TWI819727B - 晶圓清洗設備及其晶圓卡盤、晶圓清洗方法 - Google Patents

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Abstract

一種半導體清洗設備中的晶圓卡盤，包括卡盤基體和設置在卡盤基體上的噴氣組件和多個晶圓升降軸，其中，卡盤基體具有用於承載晶圓的承載面，噴氣組件的出氣口位於承載面的中央區域，用於向承載面與晶圓之間噴射氣體；多個晶圓升降軸沿承載面的周向環繞分佈於噴氣組件的出氣口週邊，每個晶圓升降軸相對於卡盤基體是可活動的，且每個晶圓升降軸設置有斜台，斜台具有傾斜延伸面，傾斜延伸面用於承載晶圓的邊緣處，且被設置為在晶圓升降軸相對於卡盤基體活動時，能夠使晶圓沿傾斜延伸面移動至不同的高度位置。

Description

晶圓清洗設備及其晶圓卡盤、晶圓清洗方法
本發明涉及半導體製程設備領域，具體地，涉及一種晶圓清洗設備及其晶圓卡盤、晶圓清洗方法。
在半導體製程領域，晶圓表面的潔淨度對產品良率具有至關重要的影響，如何有效地清洗晶圓、提高晶圓表面的潔淨度，成為本領域的重要研究課題。
在現有的單片晶圓清洗設備中，通常存在兩種升降晶圓的方案。一種是通過頂針(Pin)升降卡盤上承載的晶圓，即，通過頂針穿過卡盤頂起其上承載的晶圓，以便取放晶圓，或使頂針縮回卡盤下方，以將晶圓放下。另一種是採用氣浮方式，即，向晶圓背面噴射氣體以頂起晶圓。然而，這兩種方案均存在難以克服的缺點，難以應對晶圓清洗製程對晶圓升降方案提出的更高要求。
具體地，在頂針方案中，頂針與晶圓接觸時容易造成晶背(即，晶圓背面)污染或刮傷晶背，在某些製程中，如背面(Backside)清洗設備中，由於晶圓正面朝下，不允許卡盤與晶圓正面的圖形部分之間存在物理性接觸。而採用氣浮方式升降晶圓雖然可以避免與晶圓進行物理接 觸，但是該方案對氣浮氣流的穩定性、潔淨度要求很高，並且晶圓的頂升高度可能不穩定，還容易因氣體潔淨度問題在晶圓表面造成顆粒污染。
因此，如何提供一種既能夠避免與晶圓圖形部分接觸，又能夠保證晶圓高度的穩定性的晶圓升降定位方案，成為本領域亟待解決的技術問題。
本發明旨在提供一種晶圓清洗設備及其晶圓卡盤、晶圓清洗方法，該晶圓卡盤能夠在避免與晶圓圖形部分接觸的同時，提高晶圓製程位置與晶圓取放位置的準確性。
為實現上述目的，作為本發明的一個方面，提供一種半導體清洗設備中的晶圓卡盤和設置在該卡盤基體上的噴氣組件和多個晶圓升降軸，其中，該卡盤基體具有用於承載晶圓的承載面，該噴氣組件的出氣口位於該承載面的中央區域，用於向該承載面與該晶圓之間噴射氣體；多個該晶圓升降軸沿該承載面的周向環繞分佈於該噴氣組件的出氣口週邊，每個該晶圓升降軸相對於該卡盤基體是可活動的，且每個該晶圓升降軸設置有斜台，該斜台具有傾斜延伸面，該傾斜延伸面用於承載該晶圓的邊緣處，且被設置為在該晶圓升降軸相對於該卡盤基體活動時，能夠使該晶圓沿該傾斜延伸面移動至不同的高度位置。
可選地，該傾斜延伸面包括第一平面、第二平面和連接在二者之間的過渡曲面，該第一平面高於該第二平面，該第二平面高於該承載面，該過渡曲面圍繞該晶圓升降軸的軸線螺旋延伸；每個該晶圓升降軸相對於該卡盤基體可圍繞自身軸線沿相反的第一方向或第二方向轉動，以使該晶圓能夠沿該過渡曲面滑移至與該第一平面相接觸的第一高度位置， 或者與該第二平面相接觸的第二高度位置。
可選地，該晶圓升降軸的頂端還設置有沿豎直方向延伸的固定柱，該傾斜延伸面沿該固定柱的周向環繞延伸，且多個該晶圓升降軸上的該固定柱用於共同將該晶圓限制在多個該晶圓升降軸上的該固定柱所圍成的限位空間內。
可選地，該固定柱的軸線相對於該晶圓升降軸的軸線偏心設置，以在每個該晶圓升降軸沿該第一方向或該第二方向轉動時，調節該限位空間的尺寸；並且，在該晶圓與該第一平面或該第二平面相接觸時，多個該晶圓升降軸上的該固定柱位於靠近並夾持該晶圓側邊的位置。
可選的，該晶圓卡盤還包括驅動組件，用於驅動多個該晶圓升降軸同步轉動。
可選地，該晶圓升降軸具有位於該承載面下方的齒輪段，該驅動組件包括驅動源和與該卡盤基體同軸設置的齒輪環，該齒輪環的側壁上具有環繞其軸線設置的齒輪結構，且該齒輪結構與該齒輪段嚙合，該驅動源用於驅動該齒輪環環繞其軸線轉動，以帶動多個該晶圓升降軸同步轉動。
可選地，該晶圓升降軸包括升降軸本體和齒輪件，該升降軸本體的頂端設置有該斜台，該齒輪件同軸套設在該升降軸本體上並形成該齒輪段。
