CN115106315B - 一种刷片式晶圆清洗机刷头机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种刷片式晶圆清洗机刷头机构，包括刷头本体和带动刷头本体升降的摆臂机构，摆臂机构包括驱动组件、连杆组件和壳体，驱动组件与连杆组件沿壳体长度方向分布的一端相连并带动连杆组件垂直于壳体所形成的转动面枢转，连杆组件远离驱动组件的另一端与刷头本体相连；刷头本体包括与连杆组件相连的底座和由底座下表面伸出的毛刷，底座随连杆组件运动过程中毛刷的底面始终平行于晶圆所在的平面，毛刷的底面与晶圆形成间隙，毛刷底面与晶圆表面之间的距离于清洗过程中保持恒定。本发明解决了现有技术中摆臂带动刷头竖直升降以及转动升降所存在的占用较大工作空间以及对工作空间造成污染的问题。

Description

一种刷片式晶圆清洗机刷头机构

技术领域

本发明涉及晶圆清洗设备技术领域，尤其涉及一种刷片式晶圆清洗机刷头机构。

背景技术

晶圆在各个晶圆制程处理过程中，由于与各种有机物、粒子及金属杂质等污染物接触，导致污染物附着在晶圆上，因此需要对晶圆进行清洗。晶圆清洗是晶圆制造过程中的一个重要的工艺步骤，并需要在不破坏晶圆表面特性及电特性的前提下有效地使用化学溶液或气体清除残留在晶圆表面的杂质。为提高晶圆清洗效率，现有技术中的刷片式晶圆清洗机，通过晶圆清洗设备的药液喷头在晶圆表面喷洒药液，然后采用刷头对晶圆进行清洗。

刷片式晶圆清洗机通过摆臂控制刷头与晶圆之间的相对位置，即在放置待清洗晶圆或将清洗完成的晶圆取出时，摆臂控制刷头上升以达到远离晶圆的目的，然后再通过机械手进行晶圆执行取放片操作。现有技术中的刷片式晶圆清洗机通常通过两种方式控制摆臂的运动，其一为控制摆臂沿竖直方向上升和下降来实现连接在摆臂上的刷头远离或靠近晶圆的目的，其二为控制摆臂以一个点为轴转动来实现连接在摆臂上的刷头远离或靠近晶圆的目的。

刷头在对晶圆进行清洗时，摆臂的长度方向平行于晶圆所在的平面，因此直接控制摆臂沿竖直方向运动的方式需要升起较大高度才能让出足够机械手取放晶圆的空间，因此存在占用较大生产空间且耗时较长的缺陷；控制摆臂以一个点为轴转动的方式在摆臂带动刷头升起的过程中，刷头会相对于水平面发生姿态的倾斜，因此存在沾在刷头的液体朝向刷头的最低点汇集而发生滴落的情况，并对刷片式晶圆清洗机所形成的工作空间的洁净度造成影响。

有鉴于此，有必要对现有技术中刷片式晶圆清洗机所包含的刷头机构予以改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于揭示一种刷片式晶圆清洗机刷头机构，用以解决现有技术中摆臂带动刷头竖直升降以及转动升降所存在的占用较大工作空间以及对工作空间造成污染的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种刷片式晶圆清洗机刷头机构，包括：刷头本体和带动刷头本体升降的摆臂机构，所述摆臂机构包括驱动组件、连杆组件和壳体，所述驱动组件与连杆组件沿壳体长度方向分布的一端相连并带动所述连杆组件垂直于壳体所形成的转动面枢转，所述连杆组件远离驱动组件的另一端与刷头本体相连；

所述刷头本体包括与连杆组件相连的底座和由底座下表面伸出的毛刷，所述底座随连杆组件运动过程中所述毛刷的底面始终平行于晶圆所在的平面，所述毛刷的底面与晶圆形成间隙，所述毛刷底面与晶圆表面之间的距离于清洗过程中保持恒定。

作为本发明的进一步改进，所述连杆组件包括第一转动部、第二转动部以及连接于所述第一转动部和第二转动部之间的连杆，所述第一转动部包括第一转轴、第一转轮和第一凸轮，所述第一转轴一端与所述第一转轮同轴固定，另一端穿过壳体后与驱动组件转动连接，所述第一凸轮与所述第一转轮远离驱动组件一侧同轴固定，所述第一凸轮由第一转轮边缘伸出后与连杆一端相连；

