TW202308014A - 晶圓清洗乾燥方法及晶圓清洗乾燥機構 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種晶圓清洗乾燥方法，包括：晶圓進入箱體內，並完全浸入清洗液，底部受到固定支撐座的承托和限位；水平限位機構垂直向上移動，限制晶圓擺動；推進機構垂直向上移動第一行程，與晶圓接觸，該第一行程為推進機構與晶圓的間距；推進機構帶著晶圓向上移動，水平限位機構協同向上移動，且保持與晶圓接觸狀態，以限制晶圓傾斜，晶圓連續向上移動伸出液面，噴淋機構向晶圓噴灑乾燥氣體；當水平限位機構接近液面，其停止向上移動，此時推進機構保持向上移動，保證晶圓的連續上移，直至晶圓完全脫離清洗液。本發明還公開了一種晶圓清洗乾燥機構。本發明晶圓從上升開始時就與底部推進機構接觸，確保始終受力連續送出，保證清洗效果。

Description

晶圓清洗乾燥方法及晶圓清洗乾燥機構
本發明屬於半導體積體電路晶片製造技術領域，尤其是涉及一種晶圓清洗乾燥方法及晶圓清洗乾燥機構。
化學機械平坦化是積體電路製程中的一種加工製程。隨著技術的發展，對加工製程的要求會隨之提高，同時化學機械平坦化在晶圓加工過程中屬於濕法製程，在整個製程過程中會使用大量的研磨液以及不同的化學試劑，所以在製程末端需要對晶圓進行清洗和乾燥以去除附著在晶圓表面的顆粒，從而能夠進入到下一道製程中。
在現有的積體電路設備中，傳統的乾燥方式是旋轉甩乾，這種方式利用高轉速下產生的離心力將附著在晶圓表面的水去除。但由於晶圓本身材質的差異和表面圖案的影響，此乾燥方法有時會導致水漬殘留，導致整片晶圓的顆粒物數量超標。
近幾年出現的一種新型乾燥方法是使用馬蘭戈尼效應（Marangoni effect），這種方法利用表面張力梯度差將附著在晶圓表面的水去除，其能夠有效地減少水漬殘留和顆粒物附著在晶圓表面的可能性。目前該方法晶圓進出乾燥裝置的方式有兩側進出及垂直升降兩種模式。
兩側進出是將晶圓放入到充滿水的箱體底部，然後將晶圓傾斜，從出口傳送出去，同時在出口端有兩個噴灑氣體的出口，向晶圓表面噴灑乾燥氣體，這種實施方式整體體積較大，同時晶圓需要在兩個工位之間轉移，移動的行程較長，所以整個製程時間會延長。
關於垂直升降方式，其雖然能夠減小裝置體積，但是現有的晶圓清洗乾燥裝置利用三個支撐機構共同作用將晶圓垂直上升移出液面，其中兩個側方的支撐機構為固定晶圓的滑塊，另一個支撐機構為頂針結構，在前期三個支撐機構均在液面以下時，晶圓連續上升，但是當位於兩側方的支撐機構接近液面時，其停止上升，只有頂針結構的支撐機構繼續上移以將晶圓推出液面。此時如果晶圓的定位凹槽正好朝下，頂針結構就必須先走完定位凹槽所在部分產生的空行程，才能繼續推動晶圓上移，導致晶圓的停留，即導致晶圓運動的不連續，大大影響馬蘭戈尼效應的效果發揮，從而導致乾燥不徹底，晶圓表面仍會存在液體。
為了克服現有技術的不足，本發明提供一種確保晶圓以垂直升降的方式、連續送出清洗液，保證乾燥的有效進行的晶圓清洗乾燥方法及機構。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種晶圓清洗乾燥方法，包括： 晶圓進入箱體內，並完全浸入清洗液的液面以下，其底部受到固定支撐座的承托和限位； 水平限位機構垂直向上移動，限制晶圓擺動； 推進機構垂直向上移動第一行程，與晶圓接觸，該第一行程為推進機構與晶圓的間距； 推進機構帶著晶圓向上移動，水平限位機構協同向上移動，且保持與晶圓接觸狀態，以限制晶圓前後傾斜或左右傾斜，晶圓連續向上移動伸出液面，噴淋機構向伸出液面的晶圓噴灑乾燥氣體； 當水平限位機構接近液面，其停止向上移動，此時推進機構保持向上移動，保證晶圓的連續上移，直至晶圓完全脫離清洗液，晶圓完成清洗和乾燥。
