CN111009482B - 晶片清洗装置及晶片清洗设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种晶片清洗装置及晶片清洗设备，涉及清洗设备技术领域。所述晶片清洗装置包括：间隔设置的夹持机构和刷体，所述夹持机构用于夹持晶片；所述刷体用于抵接在所述晶片的待清洗面，所述刷体能够相对于所述夹持机构在所述晶片的待清洗面上运动，以使所述刷体刷洗所述晶片的待清洗面。刷体能够抵接在所述晶片的待清洗面，然后刷体在晶片的待清洗面上进行擦洗，从而将晶片表面的杂质擦洗掉，尤其是针对粘在晶片表面且不溶于清洗液的杂质，擦洗更为有效，使用本发明实施例提供的晶片清洗装置可以使晶片待清洗面更加洁净。

Description

晶片清洗装置及晶片清洗设备
技术领域
本发明涉及清洗设备技术领域，尤其是涉及一种晶片清洗装置及晶片清洗设备。
背景技术
碳化硅因其具有宽禁带、高击穿场、大热导率、电子饱和漂移速度高、抗辐射强和良好化学稳定性的优越性质，成为新一代微电子器件和电路的关键半导体材料。
然而，碳化硅材料作为外延的衬底材料，对其表面质量具有很高的需求，需要经过一系列的加工工艺，其中碳化硅晶片表面清洗是碳化硅加工领域必不可少的一部分，主要是去除碳化硅晶片表面的颗粒、污物、金属离子等。
现有的晶片清洗方法，先经过碱洗去除晶片表面颗粒和有机物，然后再将晶片取出放在另一槽内进行酸洗，主要去除晶片表面微粒和金属离子，然后再经过超纯水进行清洗，去除晶片表面残留的离子，然而由于该种清洗方法只是依靠药液与有机物、金属离子等的结合，最终将晶片清洗干净，导致清洗能力带有局限性，特别是有脏污粘在晶片表面时，便很难去除。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶片清洗装置及晶片清洗设备，以缓解了现有的晶片清洗设备清洗能力不足的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供的一种晶片清洗装置，所述晶片清洗装置包括：间隔设置的夹持机构和刷体，所述夹持机构用于夹持晶片；
所述刷体用于抵接在所述晶片的待清洗面，所述刷体能够相对于所述夹持机构在所述晶片的待清洗面上运动，以使所述刷体刷洗所述晶片的待清洗面。
进一步的，所述夹持机构和所述刷体沿水平方向间隔设置，以使被所述夹持机构夹持的晶片的待清洗面与水平方向垂直。
进一步的，所述夹持机构包括夹持部和转向机构，所述夹持部用于夹持晶片；
所述转向机构与所述夹持部连接，用于带动所述夹持部转向，以使所述夹持部用于夹持晶片的一面朝向竖直向上，或者朝向所述刷体。
进一步的，所述晶片清洗装置包括第一机械臂，所述第一机械臂位于所述夹持机构的上方，用于将晶片转移到所述夹持机构上，或者从所述夹持机构上移除；
所述第一机械臂包括夹座，所述夹座上铰接有多个夹爪，多个夹爪沿周向排列，多个所述夹爪能够向外展开或者向内合拢；
所述夹爪包括连接部和托起部，且所述连接部的一端与所述夹座铰接，另一端与所述托起部连接，且所述连接部与所述托起部垂直，所述托起部用于在所述夹爪合拢时，支撑在所述晶片的底面。
进一步的，所述夹持机构包括第一驱动机构，所述第一驱动机构与所述夹持部连接，用于带动所述夹持部旋转；和/或
所述晶片清洗装置包括第二驱动机构，所述第二驱动机构与所述刷体连接，用于带动所述刷体旋转；
所述晶片清洗装置包括移动机构，所述移动机构与所述刷体或者所述夹持机构连接，所述移动机构用于使所述刷体与所述夹持机构彼此靠近或者远离。
