CN103489814A - 全自动兆声波半导体晶圆清洗设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全自动兆声波半导体晶圆清洗设备，其利用兆声波发生器产生的兆声波进入到设置在腔体中的兆声清洗机构，从进水端进入的洁净DI水会对应带上超声波能量，将正在清洗盘上旋转的工件上的污染物击穿气化；同时利用二流体清洗机构进入洁净DI水与进入的压缩空气进行混合产生雾化去离子水分子，而雾化后的水分子可以充满整个腔体及工件的小缝隙，达到完全清洗的效果。与现有技术相比，本发明利用二流体、高频兆声波及离子风相结合的清洗方式，实现了对高精密半导体晶圆的清洗，满足了其洁净度的要求；同时本发明还利用清洗完后快速离心甩干实现了高精密半导体晶圆的干燥，有效提高了工作效率，保证了清洗的效果。
Description
技术领域：
本发明属于半导体清洗技术领域，具体涉及的是一种全自动兆声波半导体晶圆清洗设备。
背景技术：
晶圆是指硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能的IC产品。而随着半导体晶圆上集成电路尺寸向微米级发展，对半导体晶圆制作过程中的清洗要求也越来越高，尤其是半导体晶圆在制作过程中如遭到尘粒、金属的污染，很容易造成晶片内电路功能的损坏，形成短路或断路等，从而导致集成电路的失效以及影响几何特征的形成。因此在制作过程中除了要排除外界的污染源外，还需要进行清洗工作，以在不破坏晶圆表面特性及电特性的前提下，有效地使用化学溶液或气体清除残留在晶圆上的微尘、金属离子及有机物等杂质。
由于待清洗晶圆表面残留物种类主要包括微粒、金属离子、有机物及自然氧化物。而这些残留物中又以金属离子对半导体组件的电气特性影响最大。为了保证清洗效果，目前大多采用单晶圆清洗设备进行清洗，单晶圆清洗设备主要采用喷淋清洗，其能够提高过程环境控制能力与微粒去除率，有效解决晶圆经清洗后所造成腐蚀破坏等现象，具有设备占地小、化学品与纯水耗量少等优点。
但是随着航空科技、太空科技的进一步认识和开发探索，要求越来越精密的电路板、Wafer和半导体元器件，一般单晶圆清洗设备的喷淋清洗已经无法达到高精密晶圆的洁净度要求，这就需要在原来的基础上研制出能适应这一要求的高端精密清洗设备。
发明内容：
为此，本发明的目的在于提供一种全自动兆声波半导体晶圆清洗设备，以实现对高精密半导体晶圆的清洗，以满足其洁净度要求。
为实现上述目的，本发明主要采用以下技术方案：
一种全自动兆声波半导体晶圆清洗设备，包括：
壳体（10）及设置于壳体（10）上方的腔体（12）；
所述壳体（10）中固定安装有电控箱（11）、兆声波发生器（13）、主轴升降机构（20）和真空吸附机构（30），所述兆声波发生器（13）与电控箱（11）连接；
所述主轴升降机构（20）包括气缸（21）、伺服电机（22）、气缸托架（23）、减震垫（24）、滑动板（31）、直线轴（32）、主轴轴套（33）和直线轴固定件（34），所述伺服电机（22）与电控箱（11）连接，所述气缸托架（23）安装在气缸（21）上端，通过气缸（21）控制上升或下降；所述滑动板（31）下端通过减震垫（24）与气缸托架（23）连接，上端设置有主轴轴套（33）和多个直线轴（32），所述直线轴（32）上端固定在直线轴固定件（34）上；
所述真空吸附机构（30）包括安装在电控箱（11）中的真空发生器，所述真空发生器通过气管与设置在主轴轴套（33）内的密闭腔体连通，通过真空发生器将密闭腔体内的空气抽干，以形成真空吸附，便于安装和取放工件；
所述腔体（12）中设置有一清洗盘（50），所述清洗盘（50）上方设置有二流体清洗机构（60）和兆声波清洗机构（70）；所述清洗盘（50）底部设置有光轴（53），所述光轴（53）位于轴轴套（33）中且与所述伺服电机（22）连接，通过所述伺服电机（22）带动而转动；