本發明中，底部的推進機構負責推動晶圓向上做直線移動，需要在水平限位機構達到指定位置後才啟動上升，在晶圓露出液面之前就移動靠近晶圓，避免推進機構和晶圓之間存在空行程，保證晶圓移出液面的整個過程的連續，確保清洗的有效進行，提高清洗效率，同時減小整體機構的體積。
進一步的，所述第一行程包括晶圓外側壁上定位凹槽的垂直深度。
進一步的，機械手夾持晶圓進入箱體，水平限位機構與晶圓不接觸，以避讓機械手；機械手脫離晶圓並上移從箱體退出，水平限位機構垂直向上移動。剛開始水平限位機構不與晶圓接觸，給機械手提供了足夠的活動空間。
進一步的，位於箱體上方的卡爪夾持晶圓兩側以配合推進機構驅動晶圓向上移動。
本發明還公開了一種晶圓清洗乾燥機構，包括用於盛裝清洗液的箱體，還包括： 固定支撐座，與箱體固定連接，設有第一溝槽，以在初始狀態下承托晶圓並限制晶圓前後傾斜； 水平限位機構，對稱設於晶圓的兩側，設有第二溝槽，以限制晶圓前後傾斜或左右傾斜； 推進機構，設於晶圓的底部，用於推動晶圓向上運動以從箱體連續伸出；當推進機構上移時，水平限位機構保持對晶圓的限位並上移，直至水平限位機構接近清洗液的液面。
整體結構佈局合理，初始狀態利用固定支撐座支撐限位晶圓，使晶圓能夠在一個較高的位置開始進行製程，不用傳輸到箱體底部，縮短了晶圓整體行程，加快了製程速度；推進機構在晶圓上移的開始階段就解決了空行程的問題，保證晶圓的連續上移脫離清洗液，清洗效果佳。
進一步的，所述固定支撐座上形成扇形弧面，所述第一溝槽設於該扇形弧面。為了確保晶圓放置穩定，初始固定支撐座安裝間距需要足夠大，扇形弧面不僅避免與水平限位機構干涉，也儘量增加了支撐間距；扇形弧面設計使得固定支撐座與晶圓側壁相切，接觸面積小，支撐穩固，可以適應不同尺寸的晶圓。
進一步的，所述第一溝槽的截面呈V字形或U字形；所述第一溝槽的開口處形成便於晶圓滑入的第一引導面。通過第一溝槽的內底面接觸晶圓側壁，保證晶圓的表面不受影響，降低對晶圓的性能影響；第一引導面的設置給晶圓放置入第一溝槽內帶來了便利。
進一步的，所述箱體內設有自底部向上垂直延伸的第一直線導軌和第二直線導軌，所述水平限位機構沿第一直線導軌垂直向上移動，所述推進機構沿第二直線導軌垂直向上移動。
進一步的，所述水平限位機構包括本體，及自本體向上延伸的支撐臂，所述第二溝槽設於支撐臂內側，且沿支撐臂的軸向延伸，所述本體背面形成可與第一直線導軌配合的滑槽。
進一步的，所述第二溝槽的截面呈V字形或U字形；所述第二溝槽的開口處形成便於晶圓滑入的第二引導面。
進一步的，還包括機械手，其用於抓取晶圓進入箱體直至晶圓落在固定支撐座上。
本發明在箱體內增加兩個固定支撐座用於放置晶圓，左右兩側的水平限位機構僅起到限制擺動的作用，晶圓上升全程僅通過底部推進機構實現，保證晶圓連續移動直至移出液面；在節省晶圓乾燥空間的同時，保證乾燥效率，提高設備運行的整體可靠性。
本發明的有益效果是，1）改善了晶圓支撐方式，使晶圓從上升開始時就與底部推進機構接觸，確保始終受力連續送出，避免晶圓定位凹槽空行程對製程效果的影響，保證清洗效果；2）將晶圓以一定角度傳輸的方式改為垂直傳輸，同時將此前的製程口需要一個進口和一個出口的結構合併為了一個，從而減小了整體的寬度；3）增加了固定支撐座，使晶圓能夠在一個較高的位置開始進行製程，不用傳輸到箱體底部，縮短了晶圓整體行程，加快了製程速度。
