CN114308905A

CN114308905A - 一种晶圆等离子清洗装置及晶圆加工设备

Info

Publication number: CN114308905A
Application number: CN202111665372.2A
Authority: CN
Inventors: 司马超; 尹影; 庞浩; 刘晓亮
Original assignee: Beijing Semicore Microelectronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Semicore Microelectronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2021-12-31
Filing date: 2021-12-31
Publication date: 2022-04-12

Abstract

本发明涉及晶圆清洗装置设备技术领域，具体涉及一种晶圆等离子清洗装置及晶圆加工设备。晶圆等离子清洗装置包括：清洗腔体，其一个侧面敞口以适于晶圆进出，清洗腔体外侧设有适于固定在EFEM区的安装部；多个电极板，固定于清洗腔体内且每个电极板皆水平布置，多个电极板间隔分布且相邻电极板的极性相反，电极板的上表面设有一组支撑块，每组支撑块适于支撑一个晶圆，支撑块由非金属材质制成，支撑块的支撑面与对应电极板的上表面之间形成适于EFEM机械手取放料的间隙；自动式插板阀，安装在清洗腔体敞口的侧面，且适于控制清洗腔体的开闭。本发明提供的晶圆等离子清洗装置，能够提高晶圆的清洗效率，同时避免晶圆受到二次污染。

Description

一种晶圆等离子清洗装置及晶圆加工设备

技术领域

本发明涉及晶圆清洗装置技术领域，具体涉及一种晶圆等离子清洗装置及晶圆加工设备。

背景技术

晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片，其原始材料是硅。晶圆在完成工艺加工后，表面仍会附着微量污染物(包括SiO₂、Al₂O₃、抛光液有机物等颗粒物)，需要通过清洗加以去除。其中，等离子清洗技术以其清洗效果上的绝对优势脱颖而出。

现有晶圆等离子清洗技术，受限于设备在工厂的占地面积要求，皆将等离子清洗装置放置在主机台内部以减小占地。等离子清洗装置受限于主机台的框架结构设计及器件布局，尺寸设计较小，只能满足同时清洗1～2片晶圆的要求，清洗效率低。另外，现有晶圆等离子清洗装置的真空腔主要采用手动开关，无法有效的确保晶圆制造工艺的洁净度要求，清洗完成后容易对晶圆造成二次污染。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中晶圆等离子清洗装置清洗效率低且易对晶圆造成二次污染的缺陷，从而提供一种清洗效率高且能避免晶圆二次污染的晶圆等离子清洗装置及晶圆加工设备。

本发明提供的晶圆等离子清洗装置，包括：

清洗腔体，其一个侧面敞口以适于晶圆进出，所述清洗腔体外侧设有适于固定在EFEM区的安装部；

多个电极板，固定于所述清洗腔体内且每个电极板皆水平布置，多个电极板间隔分布且相邻电极板的极性相反，所述电极板的上表面设有一组支撑块，每组支撑块适于支撑一个晶圆，所述支撑块由非金属材质制成，所述支撑块的支撑面与对应电极板的上表面之间形成适于EFEM机械手取放料的间隙；

自动式插板阀，安装在所述清洗腔体敞口的侧面，且适于控制所述清洗腔体的开闭。

可选的，每组支撑块的数量≥3，且分别适于支撑在晶圆的不同边缘位置，所述支撑块的上表面设有适于定位晶圆的台阶。

可选的，所述台阶的阶梯面为水平面，所述阶梯的阶梯侧面为倾斜面和竖直面的组合面，所述竖直面的下端与所述水平面相接，所述竖直面的上端与所述倾斜面的下端相接，且所述倾斜面的上端向远离所述阶梯面的方向延伸。

