CN218394973U - 一种晶圆清洗设备工艺腔体及晶圆清洗设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种晶圆清洗设备工艺腔体及晶圆清洗设备，其中，工艺腔体包括腔体本体，腔体本体内有容纳电镀夹具的清洗空间；腔体本体的底部设置有进/排水口和喷淋组件，腔体本体的侧壁上部设置有侧进水组件；进/排水口用于向腔体本体内注入或排出清洗液，喷淋组件用于向电镀夹具底部喷淋清洗液，侧进水组件用于向电镀夹具侧面喷淋清洗液；腔体本体内还设置有使清洗液溢流的集液溢流槽，集液溢流槽低于侧进水组件设置。本实用新型克服了现有技术中清洗设备所存在的排水慢、清洗不完全且不彻底等缺陷，通过提高清洗设备工艺腔体排出废水的速度以及兼顾晶圆和电镀夹具清洗，大大提高晶圆表面洁净度。

Description

一种晶圆清洗设备工艺腔体及晶圆清洗设备

技术领域

本实用新型涉及半导体加工技术领域，具体地，涉及一种晶圆清洗设备工艺腔体以及包含该工艺腔体的晶圆清洗设备。

背景技术

伴随IC集成度的不断提高，保证晶圆表面洁净度对获得高性能和高成品率的IC器件至关重要。因此，行业内对晶圆表面洁净的优良标准日益严苛，晶圆清洗在工艺流程中变得尤为重要。清洗是为了尽可能地减少附着在晶圆表面的杂质，以避免晶圆表面的杂质对IC器件性能造成不利影响，进而避免产品的可靠性问题。因此在晶圆生产工艺过程中，每在进行下一个步骤之前，都需要对晶圆进行彻底的清洗。

现下的晶圆生产工艺中，晶圆在电镀夹具的夹持下在多种不同的试剂中浸泡反应，并在电镀夹具的夹持下在清洗设备中完成清洗。图1示出了现有技术中的电镀夹具200结构，在工艺过程中，晶圆设置在电镀夹具200底部位置(箭头B指向位置)，电镀夹具200下部设置有一保护壳(箭头A指向了该保护壳的边缘位置)，因电镀夹具200内部元器件多且较为精密复杂，因此电镀夹具200在工作时需注意防止进水，即要求工艺液体液面不超过保护壳边缘位置。

因此，现有的清洗工艺，无法通过将携带有晶圆的电镀夹具直接浸没于清洗液中的方式进行清洗，由此往往是选择将电镀夹具直接水平放置于清洗设备的工艺腔中，通过晶圆与清洗液或去离子水水平接触的方式进行清洗。实践表明，这一类清洗设备有如下两个缺点：

其一是排水速度慢，导致工艺腔内始终残存上一个工艺步骤的试剂(如电镀液)，造成工艺腔被污染；其二是晶圆清洗不完全，一方面，通过晶圆与清洗液或去离子水水平接触的方式无法将晶圆表面细微结构中的污渍清除出去，另一方面，该清洗过程无法同时兼顾晶圆表面和电镀夹具侧面的清洗(注：若电镀夹具侧面未清洗干净，因晶圆是在电镀夹具的夹持下进行各项工艺，故未清洗干净的电镀夹具会污染清洗干净的晶圆)。

上述两个缺点阻碍了晶圆表面洁净度的进一步提升，进而对半导体器件可靠性产生不利影响。基于此，本领域亟需一种能够克服上述两个缺点的清洗设备。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种晶圆清洗设备工艺腔体及包含该工艺腔体的晶圆清洗设备，通过提高工艺腔体排出废水的速度以及兼顾晶圆和电镀夹具清洗两个方向，大大提高晶圆表面洁净度。

为实现上述发明目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种晶圆清洗设备工艺腔体，包括腔体本体，所述腔体本体内形成有容纳电镀夹具的清洗空间；腔体本体的底部设置有进/排水口和喷淋组件，腔体本体的侧壁上部设置有侧进水组件；

所述进/排水口用于向腔体本体内注入或排出清洗液，喷淋组件用于向电镀夹具底部喷淋清洗液，侧进水组件用于向电镀夹具侧面喷淋清洗液；所述腔体本体内还设置有使清洗液溢流的集液溢流槽，集液溢流槽低于侧进水组件设置。

