CN112735985B - 一种单片式湿法清洗设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单片式湿法清洗设备，包括设备外壳、设置在设备外壳内的复合腔体结构、以及设置在复合腔体结构内的晶圆支撑结构；设备外壳上安装有至少一个用于向晶圆表面喷射清洗液或气体的喷淋管；晶圆支撑结构用于使晶圆悬浮在其上方并向晶圆背面喷射清洗液；复合腔体结构内部设置有多层腔室大小可调的引流腔，复合腔体结构用以根据化学清洗液的类型使晶圆表面和背面的清洗液从其对应引流腔流至设备外部。本发明的洁净能力大大提升，提高了清洗效率和清洗效果，有效地保证了晶圆品质。

Description

一种单片式湿法清洗设备

技术领域

本发明涉及半导体工艺设备技术领域，尤其涉及一种单片式湿法清洗设备。

背景技术

化学清洗是利用各种化学试剂或有机溶剂来清除附着在物体表面的杂质的方法。在半导体制造领域，化学清洗是指清除吸附在半导体、金属材料以及用具等物体表面上的各种有害杂质或者油污的工艺过程。

晶圆清洗是以整个批次或者单一晶圆，通过化学清洗的方法，藉由化学品的浸泡或者喷洒去除脏污的工艺，其主要目的是清除晶圆表面的污染物，例如微尘颗粒(particle)、有机物(organic)、无机物以及金属离子(metal ion)等杂质。

目前，通常是通过湿法清洗设备上的喷淋头喷洒化学清洗液来去除晶圆表面的污染物，但目前所有的湿法清洗设备内只设置有一个清洗腔，因此一个湿法清洗设备的清洗腔内通常只使用同一种清洗液，不同类型的化学清洗液无法在同一个湿法清洗设备的清洗腔内进行分段清洗，单片式清洗设备的清洗效率很低。

而且，湿法清洗设备上只设置有从上往下喷射清洗液的传统喷淋管，该种传统设计只能对晶圆的上表面进行清洗，且清洗时，在离心力的作用下，清洗下来的颗粒污染物容易堆积在晶圆外围，在受到晶圆底部流场的影响，堆积在晶圆外围的颗粒污染物会粘附在晶圆的背面，这种传统湿法清洗设备的洁净能力很差，无法有效保证晶圆品质。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种单片式湿法清洗设备，用以解决上述背景技术中存在的问题。

一种单片式湿法清洗设备，包括设备外壳、设置在设备外壳内的复合腔体结构、以及设置在复合腔体结构内的晶圆支撑结构；

所述设备外壳上安装有至少一个用于向晶圆表面喷射清洗液或气体的喷淋管；

所述晶圆支撑结构用于使晶圆悬浮在其上方并向晶圆背面喷射清洗液；

所述复合腔体结构内部设置有多层腔室大小可调的引流腔，复合腔体结构用以根据化学清洗液的类型使晶圆表面和背面的清洗液从其对应引流腔流至设备外部。

优选地，所述复合腔体结构包括：

腔体外壳；

与腔体外壳的内侧壁相贴合且其上端部通过卡环与腔体外壳相固定的支撑环圈；

设置在支撑环圈上的第二隔离组件；

以及与第二隔离组件交叉从而在两者之间形成多层引流腔的第一隔离组件，所述第一隔离组件上安装有可使其上、下移动从而改变各层引流腔的腔室空间大小的顶升元件。

优选地，所述第一隔离组件包括第一层隔离环圈和第三层隔离环圈，所述第二隔离组件包括第二层隔离环圈和第四层隔离环圈，

所述第一层隔离环圈与第三层隔离环圈相扣合；

所述第二层隔离环圈设置在第一层隔离环圈和第三层隔离环圈之间且其底部支撑在所述支撑环圈上，第一层隔离环圈与第二层隔离环圈之间形成第一层引流腔，第二层隔离环圈与第三层隔离环圈之间形成第二层引流腔；

所述第三层隔离环圈设置在第四层隔离环圈与支撑环圈之间，第三隔离环圈与第四隔离环圈之间形成第三层引流腔；

所述第四层隔离环圈扣合固定在支撑环圈的内边沿上，所述第四层隔离环圈内部设置有第一引流槽道。

优选地，所述第一层隔离环圈、第二层隔离环圈、第三层隔离环圈和第四层隔离环圈的下表面均设置有防溅板。

优选地，所述第二层隔离环圈、第三层隔离环圈和第四层隔离环圈的内部均开设有导管槽，第二层隔离环圈上的导管槽与第一层引流腔相连通，第三层隔离环圈上的导管槽与第二层引流腔相连通，第四层隔离环圈上的导管槽与第三层引流腔相连通。

优选地，所述第二层隔离环圈、第三层隔离环圈和第四层隔离环圈的上表面还设置有覆盖导管槽的喷淋板，喷淋板上开设有若干个阵列排布的喷水孔。

优选地，所述晶圆支撑结构包括清洗机构和用以带动清洗机构上下移动和在圆周方向旋转的顶升旋转机构，

所述清洗机构包括套设在顶升旋转机构上的晶圆定位组件以及扣合固定在晶圆定位组件上的管件外壳，所述管件外壳内设置有晶圆吸附管和清洗液输送管，

所述晶圆吸附管竖直穿过顶升旋转机构，用以喷射使晶圆的上表面与下表面之间形成压力差从而使晶圆悬浮在清洗机构上方的气流；

所述清洗液输送管竖直穿过顶升旋转机构并与管件外壳上设置的倾斜喷嘴相连通，清洗液输送管用以输送清洗晶圆下表面污染物的清洗液。

优选地，所述晶圆定位组件包括第一晶圆定位器、第二晶圆定位器和第三晶圆定位器，所述第一晶圆定位器和第二晶圆定位器均套设在顶升旋转机构上，第三晶圆定位器分别与第一晶圆定位器和第二晶圆定位器扣合固定，所述第三晶圆定位器的顶部安装有多个支撑座。

