CN102194653B

CN102194653B - 晶片清洗装置

Info

Publication number: CN102194653B
Application number: CN 201010129105
Authority: CN
Inventors: 高思玮
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2030-03-11
Also published as: CN102194653A

Abstract

本发明公开了一种晶片清洗装置，包括永磁体，用于产生磁通量信号；霍尔传感器，用于在刷子旋转时，接收所述永磁体产生的磁通量信号，将所述磁通量信号转变为电信号；位置传感器，用于侦测该刷子处于开启还是闭合状态，在该刷子处于闭合状态时，将代表该刷子闭合的逻辑信号发送给PLC；PLC，用于读取霍尔传感器发送的电信号，得到所述电信号的频率，当该电信号的频率小于设置的频率阈值时，如果读取到位置传感器发送的代表该刷子闭合的逻辑信号，将该逻辑信号发送给控制器；控制器，用于在读取到PLC发送的逻辑信号时告警。采用本发明装置清洗晶片时，能够及时发现刷子转速异常。

Description

晶片清洗装置

技术领域

本发明涉及半导体化学机械研磨领域，特别涉及一种晶片清洗装置。

背景技术

目前，晶片(wafer)在化学机械研磨工艺中会发生化学反应，或者wafer表面存在研磨颗粒，造成wafer表面受到污染，只有有效地去除这些表面污染物才能够充分利用化学机械研磨来实现wafer表面的整体平坦化。为去除上述化学机械研磨过程中带来的污染物，现有采用化学机械研磨中的晶片清洗装置，在每道研磨工序之后，对wafer进行清洗。

现有晶片清洗装置的剖面结构示意图和俯视结构示意图，分别如图1a和图1b所示。该装置包括：水槽100、第一刷子101和第二刷子101’、与第一刷子101配合使用的第一套筒(sleeve)102和第一中心轴103、与第二刷子101’配合使用的第二套筒102’和第二中心轴103’。对wafer进行清洗时，通过清洗液提供管路和喷嘴(图中未显示)在刷子以及wafer上提供清洗液，旋转的晶片W置于两个刷子中间，两个刷子平行放置于水槽中，相对wafer旋转，其清洗部完全接触wafer的表面，即其中一个刷子与wafer的正面(晶面)完全接触，另一个刷子与wafer的背面(晶背)完全接触。套筒套于中心轴的表面，中心轴与套筒之间通过定位销(drive pin)固定，刷子套于套筒的表面，也就是说中心轴在马达的驱动下旋转，中心轴、套筒和刷子，三者之间相对静止，从而达到了刷子清洗wafer的目的。但是，如果刷子长时间处于运转状态，中心轴与套筒之间的定位销很容易脱位失效，此时，中心轴的旋转无法带动刷子旋转，但由于无法侦测刷子的旋转情况，所以仍然认为刷子在清洗wafer，导致最终清洗得到的wafer，杂质颗粒密度(Particle Density，PD)很高，报废的可能性比较大。

另一方面，在清洗装置的水槽外部设有马达，通过传动系统带动刷子旋转，所述传动系统包括皮带、传动轴和变速齿轮等。当马达依旧在工作，传动部件失效时，刷子无法转动，或者转动速度异常，但由于无法侦测刷子的旋转情况，所以仍然认为刷子在正常工作状态下清洗wafer，导致最终清洗得到的wafer，PD很高，报废的可能性也比较大。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的技术问题是：清洗wafer时，及时发现刷子转速异常。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明公开了一种晶片清洗装置，用于清洗化学机械研磨后的晶片，包括置于水槽中的刷子、与刷子配合使用的套筒和中心轴，所述套筒套于中心轴的表面，所述刷子套于套筒的表面，所述刷子包括第一刷子和第二刷子，第一套筒和第一中心轴与第一刷子配合使用，第二套筒和第二中心轴与第二刷子配合使用，其特征在于，该装置还包括永磁体、霍尔传感器、位置传感器、可编程逻辑控制器PLC和控制器；

永磁体，内嵌安装于两个刷子中任一刷子所配合使用的套筒上，用于产生磁通量信号；

霍尔传感器，安装于水槽外部，与永磁体相对配置，用于在刷子旋转时，接收所述永磁体产生的磁通量信号，将所述磁通量信号转变为电信号；

位置传感器，安装于水槽外部，且位于刷子闭合时，具有永磁体的刷子的中心轴的轴线上，用于侦测该刷子处于开启还是闭合状态，在该刷子处于闭合状态时，将代表该刷子闭合的逻辑信号发送给PLC；

PLC，用于读取霍尔传感器发送的电信号，得到所述电信号的频率，当该电信号的频率小于设置的频率阈值时，如果读取到位置传感器发送的代表该刷子闭合的逻辑信号，将该逻辑信号发送给控制器；

