CN115863227A - 一种晶圆精洗工装及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶圆精洗工装及其使用方法，包括转运工位、移载工位、清洗工位、甩干工位，转运工位将进料工位上叠层放置的晶圆逐片转运至待转工位上；移载工位将待转工位上的晶圆转运至清洗工位上；清洗工位包括夹紧组件、上刷洗组件、下刷洗组件，夹紧组件由多组夹紧件组成，并使多组夹紧件对晶圆的外沿进行夹持，同时夹紧件带动晶圆以圆心为转轴做旋转运动，上刷洗组件、下刷洗组件同步对晶圆所在的上下两个表面进行刷洗作业；甩干工位用于对完成清洗的晶圆进行甩干作业。通过本装置采用的清洗工位能够实现双面对晶圆所在的上下表面同时刷洗，减少了传统工序单面刷洗的繁琐性，清洗效率更高。

Description

一种晶圆精洗工装及其使用方法

技术领域

本发明属于晶圆清洗设备技术领域，具体涉及一种晶圆精洗工装及其使用方法。

背景技术

晶圆加工作为目前半导体行业中常用到的加工原材料，一般采用硅晶棒在经过研磨，抛光，切片后，形成硅晶圆片，这种直接切割成型的晶圆并不能直接进行蚀刻，需要对晶圆表面进行刷洗，以保证晶圆表面的光洁度。

在中国专利申请号为申请号202222782942 .2中公开了一种基板双面清洗系统，该系统装置中，首先采用单面清洗基板的方式，随后再经过翻转机构将基板翻转后，进行另一面的清洗，但是这种结构在实际使用过程中，由于晶圆基板本身材质较脆，在来回翻转的过程中，会容易造成晶圆的磕碰损坏，同时两次程序的清洗也会影响具体的清洗效率。

另外在中国专利CN103008301B中公开了一种晶圆片双面刷洗机，在该装置中刷洗支座、两个可从内部喷液的毛刷、两根同步转动的刷洗轴组件和驱动刷洗轴组件旋转的驱动组件，虽然能够同时实现对晶圆两个表面的清洗，但是采用的毛刷为辊筒状结构，直接与晶圆的表面接触，并且这种毛刷反复来回在晶圆表面刷洗，会将附着在毛刷上的杂质二次附着在晶圆表面，特别是对清洗的清洁度要求更高的产品难以满足清洗需要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供晶圆精洗工装及其使用方法，解决了现有技术中存在的上述技术问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种晶圆精洗工装，包括转运工位、移载工位、清洗工位、甩干工位，所述转运工位将进料工位上叠层放置的晶圆逐片转运至待转工位上；

所述移载工位将待转工位上的晶圆转运至清洗工位上；

所述清洗工位包括夹紧组件、上刷洗组件、下刷洗组件，所述夹紧组件由多组夹紧件组成，并使多组夹紧件对晶圆的外沿进行夹持，同时夹紧件带动晶圆以圆心为转轴做旋转运动，所述上刷洗组件、下刷洗组件同步对晶圆所在的上下两个表面进行刷洗作业；

所述上刷洗组件位于晶圆所在的上部位置，上刷洗件通过摆杆连接有驱动件，通过驱动件实现摆杆带动端部的第一刷头在晶圆上表面以中心的圆心为起点向外径方向移动；

所述下刷洗组件位于晶圆所在的下部位置，下刷洗组件通过支杆连接在驱动件上，通过驱动件实现支杆的偏转移动，使得端部的第二刷头在晶圆下表面以中心的圆心为起点向外径方向移动；

所述甩干工位用于对完成清洗的晶圆进行甩干作业。

进一步的，所述转运工位包括底部的旋转座以及上部的夹持件，所述旋转座驱动夹持件实现旋转运动，从而将夹持件夹持的晶圆转运至待转工位上；

同时所述夹持件设置有上下平行的两组支臂，且上下层的支臂之间预留有大于一个晶圆厚度的间隙，位于下层的支臂用于承载并转运待清洗的晶圆，位于上层的支臂用于承载并转运清洗完成的晶圆。

