CN116936409B - 全自动单晶圆清洗机及单晶圆清洗方法 - Google Patents

全自动单晶圆清洗机及单晶圆清洗方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及晶圆清洗机领域的全自动单晶圆清洗机及单晶圆清洗方法，包括机架、电控箱和装载机构，机架与装载机构之间设置有上下料机械手，清洗区内由靠近上下料机械手的一端至远离上下料机械手的一端依次设置有中转校正机构、正面清洗机构、背面清洗机构和翻转机构，中转校正机构与翻转机构之间还设置有搬运机械手，通过装载机构、上下料机械手、中转校正机构、搬运机械手、翻转机构、背面清洗机构和正面清洗机构共同组成用于进行全自动高效清洗的自动化设备，整体自动化程度高，分别对晶圆的背面和正面进行三种组合式清洗，确保晶圆的背面和正面均能够被高效清洗且符合清洗要求，全自动工作可提高整体清洗效率。

Description

全自动单晶圆清洗机及单晶圆清洗方法
技术领域
本发明涉及晶圆清洗机领域，具体涉及全自动单晶圆清洗机及单晶圆清洗方法。
背景技术
晶圆在不断加工成形及抛光处理的过程中，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，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。
目前常见的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。现有的单片式晶圆清洗机的清洗工艺依次为：取料、背面清洗、翻转、正面清洗、风干和下料，背面清洗和正面清洗均通过同一个清洗腔进行，且清洗方式为化学溶液喷雾加高压负离子水冲洗。现有的清洗方式及工艺存在以下缺陷：1)由于晶圆的背面和正面污染程度不同，上述两种清洗方式均在同一个清洗腔进行，不能针对性的满足晶圆背面和正面的清洗标准；2)取料、清洗、下料过程中，晶圆容易产生移位，未进行校正，长时间移位过程中将会影响后续正常工作，从而影响自动化工作效率；3)翻转工序中，翻转机构对晶圆进行翻转时稳定性较差，容易松动，影响后继送入清洗腔进行清洗工作。
发明内容
本发明的目的是解决以上缺陷，提供全自动单晶圆清洗机，其能够对单晶圆的背面和正面进行全自动高效清洗，解决了现有技术中只能进行半自动作业，且清洗不干净的技术问题。
本发明的目的是通过以下方式实现的：
全自动单晶圆清洗机，包括机架、电控箱和设置于机架前方的装载机构，机架的前端设有人机交互界面，机架与装载机构之间设置有上下料机械手，所述机架内由下往上依次设置有管路区和清洗区；管路区内设置有水路系统、气路系统和主动排风系统，清洗区内由靠近上下料机械手的一端至远离上下料机械手的一端依次设置有中转校正机构、正面清洗机构、背面清洗机构和翻转机构，中转校正机构与翻转机构之间还设置有搬运机械手，搬运机械手用于夹持晶圆并移送至中转校正机构、正面清洗机构、背面清洗机构和翻转机构，上下料机械手用于夹持晶圆并移送至装载机构和中转校正机构；
所述中转校正机构包括支架、用于暂存晶圆的暂存平台和用于较正晶圆的较正组件，暂存平台和较正组件均设置于支架内，较正组件由两块弧形校正板和用于带动两块弧形校正板进行相对横向移动的校正气缸构成，两块弧形校正板之前形成用于放置晶圆的校正位，暂存平台位于校正位的上方，且暂存平台与校正位同心设置；
