TWI832637B - 晶圓清洗方法及設備 - Google Patents
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Abstract
本發明提供了一種晶圓清洗方法及設備，屬於半導體製造技術領域。晶圓清洗設備，包括：旋轉固定結構，用於承載晶圓，並控制晶圓在水平面上旋轉；設置在旋轉固定結構周邊的至少一個藥液承載結構，藥液承載結構包括凹槽，在旋轉固定結構承載晶圓時，凹槽的槽口朝向晶圓；移動結構，用於移動藥液承載結構朝遠離旋轉固定結構的方向移動，或，向靠近旋轉固定結構的方向移動。本發明的技術方案能夠對晶圓邊緣進行清洗。
Description
本發明屬於半導體製造技術領域，尤指一種晶圓清洗方法及設備。
晶圓清洗作為製作太陽能電池和積體電路的基礎，非常重要，清洗的效果直接影響到太陽能電池和積體電路最終的性能、效率和穩定性。
晶圓是從矽棒上切割下來的，晶圓表面的多層晶格處於被破壞的狀態，佈滿了不飽和的懸掛鍵，懸掛鍵的活性較高，十分容易吸附外界的雜質粒子，導致晶圓表面被汙染且性能變差。晶圓上吸附的雜質粒子包括顆粒雜質、金屬離子、有機化合物、H
2O等，其中顆粒雜質會導致晶圓的介電強度降低，金屬離子會增大太陽能電池P-N結的反向漏電流和降低少子的壽命，有機化合物會使晶圓表面氧化層的品質劣化、H
2O會加劇晶圓表面的腐蝕。清洗晶圓不僅要除去晶圓表面的雜質而且要使晶圓表面鈍化，從而減小晶圓表面的吸附能力。
高規格的晶圓對表面的潔凈度要求非常嚴格，理論上不允許存在任何顆粒、金屬離子、有機化合物、水汽、氧化層，而且晶圓表面要求具有原子級的平整度，晶圓邊緣的懸掛鍵以結氫終止。但相關技術中，對晶圓邊緣進行清洗具有較高的難度。
為了解決上述技術問題，本發明提供一種晶圓清洗方法及設備，能夠對晶圓邊緣進行清洗。
為了達到上述目的，本發明實施例採用的技術方案是：一種晶圓清洗設備，包括：旋轉固定結構，用於承載晶圓，並控制晶圓在水平面上旋轉；設置在旋轉固定結構周邊的至少一個藥液承載結構，藥液承載結構包括凹槽，在旋轉固定結構承載晶圓時，凹槽的槽口朝向晶圓；移動結構，用於移動藥液承載結構朝遠離旋轉固定結構的方向移動，或，向靠近旋轉固定結構的方向移動。
一些實施例中，凹槽沿第一方向延伸，凹槽在第二方向上的縱截面為半圓形，第一方向垂直於第二方向。
一些實施例中，半圓形的直徑為晶圓的厚度的1.5倍~3倍。
一些實施例中，在旋轉固定結構承載晶圓時，凹槽的槽底與晶圓邊緣的最短距離為4mm~8mm。
一些實施例中，晶圓清洗設備還包括位於旋轉固定結構正上方的清洗噴頭，清洗噴頭包括：氟化氫藥液噴頭，用於向晶圓的中心區域噴射氟化氫藥液；臭氧水噴頭，用於向晶圓的中心區域噴射臭氧水；
超純水噴頭，用於向晶圓的中心區域噴射超純水。
一些實施例中，晶圓清洗設備包括三個藥液承載結構，三個藥液承載結構均勻分佈在旋轉固定結構的周邊。
一些實施例中，藥液承載結構採用聚醚醚酮（Poly Ether-Ether-Ketone，PEEK）。
本發明實施例還提供了一種晶圓清洗方法，包括步驟：提供如上的晶圓清洗設備，將晶圓固定於旋轉固定結構上；利用移動結構控制藥液承載結構朝靠近旋轉固定結構的方向移動，使得晶圓的邊緣伸入藥液承載結構的槽內，且與藥液承載結構的槽底相距一定距離。