所述第二转动部包括第二转轴、第二转轮和第二凸轮，所述第二转轴一端与所述第二转轮同轴固定，另一端穿过壳体后与所述底座固定连接，所述第二凸轮与所述第二转轮远离底座一侧同轴固定，所述第二凸轮由第二转轮边缘伸出后与连杆另一端相连，所述驱动组件带动第一转轴转动的过程中所述连杆始终平行于壳体的长度方向。

作为本发明的进一步改进，所述驱动组件包括驱动气缸、升降板以及驱动板，所述驱动板与第一转轴转动连接，所述驱动气缸的驱动端带动驱动板垂直于晶圆所在的平面位移，所述升降板固接于所述驱动气缸的固定端，所述驱动板与升降板之间滑移配合；

所述升降板开设导向孔，所述壳体连接与导向孔滑移配合的导向组件，所述导向孔由弧形孔和竖直孔构成，所述弧形孔的底端与竖直孔的顶端连通。

作为本发明的进一步改进，所述底座连接转动机构，所述转动机构包括驱动电机、主动轮和从动轮，所述主动轮与驱动电机的驱动端同轴固定，所述主动轮与从动轮之间绕接传动皮带，所述从动轮通过安装架带动毛刷旋转。

作为本发明的进一步改进，所述底座安装升降组件，所述升降组件包括驱动轴和升降气缸，所述升降气缸的驱动端垂直于晶圆所在的平面向下设置并与所述驱动轴的顶端固定，所述驱动轴沿轴向穿过所述从动轮和安装架后与毛刷相连，所述升降气缸带动驱动轴和毛刷垂直于晶圆所在的平面向下进行清洗作业；

所述安装架远离从动轮处平行于晶圆所在平面方向连接卡块，所述驱动轴形成限位段，所述限位段沿轴向穿过卡块，所述安装架通过卡块带动限位段转动，所述升降气缸带动限位段在卡块内轴向滑移；

所述驱动轴顶端通过联轴器与升降气缸相连，所述联轴器内置轴承，所述驱动轴顶端通过内置轴承与联轴器转动连接。

作为本发明的进一步改进，还包括：支撑组件，所述驱动轴沿轴向穿过支撑组件，所述支撑组件包括上限位座、下限位座和支撑弹簧，上限位座顶面与联轴器下表面相连，所述下限位座安装在从动轮上表面，所述支撑弹簧抵持于上限位座与下限位座之间。

作为本发明的进一步改进，所述底座和上限位座之间连接用于限制毛刷下降最低位置的限位组件。

作为本发明的进一步改进，所述升降板连接转动装置，所述转动装置带动毛刷由晶圆的圆心处朝向边缘处枢转。

作为本发明的进一步改进，所述转动装置包括转动电机、传动轴和连接块，所述传动轴垂直于晶圆所在平面，所述转动电机的驱动端与传动轴同轴固定，所述连接块与传动轴同轴固定并与所述升降板远离驱动板一侧固定。

作为本发明的进一步改进，所述毛刷外侧设置挡水圈。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

首先，通过由驱动组件、连杆组件和壳体构成的摆臂机构带动刷头本体升降，在升降的过程中由底座伸出的毛刷始终平行于晶圆所在的平面，因此在毛刷处于对晶圆的清洗状态和由晶圆表面抬起的状态下，毛刷始终处于垂直于水平面的状态，因此毛刷不易发生受到重力朝向一侧倾斜从而导致药剂朝向毛刷一侧汇集最终由毛刷的最低点滴落的情况，有效避免了工作空间发生污染的可能。并且连杆组件与驱动组件配合，使得壳体在升降位移的过程中同时进行枢转运动，即为在刷头本体运动到上止点摆臂机构处于接近垂直的状态，很好地让开了晶圆清洗位于晶圆上方的空间，以便机械手对晶圆进行拿取。由于毛刷在清洗晶圆时与晶圆之间不直接接触，因此晶圆与毛刷之间需要存在间隙且在整个清洗过程中毛刷与晶圆之间的相对位置恒定不变，以达到最好的清洁效果的同时保护晶圆表面不受到损伤。

