CN113594063B - 一种晶圆清洁装置以及清洁方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种晶圆清洁装置以及清洁方法，首先通过支撑架的设置使清洗时晶圆是竖直状态，且通过抽吸气泵和吸盘结合固定晶圆，避免受力不均导致晶圆损坏，同时设置升降轨道，使得晶圆在清洗时可以具有较大的清洗间隙，提高清洗效果，同时通过清洗液泵连接吸盘的方式进行清洗，吸盘的出口通过切换转换为清洗喷头，同时抽吸气泵可以在清洗后进行干燥支持，然后通过升降轨道形成的定位间隙，使得另一侧的吸盘固定，本侧吸盘就可以放松，复位到原来清洗间隙后就可以继续工作，完成清洗。
Description
技术领域
本发明涉及晶圆清洁技术领域，更具体地说，涉及一种晶圆清洁装置以及清洁方法。
背景技术
晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片，其原始材料是硅。高纯度的多晶硅溶解后掺入硅晶体晶种，然后慢慢拉出，形成圆柱形的单晶硅。硅晶棒在经过研磨，抛光，切片后，形成硅晶圆片，也就是晶圆。目前国内晶圆生产线以8英寸和12英寸为主。晶圆清洗，将晶圆在不断被加工成形及抛光处理的过程中，由于与各种有机物、粒子及金属接触而产生的污染物清除的工艺。是晶圆制造过程中的一个重要工艺步骤。而晶圆清洗目前存在一个问题，一般的清洗都将晶圆水平放置，且通过洗液进行清洗，但是对水平放置的晶圆翻面机构工序复杂，且对执行精度要求较高，因为施力较重会导致晶圆破损，所以整个清洗时间无疑大大增加。
发明内容
有鉴于此，本发明第一目的是提供一种晶圆清洁装置，本发明的第二目的是清洁方法，以解决上述问题。
为了解决上述技术问题，实现本发明的第一目的，本发明的技术方案是：一种晶圆清洁装置，包括底座以及清洁机构，所述清洁机构设置为两个，两个所述清洁机构对称设置于所述底座上；
所述清洁机构包括支撑架、清洁吸盘、连通切换组件以及升降组件；
所述清洁吸盘通过连通切换组件设置在所述支撑架上，所述清洁吸盘数量设置为多个；
所述连通切换组件设置在支撑架上，所述连通切换组件包括连通主管以及切换阀组，所述清洁吸盘上设置有与所述连通主管连通的连通口，所述切换阀组设置在所述连通主管上，所述连通主管上形成有气路接口以及液路接口，所述切换阀组用于控制连通主管在第一连通状态和第二连通状态切换，所述第一连通状态时，所述连通主管和气路接口导通同时所述连通主管和液路接口截止，所述第二连通状态时，所述连通主管和液路接口导通同时所述连通主管和气路接口截止；所述气路接口连接有抽吸气泵，所述抽吸气泵工作时通过连通口吸入气体，所述液路接口连接有清洗液泵，所述清洗液泵工作时通过连通口喷出洗液；
所述升降组件设置在所述支撑架上，所述升降组件包括升降轨道以及升降执行件，所述连通切换组件设置于所述升降轨道上，所述升降执行件用于带动所述连通切换组件在所述升降轨道上移动，所述升降轨道的两端形成第一位置和第二位置；
当两个连通切换组件分别位于对应的升降轨道的第一位置时，连通切换组件之间形成具有第一距离值的清洁间隙；当两个连通切换组件分别位于对应的升降轨道的第二位置时，连通切换组件之间形成具有第二距离值的定位间隙，所述第一距离值大于第二距离值。
进一步的，还包括翻转机构，所述翻转机构连接于所述支撑架和底座之间，所述翻转机构用于带动支撑架转动以使所述支撑架在水平状态和竖直状态之间切换。
进一步的，位于不同清洁机构的清洁吸盘相错设置。
进一步的，所述连通口处设置有文丘里管。
进一步的，所述底座上形成有容置槽。