可選地，該承載面上設置有安裝槽，該安裝槽的底面包括第一平坦面和環繞該第一平坦面的內錐面，該第一平坦面上形成有與該卡盤基體同軸的導氣孔；該噴氣組件包括噴蓋，該噴蓋設置在該安裝槽中，且該噴蓋的底面包括第二平坦面和環繞該第二平坦面的外錐面，該第一平 坦面與該第二平坦面之間形成有第一縫隙，該外錐面與該內錐面之間形成有第二縫隙；該導氣孔、該第一縫隙和該第二縫隙相連通；該噴蓋的邊緣處形成有多個由該噴蓋的頂面貫穿至該外錐面的噴射孔，且多個該噴射孔沿該噴蓋的周向間隔排布，該噴射孔的進氣端與該第二縫隙連通；該噴射孔的出氣端即為該噴氣組件的出氣口。
作為本發明的第二個方面，提供一種晶圓清洗設備，其中該晶圓清洗設備包括前面所述的晶圓卡盤。
可選地，該晶圓清洗設備還包括噴淋組件，該噴淋組件用於由該承載面上方向該承載面上承載的晶圓噴淋清洗液。
作為本發明的第三個方面，提供一種晶圓清洗方法，其中該晶圓清洗方法應用於前面所述的晶圓清洗設備，該晶圓清洗方法包括：將待清洗的晶圓傳輸至該傾斜延伸面上，且位於進行取放片操作的第一高度位置；控制多個該晶圓升降軸相對於該卡盤基體活動，以使該晶圓自該第一高度位置沿該傾斜延伸面滑移下降至進行晶圓清洗製程的第二高度位置；控制該噴氣組件噴射氣體，並控制該噴淋組件向該晶圓噴淋清洗液，以進行晶圓清洗製程；控制該噴氣組件停止噴射氣體，控制該噴淋組件停止向該晶圓噴淋清洗液，並使多個該晶圓升降軸反向活動，以使該晶圓自該第二高度位置沿該傾斜延伸面滑移上述至該第一高度位置。
可選地，該傾斜延伸面包括第一平面、第二平面和連接在二者之間的過渡曲面，該第一平面高於該第二平面，該第二平面高於該承載面，該過渡曲面圍繞該晶圓升降軸的軸線螺旋延伸；每個該晶圓升降軸相對於該卡盤基體可圍繞自身軸線沿相反的第一方向或第二方向轉動，以使該晶圓能夠沿該過渡曲面滑移至與該第一平面相接觸的第一高度位置， 或者與該第二平面相接觸的第二高度位置；該晶圓升降軸的頂端還設置有沿豎直方向延伸的固定柱，該傾斜延伸面沿該固定柱的周向環繞延伸，且多個該晶圓升降軸上的該固定柱用於共同將該晶圓限制在多個該晶圓升降軸上的該固定柱所圍成的限位空間內；該固定柱的軸線相對於該晶圓升降軸的軸線偏心設置，以在每個該晶圓升降軸沿該第一方向或該第二方向轉動時，調節該限位空間的尺寸；並且，在該晶圓與該第一平面或該第二平面相接觸時，多個該晶圓升降軸上的該固定柱位於靠近並夾持該晶圓側邊的位置；在該晶圓位於該第一高度位置時，多個該晶圓升降軸上的該固定柱位於靠近並夾持該晶圓側邊的位置；在該晶圓位於該第二高度位置時，多個該晶圓升降軸上的該固定柱位於靠近並夾持該晶圓側邊的位置。
在本發明提供的晶圓清洗設備及其晶圓卡盤、晶圓清洗方法中，沿卡盤基體的承載面的周向環繞分佈多個晶圓升降軸，且每個晶圓升降軸相對於卡盤基體是可活動，每個晶圓升降軸設置有斜台，該斜台具有傾斜延伸面，用於承載晶圓的邊緣處，且被設置為在晶圓升降軸相對於卡盤基體活動時，能夠使晶圓沿傾斜延伸面移動至不同的高度位置，從而可以在僅接觸晶圓邊緣，避免與晶圓的圖形部分物理接觸的同時，實現對晶圓的高度進行精確、穩定地定位，使晶圓在不同的高度位置之間平滑切換。從而在簡化晶圓卡盤的機械結構，消除頂針等結構帶來的潛在污染因素的同時，提高了晶圓製程位置與晶圓取放位置的準確性，進而提高了機械手的晶圓取放片效率以及晶圓清洗效率。
1:卡盤基體
2:噴氣組件
2a:出氣口
3:晶圓升降軸
4:晶圓
6:噴淋組件
11:承載面
12:底座
21:噴蓋
31:斜台
32:固定柱
33:齒輪段
34:升降軸本體
52:齒輪環
53:連接法蘭
111:第一平坦面
111a:內錐面
211:第二平坦面
211a:外錐面
311:傾斜延伸面
311a:第一平面
311b:過渡曲面
311c:第二平面
341:定位臺階
521:齒輪結構
當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據產業中之標準實踐，各種構件未按比例繪製。事實上， 為了論述的清楚起見可任意增大或減小各種構件之尺寸。