优选地，所述顶升旋转机构包括电机和升降机构，所述电机固定在升降机构上，所述第一晶圆定位器套设在电机的转轴上，电机的转轴端部套设有转动轴承，第二晶圆定位器套设在转动轴承外侧。

优选地，所述管件外壳包括管件下外壳、与管件下外壳相扣合的管件上外壳、以及竖直穿设在管件上外壳内的固定件，晶圆吸附管和清洗液输送管固定在固定件内并竖直穿过顶升旋转机构。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过将湿法清洗设备的清洗腔设置成腔室大小可调的多层引流腔，可以有效地解决了不同类型的化学清洗液无法在同一个湿法清洗设备的清洗腔内分段清洗的问题，有效地提高了单片式湿法清洗设备的清洗效率。

2、本发明通过在湿法清洗设备的腔体内安装特制的晶圆支撑结构，该结构利用伯努利原理使晶圆悬浮在其上方，可对清洗晶圆下表面的污染物进行彻底清洗，尤其是可将晶圆下表面的清洗盲区清洗干净。

3、本发明通过在湿法清洗设备的腔体内安装特制的晶圆支撑结构，可有效解决晶圆表面清洗下来的颗粒污染物会在晶圆外围堆积从而粘附在晶圆背面的问题，从而使湿法清洗设备能够同时清洗晶圆的表面和背面，不会造成颗粒污染物在晶圆外围堆积，大大提高了湿法清洗设备的洁净能力，提高了清洗效率和清洗效果，有效地保证了晶圆品质。

4、通过在晶圆支撑结构的管件外壳内设置晶圆吸附管和清洗液输送管，晶圆吸附管喷射出的可使晶圆悬浮的气流可夹带走晶圆下表面的部分污染物，清洗液输送管输送到倾斜喷嘴的清洗液可对晶圆下表面进行彻底清洗，不仅提高了清洗效果，提高了清洗效率，也可减少清洗液的消耗，可降低企业的生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是复合腔体结构的立体示意图。

图2是复合腔体结构的剖视图。

图3是复合腔体结构的剖视图。

图4是复合腔体结构的俯视图。

图5是图2中A部分的放大图。

图6是第一层隔离环圈的立体图。

图7是第一层隔离环圈的剖视图。

图8是第二层隔离环圈的立体图。

图9是第二层隔离环圈的剖视图。

图10是第三层隔离环圈的立体图。

图11是第三层隔离环圈的剖视图。

图12是第四层隔离环圈的立体图。

图13是第四层隔离环圈的剖视图。

图14是利用碱性清洗液清洗晶圆的示意图。

图15是利用酸性清洗液清洗晶圆的示意图。

图16是本发明的单片式湿法清洗设备的剖视图。

图17是晶圆支撑结构的结构示意图。

图18是清洗液输送管喷射清洗液的示意图。

图19是晶圆下表面的旋转气流夹带脏污的示意图。

图20是清洗机构的剖视图。

图21是第三晶圆定位器的剖视图。

图22是管件上外壳的结构示意图。

图23是固定件的结构示意图。

图24是防溅罩与喷淋环的连接示意图。

图25是本发明的单片式湿法清洗设备的立体图。

图26是本发明的单片式湿法清洗设备的仰视图。

图中标号的含义为：

1为腔体外壳，1-1为第三引流槽道,1-2为第二排液管；

2为支撑环圈，2-1为第五环圈本体，2-2为第二卡槽，2-3为支撑凸环，2-4为导流孔，2-5为第一引流孔，2-6为支撑环沿，2-7为第二引流孔；

3为第一层隔离环圈，3-1为第一环圈本体，3-2为第一隔离罩，3-3为第一环沿，3-4为第一卡槽；

4为第二层隔离环圈，4-1为第二环圈本体，4-2为第二环沿，4-3为槽口；

5为第三层隔离环圈，5-1为第三环圈本体，5-2为第三隔离罩，5-3为第三环沿，5-4为凸起，5-5为连接件；

6为第四层隔离环圈，6-1为第四环圈本体,6-2为槽孔，6-3为内环壁，6-4为第一外环壁，6-5为第二外环壁，6-6为第二引流槽道,6-7为第三引流孔,6-8为第一引流槽道,6-9为第一排液管；

7为卡环；

8为顶升元件；

9为第一层引流腔；

10为第二层引流腔；

11为第三层引流腔；

13为导管槽；

14为喷淋板，14-1为喷水孔；

15为防溅板；

16为供水管；

17为纳米小分子水发生器；

18为设备外壳；

19为晶圆；

20为清洗机构，20-1为晶圆吸附管，20-2为清洗液输送管，20-3为第一晶圆定位器，20-4为第二晶圆定位器，20-5为第三晶圆定位器，20-6为支撑座,20-7为第一固定槽，20-8为第二固定槽，20-9为第三固定槽，20-10为第四固定槽,20-11为环状凸起，20-12为管件下外壳，20-13为管件上外壳，20-14为固定件,20-15为扣合槽，20-16缝隙，20-17为倾斜喷嘴,20-15为第五固定槽，20-16为第六固定槽；

