CN116779473A - 晶片清洗装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种晶片清洗装置，其包括：旋转工作台，支撑晶片并使晶片旋转，以使晶片以旋转轴线为中心旋转；清洗液喷出器，喷出清洗液，以便在晶片的上侧面形成液膜；以及超声波振荡器，使液膜振动，以使液膜发生超声波频率的振动，其中，清洗液喷出器包括第一喷出部，该第一喷出部位于超声波振荡器的一侧周边并喷出清洗液，清洗液从第一喷出部喷出后立即向顺着晶片旋转方向的方向流动，进入超声波振荡器的下方。

Description

晶片清洗装置
技术领域
本发明涉及一种晶片清洗装置，更详细而言，涉及一种利用超声波振动来清洗晶片表面的晶片清洗装置。
背景技术
在半导体制造过程中，包括清洗晶片(wafer)表面的清洗工序。在清洗晶片的晶片清洗装置中，有一种利用超声波使清洗液振动以从晶片表面去除异物的超声波清洗装置。在超声波中，将700kHz以上的高频超声波称为兆声波(megasonic wave)。因此，为了便于区分，将利用兆声波振动来清洗晶片表面的装置称为兆声波清洗装置，将利用低于兆声波频率的20kHz至400kHz频率超声波振动来清洗晶片表面的装置称为超声波(ultrasonicwave)清洗装置。
超声波清洗装置可以具备：旋转工作台，支撑晶片并使晶片旋转；清洗液喷出部，向晶片喷出清洗液以在晶片表面形成液膜；以及超声波振荡部，使清洗液发生超声波振动。但是，以往的超声波清洗装置存在如下问题：在晶片表面生成的液膜不均一，在晶片的整个区域中，清洗效果的局部偏差较大，频繁发生晶片表面受损，导致半导体良品收率下降。
本发明的背景技术在韩国公开专利公报第10-2012-0018296号(2012.03.02.公开，发明名称：半导体晶片清洗方法及装置)中公开。
发明内容
本发明是为了改善如上所述的问题而提出的，提供一种晶片清洗装置，在晶片表面均一地形成清洗液液膜，表现出得到提高的清洗效果并抑制晶片表面受损。
本发明提供一种晶片清洗装置，包括：旋转工作台，支撑晶片并使所述晶片旋转，以使所述晶片以旋转轴线为中心旋转；清洗液喷出器，喷出清洗液，以便在所述晶片的上侧面形成液膜；以及超声波振荡器，使所述液膜振动，以使所述液膜发生超声波频率的振动，其中，所述清洗液喷出器包括第一喷出部，所述第一喷出部位于所述超声波振荡器的一侧周边并喷出所述清洗液，所述清洗液从所述第一喷出部喷出后立即向顺着所述晶片的旋转方向的方向流动，从而进入所述超声波振荡器的下方。
所述超声波振荡器的俯视形状可以为沿所述晶片的辐射方向延伸的四边形形状，所述第一喷出部可以与所述超声波振荡器的长度方向平行地延伸，所述清洗液喷出器还可以具备第二喷出部，所述第二喷出部位于所述超声波振荡器的长度方向两端部中更靠近所述旋转轴线的一端部周边并喷出清洗液，并且与所述超声波振荡器的宽度方向平行地延伸。
相比所述旋转轴线与所述第一喷出部之间的最短距离，所述旋转轴线与所述第二喷出部之间的最短距离可以更小。
可以在所述清洗液喷出器的下侧面形成有供所述清洗液喷出的多个喷出口，所述清洗液可以从所述多个喷出口沿垂直于所述晶片的上侧面的方向喷出，或者从所述多个喷出口沿倾斜方向喷出以便越向下方越靠近所述超声波振荡器。
所述晶片的上侧面至所述清洗液喷出器的下侧面的高度可以大于所述晶片的上侧面至所述超声波振荡器的下侧面的高度。
所述超声波振荡器可以使所述液膜振动，以使所述液膜发生700kHz至1200kHz频率的振动。
可以为所述晶片的旋转速度越大，所述清洗液喷出器喷出的所述清洗液的喷出流量越大。
所述晶片的旋转速度可以为100rpm(round per minute)至500rpm，所述清洗液的喷出流量可以为2l/min(liter per minute)至7l/min。