进一步的，所述晶片清洗装置包括清洗槽，所述清洗槽用于盛放清洗液，所述夹持机构和刷体设置在所述清洗槽内。
进一步的，所述晶片清洗装置包括清洗液循环机构，所述清洗液循环机构包括分别与清洗槽连接的进液口和出液口，以及连通进液口和出液口的循环通道，所述循环通道内设置有用于过滤清洗液的滤芯。
进一步的，所述晶片清洗装置包括臭氧发生装置，所述臭氧发生装置的出气口位于所述清洗槽内，用于向清洗液内输送臭氧；
所述清洗槽内设置有超声发生器。
第二方面，本发明实施例提供的一种晶片清洗设备，所述晶片清洗设备包括干燥装置和上述的晶片清洗装置；
所述晶片清洗设备包括多个晶片清洗装置；
所述晶片清洗装置包括清洗槽，所述清洗槽用于盛放清洗液，所述夹持机构和刷体设置在所述清洗槽内；
多个所述晶片清洗装置用于盛放不同的清洗液。
进一步的，所述干燥装置包括干燥罐，所述干燥罐的底部设置有清洗池；
所述清洗池的上方设置有喷射机构，所述喷射机构用于喷射异丙醇和氮气；
所述干燥罐内设置有提升机构，所述提升机构用于夹持晶片并能够带动所述晶片沿所述干燥罐的深度方向运动。
相比于现有的晶片清洗装置，本发明实施例提供的晶片清洗装置包括间隔设置的夹持机构和刷体，所述夹持机构用于夹持固定晶片。刷体能够抵接在所述晶片的待清洗面，然后刷体在晶片的待清洗面上进行擦洗，从而将晶片表面的杂质擦洗掉，尤其是针对粘在晶片表面且不溶于清洗液的杂质，擦洗更为有效，使用本发明实施例提供的晶片清洗装置可以使晶片待清洗面更加洁净。
本发明实施例提供的晶片清洗设备，所述晶片清洗设备包括干燥装置和上述的晶片清洗装置。因为本发明实施例提供的晶片清洗设备引用了上述的晶片清洗装置，所以，本发明实施例提供的晶片清洗设备也具备晶片清洗装置的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的晶片清洗装置的示意图；
图2-图4为本发明实施例2提供的晶片清洗装置中梳理件对刷体进行梳理的过程示意图；
图5为本发明实施例2提供的晶片清洗装置中梳理件的示意图；
图6为本发明实施例提供的晶片清洗设备的示意图；
图7为本发明实施例提供的晶片清洗设备的第二机械臂的俯视图。
图标：100-晶片清洗装置；110-夹持部；120-转向机构；130-第一驱动机构；210-刷体；220-第二驱动机构；300-晶片；400-第一机械臂；510-清洗槽；520-滤芯；530-臭氧发生装置；540-超声发生器；600-梳理件；610-梳齿；700-干燥装置；710-清洗池；720-提升机构；730-喷射机构；800-第二机械臂；810-臂部；820-第一托爪；830-第二托爪。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本发明实施例提供的晶片清洗装置100包括间隔设置的夹持机构和刷体210，所述夹持机构用于夹持固定晶片300。刷体210能够抵接在所述晶片300的待清洗面，然后刷体210在晶片300的待清洗面上进行擦洗，从而将晶片300表面的杂质擦洗掉，尤其是针对粘在晶片表面且不溶于清洗液的杂质，擦洗更为有效，使用本发明实施例提供的晶片清洗装置100可以使晶片待清洗面更加洁净。
本实施例中，夹持机构和所述刷体210可以沿水平方向间隔设置，以使被所述夹持机构夹持的晶片的待清洗面与水平方向垂直。晶片沿竖向被夹持固定，刷体210在晶片的待清洗面上进行刷洗时，被刷洗下来的杂质颗粒会在重力的作用下从刷体210和待清洗面之间落下，从而避免杂质壳体停留在待清洗面上。当然，将夹持机构用于夹持晶片的一面倾斜向下或者竖直向下也可以使杂质颗粒因为重力的作用而脱离待清洗面，但是杂质颗粒会更多的附着在刷体210上，久而久之，刷体210内的杂质颗粒增多，不利于刷洗，需要及时对刷体210进行清洁或者更换。
