CN110369371B - 一种大尺寸硅圆片清洗装置及其清洗工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大尺寸硅圆片清洗装置，位于硅圆片上下两侧的刷洗单元，包括对位设置的上毛刷组和下毛刷组，刷洗单元用于刷洗硅圆片表面残留砂浆，上毛刷组和下毛刷组同向旋转并带动所述硅圆片转动；位于硅圆片两侧的喷淋单元，置于第一毛刷外侧且位于硅圆片内缘，用于向硅圆片提供喷淋液；位于硅圆片出口方向一侧与硅圆片并行设置的吹气单元，其气流方向与硅圆片水平移动方向相反且倾斜设置，用于吹干硅圆片；置于硅圆片下方的传送单元和置于硅圆片外缘的定位单元。本发明还提供一种大尺寸硅圆片清洗装置的清洗工艺。本发明清洗装置适用于大尺寸硅圆片，结构合理，操作简单，清洗效果好，缩短清洗时间，环保且安全。

Description

一种大尺寸硅圆片清洗装置及其清洗工艺
技术领域
本发明属于新能源半导体行业设备技术领域，尤其是涉及一种大尺寸硅圆片清洗装置及其清洗工艺。
背景技术
半导体行业中大尺寸硅圆片面积较大，对于砂浆研磨后的清洗，一直受设备结构复杂的限制，无法快速去除大尺寸硅圆片表面残留的金刚砂、硅粉等砂浆残液，使得清洗时间较长，严重影响后道工序的生产，制约生产效率。
同时，现有的清洗工艺主要为物理清洗法和化学清洗法。而物理清洗法主要利用超声或兆声波的空化作用产生的小气泡迅速膨胀爆破后去除硅圆片表面吸附杂质，脱落的杂质随流水冲走从而达到清洗目的，但这种清洗方法受超声频率、清洗介质和清洗温度多种因素影响。化学清洗法主要利用酸碱各种化学试剂对硅圆片进行腐蚀、去除硅圆片表面杂质的同时会削除硅圆片氧化层及腐蚀硅圆片本身，但此种方法成本较高，清洗时间较长且对环境污染较大影响清洗机使用寿命。这两种清洗工艺均不适用于清洗研磨后的大尺寸硅圆片的清洗。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种大尺寸硅圆片清洗装置及其清洗工艺，尤其是适用于砂浆磨片后的大尺寸硅圆片的清洗，解决了现有技术清洗装置结构复杂，清洗效果差且清洗效率低的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种大尺寸硅圆片清洗装置，包括：
刷洗单元：位于硅圆片上下两侧，包括对位设置的上毛刷组和下毛刷组，所述刷洗单元用于刷洗所述硅圆片表面残留砂浆，所述上毛刷组和所述下毛刷组同向旋转并带动所述硅圆片转动；
喷淋单元：位于所述硅圆片上下两侧，所述单元的喷口方向均指向所述刷洗单元位置，用于向所述硅圆片提供喷淋液；
吹气单元：位于所述硅圆片出口方向一侧与所述硅圆片并行设置，所述吹气单元气流方向与所述硅圆片水平移动方向相反且倾斜设置，所述吹气单元用于吹干所述硅圆片；
传送单元：置于所述硅圆片下方，用于放置所述硅圆片并移动传输所述硅圆片；
定位单元：置于所述硅圆片外缘，用于固定所述硅圆片位置；
控制单元：外接移动终端，用于控制所述刷洗单元、所述喷淋单元、所述定位单元、所述传送单元、所述吹气单元和所述硅圆片的工作状态；
其中，所述上毛刷组包括第一毛刷和第二毛刷，所述下毛刷组包括第三毛刷和第四毛刷，所述第一毛刷与所述第三毛刷对位设置，所述第二毛刷与所述第四毛刷对位设置；所述第一毛刷到所述第二毛刷中心距离不大于所述硅圆片半径；所述第一毛刷和所述第二毛刷的轴线与所述硅圆片移动方向垂直。
