CN107257639A - 用于半导体清洁的阿基米德刷 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于清洁衬底的清洁装置。在一个方面中，所述清洁装置包括与心轴啮合的刷子，且所述刷子形成阿基米德螺纹形。所述刷子由吸收性材料形成，优选地，泡沫体。在一个方面中，所述刷子坐落于所述心轴中的凹槽内。

Description

用于半导体清洁的阿基米德刷
技术领域
本发明大体涉及用于清洁物品的工艺和装置。更具体地说，其涉及一种用于清洁半导体衬底的刷子。
背景技术
铸造的圆柱形聚醋酸乙烯酯(PVA)刷子常规地在自动清洁系统中用以提供后CMP(化学机械平坦化)工艺，以有效地清洁例如半导体晶片或其他盘形衬底的衬底的表面。PVA刷子也在清洁系统中用以清洁和干燥平板显示器制造、玻璃生产和印刷电路板组合件中的玻璃和其他非盘形衬底。刷子可具有(例如)短为50毫米或长为10米的长度。刷子完全跨正被处理的衬底延伸，由此在跨其直径的全部距离上接触衬底。在清洁过程中，刷子位于围绕中央纵向轴线的中央心轴上且由所述中央心轴驱动。刷子在其外表面上具有节结以帮助清洁衬底，如在图1中所展示。
常规节结PVA刷子依赖于无差别的激发来从半导体表面/衬底去除粒子。粒子可通过从半导体表面/衬底抬起、在半导体表面/衬底上滑动或在半导体表面/衬底上滚动来去除，如例如在图2中所展示。在图2中，节结由小椭圆展示，其中的一些用参考数字10来标注，且粒子由参考数字12展示。与常规节结PVA刷子相关联的液力和/或动电力并不按任何方向性将粒子移离待清洁的半导体表面/衬底。因为旋转着的半导体表面/衬底的中心主要依赖于由刷子施加的力来去除粒子，所以粒子再沉积是常见的，且清洁半导体表面/衬底的中心具有挑战性。随着转变到较大的半导体表面/衬底(例如，300mm到450mm)，这个问题加剧了。
发明内容
在一个方面中，提供一种用于清洁衬底的清洁装置。所述清洁装置包括(但不限于)与心轴啮合的刷子，且所述刷子形成阿基米德螺纹形。所述刷子由吸收性材料(优选地，泡沫体)形成。在一个方面中，所述刷子坐落于所述心轴中的凹槽内。
本发明的范围只由所附的权利要求书定义，且不受到本发明内容内的叙述影响。
附图说明
可参看以下图式和描述更好地理解本发明。图中的组件未必按比例，取而代之，对说明本发明的原理进行强调。
图1描绘根据现有技术的刷子和心轴的侧视图；
图2是展示图1的刷子接触旋转着的衬底的方式和在衬底上移动粒子的方式的示意图；
图3是根据本发明的第一实施例的用于清洁和/或抛光衬底的清洁系统的立体图；
图4描绘图3的清洁系统的刷子和其心轴的立体图；
图5描绘图4的刷子和其心轴的侧视图；
图6描绘可与图5-5中展示的刷子一起使用的心轴的部分立体图；
图6描绘刷子和可与图3-5的刷子一起使用的心轴的实例的立体图；
图7描绘图6中展示的心轴的侧视图；
图8描绘根据本发明的第二实施例的用于清洁和/或抛光衬底的清洁系统的立体图；
图9描绘图8的清洁系统的刷子和其心轴的立体图；
图10描绘图9的刷子和其心轴的侧视图；
图11描绘沿着图10的线11-11的横截面图；
图12描绘图9的刷子和其心轴的端视图；
图13描绘修改的刷子和其心轴的侧视图；
图14描绘沿着图13的线14-14的横截面图；
图15描绘另一修改的刷子和其心轴的侧视图；
图16描绘沿着图15的线16-16的横截面图；以及
图17是展示图8到图16的刷子接触旋转着的衬底的方式和在衬底上移动粒子的方式的示意图。
具体实施方式
虽然本发明可易于有呈不同形式的实施例，但在理解本发明将被视为本发明的原理的举例说明且并不希望将本发明限制于如在本文中说明和描述的那样的情况下，图式中已有所展示，且将按详细、具体的实施例来描述本文。因此，除非另有指出，否则本文中揭示的特征可组合在一起以形成为了简洁起见将不另外展示的额外组合。
