一种单片式晶圆清洗装置的制作方法

1.本发明属于半导体设备领域，涉及一种单片式晶圆清洗装置。


背景技术：

2.在晶圆加工过程中，需根据需要去除晶圆表面残留的有机物、颗粒、金属杂质、自然氧化层、石英、塑料等污染物，且不破坏晶圆的表面特性。为此，在晶圆的制造过程中需要经过多次清洗步骤。
3.现有的晶圆湿法清洗分为槽式清洗和单片式清洗，随着对晶圆表面洁净度的要求越来越高，因单片式清洗可以降低清洗过程中的交叉污染、提高成品率，因此，现有的湿法清洗逐渐由传统的槽式清洗向单片式清洗过渡。如附图1，现有的单片式晶圆清洗装置主要包括承载台10、喷头20及收容杯30，置于承载台10上的晶圆40在腔室内进行清洗工艺时，清洗液自喷头20喷淋到晶圆40的表面，清洗液会随着晶圆40的转动甩到收容杯30内，然后流至下排口，进行排放。
4.在现代半导体工厂中，尤其是在对40nm以下的晶圆制程中，晶圆清洗是不可缺少的主流技术，且在晶圆清洗工艺中，硫酸是使用范围最广的清洗液之一。如在使用硫酸清洗晶圆时，通常是将硫酸和双氧水以一定的比例混合构成spm清洗液，而后通过喷头喷射到高速旋转的晶圆上，以对晶圆进行清洗流程，但由于晶圆在清洗过程中的高速旋转，在清洗晶圆的过程中，大量的硫酸未能及时充分参与晶圆的清洗过程，而就被甩到收容杯中，并被排走，因此，在晶圆的清洗过程中，会有相当程度的清洗液被浪费。
5.目前，基于单片式晶圆清洗装置的结构特性，一片晶圆在单道工序中，清洗液以硫酸为例，消耗的硫酸大约为0.6～1l/片，以整个工艺流程来看，涉及到硫酸的工序约有20道以上，也就是说，一片晶圆的累计消耗硫酸量为15～20l。以月产1万片的工厂为例，每月消耗的硫酸量就可能达到300吨以上，消耗成本约240万/每月(以硫酸价格约为8000元/吨为例)，因此，年消耗成本将近3000万元人民币，从而节约硫酸用量对降低成本具有重要意义，且减少硫排放也已成为目前环保的重要课题之一。
6.因此，在不影响工艺标准的前提下，减少清洗液的用量及排放，是一个需要长期研究的项目。


技术实现要素：

7.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种单片式晶圆清洗装置，用于解决现有技术中在对晶圆进行清洗时造成清洗液浪费的问题。
8.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种单片式晶圆清洗装置，所述单片式晶圆清洗装置包括：
9.承载台，所述承载台用以承载晶圆；
10.喷头，所述喷头位于所述承载台上方，包括清洗液供给单元、清洗液回收单元及收容腔，其中，所述清洗液供给单元包括清洗液供给孔，所述清洗液供给孔位于所述收容腔的
底面，用以向所述晶圆表面供给清洗液；所述清洗液回收单元包括清洗液回收孔，所述清洗液回收孔位于所述收容腔的边缘，且位于所述清洗液供给孔的外侧，用以回收所述清洗液；所述承载台的表面宽度小于所述收容腔的开口宽度，所述收容腔容置位于所述承载台上的所述晶圆，且所述晶圆与所述收容腔之间具有间距构成浸渍空间。
11.可选地，位于所述收容腔内的所述晶圆的上表面与所述收容腔的底面之间的间距取值范围为0.5cm～1cm。
12.可选地，所述收容腔的底面宽度大于所述收容腔的开口宽度，以构成倒梯形收容腔。
13.可选地，所述清洗液供给孔、所述承载台及所述清洗液回收孔共轴设置，且所述清洗液回收孔设置于所述清洗液供给孔及所述承载台外围。
14.可选地，多个所述清洗液回收孔呈环状且等间距分布。
15.可选地，所述清洗液供给单元包括与所述清洗液供给孔相连通的清洗液供给管，所述清洗液回收单元包括清洗液第一回收管及清洗液第二回收管，所述清洗液第一回收管与多个所述清洗液回收孔一一对应连通设置，所述清洗液第二回收管与多个所述清洗液第一回收管相连通。
16.可选地，所述清洗液第二回收管的管径分别大于所述清洗液第一回收管及所述清洗液供给管的管径，且所述清洗液第二回收管的流量分别大于所述清洗液第一回收管及所述清洗液供给管的流量。
17.可选地，所述清洗液供给单元包括spm清洗液供给单元、i p a清洗液供给单元及去离子水清洗液供给单元中的一种或组合。
18.可选地，所述单片式晶圆清洗装置还包括设置于所述喷头上的干燥气体供给单元，所述干燥气体供给单元包括氮气供给单元或惰性气体供给单元，用以干燥所述晶圆。
19.可选地，所述干燥气体供给单元包括多个干燥气体供给孔，多个所述干燥气体供给孔位于所述清洗液供给孔的外围，并与所述清洗液供给孔共轴且呈环状等间距分布。
