一种晶圆清洗装置及清洗系统的制作方法

1.本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种晶圆清洗装置及清洗系统。


背景技术：

2.在半导体芯片dram(dynamic random access memory，动态随机存取存储器)生产过程中，炉管制程会将膜层材料如氧化硅、氮化硅和多晶硅等沉积到晶圆的背面，随着膜层的叠加，晶圆累积的物理应力会越来越大，导致晶圆翘曲程度不断增加，从而影响后续黄光制程的散焦和对准等，甚至导致图形结构畸变，降低产品的良率。因此需要对晶圆背面膜层进行清洗。


技术实现要素：

3.根据一些实施例，本技术第一方面提供一种晶圆清洗装置，包括：承载台、限位机构、清洗机构以及温度调节组件；
4.所述承载台具有用于承载晶圆的承载面，所述限位机构安装于所述承载面，用于限定放置所述晶圆的容纳区域；所述容纳区域具有若干个开口区，每个所述开口区具有多个开口部；
5.所述温度调节组件可单独控制每个开口区内所有开口部的气流状况，用于与所述清洗机构配合以使所述晶圆整体均匀受热，其中所述气流状况包括所述气流的温度。
6.本技术的实施例至少具有以下优点：
7.采用上述晶圆清洗装置清洗晶圆时，晶圆通过限位机构限位在承载面的容纳区域，容纳区域具有若干个开口区，每个开口区具有多个开口部；所有开口部均位于晶圆下方，并通入气体以保护晶圆正面的图形，温度调节组件可单独控制每个开口区内所有开口部的气流温度，清洗机构移动至晶圆上方喷洒清洗介质，用于清洗晶圆背面；温度调节组件与清洗机构配合，依据清洗机构喷洒的清洗介质温度调节晶圆下方的气流温度，使得整个晶圆均匀受热，从而提升晶圆背面膜层去除的均匀度。
8.在一些实施例中，所述清洗机构包括喷嘴组件，所述喷嘴组件的喷射口朝向所述承载面，且所述喷射口在所述承载面的正投影位于所述容纳区域的中心，用于向位于所述承载面上的晶圆喷射预设温度的清洗介质。
9.在一些实施例中，所述预设温度高于常温；
10.所述开口区为所述容纳区域中与所述晶圆的边缘对应的环形区域，且所述多个开口部环形分布于所述开口区。
11.在一些实施例中，所述多个开口部均匀分布于所述开口区。
12.在一些实施例中，所述温度调节组件包括位于所述承载台内部的主气道以及与所述主气道连通的多条支气道，所述支气道与所述开口部一一对应，且每条支气道与对应的开口部连通；所述主气道内部设有加热器，用于调节所述主气道内部气体温度。
13.在一些实施例中，所述温度调节组件还包括第一调节阀组，每一组相互对应的支
气道和开口部中，所述第一调节阀组用于调节不同支气道内的气流大小。
14.在一些实施例中，所述开口部为孔状结构，且所述开口部的孔径的大小为0.5
‑
1mm。
15.在一些实施例中，所述开口区中开口部的数量为20
‑
40个。
16.在一些实施例中，所述预设温度为常温；
17.所述容纳区域具有多个同心设置的环形开口区，每个所述环形开口区均具有多个开口部，且所述多个开口部沿所述环形开口区环形分布。
18.在一些实施例中，多个所述环形开口区等间距均匀设置。
19.在一些实施例中，所述多个开口部沿所述环形开口区均匀分布。
20.在一些实施例中，所述温度调节组件包括位于所述承载台内部的多条气道，所述气道与所述开口部一一对应，且每条气道与对应的开口部连通；所述多条气道中的每条气道内部均设有加热器，用于调节对应气道内部气体温度。
21.在一些实施例中，所述温度调节组件还包括第二调节阀组，同一开口区每一组相互对应的气道和开口部中，所述第二调节阀组用于调节不同气道内的气流大小。
22.在一些实施例中，所述开口部为孔状结构，且所述开口部的孔径的大小为0.5
‑
1mm。
23.在一些实施例中，每个所述开口区中开口部的数量为60
‑
120个。
24.根据一些实施例，本技术第二方面提供一种晶圆清洗系统，包括如第一方面实施例中任一项所述的晶圆清洗装置。
附图说明
25.图1为本发明实施例提供的一种晶圆清洗装置的结构示意图；
26.图2为图1中承载台的俯视图；
27.图3为本发明实施例提供的另一种晶圆清洗装置的结构示意图；
28.图4为图3中承载台的俯视图。
29.图标：100
‑
承载台；200
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限位机构；300
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清洗机构；400
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温度调节组件；500