所述兆声波清洗机构（70）包括兆声波清洗头（71），所述兆声波清洗头（71）上设置有兆声波进线端（72）、进水端（73）和喷嘴（74），所述声波清洗头（71）通过兆声波进线端（72）与兆声波发生器（13）连接；
二流体清洗机构（60）包括喷杆（61）和二流体喷头（62），所述二流体喷头（62）上设置有二流体雾化出口端（65）、与喷杆（61）连接的二流体进水端（63）及与外部空压机连接的二流体进气端（64）。
优选地，所述壳体（10）中还固定安装有一与电控箱（11）连接的旋转机构（40），所述旋转机构（40）分别与二流体清洗机构（60）、兆声波清洗机构（70）连接，用于控制二流体清洗机构（60）、兆声波清洗机构（70）在腔体（12）中转动。
优选地，所述壳体（10）中还设置有一分别与进水端（73）、喷杆（61）连接的进水管，该进水管与外部水泵连接。
优选地，所述壳体（10）中还设置有一与清洗盘（50）连接的排水管（15）。
优选地，所述真空吸附机构（30）还包括有一位于清洗盘（50）底部的吸盘固定叶轮（52），所述吸盘固定叶轮（52）与主轴轴套（33）内密闭腔体连通，用于将放置在清洗盘（50）上的工件通过大气压压紧在清洗盘（50）上。
优选地，所述清洗盘（50）的外侧还设置有一挡水板（51）。
优选地，所述壳体（10）中还固定安装有流量计（16）。
优选地，所述腔体（12）上方还设置有一由风扇（81）、过滤层（802）和过滤芯（803）构成的空气过滤机构（80）。
本发明中兆声波发生器产生的兆声波进入到设置在腔体中的兆声清洗机构，从进水端进入的洁净DI水会对应带上超声波能量，将正在清洗盘上旋转的工件上的污染物击穿气化；同时利用二流体清洗机构进入洁净DI水与进入的压缩空气进行混合产生雾化去离子水分子，而雾化后的水分子可以充满整个腔体及工件的小缝隙，达到完全清洗的效果。与现有技术相比，本发明利用二流体、高频兆声波及离子风相结合的清洗方式，实现了对高精密半导体晶圆的清洗，满足了其洁净度的要求；同时本发明还利用清洗完后快速离心甩干实现了高精密半导体晶圆的干燥，有效提高了工作效率，保证了清洗的效果。
附图说明：
图1为本发明全自动兆声波半导体晶圆清洗设备的壳体结构示意图；
图2为本发明全自动兆声波半导体晶圆清洗设备的内部结构示意图；
图3为本发明主轴升降及真空吸附机构的结构示意图；
图4为本发明清洗盘的结构示意图；
图5为本发明兆声波清洗机构的结构示意图；
图6为本发明二流体清洗机构的结构示意图；
图7为本发明空气过滤机构的结构示意图；
图8为本发明全自动兆声波半导体晶圆清洗设备的原理图。
图中标识说明：壳体10、电控箱11、腔体12、兆声波发生器13、脚轮14、排水管15、流量计16、抽风口17、主轴升降机构20、气缸21、伺服电机22、气缸托架23、减震片24、真空吸附机构30、滑动板31、直线轴32、主轴轴套33、直线轴固定件34、旋转机构40、清洗盘50、挡水板51、吸盘固定叶轮52、光轴53、二流体清洗机构60、喷杆61、二流体喷头62、二流体进水端63、二流体进气端64、二流体雾化出口端65、兆声波清洗机构70、兆声波清洗头71、兆声波进线端72、进水端73、喷嘴74、空气过滤机构80、风扇81、过滤层802、过滤芯803。
具体实施方式：
为阐述本发明的思想及目的，下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
请参见图1、图2所示，图1为本发明全自动兆声波半导体晶圆清洗设备的壳体结构示意图；图2为本发明全自动兆声波半导体晶圆清洗设备的内部结构示意图。本发明实施例提供的是一种全自动兆声波半导体晶圆清洗设备，其主要用于实现了对高精密半导体晶圆的清洗，满足了其洁净度的要求。
