CN219998160U - 湿法清洗设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种湿法清洗设备，所述湿法清洗设备包括清洗槽、机械手臂、吸附装置及用于监测所述清洗槽内水汽密度的监测器；所述监测器设置于与清洗槽的液面有间距的位置；所述机械手臂设置在清洗槽外，且可移动至清洗槽内，所述机械手臂上设置有用于吸附水汽的吸附口，所述吸附口与吸附装置相连通。本实用新型经改善的结构设计，利用监测器监测清洗槽的水汽密度，并通过机械手臂上的吸附口进行水汽吸附，可以有效避免因机械手臂上的残液滴落以及因清洗槽内的水汽凝结在晶圆上造成的晶圆污染，有助于提高生产良率。

Description

湿法清洗设备

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种半导体设备，特别是涉及一种湿法清洗设备。

背景技术

批次型湿法清洗设备因单次可以处理单个乃至多个批次的数十片晶圆，可以显著提高清洗效率而在各个半导体芯片制造厂得到广泛的应用。但是正因为其单次可以处理数十片晶圆，因此一旦设备存在问题，那会导致成批次晶圆的相同位置出现相同的缺陷。

现有的批次型湿法清洗设备通常包括清洗槽和用于在不同清洗槽之间传送晶圆盒(cassette，或者称之为花篮)的机械手臂。晶圆盒为其上设置有数十个用于固定晶圆的卡槽的托架结构。清洗作业中，机械手臂伸入装载有晶圆的晶圆盒的底部并将其整体投入前一清洗槽中，机械手臂从清洗液中提升，待完成预定时长的清洗后，机械手臂再次伸入晶圆盒的底部，将晶圆连同晶圆盒放入另一清洗槽中，之后机械手臂静置于该清洗槽的上方等待清洗作业结束。这个过程中，机械手臂不可避免地会与清洗槽中的清洗液接触而在表面残留有清洗液，且清洗槽中的水汽会凝结在机械手臂表面而形成液滴。清洗过程中，部分清洗槽处于关闭状态，整个批次的晶圆位于密闭环境中。当完成清洗后，清洗槽打开，机械手臂夹持晶圆盒的过程中，机械手臂上残留的滴液容易滴落，造成晶圆污染。此处，由于清洗槽的清洗液的温度通常高于常温，加上有些清洗液中含有易挥发的成分，因此清洗槽内的水汽密度很大。当晶圆自清洗液中被取出后，水汽容易凝结在晶圆表面，形成缺陷。尤其是如果水汽中的化学液(如酸液或碱液)含量比较高，那对晶圆的损伤是致命的。

现有技术中，由于缺乏有效的监测手段，因残液滴落和水汽凝结导致的缺陷只能在清洗后的缺陷检测过程中发现，无法实现事前预防。但当检测到缺陷时，损失已经发生。发明人大量研究发现，目前此类缺陷已经成为厂内良率损失的重要原因(比如在同批次的所有晶圆上都出现了高尔夫形貌的缺陷，导致器件EAS失效，且这种缺陷导致的废片率非常高)，因此急需对现有的湿法清洗设备进行改善。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种湿法清洗设备，用于解决现有技术中的湿法清洗设备存在的因机械手臂上的残液滴落以及清洗槽中的水汽凝结在晶圆上，导致晶圆缺陷等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种湿法清洗设备，所述湿法清洗设备包括清洗槽、机械手臂、吸附装置及用于监测所述清洗槽内水汽密度的监测器；所述监测器设置于与清洗槽的液面有间距的位置；所述机械手臂设置在清洗槽外，且可移动至清洗槽内，所述机械手臂上设置有用于吸附水汽的吸附口，所述吸附口与吸附装置相连通。

