專利名稱：晶片清洗裝置及清洗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路器件清洗技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種晶片清洗裝置及清洗方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路特征尺寸進(jìn)入到深亞微米階段，對晶片制造エ藝中清洗的控制要求也越來越高，清洗的均勻性變成了一個(gè)挑戰(zhàn)性的問題。采用兆聲波作用下的清洗有助于提高晶片的清洗效果，井能極大的提高污染顆粒的去除效率。但是由于兆聲波聲場的干涉現(xiàn) 象，在晶片表面會(huì)形成很多聲場強(qiáng)度很高的熱點(diǎn)，同時(shí)也形成很多聲場強(qiáng)度很低的死點(diǎn)，在晶片表面的聲場強(qiáng)度的均勻性很難達(dá)到。另外，兆聲波聲場干涉所形成的熱點(diǎn)很容易使氣泡破裂，氣泡破裂形成的氣蝕也増加了圖形晶片微細(xì)結(jié)構(gòu)損壞的風(fēng)險(xiǎn)和可能性。雖然在改進(jìn)的過程中，有利用頻率掃描的辦法來減少熱點(diǎn)的形成，但由于頻率掃描僅圍繞這ー個(gè)中心頻率，并且這個(gè)圍繞中心頻率變化的掃描只施加在一個(gè)兆聲波振子上，兆聲波振子的機(jī)械振動(dòng)的固有頻率是一定的(一般等于兆聲波的中心頻率)，偏離中心頻率的變化會(huì)造成振子振幅的減少使得傳播的兆聲波能量下降，從而在晶片表面上形成的聲能量密度隨著掃描頻率變化，無法產(chǎn)生均勻性的聲場。雖然也有用頻率疊加組合的辦法，但由于頻率疊加組合的電壓仍施加在同一個(gè)兆聲波振子上，振子振動(dòng)的變化過大影響了電聲轉(zhuǎn)化的效率，使得清洗的效果有所下降。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何滿足晶片上的兆聲波聲場強(qiáng)度的均勻性，以提高對晶片的清洗效果。( ニ )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種晶片清洗裝置，所述裝置包括用于承載晶片的晶片承載單元、設(shè)置于所述晶片承載單元上方的晶片正面兆聲波清洗噴頭、設(shè)置于所述晶片承載單元內(nèi)的晶片背面兆聲波清洗単元、旋轉(zhuǎn)軸、中空管、噴淋臂、噴淋臂電機(jī)、以及晶片旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所述晶片正面兆聲波清洗噴頭上設(shè)有液體進(jìn)入口、且下側(cè)設(shè)有與所述液體進(jìn)入口連通的液體噴出ロ，所述噴淋臂與所述晶片正面兆聲波清洗噴頭連接，所述噴淋臂與所述噴淋臂電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，所述晶片旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與所述旋轉(zhuǎn)軸連接，所述旋轉(zhuǎn)軸與所述晶片承載單元的中心連接，所述旋轉(zhuǎn)軸的軸心設(shè)有中空管，所述中空管內(nèi)設(shè)有背面供液管，所述晶片背面兆聲波清洗単元固定于所述中空管上。優(yōu)選地，所述裝置還包括控制單元，所述噴淋臂電機(jī)與所述晶片旋轉(zhuǎn)電機(jī)分別與所述控制單元連接。優(yōu)選地，所述晶片正面兆聲波清洗噴頭包括第一外殼、第一換能器、以及第ー諧振器，所述第一諧振器設(shè)于所述第一換能器與所述晶片承載單元之間，所述第一換能器和第一諧振器均設(shè)于所述第一外殼內(nèi)。優(yōu)選地,所述第一換能器設(shè)于第一腔室內(nèi)，所述第一腔室設(shè)于所述第一外殼內(nèi)，所述第一腔室上相對的兩端分別設(shè)有氣冷流體入口和氣冷流體出ロ。優(yōu)選地，所述第一換能器和所述第一諧振器之間設(shè)有耦合層，所述耦合層與所述第一換能器緊密連接 。優(yōu)選地，所述第一諧振器上設(shè)有孔陣列，所述孔陣列中的孔軸線豎直，所述孔陣列為所述液體噴出口。優(yōu)選地，所述晶片承載單元為圓盤狀的卡盤，所述卡盤上設(shè)置有至少三個(gè)沿徑向分布的輻條狀卡爪，用干支撐晶片，所述晶片背面兆聲波清洗単元包括第二外殼、以及第ニ換能器，所述第二換能器由ー個(gè)或多個(gè)壓電晶體振子組成、且設(shè)于所述第二外殼內(nèi)，所述第二換能器的形狀為長方形或三角形、且能覆蓋所述晶片的半徑。優(yōu)選地，所述第二換能器設(shè)于第二腔室內(nèi)，所述第二腔室設(shè)于所述第二外殼內(nèi)，所述第二腔室底側(cè)分別設(shè)有氣冷流體入口和氣冷流體出ロ。優(yōu)選地，所述晶片正面兆聲波清洗噴頭和晶片背面兆聲波清洗單元采用不同的兆
