CN114273317B - 一种高洁净度大容量半导体晶圆湿法清洗装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高洁净度大容量半导体晶圆湿法清洗装置，包括机架和花篮，机架处安装有控制单元和控制面板，所述机架包括第一侧板、第二侧板、前板、背板、第一承载板、第二承载板、底板和顶板，顶板、第一承载板、第二承载板和底板从上到下分布；第一侧板和第二侧板之间连接有滑轨，滑轨处具有能够沿着滑轨移动的起吊装置；第一承载板处具有花篮放置位以及多个清洗位，每个清洗位处具有一个放置通孔，每个放置通孔处具有一个安装于第二承载板处的清洗槽，花篮内能够承载多个半导体晶圆，花篮能够被所述起吊装置的两个倒U形吊杆吊起。本申请的清洗装置能够实现大容量高洁净度的清洗，并且能够对清洗过程进行监控。

Description

一种高洁净度大容量半导体晶圆湿法清洗装置

技术领域

本申请涉及半导体领域，具体涉及一种高洁净度大容量半导体晶圆湿法清洗装置。

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。芯片是在晶圆的基础上的加工而成的，在一个晶圆上可以加工处多个芯片，从晶圆加工到芯片的过程中需要经过湿法清洗、干燥、上胶、显影等多个步骤，并且由于芯片是非常高精度的加工，因此每个步骤的精确度涉及到芯片最终的质量，并且每个设备步骤加工的量也涉及到芯片加工的整体效率，另外晶圆位于清洗液中的时长也是经过精确计算的，必须达到要求，时间太长，降低了生产效率，时间太短清洗不干净，因此需要实现精确化控制，现有的控制方法主要依赖于机械手的自动化程序，并没有额外的反馈系统，一旦机械手出现机械故障或程序故障，可能会导致清洗出错。

发明内容

发明目的：本申请旨在克服现有技术的缺陷，提供一种高洁净度大容量半导体晶圆湿法清洗装置。

技术方案：一种高洁净度大容量半导体晶圆湿法清洗装置，包括机架和花篮，所述机架处安装有控制单元和控制面板，所述机架包括第一侧板、第二侧板、前板、背板、第一承载板、第二承载板、底板和顶板，所述顶板、第一承载板、第二承载板和底板从上到下分布；所述第一侧板和第二侧板之间连接有滑轨，所述滑轨处具有能够沿着滑轨移动的起吊装置，所述起吊装置包括能够沿着所述滑轨移动的移动单元，所述移动单元处固定连接有上活动板，所述上活动板通过多个电动升降杆连接有下活动板，所述下活动板的下表面具有限位导轨，所述限位导轨处具有两个滑座，所述滑座处固定有倒U形吊杆，所述滑座处还连接有滑块，所述下活动板处安装有电机，电机的电机轴两端伸出，且电机轴的两端分别连接有一个丝杆，所述丝杆远离电机轴的一端安装有轴承，所述轴承处具有轴承座，所述轴承座与下活动板固定连接，两个丝杆的螺向相反，两个丝杆和两个滑块一一对应，每个丝杆穿过一个滑块；所述第一承载板处具有花篮放置位以及多个清洗位，每个清洗位处具有一个放置通孔，每个放置通孔处具有一个安装于第二承载板处的清洗槽，所述花篮内能够承载多个半导体晶圆，所述花篮能够被所述起吊装置的两个倒U形吊杆吊起。

