CN119803007A - 一种晶圆旋转干燥机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆旋转干燥机构，包括，旋转平台；卡爪，连接于所述旋转平台，其数量为多个，且周向间隔分布；卡爪朝向晶圆一侧具有支撑面和夹持面，或者，卡爪和旋转平台配合形成支撑面和夹持面，支撑面和夹持面用于共同夹持晶圆；支撑面和夹持面之间具有离心导排液槽，当支撑面和夹持面夹持晶圆，该离心导排液槽的至少部分位于晶圆下表面所在高度以下，于晶圆旋转时，滞留在晶圆背面的液体在离心力作用下进入离心导排液槽，并通过离心力向外排出。本发明设计了离心导排液槽能够在离心旋转干燥过程中为径向流过支撑面及其附近的液体提供离开晶圆的导引和排出空间，使得残留液体能够顺利排出。

Description

一种晶圆旋转干燥机构

技术领域

本发明属于半导体集成电路芯片制造技术领域，尤其是涉及一种晶圆旋转干燥机构。

背景技术

在半导体晶圆制造中，晶圆清洗与干燥是贯穿全流程的关键环节，主要用于去除污染物、提升良率及保障后续工艺稳定性。清洗与干燥贯穿晶圆制造的光刻、离子注入、CMP、蚀刻、研磨、封装六大核心环节，直接影响器件性能和良率。未来趋势是湿法与干法技术结合，并发展低耗能、高均匀性的自动化清洗方案。

随着半导体生产技术的不断进步，化学机械平坦化设备（Chemical MechanicalPlanarization，CMP设备）对清洁干燥的要求日益提升。在湿润晶圆处理过程中，确保晶圆彻底干燥并防止溶液中颗粒重新附着至其表面至关重要。若晶圆未能充分干燥，溶液中的颗粒可能会影响半导体元件性能，从而导致设备故障。因此，有效去除晶圆上的液体对于保障设备正常运行具有关键作用。CMP设备必须采用恰当的方法来实现晶圆的高效干燥，以确保生产质量和设备稳定性。

在多数CMP设备中，晶圆干燥通常采用离心旋转甩干方法。该方法在结构方面主要包括夹持装置及支撑装置。晶圆在干燥机构中，存在三个阶段，晶圆也存在3个状态：①干燥前，被放置在支撑装置上，晶圆的正面与背面均是湿润的；②离心旋转干燥过程中，夹持装置夹持住晶圆，旋转晶圆，因离心力的作用，晶圆正面和背面的液体需在此过程中被完全甩干，实现干燥；③干燥后，停止旋转晶圆，夹持装置放开晶圆，晶圆已完全干燥，干燥机构已完成干燥工作，该晶圆可以进入下一工序。晶圆是否能达到完全干燥的状态，阶段②离心旋转干燥过程中至关重要，晶圆干燥的实现取决于②离心旋转干燥过程中晶圆能否被完全甩干。干燥晶圆的工作原理是：被置于支撑装置上的晶圆在阶段②离心旋转干燥过程中，夹持装置可被动地通过离心力或主动地通过气缸、磁铁等方式驱动并固定晶圆。旋转电机驱动夹持装置旋转，进而实现晶圆的旋转，离心力将晶圆上的液体甩离，实现干燥。

然而，在实际使用过程中存在一个难以解决的问题：晶圆旋转时，背面始终与支撑装置接触，晶圆背面和支撑装置之间形成微小夹角和储水空间。在旋转干燥阶段，湿润晶圆背面的液体在从圆心到圆周径向离开晶圆时，径向流过支撑装置及其附近的液体易因毛细效应被吸入此空间，如图23、图24所示，致使尽管晶圆正面及背面大部分区域能甩干，但晶圆背面与支撑装置接触处及其附近（液体因毛细效应吸入的空间）的液体难以被甩干，当②离心旋转干燥过程结束，晶圆停止旋转了，晶圆背面与支撑装置接触处及其附近仍然残留水滴和水渍，这是不被允许的（正常情况下，整个晶圆背面均不能残留水滴和水渍）。对于高标准高制程CMP设备而言，晶圆背面的干燥度和洁净度更是评价工艺的重要指标。这些残留水滴和水渍将严重影响CMP设备整体工艺的完成质量和完成效率。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种晶圆旋转干燥机构。其解决了晶圆在离心旋转干燥过程中晶圆背面与支撑面接触处及其附近易残留水滴和水渍难以去除的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种晶圆旋转干燥机构，包括，