圖1是本發明實施例提供的晶圓卡盤的結構示意圖；圖2A是本發明實施例提供的傾斜延伸面的結構示意圖；圖2B是本發明實施例提供的晶圓卡盤的剖視圖；圖3是本發明實施例提供的晶圓卡盤中晶圓升降軸向第一方向轉動的原理示意圖；圖4是本發明實施例提供的晶圓卡盤中晶圓升降軸向第二方向轉動的原理示意圖；圖5是晶圓位於本發明實施例中晶圓位於多個晶圓升降軸的第一平面上的示意圖；圖6是晶圓位於本發明實施例中晶圓位於多個晶圓升降軸的第一平面上時晶圓與第一平面、第二平面之間的位置關係示意圖；圖7是晶圓位於本發明實施例中晶圓位於多個晶圓升降軸的第二平面上的示意圖；圖8是晶圓位於本發明實施例中晶圓位於多個晶圓升降軸的第二平面上時晶圓與第一平面、第二平面之間的位置關係示意圖；圖9是本發明實施例提供的晶圓清洗設備的結構示意圖；圖10是本發明實施例提供的晶圓清洗設備進行晶圓清洗製程時清洗液與氣流的流向示意圖。
以下揭露提供用於實施本揭露之不同構件之許多不同實施例或實例。下文描述組件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且非意欲限制。舉例而言，在以下描述中之一第一構件形成於一第 二構件上方或上可包含其中該第一構件及該第二構件經形成為直接接觸之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成在該第一構件與該第二構件之間，使得該第一構件及該第二構件可不直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各個實例中重複參考數字及/或字母。此重複出於簡化及清楚之目的且本身不指示所論述之各個實施例及/或組態之間的關係。
此外，為便於描述，諸如「下面」、「下方」、「下」、「上方」、「上」及類似者之空間相對術語可在本文中用於描述一個元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中圖解說明。空間相對術語意欲涵蓋除在圖中描繪之定向以外之使用或操作中之裝置之不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或按其他定向)且因此可同樣解釋本文中使用之空間相對描述詞。
儘管陳述本揭露之寬泛範疇之數值範圍及參數係近似值，然儘可能精確地報告特定實例中陳述之數值。然而，任何數值固有地含有必然由於見於各自測試量測中之標準偏差所致之某些
Figure 111128909-A0305-02-0009-1
差。再者，如本文中使用，術語「大約」通常意謂在一給定值或範圍之10%、5%、1%或0.5%內。替代地，術語「大約」意謂在由此項技術之一般技術者考量時處於平均值之一可接受標準
Figure 111128909-A0305-02-0009-2
差內。除在操作/工作實例中以外，或除非以其他方式明確指定，否則諸如針對本文中揭露之材料之數量、時間之持續時間、溫度、操作條件、數量之比率及其類似者之全部數值範圍、數量、值及百分比應被理解為在全部例項中由術語「大約」修飾。相應地，除非相反地指示，否則本揭露及隨附發明申請專利範圍中陳述之數值參數係可根據需要變化之近似值。至少，應至少鑑於所報告有效數位之數目且藉由應用普通捨入技術解釋各數值參數。範圍可在本文中表達為從一個端 點至另一端點或在兩個端點之間。本文中揭露之全部範圍包含端點，除非另有指定。
為解決上述技術問題，作為本發明的一個方面，提供一種半導體清洗設備中的晶圓卡盤，如圖1至圖4所示，該晶圓卡盤包括卡盤基體1和設置在該卡盤基體1上的噴氣組件2和多個晶圓升降軸3，其中，該卡盤基體1的頂部具有用於承載晶圓的承載面11，噴氣組件2的出氣口2a位於承載面11的中央區域，用於向承載面11與晶圓之間噴射氣體；多個晶圓升降軸3沿承載面11的周向環繞分佈於噴氣組件2的出氣口2a週邊，每個晶圓升降軸3相對於卡盤基體1是可活動的，且每個晶圓升降軸3設置有斜台31，該斜台31具有傾斜延伸面311，傾斜延伸面311用於承載晶圓的邊緣處，且被設置為在晶圓升降軸3相對於卡盤基體1活動時，能夠使晶圓沿傾斜延伸面311移動至不同的高度位置。
在多個晶圓升降軸3相對於卡盤基體1同步活動的過程中，上述傾斜延伸面311會與晶圓產生相對移動，由於傾斜延伸面311在相對於晶圓移動的路徑方向上的不同位置處的高度是不同的，隨著晶圓的邊緣與傾斜延伸面311的接觸位置發生變化，晶圓所在的高度位置也隨之變化，即實現使晶圓沿傾斜延伸面311移動至不同的高度位置。由此，可以在僅接觸晶圓邊緣，避免與晶圓的圖形部分物理接觸的同時，實現對晶圓的高度進行精確、穩定地定位，使晶圓在不同的高度位置之間平滑切換。從而在簡化晶圓卡盤的機械結構，消除頂針等結構帶來的潛在污染因素的同時，提高了晶圓製程位置與晶圓取放位置的準確性，進而提高了機械手的晶圓取放片效率以及晶圓清洗效率。