所述夹持机构包括夹持部110和转向机构120，所述夹持部110用于夹持晶片；所述转向机构120与所述夹持部110连接，用于带动所述夹持部110转向，以使所述夹持部110用于夹持晶片的一面朝向竖直向上的状态，或者朝向所述刷体210的状态。
为了方便第一机械臂400将晶片放置在夹持部110上，或者从夹持部110上移除，可以将转向机构120连接在夹持部110上。转向机构120可以包括两个铰接的连杆，其中一个连杆固定，另一个连杆与夹持部110连接，两个连杆的铰接轴连接有电机，电机可以带动与夹持部110连接的连杆转动，且转动的角度范围为0-90°。从而使所述夹持部110用于夹持晶片的一面呈朝向竖直向上的状态时，方便第一机械臂400将晶片放置在夹持部110上，或者从夹持部110上移除。夹持部110转动90°后，夹持部110用于夹持晶片的一面朝向所述刷体210，方便刷体210与晶片抵接，并对晶片进行刷洗。
本实施例中，夹持部110可以为真空吸盘，通过负压的方式夹持晶片。
所述晶片清洗装置100包括第一机械臂400，所述第一机械臂400位于所述夹持机构的上方，用于将晶片转移到所述夹持机构上，或者从所述夹持机构上移除。
第一机械臂400位于夹持机构的上方，用抓取晶片，并将晶片放置在夹持机构上；当清洗完毕后，第一机械臂400可以将晶片从夹持机构上取下，并转移到下一个加工流程。
所述第一机械臂400包括夹座，所述夹座上铰接有多个夹爪，多个夹爪沿周向排列，多个所述夹爪能够向外展开或者向内合拢；所述夹爪包括连接部和托起部，且所述连接部的一端与所述夹座铰接，另一端与所述托起部连接，且所述连接部与所述托起部垂直，所述托起部用于在所述夹爪合拢时，支撑在所述晶片的底面。
对于碳化硅晶片，需要清洗的表面为硅面，而与其相对的碳面可以不进行清洗，所以，在抓取的过程中，第一机械臂400是尽量不能接触到晶片已经清洗后的表面的，所在，可以将夹爪设置成类似与“L”形。本实施例中，夹持部110可以为吸附面的面积小于晶片碳面的面积的真空吸盘，当第一机械臂400需要从夹持部110上取下晶片时，可以控制多个夹爪张开，多个夹爪末端所在的圆的直径要大于晶片的直径。向下移动第一机械臂400，当夹爪的末端越过晶片后，多个夹爪合拢，托起部可以运动到晶片的下方，也就是碳面一侧，托起部可以将晶片托起，随着第一机械臂400的运动，晶片可以被转移，在整个抓取和转移的过程中，第一机械臂400始终没有接触到晶片的待清洗面，从而避免清洗后的晶片再次受到污染。
所述夹持机构包括第一驱动机构130，所述第一驱动机构130与所述夹持部110连接，用于带动所述夹持部110旋转；和/或所述晶片清洗装置100包括第二驱动机构220，所述第二驱动机构220与所述刷体210连接，用于带动所述刷体210旋转。
夹持部110自身可以不进行转动，而刷体210自转，从而对晶体的待清洗面进行刷洗；或者，刷体210自身不进行转动，夹持部110带动晶片进行转动，从而进行刷洗；还可以是，夹持部110与刷体210均可以旋转，只要二者的转动方向和转速不是完全相同即可。
在本实施例中，第一驱动机构130包括电机，电机的转轴与转向机构120连接，带动转向机构120和夹持部110一起旋转。第二驱动机构220也包括电机，该电机的转轴与刷体210连接，带动刷体210旋转。
