CN202638797U - 晶片清洗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种晶片清洗装置，涉及半导体集成电路器件清洗技术领域，所述装置包括：用于承载晶片的晶片承载单元、设置于所述晶片承载单元上方的晶片正面兆声波清洗喷头、设置于所述晶片承载单元内的晶片背面兆声波清洗单元、旋转轴、中空管、喷淋臂、喷淋臂电机、以及晶片旋转电机。本实用新型通过晶片正面兆声波清洗喷头产生的第一预设频率的兆声波和晶片背面兆声波清洗单元产生的第二预设频率的兆声波合成所形成的相移和畸变在所述晶片上表面和下表面的清洗液内形成均匀的声场，以实现对晶片的清洗，满足了晶片上的兆声波声场强度的均匀性，提高了对晶片的清洗效果，同时减小和消除了由兆声波产生的剧烈气蚀对晶片特征尺寸结构的破坏。

Description

晶片清洗装置

技术领域

本实用新型涉及半导体集成电路器件清洗技术领域，特别涉及一种晶片清洗装置。

背景技术

随着集成电路特征尺寸进入到深亚微米阶段，对晶片制造工艺中清洗的控制要求也越来越高，清洗的均匀性变成了一个挑战性的问题。采用兆声波作用下的清洗有助于提高晶片的清洗效果，并能极大的提高污染颗粒的去除效率。但是由于兆声波声场的干涉现象，在晶片表面会形成很多声场强度很高的热点，同时也形成很多声场强度很低的死点，在晶片表面的声场强度的均匀性很难达到。另外，兆声波声场干涉所形成的热点很容易使气泡破裂，气泡破裂形成的气蚀也增加了图形晶片微细结构损坏的风险和可能性。

虽然在改进的过程中，有利用频率扫描的办法来减少热点的形成，但由于频率扫描仅围绕这一个中心频率，并且这个围绕中心频率变化的扫描只施加在一个兆声波振子上，兆声波振子的机械振动的固有频率是一定的(一般等于兆声波的中心频率)，偏离中心频率的变化会造成振子振幅的减少使得传播的兆声波能量下降，从而在晶片表面上形成的声能量密度随着扫描频率变化，无法产生均匀性的声场。虽然也有用频率叠加组合的办法，但由于频率叠加组合的电压仍施加在同一个兆声波振子上，振子振动的变化过大影响了电声转化的效率，使得清洗的效果有所下降。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是：如何满足晶片上的兆声波声场强度的均匀性，以提高对晶片的清洗效果。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种晶片清洗装置，所述装置包括：用于承载晶片的晶片承载单元、设置于所述晶片承载单元上方的晶片正面兆声波清洗喷头、设置于所述晶片承载单元内的晶片背面兆声波清洗单元、旋转轴、中空管、喷淋臂、喷淋臂电机、以及晶片旋转电机，所述晶片正面兆声波清洗喷头上设有液体进入口、且下侧设有与所述液体进入口连通的液体喷出口，所述喷淋臂与所述晶片正面兆声波清洗喷头连接，所述喷淋臂与所述喷淋臂电机的转子连接，所述晶片旋转电机的转子与所述旋转轴连接，所述旋转轴与所述晶片承载单元的中心连接，所述旋转轴的轴心设有中空管，所述中空管内设有背面供液管，所述晶片背面兆声波清洗单元固定于所述中空管上。

优选地，所述装置还包括：控制单元，所述喷淋臂电机与所述晶片旋转电机分别与所述控制单元连接。

优选地，所述晶片正面兆声波清洗喷头包括：第一外壳、第一换能器、以及第一谐振器，所述第一谐振器设于所述第一换能器与所述晶片承载单元之间，所述第一换能器和第一谐振器均设于所述第一外壳内。

优选地，所述第一换能器设于第一腔室内，所述第一腔室设于所述第一外壳内，所述第一腔室上相对的两端分别设有气冷流体入口和气冷流体出口。

优选地，所述第一换能器和所述第一谐振器之间设有耦合层，所述耦合层与所述第一换能器紧密连接。

优选地，所述第一谐振器上设有孔阵列，所述孔阵列中的孔轴线竖直，所述孔阵列为所述液体喷出口。

优选地，所述晶片承载单元为圆盘状的卡盘，所述卡盘上设置有至少三个沿径向分布的辐条状卡爪，用于支撑晶片，所述晶片背面兆声波清洗单元包括：第二外壳、以及第二换能器，所述第二换能器由一个或多个压电晶体振子组成、且设于所述第二外壳内，所述第二换能器的形状为长方形或三角形、且能覆盖所述晶片的半径。

优选地，所述第二换能器设于第二腔室内，所述第二腔室设于所述第二外壳内，所述第二腔室底侧分别设有气冷流体入口和气冷流体出口。

优选地，所述晶片正面兆声波清洗喷头和晶片背面兆声波清洗单元采用不同的兆声波频率。

(三)有益效果

本实用新型通过晶片正面兆声波清洗喷头产生的第一预设频率的兆声波和晶片背面兆声波清洗单元产生的第二预设频率的兆声波合成所形成的相移和畸变在所述晶片上表面和下表面的清洗液内形成均匀的声场，以实现对晶片的清洗，满足了晶片上的兆声波声场强度的均匀性，提高了对晶片的清洗效果，同时减小和消除了由兆声波产生的剧烈气蚀对晶片特征尺寸结构的破坏。