进一步地，所述机架具有多个维护门，所述维护门处具有电子锁；所述机架内安装有为所述清洗槽供液的供液系统。

从而实现对各个清洗槽的供液。并且优选地，供液系统能够对各个清洗槽供液相同或不同的清洗液。

进一步地，所述滑轨具有两个，每个滑轨处具有一个所述起吊装置；所述第一承载板处具有两个花篮放置位和两排清洗槽，每个滑轨的下方具有一个花篮放置位和一排清洗槽。

优选地，每一排的清洗槽具有3-5个。从而两个滑轨对应两个操作工位。

进一步地，所述电机通过电机座与所述下活动板固定连接，所述下活动板具有两个穿孔，两个穿孔和两个滑块一一对应，每个滑块穿过一个所述穿孔；所述下活动板的下表面具有两个限位导轨，每个滑座具有两个与所述限位导轨配合的限位滑槽；所述倒U形吊杆包括两个与所述滑座固定连接的连接杆以及连接在两个连接杆之间的圆柱形杆。

进一步地，所述花篮包括花篮本体以及固定于花篮本体顶端的两个吊耳，所述吊耳包括开口朝下的弧面状的第一曲面板以及开口朝上的弧面状的第二曲面板，所述吊耳处还固定有识别板，所述识别板处具有识别码，每个花篮的两个吊耳处的识别板的识别码相同，所述滑座处具有安装槽，所述安装槽内安装有识别码读取装置；所述花篮本体包括两个侧面支撑板以及连接两个侧面支撑板的连接板，所述侧面支撑板包括第一竖板、第二竖板以及连接在第一、二竖板之间的弧面状的弧面板，所述弧面板的外侧固定连接有安装块，所述安装块具有插孔，所述插孔内插有插柱，所述插柱的底端连接有压板，所述压板的下表面具有条形凸筋，所述插孔的封闭端和所述插柱的顶端之间连接有弹簧；所述清洗槽的底端具有两个固定块，两个固定块和两个压板一一对应，所述固定块能够被对应的压板抵接，所述固定块处具有能够容纳所述条形凸筋的条形容纳槽，两个固定块之间具有固定于清洗槽底部的承载架，所述承载架包括支撑架以及与支撑架固定连接的承载座，所述承载座具有多个能够用于承载所述半导体晶圆的弧形放置槽；所述清洗槽和第二承载板之间安装有两个压力传感器，两个压力传感器和两个固定块一一对应，每个压力传感器位于一个所述固定块下方。

进一步地，无外力时，所述压板的底端高于所述花篮本体的底端。

进一步地，当花篮位于清洗槽内，压板的条形凸筋抵接固定块且弹簧被压缩至最短状态时，所述花篮本体的底端不接触所述清洗槽的底端。

进一步地，当花篮位于清洗槽内，压板抵接固定块且弹簧被压缩至最短状态时，所述花篮本体的底端不接触所述清洗槽的底端。

进一步地，每个安装块处具有两个所述插孔；每个压板的下表面具有两个所述条形凸筋，每个固定块处具有两个所述条形容纳槽。

进一步地，上活动板和下活动板之间连接有4个电动升降杆。

进一步地，所述维护门具有两个；所述机架处还具有多个支撑脚；所述顶板和第一承载板之间形成操作空间，所述机架处还安装有能够封闭所述操作空间的移门；每个花篮放置位能够放置一个或多个花篮。

从而将多个花篮放置于花篮放置位时，起吊装置能够对多个花篮实现自动化操作。并且移门可以封闭操作空间，避免清洗液的挥发外溢。

进一步地，所述侧面支撑板处具有用于放入所述半导体晶圆的放置槽，所述放置槽从第一竖板的顶端起、经过所述弧面板并延伸至第二竖板的底端。

进一步地，所述侧面支撑板处的放置槽的数量和承载座处的弧形放置槽的数量相等，且两者一一对应。

从而花篮下移时，半导体晶圆能够从两个侧面支撑板处的放置槽脱离由承载座处的弧形放置槽承载；当花篮上升时，半导体晶圆能够从承载座处的弧形放置槽上升有两个侧面支撑板处的放置槽承载。

