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CN109411402B - 湿法清洗设备 - Google Patents

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CN109411402B CN201811159489.1A CN201811159489A CN109411402B CN 109411402 B CN109411402 B CN 109411402B CN 201811159489 A CN201811159489 A CN 201811159489A CN 109411402 B CN109411402 B CN 109411402B
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Abstract

一种湿法清洗设备，包括：旋转台，旋转台的表面设有出气口；多个管脚，多个管脚以旋转台的中心轴为圆心，沿旋转台的上表面圆周设置，且旋转台的出气口设置于管脚的内侧，在靠近晶圆边缘处的设备部件上设有增加的气流通道；当气流通过增加的气流通道时，气体流速减缓，同时疏导气流碰到管脚后的反作用，减少管脚处流下来的溶液对晶圆边缘的污染，降低晶圆边缘的缺陷密度，提高产品良率。

Description

湿法清洗设备
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，更具体地，涉及一种湿法清洗设备。
背景技术
在集成电路制造工艺中，化学药品常被用来清洗晶圆和通过化学反应去除一些附着在晶圆表面或背面的不需要的物质。
当需要对晶圆背面进行化学清洗时，通过将晶圆倒置，化学药品传递到晶圆的背面。清洗设备的吸盘通常具有若干个管脚，用来固定晶圆。清洗后的部分化学药品从晶圆背面沿着管脚往下流，溶于化学药品的物质和颗粒物会传递到与之接触的晶圆的边缘，造成晶圆正面缺陷密度的提高，最终影响产品的良率。
图1湿法清洗原理图，如图1所示，在晶圆2背面清洗过程中，通过机械手将晶圆2正面朝下放置，氮气通过预设的气体输送管路4进入晶圆2与旋转台11之间，氮气层7使晶圆2悬浮。旋转台11四周具有六个管脚6，用于晶圆2的固定。清洗开始时，化学药品10被喷到晶圆2的背面，在晶圆2的背面形成酸性薄膜8，同时旋转台11带动晶圆2开始旋转。清洗结束，旋转台11停止旋转，用去离子水冲洗晶圆2，并烘干。
当晶圆从铜线转到铝线过程中，需对晶圆的背面进行化学清洗(通常使用硝酸和氢氟酸混合液)，去除残留的铜。然而，化学药品携带着铜等颗粒物，会顺着管脚往下流。图3a气体作用到晶圆前气体流动示意图，图3b气体作用到晶圆后气体流动示意图。如图3a和图3b所示，传统上旋转台使用的气体是氮气，氮气从晶圆的中部向晶圆的边缘流动，氮气碰到管脚后，氮气反弹，向四周扩散，若此时有化学试剂沿管脚向下运动，反弹流向晶圆的氮气会携带化学试剂中的颗粒物，造成靠近管脚的晶圆的边缘具有相对高的缺陷密度，因此，顺着管脚往下流的携带着微粒的溶液，污染了与之接触的晶圆边缘，是造成缺陷密度的主要原因。
此外，除了六个管脚(实际管脚尺寸不大)，晶圆边缘其他区域也具有缺陷。图2气体流与液体流作用在晶圆上的示意图，如图2所示，当气流流过晶圆边缘时，由于溶液沾到了晶圆边缘，污染物从溶液内转移到了晶圆上。
现有技术是一般通过减少清洗时间或换管脚来降低清洗液对晶圆边缘的影响，但该方法并没从根本上解决晶圆边缘易被污染物溶液造成缺陷密度的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种湿法清洗设备，以克服清洗液对晶圆边缘的影响，从根本上解决晶圆边缘被污染物溶液造成高缺陷密度的问题。
为了实现上述目的，根据本发明提出一种湿法清洗设备，包括：
旋转台，所述旋转台的表面设有出气口；
