CN116169046A - 一种晶圆清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶圆清洗方法，其包括：校核主动轮和从动轮的水平位置，并视需调整主动轮和/或从动轮，使得主动轮和从动轮位于同一平面中；将晶圆放置于主动轮和从动轮形成的支撑装置；位于晶圆两侧的清洗刷移动至清洗位置，以对晶圆的正反两面进行滚刷清洗。

Description

一种晶圆清洗方法
技术领域
本发明属于晶圆后处理技术领域，具体而言，涉及一种晶圆清洗方法。
背景技术
集成电路产业是信息技术产业的核心，在助推制造业向数字化、智能化转型升级的过程中发挥着关键作用。芯片是集成电路的载体，芯片制造涉及芯片设计、晶圆制造、晶圆加工、电性测量、切割封装和测试等工艺流程。其中，化学机械抛光(ChemicalMechanical Planarization,CMP)属于晶圆制造工序，其是一种全局平坦化的超精密表面加工技术。
完成化学机械抛光的晶圆需要进行清洗、干燥等后处理，以避免微量离子和金属颗粒对半导体器件的污染，保障半导体器件的性能和合格率。晶圆清洗方式有：滚刷清洗、兆声清洗等，其中，滚刷清洗应用较为广泛，但也存在一些问题。
晶圆在滚刷清洗过程中，使用一对主动轮和从动轮形成支撑装置，以竖向支撑并带动晶圆旋转，其中，从动轮设置于一对主动轮之间，并且，主动轮和从动轮设置于清洗壳体的安装座。
由于加工和装配误差，主动轮和从动轮上的凹槽可能不在同一平面内，使得放置于支撑装置的晶圆发生倾斜或移位，即无法保证刷洗的晶圆处于竖直状态。晶圆清洗过程中至少存在以下问题：倾斜的晶圆受到的夹持状态不一致，致使清洗刷配置的驱动电机的扭矩发生波动而影响晶圆清洗的均匀性；倾斜的晶圆无法放置于从动轮的washer中，使得晶圆发生打滑而发出掉速的误报；倾斜的晶圆也不利于机械手的取片，容易取片失败或碎片而中断生产；若清洗壳体的下部配置兆声清洗模块，则兆声清洗模块发出的超声波无法完全覆盖晶圆表面而影响晶圆的清洗效果。
发明内容
本发明实施例提供了一种晶圆清洗方法，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
本发明实施例的第一个方面，提供了一种晶圆清洗方法，包括：
S1，校核主动轮和从动轮的水平位置，并视需调整主动轮和/或从动轮，使得主动轮和从动轮位于同一平面中；
S2，将晶圆放置于主动轮和从动轮形成的支撑装置；
S3，位于晶圆两侧的清洗刷移动至清洗位置，以对晶圆的正反两面进行滚刷清洗。
进一步地，步骤S1中，校核步骤包括：
S11，使用位置检测组件测量主动轮和从动轮的水平位置；
S12，比对主动轮和从动轮的水平位置；
S13，根据比对结果，使用位置调节组件调整主动轮和/或从动轮的水平位置。
在一个实施例中，晶圆放置于支撑装置后，使用位置检测组件测量和校验主动轮及从动轮的水平位置。
进一步地，步骤S1中，以所述从动轮为基准，调整所述主动轮的水平位置。
在一个实施例中，所述主动轮配置有独立运行的位置调节组件，以根据比对结果，调整主动轮的水平位置。
在一个实施例中，所述位置检测组件包括测距传感器，其朝向主动轮和从动轮的侧面发射激光，以获取主动轮和从动轮的水平位置。
在一个实施例中，所述测距传感器朝向主动轮和从动轮的中心位置发射激光，所述激光的波长大于1000nm。
进一步地，晶圆刷洗过程中，当从动轮的转速低于晶圆转速时，或者，当清洗刷的扭矩出现波动时，使用位置检测组件和位置调节组件组合，校核主动轮和从动轮的水平位置。
本发明实施例的第二个方面，提供了一种控制模块，其包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上面所述晶圆清洗方法的步骤。
本发明实施例的第三个方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上面所述晶圆清洗方法的步骤。
本发明的有益效果包括：
a.在晶圆放置于支撑装置之前，对支撑装置的主动轮和从动轮的水平位置进行测量和调整，以有效保证待刷洗晶圆处于垂直状态，防止从动轮发生掉速而误报；