20.如上所述，本发明的所述单片式晶圆清洗装置，包括承载台及喷头，所述承载台用以承载晶圆，所述喷头位于所述承载台上方，包括清洗液供给单元、清洗液回收单元及收容腔，其中，所述清洗液供给单元包括清洗液供给孔，所述清洗液供给孔位于所述收容腔的底面，用以向所述晶圆表面供给清洗液；所述清洗液回收单元包括清洗液回收孔，所述清洗液回收孔位于所述收容腔的边缘，且位于所述清洗液供给孔的外侧，用以回收所述清洗液；所述承载台的表面宽度小于所述收容腔的开口宽度，所述收容腔容置位于所述承载台上的所述晶圆，且所述晶圆与所述收容腔之间具有间距构成浸渍空间。
21.本发明的所述单片式晶圆清洗装置，通过所述清洗液供给单元供给所述清洗液，通过所述清洗液回收单元回收所述清洗液，且结合所述收容腔，可使得所述收容腔与所述晶圆之间构成浸渍空间，从而所述喷头可同时兼具对所述清洗液的喷淋与回收的任务，且可为所述晶圆提供浸渍氛围，从而在不影响工艺标准的前提下，有助于减少所述清洗液的用量，从而实现降低成本，并减少清洗液的排放量。
附图说明
22.图1显示为现有技术中单片式晶圆清洗装置的结构示意图。
23.图2显示为本发明实施例中单片式晶圆清洗装置的结构示意图。
24.图3显示为本发明实施例中喷头的底部结构示意图。
25.图4显示为本发明实施例中清洗液供给单元及清洗液回收单元的管路结构示意图。
26.元件标号说明
27.10
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承载台
28.20
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喷头
29.30
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收容杯
30.40
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晶圆
31.100
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承载台
32.200
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喷头
33.201
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收容腔
34.212
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清洗液供给孔
35.222
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清洗液供给管
36.213
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清洗液回收孔
37.223
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清洗液回收管
38.2231
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清洗液第一回收管
39.2232
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清洗液第二回收管
40.300
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晶圆
具体实施方式
41.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
42.如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
43.为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
44.在本技术的上下文中，可能使用诸如“介于
……
之间”的描述，该描述包括两端点值，以及可能使用诸如“多个”的描述，该描述包括两个的数值情况。
45.在本技术的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
46.需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，
遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，其组件布局型态也可能更为复杂。