进一步的，所述移载工位包括移动座以及抓取盘，所述抓取盘所在的顶部通过抓紧件分为左右两个部分，所述抓取盘所在的下方设置有若干组定位柱，多组定位柱对晶圆所在的外沿形成夹持；

所述定位柱所在的下端部设置有凸起部，通过抓取盘对晶圆的夹取，实现晶圆承载于多组定位柱下方的凸起部所形成的上边沿面上。

进一步的，位于所述清洗工位上设置有两组喷淋组件，两组喷淋组件分别对位于晶圆上表面的第一刷头和晶圆下表面的第二刷头进行喷淋冲洗。

进一步的，所述上刷洗组件与下刷洗组件侧边采用的驱动件为共用，通过共用的驱动件同时带动上刷洗组件与下刷洗组件的同步向一个方向移动；

同时上刷洗组件的第一刷头与下刷洗组件的第二刷头位于非同一正投影面上。

进一步的，以晶圆圆心所在的正截面，所述上刷洗组件的第一刷头位于下刷洗组件的第二刷头向外侧偏移。

进一步的，所述夹紧件所在的上端部设置为两层相互叠层的偏转盘，且两层偏转盘之间预留间隙用于对晶圆的夹持，同时位于夹紧件所在的底部设置有偏转电机以及旋转电机，所述偏转电机带动夹紧件整体向晶圆所在的中心位置偏转，使得偏转盘之间的间隙对晶圆的边沿位置夹紧；

所述旋转电机带动偏转盘的整体旋转，同时带动与偏转盘边沿贴合的晶圆同步旋转。

进一步的，所述偏转盘位于上层位置的直径小于位于下层的偏转盘直径，使夹紧件张开时，位于下层的偏转盘对晶圆下层边沿进行承载，随后在夹紧件的偏转下向中心位置收紧，使得上层的偏转盘对晶圆上层边沿进行覆盖，以实现晶圆的边沿外侧位于上下两层的偏转盘之间间隙位置；

且所述夹紧件设置多组，且每组均独立控制。

进一步的，所述进料工位与出料工位采用相同的结构，并且进料工位与出料工位位于同一侧位置。

所述的晶圆精洗工装的使用方法，包括以下步骤：

S100、首先待清洗的晶圆放置在进料工位上，采用转运工位进行逐个取料作业，随后通过转运工位将该晶圆转运至待转工位上；

S200、控制移载工位移动至待转工位所在的上方位置，随后移载工位上的抓取盘对待转工位上的晶圆进行外沿夹取，最后通过底部的移动座整体转运至清洗工位上；

S300、晶圆落入到清洗工位上，随后通过在夹紧组件对晶圆所在的边沿位置进行夹紧，同时上刷洗组件、下刷洗组件同步移动至晶圆所在的上表面以及下表面；

S400、随后控制第一刷头以及第二刷头与晶圆的表面接触，采用喷淋组件同步对刷头位置进行喷淋药液/清水，同时夹紧组件控制晶圆以圆心为中心做旋转运动，直至第一刷头以及第二刷头对晶圆所在的上下两个表面清洗完成；

S500、将清洗完成的晶圆通过移载工位转运至甩干工位上，通过甩干工位对晶圆进行甩干作业；

S600、将甩干的晶圆通过移载工位转运至转运工位上层的支臂上，随后再通过出料工位收集晶圆后转出。

本发明的有益效果：

1、本装置采用的清洗工位能够实现双面对晶圆所在的上下表面同时刷洗，减少了传统工序单面刷洗的繁琐性，清洗效率更高，同时上下两个刷头采用一个驱动件，可以在降低成本的同时提高了空间利用率。

