可改善单片清洗固体结晶物堆积的装置及湿法清洗设备的制作方法

本发明涉及半导体工艺设备技术领域，尤其涉及一种可改善单片清洗固体结晶物堆积的装置及湿法清洗设备。

背景技术：

晶圆(wafer)是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆。晶圆加工过程中，需根据需要去除晶圆表面的有机物、颗粒、金属杂质、自然氧化物、石英、塑料等污染物，且不破坏晶圆表面特性。如晶圆电镀后，需对晶圆进行清洗以去除晶圆表面残留的电镀液，避免电镀液对晶圆产生影响，降低晶圆品质，同时也避免电镀液对下一道工序产生污染。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种可改善单片清洗固体结晶物堆积的装置及湿法清洗设备，用以解决上述背景技术中存在的问题。

一种可改善单片清洗固体结晶物堆积的装置，包括清洗机构和用以带动清洗机构上下移动和在圆周方向旋转的顶升旋转机构，

所述清洗机构包括套设在顶升旋转机构上的晶圆定位组件以及扣合固定在晶圆定位组件上的管件外壳，所述管件外壳内设置有晶圆吸附管和清洗液输送管，

所述晶圆吸附管竖直穿过顶升旋转机构，用以喷射使晶圆的上表面与下表面之间形成压力差从而使晶圆悬浮在清洗机构上方的气流；

所述清洗液输送管竖直穿过顶升旋转机构并与管件外壳上设置的倾斜喷嘴相连通，清洗液输送管用以输送清洗晶圆下表面污染物的清洗液。

优选地，所述晶圆定位组件包括第一晶圆定位器、第二晶圆定位器和第三晶圆定位器，所述第一晶圆定位器和第二晶圆定位器均套设在顶升旋转机构上，第三晶圆定位器分别与第一晶圆定位器和第二晶圆定位器扣合固定，所述第三晶圆定位器的顶部安装有多个支撑座。

优选地，所述顶升旋转机构包括电机和升降机构，所述电机固定在升降机构上，所述第一晶圆定位器套设在电机的转轴上，电机的转轴端部套设有转动轴承，第二晶圆定位器套设在转动轴承外侧。

优选地，所述第三晶圆定位器的顶部开设有多个用以安装支撑座的第一固定槽和用以扣合管件外壳的第二固定槽，

第三晶圆定位器的底部开设有用以扣合第二晶圆定位器的第三固定槽且其底部向下延伸出有一个环状凸起，第一晶圆定位器的侧边抵在环状凸起上。

优选地，所述管件外壳包括管件下外壳、与管件下外壳相扣合的管件上外壳、以及竖直穿设在管件上外壳内的固定件。

优选地，所述管件上外壳的中央开设有一个竖直贯穿的第四固定槽，管件上外壳的下部开设有一个扣合槽，管件上外壳的上部水平设有多个倾斜喷嘴。

优选地，所述管件上外壳上部的外表面为向下倾斜的弧面。

优选地，所述固定件的中央开设有一个竖直贯穿的用以设置晶圆吸附管的第五固定槽，第五固定槽的四周设置有多个用以设置清洗液输送管的第六固定槽。

优选地，所述第六固定槽为l型槽。

一种湿法清洗设备，包括所述的可改善单片清洗固体结晶物堆积的装置，湿法清洗设备上安装有一种固定不动的喷淋管和多种可来回摆动的用于向晶圆表面喷射清洗液的喷淋管，其中一种喷淋管为纳米级喷淋管，所述纳米级喷淋管上设置有与液体清洗管道相连的液体清洗喷头、与雾化清洗管道相连的雾化清洗喷头、与氮气供气管道相连的氮气喷头和超声波震荡片，所述雾化清洗喷头连接超声波震荡片，超声波震荡片连接外部电源，所述氮气喷嘴朝向所述雾化清洗喷头。