所述翻转机构包括支座、电动旋转台、夹持板和夹持气缸，夹持板共设有两块，两块夹持板呈上下分布，两块夹持板的相对面均设有用于夹持晶圆的夹持块，两块夹持板横向安装于夹持气缸的输出端，由夹持气缸带动两块夹持板实现夹持动作，电动旋转台纵向安装于支座的上端，电动旋转台的两端分别连接有翻转电机和转动的翻转盘，翻转盘由翻转电机带动，夹持气缸固定安装于翻转盘的表面，当翻转电机工作时，带动两块夹持板实现翻转动作；
所述背面清洗机构和正面清洗机构均包括清洗腔体、设置于清洗腔体内部的主轴组件、设置于清洗腔体旁的二流体摆臂和设置于清洗腔体旁的N2摆臂，主轴组件包括主轴转盘和主轴电机，主轴电机与主轴转盘相接，用于带动主轴转盘转动，正面清洗机构的主轴组件还包括用于吸住晶圆的真空吸盘，真空吸盘设置于主轴转盘的顶部，二流体摆臂的末端底部设有用于喷出去离子水和N2混合物的二流体喷嘴，二流体摆臂和N2摆臂均能够进行升降调节，且摆动至主轴转盘的上方；背面清洗机构还包括设置于清洗腔体旁的毛刷摆臂，毛刷摆臂的末端底部设有转动的海绵刷头，毛刷摆臂能够进行升降调节，且摆动至主轴转盘的上方；正面清洗机构还包括设置于清洗腔体旁的高压去离子水摆臂，高压去离子水摆臂能够进行升降调节，且摆动至主轴转盘的上方；
所述二流体摆臂和高压去离子水摆臂均与水路系统相连，由水路系统给二流体摆臂和高压去离子水摆臂提供高压去离子水，二流体摆臂和N2摆臂均与气路系统相连，由气路系统给二流体摆臂和N2摆臂提供高压N2，主动排风系统与清洗腔体的底部导通，由主动排风系统主动排去清洗腔体内的水汽。
进一步的，所述背面清洗机构的主轴转盘的顶面边缘设有三个以上且用于辅助压紧晶圆的离心夹持组件，离心夹持组件包括纵向设置于主轴转盘顶面边缘的限位座、挡针和离心搭扣，挡针纵向设置于限位座的顶面，限位座的顶面与挡针之间组成用于承托晶圆边缘的L形限位平台，离心搭扣通过横向转轴转动地安装于限位座的中部，离心搭扣靠近挡针的末端设有L形压紧部，当背面清洗机构的主轴转盘转动时，离心搭扣在离心力作用下，L形压紧部将沿晶圆的方向压紧晶圆的边沿。
在主轴转盘进行高速旋转时，离心搭扣在离心力的作用下绕横向转轴旋转，而使L形压紧部压紧在晶圆的边沿，从而起夹紧晶圆的作用，保证晶圆在清洗时不会因脱离主轴转盘而造成损坏，当主轴转盘停止转动时，离心搭扣失去离心力，离心搭扣复位，自动脱离晶圆，便于搬运机械手夹取晶圆，离心夹持组件能够有效改善晶圆打滑、甩飞的问题。
进一步的，所述清洗腔体的内壁设有由下往上逐渐倾斜变小的挡水圈，清洗腔体和挡水圈的表面均喷涂有疏水涂层。挡水圈能够避免在洗清过程的高压负离子水往外飞溅，降低二次污染，确保清洗过程产生的污水均往清洗腔体的底部排出，疏水涂层能够防止液体回溅，避免污渍粘贴于清洗腔体的内壁，避免污垢残留导致的二次污染，大大提升清洗良品率。
进一步的，所述毛刷摆臂的末端设有用于润湿海绵刷头的补水管，清洗腔体旁还设置有用于清洗海绵刷头的刷头自洁腔，刷头自洁腔的开口向上，毛刷摆臂横向摆动至刷头自洁腔的上方，且海绵刷头位于刷头自洁腔的正上方，刷头自洁腔旁设置有用于往刷头自洁腔内喷水的自洁水管。当毛刷摆臂摆动进入清洗腔体完成清洗工作后，毛刷摆臂将摆动至刷头自洁腔上方，毛刷摆臂下降带动海绵刷头进入刷头自洁腔，海绵刷头转动的同时自洁水管喷出清洗液用于清洗海绵刷头。