為了使本技術領域的人員更好的理解本發明方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出進步性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本發明保護的範圍。
如圖1-圖2所示，為了幫助後續工序確定晶圓的擺放位置，為了實現定位，以便於切割、測試等操作，在晶圓1的邊緣會形成一個小的定位凹槽11。
如圖2-圖11所示，一種晶圓清洗乾燥機構，包括用於盛裝清洗液的箱體2，還包括固定連接在箱體2內的固定支撐座3，水平限位機構4，推進機構5，及噴淋機構。
如圖9、圖10所示，固定支撐座3包括對稱設置的兩部分，每個部分形成扇形弧面32，兩個部分的扇形弧面32相對設置，在扇形弧面32上設置有第一溝槽31，用於在初始狀態下承托並限制晶圓1前後傾斜。該第一溝槽31的截面呈V字形或U字形。在本實施例中，第一溝槽31的截面呈V字形，其包括第一側壁312和第二側壁313，第一側壁312與箱體2的內壁相平行，第二側壁313則與第一側壁312呈銳角設置，從而晶圓1的背面可以與第一側壁312相貼合，晶圓1的側壁與第一溝槽31的底部接觸，保證晶圓1放置在固定支撐座3上的穩定性，而晶圓1的正面與第二側壁313不相接觸，保證晶圓1的性能不受影響。
為了便於晶圓1置入第一溝槽31內，在第一溝槽31的開口處形成第一引導面311，即在第一側壁312的外側形成便於晶圓1滑入的第一引導面311，其傾斜設置，增大了第一溝槽31的開口。
當晶圓1放置在固定支撐座3上時，晶圓1的側壁與其兩部分的第一溝槽31接觸且相切，接觸面積小，且支撐較穩固。
固定支撐座3採用磁力吸附安裝的方式，便於因磨損而產生的定期更換需求，並同時解決了因箱體2內充滿液體而需要考慮的密封問題。在固定支撐座3內安裝磁鐵塊，同時在箱體2背面也固定磁鐵塊，通過孔和面接觸定位實現安裝。
上述抓取晶圓1進入箱體2直至晶圓1落在固定支撐座3上的動作可以由機械手7完成。
如圖9、圖11所示，水平限位機構4也包括對稱設置的兩部分，使得其可以對稱設置在晶圓1的兩側，每個部分設置有第二溝槽41，用於限制晶圓1前後傾斜或左右傾斜。具體的，水平限位機構4的每個部分都包括本體42，及從本體42向上延伸的支撐臂43，為了避讓晶圓1，支撐臂43包括傾斜向外的第一部分431和垂直向上延伸的第二部分432。上述的第二溝槽41設置在支撐臂43的第二部分432的內側，且沿著支撐臂43的軸向向上延伸，在本體42的背面形成滑槽421。
第二溝槽41的截面呈V字形或U字形。在本實施例中，第二溝槽41的截面呈V字形，其包括側壁一412和側壁二413，側壁一412與箱體2的內壁相平行，側壁二413則與側壁一412呈銳角設置，從而晶圓1的背面可以與側壁一412相貼合，晶圓1的側壁與第二溝槽41的底部接觸，而晶圓1的正面與側壁二413不相接觸，保證晶圓1的性能不受影響。
為了便於晶圓1置入第二溝槽41內，在第二溝槽41的開口處形成第二引導面411，即在側壁一412的外側形成便於晶圓1滑入的第二引導面411，其傾斜設置，增大了第二溝槽41的開口。
水平限位機構4不起支撐作用，上升與下降可以由磁力傳動的方式來解決因箱體2內充滿液體而需要考慮的密封問題。在水平限位機構4內安裝磁鐵塊，同時在箱體2背面安裝直線驅動機構，此機構上固定磁鐵塊，實現上升與下降的同步傳動。
在箱體2內設置有從底部向上垂直延伸的第一直線導軌和第二直線導軌（圖中未示出），水平限位機構4沿著第一直線導軌垂直向上移動，具體的，在本體42背面形成可以與第一直線導軌配合的滑槽421。推進機構5沿著第二直線導軌垂直向上移動。保證其穩定垂直平移。
