CN208538807U - 一种半导体晶圆清洗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种半导体晶圆清洗装置，涉及半导体工艺技术领域，该半导体晶圆清洗装置包括清洗槽、晶圆承载机构、升降机构、循环冲洗机构、张力检测机构、超声波发生机构以及磁力发生机构，升降机构设置在清洗槽内，晶圆承载机构设置在升降机构的顶部并在升降机构的带动下相对清洗槽升降，循环冲洗机构的进液端设置在清洗槽的底部，张力检测机构与冲洗机构连接，磁力发生机构均设置在清洗槽的周缘并与张力检测机构电连接，超声波发生机构设置在清洗槽的底部。相较于现有技术，本实用新型提供的一种半导体晶圆清洗装置，能够彻底清洗晶圆表面，同时能够避免残留的去离子水破坏晶圆表面的结构，保证晶圆的质量。

Description

一种半导体晶圆清洗装置

技术领域

本实用新型涉及半导体工艺技术领域，具体而言，涉及一种半导体晶圆清洗装置。

背景技术

在随着集成电路特征尺寸进入到深压微米阶段，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20％以上。

现有的清洗工艺通常采用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，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取出晶圆表面残留的去离子水。现有技术中，通常是将晶圆放入盛有去离子水的清洗槽中进行清洗，清洗完后直接将清洗后的去离子水排走或者将晶圆取出，在经过干燥装置进行干燥。在清洗完晶圆等待干燥的过程中，晶圆表面残留有少许去离子水，由于残留的去离子水滴具有一定的表面张力，可能会对晶圆表面的各个特殊结构造成破坏，影响晶圆质量。此外，现有技术中简单通过浸泡等方式难以彻底去除晶圆表面的化学液体，对后续工艺也会造成不好的影响。

有鉴于此，设计制造出一种能够彻底清洗晶圆表面，同时能够避免残留的去离子水破坏晶圆结构的半导体晶圆清洗装置就显得尤为重要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种半导体晶圆清洗装置，能够彻底清洗晶圆表面，同时能够避免残留的去离子水破坏晶圆表面的结构，保证晶圆的质量。

本实用新型是采用以下的技术方案来实现的。

一种半导体晶圆清洗装置，包括清洗槽、晶圆承载机构、升降机构、循环冲洗机构、张力检测机构、超声波发生机构以及磁力发生机构，清洗槽中储存有去离子水，升降机构设置在清洗槽内，晶圆承载机构设置在升降机构的顶部并在升降机构的带动下相对清洗槽升降，循环冲洗机构具有进液端和多个出液端，进液端设置在清洗槽的底部，多个出液端均设置在清洗槽的顶部并伸入清洗槽，张力检测机构与冲洗机构连接，用于检测通过循环冲洗机构的去离子水的表面张力值，磁力发生机构均设置在清洗槽的周缘并与张力检测机构电连接，用于依据表面张力值在清洗槽内形成磁场，超声波发生机构设置在清洗槽的底部，用于向清洗槽内的去离子水提供超声波。

进一步地，循环冲洗机构包括循环主管、增压泵、分路器、多个循环支管和多个冲洗喷嘴，循环主管的一端固定连接于清洗槽的底部，循环主管的另一端与分路器连接，分路器分别与多个循环支管连接，多个循环支管远离分路器的一端均固定连接于清洗槽的顶部外周壁并伸入清洗槽，多个冲洗喷嘴一一对应地与多个循环支管远离分路器的一端连接并与晶圆承载机构相对设置，增压泵设置在循环主管上，张力检测机构与循环主管连接。

进一步地，每个冲洗喷嘴均开设有多个雾化出液孔，多个雾化出液孔均与对应的循环支管连通。

进一步地，张力检测机构包括张力计和控制器，张力计设置在循环主管上，控制器分别与张力计和磁力发生机构电连接。

进一步地，磁力发生机构包括第一磁场发生器和第二磁场发生器，第一磁场发生器设置在清洗槽的一侧，第二磁场发生器设置在清洗槽的另一侧，第一磁场发生器和第二磁场发生器均与控制器电连接。

