CN115881584A - 一种晶圆旋转机构和晶圆处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶圆旋转机构和晶圆处理装置，该机构包括主动轮组件和从动轮组件；所述主动轮组件包括前压盖、后压盖和驱动轮，所述前压盖和后压盖配合将驱动轮夹紧在二者之间，所述驱动轮的侧边缘具有环形卡槽，所述环形卡槽用于抵接晶圆并带动晶圆旋转，所述环形卡槽由弹性材料制成，所述环形卡槽包括两个相对的用于限位晶圆的侧壁，所述侧壁的内侧具有倾斜的引导面。
Description
技术领域
本发明涉及晶圆清洗技术领域，尤其涉及一种晶圆旋转机构和晶圆处理装置。
背景技术
在半导体领域，晶圆表面的清洁度是影响半导体器件可靠性的重要因素之一。在晶圆制程中，例如：沉积、等离子体刻蚀、光刻、电镀等等，都有可能在晶圆表面引入污染和/或颗粒，导致晶圆表面的清洁度下降，制造的半导体器件良率不高。化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing,CMP)是一种全局平整化的超精密表面加工工艺。由于化学机械抛光中大量使用的化学试剂和研磨剂会在抛光完成后在晶圆表面残留大量的研磨颗粒和研磨副产物等污染物，这些污染物会对后续工艺产生不良影响。
因此，在晶圆制造过程中需要经过多次的表面清洗，以去除晶圆表面附着的金属离子、原子、有机物及微粒等污染物。用于清洗晶圆的刷洗模块中，驱动晶圆旋转的滚轮在带动晶圆旋转时，晶圆正反两面的边缘区域会和滚轮的边缘碰撞、摩擦，导致晶圆表面或滚轮的磨损物会随液体在晶圆边缘附近扩散，并到达晶圆正面内部区域，导致晶圆被二次污染，影响最终清洗效果。
发明内容
本发明实施例提供了一种晶圆旋转机构和晶圆处理装置，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
本发明实施例的第一方面提供了一种晶圆旋转机构，用于支撑晶圆并驱动晶圆旋转，该机构包括主动轮组件和从动轮组件；
所述主动轮组件包括前压盖、后压盖和驱动轮，所述前压盖和后压盖配合将驱动轮夹紧在二者之间，所述驱动轮的侧边缘具有环形卡槽，所述环形卡槽用于抵接晶圆并带动晶圆旋转，所述环形卡槽由弹性材料制成，所述环形卡槽包括两个相对的用于限位晶圆的侧壁，所述侧壁的内侧具有倾斜的引导面。
在一个实施例中，所述相对的两个侧壁的引导面由环形卡槽的边缘朝向内底面以相互靠近的趋势倾斜。
在一个实施例中，所述侧壁具有从边缘向中心延伸的排水槽，所述排水槽的长度为0.5～5mm。
在一个实施例中，所述相对的两个侧壁的排水槽交错排布。
在一个实施例中，所述环形卡槽的底面设有多个沿厚度方向的凹凸结构。
在一个实施例中，所述凹凸结构与所述排水槽连通。
在一个实施例中，所述环形卡槽的深度为0.5～5mm，环形卡槽的底部宽度为0.2～2mm。
在一个实施例中，所述驱动轮的最大直径为30～90mm，前压盖的最大直径为35～100mm，后压盖的最大直径为35～100mm。
在一个实施例中，所述前压盖和后压盖设有与排水槽位置对应的排水口。
在一个实施例中，所述前压盖和后压盖设有定位结构，用于组装时使各处位置对应。
本发明实施例的第二方面提供了一种晶圆处理装置，包括：
如上所述的晶圆旋转机构；以及，
供液组件，用于将清洗液供给至晶圆表面；
两个清洗刷，分别设置于晶圆的两侧并对晶圆表面进行滚动刷洗；
清洗刷驱动机构，用于支撑清洗刷并驱动清洗刷转动和移动。
本发明实施例的有益效果包括：能够实现晶圆与具有弹性的驱动轮接触，在液体的润滑下减少磨损，显著降低了碰撞、摩擦产生的磨损物数量，有效减少了二次污染。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，但这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：
图1为本发明一实施例提供的晶圆处理装置的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的第一主动轮组件的正视图；
图3为图2中第一主动轮组件的剖视图；
图4为本发明一实施例提供的第一主动轮的立体图；