所述晶片可以以环形框架(ring frame)为介质而吸附支撑于所述旋转工作台，其中，所述环形框架包括：粘附片，粘附支撑所述晶片；以及卡环(retainer ring)，结合于所述粘附片的外周部以便保持所述粘附片的张力。
根据本发明，清洗液从清洗液喷出器喷出后立即无损失地进入超声波振荡器的下方，从而被施加超声波振动，并流动到超声波振荡器外部，使超声波振动能量扩散至距离超声波振荡器较远的晶片外周部。因此，提高了晶片清洗能力和晶片整体区域中清洗效果的均一性。
另外，根据本发明，通过隔开的多个喷出口，向晶片表面分散供给流量充足的清洗液，从而在晶片表面形成被施加超声波振动的均一液膜，抑制晶片表面受损，提高半导体良品收率。
附图说明
图1是本发明一实施例的晶片清洗装置的简要构成图。
图2是图1的晶片组件的剖视图。
图3是图1的晶片清洗装置的俯视图。
图4是从下方观察并示出图3的清洗模块的立体图。
图5和图6是从A方向和B方向观察并示出图3的侧视图。
图7是本发明另一实施例的晶片清洗装置的俯视图。
附图标记说明
1：晶片组件；2：环形框架；5：晶片；10：晶片清洗装置；12：旋转工作台；18：摇摆臂；20：清洗模块；23：清洗液供给部；25：超声波振荡器；35：清洗液喷出器；36：第一喷出部；41：第二喷出部。
具体实施方式
下面参照附图，详细描述本发明实施例的晶片清洗装置。本说明书中使用的术语(terminology)是为了适宜地表现本发明的优选实施例而使用的术语，会因使用者或运用者的意图或本发明所属领域的惯例等而异。因此，对本术语的定义应以本说明书通篇内容为基础作出。
图1是本发明一实施例的晶片清洗装置的简要构成图，图2是图1的晶片组件的剖视图，图3是图1的晶片清洗装置的俯视图，图4是从下方观察并示出图3的清洗模块的立体图，图5和图6是从A方向和B方向观察并示出图3的侧视图。
同时参照图1至图6，本发明一实施例的晶片清洗装置10包括旋转工作台12和清洗模块20。
旋转工作台12支撑晶片5并使晶片5旋转，以使晶片以旋转轴线RC为中心旋转，其中，晶片5例如为以硅(Si)材料形成的盘状晶片。
晶片5被环形框架2吸附支撑，环形框架2吸附支撑于旋转工作台12的上侧面，其中，环形框架包括：粘附片3，粘附支撑晶片5；以及卡环4，结合于粘附片3的外周部以便保持粘附片3的张力。
换言之，晶片5以环形框架2为介质吸附支撑于旋转工作台12。以下将晶片5和对其进行附着支撑的环形框架2统称为晶片组件1。旋转工作台12可以固定支撑于旋转轴11，其中，旋转轴11借助电动马达的动力而以旋转轴线RC为中心进行高速旋转。
清洗模块20可以包括清洗液喷出器35和超声波振荡器25。
清洗模块20固定支撑于摇摆臂18的另一侧端部，摇摆臂18的一侧端部结合于臂轴(arm shaft)17的上端，臂轴17位于旋转工作台12的外部。摇摆臂18以臂轴17为中心转动。
当晶片组件1正装载至旋转工作台12或从旋转工作台12卸载时，摇摆臂18进行转动以使清洗模块20从旋转工作台12的上侧面脱离，如果是晶片组件1已装载至旋转工作台12的状态，则摇摆臂18进行转动以使清洗模块20与旋转工作台12的上侧面重叠。支撑体21固定支撑于摇摆臂18的另一侧端部。清洗模块20还可以包括固定支撑清洗液喷出器35的支撑体21。
清洗液喷出器35向晶片5的上侧面喷出清洗液60以便形成清洗液60的液膜62。超声波振荡器25使液膜62振动，使得液膜62发生超声波频率的振动。超声波振荡器25可以使所述液膜振动，使得液膜62发生700kHz至1200kHz频率的振动，即兆声波的振动，从而清洗晶片5的表面。
超声波振荡器25以下侧面31浸于在晶片5上侧面形成的液膜62的状态进行超声波振动，以在液膜62发生超声波振动。因此，液膜62的液位ME大于晶片5的上侧面与超声波振荡器25的下侧面31之间的高度GD。如果晶片5的上侧面与超声波振荡器25的下侧面31之间的高度GD过小，则在超声波振荡器25运转过程中，下侧面31可能会与晶片5发生碰撞而导致晶片5受损，相反，如果晶片5的上侧面与超声波振荡器25的下侧面31之间的高度GD过大，则清洗液60的喷出流量与超声波振动的强度需过度增大，因而优选地，所述高度GD可以为0.5mm至2.0mm。