聲波頻率。本發(fā)明還公開了ー種基于所述的裝置的清洗方法，所述方法包括以下步驟SI :將晶片放置于晶片承載單元上；S2:旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)所述晶片承載單元旋轉(zhuǎn)，正面兆聲波清洗噴頭向晶片上表面噴出清洗液，噴淋臂電機(jī)通過噴淋臂帶動(dòng)所述正面兆聲波清洗噴頭旋轉(zhuǎn)，背面供液管向所述晶片下表面噴出清洗液，晶片背面兆聲波清洗単元開始工作；S3:所述正面兆聲波清洗噴頭產(chǎn)生第一預(yù)設(shè)頻率的兆聲波，背面兆聲波清洗単元產(chǎn)生第二預(yù)設(shè)頻率的兆聲波，所述第一預(yù)設(shè)頻率的兆聲波和第二預(yù)設(shè)頻率的兆聲波合成所形成的相移和畸變在所述晶片上表面和下表面的清洗液內(nèi)形成均勻的聲場，以實(shí)現(xiàn)對晶片的均勻清洗，同時(shí)減小和消除了由兆聲波產(chǎn)生的劇烈氣蝕對晶片特征尺寸結(jié)構(gòu)的破壞。(三)有益效果本發(fā)明通過晶片正面兆聲波清洗噴頭產(chǎn)生的第一預(yù)設(shè)頻率的兆聲波和晶片背面兆聲波清洗單元產(chǎn)生的第二預(yù)設(shè)頻率的兆聲波合成所形成的相移和畸變在所述晶片上表面和下表面的清洗液內(nèi)形成均勻的聲場，以實(shí)現(xiàn)對晶片的清洗，滿足了晶片上的兆聲波聲場強(qiáng)度的均勻性，提高了對晶片的清洗效果，同時(shí)減小和消除了由兆聲波產(chǎn)生的劇烈氣蝕對晶片特征尺寸結(jié)構(gòu)的破壞。


圖I是按照本發(fā)明ー種實(shí)施方式的晶片清洗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I所示的裝置中正面兆聲波清洗噴頭的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)ー步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。圖I是按照本發(fā)明ー種實(shí)施方式的晶片清洗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；參照圖1，本實(shí)施方式的裝置包括用于承載晶片4的晶片承載單元5、設(shè)置于所述晶片承載單元5上方的晶片正面兆聲波清洗噴頭I、設(shè)置于所述晶片承載單元5內(nèi)的晶片背面兆聲波清洗単元6、旋轉(zhuǎn)軸9、中空管7、噴淋臂2、噴淋臂電機(jī)11、以及晶片旋轉(zhuǎn)電機(jī)13，所述晶片正面兆聲波清洗噴頭I上設(shè)有液體進(jìn)入口 10、且下側(cè)設(shè)有與所述液體進(jìn)入口 10連通的液體噴出口 3，所述噴淋臂2與所述晶片正面兆聲波清洗噴頭I連接，所述噴淋臂2與所述噴淋臂電機(jī)11的轉(zhuǎn)子連接，所述晶片旋轉(zhuǎn)電機(jī)13的轉(zhuǎn)子與所述旋轉(zhuǎn)軸9連接，所述旋轉(zhuǎn)軸9與所述晶片承載単元5的中心連接，所述旋轉(zhuǎn)軸9的軸心設(shè)有中空管7，所述中空管7內(nèi)設(shè)有背面供液管8，所述晶片背面兆聲波清洗単元6固定于所述中空管7上。為實(shí)現(xiàn)對所述噴淋臂電機(jī)11和旋轉(zhuǎn)電機(jī)13的控制，優(yōu)選地，所述裝置還包括控制単元12，所述噴淋臂電機(jī)11與所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)13分別與所述控制単元12連接，為便于對所述控制単元12進(jìn)行參數(shù)設(shè)置等操作，本實(shí)施方式中，優(yōu)選地，所述控制単元12與操作終端14連接。