晶圆清洗装置的制作方法

1.本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种晶圆清洗装置。


背景技术：

2.化学机械研磨(chemical mechanical planarization，简称cmp)后的化学清洗，是利用各种化学试剂和有机溶剂清除附着在物体表面上的杂质的方法。在半导体制造领域，化学清洗是指清除吸附在半导体、金属材料以及用具等物体表面上的各种有害杂质的工艺过程。在化学机械研磨后的清洗通常会用去离子水进行颗粒清除，而一些研磨液残留物、金属离子等必须用到酸性溶液及机械旋转等方式进行清洗。通常的，各种工艺会产生比如颗粒(particle)、研磨液残留(slurry residue)、化学残留物(chemical residue)、山丘型颗粒(buried particle)等缺陷，对晶圆的良率造成一定的影响。
3.一般情况下，化学机械研磨后的清洗方法具有以下步骤：(1)晶圆进入清洗区，进入预清洗单元，用去离子水预清洗；(2)晶圆进入兆声单元清洗，浸入氨水和双氧水混合液中清洗；(3)晶圆进入清洗单元一，采用去离子水及氢氟酸，通过清洗刷清洗；(4)晶圆进入清洗单元二，采用去离子水及氨水，通过清洗刷清洗；(5)晶圆进入甩干单元，去离子水清洗，用氮气加高速甩干动作进行甩干。其中，晶圆清洗的核心区域在于清洗单元一及清洗单元二。
4.请参阅图1～图3，其中，图1为现有技术中清洗单元的结构示意图，图2为图1沿x方向的视图，图3为图1沿y方向的视图。如图1～图3所示，所述清洗单元包括：滚轮11、清洗刷12、喷管13。三个所述滚轮11分别位于晶圆10的底部及两侧，用于固定承托所述晶圆10，并用于带动所述晶圆10沿d1方向转动，使清洗更彻底。两所述清洗刷12位于所述晶圆10沿y方向的两侧，且两所述清洗刷12分别沿d2方向及d3方向朝向所述晶圆10滚动，以清洗所述晶圆10的两侧表面。所述清洗刷12的表面具有均匀排列的多个圆柱形刷头121，刷头121朝向晶圆往下的方向挤压并旋转。所述喷管13位于所述晶圆10上方的两侧，用于喷洒清洗液体至所述晶圆10的两侧表面。所述喷管13包括多个喷嘴131，沿所述喷管13轴向(即x方向)排列，所述清洗液体通过所述喷嘴131喷出至所述晶圆10表面。
5.然而，由于所述刷头121本身的形状及各个所述刷头121之间较大的间隙，清洗液会通过刷头间隔及晶圆表面往下快速流走，这样既不能有效刷洗晶圆，又大大浪费了清洗液。
6.因此，如何改进清洁单元的结构，提高晶圆的清洗质量，同时减少清洗液浪费，是目前需要解决的问题。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的技术问题是如何改进清洁单元的结构，提高晶圆的清洗质量，同时减少清洗液浪费，提供一种晶圆清洗装置。
8.为了解决上述问题，本发明提供了一种晶圆清洗装置，包括：两清洗刷，分别位于
所述晶圆的相对两侧表面，所述清洗刷呈圆柱状，所述清洗刷的轴向平行于所述晶圆表面，能够朝向所述晶圆方向转动以清洗所述晶圆；两喷管，分别位于两所述清洗刷上方，所述喷管的轴向平行于所述晶圆表面，用于朝向所述晶圆表面喷洒清洗液；所述清洗刷表面沿清洗刷滚动方向具有多行均匀排布的刷头组，每一行所述刷头组具有多个均匀排布的刷头，且位于同一行的相邻两刷头之间具有第一通道以用于通过清洗副产物，每一所述刷头具有一凹槽，且所述凹槽的开口朝向清洗刷滚动的方向。
9.上述技术方案，通过在所述清洗刷表面设置带有所述凹槽的刷头，增大清洁力，减少清洁液流失，减少清洗液浪费；并在所述刷头之间设置第一通道，保证清洗副产物能够及时通过，不会造成所述晶圆二次污染，保证所述晶圆清洗质量。
10.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
附图说明
11.为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简要介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些具体实施方式，对于本领域的普通技术人员来讲，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它的附图。