其中该清洗设备包括有：壳体10、设置于壳体10上方的腔体12以及安装在腔体12上方的空气过滤机构80。壳体10是本发明的基本构架及支撑部分，腔体12为半导体等工件（晶圆）的清洗场所，整个壳体及腔体的材质为sus304，耐酸碱腐蚀且经久耐用。
壳体10底部对应安装有脚轮14，以便于整个设备的搬运。壳体10中对应安装有电控箱11、兆声波发生器13、排水管15、流量计16、主轴升降机构20、真空吸附机构30和旋转机构40。其中兆声波发生器13与电控箱11连接，以对应产生所需要的兆声波，本实施例中兆声波的频率可达95kHz，能使DI水瞬间带上超声波的能量，清洗效果好。
腔体12中设置有清洗盘50，所述清洗盘50的外侧还设置有挡水板51，所述挡水板51上对应设置有与上述排水管15连接的排水孔，以便于将清洗后的废液通过排水管15排出。
在清洗盘50前方对应安装有可打开关闭的玻璃门，清洗盘50上方设置有一个二流体清洗机构60和一个兆声波清洗机构70；且所述二流体清洗机构60和兆声波清洗机构70均与旋转机构40连接，通过旋转机构40控制实现在腔体12中转动，当清洗工件时，转动到清洗盘50的上方；当清洗工件完成后，对应转动到腔体12的侧壁，以防止有水滴落到工件上，造成工件污染。
在壳体10内或外部还对应安装有水泵和空压机，以将DI水（去离子水）对应送入到上述二流体清洗机构60和兆声波清洗机构70中，及同时将压缩空气对应送入到二流体清洗机构60中，以形成雾化去离子水分子。
如图2、图3、图4所示，所述主轴升降机构20包括气缸21、伺服电机22、气缸托架23、减震垫24、滑动板31、直线轴32、主轴轴套33和直线轴固定件34，所述伺服电机22与电控箱11连接，所述气缸托架23安装在气缸21上端，通过气缸21控制上升或下降；所述滑动板31下端通过减震垫24与气缸托架23连接，上端设置有主轴轴套33和多个直线轴32，所述直线轴32上端固定在直线轴固定件34上。
主轴轴套33内设置有一个密闭腔体，在主轴轴套33外侧设置有一个与该密封腔体连通的真空吸附孔。
真空吸附机构30包括安装在电控箱11中的真空发生器和位于清洗盘50底部的吸盘固定叶轮52，所述真空发生器通过气管、真空吸附孔与设置在主轴轴套33内的密闭腔体连通，所述吸盘固定叶轮52与主轴轴套33内密闭腔体连通，且当真空发生器将密闭腔体内的空气抽干，形成真空时，将清洗盘50吸附，而由于清洗盘50上对应设置有用于放置工件的孔，通过外部大气压可将待清洗的工件压紧在清洗盘50上，从而对工件形成真空吸附，便于安装和取放工件。
清洗盘50底部设置有光轴53，所述光轴53位于主轴轴套33中且与所述伺服电机22连接，通过所述伺服电机22带动而转动；所述吸盘固定叶轮52与气缸21连接，可对应吸附在清洗盘50上。
主轴升降机构20运行过程中，当其降至最低位置，此时清洗盘50是比玻璃门低一些的（这样高速离心工作时比较安全），当工作结束要取件时，主轴升降机构20升至最高位置，此时至少与玻璃门平齐，甚至高一些，便于取件。
本设备中伺服电机22和光轴53通过主轴轴套33固定在滑动板31上，然后吸盘固定叶轮52再固定在光轴53上，而伺服电机22和光轴53之间通过联轴器连接，伺服电机22高速旋转就通过光轴53、联轴器传递给了吸盘固定叶轮52，这样就实现了高速离心清洗和干燥。
气缸21通过气缸托架23、直线轴32、直线轴固定件34固定在壳体10上的，这样伺服电机22、光轴53、滑动板31就可以通过气缸21推动在气缸托架23与直线轴固定件34之间沿着直线轴32上下移动，实现光轴53的升降，从而方便工件的安装与取卸。
