CN204257600U - 一种用于清洗半导体晶圆的清洗槽 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于清洗半导体晶圆的清洗槽，属于半导体集成电路工艺技术领域，包括：磁化装置、循环管路以及控制单元，循环管路上设有表面张力计、启闭阀以及液体泵；在清洗过程开始前/过程中，表面张力计检测清洗液的表面张力，并将清洗液的表面张力值反馈至控制单元，控制单元控制磁化装置的开关，并通过磁化装置将清洗液的表面张力值调节至预设范围内。本实用新型利用外加磁场的方式，改变液体的表面张力，利用表面张力计实时监控液体表面张力值，并将监测的信息反馈给磁化装置，以控制磁场强度，使磁场强度值保持在预设数值，最终使水的表面张力值稳定在所需要的数值，符合晶圆生产的工艺需求。

Description

一种用于清洗半导体晶圆的清洗槽

技术领域

本实用新型属于半导体集成电路工艺技术领域，更具体的，涉及一种用于清洗半导体晶圆的清洗槽。

背景技术

在随着集成电路特征尺寸进入到深亚微米阶段，集成电路晶片制造工艺中所要求的晶片表面的洁净度越来越苛刻，为了保证晶片材料表面的洁净度，集成电路的制造工艺中存在数百道清洗工序，清洗工序占了整个制造过程的30％。

其中，清洗工艺包括湿法工艺以及干法工艺，所谓湿法工艺，就是将晶圆利用酸碱有机物等液体化学品等进行浸泡或冲洗，用以达到清洗表面颗粒、去除反应聚合物、刻蚀表面膜层等目的。工艺方式按照片数可分为批式处理和单片式处理，批式处理多用在产量需求高、工艺要求相对较低的场合。

在化学液体清洗晶圆表面颗粒后，通常使用去离子水将化学液体冲洗去除，再通过各种干燥方式去除晶圆表面残留的去离子水。现有技术中，装有去离子水的清洗槽的结构包括：用于盛放去离子水的清洗槽体，清洗槽体的底部连接排液管路，排液管路上设有阀门以及水泵。现有的清洗槽通常将清洗后的去离子水直接排走，此外，清洗槽还可设有干燥装置以及清洗装置，干燥装置例如氮气入口，清洗装置例如去离子水喷淋头等。去离子水通常在晶圆放入清洗槽之前放入清洗槽内的预设位置处，晶圆被完全浸没至去离子水中进行清洗，清洗过程中可能会将使用过的去离子水完全排走，再重新流入干净的去离子水重新清洗晶圆，如此可反复多次。

清洗过后的晶圆在被放至专门的干燥槽之前，晶圆的表面或多或少都附着了一定的水。由于水存在表面张力，对于一片排列有着无数微米级细微器件结构的晶圆片来说，这样的表面张力可能会带来很大的影响。

例如，在MEMS(micro-electromechanical system)微机电系统中，有一道关键结构——悬臂(cantilever)，悬臂的制作过程是首先淀积一层介质层作为牺牲层，然后以牺牲层作为基础，进行光刻、刻蚀，然后淀积所需要的薄膜。再对所淀积的薄膜层进行光刻刻蚀工艺，形成所需形状后，再利用释放工艺，将下层的牺牲层清除掉，释放工艺会用到HF等酸类，所以需要在刻蚀工艺之后使用去离子水进行清洗，最终形成悬臂结构。

由于悬臂结构的特殊性，悬臂与下层衬底之间的距离非常细微，请参阅图1，图1中包括悬臂1、衬底2以及残留水3，在清洗完成后干燥之前，如果有水的残留，会因为水的表面张力而产生粘附现象，会对悬臂1产生严重破坏(请参阅图2)，悬臂1产生了塌陷。现在解决MEMS中水粘附的方法有一般采用干式HF、超临界流体、升华法等等，但这些方法都面临着结构复杂成本高的缺点，对于晶圆厂来说不利于成本控制。

关于水表面张力对工艺器件的影响包括但不限于上述MEMS的例子，因此业界亟需提供一种能够有效控制液体的表面张力的清洗槽以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在上述缺陷，提供了一种用于清洗半导体晶圆的清洗槽，能够有效控制液体的表面张力，同时降低成本。

为解决上述问题，本实用新型提供一种用于清洗半导体晶圆的清洗槽，包括清洗槽本体，所述清洗槽本体内设有晶圆以及晶圆承载座，所述清洗槽还包括：磁化装置，安装在所述清洗槽本体的四周；循环管路，与所述清洗槽本体的外侧壁连通，所述循环管路上设有表面张力计、启闭阀以及液体泵；所述表面张力计用于检测清洗液表面张力值，所述启闭阀用于控制所述循环管路内清洗液的流通，所述液体泵为所述循环管路内清洗液的流通提供动力；控制单元，所述控制单元同时与所述磁化装置以及表面张力计连接；