进一步地，所述弹簧的一端与插孔的封闭端固定连接，另一端与插柱的顶端固定连接。

有益效果：本申请的清洗装置，能够对装载于花篮处的大批量的晶圆进行批量化的清洗，并且能够对一个晶圆利用多种清洗液进行清洗，清洗效率高、洁净度高，并且清洗的自动化程度高。对于清洗的时间、步骤以及起吊装置的移动能够实现精确地定位。

附图说明

图1为起吊装置将其中一个花篮移动至一个清洗槽上方第一视角示意图；

图2为起吊装置将其中一个花篮移动至一个清洗槽上方第二视角示意图，为了示意清楚，在前板处开了一个缺口；

图3为起吊装置将其中一个花篮移动至一个清洗槽上方第三视角示意图，为了示意清楚，在前板处开了一个缺口；

图4为花篮放置于清洗槽中，且晶圆仍由花篮承载示意图，为了示意清楚，在前板处开了一个缺口；

图5为花篮放置于清洗槽中，且晶圆由承载座承载示意图，为了示意清楚，在前板处开了一个缺口。

具体实施方式

下面将结合本发明 实施例中的附图，对本发明 实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明 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。

附图标记：1机架；1.1.1前板；1.1.2背板；1.1.3第一侧板；1.1.4第二侧板； 1.1.5顶板；1.1.6第一承载板；1.1.7第二承载板；1.1.8底板；1.1.9维护门；1.2 支撑脚；1.3控制面板；1.4花篮放置位；1.5放置通孔；2.1滑轨；2.2移动单元； 2.3上活动板；2.4电动升降杆；2.5下活动板；2.5.1电机；2.5.2丝杆；2.5.3限位导轨；2.6滑块；2.7滑座；2.7.1安装槽；2.8连接杆；2.9圆柱形杆；3花篮； 3.1第一竖板；3.2弧面板；3.3第二竖板；3.4连接板；3.5吊耳；3.5.1第一曲面板；3.5.2第二曲面板；3.5.3识别板；3.6安装块；3.7插柱；3.8压板；3.9条形凸筋；4清洗槽；4.1固定块；4.2条形容纳槽；4.3支撑架；4.4承载座；4.5、4.6 压力传感器；5半导体晶圆。

如图所示：一种高洁净度大容量半导体晶圆湿法清洗装置，包括机架1和花篮3(或称吊篮)，所述机架1处安装有控制单元和控制面板1.3，所述机架1包括第一侧板、1.1.3第二侧板1.1.4、前板1.1.1、背板1.1.2、第一承载板1.1.6、第二承载板1.1.7、底板1.1.8和顶板1.1.5，所述顶板1.1.5、第一承载板1.1.6、第二承载板1.1.7和底板1.1.8从上到下分布；所述第一侧板1.1.3和第二侧板1.1.4 之间连接有滑轨2.1，所述滑轨2.1处具有能够沿着滑轨2.1移动的起吊装置，所述起吊装置包括能够沿着所述滑轨移动的移动单元，所述移动单元处固定连接有上活动板2.3，所述上活动板2.3通过多个电动升降杆2.4连接有下活动板2.5，所述下活动板2.5的下表面具有限位导轨2.5.3，所述限位导轨2.5.3处具有两个滑座2.7，所述滑座2.7处固定有倒U形吊杆，所述滑座2.7处还连接有滑块2.6，所述下活动2.5板处安装有电机2.5.1，电机2.5.1的电机轴两端伸出，且电机轴的两端分别连接有一个丝杆2.5.2，所述丝杆2.5.2远离电机轴的一端安装有轴承，所述轴承处具有轴承座，所述轴承座与下活动板固定连接，两个丝杆的螺向相反，两个丝杆和两个滑块2.6一一对应，每个丝杆2.5.2穿过一个滑块2.6；所述第一承载板1.1.6处具有花篮放置位1.4以及多个清洗位，每个清洗位处具有一个放置通孔1.5，每个放置通孔1.5处具有一个安装于第二承载板处的清洗槽4，所述花篮3内能够承载多个半导体晶圆5，所述花篮3能够被所述起吊装置的两个倒 U形吊杆吊起。