附图说明

图1是按照本实用新型一种实施方式的晶片清洗装置的结构示意图；

图2是图1所示的装置中正面兆声波清洗喷头的具体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

图1是按照本实用新型一种实施方式的晶片清洗装置的结构示意图；参照图1，本实施方式的装置包括：用于承载晶片4的晶片承载单元5、设置于所述晶片承载单元5上方的晶片正面兆声波清洗喷头1、设置于所述晶片承载单元5内的晶片背面兆声波清洗单元6、旋转轴9、中空管7、喷淋臂2、喷淋臂电机11、以及晶片旋转电机13，所述晶片正面兆声波清洗喷头1上设有液体进入口10、且下侧设有与所述液体进入口10连通的液体喷出口3，所述喷淋臂2与所述晶片正面兆声波清洗喷头1连接，所述喷淋臂2与所述喷淋臂电机11的转子连接，所述晶片旋转电机13的转子与所述旋转轴9连接，所述旋转轴9与所述晶片承载单元5的中心连接，所述旋转轴9的轴心设有中空管7，所述中空管7内设有背面供液管8，所述晶片背面兆声波清洗单元6固定于所述中空管7上。

为实现对所述喷淋臂电机11和旋转电机13的控制，优选地，所述装置还包括：控制单元12，所述喷淋臂电机11与所述旋转电机13分别与所述控制单元12连接，为便于对所述控制单元12进行参数设置等操作，本实施方式中，优选地，所述控制单元12与操作终端14连接。

参照图2，所述晶片正面兆声波清洗喷头1包括：第一外壳1-1、第一换能器1-2、以及第一谐振器1-8，所述第一谐振器1-8设于所述第一换能器1-2与所述晶片承载单元5之间，所述第一换能器1-2和第一谐振器1-8均设于所述第一外壳1-1内。

换能器中的压电晶体振子的常用材料为极化的锆钛酸铅，当压电晶体振子两面施加一个频率在700kHz～2MHz的交变电压，压电晶体振子在交变电压的作用下产生机械振动，若交变电压的振荡频率等于晶体振子本身的固有振荡频率，该振子的机械振动幅度最大。

由于第一换能器1-2在运行时温度较高，为降低所述第一换能器1-2的运行温度，并提高所述第一换能器1-2的使用寿命，优选地，所述第一换能器1-2设于第一腔室1-3内，所述第一腔室1-3设于所述第一外壳1-1内，所述第一腔室1-3上相对的两端分别设有气冷流体入口1-4和气冷流体出口1-5。

优选地，所述第一换能器1-2和所述第一谐振器1-8之间设有耦合层1-6，所述耦合层1-6与所述第一换能器1-2紧密连接，所述耦合层1-6可作为声滤波器，用于滤除不符合清洗要求的兆声波。

所述耦合层1-6的材料可为熔点很低的胶水，也可以为设计成多层耦合介质用微米厚度的粘结层粘结。

优选地，所述第一谐振器1-8上设有孔阵列，所述孔阵列中的孔轴线竖直，所述孔阵列为所述液体喷出口3。

第一换能器1-2产生的兆声波在通过第一谐振器1-8的孔阵列时，与孔阵列的轴线不平行的声波会在孔与清洗液相交的介质面上产生多次反射、透射、折射，...，经过这样多次反射、透射、折射，与孔阵列的轴线不平行的声波能量产生了很大的衰减，而与孔阵列的轴线平行的声波能量成分所占的比例有了很大的提高。与孔阵列的轴线不平行的声波能量作用在特征尺寸上总可以分解为与特征尺寸侧壁垂直的力和沿特征尺寸侧壁平行的力。而与特征尺寸侧壁垂直的力产生的振动表现振动的弯矩，对微细特征结构会有强烈的机械破坏作用。与特征尺寸侧壁平行的力的仅对微细特征结构有压应力，不会产生弯矩的效应。因此，具有分布式结构的孔阵列的换能器能大大的减少兆声波清洗对晶片的破坏作用。

参照图1，优选地，所述晶片承载单元5为圆盘状的卡盘，所述卡盘的主体上设置有至少三个沿径向分布的辐条状的卡爪，用于支撑晶片，其中，卡爪的高度为10～20mm，用于提供背面兆声波清洗单元足够的空间。所述晶片背面兆声波清洗单元6包括：第二外壳、以及第二换能器，所述第二换能器由一个或多个压电晶体振子组成、且设于所述第二外壳内，所述第二换能器的形状为长方形或三角形、且能覆盖所述晶片的半径。

由于第二换能器在运行时温度较高，为降低所述第二换能器的运行温度，并提高所述第二换能器的使用寿命，所述第二换能器设于第二腔室内，所述第二腔室设于所述第二外壳内，所述第二腔室底侧分别设有气冷流体入口和气冷流体出口。