进一步的，所述第一毛刷远离所述硅圆片圆心设置。
进一步的，所述第一毛刷与所述硅圆片同心设置。
进一步的，所述第二毛刷圆心位于所述硅圆片内缘；所述第一毛刷和所述第二毛刷同轴设置且位于所述硅圆片中心线上。
进一步的，所述喷淋单元包括上喷淋组和下喷淋组，所述上喷淋组喷口位置与所述上毛刷组下端面位置高度相同，所述下喷淋组喷口位置高于所述下毛刷组上端面位置。
进一步的，所述吹气单元包括对称设置在所述硅圆片两侧的上吹刀和下吹刀，所述上吹刀刀口长度与所述下吹刀刀口长度均大于所述硅圆片直径。
进一步的，所述上吹刀气流方向与所述硅圆片上端面夹角和所述下吹刀气流方向与所述硅圆片下端面夹角相同，所述夹角角度为30-60°。
一种大尺寸硅圆片清洗装置的清洗工艺，包括如上所述的清洗装置，具体包括：
S1：刷洗所述硅圆片；
S11：单个所述硅圆片以50-70mm/s的速度经所述传送单元传送至所述刷洗单元区，并通过所述定位单元固定放置；
S12：所述刷洗单元中上毛刷组和下毛刷组同向以300-500rpm的转速转动并带动所述硅圆片同向自转，所述喷淋单元同步进行喷洒清洗液，喷淋速度为5-8L/min，喷淋时间为10-15s；
S2：吹干所述硅圆片；
S21：清洗后所述硅圆片以40-60mm/s的速度进入所述吹气单元内水平向前移动，所述上吹刀和所述下吹刀同步以15-30NL/min的气流速度分别对所述硅圆片上端面和下端面进行吹气干燥，吹气时间为4-8s；所述上吹刀气流方向、所述下吹刀气流方向均与所述硅圆片水平移动方向夹角为30-60°，优选地，所述夹角为45°。
进一步的，在清洗所述硅圆片之前还包括预超声，在置有清洗液的溢流槽内超声4-6min，去除所述硅圆片表面中大颗粒杂质，所述预超声温度为20±5℃，每次预超声可清洗多个所述硅圆片。
进一步的，所述喷淋单元的喷淋液和所述预超声中的清洗液均为纯水。
本发明具有的优点和积极效果是：与现有技术相比，本发明提出一种大尺寸硅圆片清洗装置，尤其是适用于砂浆磨片后的大尺寸硅圆片的清洗，结构合理，操作简单，不仅清洗效果好而且还缩短了清洗时间，环保且安全。
附图说明
图1是本发明一实施例的一种大尺寸硅圆片清洗装置的立体图；
图2是本发明一实施例的一种大尺寸硅圆片清洗装置的正视图；
图3是本发明一实施例的A的局部放大图；
图4是本发明一实施例的一种大尺寸硅圆片清洗装置的侧视图；
图5是本发明一实施例的上喷淋组的结构示意图；
图6是本发明另一实施例的上喷淋组的结构示意图；
图7是本发明一实施例的下喷淋组的结构示意图。
图中：
10、硅圆片 20、传送单元 30、刷洗单元
31、第一毛刷 32、第二毛刷 33、第三毛刷
34、第四毛刷 40、喷淋单元 41、上喷淋组
411、喷管 412、喷管 413、喷管
42、下喷淋组 421、喷管 422、喷管
423、喷管 424、喷管 50、定位单元
60、吹气单元 61、上吹刀 62、下吹刀
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
一种大尺寸硅圆片清洗装置，如图1-6所示，包括：传送单元20、刷洗单元30、喷淋单元40、定位单元50、吹气单元60和控制单元。具体地各单元结构如下：