所述机架1具有多个维护门1.1.9，所述维护门1.1.9处具有电子锁；所述机架1内安装有为所述清洗槽供液的供液系统。所述滑轨2.1具有两个，每个滑轨 2.1处具有一个所述起吊装置；所述第一承载板1.1.6处具有两个花篮放置位1.4 和两排清洗槽4，每个滑轨2.1的下方具有一个花篮放置位1.4和一排清洗槽4。所述电机2.5.1通过电机座与所述下活动板2.5固定连接，所述下活动板2.5具有两个穿孔，两个穿孔和两个滑块2.6一一对应，每个滑块2.6穿过一个所述穿孔；所述下活动板2.5的下表面具有两个限位导轨2.5.3，每个滑座2.7具有两个与所述限位导轨2.5.3配合的限位滑槽；所述倒U形吊杆包括两个与所述滑座固定连接的连接杆2.8以及连接在两个连接杆2.8之间的圆柱形杆2.9。

所述花篮3包括花篮本体(或称吊篮本体)以及固定于花篮本体顶端的两个吊耳3.5，所述吊耳3.5包括开口朝下的弧面状的第一曲面板3.5.1以及开口朝上的弧面状的第二曲面板3.5.2，所述吊耳3.5处还固定有识别板3.5.3，所述识别板3.5.3处具有识别码，每个花篮的两个吊耳3.5处的识别板的识别码相同，所述滑座2.7处具有安装槽2.7.1，所述安装槽2.7.1内安装有识别码读取装置；所述花篮本体包括两个侧面支撑板以及连接两个侧面支撑板的连接板，所述侧面支撑板包括第一竖板3.1、第二竖板3.3以及连接在第一、二竖板3.1、3.3之间的弧面状的弧面板3.2，所述弧面板3.2的外侧固定连接有安装块3.6，所述安装块 3.6具有插孔，所述插孔内插有插柱3.7，所述插柱3.7的底端连接有压板3.8，所述压板3.8的下表面具有条形凸筋3.9，所述插孔的封闭端和所述插柱3.7的顶端之间连接有弹簧；所述清洗槽4的底端具有两个固定块4.1，两个固定块4.1 和两个压板3.8一一对应，所述固定块4.1能够被对应的压板3.8抵接，所述固定块4.1处具有能够容纳所述条形凸筋3.9的条形容纳槽4.2，两个固定块4.1之间具有固定于清洗槽4底部的承载架，所述承载架包括支撑架4.3以及与支撑架 4.3固定连接的承载座4.4，所述承载座4.4具有多个能够用于承载所述半导体晶圆5的弧形放置槽；所述清洗槽4和第二承载板1.1.7之间安装有两个压力传感器4.5、4.6，两个压力传感器和两个固定块4.1一一对应，每个压力传感器位于一个所述固定块4.1下方。

每个安装块3.6处具有两个所述插孔；每个压板3.8的下表面具有两个所述条形凸筋3.9，每个固定块4.1处具有两个所述条形容纳槽4.2。上活动板2.3和下活动板2.5之间连接有4个电动升降杆2.4。所述维护门1.1.9具有两个；所述机架1处还具有多个支撑脚1.2；所述顶板1.1.5和第一承载板1.1.6之间形成操作空间，所述机架1处还安装有能够封闭所述操作空间的移门；每个花篮放置位能够放置一个或多个花篮。

本申请的湿法清洗装置如图所示，起吊装置能够沿着其所在的滑轨进行滑动，从而能够将花篮放置位处的花篮依次吊起放置于清洗槽内，并且能够从一个清洗槽转移至另一个清洗槽，从而实现对晶圆的清洗，清洗洁净度高，且清洗效率高，具体在吊装时，如图所示，移动单元能够实现沿着滑轨方向的直线移动，电动升降杆能够实现上下移动，并且电机带动两个丝杆驱动两个滑座能够实现开合移动，从而如图1所示，将两个圆柱形杆位于两个第一曲面板处，从而实现对花篮的吊装。