本发明的有益效果是：

1、本申请的装置利用伯努利原理使晶圆悬浮在该装置上方，可对清洗晶圆下表面的污染物进行彻底清洗，尤其是可将晶圆下表面的清洗盲区清洗干净。

2、通过在管件外壳内设置晶圆吸附管和清洗液输送管，晶圆吸附管喷射出的可使晶圆悬浮的气流可夹带走晶圆下表面的部分污染物，清洗液输送管输送到倾斜喷嘴的清洗液可对晶圆下表面进行彻底清洗，不仅提高了清洗效果，提高了清洗效率，也可减少清洗液的消耗，可降低企业的生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。

图1是本发明装置的结构示意图。

图2是清洗液输送管喷射清洗液的示意图。

图3是晶圆吸附管喷出的气流夹带脏污的示意图。

图4是清洗机构的剖视图。

图5是第三晶圆定位器的剖视图。

图6是管件上外壳的结构示意图。

图7是固定件的结构示意图。

图8是本发明的湿法清洗设备的俯视图。

图9是纳米级喷淋管的立体图。

图10是纳米级喷淋管的侧视图。

图11是纳米级喷淋管的内部管道的示意图。

图12是纳米级喷淋管的喷头的示意图。

图13是纳米级喷淋管形成的雾状清洗液的示意图。

图中标号的含义为：

1为晶圆；

2为清洗机构，2-1为晶圆吸附管，2-2为清洗液输送管，2-3为第一晶圆定位器，2-4为第二晶圆定位器，2-5为第三晶圆定位器，2-6为支撑座,2-7为第一固定槽，2-8为第二固定槽，2-9为第三固定槽，2-10为第四固定槽,2-11为环状凸起，2-12为管件下外壳，2-13为管件上外壳，2-14为固定件,2-15为扣合槽，2-16缝隙，2-17为倾斜喷嘴,2-15为第五固定槽，2-16为第六固定槽；

3为顶升旋转机构，3-1为电机，3-2为升降机构，3-3为转轴，3-4为转动轴承；

4为污染物；

5为喷淋管，5-1为气体输送管道，5-2为雾化清洗喷头，5-3为液体清洗喷头，5-4为氮气喷头，5-5超声波震荡片,5-6线型轨道,5-7升降气缸,5-8安装板,5-9为旋转气缸，5-10为驱动齿轮，5-11为从动齿轮，5-12为齿条,5-13为雾化清洗管道，5-14为液体清洗管道。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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。

本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

本发明给出一种可改善单片清洗固体结晶物堆积的装置，该装置安装在湿法清洗设备的腔室内，既可利用伯努利原理使晶圆1悬浮在该装置上方，也可用于清洗晶圆1下表面的污染物，尤其是可清洗晶圆下表面的清洗盲区。

本发明的可改善单片清洗固体结晶物堆积的装置，包括清洗机构2和顶升旋转机构3，顶升旋转机构3可带动清洗机构2上下移动并可使清洗机构2在圆周方向旋转。

所述顶升旋转机构3包括电机3-1和升降机构3-2，所述电机3-1固定在升降机构3-2上，清洗机构2套设在电机3-1的转轴组件(转轴组件包括转轴3-3和转动轴承3-4)上。升降机构3-2用于带动电机及3-1固定在电机上的清洗机构1上、下移动，电机3-1可带动清洗机构2在圆周方向旋转。本实施例中，所述电机3-1为空心伺服电机。

所述清洗机构2包括晶圆定位组件以及扣合固定在晶圆定位组件上的管件外壳，所述管件外壳内设置有晶圆吸附管2-1和清洗液输送管2-2，晶圆吸附管2-1用以喷射使晶圆1的上表面与下表面之间形成压力差从而使晶圆1悬浮在清洗机构2上方的气流，清洗液输送管2-2用以输送清洗晶圆1下表面污染物4的清洗液。