21为顶升旋转机构，21-1为电机，21-2为升降机构，21-3为转轴，21-4为转动轴承；

22为污染物；

23为喷淋管；

24为防溅罩；

25为喷淋环，25-1为倾斜喷头。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

本发明给出一种单片式湿法清洗设备，包括设备外壳18、设置在设备外壳18内的复合腔体结构、以及设置在复合腔体结构内的晶圆支撑结构。

所述设备外壳18上安装有至少一个用于向晶圆表面喷射清洗液或气体的喷淋管23。

所述晶圆支撑结构用于使晶圆19悬浮在其上方并向晶圆19背面喷射清洗液。

所述复合腔体结构内部设置有多层腔室大小可调的引流腔，复合腔体结构用以根据化学清洗液的类型使晶圆19表面和背面的清洗液从其对应引流腔流至设备外部。

具体地，所述复合腔体结构包括腔体外壳1、支撑环圈2、第一隔离组件和第二隔离组件。

所述腔体外壳1设置在湿法清洗设备的设备外壳18内。腔体外壳1内设置有第三引流槽道1-1。

所述支撑环圈2设置在腔体外壳1内，与腔体外壳1的内侧壁相贴合，且其上端部通过卡环7与腔体外壳1相固定。

所述第二隔离组件设置在支撑环圈2上。

所述第一隔离组件与第二隔离组件交叉从而在两者之间形成多层引流腔，第一隔离组件上安装有可使其上、下移动从而改变各层引流腔的腔室空间大小的顶升元件8。

当顶升元件8带动第一隔离组件向上移动，第一隔离组件与第二隔离组件交叉形成的偶数层引流腔的腔室逐渐缩小、奇数层引流腔的腔室逐渐增大。

当顶升元件8带动第一隔离组件向上移动，第一隔离组件与第二隔离组件交叉形成的偶数层引流腔的腔室逐渐增大、奇数层引流腔的腔室逐渐缩小。

所述晶圆支撑装置设置在复合腔体结构内，该装置既可利用伯努利原理使晶圆19悬浮在该装置上方，也可用于清洗晶圆19下表面的污染物，尤其是可清洗晶圆下表面的清洗盲区。

所述晶圆支撑装置包括清洗机构20和用以带动清洗机构20上下移动和在圆周方向旋转的顶升旋转机构21。

所述清洗机构20包括套设在顶升旋转机构21上的晶圆定位组件以及扣合固定在晶圆定位组件上的管件外壳，所述管件外壳内设置有晶圆吸附管20-1和清洗液输送管20-2。

所述晶圆吸附管20-1竖直穿过顶升旋转机构21，用以喷射使晶圆19的上表面与下表面之间形成压力差从而使晶圆19悬浮在清洗机构20上方的气流；

所述清洗液输送管20-2竖直穿过顶升旋转机构21并与管件外壳上设置的倾斜喷嘴20-17相连通，清洗液输送管20-2用以输送清洗晶圆19下表面污染物的清洗液。

实施例一，本实施例给出的单片式湿法清洗设备的复合腔体结构，包括腔体外壳1、支撑环圈2、第一隔离组件和第二隔离组件，第一隔离组件上安装有顶升元件8。

其中，第一隔离组件包括第一层隔离环圈3和第三层隔离环圈5，第二隔离组件包括第二层隔离环圈4和第四层隔离环圈6。

所述第一层隔离环圈3包括第一环圈本体3-1，第一环圈本体3-1的内壁上延伸出有自外向内逐渐向上倾斜的第一隔离罩3-2，第一环圈本体3-1的外壁向四周水平延伸出有第一环沿3-3，第一环沿3-3的底部开设有第一卡槽3-4。

所述第二层隔离环圈4包括第二环圈本体4-1，所述第二环圈本体4-1的底部水平向外延伸出有第二环沿4-2，所述第二环沿4-2与第二环圈本体4-1的连接处开设有多个在周向均匀分布的槽口4-3。

所述第三层隔离环圈5包括第三环圈本体5-1、设置在第三环圈本体5-1内侧的第三隔离罩5-2。

第三环圈本体5-1的顶部向四周水平延伸出有与顶升元件8固定连接的第三环沿5-3，第三环沿5-3上向上延伸出有凸起5-4。

第三环圈本体5-1的底部通过多个连接件5-5与第三隔离罩5-2相连。

所述第四层隔离环圈6包括第四环圈本体6-1。

第四环圈本体6-1上开设有若干个在周向方向等距分布的槽孔6-2，本实施例中，所述槽孔设置成腰形孔。

第四环圈本体6-1的外壁顶部延伸出有自内向外逐渐向下倾斜的内环壁6-3，第四环圈本体6-1的外壁底部延伸出有第一外环壁6-4，第一外环壁6-4向上弯折形成第二引流槽道6-6，第二引流槽道6-6底部开设有多个用以将流入该槽道内的清洗液排至腔体外壳的第三引流槽道1-1内的第三引流孔6-7。腔体外壳1底部安装有第二排液管1-2，第二排液管1-2与第三引流槽1-1相连通，可将第三引流槽1-1的液体排至设备外部。