另外，一般的清洗装置，由于晶圆始终承载在花篮中(晶圆的一部分始终接触花篮，从而导致与清洗液接触不充分，存在清洗不洁净的问题)，因此在花篮下移的过程中，先在一个高度停留设定时间(此时晶圆仍由花篮承载，与花篮接触的部分可能存在清洗不净的问题)，接着继续下移，使得晶圆由承载座承载，此时晶圆会稍微脱离花篮，使得之前被花篮遮挡的部分充分接触溶液，清洗干净，并且此时被承载座遮挡的部分在上述设定时间内已经充分接触清洗液清洗。清洗完毕后，电动升降杆缩短，从而晶圆脱离承载座，由花篮承载。

在工作过程中，移动单元的移动(涉及到花篮是否能够很精确地放置于清洗槽中，不发生左右偏离)，电动升降杆的升降的移动(涉及到晶圆在清洗槽中停留多久的问题)，是由程序精确控制的，一般不会出错，但是一旦出错，由于没有独立的反馈系统，存在无法发现错误，导致清洗不洁净，或者清洗效率低的问题。因此，本申请设计了具有特殊吊耳结构的吊耳，如图4所示，识别码读取装置读取识别码，从而知道在对哪个花篮进行操作。两个读取装置分别读取识别码，可以确保读取识别码更加准确。电动升降杆伸长至第一长度，此时圆柱形杆抵接第一曲面板，压板接触固定块，并且弹簧被稍微压缩，从而压力传感器的测量值变大(在第一范围之内)，此时晶圆仍然由花篮承载(此时晶圆与花篮接触的部分可能清洗不干净)。接着电动升降杆继续下移，电动升降杆伸长至第二长度(第二长度大于第一长度)，此时圆柱形杆抵接并下压第二曲面板，如图5所示，从而将弹簧进一步压缩，从而晶圆脱离花篮，由承载座承载。此时压力传感器的测量值更大(在第二范围内，第二范围的最小值大于第一范围的最大值)，从而通过监测花篮被操作时，压力传感器处于第一范围内的时长，以及压力传感器处于第二范围的时长，都符合要求，从而确定清洗操作是完全无误的。清洗装置主要由软件控制，但是通过识别码读取装置和两个压力传感器的反馈，可以检验，程序是否被正确执行。另外，正常情况下，在晶圆由承载座承载时，压板的条形凸筋容纳于条形容纳槽内，从而主要由压板抵接下压固定块，如果移动单位的位移控制发生误差，当电动升降杆伸长至第二长度时，由于凸筋没有容纳于条形容纳槽内，而是抵接下压固定块，从而弹簧被压缩的程度更大，从而压力传感器的测量值会进一步高于第二范围，从而说明移动单元的左右位移出现了异常。另外，正常情况下，两个压力传感器的测量值是大致相等的，如果出现了不等，说明控制程序也出现了异常，需要及时维护。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。

Claims (6)

