CN115064478B - 一种半导体加工晶圆超声悬浮驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种半导体加工晶圆超声悬浮驱动装置,包括连接在振子模块顶部的弯振换能器和纵振换能器,弯振换能器和纵振换能器同圆心布置且两者处于同一高度平面。通过同圆心布置的纵振/弯振换能器形成晶圆自旋平台,通过发射纵向驻波和弯曲行波驱动晶圆悬停与旋转,实现装置对晶圆的非接触、无磨损的自旋和悬停控制,从而提高晶圆加工过程中的良品率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体加工技术领域,具体为一种半导体加工晶圆超声悬浮驱动装置。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息,不必然构成在先技术。
晶圆是半导体加工的基础材料,一片晶圆上通常需要超精密光刻、切割出上百块芯片。受加工过程磨损、划伤、破裂及缺陷等因素影响,经过制造、中测、封装等各工序后晶圆加工的整体良品率不理想,在芯片栅极长度更窄的7nm、3nm工艺制程方面,现有加工方式的良品率则更为低下,造成巨大产能浪费的同时,严重阻碍了芯片产业尤其先进芯片制造的发展。
因此,需要对晶圆加工环境与加工过程进行优化,通过控制加工环境中温度、湿度、集尘、静电等因素、自动化生产线改造与高精密控制,降低加工过程晶圆的磨损、划伤与破裂,提高各工序良品率。
针对晶圆的加工过程,现有技术采用机械式末端执行器夹持晶圆进行自旋,此种方式下,由于晶圆自身刚度极低,自旋过程极易产生塑性变形甚至破裂;另一方面,晶圆加工过程对精度、表面光洁度与粗糙度要求极高,机械式末端执行器与晶圆接触,两者间摩擦无法避免,摩擦力难以控制。摩擦导致的磨损、划伤及磨损产生的颗粒均会降低良品率甚至导致晶圆报废。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的技术问题,本发明提供一种半导体加工晶圆超声悬浮驱动装置,通过同心布置的纵振/弯振换能器,构筑晶圆自旋平台,通过发射纵向驻波和弯曲行波驱动晶圆悬停与旋转,实现装置对晶圆的非接触、无磨损操控;使形成的声浮晶圆自旋平台体积小、集成度高、制作成本低,可定制化使用,极易在晶圆制造、加工、运输各工序和环节中集成应用。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
本发明的第一个方面提供一种半导体加工晶圆超声悬浮驱动装置,包括:连接在振子模块顶部的弯振换能器和纵振换能器,弯振换能器和纵振换能器同圆心布置且两者处于同一高度平面。
弯振换能器和纵振换能器均位于振子模块的轴线上。
振子模块包括通过紧固件串联连接的端盖、压电陶瓷组和振子本体。
振子模块向位于顶部的弯振换能器或纵振换能器提供振子激励。
弯振换能器为圆盘型,与弯振换能器同心的纵振换能器为圆环型。弯振换能器在电场与振子激励下产生轴向纵波,表面与附近空气形成驻波声场,使待加工晶圆在声辐射力作用下悬浮在弯振换能器上表面的设定高度范围内;纵振换能器在电场激励下产生周向行波,表面与附近空气形成行波声场,使待加工晶圆在行波声辐射力作用下绕垂直轴轴周向转动。
弯振换能器为圆环型,与弯振换能器同心的纵振换能器为圆盘型。纵振换能器在电场与振子激励下产生轴向纵波,表面与附近空气形成驻波声场,使待加工晶圆在声辐射力作用下悬浮在纵振换能器上表面的设定高度范围内;弯振换能器在电场激励下产生周向行波,表面与附近空气形成行波声场,使待加工晶圆在行波声辐射力作用下绕垂直轴轴周向转动。
振子模块为朗之万型振子。
本发明的第二个方面提供一种半导体加工装置,具有晶圆自旋平台,晶圆自旋平台连接了上述晶圆超声悬浮驱动装置。
与现有技术相比,以上一个或多个技术方案存在以下有益效果:
1、通过同圆心布置的纵振/弯振换能器形成晶圆自旋平台,通过发射纵向驻波和弯曲行波驱动晶圆悬停与旋转,实现装置对晶圆的非接触、无磨损的自旋和悬停控制,从而提高晶圆加工过程中的良品率。
2、使形成的半导体加工装置体积小、集成度高、制作成本低,可定制化使用,极易在晶圆制造、加工、运输各工序和环节中集成应用。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明一个或多个提供的半导体加工晶圆超声悬浮驱动装置的结构示意图;
图2是本发明一个或多个提供的半导体加工晶圆超声悬浮驱动装置执行晶圆轴向悬停时的示意图;
图3是本发明一个或多个提供的半导体加工晶圆超声悬浮驱动装置执行晶圆轴向旋转时的示意图;
图中:10、振子模块;11、连接螺栓;12、端盖;13、压电陶瓷组;14、振子本体;2、弯振换能器;3、纵振换能器;4、晶圆。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术中所描述的,现有技术对晶圆加工环境与加工过程进行优化,通过控制加工环境中温度、湿度、集尘、静电等因素、自动化生产线改造与高精密控制,降低加工过程晶圆的磨损、划伤与破裂,提高各工序良品率。
例如,中国专利文献CN106098590A提供了一种《晶圆旋转装置》,包括一主体,该主体具有基座、承载装置、第一轴齿轮、动力单元、滚轮、第二轴齿轮与驱动组件。基座具有容置空间。承载装置配置于容置空间内,且用以容置晶圆。第一轴齿轮配置于基座的侧面。动力单元组装至基座的顶部,其中第一轴齿轮连接动力单元。滚轮位于承载装置下,且承靠晶圆的边缘。第二轴齿轮配置于基座的侧面上,且连接滚轮。驱动组件连接于第一轴齿轮与第二轴齿轮之间。当动力单元提供动力使第一轴齿轮与驱动组件转动时,第二轴齿轮转动以带动滚轮转动,使晶圆转动。
例如,中国专利文献CN112670203A提供了一种《伪晶圆清洗平台、半导体设备及半导体工艺方法》,包括一主体,该主体包括一旋转平台,旋转平台包括设置在其中心处的第一伪晶体吸附装置与设置与选装平台上表面且顶部高度距离小于第一伪晶体吸附装置的第二伪晶体吸附装置及一清洗喷嘴。清洗喷嘴的顶部与旋转平台的上表面距离小于第二伪晶体吸附装置与旋转平台上表面的距离。晶圆清洗平台可以对伪晶圆的背面进行清洗,提高产品良率与生产效率。
例如,中国专利文献CN110137114B提供了一种《晶圆旋转装置及晶圆抛光设备》,包括一主体,该主体包括一主动机构,主动机构包括主动内旋转部、主动外旋转部和主动电机,主动内旋转部的第一端设有能够抵接晶圆的抵接部,主动内旋转部的第二端中空并嵌入与其同轴的内磁体,主动外旋转部套设于主动内旋转部的第二端侧面,主动外旋转部与柱形磁铁相对应的位置设置有外磁体,主动电机能够带动主动外旋转部旋转,并在内磁体和外磁体的相互作用下,将动力传递给主动内旋转部,从而实现主动内旋转部带动晶圆旋转的效果。
可见,针对晶圆的加工过程,现有技术大部分采用机械式末端执行器夹持晶圆进行自旋,此种方式下,由于晶圆自身刚度极低,自旋过程极易产生塑性变形甚至破裂;另一方面,晶圆加工过程对精度、表面光洁度与粗糙度要求极高,机械式末端执行器与晶圆接触,两者间摩擦无法避免,摩擦力难以控制。摩擦导致的磨损、划伤及磨损产生的颗粒均会降低良品率甚至导致晶圆报废。
因此以下实施例给出一种半导体加工晶圆超声悬浮驱动装置,通过同心布置的纵振/弯振换能器,构筑晶圆自旋平台,通过发射纵向驻波和弯曲行波驱动晶圆悬停与旋转,实现装置对晶圆的非接触、无磨损操控;使形成的声浮晶圆自旋平台体积小、集成度高、制作成本低,可定制化使用,极易在晶圆制造、加工、运输各工序和环节中集成应用。
实施例一:
如图1-3所示,一种半导体加工晶圆超声悬浮驱动装置,包括:连接在振子模块顶部的弯振换能器和纵振换能器,弯振换能器和纵振换能器同圆心布置且两者处于同一高度平面。
弯振换能器和纵振换能器均位于振子模块的轴线上。