图5为图4中第一主动轮的侧视图；
图6为图4中第一主动轮的分解图；
图7示出了第一主动轮夹持晶圆的局部示意图；
图8示出了本发明一实施例提供的驱动轮。
具体实施方式
下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。应当理解的是，除非特别予以说明，为了便于理解，以下对本发明具体实施方式的描述都是建立在相关设备、装置、部件等处于原始静止的未给与外界控制信号和驱动力的自然状态下描述的。
此外，还需要说明的是，本申请中使用的例如前、后、上、下、左、右、顶、底、正、背、水平、垂直等表示方位的术语仅仅是为了便于说明，用以帮助对相对位置或方向的理解，并非旨在限制任何装置或结构的取向。
为了说明本发明所述的技术方案，下面将参考附图并结合实施例来进行说明。
在本申请中，化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing)也称为化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization)，晶圆(wafer)也称为晶片、硅片、基片或基板(substrate)等，其含义和实际作用等同。
如图1所示，本发明实施例一提供了一种晶圆处理装置1，用于实现晶圆 w清洗，包括：箱体10、晶圆旋转机构20、两个清洗刷40、清洗刷驱动机构 30和供液组件60等。
如图1所示，箱体10内部形成晶圆处理腔室，提供用于处理晶圆w的环境。
如图1所示，晶圆旋转机构20，用于支撑晶圆w并驱动晶圆w在竖直面内旋转。晶圆旋转机构20固定在箱体10上并伸入晶圆处理腔室内，待清洗晶圆w由晶圆旋转机构20支撑并绕水平的轴线在竖直面内旋转。晶圆w的转速为1～200rpm，优选为5～50rpm。
在一个实施例中，晶圆旋转机构20包括位于晶圆w下方的用于支撑的两个主动轮组件70和从动轮组件80，两个主动轮组件70包括第一主动轮组件70a 和第二主动轮组件70b。两个主动轮组件70起到驱动作用，利用电机对晶圆w 进行旋转驱动。如图1所示，两个主动轮组件70相对于晶圆w圆心形成的夹角小于180°。从动轮组件80设置在两个主动轮组件70之间，起到辅助支撑和测速的作用。
如图1和图2所示，在一个实施例中，主动轮组件70和从动轮组件80固定在箱体10上并伸入晶圆处理腔室内。主动轮组件70和从动轮组件80沿晶圆 w的外缘轮廓设置，从动轮组件80位于中间，主动轮组件70对称设置于从动轮组件80的两侧。主动轮组件70包括驱动电机72和用于与晶圆接触的主动轮。主动轮组件70配置有驱动电机72，驱动电机72驱动主动轮旋转，晶圆w的外缘与主动轮之间的摩擦力带动晶圆w绕其轴线旋转。
在一个实施例中，从动轮组件80上设置有用于检测晶圆w转速的转速传感器，转速传感器可以由霍尔传感器或光电开关传感器实现。
如图1所示，两个清洗刷40，分别设置于晶圆w的前、后两侧并对晶圆w 表面进行滚动刷洗，其中，两个清洗刷40以相反方向滚动。两个清洗刷40分别为第一清洗刷和第二清洗刷，分别设置于待清洗晶圆w的前、后两侧，可绕自身轴线滚动以接触待清洗晶圆w的表面进行刷洗。清洗刷40为圆筒状辊子结构，其由具有良好吸水性的材料，如聚乙烯醇(PVA)制成。
在一个实施例中，还包括连接于清洗刷40一端的进液机构50，通过进液机构50不断地向清洗刷40提供液体，使清洗刷40保持湿润的状态。其中，清洗刷40由多孔性材料制成，能够吸附大量液体。该液体可以是酸性或碱性的溶液，也可以是去离子水。进液机构50连接清洗刷40的进液端，向清洗刷40 内充液。清洗刷40充液后变软，可以对晶圆w进行刷洗，所以在清洗过程中需要随时使清洗刷40保持充液的状态。
位于晶圆w两侧的清洗刷40可以沿水平方向移动以远离或靠近晶圆w。清洗刷40远离晶圆w时，清洗刷40与晶圆w预留一定间隙，晶圆搬运机械手可夹持晶圆w以取走完成清洗的晶圆w；清洗刷40靠近晶圆w移动时，清洗刷40与晶圆w抵接并以接触方式实施晶圆w表面的清洗。
如图1所示，清洗刷驱动机构30，用于带动两个清洗刷40相向移动并以一定夹角夹持晶圆w进行滚动刷洗。清洗刷驱动机构30包括清洗刷旋转驱动模块和清洗刷水平驱动模块。