与本发明一致的方法和系统通过形成适于提供将粒子12系统性地移动远离和移离待清洁的衬底/半导体104的表面106的刷子设计的清洁刷110、110a来克服常规清洁刷和刷子－心轴系统的劣势，最终提供更有效率的清洁过程。在第一示例性实施例中，提供清洁系统100，其具有形成于心轴130上的刷子110，刷子110具有形成于其中的阿基米德螺旋。在第二示例性实施例中，提供清洁系统100a，其具有形成于心轴130a上的至少一个刷子110a，所述至少一个刷子110a从坐落于心轴130a中的凹槽170a内的细长部件形成，且每一刷子110a在心轴130a上形成阿基米德螺纹形。在现有技术中，如本文中使用的心轴也通常被称作“刷芯”。
参看图3到图7，展示用于清洁和抛光衬底/半导体104的表面106的清洁系统100的第一实施例，且参看图8到图17，展示用于清洁和抛光衬底/半导体104的表面106的清洁系统100a的第二实施例。清洁系统100、100a可为自动清洁系统，其可自动或手动设定以抛光和/或清洁衬底/半导体104，且更确切地说，衬底/半导体104的表面106。刷子110可在常规自动清洁系统中用以提供后化学机械平坦化(CMP)工艺以有效地清洁衬底/半导体104的表面106。衬底/半导体104包括多种盘形或非盘形衬底中的任一个，例如：基于硅的衬底，包括玻璃、无水玻璃、半导体晶片、平板显示器玻璃面板、玻璃生产面板和印刷电路板；基于聚合物的衬底；和各种类型的半导体衬底，例如，基于硅的半导体衬底、单一元素半导体衬底、绝缘体上硅(SOI)衬底、III-V半导体衬底、II-VI半导体衬底、其他二元半导体衬底、三元半导体衬底、四元半导体衬底；光纤衬底；超导衬底；玻璃衬底；熔融石英衬底；熔融硅石衬底；外延硅衬底；和有机半导体衬底。
将注意力放到图3到图7中展示的清洁系统100的第一实施例。清洁系统100包括具有中空孔112的大体圆柱形刷子110、啮合中空孔112内的刷子110的心轴130和啮合心轴130的旋转装置102。说明的心轴130只是示例性心轴且并不希望为限制性。清洁系统100可包括多种其他心轴，且希望所有此类心轴可能性在本发明的精神和范围内。
刷子110为铸造的聚醋酸乙烯酯(PVA)泡沫体、聚氨酯泡沫体、其他聚合泡沫体。刷子110可形成于纵向中心轴线a1周围，且可按以下方式在中心轴线a1周围平衡：当刷子110和心轴130围绕中心轴线a1旋转时，由刷子110和心轴130产生的离心力变化不大于约±20％，从而提供相对平衡的部件。刷子110具有相对端124、126；在端124、126之间延伸的外表面114；和与外表面114对置且形成中空孔112的内表面113。
图6和图7展示可与刷子110一起使用的心轴130的实例。心轴130可为大体圆柱形。心轴130具有相对端172、174；在端172、174之间延伸的外表面133；和与外表面133对置且形成中空流体通道150的内表面176。流体通道150从心轴130的第一端172朝向端174延伸，且具有由通过心轴130形成的端壁175闭合的相对端。多个小孔156从流体通道150径向向外延伸，且在流体通道150与外表面133之间延伸，以用于使流体从流体通道150流动到外表面133，且到刷子110。此类流体可用于清洁和/或抛光衬底/半导体104。此类流体的合适实例可包括(但不限于)酸、碱、超纯水。
通过在已形成的心轴130周围注入模制刷子110，中空孔112可形成于心轴130周围，或中空孔112可被形成，且接着稍后将刷子130放置于心轴130周围。中空孔112由刷子110的内表面113界定。在实施例中，且如在此项技术中已知，内表面113可由与心轴130的啮合部件140配对且包围心轴130的啮合部件140的啮合部件116中断。通过围绕啮合部件140形成啮合部件116，刷子110被紧固地配合到心轴130，以便防止在心轴130与刷子110之间的滑动和移动。
心轴130的外表面133在中空孔112内啮合刷子110。刷子110优选地沿着心轴130的全部长度覆盖心轴130的外表面133，所述长度被定义为心轴130的端172、174之间的距离。将外表面133紧固到界定刷子110的中空孔112的内表面113。参看图3，外表面114和133可围绕心轴130的中心轴线a1定位。