然后，由第一转动部、第二转动部和连杆构成的连杆组件，以及由驱动气缸，升降板和驱动板构成的驱动组件，在驱动气缸带动升降板沿竖直方向滑移的过程中，连杆组件随之同步转动，导向组件沿导向孔移动从而限制壳体的运动轨迹能够在枢转的同时带动与连杆组件相连的刷头本体抬起，从而满足毛刷底面始终平行于晶圆所在平面的同时，向上抬起的过程中能够较大程度的让开晶圆清洗机的清洗工位上方空间，以便进行晶圆的取放。

最后，设置于底座内的转动机构和升降组件，当对晶圆进行清洗时，转动机构通过安装架带动晶圆旋转，配合转动装置由晶圆的圆心处一边转动一边运动至晶圆边缘处，同时晶圆本身也处于转动状态，从而达到对晶圆较好的清洗效果；而晶圆清洗时所喷洒的药液或气体由于温度、张力、粘稠度、浓度等参数影响，与晶圆之间产生清洗所需要的水膜或气膜的厚度不同，需要据此对毛刷与晶圆之间的距离通过升降组件进行调整，当驱动组件带动刷头本体运动至下止点后，根据气膜或水膜产生的要求通过升降组件调节毛刷底面的位置，以达到最好的清洗效果的同时对晶圆进行有效保护。

附图说明

图1为本发明用于体现刷头本体连接在摆臂机构并且处于摆臂机构抬起状态的立体图；

图2为本发明用于体现摆臂机构下降长度方向平行于晶圆所在平面的示意图；

图3为本发明用于体现摆臂机构各部分装配关系的爆炸示意图；

图4为图3沿F-F向剖面示意图；

图5为图4中A部放大图；

图6为用于体现毛刷本体整体结构的立体图；

图7为图6沿G-G向剖面示意图；

图8为图7中B部放大图；

图9为图7中C部放大图；

图10为本发明用于体现安装架与驱动轴以及毛刷之间装配关系的爆炸图。

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。

尤其需要说明的是，在下述的实施例中，术语“纵向”是指与地平线或水平面的垂直方向。术语“横向”是指与地平线或水平面的平行方向。

请参照图1至图10所揭示的一种刷片式晶圆清洗机刷头机构的一种具体实施方式，其相较于传统的晶圆清洗刷头机构而言，通过摆臂机构2带动刷头本体1，其中摆臂机构2在升降的过程中同步进行枢转，在有限的升降范围内能够让出最大的晶圆清洗机用于放置晶圆的工作台上方的空间，以便晶圆清洗机自带的机械手对晶圆进行取放；同时，摆臂机构2带动刷头本体1实现升降的过程中，虽然摆臂机构2同时进行枢转的动作，但是始终保持了刷头本体1所包含的用于清洗晶圆的毛刷12的底面始终平行于晶圆所在的平面，因此当摆臂机构2带动刷头本体1升起时，沾湿毛刷12的液体不会由于毛刷12发生倾斜而汇集到毛刷12较低一侧而发生滴落，有效避免了对工作空间造成污染的情况发生。

参照图1至图10所示，在本实施方式中，该刷片式晶圆清洗机刷头机构包括：刷头本体1和带动刷头本体1升降的摆臂机构2，摆臂机构2包括驱动组件21、连杆组件22和壳体23，驱动组件21与连杆组件22沿壳体23长度方向分布的一端相连并带动连杆组件22垂直于壳体23所形成的转动面枢转，连杆组件22远离驱动组件23的另一端与刷头本体1相连；刷头本体1包括与连杆组件22相连的底座11和由底座11下表面伸出的毛刷12，底座11随连杆组件22运动过程中毛刷12的底面始终平行于晶圆所在的平面，毛刷12的底面与晶圆形成间隙，毛刷12的底面与晶圆表面之间的距离于清洗过程中保持恒定。