可选地，所述机械手臂上设置有与吸附口相连通的管路，所述管路上设置有隔离阀。

可选地，所述机械手臂上间隔设置有多条管路和多个吸附口，多个所述吸附口沿晶圆排布的方向设置于机械手臂的下方端部；和/或，多个所述吸附口沿机械手臂的高度方向上布置。

可选地，所述湿法清洗设备还包括用于监测机械手臂与清洗液液面垂直间距的位置传感器。

可选地，所述湿法清洗设备还包括水汽分离装置，所述水汽分离装置与吸附装置相连通。

在一可选方案中，所述监测器设置于清洗槽内壁上。

在另一可选方案中，所述清洗槽为两个以上，两个以上清洗槽依次邻接，监测器设置于相邻的清洗槽之间。

在又一可选方案中，所述湿法清洗设备还包括与湿法清洗槽的液面上方相连通的取样管路以及与取样管路相连通的取样泵，所述监测器设置于所述取样管路上。

可选地，所述湿法清洗设备还包括与所述监测器及所述吸附装置电性连接，用于根据所述监测器的监测结果控制所述吸附装置工作状态的控制器。

可选地，所述湿法清洗设备还包括可开合的监控罩，所述监测器设置于所述监控罩内。

可选地，所述湿法清洗设备还包括壳体，所述清洗槽及机械手臂位于所述壳体内。

可选地，所述湿法清洗设备还包括用于使壳体内的水汽液化的液化装置，所述液化装置与所述清洗槽相连通。

可选地，所述监测器包括密度计和/或湿度测量仪。

如上所述，本实用新型的湿法清洗设备，具有以下有益效果：本实用新型经改善的结构设计，利用监测器监测清洗槽的水汽密度，并通过机械手臂上的吸附口进行水汽吸附，可以有效避免因机械手臂上的残液滴落以及因清洗槽内的水汽凝结在晶圆上造成的晶圆污染，有助于提高生产良率。

附图说明

图1至图3显示为本实用新型提供的湿法清洗设备于不同示例中的截面结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。为使图示尽量简洁，各附图中并未对所有的结构全部标示。

如图1所示，本实用新型提供一种湿法清洗设备，所述湿法清洗设备包括清洗槽11、机械手臂12及用于监测所述清洗槽11内水汽密度的监测器13。所述监测器13例如为密度计，或者可以是湿度测量仪。当监测器13为两个以上时，不同的监测器13可以为同一类型或不同类型，例如部分为湿度测量仪，部分为密度计，但优选所有监测器13为同一类型，例如均为密度计。

所述清洗槽11提供清洗晶圆的空间，其内部承载有清洗液。且本实施例中的湿法清洗设备通常为批次型湿法清洗设备，装载有若干批次晶圆的晶圆盒连同晶圆被全部浸置于清洗液中进行清洗。所述监测器13设置于与清洗槽11的液面具有一定间距的位置。在确保监测器13可以监测到清洗槽内部的水汽密度的前提下，其可以设置在清洗槽11内，也可以设置在清洗槽11外，数量可以是单个或两个以上。比如在图1所示的结构中，所述监测器13设置于清洗槽11的内壁上，例如通过螺丝等紧固件固定于槽壁上。在其他的示例中，监测器13也可以通过外部支撑装置立于液面上方，具体不做限制。为提高清洗效率，减少晶圆的传送路径，所述清洗槽11通常为两个以上，两个以上清洗槽11可以依次设置，不同的清洗槽11中盛放的清洗液不同。通常越往后，清洗液中的化学液的含量越低。例如在清洗槽11为两个时，前一个清洗槽11通常为化学液槽，而后一个清洗槽11通常为盛装纯水的QDR槽。在一些示例中，清洗槽11还可以为3个以上，这些清洗槽11中可以包括酸槽、碱槽和纯水槽。当清洗槽11为多个时，监测器13可以为单个或两个以上。当为单个时，单个监测器13优选设置于最后一道清洗工序的清洗槽11的内壁。在另外的示例中，由于水汽会扩散至槽外，当所述清洗槽11为两个以上时，监测器13可以设置于相邻的清洗槽11之间。例如如图2所示，若清洗槽11之间间隔设置，则监测器13可以设置于其中一个清洗槽11的外壁上。若清洗槽11相互邻接，则监测器113可以设置于两个清洗槽11共用的槽壁上。而在图3所示的结构中，所述湿法清洗设备还包括与清洗槽11的液面上方相连通的取样管路21以及与取样管路21相连通的取样泵22，所述监测器13设置于所述取样管路21上。或者在进一步的示例中，该取样泵22可以和吸附装置14共用同一个泵。