參照圖2，所述晶片正面兆聲波清洗噴頭I包括第一外殼1-1、第一換能器1-2、 以及第一諧振器1-8，所述第一諧振器1-8設(shè)于所述第一換能器1-2與所述晶片承載單元5之間，所述第一換能器1-2和第一諧振器1-8均設(shè)于所述第一外殼1-1內(nèi)。換能器中的壓電晶體振子的常用材料為極化的鋯鈦酸鉛，當(dāng)壓電晶體振子兩面施加一個(gè)頻率在700kHz 2MHz的交變電壓，壓電晶體振子在交變電壓的作用下產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，若交變電壓的振蕩頻率等于晶體振子本身的固有振蕩頻率，該振子的機(jī)械振動(dòng)幅度最大。由于第一換能器1-2在運(yùn)行時(shí)溫度較高，為降低所述第一換能器1-2的運(yùn)行溫度，并提高所述第一換能器1-2的使用壽命，優(yōu)選地，所述第一換能器1-2設(shè)于第一腔室1-3內(nèi)，所述第一腔室1-3設(shè)于所述第一外殼1-1內(nèi)，所述第一腔室1-3上相對的兩端分別設(shè)有氣冷流體入口 1-4和氣冷流體出口 1-5。優(yōu)選地，所述第一換能器1-2和所述第一諧振器1-8之間設(shè)有耦合層1-6，所述耦合層1-6與所述第一換能器1-2緊密連接，所述耦合層1-6可作為聲濾波器，用于濾除不符合清洗要求的兆聲波。所述耦合層1-6的材料可為熔點(diǎn)很低的膠水，也可以為設(shè)計(jì)成多層耦合介質(zhì)用微米厚度的粘結(jié)層粘結(jié)。優(yōu)選地，所述第一諧振器1-8上設(shè)有孔陣列，所述孔陣列中的孔軸線豎直，所述孔陣列為所述液體噴出ロ 3。第一換能器1-2產(chǎn)生的兆聲波在通過第一諧振器1-8的孔陣列吋，與孔陣列的軸線不平行的聲波會(huì)在孔與清洗液相交的介質(zhì)面上產(chǎn)生多次反射、透射、折射，· · ·，經(jīng)過這樣多次反射、透射、折射，與孔陣列的軸線不平行的聲波能量產(chǎn)生了很大的衰減，而與孔陣列的軸線平行的聲波能量成分所占的比例有了很大的提高。與孔陣列的軸線不平行的聲波能量作用在特征尺寸上總可以分解為與特征尺寸側(cè)壁垂直的力和沿特征尺寸側(cè)壁平行的力。而與特征尺寸側(cè)壁垂直的力產(chǎn)生的振動(dòng)表現(xiàn)振動(dòng)的彎矩，對微細(xì)特征結(jié)構(gòu)會(huì)有強(qiáng)烈的機(jī)械破壞作用。與特征尺寸側(cè)壁平行的力的僅對微細(xì)特征結(jié)構(gòu)有壓應(yīng)力，不會(huì)產(chǎn)生彎矩的效應(yīng)。因此，具有分布式結(jié)構(gòu)的孔陣列的換能器能大大的減少兆聲波清洗對晶片的破壞作用。參照圖1，優(yōu)選地，所述晶片承載單元5為圓盤狀的卡盤，所述卡盤的主體上設(shè)置有至少三個(gè)沿徑向分布的輻條狀的卡爪，用干支撐晶片，其中，卡爪的高度為10 20mm，用于提供背面兆聲波清洗単元足夠的空間。所述晶片背面兆聲波清洗単元6包括第二外売、以及第ニ換能器，所述第二換能器由ー個(gè)或多個(gè)壓電晶體振子組成、且設(shè)于所述第二外殼內(nèi)，所述第二換能器的形 狀為長方形或三角形、且能覆蓋所述晶片的半徑。由于第二換能器在運(yùn)行時(shí)溫度較高，為降低所述第二換能器的運(yùn)行溫度，并提高所述第二換能器的使用壽命，所述第二換能器設(shè)于第二腔室內(nèi)，所述第二腔室設(shè)于所述第ニ外殼內(nèi)，所述第二腔室底側(cè)分別設(shè)有氣冷流體入口和氣冷流體出ロ。優(yōu)選地，所述晶片正面兆聲波清洗噴頭和晶片背面兆聲波清洗單元采用不同的兆聲波頻率，所述兆聲波頻率為固定頻率，或在以ー頻率為中心進(jìn)行掃描，所述兆聲波頻率的取值范圍為700kHz 2MHz。本實(shí)施方式的裝置的工作原理為在晶片旋轉(zhuǎn)電機(jī)13的帶動(dòng)下，晶片承載單元5帶動(dòng)晶片4以25rpm的轉(zhuǎn)速做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，晶片4下面的晶片背面兆聲波清洗単元6固定在中空管7上，并不隨晶片4的旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動(dòng)。