清洗刷旋转驱动模块，用于支撑位于待清洗晶圆w两侧的两个清洗刷40，并驱动清洗刷40旋转。
清洗刷水平驱动模块，其与清洗刷旋转驱动模块连接，以驱动清洗刷旋转驱动模块及其上的清洗刷40整体移动。清洗刷水平驱动模块可以包括导轨、丝杠和驱动件，导轨和丝杆分别与清洗刷旋转驱动模块连接以在丝杠的带动下使清洗刷旋转驱动模块沿导轨移动，驱动件设置于丝杠的端部，驱动件驱动丝杠动作，从而带动洗刷支撑组件及清洗刷40整体移动，以使得清洗刷40的两端同时接触或远离晶圆w。进一步地，清洗刷40两端分别设置丝杆，从而可实现分别调节清洗刷40两端的移动距离。
在一个实施例中，清洗刷旋转驱动模块上设有位移传感器，用于测量两个清洗刷之间的距离。
如图1所示，供液组件60，用于将清洗液供给至位于清洗刷40上方的晶圆w表面的上部区域。清洗液相对于晶圆w表面的供给角度为5°～30°。供液组件60通过输送管路连接流体源。
下面结合图1简述晶圆清洗的作业方式。
首先，由机械手将待清洗晶圆w放置于晶圆旋转机构20，此时，清洗刷 40与晶圆w的侧面预留一定距离，从而为机械手提供作业空间；在摩擦力作用下，晶圆旋转机构20带动晶圆w绕其轴线旋转；
接着，供液组件60朝向旋转的晶圆w喷射清洗液，如酸性或碱性的清洗液；
接着，清洗刷40绕其轴线滚动并朝向晶圆w的位置移动，使得清洗刷40 与晶圆w的表面接触；清洗刷40滚动刷洗晶圆w的表面，去除晶圆w表面的污染物，实现晶圆w的表面刷洗；
晶圆w刷洗完毕后，清洗刷40朝向晶圆w的外侧移动，清洗刷40与晶圆 w的表面分离；
接着，供液组件60继续朝向旋转的晶圆w喷射清洗液，持续一段时间后，机械手将完成清洗的晶圆w转移至下一工序。
如图2和图3所示，在本发明的一个实施例中，第一主动轮组件70a包括第一主动轮71、驱动电机72、第一带轮73、第一旋转轴74和第一固定套筒75。
第一主动轮71为主动轮的一个示例。
如图3所示，驱动电机72的轴端固定有第一带轮73并连接第一旋转轴74，从而实现驱动电机72带动第一带轮73和第一旋转轴74旋转。第一旋转轴74 与第一主动轮71固定连接，带动第一主动轮71旋转。第一旋转轴74上套设有轴承。第一固定套筒75套设在第一旋转轴74的外周侧，第一固定套筒75和第一旋转轴74之间通过轴承连接。
可以理解的是，第一主动轮组件70a的第一带轮73通过同步带(未示出) 连接第二主动轮组件70b，从而实现驱动电机72带动第一主动轮组件70a和第二主动轮组件70b同步旋转，能够提高电机利用率。
如图3至图6所示，在一个实施例中，第一主动轮71包括前压盖76、后压盖77和驱动轮78，前压盖76和后压盖77配合将驱动轮78夹紧在二者之间。第一旋转轴74穿过前压盖76、后压盖77和驱动轮78并卡紧。
如图7和图8所示，在一个实施例中，驱动轮78的侧边缘具有用于支撑晶圆w的环形卡槽781，环形卡槽781绕驱动轮78的外周侧设置。环形卡槽781 用于抵接晶圆并带动晶圆旋转，放置于晶圆旋转机构20的晶圆w由环形卡槽 781限位，晶圆w的外缘与环形卡槽781的底面相切设置。
其中，环形卡槽781由弹性材料制成，具体地，可以是聚氨酯、橡胶等材料。
如图7和图8所示，在一个实施例中，环形卡槽781包括两个相对的用于限位晶圆w的侧壁782。如图7所示，工作时，机械手将晶圆w放置在环形卡槽781内，晶圆w被放置在两个侧壁782之间，该侧壁782由弹性材料制成，具体地，可以是聚氨酯、橡胶等材料，晶圆w在旋转过程中可能会发生前后摇摆，当与具有弹性的侧壁782接触时，在清洗液的润滑下会显著减少磨损，更显著减少了由于碰撞、摩擦产生的磨损物数量，有效减少了二次污染。
如图7所示，在一个实施例中，侧壁782的内侧具有倾斜的引导面783。相对的两个侧壁782的引导面783由环形卡槽781的边缘朝向内底面以相互靠近的趋势倾斜。机械手在晶圆w放入环形卡槽781时，引导面783可以引导晶圆w更容易地进入两个侧壁782之间的卡槽底部。
驱动轮78的外径d1为30～90mm。
环形卡槽781的深度h1为0.5～5mm，环形卡槽781的底部宽度l1为0.2～2mm。
引导面783的竖直高度h2/环形卡槽781的深度h1＝0.2～0.7，引导面783相对竖直方向的倾斜角度θ为15°～45°。
