CN108417515B - 一种硅片清洗设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及硅片研发的辅助装置领域，具体涉及一种硅片清洗设备，包括用于盛放清洗液的清洗筒，清洗筒内气密性配合有活塞板，活塞板固设有穿过清洗筒内底的活塞杆，活塞杆通过动力机构带动进行上下移动；清洗筒中部固设有清洗板，清洗板上开设有多个通孔，通孔内均固设有红外加热管，红外加热管与通孔的内壁间具有空隙，红外加热管的外壁上均套设有导热透明的防水套；清洗筒固设有喷嘴，喷嘴朝向清洗筒中心一侧倾斜向下，清洗筒上设有多根导管，导管一端连接在靠近清洗板底侧处的清洗筒筒壁上，导管另一端与喷嘴可拆卸连接。本发明在保证硅片与清洗液充分接触的同时，降低清洗液的温度，避免清洗液蒸发分解速度过快，还能检测硅片是否有裂纹。
Description
技术领域
本发明涉及硅片研发的辅助装置领域，具体涉及一种硅片清洗设备。
背景技术
硅片是制作芯片的重要材料，由于硅片制成的芯片具有非常良好的运算能力，硅片制成芯片的工作速度快且精确度高，所以硅片的应用范围非常广泛，例如硅片已应用到航天航空、医学、农业、国防和工业自动化领域中。
硅片在研发生产时需要进行切片，硅片的切片方式主要有两种：内圆切割和线切割，硅片进行切片时产生的颗粒污染会影响硅片的蚀刻性能，硅片在运输过程中也会有所污染而导致其表面洁净度不高，被污染的硅片会对即将进行的蚀刻产生很大的影响，所以硅片清洗是一项重要的操作。
现有专利CN101773917B公开了一种硅片清洗装置及方法，该装置包括旋转器、与旋转器相连的平台、位于平台上方的支架、固定在支架上的石英灯、固定在平台一侧的机械臂和固定在机械臂上的喷嘴，在清洗时将硅片固定在平台上，开启石英灯对硅片表面进行加热，加热后能提高硅片的清洗效果，再启动旋转器带动平台旋转，通过机械臂上的喷嘴将清洗液喷洒到硅片的表面进行清洗，清洗完毕后关闭石英灯，最后通过喷嘴喷出清水去除硅片表面的清洗液。但是，清洗液从硅片上面往下喷进行清洗时，硅片接触到平台的一面并没有接触到清洗液，硅片与清洗液接触不充分；石英灯位置固定，清洗液局部受热而导致温度较高，部分清洗液蒸发分解后造成清洗液浪费。
发明内容
本发明意在提供一种硅片清洗设备，以解决硅片与清洗液接触不充分和清洗液温度较高而蒸发分解造成浪费的问题。
本方案中的硅片清洗设备，包括用于盛放硅片清洗液的清洗筒，所述清洗筒内气密性配合有活塞板，所述活塞板固设有穿过清洗筒内底的活塞杆，所述活塞杆通过动力机构带动进行上下移动；
所述清洗筒中部固设有清洗板，所述清洗板上开设有多个通孔，所述通孔内均固设有红外加热管，所述红外加热管与通孔的内壁间具有空隙，所述红外加热管的外壁上均套设有导热透明的防水套；
所述清洗筒固设有喷嘴，所述喷嘴朝向清洗筒中心一侧倾斜向下，所述清洗筒上设有多根导管，所述每根导管的一端连接在靠近清洗板底侧处的清洗筒筒壁上，所述每根导管的另一端与喷嘴可拆卸连接；
所述清洗筒筒壁连接导管处均设有挡片，所述挡片在清洗筒筒壁上形成供清洗液流入导管的溢流通道，所述活塞板开设有可供挡片插入的插孔，所述插孔内设有用于封住插孔的弹性封片，所述挡片可与弹性封片间隙配合。
本方案的使用方法和有益效果是：清洗硅片前，活塞板位于清洗筒的内底上，将导管连接在喷嘴的端部拆卸下来，通过导管向清洗筒内灌入清洗液，清洗液位于活塞板与清洗板之间，灌入清洗液后再将导管重新连接到喷嘴上，将硅片放置在清洗板上面。