弯振换能器为圆盘型,与弯振换能器同心的纵振换能器为圆环型。
或
弯振换能器为圆环型,与弯振换能器同心的纵振换能器为圆盘型。
振子模块包括通过紧固件串联连接的端盖、压电陶瓷组和振子本体。
振子模块向位于顶部的弯振换能器或纵振换能器提供振子激励。
本实施例中,振子模块10可以为朗之万型振子,包括连接螺栓11、端盖12、压电陶瓷组13与振子本体14,端盖12、压电陶瓷组13与振子14为圆环型,通过螺栓11串联连接。
实际应用中,弯振换能器2与纵振换能器3位置关系可以调换,例如可以改为弯振换能器在外环,纵振换能器在内环,但两者仍然为同圆心布置。本实施例中,弯振换能器2为圆盘型,与圆环型纵振换能器3同心且上表面位于同一高度距离。
本实施例中,弯振换能器2与纵振换能器3布置与朗之万型振子的轴线上。
本实施例的半导体加工晶圆超声轴向悬停驱动原理见图2所示,弯振换能器2在电场与振子激励下产生轴向纵波,弯振换能器2表面与附近空气形成驻波声场,使晶圆4在声辐射力F作用下悬浮在弯振换能器2一定高度范围,通过控制声场实现晶圆4的非接触、无磨损高度控制。
本实施例的半导体加工晶圆超声轴向旋转驱动原理见图3所示,此时纵振换能器3在电场激励下产生周向行波,纵振换能器3表面与附近空气形成行波声场,使晶圆4在行波声辐射力F作用下绕Z轴(垂直轴)进行周向转动。
采用弯振换能器2与纵振换能器3同心布置,并通过弯振换能器2发射驻波产生驱动力来平衡晶圆的重力实现晶圆悬停,以及纵振换能器3发射行波产生驱动力矩实现晶圆旋转,基于弯振换能器2与纵振换能器3的协同驱动,实现晶圆悬浮与转向、转速和转角调整,解决了晶圆与执行器末端直接接触导致晶圆磨损、划伤、破裂等问题。
实施例二:
半导体加工装置,安装了实施例一中的晶圆超声悬浮驱动装置。
利用上述晶圆超声悬浮驱动装置形成的半导体加工装置体积小、集成度高、制作成本低,可定制化使用,极易在晶圆制造、加工、运输各工序和环节中集成应用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种半导体加工晶圆超声悬浮驱动装置,其特征在于:包括连接在振子模块顶部的弯振换能器和纵振换能器,弯振换能器和纵振换能器同圆心布置且两者处于同一高度平面;
弯振换能器在电场与振子激励下产生轴向纵波,纵振换能器在电场激励下产生周向行波;
或,纵振换能器在电场与振子激励下产生轴向纵波,弯振换能器在电场激励下产生周向行波;
产生轴向纵波的弯振换能器或纵振换能器,表面与附近空气形成驻波声场,使待加工晶圆在声辐射力作用下悬浮在弯振换能器上表面的设定高度范围内;
产生周向行波的纵振换能器或弯振换能器,表面与附近空气形成行波声场,使待加工晶圆在行波声辐射力作用下绕垂直轴周向转动。
2.如权利要求1所述的一种半导体加工晶圆超声悬浮驱动装置,其特征在于:所述弯振换能器和纵振换能器均位于振子模块的轴线上。
3.如权利要求1所述的一种半导体加工晶圆超声悬浮驱动装置,其特征在于:所述振子模块包括通过紧固件串联连接的端盖、压电陶瓷组和振子本体。
4.如权利要求1所述的一种半导体加工晶圆超声悬浮驱动装置,其特征在于:所述振子模块向位于顶部的弯振换能器或纵振换能器提供振子激励。
5.如权利要求1所述的一种半导体加工晶圆超声悬浮驱动装置,其特征在于:所述弯振换能器为圆盘型,与弯振换能器同心的纵振换能器为圆环型。
6.如权利要求1所述的一种半导体加工晶圆超声悬浮驱动装置,其特征在于:所述弯振换能器为圆环型,与弯振换能器同心的纵振换能器为圆盘型。
7.如权利要求1所述的一种半导体加工晶圆超声悬浮驱动装置,其特征在于:所述振子模块为朗之万型振子。
8.一种半导体加工装置,其特征在于:包括晶圆自旋平台,晶圆自旋平台连接了如权利要求1-7任一项所述的晶圆超声悬浮驱动装置。
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