超声波振荡器25的俯视形状大致为矩形，沿晶片5的辐射方向延伸。清洗模块20运转时，超声波振荡器25处于旋转轴线RC贯通超声波振荡器25的位置。在该位置，超声波振荡器25的长度方向一侧边界28相比晶片5外周更靠近旋转轴线RC，超声波振荡器25的长度方向另一侧边界29相比旋转轴线RC更靠近晶片5的外周或位于晶片5的外周外面。
晶片清洗装置10还可以包括向清洗液喷出器35供给清洗液60的清洗液供给部23。清洗液供给部23可以包括形成清洗液60流路的管子(tube)或软管。清洗液60例如可以为去离子水(DIW：deionized water)。
清洗液喷出器35的俯视形状大致为字母“L”形状，清洗液喷出器35可以包括一体结合的第一喷出部36和第二喷出部41。
第一喷出部36位于超声波振荡器25的宽度方向一侧边界26的周边，与超声波振荡器25的长度方向平行地延伸。
第二喷出部41位于超声波振荡器25的长度方向两端部中更靠近旋转轴线RC的一端部的周边。换言之，第二喷出部41位于超声波振荡器25的长度方向一侧边界28的周边。第二喷出部41与超声波振荡器25的宽度方向平行地延伸。
在第一喷出部36的下侧面37和第二喷出部41的下侧面42，可以形成有向晶片5的上侧面喷出清洗液60的多个喷出口38、43。
第一喷出部36的多个喷出口38可以配备于接近超声波振荡器25的宽度方向一侧边界26的第一喷出部36的拐角周边，在与超声波振荡器25的长度方向平行的一条虚拟直线上隔开排列。
第二喷出部41的多个喷出口43可以配备于接近超声波振荡器25的长度方向一侧边界28的第二喷出部41的拐角周边，在与超声波振荡器25的宽度方向平行的一条虚拟直线上隔开排列。
随着晶片5支撑于旋转工作台12并进行旋转，从第一喷出部36和第二喷出部41的多个喷出口38、43向晶片5的上侧面喷出的清洗液60向顺着晶片5旋转方向的方向流动。因此，从第一喷出部36的多个喷出口38喷出的清洗液60在喷出后立即横穿超声波振荡器25的宽度方向一侧边界26而进入超声波振荡器25的下侧面31下方，从而被施加超声波振动。
在超声波振荡器25的下侧面31下方被施加超声波振动的清洗液60，顺着晶片5的旋转方向，横穿超声波振荡器25的宽度方向另一侧边界27后，向超声波振荡器25外部流动。因此，超声波振动能量扩散至距离超声波振荡器25较远的晶片5外周部的上侧面，提高了晶片5上侧面的清洗能力和晶片5整体区域中清洗效果的均一性。
如果第一喷出部36以旋转轴线RC为基准与超声波振荡器25隔开180°左右，则从第一喷出部36喷出的清洗液60中有大量清洗液流动到晶片5外部而损失掉，并无法进入超声波振荡器25的下方被施加振动。
特别是在晶片5的上侧面形成液膜62并流动的清洗液60的流速，小于刚刚从第一喷出部36喷出后的清洗液60的流速，因而大量的清洗液60会沿着超声波振荡器25的下侧面31周边流动后排出到晶片5的外部，并无法进入进行超声波振动的超声波振荡器25的下方被施加超声波振动。因此，清洗效果会下降。
从第二喷出部41的多个喷出口43喷出的清洗液60进入超声波振荡器25的下侧面31区域中靠近旋转轴线RC的区域的下方而被施加超声波振动。由此，晶片5上侧面区域中靠近旋转轴线RC的区域的清洗能力得到加强。相比旋转轴线RC与第一喷出部36之间的最短距离SD1，旋转轴线RC与第二喷出部41之间的最短距离SD2更小。如果SD2大于SD1，则超声波振荡器25的宽度变短，超声波振动发生区域过小，或从第二喷出部41喷出的清洗液60喷出到与旋转轴线RC隔开的地点，因而靠近旋转轴线RC的区域的清洗能力无法得到加强。