在清洗时，启动动力机构带动活塞杆上下往复移动，活塞杆向上移动时带动活塞板向上移动，活塞板将清洗液从通孔与红外加热管的空隙推出清洗板平面，清洗液经过通孔时由红外加热管进行加热，清洗液对硅片的底面进行清洗，同时部分清洗液被从导管导入到喷嘴，喷嘴将清洗液喷射到硅片的顶面进行清洗，活塞杆向下移动时带动活塞板向下移动，清洗液从通孔与红外加热管间空隙重新回流到清洗筒中，在清洗液通过通孔回流到清洗筒中时被再一次加热，从硅片的上下两面喷射清洗液进行清洗，硅片与清洗液的接触更充分，清洗效果更好。
在活塞板向上移动推出清洗液时，挡片抵开插孔中的弹性封片插入插孔中，活塞板将清洗液从挡片形成的溢流通道推入导管中，单独的溢流通道保证了活塞板能够将清洗液推入导管中而不受通孔的影响。
由于活塞杆穿过清洗筒的内底，活塞板在上下移动过程中，活塞板与清洗筒的内底间的孔隙能够供空气进入，保证活塞板能够上下移动。
由于导管中没有加热部件，被活塞板推入导管中的清洗液一开始是没有经过加热的，但是经过通孔中红外加热管加热的清洗液具有一定的温度，从导管和通孔中被压出的清洗液在清洗板上混合后降低了清洗液的温度，避免清洗液温度过高而蒸发分解速度快，同时清洗液回流到清洗筒中时经红外加热管再一次的加热，清洗液的温度能达到清洗要求，而且清洗液重新回流到清洗筒内时也可降低温度，避免清洗液温度过高而使清洗液的蒸发分解速度过快，减少清洗液的浪费。
由于硅片的机械脆性，在对硅片进行切割时硅片可能会产生细微裂纹，在清洗液从空隙中喷出接触到硅片，由于清洗液具有一定的冲击力，清洗液会托起硅片，使硅片离开清洗板的表面，导管中的清洗液通过从下至上的输送，减小了清洗液喷出的压力，硅片受到喷嘴喷出清洗液的压力小于从通孔喷出的清洗液的冲击力，而且清洗液被压出通孔时通过红外加热管的阻挡，清洗液的冲击力不会太大，硅片不会被托起的太高，同时红外加热管加热时产生的红外光线透出通孔照射到硅片上，红外光线透过硅片，可通过观察硅片来判断硅片是否有裂纹，在清洗硅片的同时完成硅片裂纹的检测，节省硅片的检测程序。
与现有技术相比，本方案通过清洗液喷出时的冲击力对硅片进行悬浮清洗，避免硅片搁置在清洗板上时局部遮挡而无法清洗到，同时在在清洗液的移动过程中控制了清洗液的温度，避免清洗液温度过高而导致分解或挥发，还能在清洗液加热的过程中通过照射到硅片上的红外光线来判断硅片上是否具有裂纹，减少硅片单独检测裂纹的工序，减少工作量。
进一步，所述活塞杆位于清洗筒外的端部上固设有齿条，所述动力机构包括安装板，所述安装板上转动连接有转盘，所述转盘上偏心固定有导柱，所述安装板上铰接有杠杆部，所述杠杆部包括扇齿板和导柄，所述扇齿板可与齿条啮合，所述导柄上开设有条形的导孔，所述导孔空套在导柱上。
在动力机构带动活塞杆上下移动的过程中，转盘转动时导柱一起转动，由于导柱偏心固定在转盘上，导柱在导孔内往复滑动，导柱带动杠杆部进行摆动，杠杆部摆动时带动导柄摆动，同时扇齿板以与导柄相反摆动方向进行摆动，例如导柄向上摆动，扇齿板就向下摆动，由于扇齿板与活塞杆上的齿条啮合，扇齿板摆动时带动活塞杆上下移动，将转盘转动的动力通过杠杆部传递到活塞杆上，降低了活塞杆的运动速度，无需另设减速器，节省成本。
进一步，所述清洗筒的顶端处设有拍摄器，所述拍摄器用于拍摄硅片在清洗过程中的图片。