优选地，所述晶片正面兆声波清洗喷头和晶片背面兆声波清洗单元采用不同的兆声波频率，所述兆声波频率为固定频率，或在以一频率为中心进行扫描，所述兆声波频率的取值范围为700kHz～2MHz。

本实施方式的装置的工作原理为：在晶片旋转电机13的带动下，晶片承载单元5带动晶片4以25rpm的转速做旋转运动，晶片4下面的晶片背面兆声波清洗单元6固定在中空管7上，并不随晶片4的旋转而转动。晶片背面兆声波清洗单元6由一块长方形的压电晶体振子组成，其长度等于晶片4的半径，与晶片4的距离为几个毫米。由背面供液管8向晶片背面兆声波清洗单元6与晶片4之间的间隙提供清洗药液，并充满这个几毫米的第二换能器与晶片的背面空间。由于流体的表面张力，在进行清洗工艺时，这个空间始终被清洗介质所充满。利用晶片背面兆声波清洗单元6所产生的振荡兆声气泡或兆声气泡破裂所形成的气蚀和微扰流的作用将污染物从晶片背面剥离，从而高效清洗晶片的背面。

进行清洗工艺时，晶片背面兆声波清洗单元6采用固定频率，正面兆声波清洗喷头1采用围绕设定中心频率扫描(此处的扫描，即喷淋臂电机通过喷淋臂带动所述正面兆声波清洗喷头旋转)，背面兆声波清洗单元6固定不动，正面兆声波清洗喷头1在晶片上表面连续扫描，利用两个换能器所激发的兆声波合成所形成的波形的相移和畸变在所述晶片上表面和下表面的清洗液内形成均匀的声场，由此达到对晶片均匀清洗的效果。

本实用新型还公开了一种基于所述的装置的清洗方法，所述方法包括以下步骤：

S1：将晶片放置于晶片承载单元上；

S2：旋转电机通过旋转轴带动所述晶片承载单元旋转，正面兆声波清洗喷头向晶片上表面喷出清洗液，喷淋臂电机通过喷淋臂带动所述正面兆声波清洗喷头旋转，背面供液管向所述晶片下表面喷出清洗液，晶片背面兆声波清洗单元开始工作；

S3：所述正面兆声波清洗喷头产生第一预设频率的兆声波，背面兆声波清洗单元产生第二预设频率的兆声波，所述第一预设频率的兆声波和第二预设频率的兆声波合成所形成的相移和畸变在所述晶片上表面和下表面的清洗液内形成均匀的声场，以实现对晶片的均匀清洗，同时减小和消除了由兆声波产生的剧烈气蚀对晶片特征尺寸结构的破坏。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种晶片清洗装置，其特征在于，所述装置包括：用于承载晶片的晶片承载单元、设置于所述晶片承载单元上方的晶片正面兆声波清洗喷头、设置于所述晶片承载单元内的晶片背面兆声波清洗单元、旋转轴、中空管、喷淋臂、喷淋臂电机、以及晶片旋转电机，所述晶片正面兆声波清洗喷头上设有液体进入口、且下侧设有与所述液体进入口连通的液体喷出口，所述喷淋臂与所述晶片正面兆声波清洗喷头连接，所述喷淋臂与所述喷淋臂电机的转子连接，所述晶片旋转电机的转子与所述旋转轴连接，所述旋转轴与所述晶片承载单元的中心连接，所述旋转轴的轴心设有中空管，所述中空管内设有背面供液管，所述晶片背面兆声波清洗单元固定于所述中空管上。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：控制单元，所述喷淋臂电机与所述晶片旋转电机分别与所述控制单元连接。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述晶片正面兆声波清洗喷头包括：第一外壳、第一换能器、以及第一谐振器，所述第一谐振器设于所述第一换能器与所述晶片承载单元之间，所述第一换能器和第一谐振器均设于所述第一外壳内。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一换能器设于第一腔室内，所述第一腔室设于所述第一外壳内，所述第一腔室上相对的两端分别设有气冷流体入口和气冷流体出口。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一换能器和所述第一谐振器之间设有耦合层，所述耦合层与所述第一换能器紧密连接。

6.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一谐振器上设有孔阵列，所述孔阵列中的孔轴线竖直，所述孔阵列为所述液体喷出口。

7.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述晶片承载单元为圆盘状的卡盘，所述卡盘上设置有至少三个沿径向分布的辐条状卡爪，用于支撑晶片，所述晶片背面兆声波清洗单元包括：第二外壳、以及第二换能器，所述第二换能器由一个或多个压电晶体振子组成、且设于所述第二外壳内，所述第二换能器的形状为长方形或三角形、且能覆盖所述晶片的半径。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二换能器设于第二腔室内，所述第二腔室设于所述第二外壳内，所述第二腔室底侧分别设有气冷流体入口和气冷流体出口。

9.如权利要求1～8中任一项所述的装置，其特征在于，所述晶片正面兆声波清洗喷头和晶片背面兆声波清洗单元采用不同的兆声波频率。

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