在准备对晶圆进行清洗时，摆臂机构2带动刷头本体1下降，在摆臂机构2带动刷头本体1下降的过程中由底座11伸出的毛刷12的底面始终平行于晶圆所在的平面，当摆臂机构2带动毛刷12运动至其底面位于如图1所示下止点H处，本实施方式中毛刷12为PTFE（聚四氟乙烯）材质并且毛刷12的底面用于对晶圆进行清洗，在毛刷12清洗晶圆的过程中，毛刷12与晶圆之间始终存在距离恒定的间隙，以便毛刷12与晶圆之间形成用于清洗晶圆的气膜或水膜，避免晶圆直接与毛刷12接触而发生磨损。当清洗作业完成后，摆臂机构2带动刷头本体1上升，在上升过程中连接于壳体23内的连杆组件22在驱动组件21的带动下在上升的同时进行枢转运动，与连杆组件22另一端连接的刷头本体1在随连杆组件22移动的过程中，毛刷12的方向始终垂直于晶圆所在的平面，不发生偏移和倾斜，从而避免毛刷12由于在清洗作业中沾上液体后受到重力汇聚到毛刷12较低处造成滴落导致影响工作空间洁净度的情况发生，并且令晶圆清洗机位于放置晶圆的工作台上方空出位置以便机械手对晶圆进行取放。

如图2至图5所示，连杆组件22包括第一转动部221、第二转动部222以及连接于第一转动部221和第二转动部222之间的连杆223，第一转动部221包括第一转轴2211、第一转轮2212和第一凸轮2213，第一转轴2211一端与第一转轮2212沿如图3所示的L轴同轴固定，另一端穿过壳体23后与驱动组件21转动连接，第一凸轮2213与第一转轮2212远离驱动组件21一侧沿如图3所示的L轴同轴固定，第一凸轮2213由第一转轮2212边缘伸出后与连杆223一端相连；第二转动部222包括第二转轴2221、第二转轮2222和第二凸轮2223，第二转轴2221一端与第二转轮2222沿如图3所示的L’轴同轴固定，另一端穿过壳体23后与底座11固定连接，第二凸轮2223与第二转轮2222远离底座11一侧沿如图3所示的L’轴同轴固定，第二凸轮2223由第二转轮2222边缘伸出后与连杆223另一端相连，驱动组件21带动第一转轴2211转动的过程中连杆223始终平行于壳体23的长度方向。

如图2至图5所示，驱动组件21包括驱动气缸211、升降板213以及驱动板212，驱动板212与第一转轴2211转动连接，驱动气缸211的驱动端带动驱动板212垂直于晶圆所在的平面位移，升降板213固接于驱动气缸211的固定端，驱动板212与升降板213之间通过滑轨2134滑移配合；

升降板213开设导向孔2131，壳体23连接与导向孔2131滑移配合的导向组件231，导向孔2131由弧形孔2133和竖直孔2132构成，弧形孔2133的底端与竖直孔2132的顶端连通。

在需要对晶圆进行清洗时，通过晶圆清洗机所具有的机械手将晶圆放入晶圆清洗机的工作台上，晶圆平行于X/Y轴平面，在晶圆放置于工作台上的过程中，与驱动组件21相连的连杆组件22和壳体23处于如图1所示接近垂直于X/Y轴平面的状态，然后驱动组件21带动连杆组件22和壳体23运动，以使得刷头本体1的毛刷12逐渐靠近晶圆表面，毛刷12的底面用于对晶圆进行清洗，在毛刷12的下降过程中，毛刷12的底面始终平行于X/Y轴平面。

构成驱动组件21的驱动气缸211设置为无杆气缸，驱动气缸211的驱动端沿平行于Z轴的方向位移，升降板213的顶端和底端固定于驱动气缸211的顶端和底端的固定端，保证摆臂机构2整体运动过程中的稳定性。升降板213靠近驱动气缸211处沿Z轴方向连接导轨2134，驱动板212与驱动气缸211的驱动端连接后通过导轨2134与升降板213滑移配合。壳体23包括安装板232和盖板233，安装板232位于长度方向两端形成第一容纳腔2321和第二容纳腔2322，第一转动部221和第二转动部222分别安装于第一容纳腔2321和第二容纳腔2322中，盖板233扣合在安装板232上，将设置于第一容纳腔2321和第二容纳腔2322中的第一转动部221和第二转动部222保护起来。

