CN109860084A - 智能芯片生产用晶圆表面清洗装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能芯片制造技术领域，公开了一种智能芯片生产用晶圆表面清洗装置，包括清洗箱，清洗箱内安装有放置晶圆的网板；还包括与清洗箱连通的气源，以及使清洗箱横向运动的驱动机构，气源提供的气体从网板的下方向上运动。驱动机构使清洗箱横向运动，使得清洗箱内的晶圆翻动，达到均匀清洗的目的；清洗箱横向运动使气体在清洗箱内不规则运动，以搅拌清洗箱内的清洗液，使清洗液与晶圆表面接触更充分，清洗完毕后气体还可以风干晶圆表面残留的液体。本方案不仅能全方位、有效地清洗多组晶圆表面，清洗后还可风干晶圆表面，并且还能适应不同规格的晶圆表面清洗工作，适应范围广。

Description

智能芯片生产用晶圆表面清洗装置

技术领域

本发明涉及智能芯片制造技术领域，具体涉及一种智能芯片生产用晶圆表面清洗装置。

背景技术

晶圆是最常用的半导体材料，也是智能芯片所用的载体，由于其形状为圆形，故称为晶圆。按其直径分为4英寸、5英寸、6英寸、8英寸等规格，近来发展出12英寸甚至研发更大规格(14英寸、15英寸、16英寸……20英寸以上等)。晶圆在生产完成后，其表面附着大约2um的Al₂O₃和甘油混合液保护层(以下简称保护层)，晶圆在制作智能芯片之前首先需要进行清洗。

晶圆生产用表面清洗装置是一种用于晶圆，通过化学溶液使其表面上的保护层被溶解的辅助装置，广泛应用于晶圆生产制造中。一般的晶圆生产用表面清洗装置，将多组晶圆直接放置在网板上，导致多组晶圆放置杂乱，相互叠放，使化学溶液在对多组晶圆进行清洗的过程中，化学溶液与多组晶圆表面上的保护层接触反应不充分，导致清洗效果较差。

为了解决上述问题，公开号为CN109285784A(公开日2019.01.29)的中国发明专利公开了一种晶圆生产用表面化学刻蚀装置，清洗晶圆过程中晶圆可转动，使化学溶液与晶圆的表面进行充分接触，使得晶圆表面清洗效果更好。但是上述方案仅能对一种规格的晶圆表面进行清洗工作，通用性差；而且清洗晶圆表面后还需将晶圆移至另外的烘干装置烘干。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种智能芯片生产用晶圆表面清洗装置，能清洗不同规格晶圆的表面。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：智能芯片生产用晶圆表面清洗装置，包括清洗箱，清洗箱上设有至少一个溶液输入口，清洗箱内安装有放置晶圆的网板，网板固定或者可带动晶圆运动；该清洗装置还包括与清洗箱连通的气源和/或使清洗箱横向运动的驱动机构，气源提供的气体从网板的一侧向另一侧运动。

上述技术方案中，可将不同规格的多组晶圆放在网板上清洗，驱动机构使清洗箱横向运动，使得清洗箱内的晶圆翻动，达到均匀清洗的目的。清洗晶圆的同时气源为清洗箱内提供气体，气体有三个作用：1)清洗箱横向运动，使得气体在清洗箱内不规则运动，以搅拌清洗箱内的清洗液，使清洗液与晶圆表面接触更充分；2)气体给晶圆一个竖向的力，此力与清洗箱横向运动的合力使晶圆翻动更剧烈，使得晶圆表面各处均能与清洗液充分接触，提高晶圆表面的清洗效果；3)完成晶圆表面清洗工作后，清洗箱横向运动的同时气体进入清洗箱内，气体与翻动中的晶圆表面充分接触，从而风干晶圆表面。

本方案不仅能全方位、有效地清洗多组晶圆表面，清洗后还可风干晶圆表面，并且还能够适应不同规格的晶圆表面清洗工作，适应范围广。

进一步，还包括机架，清洗箱能够在机架上滑动，驱动机构包括位于清洗箱外的电机，电机的输出轴连接有与清洗箱外壁相抵的凸轮，清洗箱的外壁固接有与机架固接的一组弹性件。电机使凸轮转动，凸轮和弹性件使清洗箱横向往复运动，结构简单，操作方便。

进一步，气源包括气缸体，气缸体内滑动连接有活塞头，活塞头上固接有活塞杆，活塞杆上转动连接有连接杆，连接杆远离活塞杆的一端与凸轮的端面偏心转动连接；活塞头与气缸体之间形成气缸腔，气缸腔连通有与外界连通的进气管和与清洗箱连通的出气管，进气管上设有进气单向阀，出气管上设有出气单向阀。