进一步地，晶圆承载机构包括承载盘与承载座，承载座固定设置在升降机构的顶部，承载盘设置在承载座上，且承载盘上设置有多个晶圆容置槽，多个晶圆容置槽相互平行。

进一步地，承载盘的边缘还设置有围板，围板与承载盘共同形成一装夹空腔，用于容置晶圆。

进一步地，升降机构包括底座、升降架和牵引绳，底座固定设置在清洗槽的底壁上，升降架的底端与底座固定连接，升降架的顶端与承载座固定连接，牵引绳的一端与升降架的顶端固定连接。

进一步地，超声波发生机构包括超声波换能器、超声波电源和集束围板，集束围板固定设置在清洗槽的底部周缘并与清洗槽的底部共同形成一容置内腔，超声波换能器设置在容置内腔中并贴合设置在清洗槽的底部，超声波电源设置在容置内腔中并与超声波换能器电连接。

一种半导体晶圆清洗装置，包括清洗槽、晶圆承载机构、升降机构、循环冲洗机构、张力检测机构、超声波发生机构、磁力发生机构以及驱动机构，清洗槽中储存有去离子水，升降机构设置在清洗槽内，晶圆承载机构设置在升降机构的顶部并在升降机构的带动下相对清洗槽升降，循环冲洗机构具有进液端和多个出液端，进液端设置在清洗槽的底部，多个出液端均设置在清洗槽的顶部并伸入清洗槽，张力检测机构与冲洗机构连接，用于检测通过循环冲洗机构的去离子水的表面张力值，磁力发生机构均设置在清洗槽的周缘并与张力检测机构电连接，用于依据表面张力值在清洗槽内形成磁场，超声波发生机构设置在清洗槽的底部，用于向清洗槽内的去离子水提供超声波；驱动机构与升降机构连接，用于驱动升降机构运动。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的一种半导体晶圆清洗装置，清洗槽中储存有去离子水，升降机构设置在清洗槽内，晶圆承载机构设置在升降机构的顶部并在升降机构的带动下相对清洗槽升降，循环冲洗机构具有进液端和多个出液端，进液端设置在清洗槽的底部，多个出液端均设置在清洗槽的顶部并伸入清洗槽，张力检测机构与冲洗机构连接，磁力发生机构均设置在清洗槽的周缘并与张力检测机构电连接，超声波发生机构设置在清洗槽的底部。在清洗晶圆时，将晶圆片放置在晶圆承载机构上，利用循环冲洗机构的出液端对晶圆片进行冲洗，并在升降机构的带动下浸入去离子水中进一步清洗，同时启动超声波发生机构，向清洗槽内的去离子水提供超声波，彻底清除晶圆表面的化学液体，同时启动磁力发生机构，在去离子水所在空间生成磁场，从而磁化去离子水，降低其表面张力。相较于现有技术，本实用新型提供的一种半导体晶圆清洗装置，能够彻底清洗晶圆表面，同时能够避免残留的去离子水破坏晶圆表面的结构，保证晶圆的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型第一实施例提供的半导体晶圆清洗装置在第一视角下的结构示意图；

图2为本实用新型第一实施例提供的半导体晶圆清洗装置在第二视角下的结构示意图；

图3为本实用新型第一实施例提供的半导体晶圆清洗装置在第三视角下的结构示意图；

图4为图1中升降机构与晶圆承载机构的连接结构示意图。

图标：100-半导体晶圆清洗装置；110-清洗槽；130-晶圆承载机构；131-承载盘；133-承载座；135-围板；150-升降机构；151-底座；153-升降架；155-牵引绳；160-循环冲洗机构；161-循环主管；163-增压泵；165-分路器；167-循环支管；169-冲洗喷嘴；170-张力检测机构；171-张力计；173-控制器；180-超声波发生机构；190-磁力发生机构；191-第一磁场发生器；193-第二磁场发生器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例