其中，在清洗过程开始前/过程中，所述表面张力计检测清洗液的表面张力，并将清洗液的表面张力值反馈至所述控制单元，所述控制单元控制所述磁化装置的开关，并通过所述磁化装置将清洗液的表面张力值调节至预设范围内。

优选的，所述磁化装置与所述计时器连接，所述计时器用于控制所述磁化装置的工作时间。

优选的，所述磁化装置为电磁场发生器，所述电磁场发生器控制的磁场范围为0～1Tesla。

优选的，所述表面张力计具有用于发射信号的无线发射模块，且所述控制单元具有用于接收信号的无线接收模块。

优选的，所述电磁场发生器为两个，分别安装在所述清洗槽本体的两侧。

优选的，所述循环管路的一端与所述清洗槽本体的侧壁连通，其另一端与所述清洗槽本体的底部连通。

优选的，所述清洗槽本体内安装有用于检测清洗液液位的液位传感器。

优选的，所述清洗槽本体还包括用于排放清洗液的排液管路。

优选的，所述排液管路上设有用于控制液体排放的排液阀。

优选的，所述晶圆承载座上设有夹紧件用于固定所述晶圆。

从上述技术方案可以看出，本实用新型提供的用于清洗半导体晶圆的清洗槽，利用外加磁场的方式，改变液体的表面张力，利用表面张力计实时监控液体表面张力值，并将监测的信息反馈给磁化装置，以控制磁场强度，使磁场强度值保持在预设数值，最终使水的表面张力值稳定在所需要的数值，符合晶圆生产的工艺需求；本实用新型机械结构简单，成本低，便于维护，提高清洗效率的同时增加晶圆产量。

附图说明

结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本实用新型有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：

图1是现有技术中悬臂结构含有去离子水的结构示意图；

图2是现有技术中悬臂结构塌陷的示意图；

图3是本实用新型用于清洗半导体晶圆的清洗槽的结构示意图；

图4是本实用新型中水的表面张力与磁场强度及作用时间的关系示意图。

[图中附图标记]：

10、清洗槽本体；20、晶圆；30、晶圆承载座；40、磁化装置；50、循环管路；60、表面张力计；70、启闭阀；80、液体泵。

具体实施方式

为使本实用新型的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本实用新型的内容作进一步说明。当然本实用新型并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本实用新型的保护范围内。其次，本实用新型利用示意图进行了详细的表述，在详述本实用新型实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本实用新型的限定。

需要说明的是，在下述的实施例中，利用图3～图4的结构示意图对按本实用新型一种用于清洗半导体晶圆的清洗槽进行了详细的表述。在详述本实用新型的实施方式时，为了便于说明，各示意图不依照一般比例绘制并进行了局部放大及省略处理，因此，应避免以此作为对本实用新型的限定。

请参阅图3～图4，图3是本实用新型用于清洗半导体晶圆的清洗槽的结构示意图；图4是本实用新型中水的表面张力与磁场强度及作用时间的关系示意图。

相关研究表明，水在磁场的作用下，某些物理和化学性质会发生一定的变化，如粘度、表面张力、浸润特性、电导率等等。同时实验证明，水的表面张力会随着磁场强度和作用时间的变化而发生变化，而且该变化并非线性而是多极值变化形式。

在磁场强度一定的情况下，液态水的表面张力先是呈现出迅速下降的趋势，而后随着作用时间的进一步加长，表面张力又逐步恢复到比较高的水平并趋向于饱和。产生这种现象的原因是液态水在常温下以单个水分子和水分子的缔合体共存的状态存在，缔合体由若干个单个水分子以氢键连接。根据结构化学中关于氢键理论的结论，在物质内部分子间和分子内不断运动条件下，氢键可以不断形成和断裂，因此在常温下水分子的缔合与离解同时存在，在一定温度下而保持动态平衡，此时水体具有确定的表面张力。当水在一定温度下被磁场磁化时，由于磁化过程中水的温度保持不变，因此分子的热运动剧烈程度不变，但电子受到磁场作用或扰动，状态发生变化，影响了电子间的相互作用，部分氢键断裂使分子间作用力减弱而使水的表面张力减小。加入磁场后一定时间表面张力达极小值。此后由于大量氢键断裂后水中的单个水分子和线度较小的缔合水分子所占比例远大于线度较大的缔合水分子的比例，因此，氢键形成的概率远大于氢键断裂的概率，导致氢键形成较氢键断裂过程占优势，故表面张力增大达到极值.

