CN114558839A - 一种吸附旋转装置及单片式晶圆清洗机 - Google Patents

一种吸附旋转装置及单片式晶圆清洗机 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种吸附旋转装置及单片式晶圆清洗机，该吸附旋转装置包括：吸附旋转组件，与吸附旋转组件连接且表面开设若干个气槽的安装台，表面开设若干与气槽相连通的吸附孔的柔性层，以及设置于柔性层上方的压环；柔性层包括平直部，凹陷部以及翘起部；安装台的圆周处凹陷形成供凹陷部和压环周向嵌入的环槽，当翘起部贴合晶圆边缘后，由吸附旋转组件对柔性层与晶圆共同围合形成的区域抽吸空气，以共同吸附晶圆。通过本申请，实现了一个吸附旋转装置同时适用于对平面晶圆和曲面晶圆的吸附，从而可以实现一台单片式晶圆清洗机同时适用于面晶圆和曲面晶圆，增强了设备的多功能性和实用性。

Description

一种吸附旋转装置及单片式晶圆清洗机
技术领域
本发明涉及半导体清洗设备领域，尤其涉及一种吸附旋转装置及单片式晶圆清洗机。
背景技术
在半导体集成电路制造过程中，为了避免颗粒、有机物、金属污染物等污染物造成晶圆内制造的电路、器件损坏，在每步工序结束之后都需要对晶圆进行清洗。晶圆清洗方式包括槽式清洗和单片式清洗，单片式晶圆清洗机拥有比槽式清洗机更好的清洗效果，更能适应于半导体新制程工艺。然而，现有的吸附旋转装置无法同时实现对平面晶圆和曲面晶圆进行吸附，导致现有的单片式晶圆清洗机无法同时适用于平面晶圆和曲面晶圆，功能相对比较单一，适用范围小。
有鉴于此，有必要对现有技术中的吸附旋转装置及单片式晶圆清洗机予以改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于揭示一种吸附旋转装置及单片式晶圆清洗机，解决了现有技术中存在的单片式晶圆清洗机无法同时适用于平面晶圆和曲面晶圆的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种吸附旋转装置，包括：吸附旋转组件，安装台，柔性层，以及压环；
所述柔性层包括平直部，凹陷部以及翘起部；所述吸附旋转组件与所述安装台连接，所述压环设置于所述柔性层上方，所述安装台的圆周处凹陷形成供所述凹陷部和所述压环周向嵌入的环槽；
所述安装台的表面开设若干个气槽，所述柔性层的表面开设若干与所述气槽相连通的吸附孔，当翘起部贴合晶圆边缘后，由所述吸附旋转组件对柔性层与晶圆共同围合形成的区域抽吸空气以吸附晶圆。
作为本发明的进一步改进，所述压环的厚度小于等于所述环槽的深度，所述压环嵌入环槽并涨紧平直部，所述压环嵌入环槽并涨紧平直部，所述压环嵌入环槽以压持凹陷部后所述压环的上环面凹设于平直部的上表面。
作为本发明的进一步改进，所述气槽自所述安装台的中心径向向外呈放射状分布。
作为本发明的进一步改进，所述气槽沿径向方向延伸形成扩展区域，所述扩展区域与所述吸附孔相对应。
作为本发明的进一步改进，所述吸附旋转组件包括旋转单元和吸附单元，所述吸附单元安装于所述旋转单元，当翘起部贴合晶圆边缘后，由所述吸附单元对柔性层与晶圆共同围合形成的区域抽吸空气以吸附晶圆，并通过旋转单元驱动吸附后的晶圆旋转。
作为本发明的进一步改进，所述气槽呈中心对称分布，且所述气槽呈周向均匀交叉排布。
作为本发明的进一步改进，所述扩展区域与所述安装台的中心之间的径向距离呈逐级增大分布。
作为本发明的进一步改进，所述旋转单元包括与所述安装台呈同轴设置且设置于所述安装台下方的旋转盘，驱动装置，以及用于连接所述旋转盘与所述驱动装置的转动轴；由驱动装置通过转动轴驱动所述旋转盘以带动吸附于柔性层的晶圆旋转。
作为本发明的进一步改进，所述旋转单元还包括用于连接所述旋转盘和所述转动轴的保护罩，所述转动轴贯穿所述保护罩。
作为本发明的进一步改进，所述吸附单元包括设置于所述旋转盘的中心且与所述气槽相连通的气嘴，设置于所述转动轴内且与所述气嘴相通的气道，以及与所述气道连接的负压发生器，通过所述负压发生器在所述气道中形成真空环境，当翘起部贴合晶圆边缘后，由所述吸附单元对柔性层与晶圆共同围合形成的区域抽吸空气以吸附晶圆。