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晶圆；110
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承载面；111
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开口部；410
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主气道；420
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支气道；430
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加热器；440
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气道。
具体实施方式
30.目前对晶圆背面膜层清洗的方法是将晶圆翻转至背面向上再用承载台承接，然后卡盘销将晶圆夹紧。晶圆下方通入n2以保护正面图形，清洗喷嘴移动至晶圆上方喷洒高温清洗介质，同时晶圆高速旋转，然后另一个清洗喷嘴移动至晶圆上方喷洒diw(去离子水)去除残留的清洗介质，最后喷洒n2干燥晶圆。目前使用高温(＞40℃)的清洗介质去除晶圆背面膜层难以得到较好的均匀度。现行的清洗方法是清洗喷嘴在晶圆上方距中心较小的区间来回喷洒清洗介质，同时晶圆在承载台的作用下高速旋转。然而，高速旋转时晶圆中心的线速度较低，晶圆边缘的线速度较高，导致中心区域清洗介质的液膜相对较厚、清洗介质的滞留时间相对较长，同时高温清洗介质也会使得晶圆中心温度高于晶圆边缘，造成晶圆中心的蚀刻率远大于晶圆边缘的蚀刻率，使蚀刻后形成中心凹陷的环状，影响后续黄光制程的散焦和对准等。本发明的目的是为了提高去除晶圆背面膜层的均匀度。
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
35.根据一些实施例，参照图1和图2，本技术第一方面提供一种晶圆清洗装置，包括：承载台100、限位机构200、清洗机构300以及温度调节组件400；承载台100具有用于承载晶圆500的承载面110，限位机构200安装于承载面110，用于限定放置晶圆500的容纳区域a；容纳区域a具有若干个开口区b，每个开口区b具有多个开口部111；温度调节组件400可单独控制每个开口区b内所有开口部111的气流状况，用于与清洗机构300配合以使晶圆500整体均匀受热，其中气流状况包括气流的温度。
36.本技术的实施例至少具有以下优点：
37.采用上述晶圆清洗装置清洗晶圆500时，晶圆500通过限位机构200限位在承载面110的容纳区域a，容纳区域a具有若干个开口区b，每个开口区b具有多个开口部111；所有开口部111均位于晶圆500下方，并通入气体(如氮气n2)以保护晶圆500正面的图形，温度调节组件400可单独控制每个开口区b内所有开口部111的气流温度，清洗机构300移动至晶圆500上方喷洒清洗介质，用于清洗晶圆500背面；温度调节组件400与清洗机构300配合，依据清洗机构300喷洒的清洗介质温度调节晶圆500下方的气流温度，使得整个晶圆500均匀受热，从而提升晶圆500背面膜层去除的均匀度。
38.例如，在一些实施例中，限位机构200为环形设置的多个卡盘销，多个卡盘销围成的圆形区域内部为容纳区域a。
39.在一些实施例中，清洗机构300包括喷嘴组件，喷嘴组件的喷射口朝向承载面110，且喷射口在承载面110的正投影位于容纳区域a的中心，用于向位于承载面110上的晶圆500喷射预设温度的清洗介质。
40.例如，参照图1，喷嘴组件的喷射口朝向承载面110，且对准容纳区域内晶圆500的圆心，随着晶圆500在承载台100的作用下高速旋转，喷嘴组件喷射的清洗介质铺满晶圆500的整个背面，用于清洗晶圆500背面的膜层。温度调节组件400调节开口部111的气体温度以与喷嘴组件喷出的清洗介质温度匹配，从而使晶圆500整体受热均匀，晶圆500中心的蚀刻
率与晶圆500边缘的刻蚀率相同或者近似，提高去除晶圆500背面膜层的均匀度。
41.例如，在一些实施例中，清洗机构300包括第一喷嘴组件和第二喷嘴组件，且第一喷嘴组件和第二喷嘴组件均可切换至喷射工位，即位于晶圆500中心的正上方，第一喷嘴组件用于喷射刻蚀晶圆500背面膜层的化学介质，第二喷嘴组件用于喷射冲洗晶圆500背面残留化学介质的去离子水。
42.在一些实施例中，预设温度高于常温；