所述机械手臂12设置在清洗槽11外，但可以根据需要移动至清洗槽11内，以将晶圆传送至清洗槽11中进行清洗，或将完成清洗的晶圆自清洗槽11中取出。所述机械手臂12上设置有用于吸附水汽的吸附口121，所述吸附口121与吸附装置14相连通，所述吸附装置14用于在吸附口121处产生抽吸负压气流。

本实施例提供的湿法清洗设备的一例示性使用方法为，在未进行清洗作业时，监测器13对清洗槽11内的水汽密度进行持续监测，监测结果可以发送给客户端控制器，若水汽密度在安全值(该安全值可由工程师根据经验设定)，则吸附装置14不抽负压；若水汽密度超过安全值，吸附装置14进行抽负压，持续对机械手臂12上的吸附口处进行抽吸，以防止随时可能凝结成滴的液体从机械手臂12上滴落。直到清洗槽11内的水汽密度降到安全值内，吸附装置14才停止抽负压动作。这个过程中，吸附装置14进行抽负压主要是为了防止空气中的与清洗液酸碱度不同，且对晶圆容易产生污染的水汽凝结成滴，并滴落至晶圆表面造成污染。

进行清洗作业过程中，及时监测机械手臂12从清洗液中脱离，并及时启动吸附装置14，防止在机械手臂12上的清洗液与空气中的其他气体或物质反应形成会污染晶圆的液滴并滴落至晶圆表面造成污染。

在其他的示例中，如果在完成清洗作业后，监测到清洗槽11内的水汽密度仍然远超安全阈值，则机械手臂12可能要暂缓将晶圆自清洗液中取出的动作，待水汽密度降低到安全阈值时再进行晶圆的转移作业。

本实用新型经改善的结构设计，利用监测器监测清洗槽的水汽密度，并通过机械手臂上的吸附口进行水汽吸附，可以有效避免因机械手臂上的残液滴落以及因清洗槽内的水汽在机械手臂12上凝结并滴落在晶圆上造成的晶圆污染，有助于提高生产良率。

作为示例，吸附装置14的启动可以由存储有工艺参数(recipe)的控制器根据工艺时点启动。而在另外一示例中，所述湿法清洗设备还包括用于监测机械手臂与清洗液液面垂直间距的位置传感器20，所述位置传感器20可以是红外式传感器或超声波传感器，其可以设置于机械手臂12上，或者设置于清洗槽11上。通过位置传感器20监测机械手臂12相对于清洗液表面的位置，或者相对于清洗槽11的位置，并在达到预设的高度或者距离差时，进行吸附装置14的开闭控制。比如，当监测到机械手臂12刚从清洗液中脱离时(位置传感器20监测到机械手臂12的位置并传给控制器)，控制器控制吸附装置14进行负压抽吸，将机械手臂12上的液滴抽走，减少滴落至晶圆上造成污染的风险。机械手臂12上的吸附口121可以是通过刻蚀或机械打孔方式形成，开孔可以具有一定深度而形成液体流通管路。为增大吸附面积，吸附孔可以设置为喇叭状，其端面可以为半球形面等具有圆滑弧度的凹陷曲面。且机械手臂的表面可以设置若干连通至吸附口的流道。在一些示例中，也可以在机械手臂12内设置塑胶管等实体管路122，其管口延伸到机械手臂12的端面上，而管路122的另一端向外延伸至与吸附装置14相连通。也就是说，机械手臂12上的管路122可以具有实体结构的管道，也可以是不具有实体结构的通道。在其他一些示例，实体管路也可以通过螺丝等紧固件固定于机械手臂12的表面。但相对而言，将管路122固定于机械手臂12内并自机械手臂12的端部向外延伸，可以尽量减少管路122在随机械手臂12移动的过程中发生缠绕。