同时，本发明还提供了一种单片式晶圆清洗机，包括：液体喷洒系统，干燥系统，以及采用上述中任一项所述的吸附旋转装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：安装台的圆周处凹陷形成环槽，将柔性层和置于柔性层上方的压环周向嵌入环槽内，安装台表面开设气槽，柔性层表面开设与气槽相连通的吸附孔，当翘起部贴合晶圆边缘后，由吸附旋转组件对柔性层与晶圆共同围合形成的区域抽吸空气以吸附晶圆。通过本申请，实现了一个吸附旋转装置同时适用于对平面晶圆和曲面晶圆的吸附，从而可以实现一台单片式晶圆清洗机同时适用于平面晶圆和曲面晶圆，增强了设备的多功能性和实用性。
附图说明
图1为本发明所揭示的一种吸附旋转装置的剖视图；
图2为图1所示出的安装台的结构示意图；
图3为图1所示出的旋转盘的结构示意图；
图4为在一种实施例中柔性层吸附晶圆后的局部示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
需要理解的是，在本申请中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术方案的限制。
尤其需要说明的是，安装台20、柔性层30以及压环40所定义的圆所形成的圆心O与安装台20沿竖直方向所定义的中轴线200重合，且旋转盘111(或者呈矩形或者正多边形的旋转盘111所形成的中心)及晶圆50所分别形成的圆心也与中轴线200重合。
参图1至图4所示，为本发明所揭示的一种吸附旋转装置100及单片式晶圆清洗机的具体实施方式。
参图1所示，该吸附旋转装置100包括：吸附旋转组件10，安装台20，柔性层30，以及压环40；安装台20连接于吸附旋转组件10，柔性层30设置于安装台20和压环40之间，以通过压环40将安装台20与柔性层30固定连接。
结合图1和图2所示，柔性层30包括平直部32和凹陷部33，压环40的表面设置安装孔400，安装台20的圆周处凹陷形成环槽23，柔性层30的凹陷部33和压环40均嵌设于环槽23内，凹陷部33的形状和尺寸均与环槽23的形状和尺寸相匹配。环槽23内设置与安装孔400相匹配的通孔230，以通过压环40将柔性层30和安装台20固定，由吸附旋转组件10驱动安装台30旋转以带动吸附于柔性层30的晶圆50旋转。为了保证安装台20与柔性层30的稳固性，以及压环40不会对柔性层30的表面造成破坏。压环40通过多个螺栓(未示出)沿竖直方向贯穿安装孔400及通孔230，以可靠地将压环40压持柔性层30并在环槽23中形成
需要注意的是，将压环40放置于环槽23内，为了避免柔性层30吸附晶圆的过程中，压环40对晶圆50的边缘501造成破坏；压环40的厚度小于等于环槽23的深度，压环40嵌入环槽23并涨紧平直部32。压环40嵌入环槽23并涨紧平直部32。压环40嵌入环槽23以压持凹陷部33后压环40的上环面凹设于平直部32的上表面优选地，压环40压持凹陷部32后压环40的上环面沿竖直方向与平直部32的上表面之间形成的凹设距离为0.3mm-0.5mm，以达到最佳晶圆受力配合，并防止在吸附晶圆过程中对晶圆50造成破坏。
结合图1和图3所示，吸附旋转组件10包括旋转单元11和吸附单元12，吸附单元12安装于旋转单元11上，由吸附单元12营造真空环境将晶圆50吸附住，并通过旋转单元11带动晶圆50旋转。旋转单元11包括与安装台20呈同轴200设置且设置于安装台20下方的旋转盘111，驱动装置112，以及用于连接驱动装置112和旋转盘111的转动轴113，驱动装置112通过驱动转动轴113以带动旋转盘111旋转，进而带动安装台20和柔性层30旋转，从而使得被吸附于柔性层30上的晶圆50进行旋转。