2、本装置采用的移载工位以及清洗工位的夹紧组件均是从侧边位置对晶圆进行夹持转运或旋转，规避了与晶圆表面的直接接触，可以避免晶圆刷洗过程中因为其他的固定件对晶圆表面的直接接触造成的水渍残留。

3、本装置采用的转运工位设置有上下双层的夹持件结构设置，分别用于清洗前的晶圆转运以及清洗后的晶圆转运，避免了交叉转运引起的晶圆表面二次污染。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明实施例的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的俯视结构示意图；

图3是本发明实施例的进料工位（出料工位）结构示意图；

图4是本发明实施例的转运工位整体结构示意图；

图5是本发明实施例的移载工位整体结构示意图；

图6是本发明实施例的抓取盘部分结构结构示意图；

图7是本发明实施例的清洗工位整体结构示意图；

图8是本发明实施例的清洗工位正截面结构示意图；

图9是本发明实施例的清洗工位侧截面结构示意图；

图10是本发明实施例的上刷洗组件与下刷洗组件组合状态结构示意图；

图11是本发明实施例的夹紧组件结构示意图；

图12是本发明实施例的甩干工位结构示意图。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2所示，本发明实施例提供一种晶圆精洗工装，包括转运工位1、移载工位2、清洗工位3、甩干工位4以及待转运工位5，转运工位1将进料工位101上叠层放置的晶圆逐片转运至待转工位5上（此时的晶圆逐片且叠层放置在进料工位101上）；如图3所示，进料工位101与出料工位102采用相同的结构，并且进料工位101与出料工位102位于同一侧位置，转运工位1包括底部的旋转座11以及上部的夹持件12，旋转座11驱动夹持件12实现360度旋转运动，从而将夹持件12夹持的晶圆通过旋转转动被转运至待转工位5上。

如图4所示，夹持件12设置有上下平行的两组支臂121，且上下层的支臂121之间预留有大于一个晶圆厚度的间隙，位于下层的支臂121用于承载并转运待清洗的晶圆，即使用时将上下两组支臂121的间隙插入到进料工位101的晶圆上，使得该晶圆被下层的支臂121承载随后转运至待转工位5上；位于上层的支臂121用于承载并转运清洗完成的晶圆，即使用时将清洗完成的晶圆放置在上层的支臂121承载随后转运至出料工位102上，这种设计避免待清洗的晶圆残留的杂质落入在支臂121上，造成清洗后的晶圆二次污染，因此两组支臂121分别用不同时期晶圆的清洗，避免了对晶圆的二次污染产生。

如图5、图6所示，移载工位2将待转工位5上的晶圆转运至清洗工位3上，移载工位2包括移动座21以及抓取盘22，抓取盘22所在的顶部通过抓紧件23分为左右两个部分（抓紧件23下降时抓取盘22张开，当抓取盘22接触到晶圆后，向中心位置抓紧），抓取盘22所在的下方设置有若干组定位柱221，多组定位柱221对晶圆所在的外沿形成夹持。

此时定位柱221所在的下端部设置有凸起部201（即此时的凸起部201的外径大于定位柱221上部的外径，当凸起部201位于晶圆外沿所在的下端面时，凸起部201所在的定位柱221外壁从多个面对晶圆所在的外沿形成挤压，以便达到对晶圆整体的夹持）。