可选的，所述水平面与对应电极板的上表面之间的距离≥10mm。

可选的，每组支撑块设有四个，所述支撑块通过紧固件固定在所述电极板上。

可选的，所述电极板与所述清洗腔体的内侧壁之间通过绝缘条相隔。

可选的，所述电极板的表面镀有非金属膜。

可选的，还包括：

第一条形导电板，竖直固定在所述清洗腔体内，且与同种极性的所有电极板连接；

第二条形导电板，竖直固定在所述清洗腔体内，且与同种极性的所有电极板相接，且第二条形导电板与第一条形导电板分别连接于不同极性的电极板。

本发明提供的晶圆加工设备，包括：

主机台；

EFEM区，适于实现晶圆的自动上下料；

前述的晶圆等离子清洗装置，其通过所述安装部固定在所述EFEM区；

EFEM机械手，适于实现晶圆在主机台和清洗腔体中的上下料。

可选的，所述EFEM区包括晶圆装载台，所述晶圆装载台与所述清洗腔体的高度一致。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的晶圆等离子清洗装置，包括清洗腔体，清洗腔体的外侧设有适于固定在EFEM区的安装部，整个装置通过所述安装部可安装在EFEM区，不再受限于主机台的框架结构设计及器件布局，能够将尺寸设计的较大，从而满足多个晶圆同时清洗的空间需要，提高了晶圆的清洗效率；整个装置安装在EFEM区，并没有占用其他空间，解决了设备受限于在工厂的占地面积要求的矛盾；清洗装置设有自动式插板阀，能够实现清洗腔体的自动开闭，并且支撑块的支撑面与对应电极板的上表面之间形成适于EFEM机械手取放料的间隙，晶圆的取放可通过EFEM机械手实现，避免了人工取料造成的晶圆二次污染；不同极性的电极板交替间隔分布，等离子体能够产生均匀的电离效果，将晶圆置于所形成的空隙之中，能够保证等离子清洗装置的清洗效果。另外，将晶圆等离子清洗装置置于主机台外，也便于维修保养。

2.本发明提供的晶圆等离子清洗装置，支撑块的上表面设有适于定位晶圆的台阶，能够对晶圆进行定位，保证晶圆的位置精度，从而利于与EFEM机械手的配合，保证在不修改EFEM机械手运动行程的前提下，实现晶圆传输。

3.本发明提供的晶圆等离子清洗装置，台阶的阶梯侧面为倾斜面和竖直面的组合面，晶圆通过所述倾斜面滑落至竖直面位置，完成定位，即使EFEM机械手放晶圆时存在一定范围内的误差，也能通过所述组合面成功将该误差消除，降低了对于EFEM机械手的精度要求。

4.本发明提供的晶圆等离子清洗装置，支撑块的水平面与对应电极板的上表面之间的距离≥10mm，能够满足EFEM机械手的取料要求。

5.本发明提供的晶圆等离子清洗装置，电极板表面镀有非金属膜，防止电极板在等离子电离过程中产生离子析出，造成晶圆的二次污染。

6.本发明提供的晶圆加工设备，因具有前述的晶圆等离子清洗装置，所以具有前述任一项好处。

7.本发明提供的晶圆加工设备，晶圆装载台与清洗腔体的高度一致，利于使EFEM机械手保持在其行程范围内，从而满足EFEM机械手取放晶圆的位置要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中晶圆等离子清洗装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中清洗腔体装配示意图；

图3为本发明实施例中清洗腔体的结构示意图；

图4为本发明实施例中电极板及相关结构的装配示意图；

图5为本发明实施例中支撑块的结构示意图；

图6为本发明实施例中条形导电板的结构示意图；

图7为本发明实施例中晶圆加工设备的结构示意图。

附图标记说明：

1、清洗腔体；11、安装部；2、电极板；21、第一条形导电板；22、第二条形导电板；23、连接板；3、支撑块；31、阶梯面；32、阶梯侧面；4、自动式插板阀；5、绝缘条；6、EFEM区；7、EFEM机械手；8、柜体。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

参照图1-图5，本发明实施例提供一种晶圆等离子清洗装置，包括：

清洗腔体1，其一个侧面敞口以适于晶圆进出，所述清洗腔体1外侧设有适于固定在EFEM区6的安装部11。清洗腔体1是等离子清洗装置的主体部分，其设有气阀，气阀外接有负压源和气体源，通过该气阀产生清洗腔体1内的真空状态或大气压状态；还设有进气孔，适于通入发生气体和反应气体。清洗腔体1的形状不作限定，具体根据EFEM区6所预留的空间而定，优选采用图3所示的长方体形状。所述安装部11的主要作用就是实现清洗装置在EFEM区6的固定，具体结构不作限定，根据EFEM区6的具体结构而定，例如图3所示，安装部11为设于底部的多干连接耳，连接耳通过螺栓固定在EFEM区6。EFEM区6为半导体领域的术语，即Equipment Front End Module-EFEM，设备前端模块。

多个电极板2，固定于所述清洗腔体1内且每个电极板2皆水平布置，多个电极板2间隔分布且相邻电极板2的极性相反，所述电极板2的上表面设有一组支撑块3，每组支撑块3适于支撑一个晶圆，所述支撑块3由非金属材质制成，所述支撑块3的支撑面与对应电极板2的上表面之间形成适于EFEM机械手7取放料的间隙。电极板2采用金属制成。电极板2在清洗腔体1内的固定方式不作限定，优选将电极板2的左右两边缘通过绝缘条5固定在清洗腔体1的内侧壁上，如图4所示，可避免电极板2上的电流引至清洗腔体1上，产生安全隐患。支撑块3的形状不作限定，可以为长方体或三棱柱或其他形状，例如图5中的长方体形状。支撑块3的数量也不作限定，结合其形状，只要能完成对晶圆的支撑即可。支撑块3的材质可以为聚醚醚酮或聚对苯二甲酸乙二醇酯等非金属材质。

