一种晶圆后处理装置

技术领域

本发明属于化学机械抛光技术领域，具体而言，涉及一种晶圆后处理装置。

背景技术

集成电路产业是信息技术产业的核心，在助推制造业向数字化、智能化转型升级的过程中发挥着关键作用。芯片是集成电路的载体，芯片制造涉及集成电路设计、晶圆制造、晶圆加工、电性测量、切割封装和测试等工艺流程。其中，化学机械抛光(ChemicalMechanical Polishing,CMP)属于晶圆制造工序中的五大核心制程之一。

化学机械抛光后的晶圆表面会残留大量的颗粒物，因此，需要对晶圆进行清洗、干燥等后处理。后处理是泛指对CMP后的晶圆表面进行的清洗干燥处理。水平清洗是实现晶圆后处理的方式之一，其通过旋转-漂洗-干燥，以获取表面颗粒数符合工艺要求的晶圆。

现有的水平清洗装置，可以同时清洗晶圆的正面和背面，实现晶圆的双面清洗。在对晶圆背面清洗时，需要在晶圆背面的中心设置一组背喷组件，以朝向晶圆背面喷射化学药液，进而移除晶圆背面的污染物。现有的水平清洗装置存在以下问题或不足：

静止的背喷组件与可旋转的驱动部件之间存在间隙，该间隙会使得晶圆腔室内存在引入外部污染物的风险；

目前常规的动密封方案有磁流体密封、密封圈密封，但这些密封方式均会存在颗粒掉落及析出的问题，这会带来二次污染，不适用于晶圆清洗工艺制程。

发明内容

本发明实施例提供了一种晶圆后处理装置，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明实施例的第一方面提供了一种晶圆后处理装置，其包括：

箱体；

夹持组件，用于水平夹持晶圆并驱动晶圆旋转；

背喷组件，设置于夹持组件下方并朝上喷射清洗液；所述背喷组件间隙设置于防护件的内部，所述防护件的上端通过转接件固定于驱动电机的转子；

上部气封件，罩设于驱动电机的上方并位于转接件的外周侧；所述上部气封件配置有进气腔，以朝向转接件与上部气封件之间的第一间隙供给气体；所述上部气封件还配置有排气腔，以排出进入第一间隙的气体。

在一些实施例中，所述上部气封件包括第一气孔，其与所述进气腔相连通，并且，所述第一气孔朝向所述转接件的外侧壁设置。

在一些实施例中，所述上部气封件还包括第二气孔，其与所述排气腔相连通，并且，所述第二气孔朝上设置并与第一间隙相连通。

在一些实施例中，晶圆后处理装置还包括导引件，其设置于背喷组件的下端，以将背喷组件与防护件之间的废液朝向下侧引导。

在一些实施例中，所述导引件还配置有液封腔，所述液封腔与进液孔道相连通，以朝向所述液封腔通入密封液体。

在一些实施例中，所述导引件的上端配置有第一周向壁板和第二周向壁板，所述第二周向壁板同心设置于第一周向壁板的外侧，以形成所述液封腔；所述第二周向壁板配置有溢流口，所述溢流口的竖向位置不高于所述第一周向壁板的顶端。

在一些实施例中，所述导引件的上端还配置有第三周向壁板，其同心设置于所述第二周向壁板的外侧，以形成溢流腔；所述溢流腔与排液孔道相连通，以排出溢流的液体。

在一些实施例中，所述防护件的下端配置有阻流结构，其与液封腔及溢流腔相对设置，以阻止液流朝向外侧溢出。

在一些实施例中，所述阻流结构包括中间延伸部，其为环形结构并朝向液封腔延伸设置；所述中间延伸部的下端位于所述溢流口的下方。

在一些实施例中，所述中间延伸部的外侧形成朝向第二周向壁板设置的倾斜面，所述中间延伸部的根部设置有阻断槽，所述阻断槽与所述第二周向壁板的上端相对设置。

在一些实施例中，所述阻流结构还包括外侧延伸部，其为环形结构并朝向溢流腔延伸设置；所述外侧延伸部的下端配置有豁口槽。

在一些实施例中，所述液封腔的内部设置有横向的封板，所述封板与进液孔道相对设置并封堵该进液孔道的端口；所述封板的横向长度小于所述液封腔的横向宽度。

在一些实施例中，所述第三周向壁板的上端配置有水平延伸部，所述水平延伸部朝向内侧延伸；所述水平延伸部与所述外侧延伸部间隔设置。

在一些实施例中，所述阻流结构还包括内侧延伸部，其设置于所述中间延伸部的内侧；所述内侧延伸部与导引件的内侧腔相对设置，所述内侧腔与所述排液孔道相连通。

在一些实施例中，晶圆后处理装置还包括驱动电机防护罩，其设置于上部气封件的上方；所述驱动电机防护罩与夹持组件的转盘之间设置有第二间隙，所述第二间隙与所述第二气孔相对设置。