47.如附图2～附图4所示，本实施例提供一种单片式晶圆清洗装置，所述单片式晶圆清洗装置包括承载台100及喷头200，所述承载台100用以承载晶圆300，所述喷头200位于所述承载台100上方，包括清洗液供给单元、清洗液回收单元及收容腔201，其中，所述清洗液供给单元包括清洗液供给孔212，所述清洗液供给孔212位于所述收容腔201的底面，用以向所述晶圆300表面供给清洗液；所述清洗液回收单元包括清洗液回收孔213，所述清洗液回收孔213位于所述收容腔201的边缘，且位于所述清洗液供给孔212的外侧，用以回收所述清洗液；所述承载台100的表面宽度小于所述收容腔201的开口宽度，所述收容腔201容置位于所述承载台100上的所述晶圆300，且所述晶圆300与所述收容腔201之间具有间距构成浸渍空间。
48.本实施例的所述单片式晶圆清洗装置，通过所述清洗液供给单元供给所述清洗液，通过所述清洗液回收单元回收所述清洗液，且结合所述收容腔201，可使得所述收容腔201与所述晶圆300之间构成浸渍空间，从而所述喷头200可同时兼具对所述清洗液的喷淋与回收的任务，同时可为所述晶圆300提供浸渍氛围，从而在不影响工艺标准的前提下，有助于减少所述清洗液的用量，以实现降低成本，以及减少清洗液的排放量。
49.其中，所述单片式晶圆清洗装置可设置控制器，以通过控制器控制所述喷头200的移动、所述清洗液供给单元的喷淋、所述清洗液回收单元的回收以及所述承载台100的旋转等，关于所述控制器的种类可采用如具有cpu等运算单元、固定存储器及硬盘驱动器等存储单元、以及输入输出单元的微电脑，但并非局限于此。且可以理解，所述清洗液供给单元及所述清洗液回收单元中可设置有对应的流量计、泵体等，以对所述清洗液的喷淋及回收进行控制，关于所述单片式晶圆清洗装置中所包括的具体部件、分布及连接等，此处不作过分限制。
50.作为示例，位于所述收容腔201内的所述晶圆300的上表面与所述收容腔201的底面之间的间距取值范围为0.5cm～1cm。
51.具体的，所述承载台100可采用卡座旋转式承载台，即可在水平方向上通过夹持的方式固定所述晶圆300，但所述承载台100的种类并非局限于此，也可采用如静电吸盘式承载台等，以实现对所述晶圆300的固定承载。其中，所述晶圆300的尺寸，可采用如6英寸、8英寸、12英寸等，关于所述晶圆300的具体尺寸、厚度及种类，此处不作过分限制。
52.本实施例中，由于所述承载台100的表面宽度小于所述喷头200中的所述收容腔201的开口宽度，因此，通过调整可将承载有所述晶圆300的所述承载台100置于所述喷头200中的所述收容腔201内，从而在所述承载台100带动所述晶圆100进行高速旋转时，所述喷头200中经所述清洗液供给单元的所述清洗液供给孔212所喷淋的所述清洗液，可经所述喷头200中设置的所述清洗液回收单元的所述清洗液回收孔213进行回收，从而使得所述喷头200兼具对所述清洗液的喷淋及回收的作用。
53.进一步的，当将所述晶圆300的上表面与所述收容腔201的底面之间的间距控制在较小的范围，如0.5cm、0.6cm、0.8cm、1cm等时，可使得所述晶圆300与所述收容腔201之间形成一个浸渍空间，从而使得所述晶圆300在进行清洗的工艺过程中，所述清洗液可与所述晶
圆300进行充足的清洗，而后所述清洗液再被所述清洗液回收单元回收，从而在所述晶圆300的清洗的过程中，可节约所述清洗液的用量。如当所述喷头100中的所述晶圆300的表面与所述收容腔201的底面之间的间距为1cm时，整个内循环容量为每分钟600ml，比起传统设计可节省药液用量30％以上，当间距为0.5cm时，整个内循环容量为每分钟350ml，比起传统设计节可省药液用量60％以上。
54.作为示例，所述收容腔201的底面宽度大于所述收容腔201的开口宽度，以构成倒梯形收容腔。
55.具体的，参阅附图2及附图4，本实施例中，所述收容腔201采用底面宽度大于开口宽度的倒梯形收容腔，以便于进行对所述清洗液的回收，但所述收容腔201的形貌并非局限于此，如根据需要也可设计成正梯形形貌，并在进行对所述清洗液的回收过程中，通过加大吸力等的控制，以实现对所述清洗液的回收。关于所述收容腔201的具体形貌及尺寸设置，此处不作过分限制。
56.作为示例，所述清洗液供给孔212、所述承载台100及所述清洗液回收孔213共轴设置，且所述清洗液回收孔213设置于所述清洗液供给孔212及所述承载台100外围。
