CN217641243U - 一种晶圆清洗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了晶圆清洗装置，其包括：槽体；喷淋杆，设置于槽体中，其朝向待清洗的晶圆喷射清洗液；滚刷，设置于槽体中，其绕轴线旋转以刷洗晶圆表面；喷气组件，设置于槽体的上部，其喷射的气体能够在槽体的上部形成气帘，以防止滚刷表面的液体离心溅射至槽体的顶盖。

Description

一种晶圆清洗装置

技术领域

本实用新型属于晶圆清洗技术领域，具体而言，涉及一种晶圆清洗装置。

背景技术

集成电路产业是信息技术产业的核心，在助推制造业向数字化、智能化转型升级的过程中发挥着关键作用。芯片是集成电路的载体，芯片制造涉及芯片设计、晶圆制造、晶圆加工、电性测量、切割封装和测试等工艺流程。

芯片制造过程中，清洗是最重要和最频繁的步骤之一。清洗的目的是为了避免微量离子和金属颗粒对半导体器件的污染，保障半导体器件的性能和合格率。晶圆清洗方式有：滚刷清洗、兆声清洗等，其中，滚刷清洗应用较为广泛。

滚刷清洗装置通常包括槽体和设置于槽体内的滚刷；在清洗过程中，滚刷沿轴线旋转，以移除晶圆表面的颗粒物，清洁晶圆表面。

滚刷以一定速度旋转，其上的液体在离心力作用下向外飞溅，飞溅的液滴/液体极易溅落在槽体顶盖的底面，并可能与顶盖附着的颗粒物混合。混合有颗粒物的液体/液滴会不定期向下滴落而影响晶圆的清洗效果。

现有技术中，通常为顶盖的底面配置倾斜面，以通过斜面引流避免液滴凝结而掉落；这需要增加顶盖的宽度，使得顶盖的底面具有较大的倾斜度；但该方案会增加晶圆清洗装置的体积。

此外，还可以在顶盖的底面配置吸水性良好的材料，以吸附溅射至顶盖的液滴；但这需要定期更换吸附饱和的材料，增加晶圆清洗装置的维护成本。

因此，如何减少或避免顶盖的底面附着液体/液滴，保证晶圆的清洗效果，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种晶圆清洗装置，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本实用新型实施例提供了一种晶圆清洗装置，包括：