如图1-2、7所示，传送单元20设置在硅圆片10的正下方，传送单元20为并排设置的皮带传输结构，皮带对称设置在硅圆片10的中心轴线两侧，皮带在用于放置硅圆片10并移动传输硅圆片10向前移动，传送单元20中的皮带及滚轮均同向顺时针旋转，带动硅圆片10水平向前移动。在图6中，传送单元20包括两段串联连接的皮带，中间的连接滚轮位于硅圆片10的纵向轴线上，因硅圆片10的直径较大，若仅用一个皮带横跨硅圆片10的两端，皮带变形较大，会带动硅圆片10上下起伏不稳，在刷洗过程中，硅圆片10受上下毛刷冲击振动，会严重影响硅圆片10放置的平整度，严重时会出现造成硅圆片10表面出现裂纹，故需在每侧设置两段串联的皮带，以保证硅圆片10的平稳性。
如图1-2、4所示，刷洗单元30位于硅圆片10的上下两侧，包括对位设置的上毛刷组和下毛刷组，用于刷洗硅圆片10表面残留的砂浆或硅粉，上毛刷组和下毛刷组同向旋转并带动硅圆片10转动。其中，上毛刷组包括第一毛刷31和第二毛刷32，下毛刷组包括第三毛刷33和第四毛刷34，第一毛刷31与第三毛刷33对位设置，第二毛刷32与第四毛刷34对位设置，即第一毛刷31与第三毛刷33直径相同，第二毛刷32与第四毛刷34直径相同。
在本实施例中，第一毛刷31到第二毛刷32的中心距离H不大于硅圆片10的半径R，第一毛刷31与第二毛刷32的直径可以相同也可以不同，可根据设计需要而定。如图5所示，第一毛刷31到第二毛刷32的中心距离H等于硅圆片10的半径R，第一毛刷31的圆心远离硅圆片10的圆心设置，第二毛刷32的圆心位于硅圆片10的内缘，且第一毛刷31和第二毛刷32同轴设置且位于硅圆片10的纵向中心线上，第一毛刷31和第二毛刷32的轴线与硅圆片10的水平移动方向垂直。硅圆片10被第一毛刷31与第三毛刷33、第二毛刷32与第四毛刷34夹持，且硅圆片10随同向旋转的第一毛刷31与第三毛刷33、第二毛刷32与第四毛刷34的旋转而旋转，在刷洗硅圆片10时，硅圆片10自转，处于中间位置的第一毛刷31和第三毛刷33清洗时以第一毛刷31的直径所在的内圆，外侧位置的第二毛刷32与第四毛刷34清洗时以第二毛刷32的直径所在的外圆，第一毛刷31和第二毛刷32旋转清洗全面覆盖硅圆片10的整个面积，完全可清洗硅圆片10上的残余砂浆或硅粉。
如图6所示，第一毛刷31到第二毛刷32的中心距离H小于硅圆片10的半径R，第一毛刷31与硅圆片10同心设置，第二毛刷32的圆心位于硅圆片10的内缘，且第一毛刷31和第二毛刷32同轴设置且位于硅圆片10的纵向中心线上，第一毛刷31和第二毛刷32的轴线与硅圆片10的水平移动方向垂直。在清洗过程中，处于中心位置的残液或硅粉随硅圆片10的自转而旋转，残液或硅粉受离心力的作用会集中向硅圆片10的边缘移动，处于中心位置的第一毛刷31和第三毛刷33清洗时以第一毛刷31的直径所在的内圆，处于外侧位置的第二毛刷32与第四毛刷34清洗以第二毛刷32的直径所在的外圆，完全覆盖汇集在硅圆片10边缘的残液或硅粉，保证硅圆片10的洁净。
对位设置的刷洗单元30一次可完成硅圆片10的双面清洗工作，不仅可全覆盖硅圆片10上下端面的面积，而且清洗效果好，完全能够快速有效去除硅圆片10表面上残留的砂浆或硅粉。与现有的单面清洗方法相比，本申请的清洗方式可大大缩短清洗时间，提高清洗效率，为后序操作赢得更多的时间，进而也节约水资源的浪费，降低生产成本，同时也加快了硅圆片10的流转速度。
如图1-2所示，喷淋单元40位于硅圆片10上下两侧，用于向硅圆片10提供喷淋液，在本实施例中，刷洗所用的喷淋液为纯水。进一步的，喷淋单元40包括上喷淋组41和下喷淋组42，上喷淋组41的喷口位置与上毛刷组下端面的位置高度相同，下喷淋组42喷口位置高于下毛刷组上端面的位置，这一设置的目的是可使喷淋水完全被上下毛刷所吸收利用，最大限度地节约资源。