连杆223沿安装板232长度方向设置，两端分别伸入第一容纳腔2321和第二容纳腔2322后与第一转动部221和第二转动部222相连。第一转轴2211穿过安装板232一端与驱动板212转动连接，驱动板212随驱动气缸211的驱动端升起的过程中，驱动板212拉动第一转轴2211转动的同时带动安装板232开设低于容纳腔2321一端抬起，第一转轴2211带动与其同轴固定的第一转轮2212和第一凸轮2213转动，第一凸轮2213通过连杆223拉动第二凸轮2223同步转动，在转动的过程中第一凸轮2213与第二凸轮2223的方向始终相互平行，从而保证连杆223的长度方向始终平行于安装板232的长度方向。

在驱动板212随驱动气缸211上升的过程中，连接于壳体23的导向组件231沿开设于升降板213的导向孔2131运动，如图2所示，导向组件231的导向板2311连接于安装板232形成第一容纳腔2321的下方。在升降板213位于导轨2134的底端时，构成导向组件231的导向轮2312位于导向孔2131的底端，在驱动板212随驱动气缸211升起的过程中，导向轮2312由构成导向孔2131的竖直孔2132底端滑移至构成导向孔2131的弧形孔2133内如图2所示位置，此时壳体23由长度方向接近竖直的状态运动至长度方向平行于X/Y轴平面，整个过程中与第二转轴2221相连的刷头本体1随之一同下降至正对晶圆的圆心处，通过连杆223、第一转动部221和第二转动部222与驱动板212之间的配合以及导向组件231的相互配合，保证毛刷12在整个下降过程中始终平行于X/Y轴平面，从而保证在驱动板212位于导轨2134底端状态下毛刷12同样处于平行于X/Y轴平面，从而避免沾湿的毛刷12所存留的液体在重力作用下向下垂的一侧汇集，并导致毛刷12较低的一侧的最低点出现液体滴落，从而避免了滴落的液体污染刷片式晶圆清洗机的工作空间，且驱动板212位于导轨2134底端的状态下，能够最大程度地让开晶圆上方空间，以便对晶圆进行取放作业。

参图2和图4所示，升降板213连接转动装置3，转动装置3带动毛刷12由晶圆的圆心处朝向边缘处枢转。转动装置3包括转动电机31、传动轴32和连接块33，传动轴32垂直于晶圆所在平面，转动电机31的驱动端与传动轴32同轴固定，连接块33与传动轴32同轴固定并与升降板213远离驱动板212一侧固定。当驱动板212运动至导轨2134顶端时，启动转动电机31，与转动电机31的转子同轴固定的传动轴32随之同步转动，传动轴32沿Z轴方向设置，在传动轴32转动的过程中与之同轴固定的连接块33同步转动，带动与连接块33相连的升降板213进行转动。初始状态下毛刷12正对晶圆的圆心，转动电机31带动传动轴32运动的过程中，连接块33通过带动升降板213从而带动摆臂机构2整体进行转动，令毛刷12由晶圆的圆心处运动至晶圆的边缘处，此时晶圆清洗机带动晶圆同步进行转动，配合毛刷12对晶圆整个表面清洗到位。

参图6至图10所示，底座11连接转动机构13，转动机构13包括驱动电机131、主动轮132和从动轮133，主动轮132与驱动电机131的驱动端同轴固定，主动轮132与从动轮133之间绕接传动皮带134，从动轮133通过安装架14带动毛刷12旋转。底座11安装升降组件15，升降组件15包括驱动轴151和升降气缸152，升降气缸152的驱动端垂直于晶圆所在的平面向下设置并与驱动轴151的顶端固定，驱动轴151沿轴向穿过从动轮133和安装架14后与毛刷12相连，升降气缸152带动驱动轴151和毛刷12垂直于晶圆所在的平面向下进行清洗作业；安装架14远离从动轮133处平行于晶圆所在平面方向连接卡块147，驱动轴151形成限位段1511，限位段1511沿轴向穿过卡块147，安装架14通过卡块147带动限位段1511转动，升降气缸152带动限位段1511在卡块147内轴向滑移；驱动轴151顶端通过联轴器1521与升降气缸152相连，联轴器1521安装内置轴承1522，驱动轴151顶端通过内置轴承1522与联轴器1521转动连接。