57.具体的，如附图3，为提高对所述晶圆300的清洗效果，设置多个所述清洗液供给孔212，且优选所述清洗液供给孔212及所述承载台100共轴设置，以使得所述清洗液供给孔212分布于所述晶圆300的中心位置，以提高喷淋效果。其中，为便于所述清洗液回收单元对所述清洗液的回收操作，优选设置多个所述清洗液回收孔213，且所述清洗液回收孔213与所述承载台100共轴设置，以提高对所述晶圆300的清洗均匀性。关于所述清洗液供给孔212及所述清洗液回收孔213的个数设置此处不作过分限制。进一步的，可将所述清洗液回收孔213设置于所述清洗液供给孔212及所述承载台100外围，使得所述清洗液回收孔213设置于所述晶圆300的边缘外围区域，以便于在所述收容腔201内形成可与所述晶圆300充分接触的浸渍空间，使得所述清洗液可充分的与所述晶圆300进行浸渍清洗。进一步的，可将所述清洗液回收孔213设置于所述收容腔201的侧壁底部边缘。关于所述清洗液供给孔212、所述承载台100及所述清洗液回收孔213的设置及分布，并非局限于此，具体可根据需要进行选择。
58.作为示例，多个所述清洗液回收孔213可呈环状且等间距分布。
59.具体的，如附图3，本实施例中，多个所述清洗液回收孔213优选呈环状且等间距分布，以便于对所述清洗液回收工艺的控制，降低工艺控制的复杂度。
60.作为示例，所述清洗液供给单元包括与所述清洗液供给孔212相连通的清洗液供给管222，所述清洗液回收单元包括清洗液第一回收管2231及清洗液第二回收管2232，所述清洗液第一回收管2231与多个所述清洗液回收孔213一一对应连通设置，所述清洗液第二回收管2232与多个所述清洗液第一回收管2231相连通。
61.具体的，本实施例中，在所述喷头200中设置的所述清洗液供给单元包括清洗液供给孔212及与所述清洗液供给孔212相连通的所述清洗液供给管222，所述清洗液回收单元包括所述清洗液回收孔213、与所述清洗液回收孔213一一对应连通设置的所述清洗液第一回收管2231以及与多个所述清洗液第一回收管2231相连通的所述清洗液第二回收管2232，其中，优选所述清洗液第二回收管2232的管径分别大于所述清洗液第一回收管2231及所述清洗液供给管222的管径，且所述清洗液第二回收管2232的流量分别大于所述清洗液第一
回收管2231及所述清洗液供给管222的流量，以便于将所述清洗液回吸到整个循环管路中，避免所述清洗液的外溢。
62.作为示例，所述清洗液供给单元可包括spm清洗液供给单元、i p a清洗液供给单元及去离子水清洗液供给单元中的一种或组合。
63.具体的，根据工艺中对所述晶圆300的清洗需求，所述清洗液供给单元可设置多个，以满足不同需求，扩大应用。本实施例中，所述清洗液采用由硫酸及双氧水混合后构成的spm清洗液，因此，对应的所述清洗液供给单元采用spm清洗液供给单元，但所述清洗液供给单元的种类并非局限于此，还可同时或单独设置如i p a清洗液供给单元及去离子水清洗液供给单元等，此处不作过分限制。
64.作为示例，所述单片式晶圆清洗装置还可包括设置于所述喷头200上的干燥气体供给单元，所述干燥气体供给单元可包括如氮气供给单元或惰性气体供给单元，用以干燥所述晶圆300。
65.具体的，根据工艺具体需求，所述单片式晶圆清洗装置优选设置所述干燥气体供给单元，以用以干燥所述晶圆300，其中，所述干燥气体的种类可包括如氮气或惰性气体等，具体种类此处不作过分限制。
66.进一步的，所述干燥气体供给单元可包括多个干燥气体供给孔，多个所述干燥气体供给孔可位于所述清洗液供给孔212的外侧，并优选多个所述干燥气体供给孔与所述清洗液供给孔212共轴且呈环状等间距分布，以向所述晶圆300提供均匀的干燥气体，便于工艺控制，提高干燥效果及干燥效率。
67.综上所述，本发明的所述单片式晶圆清洗装置，包括承载台及喷头，所述承载台用以承载晶圆，所述喷头位于所述承载台上方，包括清洗液供给单元、清洗液回收单元及收容腔，其中，所述清洗液供给单元包括清洗液供给孔，所述清洗液供给孔位于所述收容腔的底面，用以向所述晶圆表面供给清洗液；所述清洗液回收单元包括清洗液回收孔，所述清洗液回收孔位于所述收容腔的边缘，且位于所述清洗液供给孔的外侧，用以回收所述清洗液；所述承载台的表面宽度小于所述收容腔的开口宽度，所述收容腔容置位于所述承载台上的所述晶圆，且所述晶圆与所述收容腔之间具有间距构成浸渍空间。
68.本发明的所述单片式晶圆清洗装置，通过所述清洗液供给单元供给所述清洗液，通过所述清洗液回收单元回收所述清洗液，且结合所述收容腔，可使得所述收容腔与所述晶圆之间构成浸渍空间，从而所述喷头可同时兼具对所述清洗液的喷淋与回收的任务，且可为所述晶圆提供浸渍氛围，从而在不影响工艺标准的前提下，有助于减少所述清洗液的用量，从而实现降低成本，并减少清洗液的排放量。
69.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。