本技术方案中，通过采用以上所述结构设计，一方面，利用喷淋组件的设计，通过射流的动能冲击晶圆表面，以将晶圆表面微细结构内残留的药液冲刷出来，利用侧进水组件的设计，弥补传统清洗设备无法兼顾清洗电镀夹具侧面的缺点；另一方面，利用进/排水口和集液溢流槽两套排放形式，实现清洗液的快进快出，使工艺腔体内的流体迅速达到PH中性，防止工艺腔体被污染，且可通过二者的配合，实现对晶圆表面和电镀夹具侧面的冲洗。本技术方案克服了现有技术所存在的排水慢、清洗不完全且不彻底等缺陷，大大提升了晶圆表面洁净度，保证了半导体器件的可靠性。

须说明的是，第一，清洗用的液体可以是特定的清洗药液，也可以是去离子水，基于叙述的方便，本申请将其合称为清洗液；第二，因电镀夹具内部元器件多且较为精密复杂，因此在清洗时，需注意防止电镀夹具进水，因此要求工艺过程中清洗液的高度始终不超过电镀夹具的保护壳边缘位置(注：晶圆生产工艺中，晶圆在电镀夹具的夹持下在多种不同的试剂中浸泡反应，基于相同的原因，工艺液体亦是不能超过电镀夹具的保护壳边缘位置，因此对电镀夹具的清洗，只须清洗保护壳边缘位置以下的侧面即可)。

优选地，所述集液溢流槽包括溢流沟槽和设置于腔体本体底部的溢流排水口，所述腔体本体内还设置有环形挡板，环形挡板与腔体本体侧壁之间形成溢流沟槽，溢流沟槽下接溢流排水口，所述环形挡板内部空间形成清洗槽。

本技术方案中，通过采用以上所述结构设计，利用环形挡板的设计形成溢流沟槽，一方面，环形挡板在工艺腔体快速注入清洗液时能够起到缓冲作用，另一方面，相较于直接在工艺腔体侧壁开孔以进行溢流的方式，本技术方案的结构更为简单，加工更为便捷，且便于通过溢流排水口实现对清洗液的回收。

优选地，还包括存储槽、回收管道、循环控制阀、流量泵、在线加热器以及过滤器，溢流排水口与存储槽连接，回收管道依次连接存储槽的排液口、循环控制阀、流量泵、在线加热器、过滤器以及进/排水口。

本技术方案中，通过采用以上所述结构设计，使通过集液溢流槽溢流出的清洗液能够被回收循环利用，大大降低工艺成本，并且在对清洗液进行回收循环利用的过程中，还可利用在线加热器对清洗液进行加热，以进一步提升清洗效果。

优选地，所述溢流排水口的数量为多个，多个溢流排水口均匀分布于腔体本体的底部。

因进/排水口采用大口径设计且通过压力作用注水，而溢流排水口通过重力作用排水，若溢流排水口的口径较进/排水口小，则难以实现压力注水和重力排水之间流量的平衡，因此本技术方案通过采用以上所述结构设计，将溢流排水口的数量设计为多个，一方面加大溢流排水口的排水总口径，便于形成压力注水和重力排水之间的流量平衡；另一方面，多个溢流排水口的设计也使得排水过程更加平缓且高效。

优选地，所述喷淋组件包括喷淋管和设置于工艺腔体底部的进水口，所述喷淋管包括若干喷淋口，若干喷淋口沿腔体本体底部的中心轴线设置。

本技术方案中，通过采用以上所述结构设计，使喷淋管沿腔体本体底部的中心轴线设置，由此能够从中间位置对晶圆表面进行冲刷，从而提高清洗的效率。

优选地，所述腔体本体的底部还设置有热水喷头，热水喷头用于向电镀夹具底部喷淋加热后的清洗液。

本技术方案中，通过采用以上所述结构设计，在设置有喷淋组件的基础上，加设热水喷头，通过热水喷头和喷淋组件的共同作用，将晶圆表面微细结构内残留的药液冲刷出来，进一步提升清洗效果。