其中，当夹持部110用于吸附夹持晶片的一面朝向所述刷体210时，夹持部110用于夹持晶片的一面向刷体210的投影中有一部分落在刷体210的刷面外侧，可选择的，例如，晶片的直径是2a厘米，而夹持部110用于吸附夹持晶片的一面的直径为a厘米，刷体210的直径也为a厘米，且刷体210与夹持部110在竖直方向上错位，a为大于零的自然数。刷体210的上边沿可以与夹持部110的中心位置对齐。此时，第一驱动机构130带动夹持部110沿第一方向旋转，第二驱动机构220带动刷体210沿与第一方向相反的方向旋转，从而刷体210可以覆盖整个晶片表面。
所述晶片清洗装置100包括移动机构(图上未画出)，所述移动机构与所述刷体210或者所述夹持机构连接，所述移动机构用于使所述刷体210与所述夹持机构彼此靠近或者远离。
移动机构可以为直线驱动模组，例如丝杠或者伸缩缸等，移动机构可以与刷体210连接，也可以与夹持机构连接。本实施例中，移动机构与刷体210连接，用于带动刷体210朝夹持机构所在一侧移动，从而使刷体210的刷面抵接在晶片的待清洗面。
所述晶片清洗装置100包括清洗槽510，所述清洗槽510用于盛放清洗液，所述夹持机构和刷体210设置在所述清洗槽510内。晶片的清洗和刷洗可以均在清洗槽510内进行。
所述晶片清洗装置100包括清洗液循环机构，所述清洗液循环机构包括分别与清洗槽510连接的进液口和出液口，以及连通进液口和出液口的循环通道，所述循环通道内设置有用于过滤清洗液的滤芯520。
晶片上金属颗粒或者杂质会与清洗槽510中的清洗液发生反应，或者被刷体210刷落，通过设置清洗液的循环机构，可以将清洗液中的杂质过滤，延长清洗液的使用寿命。进液口设置在清洗槽510的底部，出液口位于清洗槽510的上部，循环机构上设置有电泵，用于将带动清洗液循环运动。
所述晶片清洗装置100包括臭氧发生装置530，所述臭氧发生装置530的出气口位于所述清洗槽510内，用于向清洗液内输送臭氧。
臭氧发生装置530可以产生臭氧，并将臭氧通入到清洗槽510内的清洗液内，臭氧在化学性质上主要呈现强氧化性。在水溶液中，臭氧与抗生素分子的反应机理主要有臭氧直接氧化和自由基间接氧化反应两种。通过臭氧的氧化还原一些晶片待清洗面上附着的杂质。
所述清洗槽510内设置有超声发生器540，所述超声发生器540用于向晶片发生超声波。超声发生器540可以产生声波，声波传递至晶片，带动晶片振动，从而加快其上附着的杂质脱落。
实施例2
如图2-图5所示，与实施例1不同之处在于，在本实施例中，所述夹持部110的侧壁上设置有梳理件600，所述梳理件600的一侧密布有多个平行且成排排列的梳齿610，当所述夹持部110用于夹持晶片的一面竖直向上时，多个梳齿610所在平面与所述刷体210的正面平行，且所述梳齿610的延伸方向与所述刷体210的转动方向相切。
刷体210经过刷洗清理后，在刷体210的刷毛之间可能会残留有一定的颗粒杂质，颗粒杂质粘黏在刷毛上，当颗粒杂质增多后，可能会在刷体210转动时，划伤晶片的待清洗面。因此，本申请中，在夹持部110的侧壁上设置梳理件600，当晶片清洗结束后，夹持部110用于夹持晶片的一面转向竖直向上，梳理件600转动朝向刷体210，刷体210向梳理件600运动，以使刷毛插入到梳理件600的梳齿610之间的槽内，刷体210转动，梳理件600可以将附着在刷毛上的颗粒杂质剔除，从而增加刷体210的使用寿命。
所述梳理件600的上端与所述夹持部110铰接，以使所述梳理件600在所述夹持部110摆动时，所述梳理件600处于垂直状态。