凸轮转动的同时，凸轮通过连接杆使活塞头在气缸内往复运动，从而使气缸腔内进气和出气，从而向清洗箱内提供气体。气源的动力源也是电机，则驱动机构与气源使用同一个动力源，动力源结构简单，可靠性高。进气单向阀使得气体只能从外界进入气缸腔内，而不会反向流动；出气单向阀使得气体只能从气缸腔向清洗箱流动，而不会反向流动。

进一步，还包括压力罐，压力罐与出气管连通，压力罐连通有与清洗箱连通的供气管，供气管上设有供气单向阀和压力阀，压力罐还连通有与外界大气连通的透气管，透气管上设有安全阀,。气缸腔内的气体直接进入清洗箱的压力较小，设置压力罐后，进入清洗箱内的气压更大，增大气体对清洗液以及晶圆的冲击力，进一步提高晶圆表面的清洗效果。当压力罐内气体压力过大时，安全阀打开，压力罐内的气体从透气管排出，提高压力罐的安全性。

进一步，还包括位于清洗箱内或独立的加热件，加热件加热清洗箱内运行的气体。设置加热件后，不光可以加快清洗液与晶圆表面保护层的反应速度，缩短清洗时间，还可以加快晶圆表面的风干速度。

进一步，清洗箱内网板的下方设有隔板，隔板与清洗箱的底部形成空腔，气源与空腔连通，隔板上设有若干排气孔。进入清洗箱内的气体从隔板上的排气孔排出，小孔具有增压的作用，可提高气体对清洗液以及晶圆的冲击力。

进一步，隔板上的部分排气孔处设有扇叶，扇叶位于隔板与网板之间。设置扇叶后，气体使扇叶转动，扇叶搅拌清洗箱内的清洗液，加速清洗液的运动，使清洗液与晶圆的表面接触更充分。

进一步，清洗箱的底部设有排液管，排液管上设有排液阀。晶圆表面清洗干净后，便于清洗液从排液管排出后收集。

进一步，机架上固接有滑轨，清洗箱上固接有与滑轨滑动连接的滑块。设置滑轨和滑块后，减小清洗箱与机架之间的摩擦力，减小电机的输出力矩。

进一步，凸轮与弹性件位于清洗箱的同侧，弹性件为拉簧。使结构更紧凑。

附图说明

图1为本申请实施例一的主视结构示意图。

图2为图1中的A向局部示意图。

说明书附图中的附图标记包括：底座1、立柱11、滑轨12、滑块13、清洗箱2、箱盖21、网板22、隔板23、排气孔231、扇叶232、空腔24、排液管25、排液阀251、气体进口26、电机3、凸轮31、凸轮顶311、弹性件32、气缸体4、气缸腔41、活塞头42、活塞杆43、进气管44、进气单向阀441、出气管45、出气单向阀451、连接杆46、压力罐5、供气管51、压力阀511、透气管52、安全阀521、分流件53、分流管54、供气单向阀541、加热件6。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

本实施例基本如图1所示：智能芯片生产用晶圆表面清洗装置，包括清洗箱2、与清洗箱2连通的气源，以及使清洗箱2横向运动的驱动机构。清洗箱2的顶部开口，顶部开口处设有箱盖21，箱盖21的左端与清洗箱2通过合页转动连接。

清洗箱2内安装有放置晶圆的横向的网板22，网板22固设在清洗箱2内，当然网板22也可相对清洗箱2转动，在清洗箱2的底部设使网板22转动的驱动机构，使网板22带动晶圆运动。清洗箱2内网板22的下方设有横向的隔板23，隔板23上设有若干排气孔231；隔板23与清洗箱2的底部形成空腔24，空腔24与气源连通，气源提供的气体经空腔24、隔板23上的排气孔231后从网板22的下方向上运动，最终从清洗箱2与箱盖21之间的缝隙排出。隔板23上的部分排气孔231处还设有固接在隔板23上的扇叶232，扇叶232位于隔板23与网板22之间，扇叶232转动时，可搅拌清洗箱2内的清洗液。清洗箱2的底部设有排液管25，排液管25与空腔24连通，排液管25上设有排液阀251。

具体地，驱动机构和清洗箱2均安装在机架上，如图1所示，机架包括横向设置底座1，以及与底座1左端焊接的竖向设置的立柱11。底座1上通过螺栓连接有横向的滑轨12，清洗箱2的下端也通过螺栓连接有与滑轨12横向滑动连接的滑块13，滑块13与滑轨12之间还可设滚珠，便于清洗箱2在滑轨12上左、右运动。