为提高吸附效果，所述机械手臂12上的吸附口121和吸附管路122较佳地为多个，多个吸附口121和吸附管路122间隔设置。批次型湿法清洗设备的机械手臂12提拉的是装载了若干批次的晶圆盒，机械手臂12沿晶圆盒的长度(即晶圆排布的)方向延伸，因而管路122和吸附口121也较佳地沿机械手臂12的长度方向间隔分布。或者多个所述吸附口121也可以沿机械手臂12的高度方向上布置，或者吸附口121同时沿机械手臂12的高度方向和长度方向排布。例如在图1所示的结构中，机械手臂12可以是包括沿晶圆排布方向延伸的支撑臂123以及多个一端固定于支撑臂123上，另一端向下延伸至用于抓取晶圆的抓手，则可以在支撑臂123和抓手上均设置若干吸附口121。

吸附装置14为负压吸附，其至少包括真空泵。为更好地控制吸附作业，在一较佳示例中，管路122上可以设置隔离阀15，以根据需要调整管路122和/或吸附口121的负压状态。隔离阀15可以是至少两位三通的电磁阀，在控制器的控制下实现吸附装置14与管路122的导通与否。

于一示例中，所述湿法清洗设备还包括水汽分离装置16，所述水汽分离装置16与吸附装置14相连通，被吸附装置14吸附的水汽进入水汽分离装置16进行水汽分离。水汽分离器16可以是挡板式、汽旋式和吸附式分离器中的任意一种。在其他一些示例中，吸附装置14中也可以包含海绵、干燥剂、树脂等可以吸附水汽的物质。

在较佳的示例中，为了避免晶圆在不同清洗槽11之间传送时暴露在大气环境中，所述湿法清洗设备还包括壳体18，所述清洗槽11及机械手臂12位于所述壳体18内。所述壳体18上可以设置有惰性气体进气口，以使清洗作业在惰性气体氛围下进行。壳体18上也可以设置抽气口，以使清洗作业过程在真空氛围下进行。在一些示例中，壳体18上还可以设置过滤装置。

各清洗槽11可以为顶部开口或者顶部具有可开合的盖体。例如如果为易挥发性的酸槽，则清洗槽11上较佳地设置有可开合的盖体，盖体可向两侧打开。若清洗槽11为纯水槽，则顶部可以不设置盖体而呈敞开状。各清洗槽11和壳体18的材质均优选耐腐蚀的透明材质。清洗槽11底部可以设置狭缝型排液口，排液口可以与回收槽连通。在清洗槽11顶部为敞开式结构的情况下，清洗槽11周围可以设置溢流槽，溢流槽中可以设置过滤装置，以实现清洗液的循环利用。

为提高监测精度，监测器13较佳地为多个。在清洗槽11为单个的情况下，多个监测器13可以设置于液面上方的前后左右四个方向上。在清洗槽11为多个的情况下，多个监测器13可以间隔设置于相邻的清洗槽11之间，例如设置于相邻清洗槽11之间的槽壁上方。监测器13可以直接固定于清洗槽11的槽壁上。在一较佳示例中，所述湿法清洗设备还包括可开合的监控罩(未示出)，所述监测器13设置于所述监控罩内。例如在未进行清洗作业或进行清洗作业的时候，监控罩开启，监测器13对清洗槽11内的水汽密度进行检测，而其他情况下监控罩和监测器13则处于关闭装置。这可以减少监测器13暴露于清洗液的水汽环境的时间，有助于延长监测器13的使用寿命。

