CN111644414A - 一种半导体机械卡盘的清洗干燥装置和方法 - Google Patents

一种半导体机械卡盘的清洗干燥装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种半导体机械卡盘的清洗干燥装置和方法，属于半导体制造技术领域，解决了现有技术中机械卡盘干燥时间长、细微部分无法干燥完全等问题。本发明清洗干燥装置，包括N2喷嘴和多角度控制装置，N2喷嘴通过多角度控制装置实现角度的调整，用于去除机械卡盘的卡盘轴和圆晶插槽部位的异物。本发明提高了细微部位的清洁和干燥效果，减少圆晶工艺不良，延长机械卡盘寿命。

Description

一种半导体机械卡盘的清洗干燥装置和方法
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，特别涉及一种半导体机械卡盘的清洗干燥装置和方法。
背景技术
圆晶传输机器人用于在不同工位之间按工序快速、高效、平稳的搬运和传送圆晶。圆晶传输机器人包括用于夹持晶圆的机械卡盘，机械卡盘在抓取干燥圆晶之前或者抓取清洗药液槽工艺完成的晶圆后要立即进行清洗，避免卡盘上粘粘的异物造成晶圆污染。
现有的清洗装置清洗和干燥时间过长，影响圆晶传输机器人的工作效率，还存在卡盘细微部分无法完全干燥导致的在夹持过程中，在晶圆的边缘上产生水痕缺陷，影响晶圆产品良率。
发明内容
鉴于以上分析，本发明旨在提供了一种半导体机械卡盘的清洗干燥装置和方法，解决了现有技术中机械卡盘干燥时间长、细微部分无法干燥完全等问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明公开了一种半导体机械卡盘的清洗干燥装置，包括N2喷嘴和多角度控制装置，N2喷嘴通过多角度控制装置实现角度的调整，用于去除机械卡盘的卡盘轴和圆晶插槽部位的异物。
在一种可能的设计中，还包括N2加热控制装置，用于对通入N2喷嘴的N2进行加热。
在一种可能的设计中，N2喷嘴为N2刀型喷嘴，用于提高喷出N2的压力和流速。
在一种可能的设计中，还包括上下驱动控制装置，用于控制N2喷嘴的上下移动。
在一种可能的设计中，N2喷嘴固定在喷嘴臂上，以电机控制喷嘴臂的角度，电机由多角度控制装置控制。
在一种可能的设计中，每两个N2喷嘴为一组，设置在一个喷嘴臂上，两个N2喷嘴平行设置。
在一种可能的设计中，N2喷嘴设置有10组，在卡盘轴左右两侧各设置5组。
本发明还公开了一种半导体机械卡盘的清洗干燥方法，包括以下步骤：
步骤S1.将机械卡盘的晶圆插槽部位插入清洗槽进行清洗，同时淋浴喷头对靠近晶圆插槽部位的卡盘轴进行清洗；
步骤S2.向上抽出机械卡盘，淋浴喷头对晶圆插槽部位进行第二次清洗；
步骤S3.多角度控制装置控制喷嘴臂上设置的N2喷嘴的喷射角度，喷射压缩N2对机械卡盘进行干燥。
在一种可能的设计中，步骤S3中，N2喷嘴喷射压缩N2过程中在与水平面呈-60°～60°摆动范围内来回运动。
在一种可能的设计中，N2喷嘴喷射的N2温度为40～50℃。
与现有技术相比，本发明至少能实现以下技术效果之一：
1)本发明中N2喷嘴可通过多角度控制装置实现各种角度的调整，有利于去除机械卡盘的卡盘轴和圆晶插槽部位的异物。
2)本发明还设置有上下驱动控制装置，使得N2喷嘴既可以上下移动又可以进行摆动，确保N2喷嘴喷出的N2能够对圆晶插槽部位进行全方位的清洁和干燥。
3)本发明中N2喷嘴为N2刀型喷嘴，可提高喷出N2的压力和流速，从而提升机械卡盘清洗后的干燥能力，且提升颗粒去除能力，有利于减少干燥时间，提升效率。且配合N2喷嘴的多角度调整，可提高细微部位的清洁和干燥效果，减少圆晶工艺不良，延长机械卡盘寿命。采用本发明装置时，干燥时间比现有技术缩短80％，机械卡盘使用寿命为在100000小时以上，工艺不良率小于1/10000。
4)喷射的N2温度为40～50℃，此温度范围既能够满足使用需求，减少清洗干燥时间，又不会因为温度太高对机械卡盘造成损坏，或使得机械卡盘温度过高，在夹取后续圆晶前需要较长时间的冷却。
5)喷嘴以极大流速的N2直线并均匀地吹至薄膜，提升颗粒去除能力。上下分布的不同组的N2喷嘴同方向摆动，有利于干燥，防止水膜串扰。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的附图标记表示相同的部件。
