用本实用新型的装置可以实现将晶圆各片分开清洗，且在清洗过程中，晶片被清洗液托起，无需与机台接触，另外清洗液也可以均匀地喷涂在每一片晶圆上，保证了清洗的效果。与现有技术相比，本实用新型的优点在于：被清洗晶圆无需在清洗过程中不与基板接触，因此提高了良品率。且对于仅需要清洗晶圆单面的制程步骤，无需再进行覆膜和去膜，大大降低了生产成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为根据本实用新型的一个具体实施例的清洗装置的结构图；

图2为根据本实用新型的一个具体实施例的清洗装置的侧视图；

图3为根据本实用新型的一个具体实施例的清洗装置的清洗液喷出方向水平分量的示意图；

图4为根据本实用新型的一个具体实施例的清洗装置的侧视图；

图5为根据图4的清洗装置的沿A-A’方向的俯视图；

图6为根据本实用新型的一个具体实施例的清洗装置的侧视图；

图7为根据本实用新型的一个具体实施例的清洗装置的结构图。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合附图对本实用新型的具体实施例作进一步详细描述。

【实施例1】

图1为本实用新型的一个具体实施例的清洗装置1的结构图。该清洗装置1包括基板10，以及多个喷液装置110、111、112、113等。如图1所示，多个喷液装置11位于基板10上。在晶圆清洗过程中，该多个喷液装置11用于向基板10上方的被清洗晶圆的被清洗表面喷出清洗液。可以理解，当清洗液以一定速度喷出时具有向上冲量，因此，清洗液的向上冲量可以支持被清洗晶圆。通过控制多个喷液装置11的位置、角度以及清洗液流速等参数，可以确保被清洗晶圆在整个清洗过程中无需与基板10接触，从而避免基板与晶圆接触所引起的对晶圆的损害。

基板10被设置为水平，基板上的多个喷液装置11呈竖直方向。图2为根据本实用新型的一个具体实施例的清洗装置的侧视图。如图2所示，多个喷嘴中的清洗液的喷出方向与10基板方向垂直。

所述多个喷液装置的每一个的清洗液的喷出方向在水平方向分量的方向可以都指向被清洗晶片的圆心位置。图3为根据本实用新型的一个具体实施例的清洗装置的清洗液喷出方向水平分量的示意图。如图3所示，基板10上设有9行9列喷出装置，且喷出装置各行之间，以及各列之间的间距相等。各个喷出装置喷出的清洗液方向指向被清洗晶片的圆心，且各喷出装置喷出清洗液的冲量大小和与其中心对称的喷出装置喷出清洗液的冲量大小相等，方向相反。可以理解，通过这样的喷液装置设置，可以确保被清洗晶片平稳地被喷出的清洗液支持而与基板10无接触。

当利用本实用新型的清洗装置进行清洗步骤时，可以首先打开多个喷液装置，使各个喷液装置中喷出的清洗液的大小和方向达到期望值。在喷出的清洗液达到稳定状态后，将被清洗晶圆置于基板10上方喷出的清洗液上。被清洗晶圆被喷出的清洗液稳定支持，并藉以流动的清洗液清洗被清洗晶圆朝向清洗液(即基板10)一侧表面的污物。在经过预定时间后完成上述清洗步骤，将被清洗晶圆移出基板10上方。可以再将下一块被清洗晶圆置于基板10上方喷出的清洗液上，开始下一块被清洗晶圆的清洗步骤。在完成所有被清洗晶圆的清洗过程后，将最后一块被清洗晶圆自基板10上方移开。最后，关闭多个喷出装置。

【实施例2】

本实施例中的清洗装置1包括基板10，以及多个喷液装置110、111、112、113等。如图1所示，多个喷液装置11位于基板10上。在晶圆清洗过程中，该多个喷液装置11用于向基板10上方的被清洗晶圆的被清洗表面喷出清洗液。通过控制多个喷液装置11的位置、角度以及清洗液流速等参数，可以确保被清洗晶圆在整个清洗过程中无需与基板10接触，从而避免了基板与晶圆接触而引起的对晶圆的损害。其基本原理与实施例1相同，此处不再赘述。

图4为根据本实施例的清洗装置的侧视图。如图4所示，基板10与水平面之间具有一定的夹角。具体的，该夹角可以在0至30度之间。可选的，基板10上的多个喷液装置11中喷出的清洗液的方向与基板10垂直。其中，多个喷液装置在基板10上均匀分布。可以理解，被清洗晶圆主要受自身重力以及多个喷液装置11中喷出的清洗液的冲力的作用。其自身重力可以分解为垂直于基板10的分量以及平行于基板10的分量。其中，垂直于基板10的分量与多个喷液装置11中喷出的清洗液的冲力相互作用相抵，平行于基板10的分量可以带动被清洗晶圆以一定速度沿平行于基板10的方向缓慢下滑，当达到一定速度的时候，被清洗晶圆重力平行于基板10的分量与清洗液作用在被清洗晶圆的摩擦力相等，而使被清洗晶圆的速度保持在预定值。