为了避免梳理件600每次只梳理刷体210上的相同位置，本实施例中，可以将梳理件600的一端与夹持部110采用自由铰接的方式连接。不论夹持部110被转向机构120带动转动至何种状态，梳理件600因为重力的作用，始终是沿竖直方向的。初始时，转向机构120带动夹持部110用于夹持夹片的一面朝向竖直上方，刷体210与梳理件600接触并发生转动，转向机构120可以带动夹持部110向下方转动5°在夹持部110转动的过程中，梳理件600相对于刷体210在竖直方向上的位置改变，在转向的过程中梳理件600始终处于竖直状态，可以对刷体210进行梳理，以剥离颗粒杂质。
本发明实施例提供的晶片清洗设备，所述晶片清洗设备包括干燥装置700和上述的晶片清洗装置100。因为本发明实施例提供的晶片清洗设备引用了上述的晶片清洗装置100，所以，本发明实施例提供的晶片清洗设备也具备晶片清洗装置100的优点。
如图6所示，所述晶片清洗设备包括多个晶片清洗装置100；所述晶片清洗装置100包括清洗槽510，所述清洗槽510用于盛放清洗液，所述夹持机构和刷体210设置在所述清洗槽510内；多个所述晶片清洗装置100用于盛放不同的清洗液。
本实施例中，可以包括三个晶片清洗装置100和一个干燥装置700，三个清洗装置的清洗槽510内可以依次装有碱性清洗液、酸性清洗液和纯水，碱性清洗液和酸性清洗液可以溶解晶片表面上的一些特定杂质，然后再经过纯水的处理，可以进一步的达到清洗的目的，还可以清洗掉前两个步骤中的碱性清洗液和酸性清洗液。
所述干燥装置700包括干燥罐，所述干燥罐的底部设置有清洗池710；所述清洗池710的上方设置有喷射机构730，所述喷射机构730用于喷射异丙醇和氮气；所述干燥罐内设置有提升机构720，所述提升机构720用于夹持晶片并能够带动所述晶片沿所述干燥罐的深度方向运动。
如图7所示，干燥装置700包括第二机械臂800，第二机械臂800包括臂部810、第一托爪820和第二托爪830，第一托爪820和第二托爪830连接在臂部810上，且第一托爪820和第二托爪830间隔设置，二者之间的距离大于夹持部110的宽度值，小于晶片的直径值，第二机械臂800可以带动第一托爪820和第二托爪830插入到夹持部110的两侧，然后向上运动将位于夹持部110上方的晶片托起。在第一托爪820和第二托爪830用于支撑晶片的面上设置有负压气孔，第二机械臂800可以通过负压气孔将晶片吸附。
第一托爪820和第二托爪830均可以相对于臂部810转动，当第一托爪820和第二托爪830从晶片清洗装置100上的夹持部110上将晶片取下并吸附后，第一托爪820和第二托爪830带动晶片转动，以使晶片呈竖直状态，以方便后续进行干燥。
晶片经过清洗液的清洗后，其上会残留有清洗液和水的残留物，由于这些水或者清洗液的残留物中会溶有杂质，只依靠离心甩干或者风干的作用的话，溶在液体里的杂质会留在晶片表面，导致清洗效果下降。本实施例中，可以先将晶片浸泡在清洗池710内的超纯水中，然后再慢慢提升晶片，清洗池710的上方的喷射机构730向外喷射异丙醇和氮气，根据maragoni原理，依靠异丙醇的表面张力将晶片表面的水膜剥离，从而将杂志也带走，使干燥后的表面更加洁净。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种晶片清洗装置，其特征在于，所述晶片清洗装置包括：间隔设置的夹持机构和刷体(210)，所述夹持机构用于夹持晶片(300)；
所述刷体(210)用于抵接在所述晶片的待清洗面，所述刷体(210)能够相对于所述夹持机构在所述晶片(300)的待清洗面上运动，以使所述刷体(210)刷洗所述晶片(300)的待清洗面；