由于清洗筒在清洗硅片时具有一定的温度，所以通过拍摄器来获得硅片清洗时的图片，然后根据拍摄的图片来判断硅片是否有裂纹，避免在观察时被高温灼伤。
进一步，所述导管的直径小于通孔的直径。
导管的直径小于通孔的直径，可减少导管在同一时间段内流出的清洗液的流量，降低导管流出清洗液的冲击力，保证从导管流出清洗液的冲击力小于从通孔流出清洗液的冲击力，避免清洗液的冲击力过大而无法使硅片被抬升一定的高度。
进一步，所述通孔内固设有多个形成反射路径的反射板。
在红外加热管对清洗液进行加热时，将红外加热管发射出的红外光线经过反射板反射后从通孔照射到硅片上，保证能将硅片从底部进行照亮，便于查看硅片是否具有裂纹。
进一步，所述防水套通过支条连接到通孔内壁上，所述支条均匀分布在防水套的周侧上。
防水套在避免红外加热管加热时接触清洗液的同时从通孔中间抵住部分清洗液，并通过支条将清洗液分隔成多条水柱，减少清洗液喷出通孔时的水压，清洗液喷射出多条支水柱能提高水柱对硅片的支撑稳定能力，保证清洗硅片时硅片被抬升一定的高度。
附图说明
图1为本发明硅片清洗设备实施例的结构示意图；
图2为图1中A处的放大示意图；
图3为图2中通孔的俯视图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明。
清洗筒1、活塞杆2、齿条3、扇齿板4、安装板5、转盘6、导柄7、导孔8、导柱9、导管10、喷嘴11、硅片12、活塞板13、清洗板14、通孔15、红外加热管16、支条17、防水套18、挡片19、弹性封片20。
硅片清洗设备，如图1、图2和图3所示：包括清洗筒1，清洗筒1对硅片12的清洗液进行存放，清洗筒1内气密性配合有活塞板13，活塞板13朝向清洗筒1外一侧焊接有活塞杆2，活塞杆2穿过清洗筒1的内底并与内底间隙配合，活塞杆2位于清洗筒1外的端部上固设有齿条3，活塞杆2通过动力机构带动进行上下移动，动力机构包括安装板5，安装板5上转动连接有转盘6，转盘6可通过电机带动进行转动，转盘6上偏心焊接有导柱9，安装板5上铰接有杠杆部，杠杆部水平放置，杠杆部包括扇齿板4和导柄7，扇齿板4位于靠近活塞杆2一侧，扇齿板4可与齿条3啮合，导柄7上开设有条形的导孔8，导孔8空套在导柱9上。
在清洗筒1中部焊接有清洗板14，清洗板14上开设有多个通孔15，在通孔15的内壁上焊接有多个能形成反射路径的反射板，反射路径将红外加热管16产生的红外光线导出通孔15，通孔15均匀布设在清洗板14上，通孔15的数量根据清洗板14的大小和通孔15的直径进行设定，通孔15内均固定安装有红外加热管16，红外加热管16与通孔15的内壁间具有空隙，通孔15的直径以能在安装红外加热管16之后与内壁具有空隙为准，红外加热管16的外壁上均套设有导热透明的防水套18，防水套18通过多个支条17焊接到通孔15内壁上，支条17均匀分布在防水套18的周侧上，例如支条17可以中心对称方式设置四根。
位于清洗板14上方的清洗筒1内壁上均匀安装有多个喷嘴11，喷嘴11的数量以能向所有的硅片12喷射清洗液为准，喷嘴11朝向清洗筒1中心一侧倾斜向下，清洗筒1上安装有多根连通清洗筒1内的导管10，导管10的直径小于通孔15的直径，每根导管10的一端连接在靠近清洗板14下边缘处的清洗筒1筒壁上，保证流入导管10的清洗液位于活塞板13的上方，每根导管10的另一端与喷嘴11可拆卸连接。