图1为机械卡盘清洗示意图；
图2为机械卡盘干燥示意图；
图3为N2喷嘴分布示意图；
图4为吹风式N2喷嘴对机械卡盘进干燥示意图。
附图标记
1-机械卡盘；101-卡盘轴；102-圆晶插槽部位；2-N2喷嘴；3-第一清洗槽；4-第二清洗槽；5-淋浴喷头；6-电机。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
实施例1
本发明公开了一种半导体机械卡盘的清洗干燥装置，包括N2喷嘴2、多角度控制装置和N2加热控制装置；N2喷嘴2通过多角度控制装置实现各种角度的调整，用于去除机械卡盘1的卡盘轴101和圆晶插槽部位102的异物。N2加热控制装置用于对通入N2喷嘴2的N2进行加热，并将N2控制在适当的温度，加快机械卡盘1的干燥。
为了提升机械卡盘1清洗后的干燥能力，本发明中N2喷嘴2为N2刀型喷嘴，用于提高喷出N2的压力和流速，使N2能以极大流速直线并均匀的吹至圆晶表面的薄膜上，提升颗粒去除能力。N2喷嘴2设置有多个，多个N2喷嘴尺寸一致，共用N2主管道，使得N2喷嘴喷出的气流流速相同、温度相同，分布在卡盘轴101同一侧的N2喷嘴喷射角度相同，可防止水膜串扰，有利于N2直线并均匀的吹至圆晶表面的薄膜上，有利于干燥。
具体的，N2喷嘴喷出的N2的流速为10sccm～5000sccm。N2喷嘴头部设置有1个或多个喷气孔，喷气孔的大小与间距根据圆晶的尺寸进行设计，示例性的，相邻喷气孔的间距为0.05mm～50mm，喷气孔孔径为0.025～1mm。优选的，喷气孔孔径为0.05mm。
清洗干燥装置还包括上下驱动控制装置，用于控制N2喷嘴2进行上下移动，使得N2喷嘴2既可以上下移动又可以进行摆动，确保N2喷嘴2喷出的N2能够对圆晶插槽部位102进行全方位的清洁和干燥。N2喷嘴2上下移动的范围根据圆晶的尺寸进行设计，示例性的，N2喷嘴2在上下30cm范围内移动。N2喷嘴2每个上下移动周期的时间为1s～10min，上下移动过程中N2喷嘴2可匀速移动，也可为非匀速移动，根据需要在不同部位进行停留。N2喷嘴2的驱动方式为采用多角度控制装置、上下驱动控制装置的自动控制方式。
N2喷嘴2固定在喷嘴臂上，以电机6控制喷嘴臂的角度变化，从而带动N2喷嘴摆动。电机6由多角度控制装置控制，为了驱动电机6，位置及速度、停留时间值符合工艺条件。N2喷嘴2的角度调整可以尽可能扫到圆晶插槽部位的所有位置。晶圆有不同的尺寸，比如4～12英寸，N2喷嘴2摆动的角度幅度有差异，晶圆越大，圆晶插槽部位尺寸越大，摆动所需幅度越大。速度和停留时间(pulse)与晶圆表面不同材料与水的亲和力不同来定，亲和力强的需要更高的速度和更长的停留时间。优选的，N2喷嘴在与水平面呈-60°～60°的范围内摆动，N2喷嘴的摆动周期0.1s～120s。摆动过程中，N2喷嘴2可匀速摆动，也可为非匀速摆动，根据需要在不同部位进行停留。
每两个N2喷嘴2为一组，设置在一个喷嘴臂上，两个N2喷嘴2平行设置。一组中的两个N2喷嘴2的距离根据圆晶插槽部位的大小进行调整，示例性的，距离为40～400mm。机械卡盘一侧的卡盘轴101对应设置有4组N2喷嘴2，卡盘轴101的左右两侧各设置2组。
半导体机械卡盘的清洗干燥装置还包括清洗槽和淋浴喷头5，清洗槽用于清洗机械卡盘1的圆晶插槽部位102，淋浴喷头5用于清洗靠近圆晶插槽部位102的卡盘轴101，并在机械卡盘1取出时二次清洗圆晶插槽部位102。
优选的，清洗槽包括第一清洗槽3和若干第二清洗槽4，若干第二清洗槽4均设置于第一清洗槽3中，形成溢流槽结构。第二清洗槽4底部设置有进水口，用于通入去离子水；第一清洗槽3底部设置有排水口。工作时去离子水从第二清洗槽4底部持续注入，注满时从上部开口外溢至第一清洗槽3，从第一清洗槽3排出。淋浴喷头5喷出的液体也从第一清洗槽3底部排出。
实施例2
本发明还公开了一种半导体机械卡盘1的清洗干燥方法，采用上述装置，包括以下步骤：
步骤S1.将机械卡盘1的晶圆插槽部位插入清洗槽进行清洗，如图1所示，同时淋浴喷头5对靠近晶圆插槽部位的卡盘轴101进行清洗；具体的，晶圆插槽部位插入第二清洗槽4；
步骤S2.向上抽出机械卡盘1，淋浴喷头5对晶圆插槽部位进行第二次清洗；