具体地，如图1所示，驱动机构包括位于清洗箱2左侧的通过螺栓与底座1连接的电机3，电机3的输出轴竖向设置，其上固接有与清洗箱2左外壁相抵的横向设置的凸轮31，清洗箱2左外壁上固接有一组横向设置的弹性件32，弹性件32的左端与立柱11固接。本实施例中，弹性件32和凸轮31均设在清洗箱2的左侧，弹性件32为拉簧；当然凸轮31与弹性件32也可分别设在清洗箱2的两侧，则弹性件32为压簧。

具体地，如图1所示，气源包括通过支架与立柱11固接的气缸体4，如图2所示，气缸体4内纵向滑动连接有活塞头42，活塞头42上固接有活塞杆43，活塞杆43上通过销轴转动连接有连接杆46，连接杆46远离活塞杆43的一端也通过销轴与凸轮31的上端面转动连接，连接杆46与凸轮31的连接点偏离凸轮31的回转中心；凸轮31、连接杆46与活塞杆43组成曲柄滑块机构。活塞头42与气缸体4之间形成气缸腔41，气缸腔41连通有进气管44和出气管45；进气管44与外界大气连通，进气管44上设有进气单向阀441，出气管45上设有出气单向阀451。

气缸体4的右侧设有压力罐5，气缸体4的气缸腔41通过出气管45与压力罐5连通。压力罐5连通有供气管51和透气管52；透气管52上设有安全阀521，当压力罐5内压力过大时，安全阀521打开，多余的气体从透气管52排出，以减小压力罐5内的压力，保证压力罐5的安全。如图1所示，空腔24的侧壁行设有气体入口26，供气管51通过气体入口26与清洗箱2内的空腔24连通，供气管51上设有压力阀511和供气单向阀541，供气单向阀541靠近清洗箱2设置。

为了使气体在清洗箱2内分布更均匀，优选气体入口26的数量为多个且周向均匀分布在空腔24的侧壁上；如图2所示，供气管51上连接有分流件53，分流件连接有若干分流管541，供气单向阀541设在分流管541上，若干分流管541分别与气体入口26连通。此种分流件的结构类似于三通管、四通管，为现有技术，在此不详述。

优选地，在供气管51上还设有加热件6，加热件6为加热器，加热件6位于压力阀511与供气单向阀541之间，当然加热件6也可设在其他位置，比如设在压力罐5的内壁上，此时加热件6可以为缠绕在压力罐5内壁上的加热丝；又比如设在清洗箱2上，此时可将清洗箱2下部侧壁中空设置，将加热件6，比如加热丝设在清洗箱2侧壁的中空内。加热件6的具体结构及设置位置本发明不做具体限制。

初始时，凸轮顶311与清洗箱2相抵，弹性件32被拉伸。需要清洗晶圆表面的保护层时，如图1和图2所示，打开箱盖21，将多组晶圆放置在网板22上，然后人工往清洗箱2内倒入清洗晶圆表面保护层的清洗液，当清洗液将晶圆全部浸没后，停止倒入清洗液，并将箱盖21关闭并锁紧。然后人工使电机3工作，电机3使凸轮31逆时针转动，凸轮顶311向远离清洗箱2的方向运动，此时被拉伸的弹性件32恢复形变，弹性件32使清洗箱2向左运动。凸轮31继续逆时针转动，凸轮顶311向靠近清洗箱2的方向运动，凸轮31使清洗箱2向右运动，同时弹性件32被拉伸。如此往复，清洗箱2在滑轨12上左、右运动，使得清洗箱2内的晶圆翻动，达到均匀清洗的目的。

电机3使凸轮31转动的同时，凸轮31使连接杆46运动，连接杆46通过活塞杆43带动活塞头42在气缸体4内纵向往复运动。活塞头42向前运动时，气缸腔41的体积增大，外界气体经进气管44进入气缸腔41内；活塞头42向后运动时气缸腔41的体积减小，活塞腔内的气体经出气管45进入压力罐5内。当压力罐5内的气体压力达到压力阀511的设定值时，比如0.8MPa，压力阀511打开，气体经供气管51上的分流件53后，分成多路进入清洗箱2的空腔24内。空腔24内的气体从隔板23上的排气孔231排出，部分排气孔231排出的气体使扇叶232转动，扇叶232搅拌清洗箱2内的清洗液，从而加速清洗液在清洗箱2内的运动，使清洗液与晶圆的表面接触更充分；另一部分排气孔231排出的气体给晶圆一个向上的力，此力与清洗箱2左、右运动的合力使晶圆翻动得更剧烈，使得晶圆表面各处均能与清洗液充分接触，提高晶圆表面的清洗效果。

在清洗晶圆的过程中，也可使加热件6工作，此时进入清洗箱2内的气体为热气体，热气体使得清洗液的温度升高，可加快清洗液与晶圆表面保护层的反应速度，缩短清洗时间；若升温不可加快清洗液与晶圆表面保护层的反应速度，则清洗晶圆表面时加热件6不工作。