图5为根据图4的清洗装置的沿A-A’方向的俯视图。为便于说明，如图5所示，将基板10分为A、B、C三个区域。假设A区域处于较高位置，而C区域处于较低位置。当利用本实用新型的清洗装置进行清洗步骤时，可以首先打开多个喷液装置，使各个喷液装置中喷出的清洗液的大小和方向达到期望值。在喷出的清洗液达到稳定状态后，将被清洗晶圆置于基板10的A区域上方喷出的清洗液上。被清洗晶圆被喷出的清洗液支持而不与基板10接触，由于基板10与水平面间夹角的存在，被清洗晶圆沿图5中箭头所示的方向向区域B方向移动并达到匀速，同时藉以流动的清洗液清洗被清洗晶圆朝向清洗液(即基板10)一侧表面的污物。被清洗晶圆匀速移动时的速度可以通过调解喷液装置控制，且本领域技术人员熟知被清洗晶圆所需的清洗时间。通过将上述速度和时间相乘可以得到所需的区域B的基本长度。优选的，区域B的长度应大于或等于该计算得到的基本长度。在被清洗晶圆经过区域B进入区域C后，可以将被清洗晶圆从基板10上方取下。再将下一块被清洗晶圆置于基板10上方喷出的清洗液上，开始下一块被清洗晶圆的清洗步骤。在完成所有被清洗晶圆的清洗过程后，将最后一块被清洗晶圆自基板10上方移开。最后，关闭多个喷出装置。在本实施例中，可以将区域A理解为被清洗晶圆的装载区，将区域B理解为被清洗晶圆的主要清洗区，将区域C理解为被清洗晶圆的卸载区。

考虑到在被清洗晶圆移动速度较慢时比较容易将其移出清洗装置，可选的，区域C中的多个喷出装置所喷出的清洗液可以具有与区域B中喷液装置不同的方向或者喷出速度，以向被清洗晶圆提供与其移动方向相反的加速度而使其运动速度逐渐减慢，甚至使被清洗晶圆达到静止。例如，区域C中喷液装置在平行基板10方向的分量方向与被清洗晶圆的移动方向相反，且与基板间的夹角小于60度。本领域技术人员理解，此种区域C中喷液装置方向的设定仅为本实用新型的一种实施方式，而不对本实用新型的保护范围构成限定。采用此种设计的基板10，可以使被清洗晶圆在到达区域C速度降低，可以在被清洗晶圆速度降低到一定范围后，将其从被清洗装置移出，以减少移除过程对被清洗晶圆的损伤。

【实施例3】

本实施例为实施例2的变化例。其中，清洗装置1包括基板10，以及多个喷液装置110、111、112、113等。如图1所示，多个喷液装置11位于基板10上。在晶圆清洗过程中，该多个喷液装置11用于向基板10上方的被清洗晶圆的被清洗表面喷出清洗液。通过控制多个喷液装置11的位置、角度以及清洗液流速等参数，可以确保被清洗晶圆在整个清洗过程中无需与基板10接触，从而避免了基板与晶圆接触而引起的对晶圆的损害。其基本原理与实施例2相同，此处不再赘述。

图6为根据本实用新型的一个具体实施例的清洗装置的侧视图。如图6所示，基板10包括区域A、B和C。可以将区域A理解为被清洗晶圆的装载区，将区域B理解为被清洗晶圆的主要清洗区，将区域C理解为被清洗晶圆的卸载区。基板10呈水平设置，其上的多个喷液装置的每一个与基板之间形成确定夹角，每一个喷嘴与被清洗晶圆的移动方向之间的夹角小于90度。可以理解，此种设计的目的在于通过喷液装置中喷出的清洗液推动被清洗晶圆而控制其移动方向和速度，而非通过被清洗晶圆本身的重力。优选的，多个喷液装置中的每一个与基板10之间可以具有相同的夹角。进一步优选的，多个喷液装置可以在被清洗晶圆移动方向上均匀分布。可选的，区域C中的多个喷液装置中的喷液装置所喷出清洗液的水平分量方向可以与被清洗晶圆的移动方向相反，以实现降低被清洗晶圆在区域C内速度的目的，而便于将被清洗晶圆从清洗装置移出。

本实施例中清洗装置的其它设计都可以与实施例2相同，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，根据上述任一实施例所描述的清洗装置都可以进一步具有以下附加技术特征中的一项或多项。