晶片背面兆聲波清洗単元6由ー塊長方形的壓電晶體振子組成，其長度等于晶片4的半徑，與晶片4的距離為幾個(gè)毫米。由背面供液管8向晶片背面兆聲波清洗単元6與晶片4之間的間隙提供清洗藥液，并充滿這個(gè)幾毫米的第ニ換能器與晶片的背面空間。由于流體的表面張力，在進(jìn)行清洗エ藝時(shí)，這個(gè)空間始終被清洗介質(zhì)所充滿。利用晶片背面兆聲波清洗單元6所產(chǎn)生的振蕩兆聲氣泡或兆聲氣泡破裂所形成的氣蝕和微擾流的作用將污染物從晶片背面剝離，從而高效清洗晶片的背面。進(jìn)行清洗エ藝吋，晶片背面兆聲波清洗単元6采用固定頻率，正面兆聲波清洗噴頭I采用圍繞設(shè)定中心頻率掃描(此處的掃描，即噴淋臂電機(jī)通過噴淋臂帶動(dòng)所述正面兆聲波清洗噴頭旋轉(zhuǎn))，背面兆聲波清洗単元6固定不動(dòng)，正面兆聲波清洗噴頭I在晶片上表面連續(xù)掃描，利用兩個(gè)換能器所激發(fā)的兆聲波合成所形成的波形的相移和畸變在所述晶片上表面和下表面的清洗液內(nèi)形成均勻的聲場，由此達(dá)到對晶片均勻清洗的效果。本發(fā)明還公開了ー種基于所述的裝置的清洗方法，所述方法包括以下步驟SI :將晶片放置于晶片承載單兀上；S2:旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)所述晶片承載單元旋轉(zhuǎn)，正面兆聲波清洗噴頭向晶片上表面噴出清洗液，噴淋臂電機(jī)通過噴淋臂帶動(dòng)所述正面兆聲波清洗噴頭旋轉(zhuǎn)，背面供液管向所述晶片下表面噴出清洗液，晶片背面兆聲波清洗単元開始工作；S3 :所述正面兆聲波清洗噴頭產(chǎn)生第一預(yù)設(shè)頻率的兆聲波，背面兆聲波清洗単元產(chǎn)生第二預(yù)設(shè)頻率的兆聲波，所述第一預(yù)設(shè)頻率的兆聲波和第二預(yù)設(shè)頻率的兆聲波合成所形成的相移和畸變在所述晶片上表面和下表面的清洗液內(nèi)形成均勻的聲場，以實(shí)現(xiàn)對晶片的均勻清洗，同時(shí)減小和消除了由兆聲波產(chǎn)生的劇烈氣蝕對晶片特征尺寸結(jié)構(gòu)的破壞。以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種晶片清洗裝置，其特征在于，所述裝置包括用于承載晶片的晶片承載單元、設(shè)置于所述晶片承載單元上方的晶片正面兆聲波清洗噴頭、設(shè)置于所述晶片承載單元內(nèi)的晶片背面兆聲波清洗単元、旋轉(zhuǎn)軸、中空管、噴淋臂、噴淋臂電機(jī)、以及晶片旋轉(zhuǎn)電機(jī)，所述晶片正面兆聲波清洗噴頭上設(shè)有液體進(jìn)入口、且下側(cè)設(shè)有與所述液體進(jìn)入口連通的液體噴出ロ，所述噴淋臂與所述晶片正面兆聲波清洗噴頭連接，所述噴淋臂與所述噴淋臂電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，所述晶片旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子與所述旋轉(zhuǎn)軸連接，所述旋轉(zhuǎn)軸與所述晶片承載單元的中心連接，所述旋轉(zhuǎn)軸的軸心設(shè)有中空管，所述中空管內(nèi)設(shè)有背面供液管，所述晶片背面兆聲波清洗単元固定于所述中空管上。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括控制單元，所述噴淋臂電機(jī)與所述晶片旋轉(zhuǎn)電機(jī)分別與所述控制單元連接。
3.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述晶片正面兆聲波清洗噴頭包括第一外殼、第一換能器、以及第ー諧振器，所述第一諧振器設(shè)于所述第一換能器與所述晶片承載單兀之間，所述第一換能器和第一諧振器均設(shè)于所述第一外殼內(nèi)。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述第一換能器設(shè)于第一腔室內(nèi)，所述第一腔室設(shè)于所述第一外殼內(nèi)，所述第一腔室上相對的兩端分別設(shè)有氣冷流體入口和氣冷流體出口。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述第一換能器和所述第一諧振器之間設(shè)有耦合層，所述耦合層與所述第一換能器緊密連接。