参看图3，在一个实施例中，心轴130还包括用于与旋转装置102啮合和连接的旋转啮合部件160。旋转啮合部件160为可用以与另一装置连接或收紧到另一装置的任一装置，且包括例如螺母形零件或与心轴130一起整体形成为单片且可收紧到旋转装置102的其他五边形零件之物。旋转装置102包括可诱发到心轴130上的旋转移动的任一装置，例如，电动机、煤气发动机或引擎、通过电动机或手动供电的曲轴动力，和滑轮、轮、机械连杆和/或自动或手动移动的齿轮的任何组合。旋转装置102具有与旋转啮合部件160连接以用于使心轴130与旋转装置102啮合和连接的互补啮合部件。
如最佳地在图3到图5中所展示，刷子110的外表面114具有形成于其上的阿基米德螺纹形，其从刷子110的端124连续延伸到端126。阿基米德螺纹形可沿着其长度按多种间距形成。当形成刷子110时，阿基米德螺纹形可被模制，或可机械加工到刷子110的外表面106内。当机械加工时，刷子110的外表面106形成为圆柱体，且将阿基米德螺纹形机械加工到外表面106内。
将注意力放到图8到图17中展示的清洁系统100a的第二实施例。清洁系统100a包括具有中空流体通道150a的大体圆柱形心轴130a、啮合心轴130a的至少一个刷子110a和啮合心轴130a的旋转装置102。
心轴130a具有相对端172a、174a；在端172a、174a之间延伸的外表面133a；和与外表面133a对置且形成中空流体通道150a的内表面177a。流体通道150a从心轴130a的端172a朝向端174a延伸，且具有由通过心轴130a形成的端壁175a闭合的相对端。心轴130a可通过注入模制形成。心轴130a的外表面133a可形成于纵向中心轴线a1周围，且可按以下方式在中心轴线a1周围平衡：当刷子110a和心轴130a围绕中心轴线a1旋转时，由刷子110a和心轴130a产生的离心力变化不大于约±20％，从而提供相对平衡的部件。心轴130a由刚性材料形成，且可(例如)由塑料、PET、PVC形成。
心轴130a的外表面133a在其中具有至少一个连续凹槽170a，其形成阿基米德螺纹形，且其沿着心轴130a连续延伸，且优选地，从端172a延伸到端174a。阿基米德螺纹形的转角由心轴130a的外表面133a相互分开，使得暴露外表面133a相。如在示例性实施例中所展示，心轴130a具有形成四个阿基米德螺纹形的四个凹槽170a，每一凹槽170a沿着心轴130a连续延伸，且优选地，从端172a延伸到端174a，且阿基米德螺纹形由心轴130a的外表面133a相互间隔开。如果提供不止一个阿基米德螺纹形，那么阿基米德螺纹形可由多种间距形成。当形成心轴130a时，阿基米德螺纹形可被模制，或可机械加工到心轴130a的外表面133a内当机械加工时，心轴130a的外表面133a形成为圆柱休一，且将凹槽机械加工到外表面133a。每一凹槽170a从形成于心轴130a中的壁178a形成。壁178a可呈多种横截面形状。举例来说，壁178a的横截面形状可为弓形，如图11中所展示；且可具有非弓形形状，例如，如图14和图16中展示的大体三角形。
参看图11，流体通道小孔156a形成于壁178a与中空流体通道150a之间，用于使流体从流体通道150a流动到心轴130a的外表面133a，且到刷子110a。此类流体可用于清洁和/或抛光衬底/半导体104。此类流体的合适实例可包括(但不限于)酸、碱、超纯水。
在一个实施例中，心轴130a还包括旋转啮合部件160a，用于与旋转装置102啮合和连接(就像图3的那样)。旋转啮合部件160a为可用以与另一装置连接或收紧到另一装置的任一装置，且包括例如螺母形零件或与心轴130aa一起整体形成为单片且可收紧到旋转装置102的其他五边形零件之物。旋转装置102包括可诱发到心轴130a上的旋转移动的任一装置，例如，电动机、煤气发动机或引擎、通过电动机或手动供电的曲轴动力，和滑轮、轮、机械连杆和/或自动或手动移动的齿轮的任何组合。旋转装置102具有与旋转啮合部件160a连接以用于使心轴130a与旋转装置102啮合和连接的互补啮合部件。