在本实施例中，如图5-6所示，上喷淋组41包括三个喷管，分别是喷管411、喷管412和喷管413，其中，喷管411位于硅圆片10的中部，喷头朝向第一毛刷31的中心位置，喷头位置被喷管411的结构所遮挡，图省略，后续所讲喷头位置与此类同，目的是向第一毛刷31进行给水清洗；喷管412位于硅圆片10的内缘边处，喷头朝向第二毛刷32的中心位置，目的是向第二毛刷32进行给水清洗；喷管413位于硅圆片10的外缘处，喷头朝向硅圆片10的圆心位置，目的是辅助第一毛刷31、第二毛刷32给水清洗。
如图7所示，下喷淋组42包括四个喷管，分别是喷管421、喷管422、喷管423和喷管424，其中，喷管421和喷管422位于硅圆片10的内缘边处，喷头朝向第三毛刷33，目的是向第三毛刷33进行给水清洗；喷管423和喷管424位于硅圆片10的内部中间位置，喷头分开均朝向第四毛刷34的中心位置，目的是向第四毛刷34进行给水清洗。上喷淋组41设置三个喷管，因喷淋液的水流向下流速，三个喷管足够充分清洗硅圆片10的上端面，无需设置其它喷管，即可完成清洗。下喷淋组42设置四个喷管，因喷淋液受自重的因素会流失一部分，需要多组喷管方可全面清洗硅圆片10的底部。
如图5-7所示，定位单元50置于硅圆片10的外缘周围，包括四个均匀设置在硅圆片10外径周边的定位柱，在定位柱上设有位置传感器(图省略)，当硅圆片10移动到刷洗单元30区域时，位置传感器即可测得其位置并将信号传递给控制单元，同时控制单元向定位单元50反馈信号，固定硅圆片10，防止其偏移。
如图2-3所示，吹气单元60靠近硅圆片10出口方向一侧，即在传送单元20外侧并与传送单元20留有一定间隙，便于硅圆片10脱离传送单元20进入吹气单元60内。吹气单元60与硅圆片10水平并行设置，用于吹干硅圆片10上下端面上的水珠。吹气单元60包括对称设置在硅圆片10两侧的上吹刀61和下吹刀62，上吹刀61距离硅圆片10上端面有一定距离，下吹刀62距离硅圆片10的下端面有一定距离，且两个距离相同。上吹刀61的刀口长度与下吹刀62的刀口长度相同且均大于硅圆片10的直径。上吹刀61倾斜向下设置，下吹刀62倾斜向上设置，且上吹刀61的气口方向与下吹刀62的气口方向与传送单元20旋转的方向相反，也即是说上吹刀61的气流方向、下吹刀62的气流方向均与硅圆片10的水平移动方向相反且倾斜设置，目的是便于吹刀吹干硅圆片10上下端面上的纯水。具体地，上吹刀61的气流方向与硅圆片10的上端面夹角和下吹刀62气流方向与硅圆片10的下端面夹角相同。夹角角度若小于30°，吹刀气流几乎垂直于硅圆片10的端面，使气流流速过快而且气流覆盖的面积较小，瞬间对硅片的冲击力较大，会使硅圆片10瞬间出现晃动；若大于60°，会减缓气流吹到硅圆片10上的速度，削弱吹刀效果，需增加吹刀时间，间接提高生产成本。故夹角角度为30-60°，优选地，夹角角度为45°时，可快速全面干燥硅圆片10，干燥效果好且资源利用率高。倾斜设置的气流方向更易于吹干硅圆片10上水珠，进而保证硅圆片10的干燥。在本实施例中，吹刀吹出的气体是室温下的压缩空气，硅圆片10经刷洗单元30刷洗完毕后由传送单元20运输时起，同步开始吹压缩空气，硅圆片10干燥一定时间后再经后序的传送带(图省略)传送到要片盒中的机械手中，即完成硅圆片10的清洗。