本发明的有益效果包括：

a.设置于驱动电机上方的上部气封件配置有第一气孔和第二气孔，使得驱动机构的轴系在旋转过程中形成气密封，进而防止晶圆清洗产生的废液及废气等污染物进入驱动机构的内部；

b.上部气封件配置的第一气孔和第二气孔，能够保证气体的流动性，避免第一间隙的压力过大而致使气体进入晶圆所处的腔室；同时，流动的气体能够带着驱动电机运行产生的热量，进而实现驱动电机的散热；

c.上部气封件配置的第二气孔的设置位置与驱动电机防护罩与夹持组件的转盘之间的第二间隙相对应，以保证第二间隙内部气体的流动性，平衡该区域的压力，避免驱动电机内部的颗粒物通过气流进入晶圆所处的腔室；

d.导引件配置的液封腔与进液孔道相连通，以朝向液封腔通入密封液体，以防止外部污染物进入背喷组件与防护件之间的区域；

e.中间延伸部的外侧形成朝向第二周向壁板设置的倾斜面，以减少液封槽内部的液体在离心力作用下的溢出现象；

f.中间延伸部的根部设置有阻断槽，使得附着在倾斜面的液体会自阻断槽向下掉落；即一部分液体会掉落于液封槽，以减少液体非正常外溢；

h.液封腔的内部设置有横向的封板，其中，封板与进液孔道相对设置，封板能够封堵该进液孔道的端口；封板的横向长度小于液封腔的横向宽度，以避免具有一定压力的液体直接朝向防护件下端的阻流结构喷射，而无法在液封腔的内部形成稳定的液面。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：

图1是本发明一实施例提供的晶圆后处理装置的示意图；

图2是图1中A处的局部放大图；

图3是图2中C处的局部放大图；

图4是图1中B处的局部放大图；

图5是图4中D处的局部放大图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。

在本发明中，晶圆(Wafer,W)也称基板(Substrate)，其含义和实际作用等同。术语“包括”及其类似用语应当理解为开放性包含，即“包括但不限于”。术语“基于”应当理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”或“该实施例”应当理解为“至少一个实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象，并且仅用于区分所指代的对象，而不暗示所指代的对象的特定空间顺序、时间顺序、重要性顺序，等等。在一些实施例中，取值、过程、所选择的项目、所确定的项目、设备、装置、手段、部件、组件等被称为“最佳”、“最低”、“最高”、“最小”、“最大”等等。应当理解，这样的描述旨在指示可以在许多可使用的功能选择中进行选择，并且这样的选择不需要在另外的方面或所有方面比其他选择更好、更低、更高、更小、更大或者以其他方式优选。

图1是本发明一实施例提供的晶圆后处理装置100的示意图，一种晶圆后处理装置100包括：

箱体10，以为晶圆的后处理提供相对密闭的空间；箱体10的侧部配置有未示出的开关门，以便机械手将待处理的晶圆放置于箱体10的内部，或者，将后处理完成的晶圆经由开关门自箱体10取出；

夹持组件20，用于水平夹持晶圆并驱动晶圆旋转；具体的，夹持组件20设置于箱体10中，夹持组件20包括转盘21，转盘21为圆形盘状结构，其外周侧配置有多个卡爪22，以水平夹持待处理的晶圆W；转盘21的下部连接有驱动机构，以带动转盘21及晶圆旋转；驱动机构可以采用直驱或辅助传动结构的方案，以驱动转盘21绕中轴线转动；

供液臂30，其设置于箱体10中且端部配置有喷嘴，该喷嘴以摆动的方式在晶圆上方移动，以朝向晶圆正面喷射流体，实现晶圆正面的清洗和/或干燥。图1所示的实施例中，供液臂30的数量为两个，以朝向晶圆正面供给不同种类的化学药液，以按照后处理工艺清除晶圆表面残留的污染物。

图1所示的实施例中，晶圆后处理装置100还包括背喷组件40，其设置于夹持组件20的下方，以自下而上朝向晶圆背面喷射清洗液，实现晶圆背面的清洗和/或干燥。

进一步地，背喷组件40间隙设置于防护件50的内部，如图2所示，防护件50的上端通过转接件60固定于驱动电机70的转子。具体地，防护件50为环形结构，其由耐腐蚀的非金属材料制成，并且，防护件50同心设置于背喷组件40的外侧，使得清洗废液可以经由两者之间的间隙朝向下侧排放。防护件50的设置，能够对驱动电机70进行防护，以防止清洗废液进入驱动电机70的内部而造成腐蚀器件的问题。在一些实施例中，防护件50可以由聚四氟乙烯、聚乙烯、聚氨酯等材料制成；防护件50的壁厚可根据工况灵活调整，以在保证防护件50与背喷组件40间隙配合的前提下，防止化学药液进入驱动电机70的内部。