上述傾斜延伸面311可以有多種形狀，例如，如圖2A所 示，傾斜延伸面311包括第一平面311a、第二平面311c和連接在二者之間的過渡曲面311b，第一平面311a高於第二平面311c，第二平面311c高於上述承載面11，過渡曲面311b圍繞晶圓升降軸3的軸線O螺旋延伸；每個晶圓升降軸3相對於卡盤基體1可圍繞自身軸線O沿相反的第一方向或第二方向轉動，以使晶圓能夠沿過渡曲面311b滑移至與第一平面311a相接觸的第一高度位置，或者與第二平面311c相接觸的第二高度位置。可選的，卡盤基體1上形成有多個軸孔，多個晶圓升降軸3一一對應地穿設於多個軸孔中。
需要說明的是，在本發明中，上述過渡曲面311b的高度圍繞晶圓升降軸3的軸線O平滑變化，且過渡曲面311b的兩端高度分別與第一平面311a和第二平面311c的高度平齊，從而使第一平面311a、第二平面311c和過渡曲面311b構成一連續的延伸面，保證晶圓能夠在第一高度位置與第二高度位置之間平滑切換。需要說明的是，為了保證上述傾斜延伸面311僅與晶圓邊緣接觸，上述第一平面311a、第二平面311c和過渡曲面311b沿晶圓升降軸3的徑向越遠離軸線O，高度越低，即，這三個表面在晶圓升降軸3的徑向上也是傾斜的，以減小與晶圓的接觸面積，實現僅與晶圓邊緣接觸。當然，本發明並不局限於此，在實際應用中，只要上述傾斜延伸面311與晶圓的接觸部位為晶圓邊緣的無效區域，對晶圓表面圖形無影響即可。
具體地，如圖5、圖6所示，當多個晶圓升降軸3的第一平面311a轉動至能夠與晶圓4的邊緣接觸的位置時，晶圓4與承載面11之間具有足夠的間隙，可以方便地通過機械手向多個晶圓升降軸3的第一平面311a放置晶圓4，或者通過機械手取走多個晶圓升降軸3的第一平面311a 上放置的晶圓4；在第一平面311a上放置好待清洗的晶圓4後，隨著多個晶圓升降軸3同步轉動，晶圓的邊緣沿每個晶圓升降軸3的過渡曲面311b移動，並在轉動的過渡曲面311b的導向作用下逐漸下移，直至移動至第二平面311c上，最終如圖7、圖8所示，由第二平面311c承載的晶圓，其高度相對於由第一平面311a承載時的高度降低，以進行晶圓清洗製程。
需要說明的是，在進行晶圓清洗製程時，噴氣組件2向承載面11與晶圓4之間噴射氣體的目的在於避免清洗液濺入承載面11與晶圓4之間的縫隙中並腐蝕晶圓4的背面，其原理如圖10所示。並且，噴氣組件2的噴氣作用會提高晶圓4放置在第二平面311c上的穩定性，具體地：在晶圓清洗製程中，噴氣組件2噴射出的氣體沿著如圖10所示箭頭方向流動，以在承載面11與晶圓4之間的縫隙中形成氣體保護層，保證清洗過程中，清洗液不會流到晶圓下表面，從而對晶圓下表面形成氣體保護。同時，由於晶圓背面的氣體流速大，晶圓正面氣體流速慢，根據伯努利(Bernoulli)原理，晶圓背面的氣體壓強小於晶圓正面的氣體壓強，因而晶圓會被施加一豎直向下的壓力作用，配合晶圓的自重一同將晶圓牢牢按壓在第二平面311c上。
需要說明的是，在實際應用中，上述傾斜延伸面311還可以採用其他能夠使晶圓沿傾斜延伸面311移動至不同的高度位置的任意形狀，例如，還可以為僅與晶圓邊緣接觸的坡面，該坡面的高度沿指定路徑逐漸變化，在這種情況下，多個晶圓升降軸3可以沿上述指定路徑同步移動，從而使晶圓沿坡面移動至不同的高度位置。上述移動路徑可以是弧線路徑或者直線路徑等等，例如為沿承載面的徑向延伸的直線路徑，此外，上述坡面可以包括多個高度不同的子坡面和連接在各相鄰兩個子坡面之間 的過渡坡面，多個子坡面和過渡坡面構成一連續的延伸面，其中，多個高度不同的子坡面能夠在不同的高度位置處承載晶圓，而過渡坡面能夠保證晶圓在兩個不同的高度位置之間平滑切換。另外，為了減小傾斜延伸面311與晶圓之間的摩擦力，可以對傾斜延伸面311進行光滑處理或者另外設置滾動結構，以保證與晶圓能夠正常進行相對移動。
為進一步提高晶圓位置的穩定性及精確性，作為本發明的一種優選實施方式，如圖2B、圖3、圖4所示，晶圓升降軸3的頂端還設置有沿豎直方向延伸的固定柱32，傾斜延伸面311沿固定柱32的周向環繞延伸，且多個晶圓升降軸3上的固定柱32用於共同將晶圓限制在多個晶圓升降軸3上的固定柱32所圍成的限位空間內，即，固定柱32的軸線相對於過渡曲面311b位於晶圓升降軸3的軸線O的另一側(即位於第一平面311a與第二平面311c之間的臺階對應的一側)。借助上述多個固定柱32，可以對晶圓起到一定的限位作用，避免晶圓在沿傾斜延伸面311移動時產生偏移。