一些實施例中，利用移動結構控制藥液承載結構朝靠近旋轉固定結構的方向移動之後，晶圓清洗方法還包括：控制旋轉固定結構的轉速為1000rpm~2000rpm，控制臭氧水噴頭向晶圓的中心區域噴射臭氧水；控制旋轉固定結構的轉速為100rpm~300rpm，控制氟化氫藥液噴頭向晶圓的中心區域噴射氟化氫藥液；控制旋轉固定結構的轉速為400rpm~800rpm，控制超純水噴頭向晶圓的中心區域噴射超純水。
一些實施例中，控制臭氧水噴頭向晶圓的中心區域噴射臭氧水的時長為10s(秒)~15s；控制氟化氫藥液噴頭向晶圓的中心區域噴射氟化氫藥液的時長為5~10s；控制超純水噴頭向晶圓的中心區域噴射超純水的時長為15s~30s。
本發明的有益效果是：本實施例中，旋轉固定結構周邊設置有藥液承載結構，在旋轉固定結構承載晶圓後，移動結構可以移動藥液承載結構朝靠近旋轉固定結構的方向移動，使得晶圓的邊緣伸入藥液承載結構的凹槽內，且與凹槽的槽底相距一定距離，這樣在對晶圓進行清洗時，清洗藥液通過清洗噴頭噴射在晶圓表面，同時晶圓旋轉，在離心力的作用下，晶圓表面的清洗藥液流動至晶圓邊緣，能夠容納於藥液承載結構的凹槽內，這樣晶圓的邊緣能夠浸泡在凹槽容納的清洗藥液中，從而能夠實現在對晶圓表面進行清洗的同時，對晶圓的邊緣進行清洗，能夠提高清洗效率；並且由於晶圓的邊緣是浸泡在凹槽內容納的清洗藥液中，還能夠提高清洗效果。
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例的附圖，對本發明實施例的技術方案進行清楚、完整的描述。顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於所描述的本發明的實施例，本領域具通常知識者所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
相關技術中，晶圓清洗設備包括設置在晶圓正上方的多個清洗噴頭，採用晶圓清洗設備清洗晶圓時，由於晶圓處於高速旋轉過程中，清洗噴頭噴出的清洗藥液在離心力的作用下，沿著半徑方向甩出晶圓表面，清洗藥液與晶圓邊緣的接觸較少，無法有效去除晶圓邊緣的雜質粒子。
本發明提供一種晶圓清洗方法及設備，能夠對晶圓邊緣進行清洗。
本發明實施例提供一種晶圓清洗設備，如圖1~圖3所示，包括：旋轉固定結構3，用於承載晶圓2，並控制晶圓2在水平面上旋轉；設置在旋轉固定結構3周邊的至少一個藥液承載結構1，藥液承載結構1包括凹槽，在旋轉固定結構3承載晶圓2時，凹槽的槽口朝向晶圓2；移動結構，用於移動藥液承載結構1朝遠離旋轉固定結構3的方向移動，或，向靠近旋轉固定結構3的方向移動。
本實施例中，旋轉固定結構周邊設置有藥液承載結構，在旋轉固定結構承載晶圓後，移動結構可以移動藥液承載結構朝靠近旋轉固定結構的方向移動，如圖2所示，使得晶圓的邊緣伸入藥液承載結構的凹槽內，且與凹槽的槽底相距一定距離，這樣在對晶圓進行清洗時，如圖3所示，清洗藥液通過清洗噴頭噴射在晶圓表面，同時晶圓旋轉，在離心力的作用下，晶圓表面的清洗藥液流動至晶圓邊緣，能夠容納於藥液承載結構的凹槽內，這樣晶圓的邊緣能夠浸泡在凹槽容納的清洗藥液中，從而能夠實現在對晶圓表面進行清洗的同時，對晶圓的邊緣進行清洗，能夠提高清洗效率；並且由於晶圓的邊緣是浸泡在凹槽內容納的清洗藥液中，還能夠提高清洗效果。
本實施例中，在完成對晶圓的清洗後，移動結構可以移動藥液承載結構1朝遠離旋轉固定結構3的方向移動，使得晶圓2的邊緣不再位於藥液承載結構1的凹槽內，這樣可以方便晶圓清洗設備退出晶圓。