第一喷出部36和第二喷出部41的下侧面37、42配置成比超声波振荡器25的下侧面31高出预设的高度差SD。换言之，晶片5的上侧面至清洗液喷出器35的下侧面37、42的高度GD+SD，大于晶片5的上侧面至超声波振荡器25的下侧面31的高度GD。
因超声波振荡器25的超声波清洗，晶片5上发生的异物会污染喷出口38、43，但是，如果第一喷出部36和第二喷出部41的下侧面37、42未配置得高于超声波振荡器25的下侧面31，则在超声波清洗之后的后续处理过程中，晶片5会被受到污染的喷出口38、43所污染。优选地，所述高度差SD的大小例如可以为3mm至8mm。
从多个喷出口38、43喷出的清洗液60从多个喷出口38、43向垂直于晶片5的上侧面的方向喷出，或者，以越向下方，即越靠近晶片5的上侧面，则越靠近超声波振荡器25的方式，从多个喷出口38、43沿倾斜方向喷出。
如果清洗液60向越向下方越远离超声波振荡器25的方向喷出，则清洗液60排出到晶片5的外部，并无法进入超声波振荡器25的下方，并未有利于晶片5的清洗的损失量增大。从喷出口38、43喷出的清洗液入射到晶片5上侧面的入射角AN1、AN2例如可以为40°至90°。所述入射角AN1、AN2可以通过试验确定。
流量充足的清洗液60通过清洗液喷出器35的多个喷出口38、43分散供给到晶片5的上侧面，因而在晶片5的上侧面形成被施加超声波振动的均一液膜62，抑制晶片5上侧面受损，因而半导体的良品收率也得到提高。
如果晶片5的旋转速度过小，则离心力过小，包含从晶片5去除的异物的清洗液60无法顺利排出到晶片5外部，因而晶片5会被异物再次污染。
如果晶片5的旋转速度过大，则离心力过大，无法在晶片5上侧面形成合理液位ME的液膜62，因而导致清洗效果下降。在用于制造半导体的约300mm左右直径(diameter)的晶片5支撑于旋转工作台12并旋转的情况下，晶片5的旋转速度可以为100rpm至500rpm。
晶片5的旋转速度越大，离心力越大，则为了在晶片5上侧面形成合理液位ME的液膜62，从清洗液喷出器35的多个喷出口38、43喷出的清洗液60的喷出流量越大。例如，如果晶片5的旋转速度为100rpm至500rpm范围，则清洗液喷出器35的清洗液60的喷出流量可以在2l/min(liter per minute)至7l/min范围内与晶片5的旋转速度成正比增加。
图7是本发明另一实施例的晶片清洗装置的俯视图。参照图7，本发明另一实施例的晶片清洗装置120与图1和图3所示的晶片清洗装置10一样，可以包括支撑晶片5并使晶片5旋转的旋转工作台12和清洗模块100。晶片5被环形框架2附着支撑，环形框架2吸附支撑于旋转工作台12的上侧面，其中，环形框架2包括：粘附片3，粘附支撑晶片5；以及卡环4，结合于粘附片3的外周部以维持粘附片3的张力。
清洗模块100可以包括：超声波振荡器105、清洗液喷出器115及固定支撑超声波振荡器105和清洗液喷出器115的支撑体101。清洗液喷出器115向晶片5的上侧面喷出清洗液以便形成清洗液的液膜。超声波振荡器105使液膜振动，使得液膜发生超声波频率的振动。
清洗液喷出器115的俯视形状大致为字母“L”形状，清洗液喷出器115可以包括结合成一体的第一喷出部116和第二喷出部121。第一喷出部116位于超声波振荡器105的宽度方向一侧边界106的周边，与超声波振荡器105的长度方向平行地延伸。第二喷出部121位于超声波振荡器105的长度方向两端部中更靠近旋转轴线RC的一端部周边。换言之，第二喷出部121位于超声波振荡器105的长度方向两侧边界108、109中更靠近旋转轴线RC的一侧边界108的周边。第二喷出部121与超声波振荡器105的宽度方向平行地延伸。
随着晶片5支撑于旋转工作台12并进行旋转，从第一喷出部116和第二喷出部121向晶片5的上侧面喷出的清洗液向顺着晶片5旋转方向的方向流动。因此，从第一喷出部116喷出的清洗液在喷出后立即横穿超声波振荡器105的宽度方向一侧边界106进入超声波振荡器105的下侧面下方，从而被施加超声波振动。