在一些可選的實施例中，固定柱32的軸線相對於晶圓升降軸3的軸線O偏心設置，以在每個晶圓升降軸3沿上述第一方向或第二方向轉動時，調節上述限位空間的尺寸；並且，在晶圓與第一平面311a或第二平面311c相接觸時，多個晶圓升降軸3上的固定柱32位於靠近並夾持晶圓側邊的位置，從而可以起到夾緊、鬆弛晶圓的作用。具體地，多個晶圓升降軸3同步轉動時，晶圓可以由第一平面311a經過渡曲面311b下降至第二平面311c，也可以由第二平面311c經過渡曲面311b上升至第一平面311a，不管晶圓是承載在第一平面311a上還是承載在第二平面311c上，多個固定柱32均可靠近並夾持晶圓。當多個晶圓升降軸3均轉動至過渡曲面311b與晶圓邊緣接觸的位置，即，過渡曲面311b朝向晶圓卡盤的正中 央時，多個固定柱32所圍成的上述限位空間的尺寸最大，此時多個固定柱32均不與晶圓的側邊接觸。而當多個晶圓升降軸3均轉動至固定柱32相對於晶圓升降軸3的軸線完全朝向晶圓卡盤的正中央時，多個固定柱32所圍成的上述限位空間的尺寸不足以容納晶圓，即，小於晶圓直徑，這樣可以在多個固定柱32轉動至夾緊晶圓側邊的極限位置時，如果晶圓升降軸3繼續沿相同方向旋轉，則多個固定柱32在晶圓側邊的阻擋下無法繼續轉動，從而使晶圓升降軸3無法沿相同方向繼續轉動下去，進而可以限定晶圓升降軸3的旋轉角度，以將第一平面311a或第二平面311c保持在與晶圓相接觸的位置。
利用上述多個固定柱32夾緊晶圓可在兩個階段起到作用，其中一個階段是在噴氣組件2開始噴射氣體時，此時晶圓由第一平面311a承載，通過轉動晶圓升降軸3，直至上述多個固定柱32夾緊晶圓的側邊，可以將第一平面311a保持在與晶圓相接觸的位置，以將晶圓固定在第一平面311a對應的第一高度位置，從而可以避免晶圓在噴氣組件2開始噴射氣體時產生的不穩定流場作用下運動，從而提高晶圓位置的穩定性。另一個階段是在晶圓由第二平面311c承載，噴氣組件2噴射氣體產生的(晶圓上下表面之間的)壓強差將晶圓按壓在多個晶圓升降軸3的第二平面311c上後，可再轉動晶圓升降軸3，直至上述多個固定柱32夾緊晶圓的側邊，可以將第二平面311c保持在與晶圓相接觸的位置，以將晶圓固定在第二平面311c對應的第二高度位置，進一步提高晶圓位置的穩定性。
本發明實施例對晶圓升降軸的轉動方向不作具體限定，例如，如圖3至圖8所示，作為本發明的一種可選實施方式，晶圓升降軸3可通過順時針(俯視視角)旋轉使第二平面311c、過渡曲面311b和第一平面 311a依次朝向晶圓，即，使晶圓升高(如圖4至圖6所示)；通過逆時針旋轉使第一平面311a、過渡曲面311b和第二平面311c依次朝向晶圓，即，使晶圓降低(如圖3、圖7、圖8所示)。或者，在本發明的其他實施例中(圖未示)，晶圓升降軸也可以通過順時針(俯視視角)旋轉使第一平面311a、過渡曲面311b和第二平面311c依次朝向晶圓，即，使晶圓降低；通過逆時針旋轉使第二平面311c、過渡曲面311b和第一平面311a依次朝向晶圓，即，使晶圓升高。
在一些可選的實施例中，為了實現自動化控制，晶圓卡盤還包括驅動組件，用於驅動多個晶圓升降軸3同步轉動。本發明實施例對如何控制多個晶圓升降軸3同步轉動不做具體限定，例如，可通過多個電機根據同一控制信號分別驅動多個晶圓升降軸3同步轉動，或者，可通過同一皮帶與多個晶圓升降軸3摩擦連接，以保證多個晶圓升降軸同步轉動。
為簡化晶圓卡盤的機械結構，並提高多個晶圓升降軸同步轉動的穩定性，作為本發明的一種優選實施方式，如圖2B至圖4所示，晶圓升降軸3具有位於承載面11下方的齒輪段33，驅動組件包括驅動源51和與卡盤基體1同軸設置的齒輪環52，齒輪環52的側壁上具有環繞其軸線設置的齒輪結構521，且齒輪結構521與齒輪段33嚙合，驅動源51用於驅動齒輪環52環繞其軸線轉動，以帶動多個晶圓升降軸3同步轉動。
在本發明實施例中，驅動元件包括驅動源51和齒輪環52，通過齒輪環52上的齒輪結構(齒形結構)521與晶圓升降軸3的齒輪段33結合傳動，從而通過簡單的機械結構保證了多個晶圓升降軸3轉動的同步性。需要說明的是，在通過齒輪環52驅動多個晶圓升降軸3同步轉動的實施例 中，多個晶圓升降軸3的旋向需保持一致。
本發明實施例對晶圓升降軸上的齒輪段如何製作不做具體限定，例如，可直接在晶圓升降軸3上車削製作齒形結構，得到該齒輪段33。