所述晶圆定位组件包括第一晶圆定位器2-3、第二晶圆定位器2-4和第三晶圆定位器2-5。

所述第一晶圆定位器2-3和第二晶圆定位器2-4均套设在顶升旋转机构3上。具体地，第一晶圆定位器2-3套设在电机3-1的转轴上，电机3-1的转轴3-3端部套设有转动轴承3-4，第二晶圆定位器2-4套设在转动轴承3-4上。第三晶圆定位器2-5分别与第一晶圆定位器2-3和第二晶圆定位器2-4扣合固定，所述第三晶圆定位器2-5的顶部安装有多个支撑座2-6。

第三晶圆定位器2-5的底部开设有用以扣合第二晶圆定位器2-3的第三固定槽2-9且其底部向下延伸出有一个环状凸起2-11，当第一晶圆定位器2-3套在电机的转轴3-3上时，第一晶圆定位器2-3的侧边恰好抵在环状凸起2-11上。

第三晶圆定位器2-5的顶部开设有多个用以安装支撑座2-6的第一固定槽2-7和用以扣合管件外壳的第二固定槽2-8。

所述管件外壳包括管件下外壳2-12、与管件下外壳2-12相扣合的管件上外壳2-13、以及竖直穿设在管件上外壳2-13内的固定件2-14。

所述管件下外壳2-12卡在第三晶圆定位器2-5的第二固定槽2-8内。

所述管件上外壳2-13的中央开设有一个竖直贯穿的第四固定槽2-10，固定件2-14设置在第四固定槽2-10内。管件上外壳2-13的下部开设有一个扣合槽2-15，管件下外壳2-12通过该扣合槽2-15与管件上外壳2-13相扣合。当管件上外壳2-13与管件下外壳2-12相扣合时，管件上外壳2-13与管件下外壳2-12的扣接部位之间会存在微小的缝隙2-16。

管件上外壳2-13的上部水平设有多个倾斜喷嘴2-17。本实施例中，管件上外壳2-13上部的外表面为向下倾斜的弧面。

所述固定件2-14的中央开设有一个竖直贯穿的第五固定槽2-15，晶圆吸附管2-1插在第五固定槽2-15内且下下端竖直穿过整个顶升旋转机构3以与设备外部的供气设备相连。

第五固定槽2-15的四周设置有多个第六固定槽2-16，多个第六固定槽2-16均匀分布在第五固定槽2-15的四周，每个第六固定槽2-16内均插放一根清洗液输送管2-2，清洗液输送管2-2的设置数量与管件上外壳2-13内部的倾斜喷嘴2-17的设置数量相等，即一根清洗液输送管2-2对应唯一一个倾斜喷嘴2-17。不同位置的清洗液输送管2-2可用于输送不同浓度或不同种类的清洗液，如酸性清洗液或碱性清洗液。本实施例中，所述第六固定槽2-16为l型槽，因此，当清洗液输送管2-2插在第六固定槽2-16内时，清洗液输送管2-2也呈l状，l形清洗液输送管2-2的水平段与管件上外壳2-13内部的倾斜喷嘴2-17相连通，l形清洗液输送管2-2的竖直段穿过整个顶升旋转机构3从而与半导体湿法工艺中的供液系统相连。

上述所述本发明的装置的工作过程如下所示：

首先，通过控制器控制顶升旋转机构3动作，使其升降机构3-2带动清洗机构2向上移动，使支撑座2-6的上表面与湿法清洗设备的腔室上沿相齐平或略高于湿法清洗设备的腔室上沿。

通过供气设备向晶圆吸附管2-1内供气。

通过晶圆夹取装置将晶圆1放置在多个支撑座2-6上方，由于晶圆吸附管2-1内喷射出使晶圆1的上表面与下表面之间形成压力差的气流，因此，晶圆1会漂浮/悬浮在多个支撑座2-6上方，晶圆1不与支撑座2-6相接触。