刷子110a啮合于形成于心轴130a上的每一凹槽170a内。每一刷子110a为聚醋酸乙烯酯(PVA)泡沫体、聚氨酯泡沫体、其他聚合泡沫体或适于令人满意地清洁和/或抛光衬底/半导体104的表面106的其他吸收性材料。如所展示，每一刷子110a为细长的细部件，其部分坐落于心轴130a中的凹槽170a内，且部分从心轴130a的外表面133a向外延伸。刷子110a可完全坐落于凹槽170a内以填充凹槽170a，或可部分坐落于凹槽170a内使得在刷子110a与凹槽170a的最靠近中心轴线a1的部分之间提供间隙。刷子110a可具有多种横截面，例如，具有如图9到图12中展示的圆形形状，或例如(但不限于)如图13和图14中展示的三角形、如图15和图16中展示的梯形、椭圆形、五边形或八边形的非圆形形状。每一刷子110a的外表面114a从心轴130a的外表面133a径向向外。刷子110a的外表面114a的横截面形状可呈多种形状，例如(但不限于)如图9到图12中展示的弯曲、如图13和图14中展示的三角形的顶点和如图15和图16中展示的大体平的。每一刷子110a坐落于其相关联的凹槽170a内，每一凹槽170a比坐落于其中的刷子110a稍小，且每一刷子110a优选地通过摩擦配合而紧固于凹槽170a内。可提供用于将刷子110a紧固到凹槽170a内的其他结构，例如，粘合剂和类似物。由于凹槽170a比坐落于其中的相关联的刷子110a稍小，因此凹槽170a的壁178a形成啮合部件以防止在心轴130a与刷子110a之间的旋转和轴向移动，且防止心轴130a与刷子110a之间的滑动。因而，至少一个阿基米德螺纹形由刷子110a形成。
如果将一个以上刷子110a提供于心轴130a上，那么由刷子110a形成的阿基米德螺纹形的间距在各种刷子110a之间可变化。如果刷子110a变得磨损，那么可将其从心轴130a去除和替换。
在操作中，刷子110、110a附接到心轴130、130a。通过将放置啮合部件160、160a与旋转装置102上的啮合部件连接，心轴130、130a与安装于其上的刷子110、110a一起然后与旋转装置102连接。其后，心轴130、130a与安装于其上的刷子110、110a一起在围绕中心轴线a1的旋转方向α上旋转，所述中心轴线a1与衬底/半导体104的表面106的表面平行。当旋转刷子110、110a时，或在旋转刷子110、110a前，刷子110、110a放置于衬底/半导体104的表面106附近且啮合衬底/半导体104的表面106。在说明的示例性实施例中，刷子110、110a和心轴130、130a支撑于两端处，并且只接触衬底/半导体104的表面106的跨其直径的一部分。在实施例中，刷子110、110a和心轴130、130a可只支撑于其一端处。在本发明的一些实施例中，刷子110、110a和心轴130、130a接触衬底/半导体104的表面106的并非全部直径(即，小于衬底/半导体104的直径的百分之百)。在本发明的其他实施例中，刷子110、110a和心轴130、130a接触小于衬底/半导体104的直径的约百分之七十。在本发明的另外实施例中，刷子110、110a和心轴130、130a接触小于衬底/半导体104的直径的约百分之六十。在本发明的再其他实施例中，刷子110、110a和心轴130、130a接触衬底/半导体104的直径的约百分之五十。
参看图8，刷子110、110a啮合衬底/半导体104与围绕第一中心轴线a1定位的心轴130、130a。在啮合刷子110、110a与衬底/半导体104后，然后在第一旋转方向α上围绕第一中心轴线a1旋转刷子110、110a，且在第二旋转方向β上围绕穿过衬底/半导体104的中心形成的第二中心轴线旋转衬底/半导体104。第一中心轴线a1与第二中心轴线径向对准且与第二中心轴线相交。在表面106上的刷子110、110a的旋转运动帮助清洁和/或抛光表面106。在一个实施例中，通过流体通道150、150a抽汲流体，且通过小孔156、156a将流体抽汲到刷子110、110a内。流体帮助进一步清洁和/或抛光衬底/半导体104。在第二实施例的情况下，直接在刷子110、110a下提供小孔156a以确保将流体引导到刷子110、110a。