旋转平台；

卡爪，连接于所述旋转平台，其数量为多个，且周向间隔分布；

所述卡爪朝向晶圆一侧具有支撑面和夹持面，或者，所述卡爪和旋转平台配合形成支撑面和夹持面，所述支撑面和夹持面用于共同夹持晶圆；

所述支撑面和夹持面之间具有离心导排液槽，当支撑面和夹持面夹持晶圆，该离心导排液槽的至少部分位于晶圆下表面所在高度以下，于晶圆旋转时，滞留在晶圆背面的液体在离心力作用下进入离心导排液槽，并通过离心力向外排出。

进一步的，所述晶圆背面与支撑面 之间存在间隙，部分液体因毛细效应滞留在该间隙。

进一步的，所述离心导排液槽的至少部分与放置于旋转平台的晶圆的切线方向平行。

进一步的，所述离心导排液槽呈圆弧状，且多个卡爪的离心导排液槽拟合的圆与放置于旋转平台的晶圆同心。

进一步的，所述离心导排液槽的至少部分位于晶圆下表面所在高度以下，其包括晶圆静止置于旋转平台状态，也包括晶圆与旋转平台高速旋转状态。

进一步的，所述离心导排液槽的两端开放。

进一步的，晶圆侧面至少具有下圆角段和平直段，所述离心导排液槽具有开口，该开口宽度小于等于下圆角段的宽度。

进一步的，晶圆侧面至少具有下圆角段和平直段，所述夹持面与平直段相抵。

进一步的，所述离心导排液槽具有开口，该开口高度小于等于下圆角段的高度。

进一步的，所述晶圆侧面具有上圆角段；所述卡爪设有阻止晶圆向上脱离的限位面，该限位面位于夹持面上方、可与上圆角段相抵。

进一步的，所述离心导排液槽的中心位于支撑面的最高高度以下。

进一步的，所述离心导排液槽内壁为圆弧面。

进一步的，所述支撑面包括水平放置面，及设于水平放置面外周侧的爬升面，所述离心导排液槽位于夹持面和爬升面之间。

进一步的，所述爬升面为弧形爬升面。

进一步的，所述旋转平台的数量为一个，所述卡爪的数量为三个或大于三个，其沿旋转平台的周向均匀间隔布设，当旋转平台转动，所述卡爪的上部向内侧、向下转动，所述支撑面和夹持面共同夹持晶圆；

或者，

多个旋转平台连接于旋转基座，卡爪偏心连接于旋转平台，当旋转平台转动，所述卡爪随着旋转平台转动靠近晶圆。

本发明的有益效果是：1）在离心旋转过程中，晶圆背面与支撑面间存在的微小间隙容易存储液体，这些液体因毛细效应和表面张力难以被甩干，导致干燥后晶圆背面与支撑面接触处及其附近易残留水滴和水渍难以去除，本发明设计了离心导排液槽能够在离心旋转干燥过程中为径向流过支撑面及其附近的液体提供离开晶圆的导引和排出空间，使得残留液体能够顺利排出；2）离心导排液槽可与晶圆切线方向平行，使得蓄积在其内部的液体快速排出；3）离心导排液槽的设计能够同时起到排水排气的效果；4）离心导排液槽的设置不会影响在②离心旋转干燥过程中对晶圆的稳固夹持——夹持面和晶圆平直段之间有充分的接触面积，以提供足够的摩擦力，确保晶圆被稳固夹持，且支撑面与晶圆的下圆角段接触，避免晶圆背面产生划痕；5）离心导排液槽的巧妙结构设计，设计了离心导排液槽至少部分位于晶圆下表面所在高度以下，避免了残留液体进入离心导排液槽后重新反向溅回至晶圆的背面，避免在晶圆背面形成水渍；6）限位面与晶圆上圆角段相抵，形成对晶圆的限制作用，避免晶圆脱离；7）在离心力的作用下，晶圆背面与支撑面接触处残留的液体得以顺畅地通过离心导排液槽排出，从而避免了水渍的形成，这一改进不仅解决了原有结构的一大弊端，而且无需对原结构进行大改动，具有极高的实用性和兼容性；8）不仅提升了工作效率和水平，还促进了现有设备向更高制程的发展，同时进一步提高了晶背的清洗效果，为CMP机台的高制程应用提供了更可靠的保障；9）离心导排液槽结构可以适应不同结构的卡爪，并适用于不同阶段的半导体制程的后清洗中，适应性高。