為降低更換易磨損結構的維護成本，作為本發明的一種優選實施方式，晶圓升降軸3可由軸體與可拆卸的齒輪結構組裝得到，具體地，如圖3、圖4所示，晶圓升降軸3包括升降軸本體34和齒輪件，升降軸本體34的頂端設置有斜台31，齒輪件同軸套設在升降軸本體34上並形成齒輪段33。
在本發明實施例中，晶圓升降軸3由升降軸本體34和套設在升降軸本體34上的齒輪件組裝形成，從而在齒輪件磨損過度時，可保留升降軸本體34，僅更換齒輪件，降低了更換零部件的維護成本。為進一步降低維護成本，優選地，齒輪件可以是由市面批量採購的標準件。
為便於對齒輪件的豎直位置進行定位，優選地，如圖3、圖4所示，升降軸本體34上形成有定位臺階341。
本發明實施例對齒輪環上齒輪結構的位置不做具體限定，例如，作為本發明的一種可選實施方式，如圖2B所示，齒輪結構521形成在齒輪環52的外側，即多個晶圓升降軸3的齒輪段33環繞設置在齒輪環52的外側，並與齒輪環52的外齒嚙合。或者，在本發明的其他實施例中，齒輪環上的齒形結構可形成在齒輪環的內側壁上(即形成為內齒輪)，齒輪環套設在多個晶圓升降軸的齒輪段的外側，並通過內齒與多個晶圓升降軸的齒輪段嚙合。
本發明實施例對驅動源如何與齒輪環連接不做具體限定， 例如，作為本發明的一種可選實施方式，如圖2B所示，驅動源51可以為輸出軸與晶圓卡盤同軸的旋轉電機，驅動源51的輸出軸通過連接法蘭53與齒輪環52固定連接。
本發明實施例對如何固定晶圓升降軸的軸線不做具體限定，例如，可選地，如圖2B所示，晶圓卡盤還包括設置在卡盤基體1下方的底座12，底座12與卡盤基體1密封連接形成傳動腔，齒輪環52、連接法蘭53和晶圓升降軸3的齒輪段33均位於傳動腔中，底座12的底面上形成有多個安裝盲孔，晶圓升降軸3的底端設置在底座12上對應的安裝盲孔中。為降低晶圓升降軸在安裝盲孔中轉動的摩擦力，優選地，晶圓升降軸3的底端通過軸承安裝在安裝盲孔中。
本發明實施例對噴氣組件的結構不做具體限定，例如，可選地，如圖1、圖2B所示，承載面11上設置有安裝槽，該安裝槽的底面包括第一平坦面111和環繞該第一平坦面111的內錐面111a，第一平坦面111上形成有與卡盤基體1同軸的導氣孔(圖未示)，噴氣組件2包括噴蓋21，噴蓋21設置在安裝槽中，且噴蓋21的底面包括第二平坦面211和環繞該第二平坦面211的外錐面211a，第一平坦面111與第二平坦面211之間形成有第一縫隙，外錐面211a與內錐面111a之間形成有第二縫隙；上述導氣孔、第一縫隙和第二縫隙相連通。
噴蓋21的邊緣處形成有多個由噴蓋21的頂面貫穿至外錐面211a的噴射孔，且多個噴射孔沿噴蓋21的周向間隔排布，噴射孔的進氣端與上述第二縫隙連通；噴射孔的出氣端即為上述噴氣組件2的出氣口2a。在噴射氣體時，氣體依次通過導氣孔、第一縫隙和第二縫隙由多個噴射孔(即，出氣口2a)噴出，並吹向晶圓的背面形成氣體保護層。
為提高晶圓背面氣流的穩定性，優選地，多個噴射孔的噴射方向與承載面11成一定角度(例如，可以在45°到20°之間)，如圖10所示，氣流噴出後，斜向外吹向晶圓的背面，以形成氣體保護層。
本發明實施例對噴氣組件所噴射的氣體成分不做具體限定，例如，作為本發明的一種易於實現的實施方式，該噴氣組件用於向晶圓的背面噴射氮氣。本發明實施例對噴氣組件噴射氣體的氣體流量及壓力不作具體限定，可根據晶圓清洗製程的需求調節流入該錐形氣腔的氣體流量及壓力，以使晶圓承受的背吸力達到所需大小。
本發明實施例對晶圓升降軸的數量不做具體限定，例如，作為本發明的一種可選實施方式，如圖1、圖2B所示，晶圓卡盤可以包括6個晶圓升降軸3,6個晶圓升降軸3繞卡盤基體1的軸線等間隔分佈。
作為本發明的第二個方面，提供一種晶圓清洗設備，該晶圓清洗設備包括本發明實施例提供的晶圓卡盤。
在本發明提供的晶圓清洗設備中，通過採用本發明實施例提供的晶圓卡盤，可以在簡化晶圓卡盤的機械結構，消除頂針等結構帶來的潛在污染因素的同時，提高了晶圓製程位置與晶圓取放位置的準確性，進而提高了機械手的晶圓取放片效率以及晶圓清洗效率。
本發明實施例對晶圓清洗設備的其他結構不作具體限定，例如，可選地，如圖9所示，該晶圓清洗設備還包括噴淋組件6，噴淋組件6用於由承載面上方向承載面上承載的晶圓噴淋清洗液。