b.在晶圆清洗过程中，通过监测从动轮的转速和/或清洗刷配置的驱动电机的扭矩的波动，来间接判定支撑装置的状态，以确定是否在清洗下一片晶圆之前进行位置校核，以保证清洗效果，提高清洗效率。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：
图1是本发明一实施例提供的清洗装置的示意图；
图2是本发明一实施例提供的从动轮的剖视图；
图3是从动轮与主动轮不在同一平面的示意图；
图4是本发明一实施例提供的一种晶圆清洗方法的流程图；
图5是本发明一实施例提供的校核步骤的流程图；
图6是本发明一实施例提供的位置检测组件和位置调节组件设置于清洗装置的示意图；
图7是本发明一实施例提供的测距传感器测量水平位置的示意图；
图8是本发明另一实施例提供的晶圆清洗方法的流程图；
图9是本发明再一实施例提供的晶圆清洗方法的流程图；
图10是本发明一实施例提供的控制设备的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。
在本发明中，晶圆(Wafer,W)也称基板(Substrate)，其含义和实际作用等同。
IC制程是在洁净间使用一些有机物和无机物等化学材料实施的。由于受到人员、环境等因素的影响，晶圆加工过程中会产生如颗粒、有机物、金属污染物和/或氧化物等污染物，这些污染物的颗粒尺寸在几纳米至几百纳米不等。晶圆清洗主要是将晶圆表面附着的污染物移除，并将污染颗粒大小及数量控制在工艺要求范围内。
图1是晶圆清洗装置的示意图，晶圆清洗装置包括壳体10，壳体10的内部设置有支撑装置20，以竖直支撑、定位待清洗的晶圆W。晶圆W的两侧设置有清洗刷30，清洗刷30的端部连接有驱动电机(未示出)，其驱动清洗刷30绕其轴线旋转。壳体10的上部设置有喷淋管路，以向晶圆W喷淋DIW和/或清洗液。
支撑装置20包括一对主动轮21和从动轮22，从动轮22位于主动轮21的中间位置，并沿晶圆W的边沿位置分布，以竖向支撑并带动晶圆转动。
晶圆清洗时，设置在主动轮21侧部的电机带动其同向旋转，在摩擦力作用下，竖直设置于支撑装置20的晶圆W绕晶圆的轴线旋转。由于晶圆插接于从动轮22中，具体地，晶圆插接于从动轮22中的washer上的凹槽(图2示出)，进而带动从动轮22旋转。通常情况下，从动轮22的一侧设置有未示出的测速模块，以对晶圆的转动速度进行监测。
图1所示的实施例中，清洗刷30可以由多孔性材料制成，如聚乙烯醇，清洗刷30能够吸附大量用于刷洗晶圆W表面的清洗液。滚动的清洗刷30与旋转的晶圆W接触以移除晶圆W表面的污染物。位于晶圆W两侧的清洗刷30可以沿水平方向移动以远离或靠近晶圆W。清洗刷30远离晶圆W时，清洗刷30与晶圆W预留一定间隙，晶圆搬运机械手可夹持晶圆W以取走完成清洗的晶圆；清洗刷30靠近晶圆W移动，清洗刷30与晶圆W抵接并以接触的方式实施晶圆表面的清洗。
图1示出的晶圆清洗装置中，由于存在加工和装配误差，主动轮21和从动轮22在安装后，容易出现主动轮21和从动轮22不共面的情况，如图3所示，使得放置于支撑装置20的晶圆发生倾斜，甚至晶圆无法准确插接于从动轮22的washer中。
为解决上述问题，本发明提供了一种晶圆清洗方法，其流程图，如图4所示，一种晶圆清洗方法包括：
S1，校核主动轮21和从动轮22的水平位置，并视需调整主动轮21和/或从动轮22，使得主动轮21和从动轮22位于同一平面中；
具体地，为了保证设置于壳体10的晶圆处于竖直状态，主动轮21和从动轮22中的washer需要在水平位置保持一致。
S2，将晶圆放置于主动轮21和从动轮22形成的支撑装置20；
具体地，晶圆搬运机械手通过壳体10上方的开口，将待清洗的晶圆放置于支撑装置20；
S3，位于晶圆两侧的清洗刷30移动至清洗位置，以对晶圆的正反两面进行滚刷清洗。
当晶圆放置于支撑装置20后，平行设置的清洗刷30朝向晶圆移动至清洗位置；接着，清洗刷30绕中轴线滚动，以通过滚动的方式刷除晶圆表面的颗粒物；主动轮21配置的电机带动其旋转，以带动晶圆旋转，使得清洗刷30能够全面覆盖晶圆的表面，保证良好的清洗效果。
图5是本发明一实施例提供的校核步骤的流程图，步骤S1中，校核步骤包括：
S11，使用位置检测组件40(图6示出)测量主动轮21和从动轮22的水平位置；
