CN107086188B - 一种晶元清洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶元清洗装置，包括清洗槽、承载晶元的晶元架、循环装置、检测清洗液中有效成分浓度的在线检测装置和自动加液装置。所述清洗槽为超声波清洗槽，清洗时，清洗液从清洗槽排出，依次被过滤和加热后，进入清洗槽循环使用，在线检测装置实时检测清洗液中有效成分的浓度，并反馈给加液装置，加液装置通过蠕动泵来自动控制清洗液的滴加。本发明结构简单，清洗液与晶元的接触时间长，清洗效果好，清洗速率快，清洗液可重复利用，减少了清洗液的浪费，降低了成本，自动加液过程减少了操作工序，提高了生产效率。

Description

一种晶元清洗装置

技术领域

本发明涉及一种半导体行业晶元处理领域，具体涉及一种晶元清洗装置。

背景技术

晶元在制作过程中需经历掺杂植入、沉积、蚀刻以及化学机械化研磨等数个处理过程，这些操作会在晶元表面留下残留物和研磨液，因此，需要经过清洗操作除去晶元表面的污染物，用以保证晶元后续加工制造过程中的质量及半导体器件的良率。

针对晶元清洗处理的问题，目前常用旋转式清洗、喷淋清洗、超声波清洗以及旋转式清洗和喷淋清洗结合并用等方法。旋转式清洗方法依靠单纯的离心力，无法有效地去除附着于晶元上的大量粒子，尤其是牢固地黏着在晶元表面的粒子，且化学清洗液很快因离心力的作用而甩出晶元表面上，会造成清洗力度不够，清洗液浪费。喷淋清洗方法是通过喷嘴向晶元表面喷注清洗液，从而达到清洗晶片的目的，由于晶元尺寸较小且薄，流水水压难以控制，表面的微粒难以清洗，高水压易损坏晶元，清洗效率较低，而且喷洗会造成清洗液浪费。旋转式清洗和喷淋清洗并用的方法是一面旋转晶片且一面从直线型喷嘴供给清洗液进行清洗，这会使晶元表面上的清洗液产生乱流，晶元中心被洗净，但污染物残留在晶元外围并引起缺陷和水痕。超声波清洗方法操作简单，清洗速度快，清洗效果好，晶元表面清洁度一致，且节省溶剂和工作场地。但是现有的超声波清洗机无法检测清洗液的浓度，清洗液使用1次后直接排出，造成了浪费，而且在更换清洗液后，需重新加热清洗液，生产效率低。综上原因，还需要开发一种清洗效率高、晶元表面清洁度一致且充分利用清洗液、生产效率高的晶元清洗装置。

发明内容

本发明为解决上述问题提供一种晶元清洗装置，其化学清洗过程效率高，晶元表面清洁度一致，清洗液循环使用，不会造成浪费，还可提高生产效率，节约成本。

本发明的技术方案如下：一种晶元清洗装置，该装置包括：清洗槽；晶元架，用于承载晶元；循环装置，用于循环利用清洗液；在线检测装置，用于实时检测清洗液中有效成分的浓度；以及自动加液装置，用于滴加清洗液。

所述清洗槽包括内槽和外槽；

所述清洗槽为超声波清洗槽，外槽底部设置有超声波发生单元，内槽底部设置超声波震荡单元，超声波发生单元发射超声波，超声波震荡单元利用超声波的高频声波产生振荡，并将振动传输给晶元架；