然后，通过顶升旋转机构的电机3-1带动整个清洗机构2在圆周方向上旋转，清洗机构2旋转过程中，晶圆1下表面会形成旋转气流，气流旋转循环可夹带走晶圆1下表面的部分污染物。

为了增强晶圆吸附管2-1喷射出来的气流在晶圆下表面所形成的真空环境的稳定性，且增强气流夹带污染物的能力，可在电机3-1的空心腔室内设置气体喷流管，该气体喷流管吹送出来的气体不会对伯努利原理造成破坏。安装该气体喷流管时，气体喷流管从电机3-1的空心中穿过并与管件上外壳2-13和管件下外壳2-12的扣接部位之间的缝隙2-16相连通，气体喷流管喷射出的气流可沿着缝隙2-16和扣合槽2-15从管件下外壳2-12的上端面与管件下外壳2-13之间的缝隙中流出，从而增强真空环境的稳定性和气流携带颗粒物的能力，气体喷流管喷射出的气流的流动路径如图4所示，气体喷流管在图4中未画出。本实施例中，气体喷流管中喷射出的是氮气。

然后，通过半导体湿法工艺中的供液系统向清洗液输送管2-2内输送酸性或碱性清洗液，清洗液经清洗液输送管2-2送至倾斜喷嘴2-17中，并从倾斜喷嘴2-17的喷嘴口喷出。由于整个清洗机构2会在圆周方向旋转，因此，当清洗液从倾斜喷嘴2-17中喷出时，会形成cda喷流，在离心力的作用下，清洗液可将晶圆1下表面剩余的污染物清洗干净，夹杂有污染物的清洗液会流入湿法清洗设备的腔室内，从湿法清洗设备的排液管排至外界。

清洗作业结束后，倾斜喷嘴2-17停止喷液，即清洗液输送管2-2停止输送清洗液。晶圆吸附管2-1内喷出的气流可将晶圆1上残留的清洗液吹离晶圆。

最后，通过晶圆夹取装置将晶圆转移至下一道工序，控制器控制关闭顶升旋转机构3，至此即完成对一个晶圆的清洗。

本申请的装置利用伯努利原理使晶圆1悬浮在该装置上方，可对清洗晶圆1下表面的污染物进行彻底清洗，尤其是可将晶圆1下表面的清洗盲区清洗干净。

通过在管件外壳内设置晶圆吸附管2-1和清洗液输送管2-2，晶圆吸附管2-1喷射出的可使晶圆1悬浮的气流可夹带走晶圆1下表面的部分污染物，清洗液输送管2-2输送到倾斜喷嘴2-17的清洗液可对晶圆1下表面进行彻底清洗，不仅提高了清洗效果，提高了清洗效率，也可减少清洗液的消耗，可降低企业的生产成本。

目前湿法清洗设备上只设置有从上往下喷射清洗液的传统喷淋管，该种传统设计只能对晶圆1的上表面进行清洗，且清洗时，在离心力的作用下，清洗下来的颗粒污染物容易堆积在晶圆1外围，在受到晶圆1底部流场的影响，堆积在晶圆1外围的颗粒污染物会粘附在晶圆1背面。本申请通过在湿法清洗设备上安装可改善单片清洗固体结晶物堆积的装置，可有效解决该问题，在单次清洗作业过程中，安装有本申请装置的湿法清洗设备不仅能同时清洗晶圆1的表面和背面，也不会造成颗粒污染物在晶圆1外围堆积的问题，大大提高了湿法清洗设备的洁净能力，提高了清洗效率和清洗效果，有效地保证了晶圆品质。

本发明的湿法清洗设备，包括上述所述的可改善单片清洗固体结晶物堆积的装置，湿法清洗设备上安装有至少一种固定不动的喷淋管和多种可来回摆动的用于向晶圆表面喷射清洗液的喷淋管5，其中固定不动的喷淋管安装在设备外壳18的d区，其他可来回摆动的喷淋管安装在设备外壳18的a区和/或b区和/或c区。