进一步的，所述升降轨道包括设置在支撑架上的若干轨道翼板，所述轨道翼板上设置有让位滑轨，所述连通主管依次穿设于所述让位滑轨上，所述让位滑轨的延伸方向向底座方向倾斜设置。
为了实现本发明的第二目的，提供一种晶圆清洁方法，提供上述的一种晶圆清洁装置，具体包括以下步骤：
第一固定步骤，将晶圆放置在第一侧的支撑架上，控制第一侧的切换阀组工作于第一连通状态，同时控制第一侧的抽吸气泵工作以使清洗吸盘和晶圆之间产生保持力；
第一清洗步骤，控制第一侧和第二侧的升降机构同时工作以使连通切换组件形成所述清洁间隙，控制第二侧的切换阀组工作于第二连通状态，同时控制第二侧的清洗液泵工作以清洗晶圆面向第二侧的表面，经过预设的第一清洗时间后停止清洗液泵的工作；
第一吸干步骤，控制第二侧的切换阀组工作于第一连通状态，同时控制第二侧的抽吸气泵工作以干燥晶圆看向第二侧的表面，经过预设的第一干燥时间后停止抽吸气泵的工作；
第二固定步骤，控制第一侧和第二侧的升降机构同时工作以使连通切换组件形成所述定位间隙，控制第二侧的抽吸气泵工作以使第二侧的清洗吸盘和晶圆之间产生保持力，同时通过停止第一侧的抽吸气泵的工作以使第一侧的清洗吸盘和晶圆之间放松；
第二清洗步骤，控制第一侧和第二侧的升降机构同时工作以使连通切换组件形成所述清洁间隙，控制第一侧的切换阀组工作于第二连通状态，同时控制第一侧的清洗液泵工作以清洗晶圆面向第一侧的表面，经过预设的第二清洗时间后停止清洗液泵的工作；
第二吸干步骤，控制第一侧的切换阀组工作于第一连通状态，同时控制第一侧的抽吸气泵工作以干燥晶圆看向第一侧的表面，经过预设的第二干燥时间后停止抽吸气泵的工作。
进一步的，还提供翻转机构，所述翻转机构连接于所述支撑架和底座之间，所述翻转机构用于带动支撑架转动以使所述支撑架在水平状态和竖直状态之间切换；
所述第一固定步骤还包括控制第一侧的翻转机构工作将所述支撑架转动至水平状态等待晶圆固定完成后控制第一侧的翻转机构工作将所述支撑架转动至竖直状态；
所述第二吸干步骤还包括在第二干燥时间后，控制第二侧的翻转机构工作将支撑架转动至水平状态。
进一步的，所述第一清洗步骤中和第二清洗步骤中清洗洗液为弱碱性的去离子水，所述弱碱性的去离子水的PH值为7-9。
进一步的，所述第一清洗步骤中和第二清洗步骤中清洗洗液为弱碱性的去离子水弱酸性的去离子水，所述弱酸性的去离子水的PH值为5-7。
本发明技术效果主要体现在以下方面：通过这样设置，首先通过支撑架的设置使清洗时晶圆是竖直状态，且通过抽吸气泵和吸盘结合固定晶圆，避免受力不均导致晶圆损坏，同时设置升降轨道，使得晶圆在清洗时可以具有较大的清洁间隙，提高清洗效果，同时通过清洗液泵连接吸盘的方式进行清洗，吸盘的出口通过切换转换为清洗喷头，同时抽吸气泵可以在清洗后进行干燥支持，然后通过升降轨道形成的定位间隙，使得另一侧的吸盘固定，本侧吸盘就可以放松，复位到原来清洁间隙后就可以继续工作，完成清洗。
附图说明
图1：本发明的晶圆清洁装置的轴测结构图一；
图2：本发明的晶圆清洁装置的轴测结构图二；
图3：本发明的晶圆清洁装置的轴测结构图三；
图4：本发明的晶圆清洁装置切换管路拓扑图；
图5：本发明中图3的A部放大图。
附图标记：100、底座；110、容置槽；200、支撑架；300、清洁吸盘；310、文丘里管；400、连通切换组件；410、连通主管；411、气路接口；412、液路接口；421、气路阀；422、液路阀；431、抽吸气泵；432、清洁液泵；433、洗液腔；500、升降组件；511、轨道翼板；512、让位滑轨；520、升降驱动件；600、翻转机构。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。