在每一实施例中，且如图17中展示，由刷子110、110a形成的阿基米德螺纹形将粒子12系统性地移动远离和移离衬底/半导体表面106，从而最终提供更有效率的清洁过程。在衬底/半导体表面106上的粒子12由刷子110、110a的外表面114、114a搜集，并且沿着刷子110、110a的长度行进，且从刷子110、110a的端部喷出。结果，阿基米德螺纹形在衬底/半导体104的中心比关于现有技术刷子的常规节结设计提供改善的清洁。
应理解，本文中揭示的刷子110、110a适于清洁和/或抛光任何大小和形状的衬底/半导体104。此外，虽然以上说明性实例描述具有大体圆柱形刷子110或心轴130、130a的清洁系统100、100a，但刷子110或心轴130、130a(其在第二实施例中也将导致圆锥形刷子110a)可为圆锥形。
提供摘要以允许读者快速确定技术公开的本质。应理解，其将不用以解释或限制权利要求书的范围或意义。此外，在前述具体实施方式中，可看出，为了公开的流线型化的目的，在各种实施例中将各种特征分群在一起。此公开的方法不应被解释为反映主张的实施例需要比在每一权利要求中明确所叙述多的特征的意图。相反地，如所附权利要求反映，发明性标的物在于单个公开的实施例的少于全部特征。因此，所附权利要求在此并入到具体实施方式内，其中每一权利要求独立作为单独主张的标的物。
虽然已描述本发明的各种实施例，但对所属领域的一般技术人员将显而易见，其他实施例和实施在本发明的范围内是可能的。因此，除了按照随附的权利要求和其等效内容之外，本发明不应受到限制。

Claims (19)

1.一种用于清洁衬底的清洁装置，所述清洁装置包括：
刷子，其由吸收性材料形成；以及
刚性心轴，其具有外表面、在所述外表面中形成凹槽且形成阿基米德螺纹形的壁，所述刷子至少部分坐落于所述凹槽内。
2.根据权利要求1所述的清洁装置，其中所述刷子由聚醋酸乙烯酯泡沫体、聚氨酯泡沫体和聚合泡沫体中的一个形成。
3.根据权利要求1所述的清洁装置，其中所述阿基米德螺纹形从所述刷子的第一端延伸到所述刷子的第二相对端。
4.根据权利要求1所述的清洁装置，其中所述刷子具有圆形横截面。
5.根据权利要求1所述的清洁装置，其中所述刷子具有非圆形横截面。
6.根据权利要求1所述的清洁装置，其中所述心轴具有从所述心轴的一端延伸的穿过其的过道，和从所述过道延伸到所述凹槽的所述壁的多个小孔。
7.根据权利要求1所述的清洁装置，其中所述刷子通过摩擦配合啮合于所述凹槽内。
8.根据权利要求1所述的清洁装置，其中所述刷子通过粘合剂啮合于所述凹槽内。
9.根据权利要求1所述的清洁装置，其中所述刷子具有比所述刷子坐落于的所述凹槽的横截面大的横截面。
10.一种用于清洁衬底的清洁装置，所述清洁装置包括：
刚性心轴，其具有外表面、在所述外表面中的多个壁，每一个所述壁形成凹槽，凹槽形成阿基米德螺纹形；以及
多个刷子，其由吸收性材料形成，所述刷子中的相应者至少部分坐落于相应凹槽内。
11.根据权利要求10所述的清洁装置，其中所述心轴的外表面在邻近凹槽之间暴露。
12.根据权利要求10所述的清洁装置，其中所述凹槽具有相同间距。
13.根据权利要求10所述的清洁装置，其中所述凹槽具有不同间距。
14.一种用于清洁衬底的清洁装置，所述清洁装置包括：
刷子，其与心轴啮合，所述刷子形成阿基米德螺纹形，所述刷子由泡沫体形成。
15.根据权利要求14所述的清洁装置，其中所述泡沫体由聚乙烯醇泡沫体、聚氨酯泡沫体和聚合泡沫体中的一个形成。
16.根据权利要求14所述的清洁装置，其中所述心轴具有相对端和界定于其间的长度，且所述刷子形成于所述心轴周围，使得沿着所述心轴的所述长度，所述心轴未被暴露。
17.根据权利要求14所述的清洁装置，其中所述心轴具有在其外表面中形成凹槽的壁，所述凹槽形成阿基米德螺纹形，所述刷子至少部分坐落于所述凹槽内。
18.根据权利要求17所述的清洁装置，其中所述心轴具有从所述心轴的一端延伸的穿过其的过道，和从所述过道延伸到所述凹槽的所述壁的多个小孔。
19.根据权利要求14所述的清洁装置，其中所述心轴具有从所述心轴的一端延伸的穿过其的过道，和从所述过道延伸到所述心轴的外表面的多个小孔。
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