可选的，喷液装置是可调的，可以通过机械调解方式调节喷液装置的方向和其中喷出的清洗液的速度；也可以在清洗步骤进行之前先对喷液装置进行预调解，在被清洗晶圆的清洗过程中通过安装在基板上的传感器对被清洗晶圆的速度和轨迹进行检测，并基于得到的数据根据预定程序对多个喷液装置的方向和其中喷出的清洗液的速度进行调解，形成闭环控制回路。上述闭环控制回路可以由微电脑系统控制。

可选的，基板10上还具有排液装置，排液装置用于将清洗液从基板上方排出。排液装置可以是一条或多条垂直于被清洗晶圆移动方向的排液槽，也可以是多个与喷液装置对应的排液孔。

优选的，基板10上的多个喷液装置可以呈矩阵状分布。矩阵中相邻各行之间距离相等，矩阵中相邻各列之间距离也相等。且矩阵中的喷液装置方向以及喷出的清洗液的速度都相同。这种设计可以使得被清洗晶圆受力均匀，便于稳定的控制整个清洗流程。

【实施例4】

图7为根据本实用新型的具体实施例4的清洗装置的结构图。如图7所示，清洗装置包括基板10、放置所述清洗液的盒体20，排液管30，液体泵40和输液管50。其中，清洗装置的上板包括基板10，基板10可以使用上述实施例中的任一种基板以及其上的喷嘴装置；基板上的排液装置与排液管30相连。在清洗过程中，清洗液自基板上的喷嘴装置喷出后，被基板上的排液装置接收后重新通过排液管30流回盒体20，液体泵40用于将盒体20中的清洗液通过输液管50送达基板上的多个喷液装置，再由多个喷液装置喷出。

通过使用本实施例的清洗装置，可以将使用过的清洗液重新收集回清洗装置的盒体，并再次循环喷出，大大提高了清洗液的反复利用率。

本领域技术人员理解，上述任一实施例所描述的清洗装置都可以应用于半导体晶圆的清洗。例如，使用氢氟酸作为清洗剂清洗太阳能电池芯片表面的磷硅玻璃残余物。

此外，需要强调的一点是，本领域技术人员可以理解，在实施例2-4中，硅片受到来自喷液装置的压力，因此，该硅片在清洗装置上移动的时间也直接受到来自喷液装置的压力的影响。换而言之，硅片的被清洗时间可以通过调节喷液装置的角度，以及来自喷液装置的压力被控制。其调节方式为本领域技术人员所熟知的技术手段，此处不再赘述。

当然，本实用新型还可以有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变，但这些相应的改变都应属于本实用新型权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种用于半导体晶圆单面清洗的清洗装置，其特征在于，包括：

基板，所述基板用于无接触地承载位于其上方的被清洗晶圆；

多个位于所述基板上的喷液装置，所述多个喷液装置用于向所述基板上的所述被清洗晶圆的被清洗表面喷出清洗液，并使所述被清洗晶圆与所述基板无接触。

2.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，所述基板与水平面之间的倾角在0至30度之间。

3.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，所述多个喷液装置的每一个与所述基板间形成确定夹角，所述喷嘴的每一个与所述被清洗晶圆的水平移动方向之间的夹角小于90度。

4.根据权利要求3所述的清洗装置，其特征在于，所述基板上具有排液装置，所述排液装置用于接收从所述多个喷液装置喷出的清洗液。

5.根据权利要求4所述的清洗装置，其特征在于，所述多个喷液装置的每一个与所述基板间的夹角相同。

6.根据权利要求5所述的清洗装置，其特征在于，所述多个喷液装置在所述被清洗晶圆移动方向上以及垂直方向均匀分布。

7.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，还包括用于调节所述多个喷液装置方向的调节装置。

8.根据权利要求4所述的清洗装置，其特征在于，所述排液装置为多个排液孔。

9.根据权利要求8所述的清洗装置，其特征在于，所述多个喷液装置呈矩阵分布，所述矩阵中相邻各行之间距离相等，所述矩阵中相邻各列之间距离也相等。

10.根据权利要求4所述的清洗装置，其特征在于，所述排液装置为一个或多个排液槽。

11.根据权利要求4至10中任一项所述的清洗装置，其特征在于，所述清洗装置包括一个放置所述清洗液的盒体，排液管，液体泵和输液管，

所述盒体清洗装置的上板包括所述基板，

所述排液装置与所述排液管相连，以使所述排液装置接收的所述清洗液自所述基板上方流回所述盒体，

所述液体泵用于将所述盒体中的所述清洗液通过所述输液管送达所述多个喷液装置喷出。

12.根据权利要求3至10中任一项所述的清洗装置，其特征在于，所述清洗液为氢氟酸。

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