一种晶圆清洁装置，包括底座100以及清洁机构，所述清洁机构设置为两个，两个所述清洁机构对称设置于所述底座100上，底座100由耐腐蚀的柔性材料构成，可以避免因硬接触损坏晶圆，所述底座100上形成有容置槽110，容置槽110对应晶圆厚度设置，以提供晶圆水平方向上的支撑力，而容置槽110槽口处形成导向斜面，进一步保证晶圆稳定放置；本发明的清洁机构设置在底座100的两侧，虽然清洁机构结构完全相同，但是由于在工作状态下两个清洁机构工作的部件、工作的工位相互配合和响应，所以以下以第一侧和第二侧区分两个清洁机构的工作部件。
首先，如图1-3所示，所述清洁机构包括支撑架200、清洁吸盘300、连通切换组件400以及升降组件500；
所述清洁吸盘300通过连通切换组件400设置在所述支撑架200上，所述清洁吸盘300数量设置为多个；具体的，清洁吸盘300的数量可以设置为7个，而清洁吸盘300是固定在连通主管410上的，所以只要接入气路或接入液路就能起到对应的效果。
所述连通切换组件400设置在支撑架200上，所述连通切换组件400包括连通主管410以及切换阀组，所述清洁吸盘300上设置有与所述连通主管410连通的连通口，所述切换阀组设置在所述连通主管410上，所述连通主管410上形成有气路接口411以及液路接口412，所述切换阀组用于控制连通主管410在第一连通状态和第二连通状态切换，所述第一连通状态时，所述连通主管410和气路接口411导通同时所述连通主管410和液路接口412截止，所述第二连通状态时，所述连通主管410和液路接口412导通同时所述连通主管410和气路接口411截止；所述气路接口411连接有抽吸气泵431，所述抽吸气泵431工作时通过连通口吸入气体，所述液路接口412连接有清洗液泵，所述清洗液泵工作时通过连通口喷出洗液；首先参照图4所示，对吸盘的工作原理进行介绍，连通切换组件400实现三个功能1、吸盘吸力固定；2、对晶圆进行干燥；3、对晶圆进行清洗，所述连通口处设置有文丘里管310。第一种情况：当需要对晶圆进行固定时，晶圆在重力或者挤压力的作用下和吸盘贴合，而通过抽吸气泵431工作缓慢抽取吸盘内空间的气体，产生较大的负压，此时吸盘就可以和晶圆产生吸力，而文丘里管310的设置，使瞬时吸力不会太大，保证每个吸盘的吸力相对均匀，避免晶圆瞬间受力过大而损坏。第二种情况：对晶圆进行干燥，而通过连通口吸入气体，同样的，吸盘结构可以保证吸入气体的范围，而文丘里管310的设置可以避免吸入的气体产生滴出现挂壁现象，保证连通主管410内的干燥，同时提高对空气的吸附作用；第三中情况，对晶圆进行清洗，如果需要对晶圆进行清洗，此时可以通过连通口喷出液体，液体通过文丘里管310出现雾化现象，提高清洁效果。同时参照图5所示，对以上三种情况的切换逻辑进行说明，首先是连通主管410上设置有气路阀421和液路阀422，当一个阀处于开启状态时另一个阀处于关闭状态，通过电控执行器就可以实现，再此不做限定，而图中由于抽吸气泵431和清洗液泵只要外接入对应的接口，就可以实现气体和液体的吸入和喷出，而当需要对吸盘进行固定或者对晶圆进行干燥时，只用打开气路阀421以及对应的抽吸气泵431，就可以完成工作，而为了便于理解图1-3没有绘制抽吸气泵431和清洗液泵，抽吸气泵431只要选用具有抽气功能的气泵即可，清洗液泵进液口连接洗液腔433，洗液存放于洗液腔433中，当需要进行清洗时，控制液路阀422和清洗液泵工作即可，而需要说明的是由于清洗机构会进行位移，所以有以下两种实施方式，一种是将抽吸气泵431和清洗液泵设置在支撑架200上，这样就不会影响动作，但是这样存在一个问题，由于抽吸气泵431和清洗液泵在工作时会产生震动，所以需要选用震动量较小的装置，另一种方式是外接对应的泵体，通过软管管路连接，管路在支撑架200或连通主管410移动时，可以跟随移动，这样就可以减少干扰。