参见图1，本实施例提供了一种半导体晶圆清洗装置100，包括清洗槽110、晶圆承载机构130、升降机构150、循环冲洗机构160、张力检测机构170、超声波发生机构180以及磁力发生机构190，清洗槽110中储存有去离子水，升降机构150设置在清洗槽110内，晶圆承载机构130设置在升降机构150的顶部并在升降机构150的带动下相对清洗槽110升降，循环冲洗机构160具有进液端和多个出液端，进液端设置在清洗槽110的底部，多个出液端均设置在清洗槽110的顶部并伸入清洗槽110，张力检测机构170与冲洗机构连接，用于检测通过循环冲洗机构160的去离子水的表面张力值，磁力发生机构190均设置在清洗槽110的周缘并与张力检测机构170电连接，用于依据表面张力值在清洗槽110内形成磁场，超声波发生机构180设置在清洗槽110的底部，用于向清洗槽110内的去离子水提供超声波。

需要说明的是，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。故可通过控制磁场产生时间来降低液态水的表面张力，在本实施例中可通过控制磁力发生机构190的运行时间来降低液态水的表面张力，避免后续工序中残留的去离子水对晶圆表面结构造成破坏。

在清洗晶圆时，将晶圆片放置在晶圆承载机构130上，利用循环冲洗机构160的出液端对晶圆片进行冲洗，并在升降机构150的带动下浸入去离子水中进一步清洗，同时启动超声波发生机构180，向清洗槽110内的去离子水提供超声波，彻底清除晶圆表面的化学液体，同时启动磁力发生机构190，在去离子水所在空间生成磁场，从而磁化去离子水，降低其表面张力。

参见图2，循环冲洗机构160包括循环主管161、增压泵163、分路器165、多个循环支管167和多个冲洗喷嘴169，循环主管161的一端固定连接于清洗槽110的底部，循环主管161的另一端与分路器165连接，分路器165分别与多个循环支管167连接，多个循环支管167远离分路器165的一端均固定连接于清洗槽110的顶部外周壁并伸入清洗槽110，多个冲洗喷嘴169一一对应地与多个循环支管167远离分路器165的一端连接并与晶圆承载机构130相对设置，增压泵163设置在循环主管161上，张力检测机构170与循环主管161连接。

在本实施例中，清洗槽110中的去离子水通过底部的循环主管161流出清洗槽110，在增压泵163的增压作用下循环主管161中的去离子水经过分路器165流入到多个循环支管167，再由多个冲洗喷嘴169喷回清洗槽110。具体地，多个冲洗喷嘴169均匀设置在清洗槽110的内周壁上，从而从不同方向对未浸入去离子水中的晶圆片进行冲洗。

在本实施例中，每个冲洗喷嘴169均开设有多个雾化出液孔，多个雾化出液孔均与对应的循环支管167连通。通过雾化出液孔的分流作用

参见图3，张力检测机构170包括张力计171和控制器173，张力计171设置在循环主管161上，控制器173分别与张力计171和磁力发生机构190电连接。通过控制器173可控制磁力发生机构190的启动时间，具体地，在控制器173中设置有时间控制环，该时间控制环与磁力发生机构190电连接并控制磁力发生机构190的启动时间，从而能够达到降低去离子水的表面张力的作用。

参见图4，磁力发生机构190包括第一磁场发生器191和第二磁场发生器193，第一磁场发生器191设置在清洗槽110的一侧，第二磁场发生器193设置在清洗槽110的另一侧，第一磁场发生器191和第二磁场发生器193均与控制器173电连接。

在本实施例中，第一磁场发生器191和第二磁场发生器193均采用电磁铁进行组装，且第一磁场发生器191和第二磁场发生器193相对设置，从而产生稳定叠加的磁场，向去离子水提供稳定的磁场。

晶圆承载机构130包括承载盘131与承载座133，承载座133固定设置在升降机构150的顶部，承载盘131设置在承载座133上，且承载盘131上设置有多个晶圆容置槽，多个晶圆容置槽相互平行。在清洗时将多个晶圆片依次放入多个晶圆容置槽中，晶圆容置槽的表面做了软化处理，避免划伤晶圆。

在本实施例中，承载盘131的边缘还设置有围板135，围板135与承载盘131共同形成一装夹空腔，用于容置晶圆。围板135同时起到止挡晶圆片的作用，放置在升降过程中晶圆从晶圆容置槽中脱落。