另外主轴轴套33、光轴53、吸盘固定叶轮52和清洗盘50通过油封形成封闭的腔体，利用真空发生器将形成的封闭腔体中的空气吸出，此时这个密闭的腔体就形成了真空，对应的半导体膜就可以吸附在清洗盘上，在转动时候可以实现对工件的清洗。本设备中主轴上还可以安装测速仪和测振仪，以预知及控制主轴速度和检出设备工作时的震动大小，从而消除设备的动平衡问题，而且真空吸附工件半导体晶圆，在安装工件时也更加方便可靠。
如图2、图3、图5所示，兆声波清洗机构70包括兆声波清洗头71，所述兆声波清洗头71上设置有兆声波进线端72、进水端73和喷嘴74，所述声波清洗头71通过兆声波进线端72与兆声波发生器13连接。其中本设备中兆声波清洗是通过兆声波发生器、兆声波喷头将洁净的DI水带上超声波的能量，将工件上的污染物击穿气化，以达到清洗的效果。
如图2、图3、图6所示，二流体清洗机构60包括喷杆61和二流体喷头62，所述二流体喷头62上设置有二流体雾化出口端65、与喷杆61连接的二流体进水端63及与外部或内部空压机连接的二流体进气端64。本发明实施例中二流体清洗，就是将干净的去离子水通过二流体喷嘴将去离子水雾化（即去离子水雾化成很小的水分子），雾化后的很小的水分子可以充满整个腔体及工件的小缝隙，达到完全清洗的效果。而安装在壳体10中的流量计16则用于控制、调节气体流量、DI水或纯水流量以达到最佳的雾化效果。
如图2、图7所示，腔体12侧壁还设置有抽风口17，腔体12的顶部对应安装有空气过滤机构80，所述空气过滤机构80由风扇81、过滤层802和过滤芯803构成。其中风扇将空气通过高效过滤芯过滤后可达0.3微米，空气过滤单元在离心甩干时，将水雾向下吹，腔体底端接有外部强抽系统（通过抽风口17连接），由此形成吹风，抽干循环，可在干燥时及时将水雾全部抽出，满足设备的干燥要求。
如图8所示，图8为本发明全自动兆声波半导体晶圆清洗设备的原理图。本发明实施例工作原理如下：设备启动时，主轴升降机构上升，使清洗盘与门平齐，将所需要清洗的Wafer或其他工件平整放置在清洗盘上，设定触摸屏上的参数，确认无误之后按下触摸屏上的启动按钮；设备启动后，执行清洗过程：真空发生器首先开始工作，将工件牢牢吸附在清洗盘上，主轴升降机构下降，使清洗盘下降到工作位置，光轴带动清洗盘和其上面的半导体（或工件进）行低速、中速旋转，旋转每次都经过喷杆的中间部位，实现喷杆对工件一遍又一遍的清洗；DI水经过可调流量计到达喷杆喷嘴的进水端，空压机提供的压缩空气经过三级空气过滤后经过可调流量计到达喷杆喷嘴的进气端，通过这两个流量计调节水和气的流量来达到最佳的雾化效果来对Wafer或工件进行二流体清洗，同时经过三级过滤后的空气经过去离子风机，使整个腔体充满去离子的空气，防止工件清洗时产生静电使灰尘吸附在工件上，这样会大大提高清洗的洁净度及效果，此外另一路DI水经过兆声波发生器及二流体喷嘴旁边的超声波喷头后附带上高频率的超声波能量冲击在工件上，以进一步提高清洗的洁净度及效果。当清洗结束之后，对应进行干燥，此时旋转装置将喷杆、喷嘴旋转至腔体侧壁，防止喷嘴中的二流体滴到工件上，防止二次污染，光轴带动叶轮盘及其上面的半导体或工件进行高速旋转，通过离心力将工件上的水及水雾甩干，设备顶端配置的空气过滤单元将水雾向下吹，总腔体底端接有外部强抽风系统，由此形成吹风，抽风循环，可在干燥时及时将水雾全部抽出，提高设备的干燥效果。干燥后，主轴升降机构上升，使清洗盘与门平齐，将设备停机，真空发生器停止工作，然后将工件取出。
本发明设备主要用于高精密元器件的清洗（如Wafer、手机摄像头等），其采用二流体、高频兆声波、离子风相结合的清洗方式，具有清洗效果质量稳定，效果好的优点，而且通过设置的高速离心干燥机构，在工件清洗完之后能对工件快速离心甩干，同时利用空气过滤机构和主轴升降机构，能够大大提高工件的清洗效率和烘干效果，因此更能适应高精密电子元器件的清洗要求。