S12，比对主动轮21和从动轮22的水平位置；
S13，根据比对结果，使用位置调节组件50(图6示出)调整主动轮21和/或从动轮22的水平位置。
本发明中，在对主动轮21和从动轮22进行校核作业时，需要使用位置检测组件40和位置调节组件50，如图6所示。位置检测组件40包括测距传感器41(图7示出)，其设置于壳体10的外部，测距传感器41的前端配置有透明窗口，以朝向壳体10中的主动轮21和从动轮22发射光信号，实现主动轮21和从动轮22水平位置的测量。
图6中，位置调节组件50包括伺服电机51、丝杠52和滑块53，滑块53设置于丝杠52，并且滑块53与主动轮21或从动轮22的安装座连接，以带动主动轮21或从动轮22沿水平方向移动，以调节主动轮21或从动轮22的位置。
作为本发明的一个实施例，从动轮22的位置相对固定，专门为主动轮21配置位置调节组件50；位置检测组件40测量主动轮21和从动轮22的水平位置，以获取测量结果；位置调节组件50根据测量结果，视需调整主动轮21的水平位置，使得主动轮21与从动轮22处于同一平面中。具体地，主动轮21和从动轮22中washer的凹槽处于同一平面中，使得插接于washer的凹槽中的晶圆处于竖直状态。
即每个主动轮21配置独立运行的位置调节组件50，以根据水平位置的测量结果，调整主动轮21的水平位置，使得一对主动轮21与从动轮22处于同一平面中。
需要说明的是，主动轮21和从动轮22的水平位置是以测距传感器41(图7示出)为基准面，主动轮21和从动轮22的外端面与基准面的距离D。
作为本实施例的一个方面，测距传感器41为激光测距传感器，其朝向主动轮21和从动轮22的侧面发射激光，以获取主动轮21和从动轮22的水平位置。
图7所示的实施例中，测距传感器41测量的从动轮22的水平距离为Di，测距传感器41测量的主动轮21的水平距离为Dd。
若Dd<Di，则主动轮21需要朝远离测距传感器41的方向移动，使得Dd＝Di；或者两者的差值在允许的公差范围内。
若Dd>Di，则主动轮21需要朝接近测距传感器41的方向移动，使得Dd＝Di；或者两者的差值在允许的公差范围内。
图7中，测距传感器41朝向主动轮21和从动轮22的中心位置发射激光，以测量主动轮21和从动轮22的水平位置。
作为本发明的一个实施例，晶圆放置于支撑装置20后，通常无需使用测距传感器41对主动轮21或从动轮22进行水平位置测量。但在一些特殊制程中，需要实时监测晶圆的垂直度是否发生变化，或者，需要监测晶圆放置于支撑装置20后，主动轮21或从动轮22的水平位置是否发生变化。因此，在晶圆放置于支撑装置20上时，测距传感器41也需要朝向主动轮21或从动轮22发射激光进行水平位置的测量。
作为本实施例的一个方面，测距传感器41发射的激光的波长大于1000nm。由于激光波长大于1000nm时，几乎不会在晶圆清洗装置内引起光致腐蚀，因此，如此设置测距传感器41能够保证晶圆清洗的效果，避免光致腐蚀而影响晶圆清洗的成品率。
作为本发明的另一个实施例，为了避免晶圆清洗过程中测距传感器41对清洗效果的影响，可以通过监测从动轮21的转速Vi，来间接获取刷洗过程中主动轮21或从动轮22的位置是否变化，以判定刷洗晶圆的垂直度。
上面所述的晶圆清洗方法的流程图，如图8所示。将从动轮21的转速Vi与刷洗的晶圆W的转速Vw进行比对：
若Vi＜Vw，则说明刷洗的晶圆存在掉速的问题，即间接反映主动轮21和从动轮22可能在不同一平面中。因此，在清洗下一片晶圆之前，需要采用图5示出的校核步骤，校核主动轮21和从动轮22的水平位置。
若Vi＝Vw，则说明从动轮22配置的测速模块能够准确测量晶圆W的转速，则在清洗下一片晶圆之前，无需校核主动轮21和从动轮22的水平位置。
作为图8实施例的变体，也可以检测清洗刷30配置的驱动电机的扭矩T的波动，来判定刷洗晶圆是否处于竖直状态。图9是相应晶圆清洗方法的流程图。
在晶圆清洗过程中，实时监测清洗刷30配置的驱动电机的扭矩，将实时测量的扭矩Tc与驱动电机的设定扭矩Tr比对，以判定刷洗晶圆的状态。
若|c-Tr|＞Tr*15％，则说明晶圆清洗过程中，清洗刷30配置的驱动电机的扭矩发生较大波动，因此，在清洗下一片晶圆之前，需要采用图5示出的校核步骤，校核主动轮21和从动轮22的水平位置。