在本实施例中，上吹刀61和下吹刀62同向同位置并行设置，无论吹刀是否对称设置在硅圆片10的中心水平轴线两侧与否，只要能保证吹刀的气流长度完全覆盖住硅圆片10的直径范围，且气流满足使用要求，能快速干燥硅圆片10即可。
进一步的，本清洗装置还包括外接移动终端的控制单元(图省略)，控制单元分别与传送单元20、刷洗单元30、喷淋单元40、定位单元50和吹气单元60电连接，用于控制传送单元20、刷洗单元30、喷淋单元40、定位单元50、吹气单元60和硅圆片10的工作状态。其中，控制单元为本领域常用外接电脑或控制面板，此为本申请非重要内容，在此省略。
一种大尺寸硅圆片清洗装置的清洗工艺，包括如上所述的清洗装置，具体包括：
S1：刷洗硅圆片
S11：单个硅圆片依次以50-70mm/s的速度进入清洗装置中，再以同样速度进入传送单元20传送至刷洗单元30区内，并通过定位单元50中的四个定位柱检测到硅圆片10达到预定位置后即四角定位固定。
S12：待硅圆片10的位置固定后，传送单元20停止工作，同步开启刷洗单元30和喷淋单元40，刷洗单元30中的上毛刷组和下毛刷组同向以300-500rpm的转速转动，同时带动硅圆片10同向自转，喷淋单元30同步进行喷洒的清洗液以5-8L/min的速度进行喷淋，喷淋时间为10-15s。
S2：吹干硅圆片
S21：清洗完毕后，刷洗单元30和喷淋单元40停止工作并与硅圆片10分开，硅圆片10以40-60mm/s的水平速度通过传送单元20向前移动进入吹气单元60内，同时上吹刀61和下吹刀62同步以15-30NL/min的气流速度分别对硅圆片10的上端面和下端面进行吹气干燥，吹气时间为4-8s。上吹刀61的气流方向、下吹刀62的气流方向均与硅圆片10的水平移动方向相反且倾斜设置，上吹刀61的气流方向与硅圆片10的上端面夹角和下吹刀62气流方向与硅圆片10的下端面夹角均为30-60°，优选地，夹角角度为45°。
进一步的，在清洗硅圆片10之前还包括预超声，即是在置有纯水清洗液的溢流槽内超声4-6min，去除硅圆片10上下表面中的大颗粒杂质，其中预超声温度为20±5℃，每次预超声可清洗多个硅圆片10。
在本申请清洗工艺中，预超声、刷洗和吹干过程中均为自动生产操作，中间不间断，仅需对吹干后的硅圆片进行抽检，确认硅圆片10的上下端面中无砂浆残留和划道，即为合格产品。本清洗工艺完全替代现有的物理清洗工艺和化学清洗工艺，在预超声和刷洗过程中，只选用纯水清洗液，避免化学试剂清洗液对人体的危害和对环境的污染，用纯水清洗后的清洗液可回收，过滤掉砂浆和硅粉后的废水还可再利用，可用于对于清洗度要求不高的其它工序使用。使用本申请的清洗装置和清洗工艺，每片硅圆片10的清洗时间提高了尽10％，清洗能力强且操作简便，不仅简化了工艺流程，提高了硅圆片10的流转速度，而且还可获得更好的清洗效果，完全去除硅圆片10上下端面残留的砂浆和硅粉，确保产品质量。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种大尺寸硅圆片清洗装置，其特征在于，包括：
刷洗单元：位于硅圆片上下两侧，包括对位设置的上毛刷组和下毛刷组，所述刷洗单元用于刷洗所述硅圆片表面残留砂浆，所述上毛刷组和所述下毛刷组同向旋转并带动所述硅圆片转动；
喷淋单元：位于所述硅圆片上下两侧，所述喷淋单元的喷口方向均指向所述刷洗单元位置，用于向所述硅圆片提供喷淋液；