自动式插板阀4，安装在所述清洗腔体1敞口的侧面，且适于控制所述清洗腔体1的开闭。自动式插板阀4是相对于手动插板阀而言的，旨在实现插板阀的自动开闭，例如气动插板阀、电动插板阀等。

需要注意的是，实际应用时可在清洗腔体1的下方固定一柜体8，如图1所示，一方面可用以储存气泵、线缆等，另一方面可提高空间的利用率，进一步减少占地空间。

工作时，按如下步骤进行操作：

1)首先控制自动式插板阀4动作，打开真空腔室；

2)EFEM机械手7获取晶圆，软件读取第一层电极板2的位置参数，确认无误后，软件反馈信号给EFEM机械手7，开始放置第一片晶圆；

3)EFEM机械手7自下而上将其他各层放置晶圆；

4)关闭插板阀，随后通过气阀对清洗腔体1内抽真空，通过传感器检测清洗腔体1的真空度使之达到等离子清洗的前置要求；

5)依次打开发生气体和反应气体MFC，使两种气体通过进气孔进入清洗腔体1内，打开射频电源通过电离过程产生等离子体，对晶圆表面进行清洗；

6)清洗完成后，通过气阀对清洗腔体1内充气，使之压力环境恢复大气压状态；

7)打开自动式插板阀4，EFEM机械手7通过软件反馈晶圆位置从下至上依次取出清洗后的晶圆，进行下一步工艺准备。

本实施例的晶圆等离子清洗装置，通过安装部11将整个装置安装在EFEM区6，使得清洗腔体1不再受限于主机台的框架结构设计及器件布局，能够将尺寸设计的较大，从而满足多个晶圆同时清洗的空间需要，提高了晶圆的清洗效率；清洗装置设有自动式插板阀4，能够实现清洗腔体1的自动开闭，并且支撑块3的支撑面与对应电极板2的上表面之间形成适于EFEM机械手7取放料的间隙，晶圆的取放可通过EFEM机械手7实现，避免了人工取料造成的晶圆二次污染。

参照图4，作为一种改进方案：每组支撑块3的数量≥3，且分别适于支撑在晶圆的不同边缘位置，所述支撑块3的上表面设有适于定位晶圆的台阶。三个以上的支撑块3对晶圆支撑更加稳固。多个支撑块3上的台阶相互配合能够实现晶圆的定位，保证其位置精度，利于与EFEM机械手7的配合。

参照图5，作为一种改进方案：所述台阶的阶梯面31为水平面，所述阶梯的阶梯侧面32为倾斜面和竖直面的组合面，所述竖直面的下端与所述水平面相接，所述竖直面的上端与所述倾斜面的下端相接，且所述倾斜面的上端向远离所述阶梯面31的方向延伸。晶圆通过所述倾斜面滑入竖直面内进行定位，降低了对于EFEM机械手7的精度要求，即使EFEM机械手7将晶圆放置在支撑块3上时位置稍有偏差，晶圆也会通过倾斜面进行调整，最终进入竖直面进行定位。

进一步的，所述水平面与对应电极板2的上表面之间的距离≥10mm。如此设置，利于EFEM机械手7的取料。

参照图5，优选的，每组支撑块3设有四个，所述支撑块3通过紧固件固定在所述电极板2上。具体的，紧固件可以采用螺栓或螺钉等常见结构。通过紧固件实现支撑块3的安装，装配方便，也便于更换。

参照图4，所述电极板2与所述清洗腔体1的内侧壁之间通过绝缘条5相隔。绝缘条5能够避免电极板2上的电流引至清洗腔体1上，产生安全隐患。

进一步的，所述电极板2的表面镀有非金属膜。非金属膜能够防止电极板2在等离子电离过程中产生离子析出，造成晶圆的二次污染。

参照图6，作为一种改进方案：晶圆等离子清洗装置还包括：

第一条形导电板21，竖直固定在所述清洗腔体1内，且与同种极性的所有电极板2连接；

第二条形导电板22，竖直固定在所述清洗腔体1内，且与同种极性的所有电极板2相接，且第二条形导电板22与第一条形导电板21分别连接于不同极性的电极板2。

使用时，将两个条形导电板分别与射频电源的正负极相连，通过条形导电板实现电极板2与射频电源的连接，结构布置更加合理。具体的，优选将两个条形导电板固定在清洗腔体1敞口侧的相对侧，并左右间隔分布。优选的，可在条形导电板上固定多个水平的连接板23，将连接板23分别连接在多个电极板2的下表面即可。