作為本發明的第三個方面，提供一種晶圓清洗方法，該晶圓清洗方法應用於本發明提供的晶圓清洗設備，該晶圓清洗方法包括：步驟S1、控制多個該晶圓升降軸相對於卡盤基體活動，以 使晶圓自第一高度位置沿該傾斜延伸面滑移下降至進行晶圓清洗製程的第二高度位置；步驟S2、控制多個該晶圓升降軸相對於該卡盤基體活動，以使該晶圓自該第一高度位置沿該傾斜延伸面滑移下降至進行晶圓清洗製程的第二高度位置；步驟S3、控制噴氣組件噴射氣體，並(控制噴淋組件)向晶圓噴淋清洗液，以進行晶圓清洗製程；步驟S4、控制噴氣組件停止噴射氣體，(控制噴淋組件)停止向晶圓噴淋清洗液，並使多個晶圓升降軸反向活動，以使晶圓自第二高度位置沿傾斜延伸面滑移上述至第一高度位置，以便於傳輸走清洗後的晶圓。
需要說明的是，步驟S1至步驟S4是對應於單獨一片晶圓的清洗製程迴圈，在依次清洗多片晶圓的過程中步驟S1至步驟S4迴圈執行多次。步驟S1中多個晶圓升降軸的第一平面朝向晶圓卡盤的軸線為晶圓升降軸的初始狀態，在本發明的一些實施例中，也可將步驟S4中噴氣組件停止噴射氣體後的動作改為在步驟S1中執行。即，步驟S4僅包括控制噴氣組件停止噴射氣體，而步驟S1中在接收待清洗的晶圓前，先驅動多個晶圓升降軸旋轉至第一平面朝向晶圓卡盤的軸線，使位於第二平面上的晶圓上升並轉移至第一平面上，以便於傳輸走清洗後的晶圓(即，使多個晶圓升降軸恢復至初始狀態)。
在本發明提供的晶圓清洗方法中，可以在僅接觸晶圓邊緣，避免與晶圓的圖形部分物理接觸的同時，實現對晶圓的高度進行精確、穩定地定位，使晶圓在不同的高度位置之間平滑切換。從而在簡化晶 圓卡盤的機械結構，消除頂針等結構帶來的潛在污染因素的同時，提高了晶圓製程位置與晶圓取放位置的準確性，進而提高了機械手的晶圓取放片效率以及晶圓清洗效率。
為進一步提高晶圓位置的穩定性及精確性，作為本發明的一種優選實施方式，如圖2B、圖3、圖4所示，晶圓升降軸的頂端還具有沿豎直方向延伸的固定柱，且固定柱的軸線相對於過渡曲面位於晶圓升降軸軸線的另一側。在晶圓轉移至第一平面或第二平面上後，多個固定柱靠近並夾持晶圓。
在採用圖1至圖4所示的晶圓卡盤的基礎上，在晶圓位於上述第一高度位置時，多個晶圓升降軸3上的固定柱32位於靠近並夾持晶圓側邊的位置；在晶圓位於上述第二高度位置時，多個晶圓升降軸3上的固定柱32位於靠近並夾持晶圓側邊的位置。也就是說，不管晶圓是承載在第一平面311a上還是承載在第二平面311c上，多個固定柱32均可靠近並夾持晶圓。
當多個晶圓升降軸3均轉動至過渡曲面311b與晶圓邊緣接觸的位置，即，過渡曲面311b朝向晶圓卡盤的正中央時，多個固定柱32所圍成的上述限位空間的尺寸最大，此時多個固定柱32均不與晶圓的側邊接觸。而當多個晶圓升降軸3均轉動至固定柱32相對於晶圓升降軸3的軸線完全朝向晶圓卡盤的正中央時，多個固定柱32所圍成的上述限位空間的尺寸不足以容納晶圓，即，小於晶圓直徑，這樣可以在多個固定柱32轉動至夾緊晶圓側邊的極限位置時，如果晶圓升降軸3繼續沿相同方向旋轉，則多個固定柱32在晶圓側邊的阻擋下無法繼續轉動，從而使晶圓升降軸3無法沿相同方向繼續轉動下去，進而可以限定晶圓升降軸3的旋轉角度， 以將第一平面311a或第二平面311c保持在與晶圓相接觸的位置。
前述內容概括數項實施例之特徵，使得熟習此項技術者可更佳地理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應瞭解，其等可容易地使用本揭露作為用於設計或修改用於實行本文仲介紹之實施例之相同目的及/或達成相同優點之其他製程及結構之一基礎。熟習此項技術者亦應瞭解，此等等效構造不背離本揭露之精神及範疇，且其等可在不背離本揭露之精神及範疇之情況下在本文中作出各種改變、置換及更改。
11:承載面
12:底座
21:噴蓋
32:固定柱
33:齒輪段
52:齒輪環
53:連接法蘭
111:第一平坦面
111a:內錐面
211:第二平坦面
211a:外錐面

Claims (12)

  1. 一種半導體清洗設備中的晶圓卡盤，包括一卡盤基體和設置在該卡盤基體上的一噴氣組件和多個晶圓升降軸，其中，該卡盤基體具有用於承載一晶圓的一承載面，該噴氣組件的出氣口位於該承載面的一中央區域，用於向該承載面與該晶圓之間噴射氣體；多個該晶圓升降軸沿該承載面的周向環繞分佈於該噴氣組件的出氣口週邊，每個該晶圓升降軸相對於該卡盤基體是可活動的，且每個該晶圓升降軸設置有一斜台，該斜台具有一傾斜延伸面，該傾斜延伸面用於承載該晶圓的邊緣處，且被設置為在該晶圓升降軸相對於該卡盤基體活動時，能夠使該晶圓沿該傾斜延伸面移動至不同的高度位置；其中，該傾斜延伸面包括一第一平面、一第二平面和連接在二者之間的一過渡曲面，該第一平面高於該第二平面，該第二平面高於該承載面，該過渡曲面圍繞該晶圓升降軸的軸線螺旋延伸。