控制器，用于在读取到PLC发送的逻辑信号时告警。

所述永磁体密封于套筒的一端边缘上。

当PLC得到的电信号频率小于设置的频率阈值时，如果读取到位置传感器发送的代表刷子开启的逻辑信号，不触发所述控制器。

所述电信号为电压脉冲信号或者电流脉冲信号。

由上述的技术方案可见，本发明在套筒上内嵌安装永磁体，并在水槽外部与该永磁体相对的位置上固定安装一霍尔传感器。永磁体产生磁场，套筒旋转时，其上的永磁体每经过霍尔传感器一次，霍尔传感器便输出一个脉冲信号，可编程逻辑控制器(PLC)读取霍尔传感器输出的脉冲信号，在该脉冲信号的频率小于PLC预先存储的频率阈值时，读取位置传感器发送的代表刷子闭合的逻辑信号，并将该逻辑信号发送给控制器，控制器在读取该逻辑信号时告警，从而立刻对装置进行检查维修，避免wafer PD过高，最终被报废的情况发生。

附图说明

图1a和图1b分别为现有晶片清洗装置的剖面结构示意图和俯视结构示意图。

图2为本发明实施例晶片清洗装置的结构示意图。

图3为本发明实施例霍尔传感器产生的电信号示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

下面首先介绍一下霍尔传感器。霍尔传感器是一种能实现磁电转换的传感器，是利用霍尔效应的原理制成的。霍尔效应是指在一个矩形半导体薄片上有一电流通过，此时如有一磁场也作用于该半导体材料上，则在垂直于电流方向的半导体两端，会产生一个很小的电压，该电压就称为霍尔电压。永磁体产生磁场，当霍尔传感器交替经过永磁体和永磁体旁的空隙时，就会有一个变化的磁场作用于霍尔传感器(半导体材料)上，使霍尔电压产生脉冲信号。

本发明的核心思想是：在套筒上内嵌安装永磁体，并在水槽外部与该永磁体相对的位置上固定安装一霍尔传感器。永磁体产生磁场，套筒旋转时，其上的永磁体每经过霍尔传感器一次，霍尔传感器便输出一个脉冲信号，PLC读取霍尔传感器输出的脉冲信号，在该脉冲信号的频率小于PLC预先存储的频率阈值时，读取位置传感器发送的代表刷子闭合的逻辑信号，并将该逻辑信号发送给控制器，控制器在读取该逻辑信号时告警，从而立刻对装置进行检查维修，避免wafer PD过高，最终被报废的情况发生。

本发明实施例晶片清洗装置的结构示意图如图2所示。该装置包括：水槽100、第一刷子101和第二刷子101’、与第一刷子101配合使用的第一套筒(sleeve)102和第一中心轴103、与第二刷子101’配合使用的第二套筒102’和第二中心轴103’，还包括永磁体201、霍尔传感器202、位置传感器203、PLC204和控制器205。需要说明的是：晶片正面分布电路器件，所以清洗晶片正面相比于清洗晶片背面比较关键重要，本发明实施例在清洗晶片正面的刷子一侧安装永磁体，如果第二刷子101’作为清洗晶片正面的刷子，则在第二套筒102’的一端边缘上内嵌安装永磁体201，侦测该侧刷子转速是否异常。当然，也可以在两个刷子上同时安装永磁体，或者在清洗晶片背面的刷子一侧安装永磁体，但考虑到实际需要和成本，优选为在清洗晶片正面的刷子一侧安装永磁体。

其中，对晶片W的清洗在水槽100内进行，旋转的晶片W置于两个刷子中间，两个刷子的清洗部完全接触晶片W的表面，相对晶片W旋转，第一刷子101与配合使用的第一套筒102和第一中心轴103，用于清洗晶片背面；第二刷子101’与配合使用的第二套筒102’和第二中心轴103’，用于清洗晶片正面；

永磁体201，内嵌安装于第二套筒102’的一端边缘上，用于产生磁通量信号；

霍尔传感器202，安装于水槽外部，与永磁体201相对的位置上，用于将接收到的磁通量信号转变成电信号，并将所述电信号发送给PLC204；

位置传感器203，安装于水槽外部，且位于第二刷子101’闭合时，其第二中心轴103’的轴线上，用于侦测第二刷子101’处于开启还是闭合，在第二刷子101’闭合时，将代表第二刷子101’闭合的逻辑信号发送给PLC。一般刷子处于开启状态时，位置传感器产生低电平信号；刷子处于闭合状态时，位置传感器产生高电平信号。需要说明的是，当刷子开启时，刷子远离wafer；当刷子闭合时，刷子靠近wafer，并完全接触wafer的表面，所以当刷子开启时，位置传感器偏离刷子的中心轴轴线，位置传感器侦测出刷子处于开启状态，产生并维持低电平信号；当刷子闭合时，位置传感器正对于刷子的中心轴轴线，位置传感器侦测出刷子处于闭合状态，产生并维持高电平信号；