优选地，所述侧进水组件包括多个侧面进水口，多个侧面进水口均匀且等高设置于腔体本体侧壁。

本技术方案中，通过采用以上所述结构设计，当对电镀夹具进行清洗时，多个侧面进水口将环绕电镀夹具侧面并对其进行冲洗，最大限度确保电镀夹具侧面的各个位置均得到了清洗。

优选地，所述腔体本体的底内壁呈倒锥形结构，进/排水口设置于倒锥形结构的最低点位置。

本技术方案中，通过采用以上所述结构设计，一方面使得进/排水口注入大流量水的过程中，能够起到一定的缓冲作用，另一方面，便于清洗废水的快速排出。

一种晶圆清洗设备，包括以上任一项所述的晶圆清洗设备工艺腔体。

本技术方案中，通过采用以上所述结构设计，克服了现有技术中清洗设备所存在的排水慢、清洗不完全且不彻底等缺陷，大大提升了晶圆表面洁净度。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型提供的晶圆清洗设备工艺腔体，设计了底部快速进、排水双用的进/排水口以及集液溢流槽两套液体排放结构，实现了对腔体内液体排放方式及排放速度的控制，使得在工艺过程中，清洗液能够快进快出，以使得腔体内的液体迅速达到PH中性，避免腔体内部被污染，由此提升清洗效果。

2、本实用新型提供的晶圆清洗设备工艺腔体，设计了底部喷淋和侧面冲洗两套清洗结构，底部喷淋利用射流的动能冲击晶圆表面把微细结构内残留的电镀药液冲刷出来，侧面冲洗弥补了传统清洗设备无法兼顾清洗电镀夹具侧面的缺点，由此大大提升清洗效果，提高晶圆表面洁净度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为现有技术中使用的电镀夹具的结构示意图；

图2为本实用新型第一实施例所述晶圆清洗设备工艺腔体的结构示意图；

图3为本实用新型第一实施例所述晶圆清洗设备工艺腔体的剖视图一；

图4为本实用新型第一实施例所述晶圆清洗设备工艺腔体的剖视图二。

图中示出：

100-晶圆清洗设备工艺腔体；

10-腔体本体；

11-腔体底壁；

12-腔体侧壁；

13-清洗空间；

20-进/排水口；

30-喷淋组件；

31-喷淋进水口；

32-喷淋管；

40-侧进水组件；

41-侧进水口；

50-集液溢流槽；

51-溢流排水口；

52-溢流沟槽；

60-热水喷头；

70-环形挡板；

71-清洗槽；

200-电镀夹具；

A-保护壳边缘；

B-晶圆所在位置

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，本申请中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、底…)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

第1实施例

如图2至图4所示，本实施例提供一种晶圆清洗设备工艺腔体100，该工艺腔体包括腔体本体10，腔体本体10为由腔体底壁11和腔体侧壁12围合而成的开口向上的近圆柱体结构，腔体本体10内形成有容纳电镀夹具200的清洗空间13。

如图2和图3所示，腔体本体10内设置有集液溢流槽50，集液溢流槽50包括溢流沟槽52和溢流排水口51，集液溢流槽50用于排出腔体本体10内溢流而出的清洗液。具体地，腔体本体10内设置有一环形挡板70，环形挡板70的底部固定于腔体底壁11或与腔体底壁11一体成型，环形挡板70和腔体侧壁12之间形成溢流沟槽52，环形挡板70内部空间则形成清洗槽71。其中，溢流沟槽52下接设置于腔体本体10底部的溢流排水口51。本实施例中，溢流排水口51的数量为4个，4个溢流排水口51均匀分布在腔体本体10底部圆周上。

此外，本实施例提供的晶圆清洗设备工艺腔体100还包括存储槽、回收管道、循环控制阀、流量泵、在线加热器以及过滤器，其中，溢流排水口51与存储槽连接，回收管道依次连接存储槽的排液口、循环控制阀、流量泵、在线加热器、过滤器以及进/排水口20。该结构设计使得，当需要使通过集液溢流槽50溢流的清洗液被回收循环利用时，开启循环控制阀，清洗液经溢流排水口51流出进入存储槽后，在流量泵的作用下，沿回收管道经在线加热器加热、过滤器过滤后重新通过进/排水口20注入清洗槽71，并可以此实现进水溢流排水回收循环。

