一种晶圆清洗设备的制作方法

本技术涉及晶圆制造，尤其是一种晶圆清洗设备。

背景技术：

1、在电子工业应用中，晶圆用来制备集成电路，芯片以网格形式构建其表面上。硅进过提纯、熔化和冷却以形成硅锭，然后将其切圆以形式晶圆。在执行切割、抛光进程中，势必会在晶圆成品的表面残留有大量的颗粒杂质，因此，需要后续对晶圆表面执行清洁处理，且清洁效果的好坏较直接影响着芯片制程及积体电路特性等质量问题。

2、晶圆清洁工艺的目的在于不改变或损坏晶圆表面的情况下去除污染物或颗粒杂质等，去除进程中借助于清洗液实施，且辅以气体吹干。就目前行业现状而言，通常借助于清洗刷头对晶圆表面进行刷洗，实际执行刷洗进程中，清洗刷头压靠于晶圆上，且晶圆维持于高速旋转状态，在清洗液的辅助下，弹性形变态刷毛反复地刷洗其表面。然而，刷洗清洁方式存在有以下问题，主要表现在：1)难以对清洗刷头施加于晶圆的下压力进行精准控制，进而会影响实际清洁效率以及效果；2)在清洗刷头的下压力作用下，晶圆的表面极易因受到硬质颗粒物刮擦而产生划痕，后续需要投入大量的人力、物力执行二次抛光操作；3)根据工艺制程要求，清洗后的晶圆需流转至风干工位，以便吹落、风干清洗液，通用做法为在清洗工位的下游需要额外配套有风干设备，如此，不但大大增加了实施成本，且所占用场地较大，不利于车间产线布局；4)清洁效果不佳，尤其是面对亚微细态颗粒杂质时；5)清洗液的使用量过大，单片晶圆清洁成本居高不下，且因清洗液多为高污染化学品，需花费大量资金以配套废水处理设备。因而，亟待本公司技术人员解决上述问题。

技术实现思路

1、故，本实用新型课题组鉴于上述现有的问题以及缺陷，乃搜集相关资料，经由多方的评估及考量，并经过课题组人员不断实验以及修改，最终导致该晶圆清洗设备的出现。

2、为了解决上述技术问题，本实用新型涉及了一种晶圆清洗设备，其包括机架、晶圆承载单元、去离子水清洗单元、风干单元、偏摆单元以及废水收集单元。晶圆承载单元用来承载待清洗晶圆，且以机架作为装配基础。去离子水清洗单元用来将去离子水雾化，且散射状喷向待清洗晶圆。风干单元用来向着清洗后晶圆喷射高压气体，直至其上无水分留存。偏摆单元与晶圆承载单元相配套应用，且其上同时集成安装去离子水清洗单元和风干单元。与去离子水清洗单元相配套的废水收集单元亦以机架作为装配基础，其用来收集去离子废水，且外排。执行晶圆清洗进程中，偏摆单元因受到驱动力作用而持续地执行往复偏摆运动，在某一时间段内，去离子水清洗单元所喷射的雾化去离子水持续地掠过待清洗晶圆的上表面，在下一时间段内，风干单元喷射的高压气体持续地掠过待清洗晶圆的上表面。

3、作为本实用新型所公开技术方案的进一步改进，偏摆单元包括有第一电机、第一旋转轴、皮带传动机构以及偏摆臂。第一电机和皮带传动机构相协作以向着第一旋转轴输入转动力矩，第一旋转轴得以绕其中心轴线交替地执行正、反向旋转运动。水平态布置的偏摆臂固定于第一旋转轴的上端头，且跟随第一旋转轴同步地执行周向旋转运动。

4、作为本实用新型所公开技术方案的更进一步改进，皮带传动机构包括有主动带轮、从动带轮以及同步齿形传动带。主动带轮由第一电机直接驱动。从动带轮套设、且固定于第一旋转轴上。同步齿形传动带同时紧套主动带轮和从动带轮。

5、作为本实用新型所公开技术方案的更进一步改进，去离子水清洗单元包括有供水管以及超声波喷头。超声波喷头可拆卸地固定于偏摆臂上。去离子水经由供水管而供应至超声波喷头，其经超声雾化后而形成液雾，且呈散射状喷向待清洗晶圆。风干单元包括有供气管、空气喷嘴以及固定座。固定座作为空气喷嘴和偏摆臂之间的安装过渡。高压气体经由供气管而供应至空气喷嘴，且呈散射状喷向已清洗完毕晶圆。