若|c-Tr|≤Tr*15％，则说明晶圆清洗过程中，清洗刷30配置的驱动电机的扭矩在设定范围内波动，则在清洗下一片晶圆之前，无需校核主动轮21和从动轮22的水平位置。
图10是本发明一实施例提供的控制设备的示意图。该实施例中，所述控制设备包括：处理器、存储器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序。处理器执行计算机程序时实现如上述晶圆清洗方法实施例中的各实施例中的步骤。或者，处理器执行计算机程序时实现如上述***实施例中的各实施例中的各模块/单元的功能。
控制设备是指具有数据处理能力的终端，包括但不限于计算机、工作站、服务器，甚至是一些性能优异的智能手机、掌上电脑、平板电脑、个人数字助理(PDA)、智能电视(Smart TV)等。
控制设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，图10仅仅是控制设备的示例，并不构成对控制设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如控制设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
存储器可以是控制设备的内部存储单元，例如控制设备的硬盘或内存。存储器也可以是控制设备的外部存储设备，例如控制设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。
进一步地，存储器还可以既包括控制设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储计算机程序以及控制设备所需的其他程序和数据。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种晶圆清洗方法，其特征在于，包括：
S1，校核主动轮和从动轮的水平位置，并视需调整主动轮和/或从动轮，使得主动轮和从动轮位于同一平面中；
S2，将晶圆放置于主动轮和从动轮形成的支撑装置；
S3，位于晶圆两侧的清洗刷移动至清洗位置，以对晶圆的正反两面进行滚刷清洗。
2.如权利要求1所述的晶圆清洗方法，其特征在于，步骤S1中，校核步骤包括：
S11，使用位置检测组件测量主动轮和从动轮的水平位置；
S12，比对主动轮和从动轮的水平位置；
S13，根据比对结果，使用位置调节组件调整主动轮和/或从动轮的水平位置。
3.如权利要求2所述的晶圆清洗方法，其特征在于，晶圆放置于支撑装置后，使用位置检测组件测量和校验主动轮及从动轮的水平位置。
4.如权利要求1所述的晶圆清洗方法，其特征在于，步骤S1中，以所述从动轮为基准，调整所述主动轮的水平位置。
5.如权利要求2所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述主动轮配置有独立运行的位置调节组件，以根据比对结果，调整主动轮的水平位置。
6.如权利要求2所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述位置检测组件包括测距传感器，其朝向主动轮和从动轮的侧面发射激光，以获取主动轮和从动轮的水平位置。
7.如权利要求6所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述测距传感器朝向主动轮和从动轮的中心位置发射激光，所述激光的波长大于1000nm。
8.如权利要求2所述的晶圆清洗方法，其特征在于，晶圆刷洗过程中，当从动轮的转速低于晶圆转速时，或者，当清洗刷的扭矩出现波动时，使用位置检测组件和位置调节组件组合，校核主动轮和从动轮的水平位置。
9.一种控制模块，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任一项所述晶圆清洗方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述晶圆清洗方法的步骤。
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