在超声波振荡器105的下侧面下方被施加超声波振动的清洗液顺着晶片5的旋转方向，横穿超声波振荡器105的宽度方向另一侧边界107而流动到超声波振荡器105外部。因此，超声波振动能量扩散至距离超声波振荡器105较远的晶片5外周部的上侧面，晶片5上侧面的清洗能力和晶片5整体区域中清洗效果的均一性得到提高。
在如图3和图7所示的晶片清洗装置10、120中，超声波振荡器25、105全部从旋转轴线RC向左侧延伸配置。但是，在如图3所示的晶片清洗装置10中，晶片5沿顺时针方向CW旋转，因而为了使清洗液从第一喷出部36喷出后立即无损失地进入超声波振荡器25，以图3为基准，第一喷出部36配置于超声波振荡器25的下方。反之，在如图7所示的晶片清洗装置120中，晶片5沿逆时针方向CCW旋转，因而为了使清洗液从第一喷出部116喷出后立即无损失地进入超声波振荡器105，以图7为基准，第一喷出部116配置于超声波振荡器105的上方。
从第二喷出部121喷出的清洗液进入超声波振荡器105下侧面区域中靠近旋转轴线RC的区域的下方而被施加超声波振动。由此，晶片5上侧面区域中靠近旋转轴线RC的区域的清洗能力得到增强。
本发明以附图中示出的一实施例为参考进行了说明，但这仅仅是示例，只要是本领域技术人员便会理解，可以由此导出多种变形及等同的其他实施例。因此，本发明真正的保护范围只应根据随附的权利要求书来确定。

Claims (9)

1.一种晶片清洗装置，其特征在于，包括：
旋转工作台，支撑晶片并使所述晶片旋转，以使所述晶片以旋转轴线为中心旋转；
清洗液喷出器，喷出清洗液，以便在所述晶片的上侧面形成液膜；以及
超声波振荡器，使所述液膜振动，以使所述液膜发生超声波频率的振动，
其中，所述清洗液喷出器包括第一喷出部，所述第一喷出部位于所述超声波振荡器的一侧周边并喷出所述清洗液，
所述清洗液从所述第一喷出部喷出后立即向顺着所述晶片的旋转方向的方向流动，从而进入所述超声波振荡器的下方。
2.根据权利要求1所述的晶片清洗装置，其特征在于，
所述超声波振荡器的俯视形状为沿所述晶片的辐射方向延伸的四边形形状，
所述第一喷出部与所述超声波振荡器的长度方向平行地延伸，
所述清洗液喷出器还包括第二喷出部，所述第二喷出部位于所述超声波振荡器的长度方向两端部中更靠近所述旋转轴线的一端部周边并喷出清洗液，所述第二喷出部与所述超声波振荡器的宽度方向平行地延伸。
3.根据权利要求2所述的晶片清洗装置，其特征在于，
相比所述旋转轴线与所述第一喷出部之间的最短距离，所述旋转轴线与所述第二喷出部之间的最短距离更小。
4.根据权利要求1所述的晶片清洗装置，其特征在于，
在所述清洗液喷出器的下侧面形成有供所述清洗液喷出的多个喷出口，
所述清洗液从所述多个喷出口沿垂直于所述晶片的上侧面的方向喷出，或者所述清洗液从所述多个喷出口沿倾斜方向喷出，以便越向下方越靠近所述超声波振荡器。
5.根据权利要求1所述的晶片清洗装置，其特征在于，
所述晶片的上侧面至所述清洗液喷出器的下侧面的高度大于所述晶片的上侧面至所述超声波振荡器的下侧面的高度。
6.根据权利要求1所述的晶片清洗装置，其特征在于，
所述超声波振荡器使所述液膜振动，以使所述液膜发生700kHz至1200kHz频率的振动。
7.根据权利要求1所述的晶片清洗装置，其特征在于，
所述晶片的旋转速度越大，所述清洗液喷出器喷出的所述清洗液的喷出流量越大。
8.根据权利要求7所述的晶片清洗装置，其特征在于，
所述晶片的旋转速度为100rpm至500rpm，
所述清洗液的喷出流量为2l/min至7l/min。
9.根据权利要求1所述的晶片清洗装置，其特征在于，
所述晶片以环形框架为介质而吸附支撑于所述旋转工作台，其中，所述环形框架包括：粘附片，粘附支撑所述晶片；以及卡环，结合于所述粘附片的外周部以便保持所述粘附片的张力。
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