CN204885113U

CN204885113U - 晶圆清洗刷和晶圆清洗装置

Info

Publication number: CN204885113U
Application number: CN201520683856.3U
Authority: CN
Inventors: 谷勋
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Tianjin Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Tianjin Corp
Priority date: 2015-09-06
Filing date: 2015-09-06
Publication date: 2015-12-16
Anticipated expiration: 2025-09-06

Abstract

本实用新型提供了一种晶圆清洗刷和晶圆清洗装置，所述晶圆清洗刷包括套筒和设置于套筒外周表面上的若干凸点结构，所述套筒外周表面包括沿套筒轴向分布的第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域分别位于套筒的中部和第一区域的两侧，其中，所述第一区域中凸点结构的密度小于第二区域中凸点结构的密度。本实用新型通过将第一区域中凸点结构的密度设置为小于第二区域中的凸点结构密度，避免了因套筒中部变形而导致晶圆的中心区域过度清洗问题。所述第一区域中的凸点结构包括交错排布的第一凸点结构和第二凸点结构，所述第一凸点结构的高度小于第二凸点结构的高度，进一步降低了晶圆的中心区域的清洗频率和清洗强度，保证了晶圆的良率。

Description

晶圆清洗刷和晶圆清洗装置

技术领域

本实用新型涉及半导体领域，特别涉及一种晶圆清洗刷和晶圆清洗装置。

背景技术

随着集成电路(简称IC)制造技术的飞速发展，集成电路的特征尺寸(CD)不断减小，在一片半导体晶圆上，半导体器件的数量不断增加。为了满足半导体器件数量增多的要求，在一片半导体晶圆上往往包括多层结构的半导体器件，而相邻层的半导体器件通过金属互连结构实现电连接，从而在特定面积的芯片上增加半导体器件数量，提高半导体器件的集成度。

在多层结构半导体器件制备过程中，需要在半导体衬底上沉积不同的材料层，并通过化学机械研磨(ChemicalMechanicalpolishing，CMP)等平坦化工艺去除部分厚度的材料层，以控制各材料层厚度的同时，提高各材料层的表面平整度，进而提高后续形成的半导体器件的性能。而且，在CMP后往往会通过刷子清洗半导体晶圆，以去除CMP在半导体晶圆表面形成的研磨残留。

图1至图3为现有的晶圆清洗刷，所述晶圆清洗刷包括滚轴11、套设于滚轴11上的套筒12以及设置于套筒12外周表面上的若干凸点结构13；所述凸点结构13用于充当刷毛，每个凸点结构13的形状为如图4所示的圆柱体结构。晶圆清洗之前，如图5和6所示，将所述晶圆清洗刷固定于一晶圆20的上方，并使所述套筒12的轴线投影穿过晶圆20的圆心；晶圆清洗时，所述滚轴11在马达的驱动下带动套筒12旋转，旋转过程中，所述凸点结构13会压紧晶圆表面并与晶圆表面形成接触摩擦从而实现清洗。

然而，发明人发现，在清洗过程中，所述套筒12会受力变形，并且所述套筒12的中部变形时会向下弯曲，使得套筒12中部上的凸点结构13一直接触晶圆的中心区域，造成了频繁清洗晶圆的中心区域问题，进而导致了晶圆的中心区域因频繁清洗而出现刮伤、腐蚀等问题，降低了晶圆的良率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种晶圆清洗刷和晶圆清洗装置，以避免晶圆的中心区域因频繁清洗而造成的刮伤、腐蚀等问题，提高晶圆良率。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种晶圆清洗刷，包括套筒和设置于所述套筒外周表面上的若干凸点结构，所述套筒外周表面包括沿所述套筒轴向分布的第一区域和第二区域，所述第一区域位于所述套筒的中部，所述第二区域位于所述第一区域的两侧，其中，所述第一区域中凸点结构的密度小于所述第二区域中凸点结构的密度。

可选的，在所述的晶圆清洗刷中，所述第一区域中凸点结构的密度为所述第二区域中凸点结构的密度的25％～75％。

可选的，在所述的晶圆清洗刷中，所述凸点结构包括固定于所述套筒外周表面上的底部结构和设置于所述底部结构上的顶部结构，其中，所述第一区域中凸点结构的顶部结构与晶圆接触的面积小于所述第二区域中凸点结构的顶部结构与晶圆接触的面积。