图2中，防护件50通过转接件60固定于驱动电机70的转子上。晶圆清洗时，驱动电机70的转子带着防护件50绕轴线转动，而背喷组件40相对静止，以朝向旋转晶圆的背面喷射化学药液。

本发明中，晶圆后处理装置100还包括上部气封件80，上部气封件80罩设于驱动电机70的上方，并且，上部气封件80位于转接件60的外周侧，以对驱动电机70的上部实施密封，进而防止清洗废液、废气等污染物进入驱动电机70的内部。

进一步地，上部气封件80配置有进气腔81，以朝向转接件60与上部气封件80之间的第一间隙G1(图3示出)供给气体。例如，可以经由进气腔81朝向第一间隙G1供给洁净的气体，如高纯氮气或过滤的压缩空气(Compressed Dry Air,CDA)，使得转盘21驱动机构对应的轴系，在旋转过程中形成气密封，进而防止晶圆清洗产生的废液及废气等污染物进入驱动机构的内部。

具体的，图3中，上部气封件80包括第一气孔81a，第一气孔81a与进气腔81相连通，并且，第一气孔81a朝上转接件60的外侧壁设置，以朝向第一间隙G1供给洁净的气体。可以理解的是，第一气孔81a的数量为多个，其沿上部气封件80的内侧壁均匀分布，以保证驱动机构的轴系获取良好的气密封效果。

进一步地，转接件60的外侧壁配置有梯形槽61，如图3所示，梯形槽61的数量为多个并沿转接件60的轴线方向设置，并且，上部气封件80的第一气孔81a朝向梯形槽61设置，以增加洁净气体的存储空间，以便在第一间隙G1处形成良好的气密封结构。

进一步地，上部气封件80还配置有排气腔82，以排出进入第一间隙G1的气体。配置的排气腔82能够将吹入第一间隙G1的气体排出，以防止气体在第一间隙G1内部积存过多而致使该区域的压力升高，这会使得通入的气体进入晶圆所处的腔室而影响晶圆的清洗效果。

再者，洁净的气体经由进气腔81供给至第一间隙G1，再经由排气腔82排放至外部，使得气体具有良好的流动性；而流动的气体能够带着驱动电机70运行产生的热量，实现驱动电机70的散热，进而避免驱动机构的轴系温度过高而影响工艺运行的稳定性。

具体的，上部气封件80包括第二气孔82a，第二气孔82a与排气腔82相连通，并且，第二气孔82a朝上设置，同时，第二气孔82a与第一间隙G1相连通，以将通入第一间隙G1的气体排出，进而保证气体的流动性，避免第一间隙G1的压力过大而致使气体进入晶圆所处的腔室；同时，流动的气体能够带着驱动电机70运行产生的热量，进而实现驱动电机70的散热。

图2所示的实施例中，晶圆后处理装置100还包括驱动电机防护罩83，驱动电机防护罩83设置于上部气封件80的上方，以同时罩设上部气封件80及驱动电机70，避免清洗废液进入驱动电机70内部，同时，防止驱动电机70内部的颗粒物进入晶圆所处的腔室。

进一步地，驱动电机防护罩83与夹持组件20的转盘21之间设置有第二间隙G2(图3示出)，并且，第二间隙G2与第二气孔82a相对设置，以保证第二间隙G2内部气体的流动性，平衡该区域的压力，避免驱动电机70内部的颗粒物通过气流进入晶圆所处的腔室。

本发明中，晶圆后处理装置100还包括导引件90，如图4所示，导引件90设置于背喷组件40的下端，以将背喷组件40与防护件50之间的废液朝向下侧引导。

进一步地，导引件90还配置有液封腔90a，液封腔90a与进液孔道94相连通，以朝向液封腔90a通入密封液体，以防止外部污染物进入背喷组件40与防护件50之间的区域。具体地，液封腔90a为环形结构，其设置于导引件90的上方。进液孔道94沿竖直方向设置并与外部的密封液体源相连通，以便将密封液体通入液封腔室90a的内部。

图5是图4中D处的局部放大图，导引件90的上端配置有第一周向壁板91和第二周向壁板92，其中，第二周向壁板92同心设置于第一周向壁板91的外侧，以形成液封腔90a。