多个管脚，所述多个管脚以所述旋转台的中心轴为圆心，沿所述旋转台的上表面圆周设置，且所述旋转台的出气口设置于所述管脚的内侧，在靠近晶圆边缘处的设备部件上设有增加的气流通道。
可选地，所述增加的气流通道包括设置于所述旋转台上的凹陷，所述凹陷靠近所述晶圆的边缘处。
可选地，所述凹陷为环形凹槽或向下的环形斜坡。
可选地，所述环形凹槽为圆弧形凹槽。
可选地，所述环形斜坡的坡度与水平的夹角小于等于45°。
可选地，所述增加的气流通道包括设置于所述管脚上部的至少一个通孔，所述通孔沿所述管脚的径向方向设置。
可选地，所述通孔垂直所述管脚的轴线设置，所述通孔面的一端为气体进口，另一端为气体出口。
可选地，所述气体进口的直径小于等于三分之二所述管脚的宽度。
可选地，当所述通孔为多个时，多个所述通孔水平或竖直并排设置。
可选地，多个所述进气口的直径之和小于等于三分之二所述管脚的宽度。
可选地，所述气体进口的直径大于等于所述气体出口的直径。
可选地，还包括喷淋头，所述喷淋头设置于所述旋转台的上方。
可选地，气体通过所述环形出气口喷出，在晶圆与所述旋转台之间形成气流层，使晶圆悬浮。
可选地，所述通孔的气体进口设置于靠近所述中心轴的一侧，所述通孔的气体出口设置于靠近所述旋转台的边缘的一侧。
可选地，所述多个管脚以所述旋转台的中心轴为圆心，沿所述旋转台的表面圆周等距离设置。
可选地，所述出气口为以旋转台中心为圆心的环形出气口，或为以旋转台中心为圆心环形分布的多个出气孔。
可选地，所述旋转台的内部设有与所述出气口连接的气体输送管路。
可选地，还包括驱动机构，所述驱动机构设置于所述旋转台的下部，用于驱动所述旋转台绕所述中心轴旋转。
本发明的有益效果在于：
1、旋转台四周具有多个管脚，多个管脚用于支撑并固定晶圆，防止其受气流影响水平晃动，气体从出气口进入旋转台与晶圆之间，并从晶圆的中心向晶圆的四周边缘方向流动，清洗时，将化学药品喷到晶圆的背面，在靠近晶圆边缘处的设备上增加的气流通道，能够减缓晶圆边缘处的气体流速，提高晶圆上下两侧的压力差，增加的气流通道能够疏导气流碰到管脚后的反作用，降低晶圆边缘的缺陷密度，减少管脚处流下来的溶液对晶圆边缘的污染，提高产品良率；
2、增加的气流通道包括旋转台的表面靠近晶圆的边缘处设有向下的凹陷，凹陷使气体流过晶圆边缘时具有更大的空间，从而降低气体流速，提高压力差，降低了晶圆边缘的缺陷密度，提高了产品良率；
3、增加的气流通道包括靠近晶圆设置于管脚上部的至少一个通孔，当气体流向晶圆的两侧，接触到管脚后，一部分气体将穿过通孔，一部分气体作用到管脚的曲面流向两边，改善管脚对气流的反作用，从而减小流下来的溶液对晶圆边缘的污染。
本发明的装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的附图标记通常代表相同部件。
图1湿法清洗原理图。
图2气体流与液体流作用在晶圆上的示意图。
图3a气体作用到晶圆前气体流动示意图。
图3b气体作用到晶圆后气体流动示意图。
图4a根据本发明的一个实施例的单通孔的管脚结构示意图。
图4b根据本发明的一个实施例的单通孔的管脚剖视图。
图5a根据本发明的一个实施例的双通孔的管脚结构示意图。
图5b根据本发明的一个实施例的双通孔的管脚剖视图。
图6a根据本发明的一个实施例的圆台型通孔的管脚结构示意图。
图6b根据本发明的一个实施例的圆台型通孔的管脚剖视图。
图7a根据本发明的一个实施例的气体作用到晶圆前气体流动的示意图。
图7b根据本发明的一个实施例的气体作用到晶圆后气体流动的示意图。
图8a根据本发明的一个实施例的一种旋转台结构示意图。
图8b根据本发明的一个实施例的另一种旋转台结构示意图。
图9根据本发明的一个实施例的一种旋转台的气体流动示意图。
附图标记说明：
1、环形出气口；2、晶圆；3、凹陷；4、气体输送管路；5、通孔；6、管脚，7、氮气层；8、酸性薄膜，10、化学药品；11、旋转台；13、酸性质量流；14、氮气质量流。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