一些實施例中，凹槽沿第一方向延伸，凹槽在第二方向上的縱截面為半圓形，第一方向垂直於第二方向。本實施例中，凹槽的縱截面可以為半圓形，但凹槽的縱截面並不局限於半圓形，還可以為其他形狀，比如倒梯形、矩形等。
一些實施例中，半圓形的直徑為晶圓的厚度的1.5倍~3倍，這樣可以使得凹槽足以容納晶圓的邊緣，可以有效的承載藥液，形成動態穩定區。
本實施例中，在晶圓的邊緣伸入藥液承載結構的凹槽時，晶圓的邊緣並不與藥液承載結構的凹槽接觸，而是與藥液承載結構的凹槽的槽底相距一定距離，這樣可以避免晶圓的邊緣磕碰到藥液承載結構，晶圓出現損壞。
一些實施例中，在旋轉固定結構3承載晶圓2時，通過移動藥液承載結構1，可以使得在晶圓2的邊緣伸入藥液承載結構1的凹槽時，凹槽的槽底與晶圓邊緣的最短距離為4mm~8mm，這樣可以保證在清洗晶圓時，凹槽內容納有足夠的清洗藥液對晶圓的邊緣進行清洗，可以有效的承載藥液，形成動態穩定區。
一些實施例中，如圖2~圖3所示，晶圓清洗設備還包括位於旋轉固定結構3正上方的清洗噴頭4，清洗噴頭4包括：氟化氫藥液噴頭，用於向晶圓的中心區域噴射氟化氫藥液，氟化氫藥液的濃度可以為1%~3%，噴射時間為5s~10s；氟化氫藥液的主要作用是去除掉晶圓表面的氧化膜，在去除氧化膜的過程中，被包裹在氧化膜中的金屬元素同時隨著氧化膜的去除而去除，從而達到去除晶圓中心區域的金屬雜質的作用；臭氧水噴頭，用於向晶圓的中心區域噴射臭氧水，噴射時間可以為5s~10s，臭氧水的濃度可以為10ppm~30ppm；臭氧水的主要作用是去除晶圓表面的有機物及顆粒，以及對晶圓表面進行氧化，使得晶圓表面的金屬元素可以包裹在氧化膜中，這樣後續可以利用氟化氫藥液去除氧化膜，進而去除包裹在氧化膜中的金屬元素；超純水噴頭，用於向晶圓的中心區域噴射超純水，噴射時間可以為15s~30s；超純水的主要作用是去除晶圓表面的殘留藥液，避免殘留藥液影響晶圓的品質。
當然，清洗噴頭4並不局限於包括上述噴頭，還可以包括其他噴頭。
一些實施例中，如圖1所示，晶圓清洗設備可以包括三個藥液承載結構1，三個藥液承載結構1均勻分佈在旋轉固定結構3的周邊。這樣可以保證對晶圓邊緣的清洗力度均勻。晶圓清洗設備並不局限於包括三個藥液承載結構1，還可以包括更多個藥液承載結構1，或者，更少個藥液承載結構1。
一些實施例中，藥液承載結構1可以採用聚醚醚酮（Poly Ether-Ether-Ketone，PEEK），該材質不易與清洗藥液發生反應，當然，藥液承載結構1還可以採用其他不易與清洗藥液發生反應的材質。
本發明實施例還提供了一種晶圓清洗方法，包括步驟：提供如上所述的晶圓清洗設備，將晶圓固定於旋轉固定結構上；利用移動結構控制藥液承載結構朝靠近旋轉固定結構的方向移動，使得晶圓的邊緣伸入藥液承載結構的槽內，且與藥液承載結構的槽底相距一定距離。
本實施例中，旋轉固定結構周邊設置有藥液承載結構，在旋轉固定結構承載晶圓後，移動結構可以移動藥液承載結構朝靠近旋轉固定結構的方向移動，使得晶圓的邊緣伸入藥液承載結構的凹槽內，且與凹槽的槽底相距一定距離，這樣在對晶圓進行清洗時，清洗藥液通過清洗噴頭噴射在晶圓表面，同時晶圓旋轉，在離心力的作用下，晶圓表面的清洗藥液流動至晶圓邊緣，能夠容納於藥液承載結構的凹槽內，這樣晶圓的邊緣能夠浸泡在凹槽容納的清洗藥液中，從而能夠實現在對晶圓表面進行清洗的同時，對晶圓的邊緣進行清洗，能夠提高清洗效率；並且由於晶圓的邊緣是浸泡在凹槽內容納的清洗藥液中，還能夠提高清洗效果。