进一步地，第二周向壁板92配置有溢流口92a，其中，溢流口92a的竖向位置不高于第一周向壁板91的顶端。如此设置，若液封腔90a中的液体过多，则会经由溢流口92a流向溢流腔90b，而不会越过第一周向壁板91的顶端进入内侧腔90c，使得液封腔90a中的液面相对稳定。在一些实施例中，溢流口92a的数量为多个，并沿第二周向壁板92的周向大致均匀分布，以保证液封腔90a中的液面相对稳定，进而防止外部的污染物进入背喷组件40与防护件50之间。

图5中，导引件90的上端还配置有第三周向壁板93，第三周向壁板93同心设置于第二周向壁板92的外侧，以形成上面所述的溢流腔90b；溢流腔90b与排液孔道95相连通，以排出溢流的液体。

本发明中，防护件50的下端配置有阻流结构，阻流结构与液封腔90a及溢流腔90b相对设置，以阻止液流朝向外侧溢出。

进一步地，阻流结构包括中间延伸部52，中间延伸部52为环形结构，并且，中间延伸部52朝向液封腔90a延伸设置；其中，中间延伸部52的下端位于溢流口92a的下方。

中间延伸部52的外侧形成朝向第二周向壁板92设置的倾斜面，以减少液封槽90a内部的液体在离心力作用下的溢出现象，即防止液封槽90a中的液体沿第二周向壁板92朝向上侧延伸。因此，中间延伸部52的倾斜面能够减少液封槽90a中的液体在离心力作用下的溢出现象。

进一步地，中间延伸部52的根部设置有阻断槽54，其中，阻断槽54与第二周向壁板92的上端相对设置。当经由第二周向壁板92的倾斜面朝向上侧移动的液体到达阻断槽54时，由于附着面的状态发生变化，附着在倾斜面的液体会自阻断槽54向下掉落。即一部分液体会掉落于液封槽90a，以减少液体非正常外溢。

本发明中，阻流结构还包括外侧延伸部53，外侧延伸部53为环形结构，并且，外侧延伸部53朝向溢流腔90b延伸设置，以进一步阻断溢流的液体。进一步地，外侧延伸部53的下端配置有豁口槽53a，以阻断溢流液体，避免液体飞溅到外部。

同时，在阻断槽54与外侧延伸部53之间配置有朝上倾斜部55，朝上倾斜部55与水平面的夹角为5-30°；朝上倾斜部55的设置也能够进一步阻断经由中间延伸部52朝上溢流的液体。

图5中，第三周向壁板93的上端配置有水平延伸部93a，水平延伸部93a朝向内侧延伸设置；其中，水平延伸部93a与外侧延伸部53间隔设置，以避免背喷组件40与随动的防护件50发生干涉。

进一步地，外侧延伸部53的底端位于溢流口92a的下方，使得溢流的液体掉落于溢流腔90b的内部，而非经由水平延伸部93a与外侧延伸部53之间的缝隙排放至外部。

进一步地，所述阻流结构还包括内侧延伸部51，内侧延伸部51设置于中间延伸部52的内侧；其中，内侧延伸部51与导引件90的内侧腔90c相对设置，而内侧腔90c与排液孔道95相连通，以将背喷组件40与防护件50之间的废液引导至内侧腔90c中，并通过排液孔道95将废液排放至外部。

本发明中，液封腔90a的内部设置有横向的封板96，其中，封板96与进液孔道94相对设置，并且，封板96能够封堵该进液孔道94的端口。具体的，封板96的横向长度小于液封腔90a的横向宽度，以避免具有一定压力的液体直接朝向防护件50下端的阻流结构喷射，而无法在液封腔90a的内部形成稳定的液面。

作为本实施例的一个方面，封板96的横向长度是液封腔90a横向宽度的60％-85％，经由进液孔道94进入液封腔90a的液体能够经由封板96与液封腔90a的内侧壁之间的间隙向上稳定流动，以便形成可靠的液体密封，防止外部的污染物经由背喷组件40与防护件50之间的间隙进入箱体10的内部，进而保证晶圆的清洗效果。

图1所示的实施例中，晶圆后处理装置100还包括风机过滤机组(Fan FilterUnit,FFU)，其设置于箱体10的上方，以朝向箱体10的内部供给过滤的洁净气体，以净化箱体10的内部，保证晶圆所处腔室的洁净度，提升晶圆的后处理效果。

进一步地，箱体10的内部还配置有后处理防护罩，其设置于夹持组件20的外周侧，以限定晶圆表面离心甩出液体的活动范围，避免液体过度飞溅而致使颗粒物等污染物再次附着于晶圆表面。需要说明的是，后处理防护罩能够沿竖直方向移动，使得夹持组件20固持的晶圆在后处理防护罩的内部旋转。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。