附图说明

图1为本发明中晶圆的侧视图。

图2为本发明中第一种结构晶圆旋转干燥机构和晶圆配合的立体图。

图3为本发明中第一种结构晶圆旋转干燥机构的局部立体图一。

图4为图3中的A处结构放大图。

图5为本发明中第一种结构晶圆旋转干燥机构的局部立体图二。

图6为图5中的B处结构放大图。

图7为本发明中第一种结构晶圆旋转干燥机构的卡爪所在部分结构示意图。

图8为本发明中第一种结构晶圆旋转干燥机构和晶圆配合的局部示意图。

图9为本发明中第一种结构晶圆旋转干燥机构的离心导排液槽所在部分结构示意图。

图10为本发明中第二种结构晶圆旋转干燥机构的立体图。

图11为图10中的C处结构放大图。

图12为本发明中第二种结构晶圆旋转干燥机构的卡爪所在部分结构侧视图。

图13为本发明中第二种结构晶圆旋转干燥机构和晶圆配合的局部示意图。

图14为本发明中第二种结构晶圆旋转干燥机构的离心导排液槽所在部分结构示意图。

图15为本发明中第三种结构晶圆旋转干燥机构的卡爪和旋转平台配合结构示意图。

图16为本发明中第三种结构晶圆旋转干燥机构的卡爪和旋转平台配合结构侧视图。

图17为本发明中第三种结构晶圆旋转干燥机构和晶圆配合的局部示意图。

图18为本发明中第三种结构晶圆旋转干燥机构的离心导排液槽所在部分结构示意图。

图19为本发明中离心倒排液槽与放置于旋转平台晶圆的俯视图一。

图20为图19中的D处结构放大图。

图21为本发明离心倒排液槽与放置于旋转平台晶圆的俯视图二。

图22为图21中的E处结构放大图。

图23为现有技术中晶圆与支撑装置配合的局部示意图。

图24为图23中的F处结构放大图，标号6为液体因毛细效应吸入的空间。

其中，1-旋转平台，2-卡爪，21-限位面，3-晶圆，31-下圆角段，32-平直段，33-上圆角段，41-支撑面，411-水平放置面，412-爬升面，42-夹持面，5-离心导排液槽，51-开口，6-液体因毛细效应吸入的空间。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

一种晶圆旋转干燥机构，包括数量为一个或多个的旋转平台1，及连接于旋转平台1的卡爪2，该卡爪2的数量为多个，且周向间隔分布，此处的周向可以是沿着晶圆3的周向，也可以是沿着旋转平台1的周向，具体不作限制。具体的，可以是一个卡爪2设置在一个旋转平台1上，此时卡爪2和旋转平台1的数量均为多个，多个旋转平台1均连接在同一旋转基座（图中未示出）；也可以是多个卡爪2设置在一个旋转平台1上，此时卡爪2的数量为多个，旋转平台1的数量为一个。

卡爪2朝向晶圆3一侧具有支撑面41和夹持面42，或者说，卡爪2和旋转平台1配合形成支撑面41和夹持面42，该支撑面41和夹持面42用于共同夹持晶圆3。

支撑面41和夹持面42之间具有离心导排液槽5，当支撑面41和夹持面42夹持晶圆3，即②离心旋转干燥过程中，该离心导排液槽5的至少部分位于晶圆3下表面所在高度以下，从而使②离心旋转干燥过程中已经径向流过支撑装置及其附近的液体得以顺利通过离心导排液槽5排出，特别是液体不会积聚在晶圆3背面和支撑面41之间的狭小间隙内，晶圆3背面的液体能通过离心导排液槽5排出，即因毛细效应吸入在晶圆3背面和支撑面41之间的液体在离心力作用下通过离心导排液槽5排出，避免晶圆3表面水渍的形成。当然，离心导排液槽5不仅能起到排水的作用，也能起到排气的作用，有效减小液体的表面张力，进而对液体通过离心导排液槽5排出有利。