所述升降组件500设置在所述支撑架200上，所述升降组件500包括升降轨道以及升降执行件，所述连通切换组件400设置于所述升降轨道上，所述升降执行件用于带动所述连通切换组件400在所述升降轨道上移动，所述升降轨道的两端形成第一位置和第二位置；当两个连通切换组件400分别位于对应的升降轨道的第一位置时，连通切换组件400之间形成具有第一距离值的清洁间隙；当两个连通切换组件400分别位于对应的升降轨道的第二位置时，连通切换组件400之间形成具有第二距离值的定位间隙，所述第一距离值大于第二距离值。本发明的另一个关键部分在于升降组件500的设置，升降组件500的主要效果如下：1、不用翻面机构提供了清洁的可能。因为升降组件500的设置，需要清洁另一面时，只用通过吸盘切换固定，然后另一侧就可以进行清洁。2、提供了清洁的间隙，因为定位间隙如果要产生吸力，则间距较小，而清洁间隙则可以提供较大的距离，这样第一侧的吸盘固定晶圆时，另一侧的吸盘就可以进行清洁、干燥，且具有一定的距离，不会和晶圆直接接触，而同时由于干燥和固定采用了相同的机构和工作原理，所以如果距离不变，那么就无法实现干燥和固定的切换，也就无法通过吸盘实现干燥和固定。3、具体的，参照图5所示，所述升降轨道包括设置在支撑架200上的若干轨道翼板511，所述轨道翼板511上设置有让位滑轨512，所述连通主管410依次穿设于所述让位滑轨512上，所述让位滑轨512的延伸方向向底座100方向倾斜设置，对应的升降驱动件520设置为气缸或者电动执行件，其执行干和让位滑轨512平行设置。通过这样设置，在清洗时、干燥时，可以控制一侧的晶圆保持不动，另一侧吸盘调整竖直方向上的位置，完成清洁，例如第一侧固定晶圆，此时是需要清洁，由于吸盘是固定在晶圆的直径处，所以此时如果通过升降组件500控制第二侧的吸盘向下运动就可以清洁到晶圆的下半部分，而如果第二侧的吸盘位于上方不动，第一侧的吸盘带动晶圆向下运动，则可以清洁晶圆的上半部分，而干燥原理相同，由于只有两侧的吸盘同时向下运动时，吸盘才会与晶圆接触，所以通过升降组件500的分别运动可以提高清洁、干燥的面积，提高清洁干燥效果。在另一个实施例中，位于不同清洁机构的清洁吸盘300相错设置。这样可以使固定切换时不会产生对向吸力，使得晶圆损坏。
参照图3所示，还包括翻转机构600，所述翻转机构600连接于所述支撑架200和底座100之间，所述翻转机构600用于带动支撑架200转动以使所述支撑架200在水平状态和竖直状态之间切换。翻转机构600的具体结构不做局限，只要能够实现支撑架200的转动的结构即可，可以设置为转动电机驱动，而发明提供通过直线推动件驱动斜块带动转动连接在底座100上的支撑架200转动，完成翻转机构600的转动，而支撑架200整体转动负有重要意义，因为一般晶圆生产流水线中，清洁只是其中一个环节，而这样的翻转机构600可以和流水线进行配合，第一侧可以定义为晶圆进料口，和进料机构配合，当晶圆完成上一工序后，通过加持或吸盘放置在第一侧的支撑架200上，支撑架200产生吸力固定后，进行翻转，在底座100上方进行清洁，清洁完成后，第二侧的支撑架200翻转，和下一工序的出料机构配合，取走晶圆，无需人工干预。