12.图1为现有技术中清洗单元的结构示意图。
13.图2为图1沿x方向的视图。
14.图3为图1沿y方向的视图。
15.图4为本发明所述晶圆清洗装置第一实施例的结构示意图。
16.图5为本发明所述晶圆清洗装置第二实施例的结构示意图。
17.图6为本发明所述晶圆清洗装置第三实施例的结构示意图。
具体实施方式
18.下面结合附图对本发明提供的圆清洗装置的具体实施方式做详细说明。
19.请参阅图4，其为本发明所述晶圆清洗装置第一实施例的结构示意图。如图4所示，本实施例所述晶圆清洗装置包括：两个清洗刷41、以及两个喷管42。两所述喷管42分别位于两所述清洗刷41上方，每一所述喷管42的轴向平行于所述晶圆40表面，用于朝向所述晶圆40表面喷洒清洗液。两所述清洗刷41分别位于所述晶圆40的相对两侧表面，所述清洗刷41呈圆柱状，所述清洗刷41的轴向平行于所述晶圆40表面，能够朝向所述晶圆40方向转动以清洗所述晶圆40。所述清洗刷41表面沿清洗刷41滚动方向具有多行均匀排布的刷头组，每一行所述刷头组具有多个均匀排布的刷头44，且位于同一行的相邻两刷头44之间具有第一通道45以用于通过清洗副产物，每一所述刷头44具有一凹槽441，且所述凹槽441的开口朝向清洗刷41滚动的方向。
20.上述技术方案，通过在所述清洗刷表面设置带有所述凹槽的刷头，增大清洁力，减少清洁液流失，减少清洗液浪费，节省工艺成本；并在所述刷头之间设置第一通道，保证清洗副产物能够及时通过，不会造成所述晶圆二次污染，保证所述晶圆清洗质量。
particle)等在所述晶圆清洗装置改进后有效减少，通过对缺陷的改进晶圆的整体良率有效提高。
31.本发明所述的晶圆清洗装置同样适用各种种类的化学清洗物，如双氧水、硫酸、氨水、氢氟酸、柠檬酸等。
32.请参阅图5，其为本发明所述晶圆清洗装置第二实施例的结构示意图。与图4所示的实施例不同的是，本实施例所述刷头54沿清洗刷51的两侧具有辅助刷57，以增大所述刷头54与所述晶圆50的接触面积。由于所述刷头54在增加辅助刷57后宽度较大，因此，每一所述刷头组包括所述刷头54的数量减少，在本实施例中，每一所述刷头组包括5个～7个刷头。
33.如图5所示，本实施例所述晶圆清洗装置包括：两个清洗刷51、以及两个喷管52。两所述喷管52分别位于两所述清洗刷51上方，每一所述喷管52的轴向平行于所述晶圆50表面，用于朝向所述晶圆50表面喷洒清洗液。两所述清洗刷51分别位于所述晶圆50的相对两侧表面，所述清洗刷51呈圆柱状，所述清洗刷51的轴向平行于所述晶圆50表面，能够朝向所述晶圆50方向转动以清洗所述晶圆50。所述清洗刷51表面沿清洗刷51滚动方向具有多行均匀排布的刷头组，每一行所述刷头组具有多个均匀排布的刷头54，且位于同一行的相邻两刷头54之间具有第一通道55以用于通过清洗副产物，每一所述刷头54具有一凹槽541，且所述凹槽541的开口朝向清洗刷51滚动的方向。
34.在一些实施例中，所述喷管52进一步与化学品管路(未图示)相连，所述化学品管路用于运输清洗液。在本实施例中，所述清洗液为去离子水。两所述喷管52相对分开一定距离，所述清洗液喷向所述晶圆50的角度为10
°
～25
°
。
35.在一些实施例中，所述刷头54由多孔性材料制成，能够吸附大量液体。在一些实施例中，所述刷头55是由弹性材料制作而成，当所述清洁刷51与所述晶圆50紧贴时，所述刷头55会受到所述晶圆50的挤压而发生相应的形变，从而增加了所述刷头55与所述晶圆50的接触面积，可以有效的减少残留物的产生，提升清洁效果。所述刷头55受到挤压发生形变但整体不会形变到反向，且形变一定幅度后又会恢复到圆形状，很大程度上保留了一部分清洗液在所述凹槽551内不易流失。在本实施例中，相邻两行的所述第一通道55交错排列，相应的，相邻两行刷头组中的所述刷头54在沿清洗刷51滚动的方向上交错排列。设置交错排列的所述刷头54，能够最大范围地覆盖所述晶圆50清洗面积，增加所述晶圆50清洗质量。由于第一通道55交错排列的布局，自前一行所述第一通道55流出的清洁液能够直接进入到后一行所述刷头54的凹槽541中，减少清洁液的浪费。在一些实施例中，所述第一通道55的宽度范围为1mm～3mm。在本实施例中，所述第一通道55的宽度为1.5mm。