如图7-9所示，清洗工位3包括夹紧组件31、上刷洗组件32、下刷洗组件33以及喷淋组件34，夹紧组件31由多组夹紧件311组成（此时多组的夹紧件311所在的中心预留有用于对晶圆的承载空间位置）。且夹紧件311设置多组，且每组均独立控制，避免因为其中一组夹紧件311出现问题后会造成晶圆的偏转出现故障，位于夹紧件311所在的底部设置有偏转电机3112以及旋转电机3113，夹紧件311所在的上端部设置为两层相互叠层的偏转盘3111，且两层偏转盘3111之间预留间隙用于对晶圆的夹持，偏转盘3111位于上层位置的直径小于位于下层的偏转盘3111直径，使夹紧件311张开时，位于下层的偏转盘3111首先对晶圆下层边沿进行承载（不至于刚开始转运过来的晶圆从夹紧件311所围成的中部完全掉落，即在晶圆底部形成局部的支撑作用），随后在夹紧件311的偏转下向中心位置收紧（即偏转电机3112带动夹紧件311整体向晶圆所在的中心位置偏转），使得上层的偏转盘3111对晶圆上层边沿进行覆盖，以实现晶圆的边沿外侧位于上下两层的偏转盘3111之间间隙位置，这种固定方式能实现在进行晶圆有效固定的同时，避免传统的吸盘座固定方式在晶圆表面形成水渍残留的现象，整个固定方式仅两组偏转盘3111所在的侧边对晶圆进行夹紧，不会影响晶圆所在上下表面的光洁度。

如图11所示，旋转电机3113的设置带动偏转盘3111的整体旋转，同时带动与偏转盘3111边沿贴合的晶圆同步旋转（即晶圆旋转时采用偏转盘3111与晶圆之间的摩擦力实现晶圆的旋转）。上刷洗组件32位于晶圆所在的上部位置，上刷洗件32通过摆杆321连接有驱动件，通过驱动件实现摆杆321带动端部的第一刷头322在晶圆上表面以中心的圆心为起点向外径方向移动；下刷洗组件33位于晶圆所在的下部位置，下刷洗组件33通过支杆331连接在驱动件上，通过驱动件实现支杆331的偏转移动，使得端部的第二刷头332在晶圆下表面以中心的圆心为起点向外径方向移动；同时使上刷洗组件32、下刷洗组件33同步对晶圆所在的上下两个表面进行刷洗作业，此时上刷洗组件32、下刷洗组件33共同完成对晶圆上下表面的刷洗作业；为了提高清洗效率，位于清洗工位3上设置有两组喷淋组件34，两组喷淋组件34分别对位于晶圆上表面的第一刷头322和晶圆下表面的第二刷头332进行喷淋冲洗，这种喷淋组件34可添加药剂和清水，可同时添加。

上刷洗组件32与下刷洗组件33侧边采用的驱动件为共用，通过共用的驱动件同时带动上刷洗组件32与下刷洗组件33的同步向一个方向移动；这种设置减少了运动组件的设置，降低成本投入的同时，还能够节省清洗工位3所在的空间布局。

如图10所示，同时上刷洗组件32的第一刷头322与下刷洗组件33的第二刷头332位于非同一正投影面上，因此当第一刷头322（或第二刷头332）从晶圆的中心位置沿着半径方向向外移动，直至第一刷头322和第二刷头332整体脱离晶圆表面接触即完成清洗作业，一般而言，以晶圆圆心所在的正截面作为参照面，上刷洗组件32的第一刷头322位于下刷洗组件33的第二刷头332向外侧偏移，因此，当第一刷头322脱离晶圆上表面时，位于下表面的第二刷头332依然贴合在晶圆下表面，此时第一刷头322以及第二刷头332继续向外径方向移动，直至整体脱离与晶圆的接触，在该过程中，第一刷头322为了避免与第二刷头332的直接接触，首先被位于中部的储液盒进行收集。

由于第一刷头322（或第二刷头332）均是从晶圆的中心位置向外拖动刷洗，可以减少传统刷头反复在晶圆表面的摩擦影响清洗效率，并且喷淋组件34会对刷头位置实时喷淋，这种喷淋方式可以将刷头表面的杂质冲洗干净，冲洗落入在晶圆表面的杂质会随着晶圆表面离心力被甩出，也能保持晶圆表面的光洁度。