6、作为本实用新型所公开技术方案的更进一步改进，废水收集单元包括有废水收集罩和排水管。废水收集罩安装于机架的内部，且周向包围晶圆承载单元。在废水收集罩的侧壁上开设有用来同时避让超声波喷头和空气喷嘴的避让缺口。排水管与废水收集罩相配套，其用来将去离子废水向外排出。

7、作为本实用新型所公开技术方案的进一步改进，晶圆承载单元包括有第二电机、第二旋转轴以及载片台。水平态布置的载片台用来承载、定位待清洗晶圆，且其可拆卸地固定于第二旋转轴的上端头。第二旋转轴因受到来自于第二电机所输出转动力矩的作用下而带动载片台持续地执行周向旋转运动。

8、作为本实用新型所公开技术方案的更进一步改进，晶圆承载单元还包括有负压气体供应系统。由载片台的顶壁向下延伸以成型出有多个负压吸附孔。借由负压气体供应系统向着各负压吸附孔的内腔供入负压气体，待清洗晶圆在负压效应作用下得以被吸附、定位。

9、作为本实用新型所公开技术方案的进一步改进，晶圆清洗设备还包括有防水单元。防水单元用来杜绝清洗用去离子水溅射外溢，其以机架作为安装基础。

10、作为本实用新型所公开技术方案的更进一步改进，防水单元包括有动力部和防水卷帘。在预对晶圆执行正式清洗操作前，防水卷帘因受到来自于动力部的驱动力作用而执行拉展动作，直至完全罩盖晶圆承载单元；待晶圆被清洗完毕后，防水卷帘因受到反向力作用而收卷缩回，已清洗完毕晶圆得以取出，且下一件待清洗晶圆得以被装载。

11、在对晶圆预执行清洗操作前，首先，将其装载于晶圆承载单元，且晶圆在后续整个清洗进程中始终保持于高速周向旋转状态，而后，偏摆单元在驱动力的作用下其姿态发生变化，以带动去离子水清洗单元和风干单元持续地、往复掠过晶圆的正上方，在某一时间段内，去离子水清洗单元启动，以向着晶圆待清洗面喷射散射状雾化去离子水，且持续设定时间，在下一时间段内，去离子水清洗单元暂停工作，而风干单元启动，以向着晶圆已清洗面喷射高压气体，直至其上无水分留存，至此，即完成了晶圆清洗作业。

12、在实际应用中，本实用新型所公开的晶圆清洗设备至少取得了以下几方面的有益技术效果，具体为：

13、1)去离子水清洗单元和风干单元同时集成于偏摆单元，且跟随偏摆单元同步地掠过晶圆，如此，在偏摆单元发生动作的进程中，在同一同为即可顺序地完成晶圆去离子水的清洗、风干操作，而且使得晶圆清洗设备的设计结构得到有效地简化，利于降低其制造成本；

14、2)去离子水附加冲击动能后，可以有效地提升对污染物或颗粒杂质等的去除能力，而且可大大地减少去离子水的使用量；

15、3)晶圆表面所残存的亚微细态颗粒杂质得到彻底地清除，且杜绝了其表面因受到硬质颗粒物刮擦而产生划痕现象的发生；

16、4)清洗后无高污染性废水生成，且去离子废水经过滤后可重复利用，从而降低了后续废水处理成本，利于绿色生产目标的实现。

技术特征：

1.一种晶圆清洗设备，其特征在于，包括机架、晶圆承载单元、去离子水清洗单元、风干单元、偏摆单元以及废水收集单元；所述晶圆承载单元用来承载待清洗晶圆，且以所述机架作为装配基础；所述去离子水清洗单元用来将去离子水雾化，且散射状喷向待清洗晶圆；所述风干单元用来向着清洗后晶圆喷射高压气体，直至其上无水分留存；所述偏摆单元与所述晶圆承载单元相配套应用，且其上同时集成安装所述去离子水清洗单元和所述风干单元；与所述去离子水清洗单元相配套的所述废水收集单元亦以所述机架作为装配基础，其用来收集去离子废水，且外排；执行晶圆清洗进程中，所述偏摆单元因受到驱动力作用而持续地执行往复偏摆运动，在某一时间段内，所述去离子水清洗单元所喷射的雾化去离子水持续地掠过待清洗晶圆的上表面，在下一时间段内，所述风干单元所述喷射的高压气体持续地掠过待清洗晶圆的上表面。