槽体；

喷淋杆，设置于槽体中，其朝向待清洗的晶圆喷射清洗液；

滚刷，设置于槽体中，其绕轴线旋转以刷洗晶圆表面；

喷气组件，设置于槽体的上部，其喷射的气体能够在槽体的上部形成气帘，以防止滚刷表面的液体离心溅射至槽体的顶盖。

在一些实施例中，所述喷气组件设置于槽体的内侧壁，形成的气帘能够覆盖槽体的顶盖。

在一些实施例中，所述喷气组件包括喷气杆，所述喷气杆设置于所述槽体的内侧壁。

在一些实施例中，所述喷气杆平行于所述滚刷的长度方向设置。

在一些实施例中，所述喷气杆上配置有喷气孔，所述喷气孔的数量为多个并沿所述喷气杆的长度方向间隔设置。

在一些实施例中，所述喷气孔的外端为锥形结构，其喷射的气体呈锥形筒，相邻喷气孔喷射的气体在水平方向至少部分重叠。

在一些实施例中，所述喷气组件的数量为一对，其竖向交错设置于槽体的内侧壁，并且，所述喷气组件位于所述滚刷的两侧。

在一些实施例中，位于滚刷两侧的喷气组件喷射的气体在竖直方向至少部分重叠。

在一些实施例中，所述喷气组件还包括调节件，其设置于所述喷气杆的端部；所述调节件能够带动喷气杆绕轴线旋转，以改变喷气组件形成的气帘相对于水平面的夹角。

在一些实施例中，所述喷气组件喷射的气体为惰性气体，其形成的气帘与水平面的夹角为3-10°。

本实用新型的有益效果包括：

a. 在槽体的内部配置喷气组件，以在滚刷的上方形成严密的气帘，防止滚刷上的液滴离心甩落至槽体的顶盖，减少/避免液滴不定期滴落对晶圆清洗的影响；

b. 喷气杆能够绕其轴线旋转，以改变其上的喷气孔的位置，实现气帘夹角的调整，以减少喷射的气体对槽体中气流的干扰，保证晶圆的清洗效果；

c. 喷气孔的前端为锥形结构，相邻喷气孔喷射的气体至少部分重叠，以形成严密的气帘，避免滚刷上的液滴离心飞溅至槽体的顶盖；

d. 槽体的顶盖无需配置倾斜面，只需在槽体的内部设置形成气帘的喷气组件，有利于控制晶圆清洗装置的占用空间。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本实用新型的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本实用新型的保护范围，其中：

图1是现有技术中现有晶圆清洗装置的示意图；

图2是图1中现有晶圆清洗装置的剖视图；

图3是本实用新型一实施例提供的晶圆清洗装置的剖视图；

图4是本实用新型一实施例提供的喷气组件的结构示意图；

图5是图4中喷气组件的剖视图；

图6是本实用新型一实施例提供的喷气组件形成的气帘的示意图；

图7是本实用新型一实施例提供的晶圆清洗装置的示意图；

图8是本实用新型所述气帘夹角的示意图；

图9是利用本实用新型所述晶圆清洗装置进行晶圆清洗的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本实用新型所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本实用新型实施方式及本实用新型保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本实用新型的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本实用新型实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。

在本实用新型中，晶圆(Wafer, W)也称基板(Substrate)，其含义和实际作用等同。

图1是现有技术中现有晶圆清洗装置100’的示意图。现有晶圆清洗装置100’包括槽体10、晶圆支撑部和滚刷20。为了更好的说明现有晶圆清洗装置100’的内部结构，特意将槽体10前侧的挡板以及位于槽体10上部的顶盖11（图2示出）拆除。

晶圆支撑部设置于槽体10，以水平支撑待清洗的晶圆；关于晶圆支撑部的结构，可参阅专利CN113130371A中的晶圆支撑装置，这里不再赘述。滚刷20平行、间隔设置于槽体10中，并且位于晶圆W的两侧。

图1中，滚刷20的端部配置有电机，滚刷20能够绕轴线旋转，以接触的方式清洗晶圆表面。槽体10的内部还设置有喷淋杆30和冲洗杆，两者平行于滚刷20的长度方向设置。

其中，喷淋杆30为晶圆表面供给清洗液，冲洗杆为晶圆的清洗提供去离子水以冲洗晶圆表面。滚刷20可以由多孔性材料制成，如聚乙烯醇，滚刷20能够吸附大量用于刷洗晶圆W表面的清洗液，绕轴线滚动的滚刷20与旋转的晶圆W接触以移除晶圆W表面的污染物。

为了防止现有晶圆清洗装置100’外部的颗粒物进入槽体10的内部而影响晶圆的清洗效果，槽体10的上部配置有图2示出的顶盖11，以形成相对封闭的晶圆清洗腔室。

图2中，槽体10中的滚刷20以一定速度绕轴线旋转，其上的清洗液等液体会在离心力作用下向外飞溅，甚至溅落并附着在顶盖11的底面。顶盖11底面的液滴与颗粒物混合，会不定期掉落至晶圆W表面。因此，溅落至顶盖11底面的液滴容易影响晶圆的清洗效果，必须减少/避免液滴溅落至顶盖11的底面。