所述夹持机构和所述刷体(210)沿水平方向间隔设置，以使被所述夹持机构夹持的晶片(300)的待清洗面与水平方向垂直；
所述夹持机构包括夹持部(110)和转向机构(120)，所述夹持部(110)用于夹持晶片(300)；
所述夹持部(110)为真空吸盘，通过负压的方式夹持晶片；
所述转向机构(120)与所述夹持部(110)连接，用于带动所述夹持部(110)转向，以使所述夹持部(110)用于夹持晶片(300)的一面朝向竖直向上，或者朝向所述刷体(210)；
所述晶片清洗装置包括第一机械臂(400)，所述第一机械臂(400)位于所述夹持机构的上方，用于将晶片(300)转移到所述夹持机构上，或者从所述夹持机构上移除。
2.根据权利要求1所述的晶片清洗装置，其特征在于，所述第一机械臂(400)包括夹座，所述夹座上铰接有多个夹爪，多个夹爪沿周向排列，多个所述夹爪能够向外展开或者向内合拢；
所述夹爪包括连接部和托起部，且所述连接部的一端与所述夹座铰接，另一端与所述托起部连接，且所述连接部与所述托起部垂直，所述托起部用于在所述夹爪合拢时，支撑在所述晶片(300)的底面。
3.根据权利要求1所述的晶片清洗装置，其特征在于，所述夹持机构包括第一驱动机构(130)，所述第一驱动机构(130)与所述夹持部(110)连接，用于带动所述夹持部(110)旋转；和/或
所述晶片清洗装置(100)包括第二驱动机构(220)，所述第二驱动机构(220)与所述刷体(210)连接，用于带动所述刷体(210)旋转；
所述晶片清洗装置(100)包括移动机构，所述移动机构与所述刷体(210)或者所述夹持机构连接，所述移动机构用于使所述刷体(210)与所述夹持机构彼此靠近或者远离。
4.根据权利要求1所述的晶片清洗装置，其特征在于，所述晶片清洗装置(100)包括清洗槽(510)，所述清洗槽(510)用于盛放清洗液，所述夹持机构和刷体(210)设置在所述清洗槽(510)内。
5.根据权利要求4所述的晶片清洗装置，其特征在于，所述晶片清洗装置(100)包括清洗液循环机构，所述清洗液循环机构包括分别与清洗槽(510)连接的进液口和出液口，以及连通进液口和出液口的循环通道，所述循环通道内设置有用于过滤清洗液的滤芯(520)。
6.根据权利要求4所述的晶片清洗装置，其特征在于，所述晶片清洗装置(100)包括臭氧发生装置(530)，所述臭氧发生装置(530)的出气口位于所述清洗槽(510)内，用于向清洗液内输送臭氧；
所述清洗槽(510)内设置有超声发生器(540)。
7.一种晶片清洗设备，其特征在于，所述晶片清洗设备包括干燥装置(700)和权利要求1-6任意一项所述的晶片清洗装置；
所述晶片清洗设备包括多个晶片清洗装置(100)；
所述晶片清洗装置(100)包括清洗槽(510)，所述清洗槽(510)用于盛放清洗液，所述夹持机构和刷体(210)设置在所述清洗槽(510)内；
多个所述晶片清洗装置(100)用于盛放不同的清洗液。
8.根据权利要求7所述的晶片清洗设备，其特征在于，所述干燥装置(700)包括干燥罐，所述干燥罐的底部设置有清洗池(710)；
所述清洗池(710)的上方设置有喷射机构(730)，所述喷射机构(730)用于喷射异丙醇和氮气；
所述干燥罐内设置有提升机构(720)，所述提升机构(720)用于夹持晶片(300)并能够带动所述晶片(300)沿所述干燥罐的深度方向运动。
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