具体的使用方法如下：一种晶圆清洁方法，提供上述的一种晶圆清洁装置，具体包括以下步骤：
第一固定步骤，将晶圆放置在第一侧的支撑架200上，控制第一侧的切换阀组工作于第一连通状态，同时控制第一侧的抽吸气泵431工作以使清洗吸盘和晶圆之间产生保持力；
第一清洗步骤，控制第一侧和第二侧的升降机构同时工作以使连通切换组件400形成所述清洁间隙，控制第二侧的切换阀组工作于第二连通状态，同时控制第二侧的清洗液泵工作以清洗晶圆面向第二侧的表面，经过预设的第一清洗时间后停止清洗液泵的工作；
第一吸干步骤，控制第二侧的切换阀组工作于第一连通状态，同时控制第二侧的抽吸气泵431工作以干燥晶圆看向第二侧的表面，经过预设的第一干燥时间后停止抽吸气泵431的工作；
第二固定步骤，控制第一侧和第二侧的升降机构同时工作以使连通切换组件400形成所述定位间隙，控制第二侧的抽吸气泵431工作以使第二侧的清洗吸盘和晶圆之间产生保持力，同时通过停止第一侧的抽吸气泵431的工作以使第一侧的清洗吸盘和晶圆之间放松；
第二清洗步骤，控制第一侧和第二侧的升降机构同时工作以使连通切换组件400形成所述清洁间隙，控制第一侧的切换阀组工作于第二连通状态，同时控制第一侧的清洗液泵工作以清洗晶圆面向第一侧的表面，经过预设的第二清洗时间后停止清洗液泵的工作；
第二吸干步骤，控制第一侧的切换阀组工作于第一连通状态，同时控制第一侧的抽吸气泵431工作以干燥晶圆看向第一侧的表面，经过预设的第二干燥时间后停止抽吸气泵431的工作。
还提供翻转机构600，所述翻转机构600连接于所述支撑架200和底座1 00之间，所述翻转机构600用于带动支撑架200转动以使所述支撑架200在水平状态和竖直状态之间切换；
所述第一固定步骤还包括控制第一侧的翻转机构600工作将所述支撑架200转动至水平状态等待晶圆固定完成后控制第一侧的翻转机构600工作将所述支撑架200转动至竖直状态；
所述第二吸干步骤还包括在第二干燥时间后，控制第二侧的翻转机构600工作将支撑架200转动至水平状态。
所述第一清洗步骤中和第二清洗步骤中清洗洗液为弱碱性的去离子水，所述弱碱性的去离子水的PH值为7-9。
所述第一清洗步骤中和第二清洗步骤中清洗洗液为弱碱性的去离子水弱酸性的去离子水，所述弱酸性的去离子水的PH值为5-7。
当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种晶圆清洁装置，其特征在于：包括底座以及清洁机构，所述清洁机构设置为两个，两个所述清洁机构对称设置于所述底座上；
所述清洁机构包括支撑架、清洁吸盘、连通切换组件以及升降组件；
所述清洁吸盘通过连通切换组件设置在所述支撑架上，所述清洁吸盘数量设置为多个；
所述连通切换组件设置在支撑架上，所述连通切换组件包括连通主管以及切换阀组，所述清洁吸盘上设置有与所述连通主管连通的连通口，所述切换阀组设置在所述连通主管上，所述连通主管上形成有气路接口以及液路接口，所述切换阀组用于控制连通主管在第一连通状态和第二连通状态切换，所述第一连通状态时，所述连通主管和气路接口导通同时所述连通主管和液路接口截止，所述第二连通状态时，所述连通主管和液路接口导通同时所述连通主管和气路接口截止；所述气路接口连接有抽吸气泵，所述抽吸气泵工作时通过连通口吸入气体，所述液路接口连接有清洗液泵，所述清洗液泵工作时通过连通口喷出洗液；
所述升降组件设置在所述支撑架上，所述升降组件包括升降轨道以及升降执行件，所述连通切换组件设置于所述升降轨道上，所述升降执行件用于带动所述连通切换组件在所述升降轨道上移动，所述升降轨道的两端形成第一位置和第二位置；