刷头本体1通过底座11与第二转轴2221相连（参见图1），底座11形成容纳管道111，毛刷12由容纳管道111中伸出且构成安装架14的部分组件位于容纳管道111内且与容纳管道111之间转动配合。安装架14包括沿如图7和10所示R轴依次装配的第一衬套141、安装块143、第二衬套144、第一套筒145以及第二套筒146，其中第二套筒146同轴固定于第一套筒145内壁，第二套筒146中心处开设方形卡孔1461，卡块147嵌于方形卡孔1461内并固定配合，卡块147开设与限位段1511适配的腰型孔1471，限位段1511穿过腰型孔1471并滑移配合，其中，限位段1511的长度大于腰型孔1471的孔深。在本实施方式中，从动轮133的中心处镂空，第一衬套141由从动轮133中心镂空处穿过且外壁与从动轮133内壁固定，第一衬套141底端由从动轮133穿出处固定连接转轮142，转轮142与容纳管道111之间连接第一轴承113。转轮142远离第一衬套141一端与安装块143固定，安装块143周向分布三个，安装块143远离转轮142一端与第二衬套144固定，第二衬套144与容纳通道111之间连接第二轴承112，第二衬套144远离安装块143一端固定连接第一套筒145。

参图7至图9所示，底座11连接限位组件17，限位组件17包括挡块171、导向板172、导向块174以及固定件175，其中挡块171安装在主动轮132和从动轮133之间，导向板172的底端位于挡块171和从动轮133之间，顶端垂直向上并与固定件175相连，升降气缸152固定于固定件175的上表面且升降气缸152的活塞杆穿过固定件175后与驱动轴151的顶端通过内置轴承1522的联轴器1521相连，驱动轴151底端沿R轴向下延伸至依次穿过第一衬套141、转轮142、安装块143、第二衬套144、第一套筒145以及第二套筒146且相互之间不发生接触，形成于驱动轴151的限位段1511穿过与卡块147所开设的腰型孔1471。在对晶圆进行清洗时，启动驱动电机131，驱动电机131带动主动轮132转动并通过传动皮带134带动从动轮133转动，固定于从动轮133中心镂空处的第一衬套141随之转动，通过转轮142、安装块143、第二衬套144、第一套筒145、第二套筒146的传动，带动嵌于方形卡孔1461内的卡块147同步转动，插入腰型孔1471内的限位部1511随卡块147转动，带动驱动轴151整体转动以带动毛刷12沿R轴转动，由于驱动轴151顶端通过具有轴承1522的联轴器1521与升降气缸152相连，因此能够进行流畅的转动过程，第二轴承112和第一轴承113同时保证安装架14整体转动的稳定性。

由于毛刷12在对晶圆进行清洗时毛刷12的底面与晶圆之间需要存在一定的距离，以便用于清洗的气体或液体在晶圆和毛刷12的底面之间形成气膜或水膜，以避免晶圆直接接触毛刷12导致划伤。由于用于清洗晶圆的气体或液体的密度、温度、表面张力以及粘稠度等参数不同，因此产生清洗所需要的气膜或水膜的厚度不同，需要根据气膜或水膜的厚度对毛刷12与晶圆之间的距离进行调节，本实施方式中通过升降气缸152带动驱动轴151升降实现对毛刷12与晶圆之间的相对距离进行调节。如图10所示，驱动轴151远离升降气缸152形成连接段1512，连接段1512由容纳通道111伸出后穿过转动座124并固定连接毛刷座123，连接段1512沿X/Y轴平面剖切的横截面为正方形且四角处形成倒角，连接段1512的设置使得与毛刷座123之间的连接更为稳定。毛刷12固接于毛刷座123，毛刷座123与转动座124固定连接，毛刷座123围绕侧壁环绕固定挡水圈121，挡水圈121的内径大于毛刷12的最大直径，刷头本体1整体装配到位时，毛刷12的底面由挡水圈121伸出。本实施方式中毛刷12为PTFE（聚四氟乙烯）材质，具有泡水即软的特质，进一步避免对晶圆表面造成伤害，在毛刷12对晶圆进行清洗时挡水圈121的设置在不影响清洗的同时对飞溅的水滴进行遮挡，具有良好的防飞溅效果，保持工作区域的洁净度。