由于以上特性的存在，因此实用新型利用磁场降低水的表面张力时，需优选合适的磁场强度和作用时间的区间。请参阅图4，使去离子水的表面张力系数减幅较大的两个优化组合为(400mT，9min)和(400mT，50min)。在实际运用中，也需要根据磁化水性质变化(如粘度、密度、电导率等参数变化，测量方式可采用离线方式)对工艺的其他影响方面考量，选择合适的磁场强度和作用时间。

如图3所示，本实用新型提供了一种用于清洗半导体晶圆的清洗槽，包括清洗槽本体10，清洗槽本体10内设有晶圆20以及设有夹紧件的晶圆承载座30，清洗槽本体10内设有预设液位的清洗液，其中，清洗液优先为去离子水；清洗槽本体10可设有用于排放清洗液的排液管路、排液阀以及用于检测清洗液液位的液位传感器。

此外，清洗槽还包括磁化装置40、循环管路50以及控制单元(图中未示出)；其中，磁化装置40安装在清洗槽本体10的四周，磁化装置40为电磁场发生器，电磁场发生器控制的磁场范围为0～1Tesla；循环管路50与清洗槽本体10的外侧壁连通，循环管路50上设有表面张力计60、启闭阀70以及液体泵80，表面张力计60用于检测清洗液表面张力值，启闭阀70用于控制循环管路50内清洗液的流通，液体泵80为循环管路50内清洗液的流通提供动力；控制单元同时与磁化装置40以及表面张力计60连接。

在清洗过程开始前/过程中，表面张力计60检测清洗液的表面张力，并将清洗液的表面张力值反馈至控制单元，控制单元控制磁化装置40的开关，并通过磁化装置40将清洗液的表面张力值调节至预设范围内。

具体的，本实施例中，磁化装置40可与计时器连接，计时器用于控制磁化装置40的工作时间，磁化装置40为两个电磁场发生器，分别安装在清洗槽本体10的两侧，用于改变清洗槽内去离子水的表面张力。

同时，循环管路50的一端与清洗槽本体10的侧壁连通，其另一端与清洗槽本体10的底部连通。当打开循环管路50上的启闭阀70时，液体泵80开始工作，将清洗槽本体10内的液体抽送至循环管路50内，表面张力计60检测清洗液的表面张力值，并把表面张力值传输至控制单元，控制单元控制磁化装置40的开关，并通过磁化装置40将清洗液的表面张力值调节至预设范围内。为了便于传送清洗液的表面张力值，表面张力计60可具有用于发射信号的无线发射模块，且控制单元具有用于接收信号的无线接收模块。

综上所述，本实用新型提供的用于清洗半导体晶圆的清洗槽，利用外加磁场的方式，改变液体的表面张力，利用表面张力计60实时监控液体表面张力值，并将监测的信息反馈给磁化装置40，以控制磁场强度，使磁场强度值保持在预设数值，最终使水的表面张力值稳定在所需要的数值，符合晶圆生产的工艺需求；本实用新型机械结构简单，成本低，便于维护，提高清洗效率的同时增加晶圆产量。

此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

可以理解的是，虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本实用新型。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种用于清洗半导体晶圆的清洗槽，包括清洗槽本体，所述清洗槽本体内设有晶圆以及晶圆承载座，其特征在于，所述清洗槽还包括：

磁化装置，安装在所述清洗槽本体的四周；

循环管路，与所述清洗槽本体的外侧壁连通，所述循环管路上设有表面张力计、启闭阀以及液体泵；所述表面张力计用于检测清洗液表面张力值，所述启闭阀用于控制所述循环管路内清洗液的流通，所述液体泵为所述循环管路内清洗液的流通提供动力；

控制单元，所述控制单元同时与所述磁化装置以及表面张力计连接；

其中，在清洗过程开始前/过程中，所述表面张力计检测清洗液的表面张力，并将清洗液的表面张力值反馈至所述控制单元，所述控制单元控制所述磁化装置的开关，并通过所述磁化装置将清洗液的表面张力值调节至预设范围内。

2.根据权利要求1所述的用于清洗半导体晶圆的清洗槽，其特征在于，所述磁化装置与计时器连接，所述计时器用于控制所述磁化装置的工作时间。

3.根据权利要求1所述的用于清洗半导体晶圆的清洗槽，其特征在于，所述磁化装置为电磁场发生器，所述电磁场发生器控制的磁场范围为0～1Tesla。

4.根据权利要求3所述的用于清洗半导体晶圆的清洗槽，其特征在于，所述电磁场发生器为两个，分别安装在所述清洗槽本体的两侧。

5.根据权利要求1所述的用于清洗半导体晶圆的清洗槽，其特征在于，所述表面张力计具有用于发射信号的无线发射模块，且所述控制单元具有用于接收信号的无线接收模块。

6.根据权利要求1所述的用于清洗半导体晶圆的清洗槽，其特征在于，所述循环管路的一端与所述清洗槽本体的侧壁连通，其另一端与所述清洗槽本体的底部连通。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的用于清洗半导体晶圆的清洗槽，其特征在于，所述清洗槽本体内安装有用于检测清洗液液位的液位传感器。

8.根据权利要求1～6任意一项所述的用于清洗半导体晶圆的清洗槽，其特征在于，所述清洗槽本体还包括用于排放清洗液的排液管路。

9.根据权利要求8所述的用于清洗半导体晶圆的清洗槽，其特征在于，所述排液管路上设有用于控制液体排放的排液阀。

10.根据权利要求1所述的用于清洗半导体晶圆的清洗槽，其特征在于，所述晶圆承载座上设有夹紧件用于固定所述晶圆。