如图12所示，甩干工位4用于对完成清洗的晶圆进行甩干作业。

晶圆精洗工装的使用方法，包括以下步骤：

S100、首先待清洗的晶圆放置在进料工位101上，采用转运工位1进行逐个逐片的取料作业，随后通过转运工位1将该晶圆转运至待转工位5上承载。

S200、控制移载工位2移动至待转工位5所在的上方位置，随后移载工位2上的抓取盘22对待转工位5上的晶圆进行外沿夹取（即该抓取盘22不会对晶圆所在的上下表面直接接触），最后通过底部的移动座21将抓取的晶圆整体转运至清洗工位3上。

S300、晶圆落入到清洗工位3上，随后通过在夹紧组件31对晶圆所在的边沿位置进行夹紧（即首先使晶圆固定），同时上刷洗组件32、下刷洗组件33同步移动至晶圆所在的上表面以及下表面相应位置。

S400、随后控制第一刷头322以及第二刷头332与晶圆的上下表面接触，夹紧组件31控制晶圆以圆心为中心做旋转运动（此时的第一刷头322以及第二刷头332逐步沿晶圆所在的半径方向向外移动），同时采用喷淋组件34同步对所在刷头位置进行喷淋药液/清水，直至第一刷头322以及第二刷头332对晶圆所在的上下两个表面清洗完成。

S500、将清洗完成的晶圆通过移载工位2转运至甩干工位4上，通过甩干工位4对晶圆进行甩干作业（在甩干的同时，会采用清水二次冲洗）。

S600、将甩干的晶圆通过移载工位2转运至转运工位1上层的支臂121上，随后再通过出料工位102收集晶圆后转出。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种晶圆精洗工装，包括转运工位（1）、移载工位（2）、清洗工位（3）、甩干工位（4），其特征在于，所述转运工位（1）将进料工位（101）上叠层放置的晶圆逐片转运至待转工位（5）上；

所述移载工位（2）将待转工位（5）上的晶圆转运至清洗工位（3）上；

所述清洗工位（3）包括夹紧组件（31）、上刷洗组件（32）、下刷洗组件（33），所述夹紧组件（31）由多组夹紧件（311）组成，并使多组夹紧件（311）对晶圆的外沿进行夹持，同时夹紧件（311）带动晶圆以圆心为转轴做旋转运动，所述上刷洗组件（32）、下刷洗组件（33）同步对晶圆所在的上下两个表面进行刷洗作业；

所述上刷洗组件（32）位于晶圆所在的上部位置，上刷洗件（32）通过摆杆（321）连接有驱动件，通过驱动件实现摆杆（321）带动端部的第一刷头（322）在晶圆上表面以中心的圆心为起点向外径方向移动；

所述下刷洗组件（33）位于晶圆所在的下部位置，下刷洗组件（33）通过支杆（331）连接在驱动件上，通过驱动件实现支杆（331）的偏转移动，使得端部的第二刷头（332）在晶圆下表面以中心的圆心为起点向外径方向移动；

所述甩干工位（4）用于对完成清洗的晶圆进行甩干作业。

2.根据权利要求1所述的晶圆精洗工装，其特征在于，所述转运工位（1）包括底部的旋转座（11）以及上部的夹持件（12），所述旋转座（11）驱动夹持件（12）实现旋转运动，从而将夹持件（12）夹持的晶圆转运至待转工位（5）上；

同时所述夹持件（12）设置有上下平行的两组支臂（121），且上下层的支臂（121）之间预留有大于一个晶圆厚度的间隙，位于下层的支臂（121）用于承载并转运待清洗的晶圆，位于上层的支臂（121）用于承载并转运清洗完成的晶圆。

3.根据权利要求1所述的晶圆精洗工装，其特征在于，所述移载工位（2）包括移动座（21）以及抓取盘（22），所述抓取盘（22）所在的顶部通过抓紧件（23）分为左右两个部分，所述抓取盘（22）所在的下方设置有若干组定位柱（221），多组定位柱（221）对晶圆所在的外沿形成夹持；

所述定位柱（221）所在的下端部设置有凸起部（201），通过抓取盘（22）对晶圆的夹取，实现晶圆承载于多组定位柱（221）下方的凸起部（201）所形成的上边沿面上。