43.开口区b为容纳区域a中与晶圆500的边缘对应的环形区域，且多个开口部111环形分布于开口区b。
44.例如，清洗方法中，将晶圆500翻转至背面向上再用承载台100承接，然后限位机构200如卡盘销将晶圆500夹紧。晶圆500下方通入n2以保护正面图形，喷嘴组件在晶圆500上方距中心较小的区间来回喷洒高温(＞40℃)清洗介质，同时晶圆500在承载台100的作用下高速旋转。该过程中晶圆500的中部区域受清洗介质的温度影响温度较高，且高于晶圆500边缘区域的温度，造成晶圆500中心的蚀刻率远大于晶圆500边缘的蚀刻率；为了增加晶圆500最边缘区域的蚀刻量，参照图1和图2，开口区b为容纳区域a中与晶圆500的边缘对应的环形区域，且多个开口部111环形分布于开口区b，经过温度调节组件400调节温度后的气体自容纳区域a的边缘流出吹向晶圆500的边缘区域，从而在一定程度上提高晶圆500边缘区域的温度，弥补晶圆500边缘区域的蚀刻量较低的问题，进而达到提高去除晶圆500背面膜层的均匀度。
45.在一些实施例中，多个开口部111均匀分布于开口区b。
46.例如，参照图2，开口区b为环形，且位于容纳区域a的边缘，环形开口区b的中心与容纳区域a的中心重合，环形开口区b内设置有一圈(图2中显示14个)开口部111，且多个开口部111均匀分布于环形开口区b中，以使晶圆500边缘区域的刻蚀量均匀提升。又例如，环形开口区b内设置有多圈开口部111，且每圈均包括多个开口部111，每圈的多个开口部111中，多个开口部111均匀分布。
47.在一些实施例中，温度调节组件400包括位于承载台100内部的主气道410以及与主气道410连通的多条支气道420，支气道420与开口部111一一对应，且每条支气道420与对应的开口部111连通；主气道410内部设有加热器430，用于调节主气道410内部气体温度。
48.例如，参照图1，承载台100内部设有主气道410以及与开口部111一一对应连通的支气道420，多条支气道420均与主气道410连通，主气道410内部设有加热器430，用于加热从主气道410内部流过的气体如n2，承载台100内的n2会从容纳区域a边缘的开口部111流出，使得晶圆500边缘的温度增加，具体可使晶圆500边缘的温度提高10
‑
20℃，用于弥补晶圆500边缘区域的蚀刻量较低的问题，从而提升膜层去除的均匀度。通过调节加热器430的工况达到控制主气道410内部气体温度以及开口部111气流温度的目的。各个开口部111气流温度均由主气道410内部加热器430统一控制，调节方便，易实现温度统一。
49.例如，在一些实施例中，为更方便调控开口部111的气流状况，温度调节组件400还包括第一调节阀组，每一组相互对应的支气道420和开口部111中，第一调节阀组用于调节不同支气道420内的气流大小。
50.在一些实施例中，开口部111为孔状结构，且开口部111的孔径的大小为0.5
‑
1mm，例如0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或者1mm。
51.例如，参照图2，开口部111为圆孔，开口部111的孔径的大小为0.5
‑
1mm。n2的流量设定为100
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200l/min，如100l/min、110l/min、120l/min、130l/min、140l/min、150l/min、160l/min、170l/min、180l/min、190l/min或者200l/min；加热器430的温度设定为50
‑
100℃，如50℃、60℃、70℃、80℃、90℃或者100℃。
52.又例如，在一些实施例中，开口部111为弧形槽。
53.例如，在一些实施例中，开口区b中开口部111的数量为20
‑
40个，开口部111的数量具体可以但不仅限于为20个、25个、30个、35个或者40个。
54.在一些实施例中，使用高温清洗介质，在承载台100内部新增加热器430来加热n2，通过控制n2的流量和加热器430的温度来控制晶圆500边缘的温度，增加晶圆500边缘区域的蚀刻量，以获得较好的清洗均匀度。
55.在一些实施例中，预设温度为常温；
56.容纳区域a具有多个同心设置的环形开口区b，每个环形开口区b均具有多个开口部111，且多个开口部111沿环形开口区b环形分布。