PLC204，用于预先存储一频率阈值，读取霍尔传感器202发送的电信号，得到所述电信号的频率，当该电信号的频率与所述频率阈值相匹配时，读取位置传感器203的代表刷子闭合的逻辑信号，将该逻辑信号发送给控制器。PLC可以为具有数据处理功能的芯片，只需要与霍尔传感器电连接即可，不需要限定其具体位置。电信号的频率与所述频率阈值相匹配，指的是电信号的频率小于所述频率阈值，也就说明刷子转速异常，此时如果刷子处于闭合状态，PLC204就会读取位置传感器203发送的高电平信号，将该高电平信号发送给控制器205；

控制器205，用于在读取到PLC204发送的逻辑信号时告警。

本发明实施例在第二套筒102’的一端边缘上安装一个永磁体201，刷子旋转一圈，该永磁体经过霍尔传感器一次，就会产生1个脉冲信号。本发明实施例霍尔传感器202产生的电信号示意图如图3所示。原理上，霍尔传感器可以输出电流，也可以输出电压，所以所述电信号可以为电流信号或者电压信号，并且输出时已经将霍尔传感器产生的模拟信号转变成数字信号，所以图3中霍尔传感器输出的方波信号，其横坐标为为时间，纵坐标为电压或者电流。永磁体201包括N极和S极，当N极与霍尔传感器202相对时，产生电信号的幅值为正，当S极与霍尔传感器202相对时，产生电信号的幅值为负，本发明实施例中霍尔传感器202产生正的电信号，所以此时永磁体N极于霍尔传感器202相对。当永磁体与霍尔传感器之间的距离一定时，产生电信号的幅值是一定的。在一定距离下，刷子的转速不同，单位时间内电信号的个数是不同的，转速越快，单位时间内电信号的个数越多，也就是说PLC204得到所述电信号的频率也就越大；反之，如果PLC204得到电信号的频率越小，且小于所述频率阈值，说明刷子的转速异常，相比于正常工作状态的转速较慢，需要告警以便及时进行维修检查。

永磁体的材质易被氧化和腐蚀，所以需要将永磁体密封于套筒内，套筒的材质一般为塑料等绝缘材料，因此只需在套筒一端边缘上开设一永磁体安装孔，将永磁体置于安装孔内，然后将永磁体的上表面用塑料等绝缘材料密封，这样永磁体的四周都有绝缘材料的包裹，从而能够有效防止其被氧化和腐蚀。

综上所述，本发明在晶片清洗装置上安装霍尔传感器和能够产生磁场的永磁体，PLC读取霍尔传感器产生的电信号，并获得该电信号的频率，在该电信号的频率小于PLC预先存储的频率阈值时，判断刷子是否处于闭合状态，只有在刷子处于闭合状态时，PLC才将刷子传感器发送的代表刷子闭合的高电平逻辑信号发送给控制器。也就是说，如果刷子处于开启状态，即使电信号的频率小于PLC预先存储的频率阈值，控制器也不会被触发。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种晶片清洗装置，用于清洗化学机械研磨后的晶片，包括置于水槽中的刷子、与刷子配合使用的套筒和中心轴，所述套筒套于中心轴的表面，所述刷子套于套筒的表面，所述刷子包括第一刷子和第二刷子，第一套筒和第一中心轴与第一刷子配合使用，第二套筒和第二中心轴与第二刷子配合使用，其特征在于，该装置还包括永磁体、霍尔传感器、位置传感器、可编程逻辑控制器和控制器；

位置传感器，安装于水槽外部，且位于刷子闭合时，具有永磁体的刷子的中心轴的轴线上，用于侦测该刷子处于开启还是闭合状态，在该刷子处于闭合状态时，将代表该刷子闭合的逻辑信号发送给可编程逻辑控制器；

可编程逻辑控制器，用于读取霍尔传感器发送的电信号，得到所述电信号的频率，当该电信号的频率小于设置的频率阈值时，如果读取到位置传感器发送的代表该刷子闭合的逻辑信号，将该逻辑信号发送给控制器；

控制器，用于在读取到可编程逻辑控制器发送的逻辑信号时告警。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述永磁体密封于套筒的一端边缘上。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，当可编程逻辑控制器得到的电信号频率小于设置的频率阈值时，如果读取到位置传感器发送的代表刷子开启的逻辑信号，不触发所述控制器。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述电信号为电压脉冲信号或者电流脉冲信号。