图3是本实用新型一实施例提供的晶圆清洗装置100的示意图，其至少能够在一定程度上解决上述技术问题。

图3示出的晶圆清洗装置100与图1及图2示出的现有晶圆清洗装置100’类似，晶圆清洗装置100也包括槽体10、晶圆支撑部和滚刷20，其还包括喷气组件40，如图3所示。具体地，喷气组件40设置于槽体10的上部，其喷射的气体能够在槽体10的上部形成气帘40a，以防止滚刷20表面的液体离心溅射至槽体10的顶盖11。即喷气组件40形成的气帘40a能够有效阻挡自滚刷20溅射的液滴，进而从根本上避免液滴附着在顶盖11的底面。本实用新型中，气帘也称气幕，即相邻喷射的气体组合成一个整体，类似于帘或幕，起到阻挡的作用，故命名为“气帘”。

进一步地，喷气组件40沿槽体10的内侧壁设置，并且，喷气组件40位于滚刷20与顶盖11之间。喷气组件40喷射气体形成的气帘能够覆盖槽体10的顶盖11，以对经由滚刷20甩出的液滴形成有效阻挡，避免液滴经由形成的气帘40a溅落至顶盖11的底面。

图4是本实用新型一实施例提供的喷气组件40的结构示意图，喷气组件40包括喷气杆41，喷气杆41固定于槽体10的内侧壁。喷气杆41配置有喷气孔42，喷气孔42的数量为多个，喷气孔42沿喷气杆41的长度方向间隔设置。

图4中，喷气杆41为矩形管结构，以便于固定于槽体10的内侧壁。可以理解的是，喷气杆41也可以为圆形管结构，其连接于槽体10的内侧壁。

图5是喷气组件40的纵向剖视图，喷气杆41的内部设置有沿轴线的贯通孔41a，喷气孔42与贯通孔41a相连通。外部的气源与喷气组件40的喷气杆41连通，气体经由喷气杆41的贯通孔41a后，自喷气孔42排出。

图5中，喷气孔42的外端为锥形结构，气体经由喷气孔42喷射，以锥形筒的形式呈现，以在顶盖11的下方形成图3示出的气帘40a。

具体地，喷气孔42包括圆孔段42a和锥孔段42b，如图5所示，圆孔段42a与贯通孔41a连通，锥孔段42b位于圆孔段42a的外侧。贯通孔41a的气体依次经由圆孔段42a及锥孔段42b排出，喷射的气流呈锥形筒结构。

由于喷气孔42沿喷气杆41的长度方向水平设置，相邻喷气孔42喷射的气体在水平方向至少部分重叠，如图6所示，以形成严密的气帘40a，避免自滚刷20飞溅的液滴穿过气帘40a而溅落至顶盖11的底面。

图6所示的实施例中，喷气孔42沿喷气杆41的中轴线设置并朝向喷气杆41的一侧，相邻喷气孔42喷射的气体沿水平方向的重叠率在20-40%，以形成严密的气帘40a。

图3所示的实施例中，喷气杆41平行于滚刷20的长度方向设置。相邻喷气孔42喷射的气体在远离喷气杆41的方向重叠，而喷射气体重叠区域完全覆盖滚刷20所在位置，以严密阻挡滚刷20的甩出的液滴。若喷气杆41垂直于滚刷20的长度方向设置，则由于喷气孔42喷射的气体在靠近喷气杆41的位置没有完全重叠，喷气组件40形成的气帘40a不能完全覆盖滚刷20的端部区域，致使滚刷20端部的液滴溅落至顶盖11的底面，进而影响晶圆的清洗效果。

本实用新型中，喷气孔42喷射的气体对应的重叠位置及重叠率至关重要。而喷射气体的重叠位置及重叠率与喷气孔42的结构形状以及相邻喷气孔42之间的间距有关。在一些实施例中，图5示出的锥孔段42b的夹角θ为30-70°，锥孔段42b的长度为1-5mm；相邻喷气孔42之间的间距为5-20mm。