如图8所示，在一个实施例中，侧壁782具有从边缘向中心延伸的径向的排水槽784，具体地，排水槽784沿径向的深度为0.5～5mm。
相对的两个侧壁782的排水槽784交错排布，有利于在保留更多的排水槽 784的同时使驱动轮78的两侧侧壁782有更好的结构强度，使侧壁782不易变形，并且还有利于侧壁782表面接触晶圆w位置的污染物及时排出。可以理解的是，附图中仅示出了排水槽784交错排布的一示例，排水槽784也可以是镜像排布的，两边对称。
如图5所示，在一个实施例中，环形卡槽781的底面设有凹凸结构785。凹凸结构785的凹部沿轴向分布，垂直于环形卡槽781的周向。凹凸结构785 可以用于导水，有利于将环形卡槽781内的液体排出，还可以提高环形卡槽781 的底面与晶圆w之间的摩擦力，避免该底面与晶圆w之间相对滑动，从而更加稳定地带动晶圆w旋转。
如图8所示，环形卡槽781底面的凹凸结构785与环形卡槽781侧壁782 上开设的排水槽784连通，从而实现环形卡槽781内积聚的液体能够沿凹凸结构785流向两侧然后从排水槽784流出。进一步，由于两侧的排水槽784交错排布，而凹凸结构785与排水槽784一一对应，故凹凸结构785的数量是一侧排水槽784数量的两倍，这种交错排布提高了凹凸结构785的数量，更利于排液和增大与晶圆w之间的摩擦力。如果两侧的排水槽784镜像排布，则凹凸结构785的数量只能与一侧的排水槽784数量相等，数量变少，不利于排液且可能发生滑片。
凹凸结构785的凹部横截面呈半圆形，也可以是长方形、倒梯形、倒三角形等上宽下窄或者上下等宽的形状，优选半圆形。如图5所示，凹凸结构785 的半圆形直径d2(或者其他形状横截面的最宽处)范围为0.5～5mm。另外，凹凸结构785的径向深度为0.5～5mm。排水槽784横截面底部形状和凹凸结构785 横截面形状一致，排水槽784底部以上的形状，按底部形状最宽处往轮径增大方向拉伸切除形成。
如图6和图7所示，前压盖76和后压盖77设有与驱动轮78的排水槽784 位置对应的排水口761、771，便于顺畅排液，及时排出废液。
前压盖76和后压盖77可以由PPS、PEEK、PVDF等塑料材质形成/制成，外径为35～100mm，高出驱动轮78的高度为1～5mm。
排水口761、771的周向宽度为0.5～8mm，排水口761、771的径向深度为 2～12mm。
进一步，如图6所示，前压盖76和后压盖77设有定位结构772，定位结构772包括后压盖77的定位孔772和前压盖76上的定位销(未示出)，用于组装时使各处位置对应，按照该定位结构772安装后，前压盖76的排水口761 和后压盖77的排水口771能够分别正对驱动轮78两侧壁782的排水槽784，换句话说，前压盖76的排水口761和后压盖77的排水口771按照排水槽784 的排布方式、间距和宽度一一对应地交错排布。具体地，如图6所示，定位结构772包括至少一对定位销(未示出)和定位孔772，分别设置在前压盖76和后压盖77的相对面，组装时定位销插入定位孔772内实现定位。
相应地，在本发明的一个实施例中，第二主动轮组件70b包括第二主动轮、第二带轮、第二旋转轴和第二固定套筒。第二主动轮为主动轮的另一个示例。
第二主动轮的结构可以与第一主动轮71的结构相同。
第二带轮通过传送带连接第一带轮73，从而实现第一带轮73带动第二带轮旋转。第二带轮固定连接第二旋转轴，第二旋转轴与第二主动轮固定连接，带动第二主动轮旋转。第二固定套筒套设在第二旋转轴的外周侧，第二固定套筒和第二旋转轴之间通过轴承连接。
在一个实施例中，第二主动轮也包括前压盖、后压盖和驱动轮，前压盖和后压盖配合将驱动轮夹紧在二者之间。第二旋转轴穿过前压盖、后压盖和驱动轮并卡紧。第二主动轮的前压盖、后压盖和驱动轮的结构、尺寸与第一主动轮 71的前压盖76、后压盖77和驱动轮78完全相同，在此不再赘述。
综上，本发明实施例提供的晶圆旋转机构能够实现晶圆与具有弹性的驱动轮接触，在液体的润滑下减少磨损，显著降低了碰撞、摩擦产生的磨损物数量，有效减少了二次污染，前压盖、后压盖的废液排出能力增强，晶圆清洗后表面颗粒数量显著降低，晶圆清洗效果获得明显提升。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (11)