第四环圈本体6-1的外壁中部延伸出向上弯折的第二外环壁6-5，第二外环壁6-5位于内环壁6-3与第一外环壁6-4之间且其与内环壁6-3之间形成第一引流槽道6-8，第一引流槽道6-8与第一排液管6-9相连通，所述第一排液管6-9设置在第二外环壁6-5底部并穿过第一外环壁6-4和腔体外壳1。

支撑环圈2包括第五环圈本体2-1。

第五环圈本体2-1的顶部开设有用以与卡环7相扣合的第二卡槽2-2。

第五环圈本体2-1的内壁中部水平延伸出有支撑凸环2-3，第二层隔离环圈4的底部设置在所述支撑凸环2-3上，支撑凸环2-3上开设有若干个在圆周方向均匀分布的导流孔2-4。

第五环圈本体2的下部开设有若干个在圆周方向均匀分布的与位于其上方的导流孔2-4相对应的第一引流孔2-5。

第五环圈本体2的底部向内水平延伸出有支撑环沿2-6，支撑环沿2-6上开设有多个第二引流孔2-7。

组装上述复合腔体结构时，首先，将支撑环圈2放置在腔体外壳1内，使支撑环圈2与腔体外壳1的内侧壁相贴合，并通过卡环7将支撑环圈2与腔体外壳1固定为一体。

然后，将第二层隔离环圈4设置在支撑环圈的支撑凸环2-3上，支撑凸环2-3对第二层隔离环圈4进行支撑。

然后，将第三层隔离环圈5设置在第四层隔离环圈6与支撑环圈2之间，第三层隔离环圈5的第三环圈本体5-1需竖直穿过支撑环圈2，并使第三环圈本体5-1顶部的凸起5-4卡在第一层隔离环圈的第一卡槽3-4内，至此，第二层隔离环圈4位于第一层隔离环圈3和第三层隔离环圈5之间，第三层隔离环圈5的上端与第一层隔离环圈3相扣合，第一层隔离环圈3与第三层隔离环圈5固定为一体。

第一层隔离环圈3与第二层隔离环圈4之间形成第一层引流腔9，第二层隔离环圈4与第三层隔离环圈5之间形成第二层引流腔10，第三层隔离环圈5与第四层隔离环圈6之间形成第三层引流腔11。

然后，将第四层隔离环圈6扣合固定在支撑环圈的支撑环沿2-6上，所述第四层隔离环圈6内部设置有第一引流槽道6-8和第二引流槽道6-6，其中，第一引流槽道6-8位于内环壁6-3与第二外环壁6-5之间，第二引流槽道6-6由第一外环壁6-4向上弯折形成。

最后，将顶升元件8与第三层隔离环圈的第三环沿5-3相固定即可，这样，当启动顶升元件8时，顶升元件8可带动第一层隔离环圈3和第三层隔离环圈5同步运动。

本实施例中，顶升元件8采用的是气缸，气缸的活塞杆与第三层隔离环圈的第三环沿5-3相固定，气缸的缸筒可安装在湿法清洗设备的设备外壳上，也可安装在其他地方。

具体地，当气缸的活塞杆向上顶推，使第一层隔离环圈3和第三层隔离环圈5同步向上移动时，第一层引流腔9和第三层引流腔11的腔室大小会逐渐增大，第二层引流腔10的腔室大小会逐渐减小，当第三层隔离环圈5的第三隔离罩5-2与第二层隔离环圈4的上部相贴合时，第二层引流腔10隐藏消失，第一层引流腔9和第三层引流腔11的腔室达到最大状态。

当气缸的活塞杆带动第一层隔离环圈3和第三层隔离环圈5同步向下移动时，第一层引流腔9和第三层引流腔11的腔室大小会逐渐减小，第二层引流腔10的腔室大小会逐渐增大，当第一层隔离环圈3的第一隔离罩3-2与第二层隔离环圈4的上部相贴合、第三层隔离环圈的第三隔离罩5-2与第四层隔离环圈的第二外环壁6-5相贴时，第二层引流腔10的腔室达到最大状态，第一层引流腔9和第三层引流腔11的腔室隐藏。

本申请通过将湿法清洗设备的清洗腔设置成腔室大小可调的多层引流腔，可以有效地解决了不同类型的化学清洗液无法在同一个湿法清洗设备的清洗腔内分段清洗的问题，有效地提高了单片式湿法清洗设备的清洗效率。

下面通过举例，具体说明复合腔体结构的操作过程：

当需利用碱性化学清洗液来清洗晶圆时，可使气缸带动第一层隔离环圈3和第三层隔离环圈5同步向下移动，直至第一层引流腔9和第三层引流腔11的腔室隐藏、第二层引流腔10的腔室达到最大状态为止，如图14所示，然后，利用湿法清洗设备的晶圆支撑装置来调整晶圆高度，使晶圆19与第三隔离罩5-2的上沿相齐平或略高于第三隔离罩5-2的上沿，然后利用湿法清洗设备上的喷淋管从上往下向晶圆的上表面喷射碱性化学清洗液，碱性化学清洗液从晶圆19的外围流入第二层引流腔10，然后经第二层引流腔10、支撑环圈的第一引流孔2-5流入腔体外壳的第三引流槽道1-1内，最后通过第二排液管1-2排至设备外部。