作为本实用新型的另一个实施例，喷气组件40的喷气杆41上还可以配置与图5示出的贯通孔41a连接的喷嘴，所述喷嘴采用锥形喷嘴；所述喷嘴朝向外侧喷射气体，以形成圆锥筒结构的气流。多个相邻的喷嘴组合，形成严密的气帘40a。

本实用新型中，晶圆在相对密闭的槽体10内实现滚刷清洗，为了保证晶圆清洗的效果，还需要减少喷气组件40对槽体10内部流体的扰动，因此，需要根据清洗工艺，微调喷射组件40形成气帘40a，控制喷气气体对槽体10内气流的扰动。

图3中，晶圆清洗装置100配置的喷气组件40的数量为一对，其分别设置于滚刷20的两侧。并且，喷气组件40沿竖直方向交错固定于槽体10的内侧壁，使得喷气组件40形成的气帘40a在竖直方向上至少部分重叠。

进一步地，设置于滚刷20两侧的喷气组件40沿竖直方向的高度值为3-10mm。可以理解的是，作为图3实施例的一个变体，也可以通过改变喷气杆41上配置的喷气孔42的竖向高度，来调节滚刷20两侧喷气组件40形成的气帘40a的竖向重叠率。

图7是本实用新型一实施例提供的晶圆清洗装置100的示意图，本实施例中，槽体10的内侧壁配置有一对喷气组件40，并且，喷气组件40设置于滚刷20的两侧。其中，喷气组件40还包括调节件43，调节件43位于喷气杆41的端部，并且位于槽体10的外侧。

进一步地，调节件43能够带动喷气杆41绕轴线旋转，以改变喷气组件40形成的气帘40a相对于水平面的夹角。本实用新型中，气帘40a相对于水平面的夹角是气帘40a的中轴线与水平面的夹角，下面称为“气帘夹角”，即图8中的γ为喷气杆41形成的气帘40a对应的气帘夹角。

图7中，调节件43与喷气杆41同轴设置，旋转位于槽体10外侧的调节件43，能够带动喷气杆41转动，以微调喷气杆41上喷气孔42的位置，调整气帘夹角，以兼顾气帘密封及气流扰动，保证良好的清洗效果。

图7所示的实施例中，喷气杆41采用手动调整，实现气帘夹角的调整。可以理解的是，喷气杆41的端部还可以配置小功率电机及谐波减速机，以远程调控喷气孔42的位置，实现气帘夹角的准确调控。

本实用新型中，气帘夹角的调节范围为3-10°。喷气杆41可以倾斜向上喷射，以在顶盖11的下方形成严密的气帘40a，避免滚刷20上的液滴离心溅射而附着在顶盖11的底面。

图3所示的实施例中，喷气组件40通过管路与外部的气源（未示出）连通，以喷射气体形成严密的气帘40a。在一些实施例中，喷气组件40喷射的气体为惰性气体，如氮气、氦气等，以避免喷射的气体与清洗液和/或晶圆上的器件发生化学反应，减少喷射的气体对晶圆清洗的干扰。

在一些实施例中，喷气组件40的气体流量为50-100L/min，喷射组件40的气体压力为0.1-0.2Mpa，以在滚刷20的上侧形成严密的气帘40a，使得气帘40a能够有效阻挡自滚刷20离心飞溅的液滴。