具体地，各个可来回摆动的喷淋管5通过驱动机构与设备外壳相连，并在驱动机构的带动下进行上下运动和旋转运动。

驱动机构包括升降气缸5-7、旋转气缸5-9、安装板5-8及线型轨道5-6，升降气缸5-7的固定端安装于一基座上，为升降气缸5-7的动作提供支撑点，升降气缸5-7的输出端连接升降板，升降板滑动安装于线型轨道5-6上，能够沿线型轨道5-6上下移动。旋转气缸5-9固定段安装于安装板5-8上，在旋转气缸5-9的输出端设置有驱动齿轮5-10，喷淋管的端部设置有从动齿轮5-11，驱动齿轮5-10与从动齿轮5-11通过齿条5-12啮合连接。升降气缸5-7动作驱动安装板5-8上下运动，从而带动喷淋管上下移动，旋转气缸5-9的输出端通过齿轮齿条5-12传动带动喷淋管转动，从而带动喷淋管来回摆动。

本实施例中，所述喷淋管设置有四种，包括设置在d区的固定不动的喷淋管和设置在a、b、c区的三种可来回摆动的喷淋管。

其中，设置在a区的喷淋管为配置于sc1清洗系统的纳米级sc1喷淋管，该喷淋管包括液体清洗喷头、雾化清洗喷头、氮气喷嘴和超声波震荡片。纳米级sc1喷淋管整体呈l形，液体清洗喷头5-3、雾化清洗喷头5-2、氮气喷头安装在该喷淋头的一端，该喷淋头的内部设置有液体清洗管道5-14、雾化清洗管道5-13及氮气供气管道5-1，液体清洗管道5-14的一端连接液体清洗喷头5-3，另一端连接外部供液管路。雾化清洗管道5-13的一端连接雾化清洗喷头5-2，另一端连接外部供液管路，雾化清洗喷头5-2连接超声波震荡片5-5，超声波震荡片5-5连接外部电源，通过超声波震荡片5-5实现对雾化清洗喷头5-2内清洗液的雾化，产生小颗粒的雾状清洗液，有效地对纳米晶圆进行清洗。氮气供气管道5-1的一端连接氮气喷嘴5-4，另一端连接供气设备，氮气喷嘴5-4朝向雾化清洗喷头5-2的正下方，通过氮气的吹送，能够保证液滴的表能，阻挡液滴分子团聚产生，在雾化液滴的表面形成纳米级水膜。

在本实施例中，液体清洗喷头5-3、雾化清洗喷头5-2、氮气喷头呈三角形分布，液体清洗喷头5-3朝向三角形的中心于晶圆片上的投影。雾化清洗喷头5-2为伞状喷头，雾化清洗喷头5-2的圆心与所述晶圆的圆心重合。采用此种结构的喷头布置，配合晶圆的转动，能在晶圆的表面形成清洗液扩散圈，增大清洗液的喷射半径，提升晶圆片的清洗效果，液体清洗喷头5-3与雾化清洗喷头5-2所喷出的液体为氨水与双氧水的混合液。

雾化清洗喷头5-2与所述晶圆之间的距离设置为14-30毫米，所述氮气喷头与所述晶圆片之间的距离、所述液体清洗喷头5-3与所述晶圆片之间的距离均小于所述雾化清洗喷头5-2与所述晶圆片之间的距离。本实施例中，雾化清洗喷头5-2与晶圆片之间的距离小，结合氮气的保护作用，能够避免雾状小分子清洗液相互聚集形成大分子液滴，保证了晶圆片的清洗效果。

设置于b区的喷淋管为spm喷淋管，用于喷淋硫酸或双氧水。

设置于c区的喷淋管用于喷淋超纯水、氢氟酸或其他特殊的化学溶液。

设置于d区的喷淋管用于喷淋超纯水或氮气。

其中，b区、c区和d区的喷淋管均为传统型式的喷淋管，其各自的结构在此不作具体赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。