进一步地，如图3所示，腔体本体10的底部还设置有进/排水口20，进/排水口20设置于腔体本体10底部的圆心位置，其内设置有进水阀和排水阀，是一个大口径的进/排两用口，在本实施例提供的晶圆清洗设备工艺腔体100工作时，清洗液可通过进/排水口20快速进入清洗槽71内部，或是清洗废水可通过进/排水口20快速从清洗槽71排出。

特别地，本实施例中，腔体底壁11采用倒锥形结构设计，进/排水口20即设置在腔体底壁11倒锥形结构的最低点位置。该结构设计，一方面使得进/排水口20注入大流量清洗液的过程中，能够起到一定的缓冲作用，另一方面，便于清洗废水的快速排出，同时，该结构设计也使得后文提到的喷淋管32沿腔体底壁12的直径方向设置与进/排水口20设置于腔体本体10底部的圆心位置不相冲突。

此外，腔体本体10内还设置有喷淋组件30，喷淋组件30包括喷淋管32和设置于腔体本体10底部的喷淋进水口31，本实施例中，如图4所示，喷淋进水口31的数量为两个，两个喷淋进水口31分别连接喷淋管32的两端，喷淋管32上沿其长度方向设置有多个喷淋口，在清洗晶圆时，清洗液由喷淋进水口31进入喷淋管32，并通过喷淋管32上设置的喷淋口喷淋在电镀夹具200的底部位置，即喷淋在晶圆上，由此借助于射流的动能冲击晶圆表面，将晶圆表面微细结构内残留的药液冲刷出来。

特别地，本实施例将喷淋管32沿腔体底壁11的直径方向设置，由此能够正对晶圆的中间位置进行喷淋，提升喷淋均匀性及清洗效果。并且，本实施例还在腔体本体10底部设置热水喷头60，热水喷头60用于喷出加热后的清洗液，其与喷淋组件30共同作用以提高对晶圆表面的清洁效果。

进一步地，如图2和图3所示，腔体本体侧壁12(具体为内侧壁)还设置有侧进水组件40，侧进水组件40高于集液溢流槽50上边缘设置，侧进水组件40包括多个侧进水口41，侧进水口41沿腔体侧壁的圆周方向均匀且等高分布在腔体侧壁12上，清洗电镀夹具200时，侧进水口41环绕电镀夹具200侧面并向电镀夹具200侧面喷淋清洗液以完成电镀夹具200侧面的清洗，由于侧进水口41设置多个且均匀分布，因此能够保证电镀夹具200侧面各个位置的清洁效果。

本实施例提供的晶圆清洗设备工艺腔体100的工艺操作流程可进行如下：

S1：使电镀夹具200夹持晶圆进入腔体本体10内部，开启喷淋组件30，使之向电镀夹具200底部喷淋清洗液，以通过高强度的喷力将晶圆一些细微结构中的污渍冲洗出来。该环节进行过程中，进/排水口20的排水阀处于开启状态，进水阀处于关闭状态，喷淋组件30喷淋的废水可通过进/排水口20排出腔体本体10外。

S2：保持电镀夹具200保护壳边缘A稍高于集液溢流槽50上边缘，使进/排水口20的排水阀处于关闭状态，进水阀处于开启状态，由此通过进/排水口20往清洗槽71内注入大流量清洗液，液位不断上升直到溢出至集液溢流槽50，此时，可使集液溢流槽50的溢流排水口51阀门延迟开启，由此使得集液溢流槽50内的溢出液液位高度不断上升，直到集液溢流槽50槽内的液位高度与集液溢流槽50槽外即清洗槽71的液位高度达到预设的高度差(如低8～10mm),此时使集液溢流槽50的溢流排水口51阀门开启,清洗液通过集液溢流槽50排放，实现进/排水口20注水与集液溢流槽50排水的流量平衡。