进一步的，所述机架的前端顶部设置有用于除静电的离子风棒，离子风棒的出风口朝向上下料机械手，机架的顶部还设置有风机过滤单元，风机过滤单元与气路系统相连，水路系统还连接有储水罐稳压装置、二氧化碳发泡机、恒温热水箱和纯水实时检测装置。离子风棒能够产生大量的带有正负电荷的气团，将经过它离子辐射区内的物体上所带有的电荷中和掉，确保上下料机械手取料、下料过程中，将晶圆表面的电荷中和掉，风机过滤单元能够对空气进行过滤，使用压缩空气更加洁净，避免造成二次污染。储水罐稳压装置能够有效稳定输出的压力，提高清洗的一致性；主动排风系统的风速变频可调，跟随清洗动作单个设定风机的开启、关闭，风速变频可调，有效解决厂务排风不足或排风不稳定的问题。二氧化碳发泡机内置磁力泵，磁力泵通过软件调节，能够进行全时域高精度电阻值控制，有效降低超纯水电阻值并保持稳定输出。
进一步的，所述翻转盘上安装有两块与夹持板延伸方向一致的挡尘板，两块挡尘板分别位于两块夹持板的上方和下方，夹持块包括分别设置于两块夹持板的夹持凹块和夹持凸块，夹持凹块和夹持凸块位置相对，且用于进行配对接合。挡尘板位于两块夹持板的外围，用于阻挡灰尘，防止灰尘落入被清洗后的晶圆表面。
进一步的，所述搬运机械手的底部设有用于带动搬运机械手沿X轴方向平移的X轴移载模组，X轴移载模组的一端延伸至靠近中转校正机构，X轴移载模组的另一端延伸至靠近翻转机构，上下料机械手的底部设有用于带动上下料机械手沿Y轴方向平移的Y轴移载模组，搬运机械手和上下料机械手的末端均设置有用于夹持晶圆且能够更换的夹爪，能够通过更换不用规格的夹爪，使其适配不同尺寸的晶圆，适用性更广泛。
进一步的，所述电控箱设置于机架的顶部，机架的后端设有若干用于进行数据连接的数据接口，机架的项部设有与主动排风系统导通的排风管。
本发明的另一目的是提供单晶圆清洗方法。
单晶圆清洗方法，该清洗方法由全自动单晶圆清洗机来完成，该清洗方法包括以下步骤：
步骤一，晶圆上料，将需要进行清洗的晶圆的放置于装载机构，并对位于装载机构的每个晶圆进行扫片，确定其规格并录入系统；
步骤二，取片校正，由上下料机械手将晶圆夹取并转移至中转校正机构，将晶圆放置于中转校正机构的校正位，校正气缸工作对晶圆的位置进行校正；
步骤三，取片翻转至背面，搬运机械手将夹取经校正后的晶圆，并转移至翻转机构的夹持板，两块夹持板将晶圆夹紧，翻转机构的翻转电机动作，带动两块夹持板和晶圆翻转180度，使晶圆的背面朝上；
步骤四，取片至背面清洗，搬运机械手将夹取背面朝上的晶圆，并转移至背面清洗机构，由背面清洗机构的离心夹持组件压紧晶圆，当背面清洗机构的主轴转盘转动时，离心搭扣在离心力作用下，L形压紧部将沿晶圆的方向压紧晶圆的边沿，进行背面清洗，主轴电机带动主轴转盘和晶圆同步转动，由毛刷摆臂、二流体摆臂和N2摆臂依次摆动进入清洗腔体上方对晶圆的背面进行清洗动作，毛刷摆臂的海绵刷头能够高速转动，通过高速转动对晶圆的背面进行刷洗，二流体摆臂用于喷出去离子水和N2混合物，N2摆臂用于喷出高压N2，背面洗清完成后主轴电机继续带动晶圆进行高速转动，用于甩干晶圆背面的积水；
步骤五，取片翻转至正面，搬运机械手将完成背面清洗的晶圆夹取至翻转机构的夹持板，两块夹持板将晶圆夹紧，翻转机构的翻转电机动作，带动两块夹持板和晶圆翻转180度，使晶圆的正面朝上；
步骤六，取片至正面清洗，搬运机械手将夹取正面朝上的晶圆，并转移至正面洗清机构，由正面洗清机构的真空吸盘吸紧晶圆，进行正面清洗，主轴电机带动主轴转盘和晶圆同步转动，由高压去离子水摆臂、二流体摆臂和N2摆臂依次摆动进入清洗腔体上方对晶圆的正面进行清洗动作，高压去离子水摆臂用于喷出高压去离子水，二流体摆臂用于喷出去离子水和N2混合物，N2摆臂用于喷出高压N2，正面洗清完成后主轴电机继续带动晶圆进行高速转动，用于甩干晶圆正面的积水；