在本实施例中，离心导排液槽5的两端开放，从而在旋转平台1和卡爪2带着晶圆3旋转时，滞留在晶圆3背面的液体在离心力作用下进入离心导排液槽5，并且，在离心力的作用下，离心导排液槽5内的液体通过两端的开放口直接向外排出，有效避免液体返流至晶圆3背面，干燥效果更佳。

如图19、图20所示，离心导排液槽5的至少部分与放置于旋转平台1的晶圆3的切线方向平行，在离心力作用下，晶圆3上液体甩出的方向大致为晶圆切线方向，将离心导排液槽5设计为平行晶圆切线的方向，晶圆3表面甩出的液体可以更快地向离心导排液槽5的两个开放端排出。

如图21、图22所示，离心导排液槽5也可以呈圆弧状，且多个卡爪2的离心导排液槽5拟合的圆与放置于旋转平台1的晶圆3同心，换句话说，离心导排液槽5与晶圆3外周相互平行。

由于离心导排液槽5的长度相较于晶圆3的外周长来说非常小，其圆弧状的圆心角也比较小，不会导致液体从离心导排液槽5甩出时回落到晶圆3表面。

如图2-图9所示，此时旋转平台1的数量为一个，卡爪2的数量为三个，其周向均匀间隔连接在旋转平台1上，且与旋转平台1转动相连，当然卡爪2的数量也可以是三个以上。支撑面41设置在旋转平台1上，支撑面41为自下而上、自内向外倾斜的斜面结构（以图8所示方向为例，此处的内指的是晶圆3中心所在的内侧），夹持面42设置在卡爪2上。

当旋转平台1转动时，在离心力的作用下，卡爪2的上部向内侧、向下转动，支撑面41和夹持面42共同夹持晶圆3。此时离心导排液槽5由卡爪2和旋转平台1配合形成，即离心导排液槽5的部分位于卡爪2，离心导排液槽5的部分位于旋转平台1。

如图1、图9所示，晶圆3侧面具有下圆角段31、平直段32和上圆角段33。夹持面42与该平直段32相抵，换句话说，在本实施例中，夹持面42为竖直平面，或者至少在夹持晶圆3状态下，夹持面42为呈竖直状态的平面。

如图9所示，离心导排液槽5具有开口51，该开口51宽度小于等于下圆角段31的宽度。此处开口51宽度为L1，具体指的是，当卡爪2位于夹持面42以下区域形成圆弧槽，旋转平台1的支撑面41也形成圆弧槽，两者的圆弧槽拼合形成的、在夹持晶圆3状态下的离心导排液槽5的开口51宽度。下圆角段31的宽度指的是下圆角段31两个端点连线的水平距离，即图1中的L2，L1≤L2，从而确保晶圆3平放在支撑面41和被支撑面41、夹持面42夹持的全过程中，支撑面41始终和晶圆3的下圆角段31接触，晶圆3背面的平直部分尽量不与支撑面41接触，避免晶圆3背面产生划痕。

离心导排液槽5开口51的高度小于等于下圆角段31的高度，此处下圆角段31的高度指的是下圆角段31两个端点的垂直距离，即图1中的S；离心导排液槽5开口51的高度为图9中的H，则H≤S，从而保证在夹持晶圆3时，夹持面42能够尽可能多地与晶圆3侧面平直段32相抵，保证夹持面42和晶圆3之间有充分的接触面积，以提供足够的摩擦力，确保晶圆3被稳固夹持，避免晶圆3飞出。

为了防止晶圆3在高速旋转过程中向上脱离，如图9所示，卡爪2设有阻止晶圆3向上脱离的限位面21，该限位面21位于夹持面42的上方，其自上而下、自内向外倾斜延伸，从而在夹持晶圆3状态，限位面21可以与上圆角段33相抵，从而限位面21形成对晶圆3向下、向内的作用力。