根据本发明实施例，提供一种湿法清洗设备，包括：
旋转台，旋转台的表面设有出气口；多个管脚，多个管脚以旋转台的中心轴为圆心，沿旋转台的上表面圆周设置，且旋转台的出气口设置于管脚的内侧，在靠近晶圆边缘处的设备部件上设有增加的气流通道。
在背面清洗过程中，通过机械手将晶圆正面朝下放置，旋转台四周具有多个管脚，多个管脚将晶圆固定并支撑在旋转台上，防止晶圆受气流作用时水平晃动，气体从出气口进入旋转台后，向晶圆的四周边缘方向流动，清洗时，将化学药品喷到晶圆的背面，同时旋转台带动晶圆开始旋转，一部分气流通过靠近晶圆边缘处的增加的气流通道流出，清洗结束，旋转台停止旋转，用去离子水冲洗晶圆，并烘干。
当气流通过增加的气流通道时，通过减缓气体流速，同时疏导气流碰到管脚后的反作用，减少管脚处流下来的溶液对晶圆边缘的污染，降低晶圆边缘的缺陷密度，提高产品良率。
具体地，旋转台由高分子材料制成，可用模具浇筑成型。
具体地，旋转台由金属材料制成，可用机械加工或模具铸造成型。
具体地，管脚可由金属材质或高分子材质制成，并通过数控车床加工出设定的通孔形状和数量。
作为可选方案，增加的气流通道包括设置于旋转台上的凹陷，凹陷靠近晶圆的边缘处。
气体从晶圆的中心向晶圆的四周边缘方向流动，当气流通过凹陷时，空间变大，气体流速减缓，当设定气体流速、化学药品施加速度和旋转台转速一定时，气体流速愈大，压力愈小，降低气体流速，相当于增大了压力差，(压力差为气体一侧的压力减去流体一侧的压力)，减小清洗液对晶圆边缘的污染，降低了晶圆边缘的缺陷密度，提高了产品良率。
作为可选方案，凹陷为环形凹槽或向下的环形斜坡，使晶圆的边缘在凹陷区域的上方。
作为可选方案，环形凹槽为圆弧形凹槽，圆弧对应的圆心角为锐角。
具体地，当气流通过凹陷时，圆弧形凹槽具有一定的深度，使气流有缓冲的空间，减缓气体的流速。
作为可选方案，环形斜坡的坡度与水平的夹角小于等于45°。
具体地，气体通过管路流向旋转台和晶圆之间，晶圆的边缘区域与旋转台的垂直距离逐渐增大，使气体流速逐渐减小。
作为可选方案，增加的气流通道包括设置于管脚上部的至少一个通孔，通孔沿管脚的径向方向设置。
具体地，当气体流向晶圆两侧，接触到管脚后，一部分气体穿过通孔，一部分气体作用到管脚的曲面而流向两边，改变气体流向，改善管脚对气流的导流能力，从而减小流下来的溶液污染晶圆的程度。
更为优选地，通孔为圆形通孔。
作为可选方案，通孔垂直管脚的轴线设置，通孔的一端为气体进口，另一端为气体出口。
具体地，通孔的气体进口和气体出口与气流向一致，便于一部分气体从通孔穿过。
作为可选方案，气体进口的直径小于等于三分之二管脚的宽度，避免管脚固定晶圆的强度不足。
作为可选方案，当通孔为多个时，多个通孔水平或竖直并排设置。
具体地，并排设置的多个通孔可以相通，也可以不相通，孔的数量可随孔的大小而改变。
作为可选方案，多个进气口的直径之和小于等于三分之二管脚的宽度，避免管脚固定晶圆的强度不足。
作为可选方案，气体进口的直径大于等于气体出口的直径，提高通孔对气体的导流能力。
更为优选地，通孔为圆台形，气体进口的直径大于气体出口的直径。
作为可选方案，还包括喷淋头，喷淋头设置于旋转台的上方，用于向晶圆喷淋液体。
作为可选方案，气体通过环形出气口喷出，在晶圆与旋转台之间形成气流层，使晶圆悬浮。
作为可选方案，通孔的气体进口设置于靠近中心轴的一侧，通孔的气体出口设置于靠近旋转台的边缘的一侧。
具体地，气体碰到晶圆后，向晶圆的四周边缘流动，通孔的气体进口设置于靠近中心轴的一端，通孔的气体出口设置于靠近晶圆边缘的一端，能够提高通孔对气体的导流能力。
作为可选方案，多个管脚以旋转台的中心轴为圆心，沿旋转台的表面圆周等距离设置。
更为优选地，气体为氮气。
作为可选方案，出气口为以旋转台中心为圆心的环形出气口，或为以旋转台中心为圆心环形分布的多个出气孔，使气体能够均匀的进入晶圆与旋转台之间，并在晶圆与旋转台之间形成平稳的气流层，晶圆平稳悬浮于气流层上，保证晶圆上下两侧任意点处的压力差一致。