一些實施例中，利用移動結構控制藥液承載結構朝靠近旋轉固定結構的方向移動之後，晶圓清洗方法還包括：控制旋轉固定結構的轉速為1000rpm~2000rpm，控制臭氧水噴頭向晶圓的中心區域噴射臭氧水，該轉速可以使得臭氧水對晶圓進行有效的清洗，並保證清洗效率；控制旋轉固定結構的轉速為100rpm~300rpm，控制氟化氫藥液噴頭向晶圓的中心區域噴射氟化氫藥液，該轉速可以使得氟化氫藥液對晶圓進行有效的清洗，並保證清洗效率；控制旋轉固定結構的轉速為400rpm~800rpm，控制超純水噴頭向晶圓的中心區域噴射超純水，該轉速可以使得超純水對晶圓進行有效的清洗，並保證清洗效率。
一具體實施例中，晶圓清洗方法具體包括以下步驟：1、將晶圓運送至清洗區域，利用旋轉固定結構3夾緊晶圓2，移動藥液承載結構1，如圖2所示，使得晶圓2的邊緣伸入藥液承載結構1的凹槽的槽內，且晶圓2的邊緣與藥液承載結構1的凹槽的槽底相距一定距離。控制晶圓2的旋轉速度為1000rpm~2000rpm，同時打開臭氧水噴頭，向晶圓的中心區域噴射臭氧水，噴射時間為10s~15s，臭氧水的濃度可以為10ppm~30ppm；臭氧水的主要作用是去除晶圓表面的有機物及顆粒，以及對晶圓表面進行氧化，使得晶圓表面的金屬元素可以包裹在氧化膜中，這樣後續可以利用氟化氫藥液去除氧化膜，進而去除包裹在氧化膜中的金屬元素；在向晶圓的中心區域噴射臭氧水的同時，在離心力的作用下，晶圓表面的臭氧水流動至晶圓邊緣，能夠容納於藥液承載結構的凹槽內，這樣晶圓的邊緣能夠浸泡在凹槽容納的臭氧水中，從而能夠實現在對晶圓表面進行清洗的同時，對晶圓的邊緣進行清洗。
2、設定晶圓2的旋轉速度為100rpm~300rpm，打開氟化氫藥液噴頭，向晶圓的中心區域噴射氟化氫藥液，氟化氫藥液的濃度可以為1%~3%，噴射時間為5s~10s；氟化氫藥液的主要作用是去除掉晶圓表面的氧化膜，在去除氧化膜的過程中，被包裹在氧化膜中的金屬元素同時隨著氧化膜的去除而去除，從而達到去除晶圓中心區域的金屬雜質的作用；在向晶圓的中心區域噴射氟化氫藥液的同時，在離心力的作用下，晶圓表面的氟化氫藥液流動至晶圓邊緣，能夠容納於藥液承載結構的凹槽內，這樣晶圓的邊緣能夠浸泡在凹槽容納的氟化氫藥液中，從而能夠實現在對晶圓表面進行清洗的同時，對晶圓的邊緣進行清洗。
3、設定晶圓2的旋轉速度為400rpm~800rpm，同時打開超純水噴頭，向晶圓的中心區域噴射超純水，噴射時間可以為15s~30s；超純水的主要作用是去除晶圓表面的殘留藥液，避免殘留藥液影響晶圓的品質。
在向晶圓的中心區域噴射超純水的同時，在離心力的作用下，晶圓表面的超純水流動至晶圓邊緣，能夠容納於藥液承載結構的凹槽內，這樣晶圓的邊緣能夠浸泡在凹槽容納的超純水中，從而能夠實現在對晶圓表面進行清洗的同時，對晶圓的邊緣進行清洗。
一些實施例中，可以重複上述步驟1~2三次，或者重複步驟1~3三次，這樣可以有效去除晶圓中心區域和邊緣的雜質。
在對晶圓進行清洗後，還可以利用氮氣噴頭向晶圓表面噴射氮氣，噴射時間可以為10s~20s。氮氣的作用主要是吹乾晶圓表面以及邊緣的水分，對晶圓進行乾燥。
在對晶圓2進行乾燥後，移動結構可以移動藥液承載結構1朝遠離旋轉固定結構3的方向移動，使得晶圓的邊緣不再位於藥液承載結構1的凹槽內，晶圓清洗設備可以退出晶圓，完成清洗。
需要說明，本說明書中的各個實施例均採用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對於實施例而言，由於其基本相似於產品實施例，所以描述得比較簡單，相關之處參見產品實施例的部分說明即可。