离心导排液槽5的中心位于支撑面41所在高度以下，此处具体指的是支撑面41的最大高度，从而晶圆3旋转干燥甩出的液体不会回流至晶圆3，或者说尽可能少的液体会重新反向溅落在晶圆3的背面。

如上所述，离心导排液槽5由支撑面41和卡爪2的圆弧槽拼合形成，从而离心导排液槽5内壁为圆弧面。结合离心导排液槽5的圆弧面形状以及其中心位于支撑面41所在高度以下，可以避免残留液体进入离心导排液槽5后重新反向溅回至晶圆3的背面，水滴从离心导排液槽5开口51进入，打到离心导排液槽5的圆弧面内壁后反弹，从离心导排液槽5开口51任意角度射入的水滴经过反弹后，绝大多数液滴会朝向离心导排液槽5的中心运动，由于离心导排液槽5的中心位置设置在晶圆3背面以下，可以很好地将进入离心导排液槽5的液体向晶圆3背面以下的位置引导，从而避免其反向溅落至晶圆3背面，避免在晶圆3背面形成水渍。当然在其他实施例中，对于离心导排液槽5的具体形状可以不作限定。

与上述卡爪2和旋转平台1配合形成支撑面41和夹持面42结构不同，如图10-图14所示，其支撑面41和夹持面42都设置在卡爪2上，离心导排液槽5开设在卡爪2上，且位于支撑面41和夹持面42之间。

此时离心导排液槽5不是由两部分拼合形成，其为确定的形状，只不过卡爪2在未夹持晶圆3状态下，离心导排液槽5开口51朝上，卡爪2在夹持晶圆3状态下，离心导排液槽5开口51朝向晶圆3的下圆角段31。关于离心导排液槽5开口51的宽度、高度，离心导排液槽5的中心，与第一种结构的晶圆旋转干燥机构相同，不再赘述。

如图11所示，支撑面41包括水平放置面411，即设置在水平放置面411外周侧的爬升面412，离心导排液槽5位于夹持面42和爬升面412之间，爬升面412为弧形爬升面。晶圆3先放置在水平放置面411，待旋转平台1转动，在离心力的作用下，卡爪2的上部向内侧、向下转动，晶圆3顺着爬升面412移动，最终爬升面412和夹持面42共同夹持晶圆3。

离心导排液槽5的中心位于爬升面412的最高高度以下，换句话说，圆弧形离心导排液槽5的中心位于晶圆的外侧斜下方位置。

该第二种结构晶圆旋转干燥机构的其他结构与上述第一种结构相同，不再赘述。

如图15-图18所示，第三种结构晶圆旋转干燥机构中，下方外径较大的圆柱体为旋转平台1，上方偏心连接的结构为卡爪2，旋转基座（图中未显示）将多个旋转平台1连接于一体，旋转平台1相对旋转基座可以发生转动，旋转基座带动多个旋转平台1、多个卡爪2和晶圆3一起高速旋转，实现晶圆3的离心旋转干燥。

晶圆3先放置在卡爪2的支撑面41上，在本实施例中，支撑面41为自下而上、自内向外倾斜的斜面结构（以图16所示方向为例，此处的内指的是晶圆3中心所在的内侧），此时晶圆3不与夹持面42相接触，接着卡爪2随着旋转平台1相对旋转基座发生转动，从而卡爪2靠近晶圆3，使得夹持面42与晶圆3的平直段32接触，实现支撑面41和夹持面42对晶圆3的夹持。

该第三种结构晶圆旋转干燥机构的其他结构与上述第二种结构相同，不再赘述。

上述晶圆旋转干燥机构可以应用在晶圆制造的光刻环节，或应用在晶圆制造的离子注入环节，或应用在晶圆制造的CMP环节，或应用在晶圆制造的蚀刻环节，或应用在晶圆制造的研磨环节，或应用在晶圆制造的封装环节，具体不作限制。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种晶圆旋转干燥机构，包括，