以上是对本发明所提供的全自动兆声波半导体晶圆清洗设备进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的结构原理及实施方式进行了阐述，以上实施例只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种全自动兆声波半导体晶圆清洗设备，其特征在于，包括：
壳体（10）及设置于壳体（10）上方的腔体（12）；
所述壳体（10）中固定安装有电控箱（11）、兆声波发生器（13）、主轴升降机构（20）和真空吸附机构（30），所述兆声波发生器（13）与电控箱（11）连接；
所述主轴升降机构（20）包括气缸（21）、伺服电机（22）、气缸托架（23）、减震垫（24）、滑动板（31）、直线轴（32）、主轴轴套（33）和直线轴固定件（34），所述伺服电机（22）与电控箱（11）连接，所述气缸托架（23）安装在气缸（21）上端，通过气缸（21）控制上升或下降；所述滑动板（31）下端通过减震垫（24）与气缸托架（23）连接，上端设置有主轴轴套（33）和多个直线轴（32），所述直线轴（32）上端固定在直线轴固定件（34）上；
所述真空吸附机构（30）包括安装在电控箱（11）中的真空发生器，所述真空发生器通过气管与设置在主轴轴套（33）内的密闭腔体连通，通过真空发生器将密闭腔体内的空气抽干，以形成真空吸附，便于安装和取放工件；
所述腔体（12）中设置有一清洗盘（50），所述清洗盘（50）上方设置有二流体清洗机构（60）和兆声波清洗机构（70）；所述清洗盘（50）底部设置有光轴（53），所述光轴（53）位于轴轴套（33）中且与所述伺服电机（22）连接，通过所述伺服电机（22）带动而转动；
所述兆声波清洗机构（70）包括兆声波清洗头（71），所述兆声波清洗头（71）上设置有兆声波进线端（72）、进水端（73）和喷嘴（74），所述声波清洗头（71）通过兆声波进线端（72）与兆声波发生器（13）连接；
二流体清洗机构（60）包括喷杆（61）和二流体喷头（62），所述二流体喷头（62）上设置有二流体雾化出口端（65）、与喷杆（61）连接的二流体进水端（63）及与外部空压机连接的二流体进气端（64）。
2.根据权利要求1所述的全自动兆声波半导体晶圆清洗设备，其特征在于，所述壳体（10）中还固定安装有一与电控箱（11）连接的旋转机构（40），所述旋转机构（40）分别与二流体清洗机构（60）、兆声波清洗机构（70）连接，用于控制二流体清洗机构（60）、兆声波清洗机构（70）在腔体（12）中转动。
3.根据权利要求1所述的全自动兆声波半导体晶圆清洗设备，其特征在于，所述壳体（10）中还设置有一分别与进水端（73）、喷杆（61）连接的进水管，该进水管与外部水泵连接。
4.根据权利要求1所述的全自动兆声波半导体晶圆清洗设备，其特征在于，所述壳体（10）中还设置有一与清洗盘（50）连接的排水管（15）。
5.根据权利要求1所述的全自动兆声波半导体晶圆清洗设备，其特征在于，所述真空吸附机构（30）还包括有一位于清洗盘（50）底部的吸盘固定叶轮（52），所述吸盘固定叶轮（52）与主轴轴套（33）内密闭腔体连通，用于将放置在清洗盘（50）上的工件通过大气压压紧在清洗盘（50）上。
6.根据权利要求1或4所述的全自动兆声波半导体晶圆清洗设备，其特征在于，所述清洗盘（50）的外侧还设置有一挡水板（51）。
7.根据权利要求1所述的全自动兆声波半导体晶圆清洗设备，其特征在于，所述壳体（10）中还固定安装有流量计（16）。
8.根据权利要求1所述的全自动兆声波半导体晶圆清洗设备，其特征在于，所述腔体（12）上方还设置有一由风扇（81）、过滤层（802）和过滤芯（803）构成的空气过滤机构（80）。
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