清洗筒1筒壁连接导管10处均焊接有挡片19，挡片19的横截面呈半月状，挡片19在清洗筒1筒壁上形成供清洗液流入导管10的溢流通道，活塞板13开设有可供挡片19插入的插孔，插孔的形状与挡片19相同，插孔内焊接有用于封住插孔的弹性封片20，挡片在弹性封片20插入插孔时间隙配合，减少清洗液从插孔漏走。
在清洗筒1的顶端处通过支架安装有拍摄器，拍摄器对在清洗过程中照射了红外光线的硅片12进行拍摄，由此获取硅片12的图像。
在进行硅片清洗过程中，包括以下步骤：
S1准备清洗，让活塞板13紧贴于清洗筒1的内底上，电机处于停止状态，转盘6处于停止状态，将导管10连接在喷嘴11的端部拆卸下来，通过导管10向清洗筒1内灌入清洗液，保持装入清洗筒1的清洗液数量位于活塞板13与清洗板14之间，并且让清洗液未接触到清洗板14，灌入清洗液后再将导管10重新连接到喷嘴11上，将待清洗的硅片12放置在清洗板14上面；
S2硅片12底面清洗，启动电机，电机带动转盘6转动，导柱9随转盘6进行转动，导柱9在导孔8内往复滑动，当导柱9随转盘6转动到靠近清洗筒1的最高点处时，杠杆部的导柄7摆动到靠近清洗筒1的最高点处，扇齿板4则朝向远离清洗筒1一侧摆动，扇齿板4带动活塞杆2向下移动，活塞杆2带动活塞板13向下移动，使清洗板14上的清洗液回流到清洗筒1内；当导柱9随转盘6转动到远离清洗筒1一侧的最低点处，杠杆部的导柄7摆动到远离清洗筒1的最低点处，扇齿板4则朝向靠近清洗筒1一侧摆动，扇齿板4带动活塞杆2向上移动，活塞杆2带动活塞板13向上移动，活塞板13将清洗筒1内的清洗液从通孔15中推出到清洗板14上，清洗液喷射到硅片12的底面上，清洗液通过通孔15时，红外加热管16对清洗液进行加热；当导柱9随转盘6转动到位于水平线的位置时，杠杆部平行与水平线，扇齿板4位于齿条3的中间，如此反复完成将清洗液推出到清洗板14上；
S3硅片12顶面清洗，在活塞板13向上移动将清洗液推出到清洗板14上时，活塞板13将部分清洗液推入导管10中，然后清洗液从喷嘴11喷出到硅片12的顶面上；
S4拍摄硅片12图像，在清洗硅片12的过程中，红外加热管16对清洗液进行加热时，红外加热管16发射出的红外光线经过反射板反射后从通孔15投射到硅片12上，拍摄器对硅片12的图像进行拍摄，并从图像中分析硅片12是否具有裂纹；
S5漂净清洗液，当清洗工作完成后，拆卸下导管10，在活塞板13上下移动过程中，将从导管10中流出的清洗液存储起来，直至清洗筒1中没有清洗液，然后再从导管10中灌入清水，再让活塞板13往复上下移动，让硅片12充分浸泡在清水中进行清洗。
在步骤S2和S3中，活塞板13将清洗液从通孔15与红外加热管16的空隙推出清洗板14平面，清洗液经过通孔15时由红外加热管16进行加热，清洗液对硅片12的底面进行清洗，同时部分清洗液被从导管10导入到喷嘴11，喷嘴11将清洗液喷射到硅片12的顶面进行清洗，活塞杆2向下移动时带动活塞板13向下移动，清洗液从通孔15与红外加热管16间空隙重新回流到清洗筒1中，在清洗液通过通孔15回流到清洗筒1中时被再一次加热，从硅片12的上下两面喷射清洗液进行清洗，硅片12与清洗液的接触更充分，清洗效果更好。