在对毛刷12与晶圆之间的相对位置进行调节时，升降气缸152带动驱动轴151在容纳通道111内沿R轴方向移动，由于驱动轴151与安装架14之间除了卡块147以外的各处均不接触，因此驱动轴151能够在容纳通道111内流畅位移，且由于限位段1511和开设于卡块147的腰型孔1471所具有的形状特点，限位段1511能够在腰型孔1471中滑移至卡块147的顶面和底面，以使得卡块147的顶面和底面分别与限位段1511的顶端和底端接触，为驱动轴151在容纳通道111中所能达到的位移范围，并且在从动轮133转动的过程中卡块147带动驱动轴151一同运动，从而使毛刷12在由晶圆的圆心处运动至边缘的过程中转动清洗，提高清洁效果。整个刷头本体1的结构紧凑，在使得毛刷12实现转动清洗效果的同时，根据不同的清洗介质（液体、气体）所能产生的气膜、水膜厚度的不同，调节毛刷12与晶圆之间的距离，以避免距离过近破坏水膜或气膜而影响清洗效果，同时避免距离过远不能与水膜或气膜接触难于达到清洁效果，并且刷头本体1在清洗晶圆的过程中毛刷12底面与晶圆表面之间的距离恒定，清洗过程更为稳定，进一步避免由于毛刷12与晶圆之间距离忽远忽近导致破坏水膜或气膜情况的发生，以达到最好的清洗效果。

参图8至图10所示，固定件175与从动轮133之间设置支撑组件16，驱动轴151沿轴向穿过支撑组件16，支撑组件16包括上限位座161、下限位座162和支撑弹簧163，上限位座161顶面与联轴器1521下表面相连，下限位座162安装在从动轮133上表面，支撑弹簧163抵持于上限位座161与下限位座162之间。本实施方式中导向块174固定在上限位座161的上表面，联轴器1521的底端嵌于导向块174内，导向板172开设滑移孔173，导向块174插入滑移孔173内，升降气缸152的活塞杆带动驱动轴151升降的过程中导向块174沿滑移孔173高度方向滑移，导向块174与滑移孔173相互配合保证驱动轴151升降过程的稳定性，挡块171和滑移孔173顶端用于限制导向块174的滑移范围。当支撑环163处于原长状态下，升降气缸152的活塞杆处于未伸出状态，当升降气缸152的活塞杆伸出后，联轴器1521、导向块174以及上限位座161一同下移，支撑弹簧163压缩，进一步提高驱动轴151以及毛刷12升降稳定性。

参图9所示，驱动轴151由第二衬套144穿过处形成防尘段153，防尘段153的直径小于驱动轴151主体的直径，防尘段153外侧环绕风琴罩148，风琴罩148的底端插入第二套筒146顶端，防尘段153与驱动轴151主体连接处固接密封环149，风琴罩148顶端抵持密封环149。在驱动轴151带动毛刷12升降的过程中，风琴罩148随之产生伸缩形变，配合密封环149的设置有效避免晶圆清洗过程中液体或气体进入第二套筒146内从而导致限位段1511与卡块147之间配合失效，影响刷头本体1整体的正常工作。底座11上方扣合保护罩18，保护罩18与底座11固定连接，其能够对连接在底座11内部的所有机构进行有效保护，避免清洗过程中飞溅的液体影响刷头本体1的正常工作。

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 (10)

1.一种刷片式晶圆清洗机刷头机构，其特征在于，包括：刷头本体和带动刷头本体升降的摆臂机构，所述摆臂机构包括驱动组件、连杆组件和壳体，所述驱动组件与连杆组件沿壳体长度方向分布的一端相连并带动所述连杆组件垂直于壳体所形成的转动面枢转，所述连杆组件远离驱动组件的另一端与刷头本体相连；

所述刷头本体包括与连杆组件相连的底座和由底座下表面伸出的毛刷，所述底座随连杆组件运动过程中所述毛刷的底面始终平行于晶圆所在的平面，所述毛刷的底面与晶圆形成间隙，所述毛刷底面与晶圆表面之间的距离于清洗过程中保持恒定；