可选的，在所述的晶圆清洗刷中，所述第一区域中凸点结构的顶部结构与晶圆接触的面积为所述第二区域中凸点结构的顶部结构与晶圆接触的面积的40％～80％。

可选的，在所述的晶圆清洗刷中，所述顶部为球形凸起，所述底部结构为圆台、棱台、棱柱、圆柱或椭圆柱结构。

可选的，在所述的晶圆清洗刷中，所述第一区域中的凸点结构包括交错排布的第一凸点结构和第二凸点结构，所述第一凸点结构的高度小于所述第二凸点结构的高度。

可选的，在所述的晶圆清洗刷中，所述第二区域中的凸点结构的高度相等，所述第一区域中的凸点结构的平均高度等于所述第二区域中的凸点结构的高度。

可选的，在所述的晶圆清洗刷中，所述第一凸点结构的高度比所述第二区域中凸点结构的高度小2～5毫米，所述第二凸点结构的高度比所述第二区域中凸点结构的高度大2～5毫米。

可选的，在所述的晶圆清洗刷中，所述第二区域中凸点结构的高度为10～15毫米。

此外，本实用新型还提供了一种晶圆清洗装置，包括滚轴和如上任意一项所述的晶圆清洗刷，所述晶圆清洗刷套设于所述滚轴上，并在所述滚轴的驱动下对晶圆表面进行滚动清洗。

综上所述，本实用新型的晶圆清洗刷和晶圆清洗装置具有以下有益效果：

第一、本实用新型的晶圆清洗刷通过将第一区域中凸点结构的密度设置为小于第二区域中凸点结构的密度，避免了因套筒受力变形而使得位于套筒中部的第一区域中凸点结构在清洗过程中，始终接触晶圆中心区域而造成对晶圆中心区域频繁清洗问题，确保了晶圆良率；

第二、本实用新型的晶圆清洗刷仅通过减少与晶圆中心区域接触的凸点结构的密度，避免晶圆中心区域频繁清洗问题，设置方便，易于实施；

第三、本实用新型的晶圆清洗刷又进一步通过将第一区域中凸点结构的顶部结构与晶圆接触的面积设置为小于第二区域中凸点结构的顶部结构与晶圆接触的面积，可以减小与晶圆中心区域接触的凸点结构的接触面积，从而降低晶圆中心区域的清洗频率，进一步确保晶圆良率；

第四、本实用新型的晶圆清洗刷还通过将第一区域中的凸点结构设置为包括交错排布的第一凸点结构和第二凸点结构，其中，所述第一凸点结构的高度小于第二凸点结构的高度，可以减小与晶圆中心区域接触的凸点结构的接触面面积，从而减小晶圆中心区域受到的接触压力，进而降低晶圆中心区域受到的接触摩擦力，由此降低晶圆中心区域的清洗强度，避免晶圆中心区域因受清洗强度过大而导致的刮伤、腐蚀等问题，进一步确保晶圆良率。

附图说明

图1为现有的晶圆清洗刷的结构示意图；

图2为图1所示的晶圆清洗刷的主视示意图；

图3为图2所示的晶圆清洗刷的侧视示意图；

图4为现有的凸点结构的立体结构示意图；

图5为图1所示的晶圆清洗刷清洗晶圆时的结构示意图；

图6为图5所示的晶圆清洗刷的轴线剖视示意图；

图7为本实用新型实施例一的晶圆清洗刷的立体结构示意图；

图8为图7所示的晶圆清洗刷的主视示意图；

图9为本实用新型实施例一的凸点结构于套筒外周表面上的平面分布示意图；

图10为本实用新型实施例一的凸点结构的立体结构示意图；

图11为本实用新型实施例一另一凸点结构的立体结构示意图；

图12为图11所示的凸点结构与晶圆表面接触时的结构示意图；

图13为本实用新型实施例二的凸点结构于套筒外周表面上的部分结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供的晶圆清洗刷和晶圆清洗装置中，所述晶圆清洗刷包括套筒和设置于所述套筒外周表面上的若干凸点结构，所述套筒外周表面包括沿所述套筒轴向分布的第一区域和第二区域，所述第一区域位于所述套筒的中部，所述第二区域位于所述第一区域的两侧，其中，所述第一区域中凸点结构的密度小于所述第二区域中凸点结构的密度。所述晶圆清洗刷通过将第一区域中凸点结构的密度设置为小于第二区域中凸点结构的密度。本实用新型的晶圆清洗刷通过将第一区域中凸点结构的密度设置为小于所述第二区域中凸点结构的密度，避免了因套筒受力变形而使得位于套筒中部的第一区域中凸点结构，在清洗过程中始终接触晶圆中心区域而造成对晶圆中心区域频繁清洗问题，确保了晶圆良率；而且仅通过减少与晶圆中心区域接触的凸点结构的密度，设置方便，易于实施。