36.在一些实施例中，所述清洗刷51包括10行～12行所述刷头组；每一所述刷头组包括5个～7个刷头54。
37.在一些实施例中，相邻两行所述刷头组之间的间距范围为3.5mm～8.5mm。在本实施例中，相邻两行所述刷头组之间的间距为4mm。
38.在一些实施例中，所述刷头54的沿清洗刷51滚动方向的尺寸范围为1.5mm～5mm。在本实施例中，所述刷头54的沿清洗刷51滚动方向的尺寸为3mm。
39.在一些实施例中，所述凹槽541的底部具有第二通道542，用于通过聚积在所述凹槽541中的清洗液及清洗副产物。在一些实施例中，所述第二通道542的宽度范围为0.5mm～3mm。在本实施例中，所述第二通道542的宽度为1mm。
40.在一些实施例中，所述喷管52包括多个喷嘴521，所述多个喷嘴521沿所述喷管521轴向均匀排列，所述清洗液通过所述喷嘴521喷出至所述晶圆50表面。
41.在一些实施例中，所述晶圆清洗装置还包括多个滚轮56，位于所述晶圆50的侧边，用于支撑并转动晶圆50，以获得更好的清洁效果。在本实施例中，所述晶圆清洗装置包括三个所述滚轮56，其一位于所述晶圆50底部，另外两个对称位于所述晶圆50的两侧；其中，对称位于所述晶圆50的两侧的两个滚轮56作为一对驱动轮用于驱动所述晶圆50旋转，位于所述晶圆50底部的滚轮56作为测速轮用于对所述晶圆50进行测速。如图5所示，所述晶圆50沿d0方向转动。
42.在本实施例中，所述清洁刷51沿d1方向朝向所述晶圆50滚动，另一所述清洁刷(未图示)沿与d1方向相反的方向朝向所述晶圆50滚动。
43.在对所述晶圆50进行清洗时，所述清洁液由所述喷嘴521喷洒在所述晶圆50以及所述清洁刷51的表面，同时所述清洁刷51朝向所述晶圆50方向转动，以对所述晶圆50的表面进行清洗，从而达到去除残留物的目的；同时所述滚轮56带动晶圆进行自转，以确保所述晶圆50的表面被充分清洁。经过清洗后，各种工艺会产生的缺陷比如颗粒(particle)、研磨液残留(slurry residue)、化学残留物(chemical residue)、山丘型颗粒(buried particle)等在所述晶圆清洗装置改进后有效减少，通过对缺陷的改进晶圆的整体良率有效提高。
44.本发明所述的晶圆清洗装置同样适用各种种类的化学清洗物，如双氧水、硫酸、氨水、氢氟酸、柠檬酸等。
45.请参阅图6，其为本发明所述晶圆清洗装置第三实施例的结构示意图。与图4所示的实施例不同的是，本实施例相邻两行的所述第一通道65对齐排列，能有效加快清洗液在所述清洗刷61表面的流通，也能更快速地排出清洗副产物，有效减少产品缺陷。
46.如图6所示，本实施例所述晶圆清洗装置包括：两个清洗刷61、以及两个喷管62。两所述喷管62分别位于两所述清洗刷61上方，每一所述喷管62的轴向平行于所述晶圆60表面，用于朝向所述晶圆60表面喷洒清洗液。两所述清洗刷61分别位于所述晶圆60的相对两侧表面，所述清洗刷61呈圆柱状，所述清洗刷61的轴向平行于所述晶圆60表面，能够朝向所述晶圆60方向转动以清洗所述晶圆60。所述清洗刷61表面沿清洗刷61滚动方向具有多行均匀排布的刷头组，每一行所述刷头组具有多个均匀排布的刷头64，且位于同一行的相邻两刷头64之间具有第一通道64以用于通过清洗副产物，每一所述刷头64具有一凹槽641，且所述凹槽641的开口朝向清洗刷61滚动的方向。
47.在一些实施例中，所述喷管62进一步与化学品管路(未图示)相连，所述化学品管路用于运输清洗液。在本实施例中，所述清洗液为去离子水。两所述喷管62相对分开一定距离，所述清洗液喷向所述晶圆60的角度为10
°
～25
°
。