升降机构150包括底座151、升降架153和牵引绳155，底座151固定设置在清洗槽110的底壁上，升降架153的底端与底座151固定连接，升降架153的顶端与承载座133固定连接，牵引绳155的一端与升降架153的顶端固定连接，牵引绳155的另一端与外部牵引设备连接，例如可以与一牵引电机连接，通过牵引电机来提升升降架153。

在实际清洗过程中，升降架153处于高处时，将晶圆放入承载盘131上的晶圆容置槽中，并通过多个冲洗喷嘴169从多个方向对晶圆进行冲洗，冲洗完毕后在承载盘131的重力作用下通过升降架153带动承载盘131向下运动至去离子水中进行浸泡，去除表面的化学溶液。升降架153的升降具有一定的阻尼，保证升降过程平稳进行。

在本实用新型其他较佳的实施例中，可通过具有自动升降功能的升降架153来升降承载盘131，避免了通过牵引绳155进行牵引。

超声波发生机构180包括超声波换能器、超声波电源和集束围板135，集束围板135固定设置在清洗槽110的底部周缘并与清洗槽110的底部共同形成一容置内腔，超声波换能器设置在容置内腔中并贴合设置在清洗槽110的底部，超声波电源设置在容置内腔中并与超声波换能器电连接。

在本实施例中，超声波换能器将电能转换成机械能，同时会产生振幅极小的高频震动并传播到清洗槽110内的溶液中，从而对晶圆片进行清洗，其具体原理在此不做过多描述。

综上所述，本实施例提供了一种半导体晶圆清洗装置100，在清洗晶圆时，将晶圆片放置在晶圆承载机构130上，利用循环冲洗机构160的出液端对晶圆片进行冲洗，并在升降机构150的带动下浸入去离子水中进一步清洗，同时启动超声波发生机构180，向清洗槽110内的去离子水提供超声波，彻底清除晶圆表面的化学液体，同时启动磁力发生机构190，在去离子水所在空间生成磁场，从而磁化去离子水，降低其表面张力。相较于现有技术，本实用新型提供的一种半导体晶圆清洗装置100，能够彻底清洗晶圆表面，同时能够避免残留的去离子水破坏晶圆表面的结构，保证晶圆的质量。

第二实施例

本实施例提供了一种半导体晶圆清洗装置100，其基本结构和原理及产生的技术效果和第一实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考第一实施例中相应内容。

本实施例提供的半导体晶圆清洗装置100包括清洗槽110、晶圆承载机构130、升降机构150、循环冲洗机构160、张力检测机构170、超声波发生机构180、磁力发生机构190以及驱动机构，清洗槽110中储存有去离子水，升降机构150设置在清洗槽110内，晶圆承载机构130设置在升降机构150的顶部并在升降机构150的带动下相对清洗槽110升降，循环冲洗机构160具有进液端和多个出液端，进液端设置在清洗槽110的底部，多个出液端均设置在清洗槽110的顶部并伸入清洗槽110，张力检测机构170与冲洗机构连接，用于检测通过循环冲洗机构160的去离子水的表面张力值，磁力发生机构190均设置在清洗槽110的周缘并与张力检测机构170电连接，用于依据表面张力值在清洗槽110内形成磁场，超声波发生机构180设置在清洗槽110的底部，用于向清洗槽110内的去离子水提供超声波；驱动机构与升降机构150连接，用于驱动升降机构150运动。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半导体晶圆清洗装置，其特征在于，包括清洗槽、晶圆承载机构、升降机构、循环冲洗机构、张力检测机构、超声波发生机构以及磁力发生机构，所述清洗槽中储存有去离子水，所述升降机构设置在所述清洗槽内，所述晶圆承载机构设置在所述升降机构的顶部并在所述升降机构的带动下相对所述清洗槽升降，所述循环冲洗机构具有进液端和多个出液端，所述进液端设置在所述清洗槽的底部，多个所述出液端均设置在所述清洗槽的顶部并伸入所述清洗槽，所述张力检测机构与所述冲洗机构连接，用于检测通过所述循环冲洗机构的所述去离子水的表面张力值，所述磁力发生机构均设置在所述清洗槽的周缘并与所述张力检测机构电连接，用于依据所述表面张力值在所述清洗槽内形成磁场，所述超声波发生机构设置在所述清洗槽的底部，用于向所述清洗槽内的所述去离子水提供超声波。