为使本实用新型的优点和特征更加清楚，以下结合附图7至13对本实用新型提出的晶圆清洗刷和晶圆清洗装置作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

【实施例一】

如图7至图9所示，本实施例的晶圆清洗刷包括套筒31以及设置于套筒31外周表面上的若干个凸点结构32，其中，所述套筒31的外周表面包括沿套筒31的轴向分布的第一区域33a和第二区域33b，所述第一区域33a位于套筒31的中部，所述第二区域33b位于第一区域33a的两侧，并且所述第一区域33a中凸点结构32的密度小于第二区域33b中凸点结构32的密度。

此处，所述凸点结构32的密度可以理解为：每平方毫米凸点结构的数量或者每单位长度内凸点结构的数量，本实用新型并不作具体限定，只要便于设置即可。本实施例中，所述凸点结构32用于充当刷毛，以对晶圆进行刷洗处理。

可选的，所述第一区域33a中的每平方毫米凸点结构的数量设置为第二区域33b中的每平方毫米凸点结构数量的25％～75％。例如：所述第二区域33b的外周表面面积为40平方毫米，同时所述第二区域33b的外周表面上分布有160个凸点结构32，那么，所述第二区域33b中的凸点结构32数量的分布密度为4个凸点结构/每平方毫米，由此，所述第一区域33a中的凸点结构32的数量的分布密度范围为1个凸点结构/每平方毫米～3个凸点结构/每平方毫米；具体的，当所述第一区域33a的外周表面面积为20平方毫米，那么，所述第一区域33a中的凸点结构32的数量为20个～60个。

上述晶圆清洗刷应用时，预先将所述晶圆清洗刷固定于晶圆的上方，并且所述晶圆清洗刷通过套筒31套设于滚轴(未图示)上，并使所述套筒31的轴线投影穿过所述晶圆的圆心，之后，所述滚轴在一马达的驱动下带动套筒31转动，同时所述晶圆在工作台的带动下与套筒31同方向转动，转动过程中，所述第一区域33a中凸点结构32和第二区域33b中凸点结构32均能够压紧所述晶圆表面并与所述晶圆表面形成接触摩擦，以通过接触摩擦力去除所述晶圆表面上的研磨残留。

本实施例提供的晶圆清洗刷通过降低与晶圆的中心区域接触的凸点结构32的密度，可以减少晶圆的中心区域的清洗频率(或者清洗次数)，从而避免晶圆的中心区域因受到频繁清洗而导致的刮伤、腐蚀等问题，不仅可以确保晶圆良率，而且仅通过减少与晶圆的中心区域接触的凸点结构32的密度，结构简单，设置方便，易于实施。

本实施例中，所述晶圆清洗刷还采用清洗液对晶圆表面进行清洗，所述清洗液会流至凸点结构32上以及凸点结构32之间，以全面地对晶圆表面清洗清洗。

作为优选的实施例，所述第一区域33a中凸点结构32交错排布于套筒31的外周表面上。所述第二区域33b中凸点结构32相应交错排布于套筒31的外周表面上。采用交错排布的方式可以清洗覆盖到晶圆表面上的每个区域，确保晶圆清洗质量。

如图10所示，所述凸点结构32优选为一圆柱体结构。其他实施例中，所述凸点结构32可选为圆台、棱台、棱柱或椭圆柱结构。

如图11所示，所述凸点结构32可进一步包括固定于套筒31外周表面上的底部结构32a和设置于底部结构32a上的顶部结构32b。所述顶部结构32b用于与晶圆表面接触从而形成接触摩擦，以对晶圆表面进行清洗。

特别的，所述第一区域33a中凸点结构32的顶部结构32b与晶圆接触的面积小于第二区域33b中凸点结构32的顶部结构32b与晶圆接触的面积。采用减小与晶圆的中心区域接触的凸点结构32的接触面积，利用降低晶圆的中心区域的清洗频率，进而避免晶圆的中心区域因受到频繁清洗而导致的刮伤、腐蚀等问题，进一步提高清洗质量。

可选的，所述第一区域33a中凸点结构32的顶部结构32b与晶圆接触的面积为第二区域33b中凸点结构32的顶部结构32b与晶圆接触的面积的40％～80％。例如：所述第二区域33b中凸点结构32的顶部结构32b与晶圆接触的面积为100平方毫米，则所述第一区域33a中凸点结构32的顶部结构32b与晶圆接触的面积优选为40平方毫米～80平方毫米。