48.在一些实施例中，所述刷头64由多孔性材料制成，能够吸附大量液体。在一些实施例中，所述刷头64是由弹性材料制作而成，当所述清洁刷61与所述晶圆60紧贴时，所述刷头64会受到所述晶圆60的挤压而发生相应的形变，从而增加了所述刷头64与所述晶圆60的接触面积，可以有效的减少残留物的产生，提升清洁效果。所述刷头64受到挤压发生形变但整体不会形变到反向，且形变一定幅度后又会恢复到圆形状，很大程度上保留了一部分清洗液在所述凹槽641内不易流失。
49.在本实施例中，相邻两行的所述第一通道65对齐排列，相应的，相邻两行刷头组中的所述刷头54在沿清洗刷51滚动的方向上对齐排列。设置相邻两行的所述第一通道65对齐排列，能有效加快清洗液在所述清洗刷61表面的流通，也能更快速地排出清洗副产物，有效减少产品缺陷。在一些实施例中，所述第一通道65的宽度范围为1mm～3mm。在本实施例中，所述第一通道65的宽度为1.5mm。
50.在一些实施例中，所述清洗刷61包括10行～12行所述刷头组；每一所述刷头组包括10个～13个刷头64。
51.在一些实施例中，相邻两行所述刷头组之间的间距范围为3.5mm～8.5mm。在本实施例中，相邻两行所述刷头组之间的间距为4mm。
52.在一些实施例中，所述刷头64的沿清洗刷61滚动方向的尺寸范围为1.5mm～5mm。在本实施例中，所述刷头64的沿清洗刷61滚动方向的尺寸为3mm。
53.在一些实施例中，所述凹槽641的底部具有第二通道642，用于通过聚积在所述凹槽641中的清洗液及清洗副产物。在一些实施例中，所述第二通道642的宽度范围为0.5mm～3mm。在本实施例中，所述第二通道642的宽度为1mm。
54.在一些实施例中，所述喷管62包括多个喷嘴621，所述多个喷嘴621沿所述喷管621轴向均匀排列，所述清洗液通过所述喷嘴621喷出至所述晶圆60表面。
55.在一些实施例中，所述晶圆清洗装置还包括多个滚轮66，位于所述晶圆60的侧边，用于支撑并转动晶圆60，以获得更好的清洁效果。在本实施例中，所述晶圆清洗装置包括三个所述滚轮66，其一位于所述晶圆60底部，另外两个对称位于所述晶圆60的两侧；其中，对称位于所述晶圆60的两侧的两个滚轮66作为一对驱动轮用于驱动所述晶圆60旋转，位于所述晶圆60底部的滚轮66作为测速轮用于对所述晶圆60进行测速。如图6所示，所述晶圆60沿d0方向转动。
56.在本实施例中，所述清洁刷61沿d1方向朝向所述晶圆60滚动，另一所述清洁刷(未图示)沿与d1方向相反的方向朝向所述晶圆60滚动。
57.在对所述晶圆60进行清洗时，所述清洁液由所述喷嘴621喷洒在所述晶圆60以及所述清洁刷61的表面，同时所述清洁刷61朝向所述晶圆60方向转动，以对所述晶圆60的表面进行清洗，从而达到去除残留物的目的；同时所述滚轮66带动晶圆进行自转，以确保所述晶圆60的表面被充分清洁。经过清洗后，各种工艺会产生的缺陷比如颗粒(particle)、研磨液残留(slurry residue)、化学残留物(chemical residue)、山丘型颗粒(buried particle)等在所述晶圆清洗装置改进后有效减少，通过对缺陷的改进晶圆的整体良率有效提高。
58.本发明所述的晶圆清洗装置同样适用各种种类的化学清洗物，如双氧水、硫酸、氨水、氢氟酸、柠檬酸等。
59.本发明所述刷头还可以为带有凹槽的圆弧形刷头、以及波浪形刷头等。
60.应注意到，在说明书中对“一实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施例可能不一定包括该特定的特征、结构或特性。而且，这样的短语不一定指代相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其它实施例来实现这样的特征、结构或特性都在相关领域的技术人员的知识范围内。
61.通常，可以至少部分地从上下文中的用法理解术语。例如，如在本文中所使用的术语“一个或多个”至少部分取决于上下文，可以用于以单数意义描述任何特征、结构或特性，或可以用于以复数意义描述特征、结构或特征的组合。类似地，至少部分取决于上下文，诸如“一”、“某一”或“该”的术语同样可以被理解为表达单数用法或表达复数用法。另外，术语“基于”可以被理解为不一定旨在表达一组排他性的因素，而是可以替代地，同样至少部分地取决于上下文，允许存在不一定明确描述的其它因素。在本说明书中也应当注意的是，“连接/耦接”不仅指一个部件与另一个部件直接耦接，也指一个部件通过中间部件与另一个部件间接地耦接。