在上述實施方式的描述中，具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域具通常知識者在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以申請專利範圍的保護範圍為準。
1:藥液承載結構
2:晶圓
3:旋轉固定結構
4:清洗噴頭
圖1表示本發明實施例晶圓清洗設備的平面示意圖；
圖2和圖3表示本發明實施例晶圓清洗設備在圖1中AA方向上的截面示意圖。
1:藥液承載結構
2:晶圓
Claims (10)
- 一種晶圓清洗設備，包括： 旋轉固定結構，用於承載晶圓，並控制該晶圓在水平面上旋轉； 設置在該旋轉固定結構周邊的至少一個藥液承載結構，該藥液承載結構包括凹槽，在該旋轉固定結構承載晶圓時，該凹槽的槽口朝向該晶圓； 移動結構，用於移動該藥液承載結構朝遠離該旋轉固定結構的方向移動，或，向靠近該旋轉固定結構的方向移動。
- 如請求項1所述的晶圓清洗設備，其中該凹槽沿第一方向延伸，該凹槽在第二方向上的縱截面為半圓形，該第一方向垂直於該第二方向。
- 如請求項2所述的晶圓清洗設備，其中該半圓形的直徑為該晶圓的厚度的1.5倍~3倍。
- 如請求項1所述的晶圓清洗設備，其中該旋轉固定結構承載晶圓時，該凹槽的槽底與該晶圓邊緣的最短距離為4mm~8mm。
- 如請求項1所述的晶圓清洗設備，其中還包括位於該旋轉固定結構正上方的清洗噴頭，該清洗噴頭包括： 氟化氫藥液噴頭，用於向該晶圓的中心區域噴射氟化氫藥液； 臭氧水噴頭，用於向該晶圓的中心區域噴射臭氧水； 超純水噴頭，用於向該晶圓的中心區域噴射超純水。
- 如請求項1所述的晶圓清洗設備，其中還包括三個該藥液承載結構，該等藥液承載結構均勻分佈在該旋轉固定結構的周邊。
- 如請求項1所述的晶圓清洗設備，其中該藥液承載結構採用聚醚醚酮（Poly Ether-Ether-Ketone，PEEK）。
- 一種晶圓清洗方法，其步驟包括： 提供如請求項1至7中任一項所述的晶圓清洗設備，將該晶圓固定於該旋轉固定結構上； 利用該移動結構控制該藥液承載結構朝靠近該旋轉固定結構的方向移動，使得該晶圓的邊緣伸入該藥液承載結構的凹槽內，且與該凹槽的槽底相距一定距離。
- 如請求項8所述的晶圓清洗方法，其中主要應用於如請求項5所述的晶圓清洗設備，利用該移動結構控制該藥液承載結構朝靠近該旋轉固定結構的方向移動之後，其步驟還包括： 控制該旋轉固定結構的轉速為1000rpm~2000rpm，控制該臭氧水噴頭向該晶圓的中心區域噴射臭氧水； 控制該旋轉固定結構的轉速為100rpm~300rpm，控制該氟化氫藥液噴頭向該晶圓的中心區域噴射氟化氫藥液； 控制該旋轉固定結構的轉速為400rpm~800rpm，控制該超純水噴頭向該晶圓的中心區域噴射超純水。
- 如請求項9所述的晶圓清洗方法，其中控制該臭氧水噴頭向該晶圓的中心區域噴射臭氧水的時長為10s(秒)~15s；控制該氟化氫藥液噴頭向該晶圓的中心區域噴射氟化氫藥液的時長為5s~10s；控制該超純水噴頭向該晶圓的中心區域噴射超純水的時長為15s~30s。
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2022
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