如图12所示，并结合参阅图11，其中，图12中省略了晶圆清洗刷的一部分结构如套筒31的部分结构以及分布于套筒31上的一部分凸点结构32，并以垂直于套筒31的轴线方向投影进行说明，所述第一区域33a中凸点结构32的顶部结构32b优选为球形凸起。所述底部结构32a可选为圆台、棱台、棱柱、圆柱或椭圆柱结构。采用球形结构接触晶圆的中心区域，相比于其他形状的顶部如圆台、棱台、棱柱、圆柱或椭圆柱，所述球形凸起与晶圆40的中心区域的接触面较小，因而，所述晶圆的中心区域的清洗频率可以得到更有效降低，更好地确保晶圆良率。

【实施例二】

实施例二与实施例一不同之处在于：如图13所示，所述第一区域33a中的凸点结构32包括交错排布的第一凸点结构32c和第二凸点结构32d，所述第一凸点结构32c的高度小于第二凸点结构32d的高度。本实施例的晶圆清洗刷将第一区域33a中的凸点结构32设置为两种高度，利于总体上减小第一区域33a中的凸点结构32与晶圆的中心区域的接触面面积，从而减小晶圆的中心区域受到的接触压力，进而降低晶圆的中心区域受到的接触摩擦力，以通过减小接触摩擦力来降低晶圆的中心区域的清洗强度，避免晶圆的中心区域因受清洗强度过大而导致的刮伤、腐蚀等问题，进一步确保晶圆良率。

其中，图13中省略了晶圆清洗刷的一部分结构如套筒31的部分结构以及其余分布于套筒31上的凸点结构32，并以垂直于套筒31的轴线方向投影对本实施例进行说明。

具体地说，清洗晶圆表面时，所述晶圆清洗刷是通过凸点结构32压紧晶圆表面并与晶圆表面形成接触摩擦而实现清洗，其中，凸点结构与晶圆表面接触的接触摩擦力的计算公式如下：

F_S＝μ×Pd(1)

Pd＝Pa×Ap(2)

F_S＝μ×Pa×Ap(3)

公式(1)中，F_S为凸点结构与晶圆表面接触时的接触摩擦力值，μ为摩擦系数值，Pd为凸点结构与晶圆表面接触时晶圆表面受到的接触压力值。

公式(2)中，Pa为施加于凸点结构上的压强值，Ap为凸点结构与晶圆表面的接触面面积。

结合公式(1)和(2)，可以得到公式(3)，也就是凸点结构与晶圆表面接触的接触摩擦力值F_S与压强值Pa和接触面面积Ap有关，因此，为了解决晶圆的中心区域因接触摩擦力值F_S过大而引起的清洗强度过大问题，发明人采取通过减小压强值Pa和接触面面积Ap，来减小晶圆的中心区域受到的接触摩擦力值F_S，从而防止晶圆的中心区域出现刮伤、腐蚀等问题。

本实施例中，所述第二区域33b中的凸点结构32的高度相等，所述第一区域33a中的凸点结构32的平均高度优选等于第二区域33b中的凸点结构32的高度，以整体上平衡晶圆的清洗强度，避免清洗不均匀问题。

可选的，所述第一凸点结构32c的高度比第二区域33b中凸点结构32的高度小2～5毫米，所述第二凸点结构32d的高度比第二区域33b中凸点结构32的高度大2～5毫米。本实施例中，所述第二区域33b中的凸点结构32的高度优选为10～15毫米。当然，所述第二区域33b中的凸点结构32的高度包括但不局限于所述优选尺寸，具体的，可以根据实际需要作相应调整。

当所述第二区域33b中的凸点结构32的高度为10毫米时，所第一凸点结构32c的高度可选为5～8毫米，所述第二凸点结构32d的高度可选为12～15毫米。

【实施例三】

本实施例提供了一种晶圆清洗装置，其包括实施例一或实施例二所述的晶圆清洗刷以及滚轴，所述晶圆清洗刷套设于所述滚轴上，并在所述滚轴的驱动下对晶圆表面进行滚动清洗。

其中，所述晶圆清洗刷可对晶圆正面或反面进行清洗。当然，实际使用时，所述晶圆清洗装置也可包括一对实施例一和实施例二所述的晶圆清洗刷，以同时对晶圆的正反两个表面进行清洗。

本实施例中，所述晶圆清洗刷的套筒31套设于所述滚轴上，以通过所述滚轴驱动套筒31转动。所述晶圆清洗装置还包括用于驱动所述滚轴转动的马达，所述晶圆清洗装置通过所述马达驱动所述滚轴转动，并带动套筒31转动。