具体地，出气口为以旋转台中心设置的多圈环形出气口或分布成环形的多排出气孔。
作为可选方案，旋转台的内部设有与出气口连接的气体输送管路。
具体地，通过气体输送管路，气体从出气口进入晶圆与旋转台之间。
作为可选方案，还包括驱动机构，驱动机构设置于旋转台的下部，用于驱动旋转台绕中心轴旋转。
具体地，将化学药品喷到晶圆的背面，同时旋转台带动晶圆开始旋转，化学药品从晶圆的中心向晶圆的四周边缘方向流动，便于的去除附着于晶圆表面或背面的颗粒物质。
实施例1
该实施例提供一种湿法清洗设备，包括：
旋转台，旋转台的表面设有以旋转台中心轴为圆心的出气口，旋转台能够绕旋转台中心轴旋转；六个管脚，六个管脚以旋转台的中心轴为圆心，沿旋转台的上表面圆周等距离设置，且旋转台的环形出气口设置于管脚的内侧，多个管脚用于将晶圆支撑在旋转台上，并防止晶圆受气流影响而水平晃动；在靠近晶圆边缘处的设备部件上设有增加的气流通道。
旋转台的内部设有与出气口连接的气体输送管路，出气口为以旋转台中心为圆心的环形出气口，气体通过出气口喷出，在晶圆与旋转台之间形成气流层，使晶圆悬浮，通孔的气体进口设置于靠近中心轴的一侧，通孔的气体出口设置于靠近旋转台的边缘的一侧。
该设备还包括喷淋头，喷淋头设置于旋转台的上方，用于向晶圆喷淋液体。还包括驱动机构，驱动机构设置于旋转台的下部，用于驱动旋转台绕中心轴旋转。
在背面清洗过程中，通过机械手将晶圆正面朝下放置，通过气体输送管路，气体从出气口进入晶圆与旋转台之间，使晶圆悬浮，清洗开始时，通过晶圆上方的喷淋头，将化学药品喷到晶圆的背面，同时旋转台带动晶圆开始旋转，增加的气流通道能够减缓晶圆边缘处的气体流速，提高晶圆上下两侧的压力差，增加的气流通道能够疏导气流碰到管脚后的反作用，减少管脚处流下来的溶液对晶圆边缘的污染，降低晶圆边缘的缺陷密度，提高产品良率；清洗结束，旋转台停止旋转，用去离子水冲洗晶圆，并烘干。
实施例2
图8a根据本发明的一个实施例的一种旋转台的竖直剖面结构示意图，图8b根据本发明的一个实施例的另一种旋转台结构示意图，图9根据本发明的一个实施例的一种旋转台的气体流动示意图。
实施例提供一种用于湿法清洗设备的旋转台，旋转台的表面设有以旋转台中心轴为圆心的环形出气口1，旋转台能够绕旋转台中心轴旋转，旋转台的内部设有与环形出气口1连接的气体输送管路4，增加的气流通道包括设置于旋转台上的凹陷3，凹陷3靠近晶圆2的边缘处。
如图8a所示，当凹陷3为环形凹槽，环形凹槽为圆弧形凹槽，圆弧对应的圆心角为锐角，尺寸要求b>0.5cm，a≥0，d>0，c>0.5cm，晶圆2的边缘在圆弧形凹槽区域内。
如图8b所示，当凹陷为向下的环形斜坡，环形斜坡的坡度与水平的夹角小于等于45°，晶圆的边缘在a区域内，旋转台边缘区域与晶圆的垂直距离逐渐增大，尺寸要求b≥0，a>1cm。
如图9所示，旋转台的表面靠近晶圆2的边缘处设有向下的环形凹槽，气体通过气体输送管路4进入晶圆与旋转台间隙，向晶圆的四边边缘运动(如图9中箭头所示)，形成氮气质量流14；化学药品从晶上方落下，流向晶圆的两侧，形成酸性质量流13，当气流通过凹陷3时，空间变大，气体流速减缓，减小清洗液对晶圆边缘的污染，降低了晶圆边缘的缺陷密度，提高了产品良率。
实施例3
图4a根据本发明的一个实施例的单通孔的管脚结构示意图，图4b根据本发明的一个实施例的单通孔的管脚剖视图，图5a根据本发明的一个实施例的双通孔的管脚结构示意图，图5b根据本发明的一个实施例的双通孔的管脚剖视图，图6a根据本发明的一个实施例的圆台型通孔的管脚结构示意图，图6b根据本发明的一个实施例的圆台型通孔的管脚剖视图，图7a根据本发明的一个实施例的气体作用到晶圆前气体流动的示意图，图7b根据本发明的一个实施例的气体作用到晶圆后气体流动的示意图。
实施例提供一种用于湿法清洗设备的管脚，增加的气流通道包括设置于管脚上部的至少一个通孔5，通孔5沿管脚的径向方向设置，通孔5垂直管脚的轴线设置，通孔5的一端为气体进口，另一端为气体出口，气体进口的直径小于等于三分之二管脚的宽度。