4.根据权利要求1所述的晶圆精洗工装，其特征在于，位于所述清洗工位（3）上设置有两组喷淋组件（34），两组喷淋组件（34）分别对位于晶圆上表面的第一刷头（322）和晶圆下表面的第二刷头（332）进行喷淋冲洗。

5.根据权利要求1所述的晶圆精洗工装，其特征在于，所述上刷洗组件（32）与下刷洗组件（33）侧边采用的驱动件为共用，通过共用的驱动件同时带动上刷洗组件（32）与下刷洗组件（33）的同步向一个方向移动；

同时上刷洗组件（32）的第一刷头（322）与下刷洗组件（33）的第二刷头（332）位于非同一正投影面上。

6.根据权利要求5所述的晶圆精洗工装，其特征在于，以晶圆圆心所在的正截面，所述上刷洗组件（32）的第一刷头（322）位于下刷洗组件（33）的第二刷头（332）向外侧偏移。

7.根据权利要求1所述的晶圆精洗工装，其特征在于，所述夹紧件（311）所在的上端部设置为两层相互叠层的偏转盘（3111），且两层偏转盘（3111）之间预留间隙用于对晶圆的夹持，同时位于夹紧件（311）所在的底部设置有偏转电机（3112）以及旋转电机（3113），所述偏转电机（3112）带动夹紧件（311）整体向晶圆所在的中心位置偏转，使得偏转盘（3111）之间的间隙对晶圆的边沿位置夹紧；

所述旋转电机（3113）带动偏转盘（3111）的整体旋转，同时带动与偏转盘（3111）边沿贴合的晶圆同步旋转。

8.根据权利要求7所述的晶圆精洗工装，其特征在于，所述偏转盘（3111）位于上层位置的直径小于位于下层的偏转盘（3111）直径，使夹紧件（311）张开时，位于下层的偏转盘（3111）对晶圆下层边沿进行承载，随后在夹紧件（311）的偏转下向中心位置收紧，使得上层的偏转盘（3111）对晶圆上层边沿进行覆盖，以实现晶圆的边沿外侧位于上下两层的偏转盘（3111）之间间隙位置；

且所述夹紧件（311）设置多组，且每组均独立控制。

9.根据权利要求1所述的晶圆精洗工装，其特征在于，所述进料工位（101）与出料工位（102）采用相同的结构，并且进料工位（101）与出料工位（102）位于同一侧位置。

10.根据权利要求1-9任一项所述的晶圆精洗工装的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100、首先待清洗的晶圆放置在进料工位（101）上，采用转运工位（1）进行逐个取料作业，随后通过转运工位（1）将该晶圆转运至待转工位（5）上；

S200、控制移载工位（2）移动至待转工位（5）所在的上方位置，随后移载工位（2）上的抓取盘（22）对待转工位（5）上的晶圆进行外沿夹取，最后通过底部的移动座（21）整体转运至清洗工位（3）上；

S300、晶圆落入到清洗工位（3）上，随后通过在夹紧组件（31）对晶圆所在的边沿位置进行夹紧，同时上刷洗组件（32）、下刷洗组件（33）同步移动至晶圆所在的上表面以及下表面；

S400、随后控制第一刷头（322）以及第二刷头（332）与晶圆的表面接触，采用喷淋组件（34）同步对刷头位置进行喷淋药液/清水，同时夹紧组件（31）控制晶圆以圆心为中心做旋转运动，直至第一刷头（322）以及第二刷头（332）对晶圆所在的上下两个表面清洗完成；

S500、将清洗完成的晶圆通过移载工位（2）转运至甩干工位（4）上，通过甩干工位（4）对晶圆进行甩干作业；

S600、将甩干的晶圆通过移载工位（2）转运至转运工位（1）上层的支臂（121）上，随后再通过出料工位（102）收集晶圆后转出。

Images