上述晶圆清洗装置应用时，所述晶圆清洗刷中的凸点结构32用于充当刷毛，所述第一区域33a中的凸点结构32的顶部结构32b可选为如图11所示的球形凸起，所述第二区域33b中的凸点结构32的形状可选为如图10所示的圆柱体结构。

结合参阅图7至图13，在晶圆的清洗过程中，将所述晶圆清洗刷固定于晶圆40的上方，并将所述套筒31的轴线投影穿过晶圆40的圆心，之后，使所述滚轴在所述马达的驱动下带动套筒31旋转，旋转过程中，所述晶圆清洗装置将自带的清洗液送入凸点结构32上以及凸点结构32之间，以通过化学力和机械力的共同作用而实现晶圆的清洗。

首先，所述晶圆清洗刷通过将第一区域中凸点结构的密度设置为小于第二区域中凸点结构的密度，可以避免套筒受力变形而使得位于套筒中部的第一区域中凸点结构在清洗过程中始终接触晶圆中心区域而造成对晶圆中心区域频繁清洗问题，确保晶圆良率。而且，所述晶圆清洗刷仅通过减少与晶圆中心区域接触的凸点结构的密度，设置方便，易于实施。

其次，所述晶圆清洗刷进一步通过将第一区域中凸点结构的顶部结构与晶圆接触的面积设置为小于第二区域中凸点结构的顶部结构与晶圆接触的面积，可以减小与晶圆中心区域接触的凸点结构的接触面积，从而降低晶圆中心区域的清洗频率，进一步确保晶圆良率。

再次，所述晶圆清洗刷又通过将第一区域中的凸点结构设置为包括交错排布的第一凸点结构和第二凸点结构，其中，所述第一凸点结构的高度小于第二凸点结构的高度，可以减小与晶圆中心区域接触的凸点结构的接触面面积，从而减小晶圆中心区域受到的接触压力，进而降低晶圆中心区域受到的接触摩擦力，由此降低晶圆中心区域的清洗强度，避免晶圆中心区域因受清洗强度过大而导致的刮伤、腐蚀等问题，进一步确保晶圆良率。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims

1.一种晶圆清洗刷，包括套筒以及设置于所述套筒外周表面上的若干凸点结构，其特征在于，所述套筒外周表面包括沿所述套筒轴向分布的第一区域和第二区域，所述第一区域位于所述套筒的中部，所述第二区域位于所述第一区域的两侧，其中，所述第一区域中凸点结构的密度小于所述第二区域中凸点结构的密度。

2.如权利要求1所述的晶圆清洗刷，其特征在于，所述第一区域中凸点结构的密度为所述第二区域中凸点结构的密度的25％～75％。

3.如权利要求1所述的晶圆清洗刷，其特征在于，所述凸点结构包括固定于所述套筒外周表面上的底部结构和设置于所述底部结构上的顶部结构，其中，所述第一区域中凸点结构的顶部结构与晶圆接触的面积小于所述第二区域中凸点结构的顶部结构与晶圆接触的面积。

4.如权利要求3所述的晶圆清洗刷，其特征在于，所述第一区域中凸点结构的顶部结构与晶圆接触的面积为所述第二区域中凸点结构的顶部结构与晶圆接触的面积的40％～80％。

5.如权利要求3所述的晶圆清洗刷，其特征在于，所述第一区域中凸点结构的顶部结构为球形凸起，所述底部结构为圆台、棱台、棱柱、圆柱或椭圆柱结构。

6.如权利要求1所述的晶圆清洗刷，其特征在于，所述第一区域中的凸点结构包括交错排布的第一凸点结构和第二凸点结构，所述第一凸点结构的高度小于所述第二凸点结构的高度。

7.如权利要求6所述的晶圆清洗刷，其特征在于，所述第二区域中的凸点结构的高度相等，所述第一区域中的凸点结构的平均高度等于所述第二区域中的凸点结构的高度。

8.如权利要求7所述的晶圆清洗刷，其特征在于，所述第一凸点结构的高度比所述第二区域中凸点结构的高度小2～5毫米，所述第二凸点结构的高度比所述第二区域中凸点结构的高度大2～5毫米。

9.如权利要求7所述的晶圆清洗刷，其特征在于，所述第二区域中凸点结构的高度为10～15毫米。

10.一种晶圆清洗装置，其特征在于，包括滚轴和如权利要求1至9中任一项所述的晶圆清洗刷，所述晶圆清洗刷套设于所述滚轴上，并在所述滚轴的驱动下对晶圆表面进行滚动清洗。