推進機構5設置在晶圓1的底部，其用於推動晶圓1向上運動從而其可以從箱體2的頂部開口21連續伸出。具體的，在本實施例中，推進機構5為尖端朝上的頂針結構。在水平限位機構4仍然位於清洗液的液面以下時，推進機構5上移的同時，水平限位機構4保持對晶圓1的限位並且協同向上移動，此處的協同可以是同步上移也可以是不同步上移；當水平限位機構4接近清洗液的液面時，水平限位機構4停止上移，推進機構5繼續上移，直至晶圓1完全脫離液面。
噴淋機構設置在箱體2的頂部開口21上方，用於向從液面伸出的晶圓1噴灑乾燥氣體。
一種晶圓清洗乾燥方法，包括： 箱體2內盛裝有清洗液，利用機械手7夾持晶圓1將其送入箱體2內，並完全浸入清洗液的液面以下，其底部受到固定支撐座3的承托和限位，防止晶圓1前後傾斜；如圖4所示，此時水平限位機構4與晶圓1不相接觸，以避讓機械手7； 機械手7張開後脫離晶圓1向上移出箱體2頂部開口21，水平限位機構4垂直向上移動，與晶圓1兩側形成線接觸，以限制晶圓1前後傾斜或左右傾斜，即限制晶圓1發生擺動；當然水平限位機構4與晶圓1也可以是點接觸； 推進機構5垂直向上移動第一行程，與晶圓1底部接觸； 此處的第一行程可以是包括推進機構5與晶圓1的垂直間距加上晶圓1外側壁上定位凹槽11的垂直深度； 也可以是，單單為推進機構5與晶圓1的垂直間距，即此時定位凹槽11不位於晶圓1的正底部； 由於此時晶圓1還是完全處於液面以下，推進機構5不帶著晶圓1同步上移不會對晶圓1的清洗產生不利影響； 推進機構5帶著晶圓1向上移動，水平限位機構4協同向上移動，且保持與晶圓1接觸狀態，以限制晶圓1前後傾斜或左右傾斜，即推進機構5、水平限位機構4配合形成對晶圓1穩固的三角支撐，此處的協同可以是同步移動或不同步移動；晶圓1連續向上移動伸出液面，噴淋機構向伸出液面的晶圓1噴灑乾燥氣體；當然，位於箱體2頂部開口21上方的卡爪可以夾持晶圓1的兩側壁以配合推進機構5驅動晶圓1向上移動； 當水平限位機構4接近液面，其停止向上移動，此時推進機構5保持向上移動，不停頓，保證晶圓1的連續上移，直至晶圓1完全脫離清洗液，晶圓1完成清洗和乾燥。
上述具體實施方式用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和申請專利範圍的保護範圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落入本發明的保護範圍。
1:晶圓 11:定位凹槽 2:箱體 21:頂部開口 3:固定支撐座 31:第一溝槽 311:第一引導面 312:第一側壁 313:第二側壁 32:扇形弧面 4:水平限位機構 41:第二溝槽 411:第二引導面 412:側壁一 413:側壁二 42:本體 421:滑槽 43:支撐臂 431:第一部分 432:第二部分 5:推進機構 7:機械手 A:部分
圖1為本發明中晶圓的立體圖。 圖2為圖1中的部分A處結構放大圖。 圖3為本發明的立體圖。 圖4為本發明（初始狀態）除去箱體的部分的立體圖。 圖5為本發明（晶圓上升過程）的部分結構立體圖。 圖6為本發明的晶圓在推進機構作用下上移的過程示意圖。 圖7為本發明除去箱體的立體圖。 圖8為本發明的固定支撐座、水平限位機構、推進機構和機械手的立體圖。 圖9為本發明的固定支撐座、水平限位機構的立體圖。 圖10為本發明中固定支撐座的立體圖。 圖11為本發明中水平限位機構的立體圖。
1:晶圓
2:箱體
3:固定支撐座
4:水平限位機構
5:推進機構
7:機械手

Claims (11)