步骤S3.N2喷嘴2喷射压缩N2对机械卡盘1进行干燥，如图3所示。
步骤S3中，N2喷嘴2喷射压缩N2过程中在与水平面呈-60°～60°范围内摆动。喷射的N2温度为40～50℃，此温度范围既能够满足使用需求，减少清洗干燥时间，又不会因为温度太高对机械卡盘1造成损坏，或使得机械卡盘1温度过高，在夹取后续圆晶前需要较长时间的冷却。
当机械卡盘一侧的卡盘轴101对应设置有四组N2喷嘴时，卡盘轴101左右两侧各分布有两组N2喷嘴，分布在卡盘轴101同一侧的上下两组N2喷嘴同方向摆动，有利于干燥，防止水膜串扰。
当机械卡盘一侧的卡盘轴101对应设置有六组N2喷嘴2时，卡盘轴101左右各分布有三组。
当机械卡盘一侧的卡盘轴101对应设置有八组N2喷嘴2时，卡盘轴101左右各分布有四组。
当机械卡盘一侧的卡盘轴101对应设置有十组N2喷嘴2时，卡盘轴101左右各分布有五组。
相比于如图4所示采用吹风式N2喷嘴对机械卡盘进行干燥，N2喷嘴吹出的N2未加热，且吹风式N2喷嘴不能进行角度的调整，其余条件与实施例1相同，采用本发明装置，干燥时间缩短80％，机械卡盘使用寿命为在100000小时以上，工艺不良率小于1/10000。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
1)本发明中N2喷嘴可通过多角度控制装置实现各种角度的调整，有利于去除机械卡盘的卡盘轴和圆晶插槽部位的异物。
2)本发明还设置有上下驱动控制装置，使得N2喷嘴既可以上下移动又可以进行摆动，确保N2喷嘴喷出的N2能够对圆晶插槽部位进行全方位的清洁和干燥。
3)本发明中N2喷嘴为N2刀型喷嘴，可提高喷出N2的压力和流速，从而提升机械卡盘清洗后的干燥能力，且提升颗粒去除能力，有利于减少干燥时间，提升效率。且配合N2喷嘴的多角度调整，可提高细微部位的清洁和干燥效果，减少圆晶工艺不良，延长机械卡盘寿命。
4)喷射的N2温度为40～50℃，此温度范围既能够满足使用需求，减少清洗干燥时间，又不会因为温度太高对机械卡盘造成损坏，或使得机械卡盘温度过高，在夹取后续圆晶前需要较长时间的冷却。
在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半导体机械卡盘的清洗干燥装置，其特征在于，包括N2喷嘴和多角度控制装置，所述N2喷嘴通过多角度控制装置实现角度的调整，用于去除机械卡盘的卡盘轴和圆晶插槽部位的异物。
2.根据权利要求1所述的半导体机械卡盘的清洗干燥装置，其特征在于，还包括N2加热控制装置，用于对通入N2喷嘴的N2进行加热。
3.根据权利要求2所述的半导体机械卡盘的清洗干燥装置，其特征在于，所述N2喷嘴为N2刀型喷嘴，用于提高喷出N2的压力和流速。
4.根据权利要求3所述的半导体机械卡盘的清洗干燥装置，其特征在于，还包括上下驱动控制装置，用于控制N2喷嘴的上下移动。
5.根据权利要求3所述的半导体机械卡盘的清洗干燥装置，其特征在于，所述N2喷嘴固定在喷嘴臂上，以电机控制喷嘴臂的角度，所述电机由多角度控制装置控制。
6.根据权利要求1-5所述的半导体机械卡盘的清洗干燥装置，其特征在于，每两个N2喷嘴为一组，设置在一个喷嘴臂上，一组中的两个N2喷嘴平行设置。
7.根据权利要求6所述的半导体机械卡盘的清洗干燥装置，其特征在于，所述N2喷嘴设置有10组，在卡盘轴左右两侧各设置5组。
8.一种半导体机械卡盘的清洗干燥方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1.将机械卡盘的晶圆插槽部位插入清洗槽进行清洗，同时淋浴喷头对靠近晶圆插槽部位的卡盘轴进行清洗；
步骤S2.向上抽出机械卡盘，淋浴喷头对晶圆插槽部位进行第二次清洗；
步骤S3.多角度控制装置控制喷嘴臂上设置的N2喷嘴的喷射角度，喷射压缩N2对机械卡盘进行干燥。
9.根据权利要求8所述的半导体机械卡盘的清洗干燥方法，其特征在于，所述步骤S3中，N2喷嘴喷射压缩N2过程中在与水平面呈-60°～60°摆动范围内来回运动。
10.根据权利要求8所述的半导体机械卡盘的清洗干燥方法，其特征在于，N2喷嘴喷射的N2温度为40～50℃。
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