当晶圆表面清洗干净后，使电机3停止工作，人工打开排液阀251，清洗液通过排液管25流出，然后人工对其进行收集，清洗液排干净后，接着关闭排液阀251，再打开箱盖21，人工往清洗箱2内加入去离子水，用于去除晶圆表面残留的清洗液，当去离子水将晶圆全部浸没后，停止倒入去离子水，并将箱盖21关闭。然后使电机3工作，电机3使清洗箱左、右运动，使晶圆翻动，使去离子水与晶圆表面残留的清洗液充分接触，此过程与清洗晶圆表面保护层相同，在此不再赘述。

去离子水将晶圆表面残留的清洗液去除干净后，将去离子水从排液管排出后收集，再使电机3和加热件6工作，电机3使清洗箱2左、右运动，使晶圆翻动，使晶圆表面残留的液体滴落至清洗箱2的底部后从排液管25排出；同时加热件6加热气体，热气体进入清洗箱2内，热气体与翻动中的晶圆表面充分接触，从而风干晶圆表面。

当晶圆表面风干后，人工使电机3和加热件6停止工作，同时人工将排液阀251关闭，接着将箱盖21打开，将网板22上的晶圆取出，然后将网板22清理干净，再将箱盖21关闭。

实施例二

实施例一与实施例二的不同之处在于：箱盖21上设有至少一个溶液输入口，溶液输入口连通有加液软管(图1和图2中未示出)，则清洗液和去离子水可通过加液软管加入清洗箱2内，由此在加入去离子水时无需打开箱盖21。溶液输入口为一个时，清洗液和去离子水从一个溶液输入口加入；溶液输入口为两个时，清洗液和去离子水分别从两个溶液输入口加入。

实施例三

本实施例与实施例一和实施例二的不同之处在于：该清洗装置还包括翻转机构(图1和图2中未示出)，翻转机构与底座1连接，翻转机构通过底座1可使清洗箱2翻转180°。在风干晶圆表面时，翻转机构使清洗箱2翻转180°，此时热气体从上向下吹，将晶圆表面风干。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可作出若干变形和改进，这些也应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。本发明所省略描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (10)

1.智能芯片生产用晶圆表面清洗装置，包括清洗箱，清洗箱上设有至少一个溶液输入口，清洗箱内安装有放置晶圆的网板；其特征在于，所述网板固定或者可带动晶圆运动，该清洗装置还包括与清洗箱连通的气源和/或使清洗箱横向运动的驱动机构，所述气源提供的气体从网板的一侧向另一侧运动。

2.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，还包括机架，清洗箱能够在机架上滑动，所述驱动机构包括位于所述清洗箱外的电机，电机的输出轴连接有与清洗箱外壁相抵的凸轮，清洗箱的外壁固接有与所述机架固接的一组弹性件。

3.根据权利要求2所述的清洗装置，其特征在于，所述气源包括气缸体，气缸体内滑动连接有活塞头，活塞头上固接有活塞杆，活塞杆上转动连接有连接杆，连接杆远离活塞杆的一端与所述凸轮的端面偏心转动连接；活塞头与气缸体之间形成气缸腔，气缸腔连通有与外界连通的进气管和与清洗箱连通的出气管，进气管上设有进气单向阀，出气管上设有出气单向阀。

4.根据权利要求3所述的清洗装置，其特征在于，还包括压力罐，压力罐与所述出气管连通，压力罐连通有与所述清洗箱连通的供气管，供气管上设有供气单向阀和压力阀；所述压力罐还连通有与外界大气连通的透气管，透气管上设有安全阀。

5.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，还包括位于所述清洗箱内或独立的加热件，所述加热件加热清洗箱内运行的气体。

6.根据权利要求1～5中任何一项所述的清洗装置，其特征在于，所述清洗箱内网板的下方设有隔板，隔板与清洗箱的底部形成空腔，所述气源与空腔连通，所述隔板上设有若干排气孔。

7.根据权利要求6所述的清洗装置，其特征在于，所述隔板上的部分排气孔处设有扇叶，扇叶位于隔板与所述网板之间。

8.根据权利要求1～5中任何一项所述的清洗装置，其特征在于，所述清洗箱的底部设有排液管，所述排液管上设有排液阀。

9.根据权利要求1～5中任何一项所述的清洗装置，其特征在于，所述机架上固接有滑轨，所述清洗箱上固接有与所述滑轨滑动连接的滑块。

10.根据权利要求2～5中任何一项所述的清洗装置，其特征在于，所述凸轮与弹性件位于清洗箱的同侧，所述弹性件为拉簧。