吹气单元：位于所述硅圆片出口方向一侧与所述硅圆片并行设置，所述吹气单元气流方向与所述硅圆片水平移动方向相反且倾斜设置，所述吹气单元用于吹干所述硅圆片；
传送单元：置于所述硅圆片下方，用于放置所述硅圆片并移动传输所述硅圆片；
定位单元：置于所述硅圆片外缘，用于固定所述硅圆片位置；
控制单元：外接移动终端，用于控制所述刷洗单元、所述喷淋单元、所述定位单元、所述传送单元、所述吹气单元和所述硅圆片的工作状态；
其中，所述上毛刷组包括第一毛刷和第二毛刷，所述下毛刷组包括第三毛刷和第四毛刷，所述第一毛刷与所述第三毛刷对位设置，所述第二毛刷与所述第四毛刷对位设置；所述第一毛刷到所述第二毛刷中心距离不大于所述硅圆片半径；所述第一毛刷和所述第二毛刷的轴线与所述硅圆片移动方向垂直；
所述吹气单元包括对称设置在所述硅圆片两侧的上吹刀和下吹刀；
所述清洗装置的清洗方法具体包括：
S1：刷洗所述硅圆片；
S11：单个所述硅圆片以50-70mm/s的速度经所述传送单元传送至所述刷洗单元区，并通过所述定位单元固定放置；
S12：所述刷洗单元中上毛刷组和下毛刷组同向以300-500rpm的转速转动并带动所述硅圆片同向自转，所述喷淋单元同步进行喷洒清洗液，喷淋速度为5-8L/min，喷淋时间为10-15s；
S2：吹干所述硅圆片；
S21：清洗后所述硅圆片以40-60mm/s的水平速度向前移动进入吹气单元内，所述上吹刀和所述下吹刀同步以15-30NL/min的气流速度分别对所述硅圆片上端面和下端面进行吹气干燥，吹气时间为4-8s；所述上吹刀气流方向、所述下吹刀气流方向均与所述硅圆片水平移动方向夹角为30-60°。
2.根据权利要求1所述的一种大尺寸硅圆片清洗装置，其特征在于，所述第一毛刷远离所述硅圆片圆心设置。
3.根据权利要求1所述的一种大尺寸硅圆片清洗装置，其特征在于，所述第一毛刷与所述硅圆片同心设置。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种大尺寸硅圆片清洗装置，其特征在于，所述第二毛刷圆心位于所述硅圆片内缘；所述第一毛刷和所述第二毛刷同轴设置且位于所述硅圆片中心线上。
5.根据权利要求4所述的一种大尺寸硅圆片清洗装置，其特征在于，所述喷淋单元包括上喷淋组和下喷淋组，所述上喷淋组喷口位置与所述上毛刷组下端面位置高度相同，所述下喷淋组喷口位置高于所述下毛刷组上端面位置。
6.根据权利要求1-3、5任一项所述的一种大尺寸硅圆片清洗装置，其特征在于，所述上吹刀刀口长度与所述下吹刀刀口长度均大于所述硅圆片直径。
7.根据权利要求6所述的一种大尺寸硅圆片清洗装置，其特征在于，所述上吹刀气流方向与所述硅圆片上端面夹角和所述下吹刀气流方向与所述硅圆片下端面夹角相同。
8.根据权利要求1-3、5、7任一项所述的一种大尺寸硅圆片清洗装置，其特征在于，所述夹角为45°。
9.根据权利要求8所述的一种大尺寸硅圆片清洗装置，其特征在于，在清洗所述硅圆片之前还包括预超声，在置有清洗液的溢流槽内超声4-6min，去除所述硅圆片表面中大颗粒杂质，所述预超声温度为20±5℃，每次预超声可清洗多个所述硅圆片。
10.根据权利要求9所述的一种大尺寸硅圆片清洗装置，其特征在于，所述喷淋单元的喷淋液和所述预超声中的清洗液均为纯水。
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