2.根据权利要求1所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述偏摆单元包括有第一电机、第一旋转轴、皮带传动机构以及偏摆臂；所述第一电机和所述皮带传动机构相协作以向着所述第一旋转轴输入转动力矩，所述第一旋转轴得以绕其中心轴线交替地执行正、反向旋转运动；水平态布置的所述偏摆臂固定于所述第一旋转轴的上端头，且跟随所述第一旋转轴同步地执行周向旋转运动。

3.根据权利要求2所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述皮带传动机构包括有主动带轮、从动带轮以及同步齿形传动带；所述主动带轮由所述第一电机直接驱动；所述从动带轮套设、且固定于所述第一旋转轴上；所述同步齿形传动带同时紧套所述主动带轮和所述从动带轮。

4.根据权利要求2所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述去离子水清洗单元包括有供水管以及超声波喷头；所述超声波喷头可拆卸地固定于所述偏摆臂上；去离子水经由所述供水管而供应至所述超声波喷头，其经超声雾化后而形成液雾，且呈散射状喷向待清洗晶圆；所述风干单元包括有供气管、空气喷嘴以及固定座；所述固定座作为所述空气喷嘴和所述偏摆臂之间的安装过渡；高压气体经由所述供气管而供应至所述空气喷嘴，且呈散射状喷向已清洗完毕晶圆。

5.根据权利要求4所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述废水收集单元包括有废水收集罩和排水管；所述废水收集罩安装于所述机架的内部，且周向包围所述晶圆承载单元；在所述废水收集罩的侧壁上开设有用来同时避让所述超声波喷头和所述空气喷嘴的避让缺口；所述排水管与所述废水收集罩相配套，其用来将去离子废水向外排出。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述晶圆承载单元包括有第二电机、第二旋转轴以及载片台；水平态布置的所述载片台用来承载、定位待清洗晶圆，且其可拆卸地固定于所述第二旋转轴的上端头；所述第二旋转轴因受到来自于所述第二电机所输出转动力矩的作用下而带动所述载片台持续地执行周向旋转运动。

7.根据权利要求6所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述晶圆承载单元还包括有负压气体供应系统；由所述载片台的顶壁向下延伸以成型出有多个负压吸附孔；借由所述负压气体供应系统向着各所述负压吸附孔的内腔供入负压气体，待清洗晶圆在负压效应作用下得以被吸附、定位。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的晶圆清洗设备，其特征在于，还包括有防水单元；所述防水单元用来杜绝清洗用去离子水溅射外溢，其以所述机架作为安装基础。

9.根据权利要求8所述的晶圆清洗设备，其特征在于，所述防水单元包括有动力部和防水卷帘；在预对晶圆执行正式清洗操作前，所述防水卷帘因受到来自于所述动力部的驱动力作用而执行拉展动作，直至完全罩盖所述晶圆承载单元；待晶圆被清洗完毕后，所述防水卷帘因受到反向力作用而收卷缩回，已清洗完毕晶圆得以取出，且下一件待清洗晶圆得以被装载。

技术总结
本技术涉及晶圆制造技术领域，尤其是一种晶圆清洗设备，包括机架、晶圆承载单元、去离子水清洗单元、风干单元、偏摆单元以及废水收集单元。晶圆承载单元以机架作为装配基础。去离子水清洗单元用来将去离子水雾化，且散射状喷向待清洗晶圆。风干单元用来向着清洗后晶圆喷射高压气体。偏摆单元与晶圆承载单元相配套应用，且其上同时集成安装去离子水清洗单元和风干单元。废水收集单元亦以机架作为装配基础。如此，一方面，在偏摆单元发生动作的进程中，在同一工位即可依顺序完成晶圆去离子水的清洗、风干操作，且使得晶圆清洗设备的设计结构得到有效地简化；另一方面，去离子水附加冲击动能后，可有效地提升对污染物或颗粒杂质等的去除能力。

技术研发人员：邵西河,张文
受保护的技术使用者：江苏莱普激光技术有限公司
技术研发日：20230629
技术公布日：2024/1/15