进一步地，旋转盘111上设置快捷定位钮1111，以快速将安装台20定位放置于旋转盘111上方，并且在旋转盘111上设置若干与安装台20的内部区域22上的安装孔220相匹配的螺孔1112，以便于通过锁紧件将旋转盘111和安装台20固定连接，从而使得旋转盘111在驱动装置112的驱动下进行旋转的同时带动安装台20进行旋转。需要注意的是，为了防止漏气影响晶圆吸附效果，在螺孔1112内设置密封圈(未示出)，以确保旋转盘111和安装台20之间形成密封环境。
需要说明的是，驱动装置112可以为伺服电机，旋转盘111的形状包括但不限于圆形设置，也可以呈矩形或者正多边形，只要能保证旋转盘111所形成的中心与中轴线200重合即可。
结合图3所示，在另一种变形实施例中，旋转单元11还包括用于连接旋转盘111和转动轴113的保护罩114，转动轴113贯穿保护罩114，转动轴113与保护罩114通过螺栓固定，且在螺栓固定处(未标识)设置密封圈。保护罩114的内部呈中空结构且其底部具环形敞口。因此，在本实施例中，通过设置保护罩114，增大了转动轴113与旋转盘111的接触面积，使得旋转盘111与转动轴113的结构紧凑，并使得旋转盘111在旋转时稳定性更好，而且可以实现单独更换旋转盘111或转动轴113，便于后续的维修，节省成本。
吸附单元12包括设置于旋转盘111中心的气嘴121，设置于转动轴113内且与气嘴121相通的气道122，以及与气道122连接的负压发生器(未示出)，通过负压发生器抽吸空气，并在气道122及抽吸区域500中形成真空环境，以吸附同心且水平放置于柔性层30上的晶圆50。
参图2所示，安装台20的内部区域22的表面开设若干个与气嘴121相连通的气槽221，气槽221自安装台20的中心O径向向外呈放射状分布，且气槽221沿径向方向延伸形成扩展区域2210。柔性层30的内部区域32的表面开设若干与扩展区域2210相连通的吸附孔320。
当晶圆50为曲面晶圆时，结合图1和图4所示，柔性层30还包括翘起部31，翘起部31与安装台20的外部区域21之间形成一定的夹角；压环40的外径小于晶圆50的直径。翘起部31与平直部32和凹陷部33为一体式结构或者环形分离结构。翘起部31的厚度为1.5mm，平直部32的厚度为3mm，从而通过较厚的平直部32对晶圆50的内侧区域起到良好的支撑作用，同时通过较薄的翘起部31使得翘起部31更佳易于变形以精密贴合晶圆50的边缘501。具体地，将晶圆50放置于柔性层30，晶圆50的边缘501与翘起部31相接触，柔性层30与晶圆50共同围合形成抽吸区域500。当晶圆50放置于柔性层30上时，晶圆50的边缘501抵撑于翘起部31上。该吸附旋转装置100开始工作时，负压发生器于气道122内形成负压环境，利用大气压强通过设置在旋转盘111的中心位置的气嘴121和与气嘴121相互连通的气槽221，再经与气槽221的扩展区域2210相连通的吸附孔320，对抽吸区域500抽吸空气以吸附晶圆50，此时，晶圆50受到吸附力并对翘起部31施加向下的压力使得翘起部31发生形变，由平直部32吸附晶圆50的内部区域，以避免外在环境因素对旋转中的晶圆产生干扰，从而避免晶圆在水平方向或者竖直方向上产生偏移或倾斜。与此同时，驱动装置112通过驱动转动轴113以带动旋转盘111旋转，进而带动安装台20和柔性层30旋转，从而使得放置于柔性层30上的晶圆旋转。优选地，气槽221呈中心对称分布，且气槽221呈周向均匀交叉排布，使得晶圆的各个位置所受到的吸附力均匀，晶圆在旋转过程中更加稳定。例如，在本实施例中，气槽221的宽度设置为0.5mm，气槽221的深度设置为1.0mm，扩展区域2210与安装台20的中心O的距离分别为40mm，70mm，130mm；气嘴121的孔径设置为1.5mm。
需要说明的是，为了保证被吸附后的晶圆50的边缘501不受损坏，且能够对被吸附后的晶圆50有较好的支撑作用和变形恢复能力，柔性层30的材质选用柔软弹性材料，且该材料的硬度值的范围为25-30度；在本实施例中，柔性层30优选为硅胶，硅胶的化学性能较稳定，具有清洗方便及抗静电等符合半导体制程的优点。压环40的材质可以选用塑料或者硅胶。
基于以上实施例所揭示的吸附旋转装置所含技术方案，本实施例还揭示了一种单片式晶圆清洗机。