当需利用酸性化学清洗液来清洗晶圆时，可使气缸带动第一层隔离环圈3和第三层隔离环圈5同步向上移动，如图15所示，然后，利用湿法清洗设备的晶圆支撑装置来调整晶圆高度，使晶圆19与第四层隔离环圈的内环壁6-3的上沿相齐平或略高于内环壁6-3的上沿，然后利用湿法清洗设备上的喷淋管从上往下向晶圆19的上表面喷射酸性化学清洗液，酸性化学清洗液从晶圆19的外围流入第一引流槽道6-8，通过第一排液管6-9排至设备外部。

本实施例给出的单片式湿法清洗设备的晶圆支撑结构设置在复合腔体结构内。

所述晶圆支撑结构包括清洗机构20和顶升旋转机构21。晶圆支撑结构与复合腔体结构之间通过防溅罩24隔开，具体地，防溅罩24套设在顶升旋转机构21的外部，本实施例中，防溅罩24卡在升降机构21-2的上部。防溅罩24上设置有若干个在圆周方向均匀分布的腰形孔。防溅罩24的下沿向下倾斜并略微伸入第三引流槽道1-1，防溅罩24的上部固定有一个喷淋环25，喷淋环25的顶部安装有多个在圆周方向均匀分布的倾斜喷头25-1，喷淋环25通过供水管与纳米小分子水发生器相连，通过纳米小分子水发生器可向喷淋环25内输送清水，通过喷淋环25上的倾斜喷头25-1向复合腔体结构内喷水，以清洗掉复合腔体结构内残留的化学清洗液。

顶升旋转机构21可带动清洗机构20上下移动并可使清洗机构20在圆周方向旋转。

所述顶升旋转机构21包括电机21-1和升降机构21-2，所述电机21-1固定在升降机构21-2上，清洗机构20套设在电机21-1的转轴组件(转轴组件包括转轴21-3和转动轴承21-4)上。升降机构21-2用于带动电机及21-1固定在电机上的清洗机构20上、下移动，电机21-1可带动清洗机构20在圆周方向旋转。本实施例中，所述电机21-1为空心伺服电机。

所述清洗机构20包括晶圆定位组件以及扣合固定在晶圆定位组件上的管件外壳，所述管件外壳内设置有晶圆吸附管20-1和清洗液输送管20-2，晶圆吸附管20-1用以喷射使晶圆19的上表面与下表面之间形成压力差从而使晶圆19悬浮在清洗机构20上方的气流，清洗液输送管20-2用以输送清洗晶圆19下表面污染物22的清洗液。

所述晶圆定位组件包括第一晶圆定位器20-3、第二晶圆定位器20-4和第三晶圆定位器20-5。

所述第一晶圆定位器20-3和第二晶圆定位器20-4均套设在顶升旋转机构21上。具体地，第一晶圆定位器20-3套设在电机21-1的转轴上，电机21-1的转轴21-3端部套设有转动轴承21-4，第二晶圆定位器20-4套设在转动轴承21-4上。第三晶圆定位器20-5分别与第一晶圆定位器20-3和第二晶圆定位器20-4扣合固定，所述第三晶圆定位器20-5的顶部安装有多个支撑座20-6。

第三晶圆定位器20-5的底部开设有用以扣合第二晶圆定位器20-3的第三固定槽20-9且其底部向下延伸出有一个环状凸起20-11，当第一晶圆定位器20-3套在电机的转轴21-3上时，第一晶圆定位器20-3的侧边恰好抵在环状凸起20-11上。

第三晶圆定位器20-5的顶部开设有多个用以安装支撑座20-6的第一固定槽20-7和用以扣合管件外壳的第二固定槽20-8。

所述管件外壳包括管件下外壳20-12、与管件下外壳20-12相扣合的管件上外壳20-13、以及竖直穿设在管件上外壳20-13内的固定件20-14。

所述管件下外壳20-12卡在第三晶圆定位器20-5的第二固定槽20-8内。

所述管件上外壳20-13的中央开设有一个竖直贯穿的第四固定槽20-10，固定件20-14设置在第四固定槽20-10内。管件上外壳20-13的下部开设有一个扣合槽20-15，管件下外壳20-12通过该扣合槽20-15与管件上外壳20-13相扣合。当管件上外壳20-13与管件下外壳20-12相扣合时，管件上外壳20-13与管件下外壳20-12的扣接部位之间会存在微小的缝隙20-16。

管件上外壳20-13的上部水平设有多个倾斜喷嘴20-17。本实施例中，管件上外壳20-13上部的外表面为向下倾斜的弧面。

所述固定件20-14的中央开设有一个竖直贯穿的第五固定槽20-15，晶圆吸附管20-1插在第五固定槽20-15内且下下端竖直穿过整个顶升旋转机构21以与设备外部的供气设备相连。

第五固定槽20-15的四周设置有多个第六固定槽20-16，多个第六固定槽20-16均匀分布在第五固定槽20-15的四周，每个第六固定槽20-16内均插放一根清洗液输送管20-2，清洗液输送管20-2的设置数量与管件上外壳20-13内部的倾斜喷嘴20-17的设置数量相等，即一根清洗液输送管20-2对应唯一一个倾斜喷嘴20-17。不同位置的清洗液输送管20-2可用于输送不同浓度或不同种类的清洗液，如酸性清洗液或碱性清洗液。本实施例中，所述第六固定槽20-16为L型槽，因此，当清洗液输送管20-2插在第六固定槽20-16内时，清洗液输送管20-2也呈L状，L形清洗液输送管20-2的水平段与管件上外壳20-13内部的倾斜喷嘴20-17相连通，L形清洗液输送管20-2的竖直段穿过整个顶升旋转机构21从而与半导体湿法工艺中的供液系统相连。