当两个连通切换组件分别位于对应的升降轨道的第一位置时，连通切换组件之间形成具有第一距离值的清洁间隙；当两个连通切换组件分别位于对应的升降轨道的第二位置时，连通切换组件之间形成具有第二距离值的定位间隙，所述第一距离值大于第二距离值。
2.如权利要求1所述的一种晶圆清洁装置，其特征在于：还包括翻转机构，所述翻转机构连接于所述支撑架和底座之间，所述翻转机构用于带动支撑架转动以使所述支撑架在水平状态和竖直状态之间切换。
3.如权利要求2所述的一种晶圆清洁装置，其特征在于：位于不同清洁机构的清洁吸盘相错设置。
4.如权利要求1所述的一种晶圆清洁装置，其特征在于：所述连通口处设置有文丘里管。
5.如权利要求1所述的一种晶圆清洁装置，其特征在于：所述底座上形成有容置槽。
6.如权利要求1所述的一种晶圆清洁装置，其特征在于：所述升降轨道包括设置在支撑架上的若干轨道翼板，所述轨道翼板上设置有让位滑轨，所述连通主管依次穿设于所述让位滑轨上，所述让位滑轨的延伸方向向底座方向倾斜设置。
7.一种晶圆清洁方法，其特征在于：提供如权利要求1的一种晶圆清洁装置，具体包括以下步骤：
第一固定步骤，将晶圆放置在第一侧的支撑架上，控制第一侧的切换阀组工作于第一连通状态，同时控制第一侧的抽吸气泵工作以使清洗吸盘和晶圆之间产生保持力；
第一清洗步骤，控制第一侧和第二侧的升降机构同时工作以使连通切换组件形成所述清洁间隙，控制第二侧的切换阀组工作于第二连通状态，同时控制第二侧的清洗液泵工作以清洗晶圆面向第二侧的表面，经过预设的第一清洗时间后停止清洗液泵的工作；
第一吸干步骤，控制第二侧的切换阀组工作于第一连通状态，同时控制第二侧的抽吸气泵工作以干燥晶圆看向第二侧的表面，经过预设的第一干燥时间后停止抽吸气泵的工作；
第二固定步骤，控制第一侧和第二侧的升降机构同时工作以使连通切换组件形成所述定位间隙，控制第二侧的抽吸气泵工作以使第二侧的清洗吸盘和晶圆之间产生保持力，同时通过停止第一侧的抽吸气泵的工作以使第一侧的清洗吸盘和晶圆之间放松；
第二清洗步骤，控制第一侧和第二侧的升降机构同时工作以使连通切换组件形成所述清洁间隙，控制第一侧的切换阀组工作于第二连通状态，同时控制第一侧的清洗液泵工作以清洗晶圆面向第一侧的表面，经过预设的第二清洗时间后停止清洗液泵的工作；
第二吸干步骤，控制第一侧的切换阀组工作于第一连通状态，同时控制第一侧的抽吸气泵工作以干燥晶圆看向第一侧的表面，经过预设的第二干燥时间后停止抽吸气泵的工作。
8.如权利要求7所述的一种晶圆清洁方法，其特征在于：还提供翻转机构，所述翻转机构连接于所述支撑架和底座之间，所述翻转机构用于带动支撑架转动以使所述支撑架在水平状态和竖直状态之间切换；
所述第一固定步骤还包括控制第一侧的翻转机构工作将所述支撑架转动至水平状态等待晶圆固定完成后控制第一侧的翻转机构工作将所述支撑架转动至竖直状态；
所述第二吸干步骤还包括在第二干燥时间后，控制第二侧的翻转机构工作将支撑架转动至水平状态。
9.如权利要求7所述的一种晶圆清洁方法，其特征在于：所述第一清洗步骤中和第二清洗步骤中清洗洗液为弱碱性的去离子水，所述弱碱性的去离子水的PH值为7-9。
10.如权利要求7所述的一种晶圆清洁方法，其特征在于：所述第一清洗步骤中和第二清洗步骤中清洗洗液为弱碱性的去离子水弱酸性的去离子水，所述弱酸性的去离子水的PH值为5-7。
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