2.根据权利要求1所述的半导体晶圆清洗装置，其特征在于，所述循环冲洗机构包括循环主管、增压泵、分路器、多个循环支管和多个冲洗喷嘴，所述循环主管的一端固定连接于所述清洗槽的底部，所述循环主管的另一端与所述分路器连接，所述分路器分别与多个所述循环支管连接，多个所述循环支管远离所述分路器的一端均固定连接于所述清洗槽的顶部外周壁并伸入所述清洗槽，多个所述冲洗喷嘴一一对应地与多个所述循环支管远离所述分路器的一端连接并与所述晶圆承载机构相对设置，所述增压泵设置在所述循环主管上，所述张力检测机构与所述循环主管连接。

3.根据权利要求2所述的半导体晶圆清洗装置，其特征在于，每个所述冲洗喷嘴均开设有多个雾化出液孔，多个所述雾化出液孔均与对应的所述循环支管连通。

4.根据权利要求2所述的半导体晶圆清洗装置，其特征在于，所述张力检测机构包括张力计和控制器，所述张力计设置在所述循环主管上，所述控制器分别与所述张力计和所述磁力发生机构电连接。

5.根据权利要求4所述的半导体晶圆清洗装置，其特征在于，所述磁力发生机构包括第一磁场发生器和第二磁场发生器，所述第一磁场发生器设置在所述清洗槽的一侧，所述第二磁场发生器设置在所述清洗槽的另一侧，所述第一磁场发生器和所述第二磁场发生器均与所述控制器电连接。

6.根据权利要求1所述的半导体晶圆清洗装置，其特征在于，所述晶圆承载机构包括承载盘与承载座，所述承载座固定设置在所述升降机构的顶部，所述承载盘设置在所述承载座上，且所述承载盘上设置有多个晶圆容置槽，多个所述晶圆容置槽相互平行。

7.根据权利要求6所述的半导体晶圆清洗装置，其特征在于，所述承载盘的边缘还设置有围板，所述围板与所述承载盘共同形成一装夹空腔，用于容置晶圆。

8.根据权利要求6所述的半导体晶圆清洗装置，其特征在于，所述升降机构包括底座、升降架和牵引绳，所述底座固定设置在所述清洗槽的底壁上，所述升降架的底端与所述底座固定连接，所述升降架的顶端与承载座固定连接，所述牵引绳的一端与所述升降架的顶端固定连接。

9.根据权利要求1所述的半导体晶圆清洗装置，其特征在于，所述超声波发生机构包括超声波换能器、超声波电源和集束围板，所述集束围板固定设置在所述清洗槽的底部周缘并与所述清洗槽的底部共同形成一容置内腔，所述超声波换能器设置在所述容置内腔中并贴合设置在所述清洗槽的底部，所述超声波电源设置在所述容置内腔中并与所述超声波换能器电连接。

10.一种半导体晶圆清洗装置，其特征在于，包括清洗槽、晶圆承载机构、升降机构、循环冲洗机构、张力检测机构、超声波发生机构、磁力发生机构以及驱动机构，所述清洗槽中储存有去离子水，所述升降机构设置在所述清洗槽内，所述晶圆承载机构设置在所述升降机构的顶部并在所述升降机构的带动下相对所述清洗槽升降，所述循环冲洗机构具有进液端和多个出液端，所述进液端设置在所述清洗槽的底部，多个所述出液端均设置在所述清洗槽的顶部并伸入所述清洗槽，所述张力检测机构与所述冲洗机构连接，用于检测通过所述循环冲洗机构的所述去离子水的表面张力值，所述磁力发生机构均设置在所述清洗槽的周缘并与所述张力检测机构电连接，用于依据所述表面张力值在所述清洗槽内形成磁场，所述超声波发生机构设置在所述清洗槽的底部，用于向所述清洗槽内的所述去离子水提供超声波；所述驱动机构与所述升降机构连接，用于驱动所述升降机构运动。