上述所述的晶圆支撑结构的工作原理如下所示：

通过供气设备向晶圆吸附管20-1内供气。由于晶圆吸附管20-1内喷射出使晶圆19的上表面与下表面之间形成压力差的气流，因此，当晶圆19放置在晶圆支撑结构上时，晶圆19会漂浮/悬浮在多个支撑座20-6上方，晶圆19不与支撑座20-6相接触。

顶升旋转机构的电机21-1可带动整个清洗机构20在圆周方向上旋转，清洗机构20旋转过程中，晶圆19下表面会形成旋转气流，气流旋转循环可夹带走晶圆19下表面的部分污染物。

为了增强晶圆吸附管20-1喷射出来的气流在晶圆下表面所形成的真空环境的稳定性，且增强气流夹带污染物的能力，可在电机21-1的空心腔室内设置气体喷流管，该气体喷流管吹送出来的气体不会对伯努利原理造成破坏。安装该气体喷流管时，气体喷流管从电机21-1的空心中穿过并与管件上外壳20-13和管件下外壳20-12的扣接部位之间的缝隙20-16相连通，气体喷流管喷射出的气流可沿着缝隙20-16和扣合槽20-15从管件下外壳20-12的上端面与管件下外壳20-13之间的缝隙中流出，从而增强真空环境的稳定性和气流携带颗粒物的能力，气体喷流管喷射出的气流的流动路径如图20所示，气体喷流管在图20中未画出。本实施例中，气体喷流管中喷射出的是氮气。

通过半导体湿法工艺中的供液系统可向清洗液输送管20-2内输送酸性或碱性清洗液，清洗液经清洗液输送管20-2送至倾斜喷嘴20-17中，并从倾斜喷嘴20-17的喷嘴口喷出。由于整个清洗机构20会在圆周方向旋转，因此，当清洗液从倾斜喷嘴20-17中喷出时，会形成CDA喷流，在离心力的作用下，清洗液可将晶圆19下表面剩余的污染物清洗干净，夹杂有污染物的清洗液会流入单片式湿法清洗设备的复合腔体结构的相应引流腔内，从单片式湿法清洗设备的相应排液管排至外界。

同时，清洗作业结束后，晶圆吸附管20-1内喷出的气流可将晶圆19下表面残留的清洗液吹离晶圆。

本实施例给出的单片式湿法清洗设备的晶圆支撑结构通过利用伯努利原理使晶19悬浮在该装置上方，可对清洗晶圆19下表面的污染物进行彻底清洗，尤其是可将晶圆19下表面的清洗盲区清洗干净。

通过在管件外壳内设置晶圆吸附管20-1和清洗液输送管20-2，晶圆吸附管20-1喷射出的可使晶圆19悬浮的气流可夹带走晶圆19下表面的部分污染物，清洗液输送管20-2输送到倾斜喷嘴20-17的清洗液可对晶圆19下表面进行彻底清洗，不仅提高了清洗效果，提高了清洗效率，也可减少清洗液的消耗，可降低企业的生产成本。

目前湿法清洗设备上只设置有从上往下喷射清洗液的喷淋管23，该种传统设计只能对晶圆19的上表面进行清洗，且清洗时，在离心力的作用下，清洗下来的颗粒污染物容易堆积在晶圆19外围，在受到晶圆19底部流场的影响，堆积在晶圆19外围的颗粒污染物会粘附在晶圆19背面。本申请通过在湿法清洗设备上安装可对晶圆下表面进行清洗的晶圆支撑结构，可有效解决该问题，在单次清洗作业过程中，安装有本申请装置的湿法清洗设备不仅能同时清洗晶圆19的表面和背面，也不会造成颗粒污染物在晶圆19外围堆积的问题，大大提高了湿法清洗设备的洁净能力，提高了清洗效率和清洗效果，有效地保证了晶圆品质。

本发明的单片式湿法清洗设备的工作过程如下所示：

一、通过供气设备向晶圆支撑结构的晶圆吸附管20-1内供气。

利用晶圆夹取装置将晶圆19放置在晶圆支撑结构上，由于晶圆吸附管20-1内喷射出使晶圆19的上表面与下表面之间形成压力差的气流，因此，晶圆19会漂浮/悬浮在其支撑座20-6上方，晶圆19不与支撑座20-6相接触。

二、根据当前工作模式，利用顶升元件调整复合腔体结构内部各层引流腔的腔体大小，使晶圆与某一工作腔(工作腔是指其中一层引流腔)相对应。以利用碱性化学清洗液清洗晶圆为例，应使顶升元件带动第一隔离组件向下移动，使第二层引流腔10的腔室达到最大状态，若此时晶圆19未与第三隔离罩5-2的上沿相齐平或未略高于第三隔离罩5-2的上沿，则通过顶升旋转机构的升降机构略微调整晶圆的高度。

三、通过顶升旋转机构的电机21-1带动整个清洗机构20在圆周方向上旋转，清洗机构20旋转过程中，晶圆19下表面会形成旋转气流，气流旋转循环可夹带走晶圆1下表面的部分污染物。