1.一种晶圆旋转机构，其特征在于，用于支撑晶圆并驱动晶圆旋转，该机构包括主动轮组件和从动轮组件；
所述主动轮组件包括前压盖、后压盖和驱动轮，所述前压盖和后压盖配合将驱动轮夹紧在二者之间，所述驱动轮的侧边缘具有环形卡槽，所述环形卡槽用于抵接晶圆并带动晶圆旋转，所述环形卡槽由弹性材料制成，所述环形卡槽包括两个相对的用于限位晶圆的侧壁，所述侧壁的内侧具有倾斜的引导面。
2.如权利要求1所述的晶圆旋转机构，其特征在于，所述相对的两个侧壁的引导面由环形卡槽的边缘朝向内底面以相互靠近的趋势倾斜。
3.如权利要求1所述的晶圆旋转机构，其特征在于，所述侧壁具有从边缘向中心延伸的排水槽，所述排水槽的长度为0.5~5mm。
4.如权利要求3所述的晶圆旋转机构，其特征在于，所述相对的两个侧壁的排水槽交错排布。
5.如权利要求3所述的晶圆旋转机构，其特征在于，所述环形卡槽的底面设有多个沿厚度方向的凹凸结构。
6.如权利要求5所述的晶圆旋转机构，其特征在于，所述凹凸结构与所述排水槽连通。
7.如权利要求1所述的晶圆旋转机构，其特征在于，所述环形卡槽的深度为0.5~5mm，环形卡槽的底部宽度为0.2~2mm。
8.如权利要求1所述的晶圆旋转机构，其特征在于，所述驱动轮的最大直径为30~90mm，前压盖的最大直径为35~100mm，后压盖的最大直径为35~100mm。
9.如权利要求3所述的晶圆旋转机构，其特征在于，所述前压盖和后压盖设有与排水槽位置对应的排水口。
10.如权利要求1所述的晶圆旋转机构，其特征在于，所述前压盖和后压盖设有定位结构，用于组装时使各处位置对应。
11.一种晶圆处理装置，其特征在于，包括：
如权利要求1至10任一项所述的晶圆旋转机构；以及，
供液组件，用于将清洗液供给至晶圆表面；
两个清洗刷，分别设置于晶圆的两侧并对晶圆表面进行滚动刷洗；
清洗刷驱动机构，用于支撑清洗刷并驱动清洗刷转动和移动。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210874101.6A CN115881584A (zh) | 2022-07-25 | 2022-07-25 | 一种晶圆旋转机构和晶圆处理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210874101.6A CN115881584A (zh) | 2022-07-25 | 2022-07-25 | 一种晶圆旋转机构和晶圆处理装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115881584A true CN115881584A (zh) | 2023-03-31 |
Family
ID=85769530
Family Applications (1)
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| CN202210874101.6A Pending CN115881584A (zh) | 2022-07-25 | 2022-07-25 | 一种晶圆旋转机构和晶圆处理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115881584A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116787253A (zh) * | 2023-08-18 | 2023-09-22 | 浙江求是半导体设备有限公司 | 驱动机构、晶片表面清理设备及抛光设备 |
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2022
- 2022-07-25 CN CN202210874101.6A patent/CN115881584A/zh active Pending
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