57.例如，清洗方法中，将晶圆500翻转至背面向上再用承载台100承接，然后限位机构200如卡盘销将晶圆500夹紧。晶圆500下方通入n2以保护正面图形，喷嘴组件在晶圆500上方距中心较小的区间来回喷洒常温清洗介质，同时晶圆500在承载台100的作用下高速旋转。为提高晶圆500背面的刻蚀速度，参照图3和图4，沿容纳区域a的径向，容纳区域a内分布有多圈开口区b，每圈开口区b均为环形区域，且每圈开口区b内均设有一圈或多圈的开口部111，每圈中多个开口部111围成以容纳区域a的中心为圆心的圆形，经过温度调节组件400调节温度后的气体自容纳区域a内的开口部111流出吹向晶圆500的正面，从而在一定程度上控制晶圆500各区域的温度，可使晶圆500整体均匀加热40
‑
70℃，改善晶圆500边缘区域的蚀刻量较低的问题，进而达到提高去除晶圆500背面膜层的均匀度。
58.在一些实施例中，多个环形开口区b等间距均匀设置。
59.例如，参照图4，多个环形开口区b均以容纳区域a的中心为圆心，且等间距如间距为零即相邻设置。
60.在一些实施例中，多个开口部111沿环形开口区b均匀分布。
61.例如，参照图4，每个开口区b均为环形，每个环形开口区b的中心与容纳区域a的中心重合，环形开口区b内设置有一圈开口部111，且多个开口部111均匀分布于环形开口区b中，以使晶圆500对应区域的刻蚀量均匀提升。又例如，环形开口区b内设置有多圈开口部111，且每圈均包括多个开口部111，每圈的多个开口部111中，多个开口部111均匀分布。
62.在一些实施例中，温度调节组件400包括位于承载台100内部的多条气道440，气道440与开口部111一一对应，且每条气道440与对应的开口部111连通；多条气道440中的每条气道440内部均设有加热器430，用于调节对应气道440内部气体温度。
63.例如，参照图3，承载台100内部设有与开口部111一一对应连通的气道440，每条气道440内部均设有加热器430，用于加热从气道440内部流过的气体如n2，承载台100内的n2会从容纳区域a的开口部111流出，使得晶圆500整体区域的温度增加，用于弥补晶圆500边缘区域的蚀刻量较低的问题，从而提升膜层去除的均匀度。通过调节各个加热器430的工况达到控制气道440内部气体温度以及开口部111气流温度的目的。各个开口部111气流温度均由每条气道440内部加热器430单独控制，调节灵活，易提高温度调节的灵敏性。清洗时先将
晶圆500放置于承载台100上进行加热一定时间，并将高温清洗介质改成常温，改善现行晶圆500边缘区域的蚀刻量较低的问题，从而提升膜层去除的均匀度。
64.例如，在一些实施例中，为更方便调控开口部111的气流状况，温度调节组件400还包括第二调节阀组，同一开口区b每一组相互对应的气道440和开口部111中，第二调节阀组用于调节不同气道440内的气流大小。
65.在一些实施例中，开口部111为孔状结构，且开口部111的孔径的大小为0.5
‑
1mm，例如0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或者1mm。
66.例如，参照图4，开口部111为圆孔，开口部111的孔径的大小为0.5
‑
1mm。n2的流量设定为100
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200l/min，如100l/min、110l/min、120l/min、130l/min、140l/min、150l/min、160l/min、170l/min、180l/min、190l/min或者200l/min；加热器430的温度设定为100
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200℃，如100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或者200℃。
67.又例如，在一些实施例中，开口部111为弧形槽。
68.例如，在一些实施例中，每个开口区b中开口部111的数量为60
‑
120个，开口部111的数量具体可以但不仅限于为60个、70个、80个、90个、100个、110个或者120个。
69.在一些实施例中，将高温清洗介质替换为常温清洗介质，在承载台100内部改变n2孔道分布并新增加热器430，通过控制n2孔道的数量、分布，n2气体的流量，以及加热器430的温度来控制晶圆500整体均匀加热，以获得较好的清洗均匀度。
70.根据一些实施例，本技术第二方面提供一种晶圆清洗系统，包括如第一方面实施例中任一项的晶圆清洗装置。
71.例如，在一些实施例中，晶圆清洗系统还包括与清洗机构配合的清洗介质供应装置等。
72.显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。