同时，可通过气体喷流管向管件上外壳20-13和管件下外壳20-12的扣接部位之间的缝隙20-16内通入氮气，氮气从管件下外壳20-12的上端面与管件下外壳20-13之间的缝隙中流出，可以增强晶圆吸附管20-1喷射出来的气流在晶圆下表面所形成的真空环境的稳定性和气流携带颗粒污染物的能力。气体喷流管喷出的氮气和晶圆吸附管20-1喷出的气体会进入当前工作的引流腔，即进入第二层引流腔10。

四、利用喷淋管从上往下向晶圆的上表面喷射碱性化学清洗液，由于喷淋管喷射清洗液时，整个清洗机构20会在圆周方向旋转，因此，晶圆上表面会形成CDA喷流，碱性化学清洗液从晶圆19的外围扩散流入第二层引流腔10。

同时，通过半导体湿法工艺中的供液系统向清洗液输送管20-2内输送碱性化学清洗液，清洗液经清洗液输送管20-2送至倾斜喷嘴2-17中，并从倾斜喷嘴20-17的喷嘴口喷出。由于整个清洗机构20会在圆周方向旋转，因此，当清洗液从倾斜喷嘴20-17中喷出时，会形成CDA喷流，在离心力的作用下，清洗液可将晶圆19下表面剩余的污染物清洗干净，夹杂有污染物的清洗液会流入第二层引流腔10。

进入第二层引流腔10的碱性化学清洗液会经第二层引流腔10、支撑环圈的第一引流孔2-5流入腔体外壳的第三引流槽道1-1内，最后通过第二排液管1-2排至设备外部。

五、待清洗完毕后，喷淋管和清洗液输送管20-2的倾斜喷嘴2-17停止喷液。

晶圆吸附管2-1和气体喷流管内喷出的气流也可将晶圆19下表面上的残留清洗液吹离晶圆。

从晶圆上脱离的残留清洗液也会从第二层引流腔10、支撑环圈的第一引流孔2-5流入腔体外壳的第三引流槽道1-1内，最后通过第二排液管1-2排至设备外部。

六、待晶圆上无残留清洗液时，顶升旋转机构停止转动，通过晶圆夹取装置将晶圆转移至下一道工序，至此即完成对一个晶圆的清洗。

实施例二，本实施例给出的单片式湿法清洗设备的结构与实施例一基本相同，具体不同之处在于，本实施例中单片式湿法清洗设备的复合腔体结构的第二层隔离环圈4、第三层隔离环圈5和第四层隔离环圈6的内部还开设有导管槽13。

第二层隔离环圈4上的导管槽与第一层引流腔9相连通，第三层隔离环圈5上的导管槽与第二层引流腔10相连通，第四层隔离环圈6上的导管槽与第三层引流腔11相连通。

第二层隔离环圈4上的导管槽设置在其第二环圈本体4-1内。

第三层隔离环圈5上的导管槽设置在其第三隔离罩5-2内。

第四层隔离环圈6上的导管槽分别设置在其内环壁6-3和第二外环壁6-5内。

第二层隔离环圈4、第三层隔离环圈5和第四层隔离环圈6的内部的导管槽均通过一根供水管16与纳米小分子水发生器17相连。纳米小分子水发生器17用于将水进行过滤，并将过滤好的水通过供水管16送至对应的导管槽内来清洗各个引流腔内残留的化学清洗液。

优选地，所述第二层隔离环圈4、第三层隔离环圈5和第四层隔离环圈6的上表面还设置有覆盖导管槽的喷淋板14，喷淋板14上开设有若干个阵列排布的喷水孔14-1。

晶圆清洗作业结束后，可通过纳米小分子水发生器17将过滤好的水通过供水管16送至各层隔离环圈的导管槽13内以及喷淋环25内，然后通过导管槽13表面的喷淋板和喷淋环25表面的倾斜喷头25-1将水喷洒在各个引流腔内，以清洗掉各个引流腔内残留的化学清洗液，如图3、图16所述。

具体地，输送至第二层隔离环圈4的导管槽的水通过其表面的喷淋板喷洒至第一层隔离环圈3的下表面，夹杂有残留化学清洗液的污水进入第一层引流腔9，然后经第一层引流腔9、支撑环圈的导流孔2-4和第一引流孔2-5流入腔体外壳的第三引流槽道1-1内。

输送至第三层隔离环圈5的导管槽的水通过其表面的喷淋板喷洒至第二层隔离环圈4的下表面，夹杂有残留化学清洗液的污水进入第二层引流腔10，然后经第二层引流腔10、支撑环圈的第一引流孔2-5流入腔体外壳的第三引流槽道1-1内。

输送至第四层隔离环圈6的第二外环壁6-5内的导管槽的水通过其表面的喷淋板喷洒至第三层隔离环圈5的下表面，夹杂有残留化学清洗液的污水进入第三层引流腔11，然后经第三层引流腔11、支撑环圈的第一引流孔2-5、第二引流槽道6-6、第二引流槽道6-6底部的第三引流孔6-7流入腔体外壳的第三引流槽道1-1内。

流入到第三引流槽道1-1内的污水第二排液管1-2排至设备外部。

输送至第四层隔离环圈6的内环壁6-3内的导管槽的水通过其表面的喷淋板喷洒至其第二外环壁6-5的下表面，夹杂有残留化学清洗液的污水进入第一引流槽道6-8，再通过第一排液管6-9排至设备外部。