1.一种高洁净度大容量半导体晶圆湿法清洗装置，其特征在于，包括机架和花篮，所述机架处安装有控制单元和控制面板，所述机架包括第一侧板、第二侧板、前板、背板、第一承载板、第二承载板、底板和顶板，所述顶板、第一承载板、第二承载板和底板从上到下分布；所述第一侧板和第二侧板之间连接有滑轨，所述滑轨处具有能够沿着滑轨移动的起吊装置，所述起吊装置包括能够沿着所述滑轨移动的移动单元，所述移动单元处固定连接有上活动板，所述上活动板通过多个电动升降杆连接有下活动板，所述下活动板的下表面具有限位导轨，所述限位导轨处具有两个滑座，所述滑座处固定有倒U形吊杆，所述滑座处还连接有滑块，所述下活动板处安装有电机，电机的电机轴两端伸出，且电机轴的两端分别连接有一个丝杆，所述丝杆远离电机轴的一端安装有轴承，所述轴承处具有轴承座，所述轴承座与下活动板固定连接，两个丝杆的螺向相反，两个丝杆和两个滑块一一对应，每个丝杆穿过一个滑块；所述第一承载板处具有花篮放置位以及多个清洗位，每个清洗位处具有一个放置通孔，每个放置通孔处具有一个安装于第二承载板处的清洗槽，所述花篮内能够承载多个半导体晶圆，所述花篮能够被所述起吊装置的两个倒U形吊杆吊起；所述电机通过电机座与所述下活动板固定连接，所述下活动板具有两个穿孔，两个穿孔和两个滑块一一对应，每个滑块穿过一个所述穿孔；所述下活动板的下表面具有两个限位导轨，每个滑座具有两个与所述限位导轨配合的限位滑槽；所述倒U形吊杆包括两个与所述滑座固定连接的连接杆以及连接在两个连接杆之间的圆柱形杆；所述花篮包括花篮本体以及固定于花篮本体顶端的两个吊耳，所述吊耳包括开口朝下的弧面状的第一曲面板以及开口朝上的弧面状的第二曲面板，所述吊耳处还固定有识别板，所述识别板处具有识别码，每个花篮的两个吊耳处的识别板的识别码相同，所述滑座处具有安装槽，所述安装槽内安装有识别码读取装置；所述花篮本体包括两个侧面支撑板以及连接两个侧面支撑板的连接板，所述侧面支撑板包括第一竖板、第二竖板以及连接在第一、二竖板之间的弧面状的弧面板，所述弧面板的外侧固定连接有安装块，所述安装块具有插孔，所述插孔内插有插柱，所述插柱的底端连接有压板，所述压板的下表面具有条形凸筋，所述插孔的封闭端和所述插柱的顶端之间连接有弹簧；所述清洗槽的底端具有两个固定块，两个固定块和两个压板一一对应，所述固定块能够被对应的压板抵接，所述固定块处具有能够容纳所述条形凸筋的条形容纳槽，两个固定块之间具有固定于清洗槽底部的承载架，所述承载架包括支撑架以及与支撑架固定连接的承载座，所述承载座具有多个能够用于承载所述半导体晶圆的弧形放置槽；所述清洗槽和第二承载板之间安装有两个压力传感器，两个压力传感器和两个固定块一一对应，每个压力传感器位于一个所述固定块下方。

2.根据权利要求1所述的高洁净度大容量半导体晶圆湿法清洗装置，其特征在于，所述机架具有多个维护门，所述维护门处具有电子锁；所述机架内安装有为所述清洗槽供液的供液系统。

3.根据权利要求1所述的高洁净度大容量半导体晶圆湿法清洗装置，其特征在于，所述滑轨具有两个，每个滑轨处具有一个所述起吊装置；所述第一承载板处具有两个花篮放置位和两排清洗槽，每个滑轨的下方具有一个花篮放置位和一排清洗槽。

4.根据权利要求1所述的高洁净度大容量半导体晶圆湿法清洗装置，其特征在于，每个安装块处具有两个所述插孔；每个压板的下表面具有两个所述条形凸筋，每个固定块处具有两个所述条形容纳槽。

5.根据权利要求1所述的高洁净度大容量半导体晶圆湿法清洗装置，其特征在于，上活动板和下活动板之间连接有4个电动升降杆。

6.根据权利要求2所述的高洁净度大容量半导体晶圆湿法清洗装置，其特征在于，所述维护门具有两个；所述机架处还具有多个支撑脚；所述顶板和第一承载板之间形成操作空间，所述机架处还安装有能够封闭所述操作空间的移门；每个花篮放置位能够放置一个或多个花篮。

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