  2. 如請求項1所述的晶圓卡盤，其中，每個該晶圓升降軸相對於該卡盤基體可圍繞自身軸線沿相反的第一方向或第二方向轉動，以使該晶圓能夠沿該過渡曲面滑移至與該第一平面相接觸的第一高度位置，或者與該第二平面相接觸的第二高度位置。
  3. 如請求項2所述的晶圓卡盤，其中，該晶圓升降軸的頂端還設置有沿豎直方向延伸的一固定柱，該傾斜延伸面沿該固定柱的周向環繞延伸，且多個該晶圓升降軸上的該固定柱用於共同將該晶圓限制在多 個該晶圓升降軸上的該固定柱所圍成的一限位空間內。
  4. 如請求項3所述的晶圓卡盤，其中，該固定柱的軸線相對於該晶圓升降軸的軸線偏心設置，以在每個該晶圓升降軸沿該第一方向或該第二方向轉動時，調節該限位空間的尺寸；並且，在該晶圓與該第一平面或該第二平面相接觸時，多個該晶圓升降軸上的該固定柱位於靠近並夾持該晶圓側邊的位置。
  5. 如請求項2至4中任意一項所述的晶圓卡盤，其中該晶圓卡盤還包括一驅動組件，用於驅動多個該晶圓升降軸同步轉動。
  6. 如請求項5所述的晶圓卡盤，其中，該晶圓升降軸具有位於該承載面下方的齒輪段，該驅動組件包括一驅動源和與該卡盤基體同軸設置的一齒輪環，該齒輪環的側壁上具有環繞其軸線設置的一齒輪結構，且該齒輪結構與該齒輪段嚙合，該驅動源用於驅動該齒輪環環繞其軸線轉動，以帶動多個該晶圓升降軸同步轉動。
  7. 如請求項6所述的晶圓卡盤，其中，該晶圓升降軸包括一升降軸本體和一齒輪件，該升降軸本體的頂端設置有該斜台，該齒輪件同軸套設在該升降軸本體上並形成該齒輪段。
  8. 如請求項1所述的晶圓卡盤，其中，該承載面上設置有一安裝槽，該安裝槽的底面包括一第一平坦面和環繞該第一平坦面的內錐 面，該第一平坦面上形成有與該卡盤基體同軸的一導氣孔；該噴氣組件包括一噴蓋，該噴蓋設置在該安裝槽中，且該噴蓋的底面包括一第二平坦面和環繞該第二平坦面的一外錐面，該第一平坦面與該第二平坦面之間形成有一第一縫隙，該外錐面與該內錐面之間形成有一第二縫隙；該導氣孔、該第一縫隙和該第二縫隙相連通；該噴蓋的邊緣處形成有多個由該噴蓋的頂面貫穿至該外錐面的噴射孔，且多個該噴射孔沿該噴蓋的周向間隔排布，該噴射孔的進氣端與該第二縫隙連通；該噴射孔的出氣端即為該噴氣組件的出氣口。
  9. 一種晶圓清洗設備，其中該晶圓清洗設備包括請求項1至8中任意一項所述的晶圓卡盤。
  10. 如請求項9所述的晶圓清洗設備，其中，該晶圓清洗設備還包括一噴淋組件，該噴淋組件用於由該承載面上方向該承載面上承載的晶圓噴淋清洗液。
  11. 一種晶圓清洗方法，該晶圓清洗方法應用於請求項10所述的晶圓清洗設備，其中，該晶圓清洗方法包括：將待清洗的晶圓傳輸至該傾斜延伸面上，且位於進行取放片操作的一第一高度位置；控制多個該晶圓升降軸相對於該卡盤基體活動，以使該晶圓自該第一高度位置沿該傾斜延伸面滑移下降至進行晶圓清洗製程的一第二高度位置； 控制該噴氣組件噴射氣體，並控制該噴淋組件向該晶圓噴淋清洗液，以進行晶圓清洗製程；控制該噴氣組件停止噴射氣體，控制該噴淋組件停止向該晶圓噴淋清洗液，並使多個該晶圓升降軸反向活動，以使該晶圓自該第二高度位置沿該傾斜延伸面滑移上述至該第一高度位置。
  12. 如請求項11所述的晶圓清洗方法，其中，該傾斜延伸面包括一第一平面、一第二平面和連接在二者之間的一過渡曲面，該第一平面高於該第二平面，該第二平面高於該承載面，該過渡曲面圍繞該晶圓升降軸的軸線螺旋延伸；每個該晶圓升降軸相對於該卡盤基體可圍繞自身軸線沿相反的一第一方向或一第二方向轉動，以使該晶圓能夠沿該過渡曲面滑移至與該第一平面相接觸的第一高度位置，或者與該第二平面相接觸的第二高度位置；該晶圓升降軸的頂端還設置有沿豎直方向延伸的一固定柱，該傾斜延伸面沿該固定柱的周向環繞延伸，且多個該晶圓升降軸上的該固定柱用於共同將該晶圓限制在多個該晶圓升降軸上的該固定柱所圍成的限位空間內；該固定柱的軸線相對於該晶圓升降軸的軸線偏心設置，以在每個該晶圓升降軸沿該第一方向或該第二方向轉動時，調節該限位空間的尺寸；並且，在該晶圓與該第一平面或該第二平面相接觸時，多個該晶圓升降軸上的該固定柱位於靠近並夾持該晶圓側邊的位置；在該晶圓位於該第一高度位置時，多個該晶圓升降軸上的該固定柱位於靠近並夾持該晶圓側邊的位置；在該晶圓位於該第二高度位置時，多個該晶圓升降軸上的該固定柱位於靠近並夾持該晶圓側邊的位置。
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