输送至喷淋环25内的水可喷洒到防溅罩与复合腔体结构之间的缝隙内，以清洗掉各层隔离环圈的清洗盲区上残留的化学液。

本实施例中，其他具体实施方式与实施例一相同，在此不再具体赘述。

实施例三，本实施例给出的用于晶圆清洗设备的复合腔体结构与实施例一或实施例二基本相同，具体不同之处在于，所述第一层隔离环圈3、第二层隔离环圈4、第三层隔离环圈5和第四层隔离环圈6的下表面还分别设置有防溅板15。

本实施例中，其他具体实施方式与实施例一或实施例二相同，在此不再具体赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种单片式湿法清洗设备，其特征在于，包括设备外壳、设置在设备外壳内的复合腔体结构、以及设置在复合腔体结构内的晶圆支撑结构；

所述设备外壳上安装有至少一个用于向晶圆表面喷射清洗液或气体的喷淋管；

所述晶圆支撑结构用于使晶圆悬浮在其上方并向晶圆背面喷射清洗液；

所述复合腔体结构内部设置有多层腔室大小可调的引流腔，复合腔体结构用以根据化学清洗液的类型使晶圆表面和背面的清洗液从其对应引流腔流至设备外部；

所述晶圆支撑结构包括清洗机构和用以带动清洗机构上下移动和在圆周方向旋转的顶升旋转机构，

所述清洗机构包括套设在顶升旋转机构上的晶圆定位组件以及扣合固定在晶圆定位组件上的管件外壳，所述管件外壳内设置有晶圆吸附管和清洗液输送管，

所述晶圆吸附管竖直穿过顶升旋转机构，用以喷射使晶圆的上表面与下表面之间形成压力差从而使晶圆悬浮在清洗机构上方的气流；

所述清洗液输送管竖直穿过顶升旋转机构并与管件外壳上设置的倾斜喷嘴相连通，清洗液输送管用以输送清洗晶圆下表面污染物的清洗液。

2.根据权利要求1所述的单片式湿法清洗设备，其特征在于，所述复合腔体结构包括：

腔体外壳；

与腔体外壳的内侧壁相贴合且其上端部通过卡环与腔体外壳相固定的支撑环圈；

设置在支撑环圈上的第二隔离组件；

以及与第二隔离组件交叉从而在两者之间形成多层引流腔的第一隔离组件，所述第一隔离组件上安装有可使其上、下移动从而改变各层引流腔的腔室空间大小的顶升元件。

3.根据权利要求2所述的单片式湿法清洗设备，其特征在于，所述第一隔离组件包括第一层隔离环圈和第三层隔离环圈，所述第二隔离组件包括第二层隔离环圈和第四层隔离环圈，

所述第一层隔离环圈与第三层隔离环圈相扣合；

所述第二层隔离环圈设置在第一层隔离环圈和第三层隔离环圈之间且其底部支撑在所述支撑环圈上，第一层隔离环圈与第二层隔离环圈之间形成第一层引流腔，第二层隔离环圈与第三层隔离环圈之间形成第二层引流腔；

所述第三层隔离环圈设置在第四层隔离环圈与支撑环圈之间，第三隔离环圈与第四隔离环圈之间形成第三层引流腔；

所述第四层隔离环圈扣合固定在支撑环圈的内边沿上，所述第四层隔离环圈内部设置有第一引流槽道。

4.根据权利要求3所述的单片式湿法清洗设备，其特征在于，所述第一层隔离环圈、第二层隔离环圈、第三层隔离环圈和第四层隔离环圈的下表面均设置有防溅板。

5.根据权利要求3或4所述的单片式湿法清洗设备，其特征在于，所述第二层隔离环圈、第三层隔离环圈和第四层隔离环圈的内部均开设有导管槽，第二层隔离环圈上的导管槽与第一层引流腔相连通，第三层隔离环圈上的导管槽与第二层引流腔相连通，第四层隔离环圈上的导管槽与第三层引流腔相连通。

6.根据权利要求5所述的单片式湿法清洗设备，其特征在于，所述第二层隔离环圈、第三层隔离环圈和第四层隔离环圈的上表面还设置有覆盖导管槽的喷淋板，喷淋板上开设有若干个阵列排布的喷水孔。

7.根据权利要求1所述的单片式湿法清洗设备，其特征在于，所述晶圆定位组件包括第一晶圆定位器、第二晶圆定位器和第三晶圆定位器，所述第一晶圆定位器和第二晶圆定位器均套设在顶升旋转机构上，第三晶圆定位器分别与第一晶圆定位器和第二晶圆定位器扣合固定，所述第三晶圆定位器的顶部安装有多个支撑座。

8.根据权利要求7所述的单片式湿法清洗设备，其特征在于，所述顶升旋转机构包括电机和升降机构，所述电机固定在升降机构上，所述第一晶圆定位器套设在电机的转轴上，电机的转轴端部套设有转动轴承，第二晶圆定位器套设在转动轴承外侧。

9.根据权利要求1所述的单片式湿法清洗设备，其特征在于，所述管件外壳包括管件下外壳、与管件下外壳相扣合的管件上外壳、以及竖直穿设在管件上外壳内的固定件，晶圆吸附管和清洗液输送管固定在固定件内并竖直穿过顶升旋转机构。

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