6.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述第一諧振器上設(shè)有孔陣列，所述孔陣列中的孔軸線豎直，所述孔陣列為所述液體噴出ロ。
7.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述晶片承載單元為圓盤狀的卡盤，所述卡盤上設(shè)置有至少三個(gè)沿徑向分布的輻條狀卡爪，用干支撐晶片，所述晶片背面兆聲波清洗単元包括第二外殼、以及第ニ換能器，所述第二換能器由ー個(gè)或多個(gè)壓電晶體振子組成、且設(shè)于所述第二外殼內(nèi)，所述第二換能器的形狀為長方形或三角形、且能覆蓋所述晶片的半徑。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第二換能器設(shè)于第二腔室內(nèi)，所述第二腔室設(shè)于所述第二外殼內(nèi)，所述第二腔室底側(cè)分別設(shè)有氣冷流體入口和氣冷流體出口。
9.如權(quán)利要求I 8中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述晶片正面兆聲波清洗噴頭和晶片背面兆聲波清洗單元采用不同的兆聲波頻率。
10.ー種基于權(quán)利要求I 9中任一項(xiàng)所述的裝置的清洗方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 Si:將晶片放置于晶片承載單元上； 52:旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)所述晶片承載單元旋轉(zhuǎn)，正面兆聲波清洗噴頭向晶片上表面噴出清洗液，噴淋臂電機(jī)通過噴淋臂帶動(dòng)所述正面兆聲波清洗噴頭旋轉(zhuǎn)，背面供液管向所述晶片下表面噴出清洗液，晶片背面兆聲波清洗単元開始工作； 53:所述正面兆聲波清洗噴頭產(chǎn)生第一預(yù)設(shè)頻率的兆聲波，背面兆聲波清洗單元產(chǎn)生第二預(yù)設(shè)頻率的兆聲波，所述第一預(yù)設(shè)頻率的兆聲波和第二預(yù)設(shè)頻率的兆聲波合成所形成的相移和畸變在所述晶片上表面和下表面的清洗液內(nèi)形成均勻的聲場，以實(shí)現(xiàn)對晶片的均勻清洗，同時(shí)減小和消除了由兆聲波產(chǎn)生的劇烈氣蝕對晶片特征尺寸結(jié)構(gòu)的破壞。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種晶片清洗裝置及清洗方法，涉及半導(dǎo)體集成電路器件清洗技術(shù)領(lǐng)域，所述裝置包括用于承載晶片的晶片承載單元、設(shè)置于所述晶片承載單元上方的晶片正面兆聲波清洗噴頭、設(shè)置于所述晶片承載單元內(nèi)的晶片背面兆聲波清洗單元、旋轉(zhuǎn)軸、中空管、噴淋臂、噴淋臂電機(jī)、以及晶片旋轉(zhuǎn)電機(jī)。本發(fā)明通過晶片正面兆聲波清洗噴頭產(chǎn)生的第一預(yù)設(shè)頻率的兆聲波和晶片背面兆聲波清洗單元產(chǎn)生的第二預(yù)設(shè)頻率的兆聲波合成所形成的相移和畸變在所述晶片上表面和下表面的清洗液內(nèi)形成均勻的聲場，以實(shí)現(xiàn)對晶片的清洗，滿足了晶片上的兆聲波聲場強(qiáng)度的均勻性，提高了對晶片的清洗效果，同時(shí)減小和消除了由兆聲波產(chǎn)生的劇烈氣蝕對晶片特征尺寸結(jié)構(gòu)的破壞。
文檔編號B06B1/06GK102641869SQ20121011355
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者劉偉, 初國超, 吳儀, 張豹, 蔡家駿 申請人:北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司