该单片式晶圆清洗机包括：液体喷洒系统，干燥系统，以及采用如前述实施例所揭示的吸附旋转装置100。液体喷洒系统设置于吸附旋转装置100的上方，当吸附旋转装置100对晶圆执行吸附旋转时，通过液体喷洒系统对晶圆的表面进行喷淋清洗，并通过干燥系统对清洗后的晶圆表面进行干燥。需要说明的是，将吸附旋转装置100中的翘起部31呈向上倾斜设置，一方面可以引导清洗溶液向外侧流动，避免残留的液渍呈不规则分散在晶圆表面而不便于清理的问题；另一方面避免了清洗溶液对压环40表面的安装孔400的破坏。
本实施例所揭示单片式晶圆清洗机与前述实施例中具有相同部分的技术方案，参前述实施例部分所述，在此不再赘述。
本发明提供了一种吸附旋转装置100及单片式晶圆清洗机，安装台20的圆周处凹陷形成环槽23，将柔性层30和置于柔性层30上方的压环40周向嵌入环槽23内，安装台20表面开设气槽221，柔性层30表面开设与气槽221相连通的吸附孔320，当翘起部31贴合晶圆50的边缘501后，由吸附旋转组件10对柔性层30与晶圆50共同围合形成的抽吸区域500抽吸空气，以吸附晶圆50。通过本申请，实现了一个吸附旋转装置同时适用于对平面晶圆和曲面晶圆的吸附，从而可以实现一台单片式晶圆清洗机同时适用于平面晶圆和曲面晶圆，增强了设备的多功能性和实用性。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (11)

1.一种吸附旋转装置，其特征在于，包括：
吸附旋转组件，安装台，柔性层，以及压环；
所述柔性层包括平直部，凹陷部以及翘起部；所述吸附旋转组件与所述安装台连接，所述压环设置于所述柔性层上方，所述安装台的圆周处凹陷形成供所述凹陷部和所述压环周向嵌入的环槽；
所述安装台的表面开设若干个气槽，所述柔性层的表面开设若干与所述气槽相连通的吸附孔，当翘起部贴合晶圆边缘后，由所述吸附旋转组件对柔性层与晶圆共同围合形成的区域抽吸空气以吸附晶圆。
2.根据权利要求1所述的吸附旋转装置，其特征在于，
所述压环的厚度小于等于所述环槽的深度，所述压环嵌入环槽并涨紧平直部，所述压环嵌入环槽以压持凹陷部后所述压环的上环面凹设于平直部的上表面。
3.根据权利要求1所述的吸附旋转装置，其特征在于，
所述气槽自所述安装台的中心径向向外呈放射状分布。
4.根据权利要求1所述的吸附旋转装置，其特征在于，
所述气槽沿径向方向延伸形成扩展区域，所述扩展区域与所述吸附孔相对应。
5.根据权利要求1所述的吸附旋转装置，其特征在于，
所述吸附旋转组件包括旋转单元和吸附单元，所述吸附单元安装于所述旋转单元，当翘起部贴合晶圆边缘后，由所述吸附单元对柔性层与晶圆共同围合形成的区域抽吸空气以吸附晶圆，并通过旋转单元驱动吸附后的晶圆旋转。
6.根据权利要求4所述的吸附旋转装置，其特征在于，
所述气槽呈中心对称分布，且所述气槽呈周向均匀交叉排布。
7.根据权利要求4所述的吸附旋转装置，其特征在于，
所述扩展区域与所述安装台的中心之间的径向距离呈逐级增大分布。
8.根据权利要求5所述的吸附旋转装置，其特征在于，
所述旋转单元包括与所述安装台呈同轴设置且设置于所述安装台下方的旋转盘，驱动装置，以及用于连接所述旋转盘与所述驱动装置的转动轴；由驱动装置通过转动轴驱动所述旋转盘以带动吸附于柔性层的晶圆旋转。
9.根据权利要求8所述的吸附旋转装置，其特征在于，
所述旋转单元还包括用于连接所述旋转盘和所述转动轴的保护罩，所述转动轴贯穿所述保护罩。
10.根据权利要求8所述的吸附旋转装置，其特征在于，
所述吸附单元包括设置于所述旋转盘的中心且与所述气槽相连通的气嘴，设置于所述转动轴内且与所述气嘴相通的气道，以及与所述气道连接的负压发生器，通过所述负压发生器在所述气道中形成真空环境，当翘起部贴合晶圆边缘后，由所述吸附单元对柔性层与晶圆共同围合形成的区域抽吸空气以吸附晶圆。
11.一种单片式晶圆清洗机，其特征在于，包括：
液体喷洒系统，干燥系统，以及采用如权利要求1-10中任一项所述的吸附旋转装置。
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