在一些示例中，还可以设置于监测器13相连接的报警装置(未示出)，以在监测到清洗槽内的水汽密度大于安全值时发出报警信息，提醒工作人员关注或者采取应对措施。

监测器13监测的结果可以通过有线连接或无线连接(例如wifi，蓝牙，ZigBee等)传输至客户端，由工作人员根据监测结果执行下一步的作业。例如如果监测结果在正常范围，则工作人员无需额外动作，设备按正常的工艺参数(recipe)继续执行向后的作业，例如机械手臂12将晶圆提起并传送至下一工艺栈点，吸附装置14不启动或者吸附口121处不产生负压。如果监测结果超过安全阈值，则可以开启吸附装置14进行吸附作业。开启吸附装置14的作业可以由工作人员执行。但在在较佳的示例中，为提高设备的自动化作业水平，所述湿法清洗设备还包括与所述监测器13及所述吸附装置14电性连接，用于根据所述监测器13的监测结果控制所述吸附装置14的工作状态(是否启动)的控制器17。控制器17又可以定义为数据处理模块，其通常包括同步电路、运算器、存储器等模块。当然，这些模块可以只是功能上的区分而非实体上的区分，也就是说，这些模块可以集成在同一实体装置上或各自独立设置。控制器17主要用于水汽溶剂密度数据分析，并根据分析结果进行后续处理，包括进行异常反馈与调节。比如监测到水汽密度大于安全值时，控制器17启动前述的吸附装置14。

本申请提供的湿法清洗设备可以用于晶圆、液晶面板、太阳能电池片等基底的批量清洗。目前该设备已在发明人所在的工厂投入使用。使用该设备后，清洗良率显著提高，原先的高尔夫形貌缺陷已基本消失。

综上所述，本实用新型提供的湿法清洗设备在清洗槽的液面上方设置监测清洗槽内水汽密度的监测器，并在机械手臂上设置有用于吸附水汽的吸附口，吸附口与吸附装置相连通，可以有效避免因机械手臂上的残液滴落以及因清洗槽内的水汽凝结在晶圆上，造成晶圆污染，有助于提高生产良率。

所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种湿法清洗设备，其特征在于，所述湿法清洗设备包括清洗槽、机械手臂、吸附装置及用于监测所述清洗槽内水汽密度的监测器；所述监测器设置于与清洗槽的液面有间距的位置；所述机械手臂设置在清洗槽外，且可移动至清洗槽内，所述机械手臂上设置有用于吸附水汽的吸附口，所述吸附口与吸附装置相连通。

2.根据权利要求1所述的湿法清洗设备，其特征在于，所述机械手臂上设置有与吸附口相连通的管路，所述管路上设置有隔离阀。

3.根据权利要求2所述的湿法清洗设备，其特征在于，所述机械手臂上间隔设置有多条管路和多个吸附口，多个所述吸附口沿晶圆排布的方向设置于机械手臂的下方端部；和/或，多个所述吸附口沿机械手臂的高度方向上布置。

4.根据权利要求1所述的湿法清洗设备，其特征在于，所述湿法清洗设备还包括用于监测机械手臂与清洗液液面垂直间距的位置传感器。

5.根据权利要求1所述的湿法清洗设备，其特征在于，所述湿法清洗设备还包括水汽分离装置，所述水汽分离装置与吸附装置相连通。

6.根据权利要求1所述的湿法清洗设备，其特征在于，所述监测器设置于清洗槽内壁上；或所述湿法清洗设备还包括与清洗槽的液面上方相连通的取样管路以及与取样管路相连通的取样泵，所述监测器设置于所述取样管路上；或所述清洗槽为两个以上，监测器设置于相邻的清洗槽之间。

7.根据权利要求1所述的湿法清洗设备，其特征在于，所述湿法清洗设备还包括与所述监测器及所述吸附装置电性连接，用于根据所述监测器的监测结果控制所述吸附装置工作状态的控制器。

8.根据权利要求1所述的湿法清洗设备，其特征在于，所述湿法清洗设备还包括可开合的监控罩，所述监测器设置于所述监控罩内。

9.根据权利要求1所述的湿法清洗设备，其特征在于，所述监测器包括密度计和/或湿度测量仪。

10.根据权利要求1至9任一项所述的湿法清洗设备，其特征在于，所述湿法清洗设备还包括壳体，所述清洗槽及机械手臂位于所述壳体内。