参照图7，本发明实施例还提供一种晶圆加工设备，包括：

主机台；

EFEM区6，适于实现晶圆的自动上下料；

前述的晶圆等离子清洗装置，其通过所述安装部11固定在所述EFEM区6；

EFEM机械手7，适于实现晶圆在主机台和清洗腔体1中的上下料。EFEM机械手7包括机械手本体以及控制机械手运动的控制平台。

工作时，EFEM机械手7将晶圆运送至主机台内进行加工，加工完毕后EFEM机械手7将晶圆取出，然后转移至清洗腔体1中进行清洗，清洗完毕后EFEM机械手7将晶圆取出。

进一步的，所述EFEM区6包括晶圆装载台，所述晶圆装载台与所述清洗腔体1的高度一致。利于使EFEM机械手7保持在其行程范围内，从而满足EFEM机械手7取放晶圆的位置要求。具体的，清洗腔体1的尺寸设计满足EFEM机械手7传输晶圆的R轴运动行程范围(水平进出)；清洗腔体1的高度尺寸满足EFEM机械手7传输晶圆的Z轴(高度)运动行程范围。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种晶圆等离子清洗装置，其特征在于，包括：

清洗腔体(1)，其一个侧面敞口以适于晶圆进出，所述清洗腔体(1)外侧设有适于固定在EFEM区(6)的安装部(11)；

多个电极板(2)，固定于所述清洗腔体(1)内且每个电极板(2)皆水平布置，多个电极板(2)间隔分布且相邻电极板(2)的极性相反，所述电极板(2)的上表面设有一组支撑块(3)，每组支撑块(3)适于支撑一个晶圆，所述支撑块(3)由非金属材质制成，所述支撑块(3)的支撑面与对应电极板(2)的上表面之间形成适于EFEM机械手(7)取放料的间隙；

自动式插板阀(4)，安装在所述清洗腔体(1)敞口的侧面，且适于控制所述清洗腔体(1)的开闭。

2.根据权利要求1所述的晶圆等离子清洗装置，其特征在于，每组支撑块(3)的数量≥3，且分别适于支撑在晶圆的不同边缘位置，所述支撑块(3)的上表面设有适于定位晶圆的台阶。

3.根据权利要求2所述的晶圆等离子清洗装置，其特征在于，所述台阶的阶梯面(31)为水平面，所述阶梯的阶梯侧面(32)为倾斜面和竖直面的组合面，所述竖直面的下端与所述水平面相接，所述竖直面的上端与所述倾斜面的下端相接，且所述倾斜面的上端向远离所述阶梯面(31)的方向延伸。

4.根据权利要求3所述的晶圆等离子清洗装置，其特征在于，所述水平面与对应电极板(2)的上表面之间的距离≥10mm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的晶圆等离子清洗装置，其特征在于，每组支撑块(3)设有四个，所述支撑块(3)通过紧固件固定在所述电极板(2)上。

6.根据权利要求1所述的晶圆等离子清洗装置，其特征在于，所述电极板(2)与所述清洗腔体(1)的内侧壁之间通过绝缘条(5)相隔。

7.根据权利要求1所述的晶圆等离子清洗装置，其特征在于，所述电极板(2)的表面镀有非金属膜。

8.根据权利要求1-4、6、7任一项所述的晶圆等离子清洗装置，其特征在于，还包括：

第一条形导电板(21)，竖直固定在所述清洗腔体(1)内，且与同种极性的所有电极板(2)连接；

第二条形导电板(22)，竖直固定在所述清洗腔体(1)内，且与同种极性的所有电极板(2)相接，且第二条形导电板(22)与第一条形导电板(21)分别连接于不同极性的电极板(2)。

9.一种晶圆加工设备，其特征在于，包括：

主机台；

EFEM区(6)，适于实现晶圆的自动上下料；

如权利要求1-8任一项所述的晶圆等离子清洗装置，其通过所述安装部(11)固定在所述EFEM区(6)；

EFEM机械手(7)，适于实现晶圆在主机台和清洗腔体(1)中的上下料。

10.根据权利要求9所述的晶圆加工设备，其特征在于，所述EFEM区(6)包括晶圆装载台，所述晶圆装载台与所述清洗腔体(1)的高度一致。