62.需要说明的是，本发明的文件中涉及的术语“包括”和“具有”以及它们的变形，意图在于覆盖不排他的包含。术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，除非上下文有明确指示，应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换。另外，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。此外，在以上说明中，省略了对公知组件和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。上述各个实施例中，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同/相似的部分互相参见即可。
63.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种晶圆清洗装置，包括：两清洗刷，分别位于所述晶圆的相对两侧表面，所述清洗刷呈圆柱状，所述清洗刷的轴向平行于所述晶圆表面，能够朝向所述晶圆方向转动以清洗所述晶圆；两喷管，分别位于两所述清洗刷上方，所述喷管的轴向平行于所述晶圆表面，用于朝向所述晶圆表面喷洒清洗液；其特征在于，所述清洗刷表面沿清洗刷滚动方向具有多行均匀排布的刷头组，每一行所述刷头组具有多个均匀排布的刷头，且位于同一行的相邻两刷头之间具有第一通道以用于通过清洗副产物，每一所述刷头具有一凹槽，且所述凹槽的开口朝向清洗刷滚动的方向。2.根据权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，相邻两行的所述第一通道交错排列。3.根据权利要求2所述的晶圆清洗装置，其特征在于，每一所述刷头组包括10个～13个刷头。4.根据权利要求2所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述刷头沿清洗刷轴向的两侧具有辅助刷，以增大所述刷头与所述晶圆的接触面积。5.根据权利要求4所述的晶圆清洗装置，其特征在于，每一所述刷头组包括5个～7个刷头。6.根据权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，相邻两行的所述第一通道对齐排列。7.根据权利要求6所述的晶圆清洗装置，其特征在于，每一所述刷头组包括10个～13个刷头。8.根据权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述清洗刷包括10行～12行所述刷头组。9.根据权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述喷管包括多个喷嘴，所述多个喷嘴沿所述喷管轴向均匀排列，所述清洗液通过所述喷嘴喷出至所述晶圆表面。10.根据权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述凹槽的底部具有第二通道，用于通过聚积在所述凹槽中的清洗液及清洗副产物。

技术总结
本发明提供一种晶圆清洗装置。晶圆清洗装置包括：两清洗刷，分别位于晶圆的相对两侧表面，清洗刷呈圆柱状，清洗刷的轴向平行于晶圆表面；两喷管，分别位于两清洗刷上方，喷管的轴向平行于晶圆表面，用于朝向晶圆表面喷洒清洗液；清洗刷表面沿清洗刷滚动方向具有多行均匀排布的刷头组，每一行刷头组具有多个均匀排布的刷头，且位于同一行的相邻两刷头之间具有第一通道，每一刷头具有一凹槽，且凹槽的开口朝朝向清洗刷滚动的方向。上述技术方案，通过在清洗刷表面设置带有凹槽的刷头，增大清洁力，减少清洁液流失，减少清洗液浪费。减少清洗液浪费。减少清洗液浪费。


技术研发人员：桂俊君 黄平
受保护的技术使用者：上海积塔半导体有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/9/5