所述震荡单元的宽度小于晶元架底部宽度；

所述晶元架位于震荡单元上，晶元架可非固定设置或固定设置在震荡单元上，优选晶元架通过卡箍非固定设置在震荡单元上，便于晶元架的装卸。

所述内槽的高度大于晶元架的高度；

所述内槽设有一个或多个溢水孔，溢水孔的位置高于晶元架的顶部；

所述内槽和外槽底部均设有排液孔，内槽底部还设有进液孔；

所述排液孔与出液管连接，进液孔与进液管连接；

所述外槽置于内槽外，其高度低于内槽，用于盛装溢出的清洗液；

所述循环装置包括压力泵、过滤装置，优选所述循环装置还包括加热装置；

所述压力泵通过出液管与清洗槽连接，过滤装置通过管道与压力泵连接，加热装置位于过滤装置之后，并通过进液管与内槽连接；

所述过滤装置中滤料孔径为5μm；

所述在线检测装置包括在线分析控制仪，通过管道与循环装置连接；

所述在线分析控制仪包括PLC控制系统；

所述自动加液装置包括一条初始加液管路和一条补充加液管路。

所述初始加液管路包括原料储罐、计量泵，优选计量泵后连接单向阀。

所述补充加液管路包括蠕动泵，优选蠕动泵后连接单向阀。

所述自动加液装置根据在线检测装置反馈的结果来控制蠕动泵和单向阀，从而达到控制清洗液的滴加的目的；

优选自动加液装置中初始加液管路延伸到清洗槽内槽的底部，补充加液管路延伸到清洗槽内槽的液面上方；

首先，本发明采用超声波清洗装置清洗晶元，增加了清洗液与晶元的接触时间，清洗效果好，清洗速率快。其次，本发明在普通超声波清洗机的基础上，增加了循环装置、在线检测装置和自动加液装置，在清洗过程中，清洗液从清洗槽不断排出，在压力泵的作用下，分别经过滤装置过滤、加热装置加热后，循环进入内槽，这一过程提高了清洗液的利用率，减少了清洗液的浪费，降低了成本；另外，在线检测装置实时检测清洗液中有效成分浓度，并通过PLC控制系统及时将检测结果反馈至自动加液装置，当检测到清洗液中任一成份的浓度低于设定的标准值时，加液装置自动向清洗槽中滴加清洗液，这种自动加液的设计减少了操作工序。最后，本发明在过滤装置后设有加热装置，可将清洗液预先加热至要求的温度，并循环至清洗槽中，确保了清洗槽中清洗液的温度稳定在一定的数值，可连续清洗晶元，提高了生产效率。

附图说明

图1是本发明实施例的平面示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种晶元清洗装置包括清洗槽1、晶元架2、循环装置3、在线检测装置4和自动加液装置5。

清洗槽包括外槽11和内槽12，内槽12置于外槽11中，清洗槽为超声波清洗槽，外槽底部设置有超声波发生单元13，内槽底部设置超声波震荡单元14，超声波发生单元含一个或多个超声波发生器，本实施例中含两个超声波发生器，震荡单元利用超声波的高频声波产生振荡，震荡单元的宽度小于内槽的宽度。内槽12设有溢水孔15，溢水孔可为一个或多个，本实施例中的多个溢水孔15(未全部画出)均匀分布在内槽12上，所述溢水孔的位置高于晶元架2的顶部。

内槽12底部设置排液孔和进液孔，分别连接出液管16和进液管17，外槽11的底部设置排液孔，连接出液管18，出液管16和18汇合后连接放液阀19，用于排出清洗槽中的液体。

内槽12上设置有晶元架2，晶元架2用于承载晶元，可非固定设置或固定设置在内槽12上，本实施例中晶元架通过卡箍非固定设置在内槽12的震荡单元14上，震荡单元的宽度小于晶元架底部宽度，便于晶元架的装卸。

循环装置3包括通过管道依次相连的压力泵31和过滤装置32，过滤装置32中含有滤料，本实施例中滤料孔径为5μm，压力泵31通过出液管16和18连接清洗槽，过滤装置32通过管道与压力泵31连接，过滤装置31后面还连接加热装置33，保证循环液维持在与清洗槽1中清洗液相同的恒定温度，加热装置33通过进液管17与内槽12连接。