本实用新型中，顶盖11的底面形状不做要求。顶盖11的底面可以为斜面，也可以为平面；只要在槽体10上部配置喷气组件40，以形成覆盖顶盖11的气帘即可。

下面结合图3示出的晶圆清洗装置100，简述晶圆的清洗过程，其流程图，如图9所示：

首先，将待清洗的晶圆放置于槽体10中；

接着，在滚刷清洗开始之前，启动喷气组件40，以在槽体10的上部形成气帘；

接着，在滚刷清洗结束之后，取出完成清洗的晶圆，关闭喷气组件40。

即在晶圆清洗过程中，滚刷20与槽体10的顶盖11之间始终形成严密的气帘40a。

进一步地，晶圆清洗初期，滚刷20的旋转速度逐渐增大至额定转速，喷气组件40对应的气体流量为Q₁；晶圆清洗稳定期，滚刷20以额定转速旋转，喷气组件40对应的气体流量为Q₂；其中，Q₁＞Q₂。即在滚刷20加速旋转的过程中，滚刷20的表面会形成较多的液滴；为了避免液滴穿过气帘40a，在滚刷20加速过程中，喷气杆41通入流量较大的气体。具体地，晶圆清洗初期，喷气组件40对应的气体流量为Q₁为90L/min；晶圆清洗稳定期，喷气组件40对应的气体流量为Q₂为60L/min。

晶圆清洗过程中，滚刷20旋转甩出的液体与喷气组件40形成的气帘40a在靠近槽体10内侧壁的附近抵接。离心甩出的液滴在槽体10的内侧壁附近与气帘40a发送碰撞，即使两者发生微小溅射，液滴也会溅落至槽体10的内侧壁，而不至于溅射至顶盖11的底面。

进一步地，在晶圆清洗初期，喷气组件40对应的气帘夹角为α；在晶圆清洗稳定期，喷气组件40对应的气帘夹角为β；其中，α＜β。具体地，晶圆清洗初期，滚刷20加速旋转，其表面的液滴离心向外甩出。为了减少甩出液滴的动能，特意将喷气组件40形成的气帘40a尽量靠近滚刷20，使得甩出的液滴在滚刷20附近与气帘40a碰撞。即液滴与气帘40a碰撞的区域距离顶盖11的底面较远，进而减少或避免液滴溅射至顶盖11的底面。进一步地，在晶圆清洗初期，喷气组件40对应的气帘夹角α为4°；在晶圆清洗稳定期，喷气组件40对应的气帘夹角β为8°。

需要说明的是，本实用新型提及的喷气组件40不仅可以应用于晶圆水平清洗对应的晶圆清洗装置，同样地，喷气组件40也可以应用于晶圆干燥装置。此外，喷气组件40也可以应用于晶圆竖直清洗，以在滚刷20与顶盖11之间形成严密的气帘40a，避免滚刷20上的液滴或含有颗粒物的液滴溅落至顶盖11的底面。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种晶圆清洗装置，其特征在于，包括：

槽体；

喷淋杆，设置于槽体中，其朝向待清洗的晶圆喷射清洗液；

滚刷，设置于槽体中，其绕轴线旋转以刷洗晶圆表面；

喷气组件，设置于槽体的上部，其喷射的气体能够在槽体的上部形成气帘，以防止滚刷表面的液体离心溅射至槽体的顶盖。

2.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述喷气组件设置于槽体的内侧壁，形成的气帘能够覆盖槽体的顶盖。

3.如权利要求2所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述喷气组件包括喷气杆，所述喷气杆设置于所述槽体的内侧壁。

4.如权利要求3所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述喷气杆平行于所述滚刷的长度方向设置。

5.如权利要求3所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述喷气杆上配置有喷气孔，所述喷气孔的数量为多个并沿所述喷气杆的长度方向间隔设置。

6.如权利要求5所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述喷气孔的外端为锥形结构，其喷射的气体呈锥形筒，相邻喷气孔喷射的气体在水平方向至少部分重叠。

7.如权利要求3所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述喷气组件的数量为一对，其竖向交错设置于槽体的内侧壁，并且，所述喷气组件位于所述滚刷的两侧。

8.如权利要求7所述的晶圆清洗装置，其特征在于，位于滚刷两侧的喷气组件喷射的气体在竖直方向至少部分重叠。

9.如权利要求3所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述喷气组件还包括调节件，其设置于所述喷气杆的端部；所述调节件能够带动喷气杆绕轴线旋转，以改变喷气组件形成的气帘相对于水平面的夹角。

10.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述喷气组件喷射的气体为惰性气体，其形成的气帘与水平面的夹角为3-10°。

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