如图4a和4b所示，通孔5为单一通孔；如图5a和5b所示，通孔5为多个时，多个通孔5并排设置，多个进气口的直径之和小于等于三分之二管脚的宽度。
如图6a和6b所示，通孔5为圆台型，气体进口的直径大于等于气体出口的直径。
如图7a和7b所示，当气体流向晶圆2两侧，接触到管脚6后，一部分气体穿过通孔5，一部分气体作用到管脚6的曲面而流向两边，使气体流向改变，改善管脚6对气流的导流能力，从而减小流下来的溶液污染晶圆的程度。
在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
例如，该湿法清洗设备上同时增加在旋转台和管脚上的气流通道，即包括设置于旋转台上的凹陷和管脚上部的通孔，旋转台上的凹陷能够使气流经过晶圆边缘时，减缓气体流速，同时管脚上的通孔能够疏导气流碰到管脚后的反作用，减少管脚处流下来的溶液对晶圆边缘的污染，降低晶圆边缘的缺陷密度，提高产品良率。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (17)

1.一种湿法清洗设备，其特征在于，包括：
旋转台，所述旋转台的表面设有出气口；
多个管脚，所述多个管脚以所述旋转台的中心轴为圆心，沿所述旋转台的上表面圆周设置，且所述旋转台的出气口设置于所述管脚的内侧，在靠近晶圆边缘处的设备部件上设有增加的气流通道；
所述增加的气流通道包括设置于所述管脚上部的至少一个通孔，所述通孔沿所述管脚的径向方向设置。
2.根据权利要求1所述的湿法清洗设备，其特征在于，所述增加的气流通道包括设置于所述旋转台上的凹陷，所述凹陷靠近所述晶圆的边缘处。
3.根据权利要求2所述的湿法清洗设备，其特征在于，所述凹陷为环形凹槽或向下的环形斜坡。
4.根据权利要求3所述的湿法清洗设备，其特征在于，所述环形凹槽为圆弧形凹槽。
5.根据权利要求3所述的湿法清洗设备，其特征在于，所述环形斜坡的坡度与水平的夹角小于等于45°。
6.根据权利要求1所述的湿法清洗设备，其特征在于，所述通孔垂直所述管脚的轴线设置，所述通孔的一端为气体进口，另一端为气体出口。
7.根据权利要求6所述的湿法清洗设备，其特征在于，所述气体进口的直径小于等于三分之二所述管脚的宽度。
8.根据权利要求1所述的湿法清洗设备，其特征在于，当所述通孔为多个时，多个所述通孔水平或竖直并排设置。
9.根据权利要求6所述的湿法清洗设备，其特征在于，多个所述气体进口的直径之和小于等于三分之二所述管脚的宽度。
10.根据权利要求6所述的湿法清洗设备，其特征在于，所述气体进口的直径大于等于所述气体出口的直径。
11.根据权利要求1所述的湿法清洗设备，其特征在于，还包括喷淋头，所述喷淋头设置于所述旋转台的上方。
12.根据权利要求1所述的湿法清洗设备，其特征在于，气体通过所述出气口喷出，在晶圆与所述旋转台之间形成气流层，使晶圆悬浮。
13.根据权利要求6所述的湿法清洗设备，其特征在于，所述通孔的气体进口设置于靠近所述中心轴的一侧，所述通孔的气体出口设置于靠近所述旋转台的边缘的一侧。
14.根据权利要求1所述的湿法清洗设备，其特征在于，所述多个管脚以所述旋转台的中心轴为圆心，沿所述旋转台的表面圆周等距离设置。
15.根据权利要求1所述的湿法清洗设备，其特征在于，所述出气口为以旋转台中心为圆心的环形出气口，或为以旋转台中心为圆心环形分布的多个出气孔。
16.根据权利要求15所述的湿法清洗设备，其特征在于，所述旋转台的内部设有与所述出气口连接的气体输送管路。
17.根据权利要求16所述的湿法清洗设备，其特征在于，还包括驱动机构，所述驱动机构设置于所述旋转台的下部，用于驱动所述旋转台绕所述中心轴旋转。
CN201811159489.1A 2018-08-08 2018-09-30 湿法清洗设备 Active CN109411402B (zh)

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