在线检测装置4包括在线分析控制仪41，通过管道与循环装置3连接，在线分析控制仪41包括PLC控制系统。

自动加液装置5包括原料储罐51、52和53，分别用于盛放去离子水、氨水和双氧水。自动加液装置5含有两条加液管路，在初始加液管路中，原料储罐51、52和53分别与计量泵51-1，52-1，53-1相连，用于加入初始清洗液，上述计量泵后边分别连接单向阀51-2，52-2，53-2，用于防止加液过程中出现逆流现象，初始加液管路延伸至清洗槽内槽的底部。在补充加液管路中，原料储罐52、53分别与蠕动泵52-3、53-3相连，用于晶元清洗过程中补充滴加清洗液，为防止逆流，在上述蠕动泵后分别连接单向阀52-4、53-4，补充加液管路延伸至清洗槽内槽的液面上方。

在晶元清洗开始前，原料储罐51中的去离子水、原料储罐52中的氨水和原料储罐53中的双氧水分别在计量泵51-1、52-1、53-1的作用下通过单向阀51-2、52-2、53-2，按预定比例定量加入清洗槽中。

在晶元清洗过程中，内槽12中的清洗液浸没承载晶元的晶元架2，超声波发生单元13发射超声波，同时震荡单元14利用超声波的高频声波产生振荡，并带动晶元架2向相应方向振动，有效地清洗晶元上的污染物，提高了清洗效率；在振动清洗过程中，内槽12中的清洗液通过溢水孔15流入外槽11，并通过外槽11上的出液管18排出，同时，内槽12中的清洗液通过出液管16不断排出；压力泵31始终处于工作状态，出液管16和18排出的清洗液在压力泵31的作用下，进入过滤装置32中过滤，除去杂质和污染物的清洗液随后进入加热装置33加热至恒定温度，然后通过进液管17进入内槽12中；与此同时，在线分析控制仪41在线检测经过滤和加热后的清洗液中有效成分的浓度，如果清洗液中有效成分的浓度低于设定值，在线分析控制仪41中的PLC控制系统则将信号传输至自动加液装置5，驱动蠕动泵52-3或53-3定量滴加氨水或双氧水，直至清洗液中有效成分的浓度达到设定标准值。当清洗液循环利用一定的次数后，通过放液阀19排出。

采用超声波清洗装置清洗晶元，增加了清洗液与晶元的接触时间，清洗效果好，清洗速率快。循环装置可循环利用清洗液，提高了清洗液的利用率，节约了成本；在循环装置中设置加热装置，避免了清洗液需要通过较长时间的加热才达到清洗温度的问题，节约了时间，提高了生产效率。经过在线检测装置检测后控制加液装置自动加液的过程，减少了操作工序，提高了生产效率，在使用相同用量的清洗液时，清洗晶元的数量是现有的超声波清洗器的10倍左右。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本专利的保护范围应该以权利要求书并结合说明书及附图所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种晶元清洗装置，其特征在于，包括：清洗槽；晶元架，用于承载晶元；循环装置，用于循环利用清洗液；在线检测装置，用于实时检测清洗液中有效成分的浓度；以及自动加液装置，用于滴加清洗液；所述清洗槽包括内槽和外槽；所述外槽底部设置有超声波发生单元，内槽底部设置超声波震荡单元；所述晶元架设置在所述超声波震荡单元上，且跟随所述超声波震荡单元震动。

2.根据权利要求1所述的晶元清洗装置，其特征在于，所述内槽的高度大于晶元架的高度。

3.根据权利要求1或2项所述的晶元清洗装置，其特征在于，所述内槽设有一个或多个溢水孔。

4.根据权利要求3所述的晶元清洗装置，其特征在于，所述溢水孔的位置高于晶元架的顶部。

5.根据权利要求1或2项所述的晶元清洗装置，其特征在于，所述内槽和外槽底部均设有排液孔，所述内槽底部设有进液孔。

6.根据权利要求1所述的晶元清洗装置，其特征在于，所述循环装置包括压力泵、过滤装置。

7.根据权利要求6所述的晶元清洗装置，其特征在于，还包括加热装置。

8.根据权利要求1所述的晶元清洗装置，其特征在于，所述自动加液装置设置有一条初始加液管路和一条补充加液管路。

9.根据如权利要求1所述的晶元清洗装置，其特征在于，所述自动加液装置包括用于储存所述清洗液的有效成分的原料储罐，每个所述原料储罐储存一种所述清洗液的有效成分。

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