步骤S2的上述过程中，清洗液通过进/排水口20不断注入清洗槽71内，并通过集液溢流槽50不断溢流，由于电镀夹具200保护壳边缘A仅是稍高于集液溢流槽50上边缘，因此清洗液持续冲洗晶圆表面及电镀夹具200保护壳边缘A以下位置，由此提高晶圆表面及电镀夹具200侧面的洁净度。并且，此阶段的清洗液可被回收循环利用，具体地，可在开启溢流排水口51的同时使循环控制阀处于开启状态，清洗液经溢流排水口51流出进入存储槽后，在流量泵的作用下，沿回收管道经在线加热器加热、过滤器过滤后重新通过进/排水口20注入清洗槽71，实现清洗液的回收循环利用。经过一段时间的进水溢流排水回收循环后，工艺腔体内的清洗液迅速达到PH中性。此阶段清洗完成后，使进/排水口20进水阀处于关闭状态，排水阀处于开启状态，并使循环控制阀处于关闭状态，使清洗槽71内的液体通过进/排水口20迅速排出，集液溢流沟槽50内的液体通过溢流排水口51迅速排出。

S3：此步骤将对电镀夹具200侧面进行清洗。具体地，鉴于电镀夹具200内部元器件多且较为精密复杂，因此整个过程都须注意防止电镀夹具200进水，即最后一个环节中，电镀夹具200不能简单的通过浸没在药液中清洗其侧面。因此，在该清洗阶段，使电镀夹具200上升至其保护壳边缘A稍高于侧进水组件40的侧进水口41，而后使侧进水口41进水以喷淋冲洗电镀夹具200侧面并完成最终清洗，该阶段的清洗废液若流入清洗槽71，则可通过进/排水口20排出，若流入集液溢流槽50，则可通过溢流排水口51排出，不进行回收利用。

第2实施例

本实施例提供一种晶圆清洗设备，该设备包括实施例1所述的晶圆清洗设备工艺腔体100。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。

Claims (9)

1.一种晶圆清洗设备工艺腔体，其特征在于，包括腔体本体，所述腔体本体内形成有容纳电镀夹具的清洗空间；腔体本体的底部设置有进/排水口和喷淋组件，腔体本体的侧壁上部设置有侧进水组件；

所述进/排水口用于向腔体本体内注入或排出清洗液，喷淋组件用于向电镀夹具底部喷淋清洗液，侧进水组件用于向电镀夹具侧面喷淋清洗液；所述腔体本体内还设置有使清洗液溢流的集液溢流槽，集液溢流槽低于侧进水组件设置。

2.根据权利要求1所述的晶圆清洗设备工艺腔体，其特征在于，所述集液溢流槽包括溢流沟槽和设置于腔体本体底部的溢流排水口，所述腔体本体内还设置有环形挡板，环形挡板与腔体本体侧壁之间形成溢流沟槽，溢流沟槽下接溢流排水口，所述环形挡板内部空间形成清洗槽。

3.根据权利要求2所述的晶圆清洗设备工艺腔体，其特征在于，还包括存储槽、回收管道、循环控制阀、流量泵、在线加热器以及过滤器，溢流排水口与存储槽连接，回收管道依次连接存储槽的排液口、循环控制阀、流量泵、在线加热器、过滤器以及进/排水口。

4.根据权利要求2所述的晶圆清洗设备工艺腔体，其特征在于，所述溢流排水口的数量为多个，多个溢流排水口均匀分布于腔体本体的底部。

5.根据权利要求1所述的晶圆清洗设备工艺腔体，其特征在于，所述喷淋组件包括喷淋管和设置于工艺腔体底部的进水口，所述喷淋管包括若干喷淋口，若干喷淋口沿腔体本体底部的中心轴线设置。

6.根据权利要求1所述的晶圆清洗设备工艺腔体，其特征在于，所述腔体本体的底部还设置有热水喷头，热水喷头用于向电镀夹具底部喷淋加热后的清洗液。

7.根据权利要求1所述的晶圆清洗设备工艺腔体，其特征在于，所述腔体本体的底内壁呈倒锥形结构，所述进/排水口设置于倒锥形结构的最低点位置。

8.根据权利要求1所述的晶圆清洗设备工艺腔体，其特征在于，所述侧进水组件包括多个侧面进水口，多个侧面进水口均匀且等高设置于腔体本体侧壁。

9.一种晶圆清洗设备，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的晶圆清洗设备工艺腔体。

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