旋转平台（1）；

卡爪（2），连接于所述旋转平台（1），其数量为多个，且周向间隔分布；

所述卡爪（2）朝向晶圆（3）一侧具有支撑面（41）和夹持面（42），或者，所述卡爪（2）和旋转平台（1）配合形成支撑面（41）和夹持面（42），所述支撑面（41）和夹持面（42）用于共同夹持晶圆（3）；

其特征在于：所述支撑面（41）和夹持面（42）之间具有离心导排液槽（5），当支撑面（41）和夹持面（42）夹持晶圆（3），该离心导排液槽（5）的至少部分位于晶圆（3）下表面所在高度以下，于晶圆（3）旋转时，滞留在晶圆（3）背面的液体在离心力作用下进入离心导排液槽（5），并通过离心力向外排出。

2.根据权利要求1所述的晶圆旋转干燥机构，其特征在于：所述晶圆（3）背面与支撑面（41）之间存在间隙，部分液体因毛细效应滞留在该间隙。

3.根据权利要求1所述的晶圆旋转干燥机构，其特征在于：所述离心导排液槽（5）的至少部分与放置于旋转平台（1）的晶圆（3）的切线方向平行。

4.根据权利要求1所述的晶圆旋转干燥机构，其特征在于：所述离心导排液槽（5）呈圆弧状，且多个卡爪（2）的离心导排液槽（5）拟合的圆与放置于旋转平台（1）的晶圆（3）同心。

5.根据权利要求1所述的晶圆旋转干燥机构，其特征在于：所述离心导排液槽（5）的至少部分位于晶圆（3）下表面所在高度以下，其包括晶圆（3）静止置于旋转平台（1）状态，也包括晶圆（3）与旋转平台（1）高速旋转状态。

6.根据权利要求1或3所述的晶圆旋转干燥机构，其特征在于：所述离心导排液槽（5）的两端开放。

7.根据权利要求1所述的晶圆旋转干燥机构，其特征在于：所述晶圆（3）侧面至少具有下圆角段（31）和平直段（32），所述离心导排液槽（5）具有开口（51），该开口（51）宽度小于等于下圆角段（31）的宽度。

8.根据权利要求1所述的晶圆旋转干燥机构，其特征在于：所述晶圆（3）侧面至少具有下圆角段（31）和平直段（32），所述夹持面（42）与平直段（32）相抵。

9.根据权利要求8所述的晶圆旋转干燥机构，其特征在于：所述离心导排液槽（5）具有开口（51），该开口（51）高度小于等于下圆角段（31）的高度。

10.根据权利要求8所述的晶圆旋转干燥机构，其特征在于：所述晶圆（3）侧面具有上圆角段（33）；所述卡爪（2）设有阻止晶圆（3）向上脱离的限位面（21），该限位面（21）位于夹持面（42）上方、可与上圆角段（33）相抵。

11.根据权利要求1所述的晶圆旋转干燥机构，其特征在于：所述离心导排液槽（5）的中心位于支撑面（41）的最高高度以下。

12.根据权利要求1或11所述的晶圆旋转干燥机构，其特征在于：所述离心导排液槽（5）内壁为圆弧面。

13.根据权利要求1所述的晶圆旋转干燥机构，其特征在于：所述支撑面（41）包括水平放置面（411），及设于水平放置面（411）外周侧的爬升面（412），所述离心导排液槽（5）位于夹持面（42）和爬升面（412）之间。

14.根据权利要求13所述的晶圆旋转干燥机构，其特征在于：所述爬升面（412）为弧形爬升面。

15.根据权利要求1所述的晶圆旋转干燥机构，其特征在于：

所述旋转平台（1）的数量为一个，所述卡爪（2）的数量为三个或大于三个，其沿旋转平台（1）的周向均匀间隔布设，当旋转平台（1）转动，所述卡爪（2）的上部向内侧、向下转动，所述支撑面（41）和夹持面（42）共同夹持晶圆（3）；

或者，

多个旋转平台（1）连接于旋转基座，卡爪（2）偏心连接于旋转平台（1），当旋转平台（1）转动，所述卡爪（2）随着旋转平台（1）转动靠近晶圆（3）。