所述底座连接转动机构，所述转动机构通过安装架带动毛刷旋转，所述底座安装升降组件，所述升降组件包括驱动轴和升降气缸，所述安装架远离转动机构处平行于晶圆所在平面方向连接一卡块，所述驱动轴形成限位段，所述限位段沿轴向穿过卡块，所述安装架通过卡块带动限位段转动，所述升降气缸带动限位段在卡块内轴向滑移。

2.根据权利要求1所述的刷片式晶圆清洗机刷头机构，其特征在于，所述连杆组件包括第一转动部、第二转动部以及连接于所述第一转动部和第二转动部之间的连杆，所述第一转动部包括第一转轴、第一转轮和第一凸轮，所述第一转轴一端与所述第一转轮同轴固定，另一端穿过壳体后与驱动组件转动连接，所述第一凸轮与所述第一转轮远离驱动组件一侧同轴固定，所述第一凸轮由第一转轮边缘伸出后与连杆一端相连；

所述第二转动部包括第二转轴、第二转轮和第二凸轮，所述第二转轴一端与所述第二转轮同轴固定，另一端穿过壳体后与所述底座固定连接，所述第二凸轮与所述第二转轮远离底座一侧同轴固定，所述第二凸轮由第二转轮边缘伸出后与连杆另一端相连，所述驱动组件带动第一转轴转动的过程中所述连杆始终平行于壳体的长度方向。

3.根据权利要求2所述的刷片式晶圆清洗机刷头机构，其特征在于，所述驱动组件包括驱动气缸、升降板以及驱动板，所述驱动板与第一转轴转动连接，所述驱动气缸的驱动端带动驱动板垂直于晶圆所在的平面位移，所述升降板固接于所述驱动气缸的固定端，所述驱动板与升降板之间滑移配合；

所述升降板开设导向孔，所述壳体连接与导向孔滑移配合的导向组件，所述导向孔由弧形孔和竖直孔构成，所述弧形孔的底端与竖直孔的顶端连通。

4.根据权利要求1所述的刷片式晶圆清洗机刷头机构，其特征在于，所述转动机构包括驱动电机、主动轮和从动轮，所述主动轮与驱动电机的驱动端同轴固定，所述主动轮与从动轮之间绕接传动皮带，所述从动轮通过安装架带动毛刷旋转。

5.根据权利要求4所述的刷片式晶圆清洗机刷头机构，其特征在于，所述升降气缸的驱动端垂直于晶圆所在的平面向下设置并与所述驱动轴的顶端固定，所述驱动轴沿轴向穿过所述从动轮和安装架后与毛刷相连，所述升降气缸带动驱动轴和毛刷垂直于晶圆所在的平面向下进行清洗作业；

所述驱动轴顶端通过联轴器与升降气缸相连，所述联轴器内置轴承，所述驱动轴顶端通过内置轴承与联轴器转动连接。

6.根据权利要求5所述的刷片式晶圆清洗机刷头机构，其特征在于，还包括：支撑组件，所述驱动轴沿轴向穿过支撑组件，所述支撑组件包括上限位座、下限位座和支撑弹簧，所述上支撑座顶面与联轴器下表面相连，所述下限位座安装在从动轮上表面，所述支撑弹簧抵持于上限位座与下限位座之间。

7.根据权利要求6所述的刷片式晶圆清洗机刷头机构，其特征在于，所述底座和上限位座之间连接用于限制毛刷下降最低位置的限位组件。

8.根据权利要求3所述的刷片式晶圆清洗机刷头机构，其特征在于，所述升降板连接转动装置，所述转动装置带动毛刷由晶圆的圆心处朝向边缘处枢转。

9.根据权利要求8所述的刷片式晶圆清洗机刷头机构，其特征在于，所述转动装置包括转动电机、传动轴和连接块，所述传动轴垂直于晶圆所在平面，所述转动电机的驱动端与传动轴同轴固定，所述连接块与传动轴同轴固定并与所述升降板远离驱动板一侧固定。

10.根据权利要求5所述的刷片式晶圆清洗机刷头机构，其特征在于，所述毛刷外侧设置挡水圈。

Images