因为在导管10中没有加热部件，被活塞板13推入导管10中的清洗液一开始是没有经过加热的，但是经过通孔15中红外加热管16加热的清洗液具有一定的温度，从导管10和通孔15中被压出的清洗液在清洗板14上混合后降低了清洗液的温度，避免清洗液温度过高而蒸发分解速度快，同时清洗液回流到清洗筒1中时经红外加热管16再一次的加热，清洗液的温度能达到清洗要求，而且清洗液重新回流到清洗筒1内时也可降低温度，避免清洗液温度过高而使清洗液的蒸发分解速度过快，减少清洗液的浪费。
在从通孔15中喷出清洗液时，红外加热管16和支条17将清洗液分隔开形成多条小的水柱，水柱对硅片12具有一定的冲击力，清洗液会托起硅片12，使硅片12离开清洗板14的表面，方便红外光线照射到硅片12上，能在清洗硅片12时观察硅片12是否具有裂纹，从喷嘴11中喷出清洗液时，导管10中的清洗液通过从下至上的输送，减小了清洗液喷出的压力，硅片12受到喷嘴11喷出清洗液的压力小于从通孔15喷出的清洗液的冲击力，清洗液的冲击力不会太大，硅片12不会被托起的太高而被冲出清洗板14。
在步骤S5中，由于导管10位于清洗板14的下侧，当清洗液数量减少后，清洗液在活塞板13推动下不会进入通孔15内，清洗液被推入到导管10中流出清洗筒1，完成清洗液的清理。
本实施例通过对硅片12的底面和顶面同时喷射清洗液进行清洗，无需使用过多的清洗液来淹没硅片12，节省清洗液，并在清洗硅片12的过程中给硅片12照射红外光线，拍摄硅片12的图像来判断硅片12是否具有裂纹，而且在清洗液流动过程中，降低清洗液的温度，避免清洗液温度过高而蒸发分解的太快造成损失。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (6)
1.一种硅片清洗设备，包括用于盛放硅片清洗液的清洗筒，所述清洗筒内气密性配合有活塞板，所述活塞板固设有穿过清洗筒内底的活塞杆，所述活塞杆通过动力机构带动进行上下移动，所述清洗筒固设有喷嘴，其特征在于：
所述清洗筒中部固设有清洗板，所述清洗板上开设有多个通孔，所述通孔内均固设有红外加热管，所述红外加热管与通孔的内壁间具有空隙，所述红外加热管的外壁上均套设有导热透明的防水套；
所述喷嘴朝向清洗筒中心一侧倾斜向下，所述清洗筒上设有多根导管，每根所述导管的一端连接在靠近清洗板底侧处的清洗筒筒壁上，每根所述导管的另一端与喷嘴可拆卸连接；
所述清洗筒筒壁连接导管处均设有挡片，所述挡片在清洗筒筒壁上形成供清洗液流入导管的溢流通道，所述活塞板开设有可供挡片插入的插孔，所述插孔内设有用于封住插孔的弹性封片，所述挡片可与弹性封片间隙配合。
2.根据权利要求1所述的硅片清洗设备，其特征在于：所述活塞杆位于清洗筒外的端部上固设有齿条，所述动力机构包括安装板，所述安装板上转动连接有转盘，所述转盘上偏心固定有导柱，所述安装板上铰接有杠杆部，所述杠杆部包括扇齿板和导柄，所述扇齿板可与齿条啮合，所述导柄上开设有条形的导孔，所述导孔空套在导柱上。
3.根据权利要求1所述的硅片清洗设备，其特征在于：所述清洗筒的顶端处设有拍摄器，所述拍摄器用于拍摄硅片在清洗过程中的图片。
4.根据权利要求1所述的硅片清洗设备，其特征在于：所述导管的直径小于通孔的直径。
5.根据权利要求1所述的硅片清洗设备，其特征在于：所述通孔内固设有多个形成反射路径的反射板。
6.根据权利要求1所述的硅片清洗设备，其特征在于：所述防水套通过支条连接到通孔内壁上，所述支条均匀分布在防水套的周侧上。
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