  1. 一種晶圓清洗乾燥方法，包括： 晶圓（1）進入箱體（2）內，並完全浸入清洗液的液面以下，所述晶圓（1）的底部受到固定支撐座（3）的承托和限位； 水平限位機構（4）垂直向上移動，限制所述晶圓（1）擺動； 推進機構（5）垂直向上移動第一行程，與所述晶圓（1）接觸，所述第一行程為所述推進機構（5）與所述晶圓（1）的間距； 所述推進機構（5）帶著所述晶圓（1）向上移動，所述水平限位機構（4）協同向上移動，且保持與所述晶圓（1）接觸的狀態，以限制所述晶圓（1）前後傾斜或左右傾斜，所述晶圓（1）連續向上移動伸出所述液面，噴淋機構向伸出所述液面的所述晶圓（1）噴灑乾燥氣體；以及 當所述水平限位機構（4）接近所述液面，所述水平限位機構（4）停止向上移動，此時所述推進機構（5）保持向上移動，保證所述晶圓（1）的連續上移，直至所述晶圓（1）完全脫離所述清洗液，所述晶圓（1）完成清洗和乾燥。
  2. 如請求項1所述的晶圓清洗乾燥方法，其中所述第一行程包括所述晶圓（1）外側壁上定位凹槽（11）的垂直深度。
  3. 如請求項1所述的晶圓清洗乾燥方法，其中機械手（7）夾持所述晶圓（1）進入所述箱體（2），所述水平限位機構（4）與所述晶圓（1）不接觸，以避讓所述機械手（7）；所述機械手脫離所述晶圓（1）並上移從所述箱體（2）退出，所述水平限位機構（4）垂直向上移動。
  4. 如請求項1所述的晶圓清洗乾燥方法，其中位於所述箱體（2）上方的卡爪夾持所述晶圓（1）兩側以配合所述推進機構（5）驅動所述晶圓（1）向上移動。
  5. 一種晶圓清洗乾燥機構，包括用於盛裝清洗液的箱體（2），其特徵在於，還包括： 固定支撐座（3），與所述箱體（2）固定連接，設有第一溝槽（31），以在初始狀態下承托晶圓（1）並限制所述晶圓（1）前後傾斜； 水平限位機構（4），對稱設於所述晶圓（1）的兩側，設有第二溝槽（41），以限制所述晶圓（1）前後傾斜或左右傾斜； 推進機構（5），設於所述晶圓（1）的底部，用於推動所述晶圓（1）向上運動以從所述箱體（2）連續伸出；當所述推進機構（5）上移時，所述水平限位機構（4）保持對所述晶圓（1）的限位並上移，直至所述水平限位機構（4）接近所述清洗液的液面。
  6. 如請求項5所述的晶圓清洗乾燥機構，其中所述固定支撐座（3）上形成扇形弧面（32），所述第一溝槽（31）設於所述扇形弧面（32）。
  7. 如請求項6所述的晶圓清洗乾燥機構，其中所述第一溝槽（31）的截面呈V字形或U字形；所述第一溝槽（31）的開口處形成便於所述晶圓（1）滑入的第一引導面（311）。
  8. 如請求項5所述的晶圓清洗乾燥機構，其中所述箱體（2）內設有自所述箱體（2）的底部向上垂直延伸的第一直線導軌和第二直線導軌，所述水平限位機構（4）沿所述第一直線導軌垂直向上移動，所述推進機構（5）沿所述第二直線導軌垂直向上移動。
  9. 如請求項8所述的晶圓清洗乾燥機構，其中所述水平限位機構（4）包括本體（42）及自所述本體（42）向上延伸的支撐臂（43），所述第二溝槽（41）設於所述支撐臂（43）內側，且沿所述支撐臂（43）的軸向延伸，所述本體（42）背面形成可與所述第一直線導軌配合的滑槽（421）。
  10. 如請求項5所述的晶圓清洗乾燥機構，其中所述第二溝槽（41）的截面呈V字形或U字形；所述第二溝槽（41）的開口處形成便於所述晶圓（1）滑入的第二引導面（411）。
  11. 如請求項5所述的晶圓清洗乾燥機構，其還包括機械手（7），其用於抓取所述晶圓（1）進入所述箱體（2）直至所述晶圓（1）落在所述固定支撐座（3）上。
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