步骤七，取片中转，搬运机械手将完成正面清洗的晶圆夹取至中转校正机构的暂存平台；
步骤八，晶圆装载，上下料机械手将位于暂存平台且清洗完成的晶圆夹取，并转移至装载机构对应存放该晶圆的位置。
本发明所产生的有益效果如下：
1)设置的上下料机械手分别用于实现自动上料和自动下料，自动上料时，上下料机械手自动将位于装载机构的每个晶圆转移至中转校正机构的校正位，自动下料时，上下料机械手自动将位于中转校正机构的暂存平台的清洗完成的晶圆夹取，并转移至装载机构对应存放该晶圆的位置。设置的中转校正机构用于校正晶圆的位置，晶圆放置于校正位，并通过两块弧形校正板动作对晶圆进行校正，同时暂存平台还用于暂时存放清洗完成的晶圆。设置的搬运机械手用于夹持晶圆并移送至中转校正机构、正面清洗机构、背面清洗机构和翻转机构，确保送料、取料位置精准，以实现实现全自动取料、送料。设置的翻转机构能够稳定夹持晶圆并实现180度翻转，还辅助起校正作用，两块夹持板相对运动时能够实现对晶圆的夹持动作，由翻转电机带动两块夹持板和被夹持的晶圆完成背面、正面翻转动作，在夹持块的辅助作用下，确保翻转过程能够夹紧晶圆，不易松动。背面清洗机构的真空吸盘用于吸紧晶圆，工作时主轴电机带动主轴转盘和晶圆同步转动，由毛刷摆臂、二流体摆臂和N2摆臂依次摆动进入清洗腔体上方对晶圆的背面进行清洗动作，毛刷摆臂的海绵刷头能够高速转动，通过高速转动的海绵刷头对晶圆的背面进行刷洗，确保背面的污渍均被刷洗干净，接着二流体摆臂喷出的去离子水和N2混合物进一步对晶圆的背面进行清洗，N2摆臂喷出的高压N2负责吹干净晶圆背面的污渍、水珠，最后通过主轴电机继续带动晶圆进行高速转动，以甩干晶圆背面的积水。正面洗清机构的真空吸盘用于吸紧晶圆，工作时主轴电机带动主轴转盘和晶圆同步转动，由高压去离子水摆臂、二流体摆臂和N2摆臂依次摆动进入清洗腔体上方对晶圆的正面进行清洗动作，高压去离子水摆臂用于喷出高压去离子水，由高压去离子水对晶圆的正面进行中喷刷，接着二流体摆臂喷出的去离子水和N2混合物进一步对晶圆的正面进行清洗，，N2摆臂喷出的高压N2负责吹干净晶圆正面的污渍、水珠，最后通过主轴电机继续带动晶圆进行高速转动，以甩干晶圆正面的积水。
2)通过装载机构、上下料机械手、中转校正机构、搬运机械手、翻转机构、背面清洗机构和正面清洗机构共同组成用于对晶圆的背面和正面进行全自动高效清洗的自动化设备，整体自动化程度高，能够进行精准校正，且分不同的腔室清洗，分别对晶圆的背面和正面进行三种组合式清洗，确保晶圆的背面和正面均被高效清洗且符合清洗要求，整个清洗过程不需要使用化学药液，均通过物理方式冲刷，避免药液侵蚀晶圆，全自动工作能够提高整体清洗效率；
3)管路区内还设置有用于辅助提供清洗媒介的水路系统、气路系统和主动排风系统，确保清洗过程的水路、气路供应稳定，另外，设置的主动排风系统有效解决厂务排风不足或排风不稳定技术问题，从而保证晶圆清洗的良品率；
4)发明的单晶圆清洗方法由全自动单晶圆清洗机完成，整个清洗过程由自动化操作完成，且分别对晶圆的背面和正面进行清洗，分别采用独立的清洗腔体，且采用针对性的多组清洗方式进行清洗，确保晶圆的背面和正面均符合清洗要求，整个清洗方法不需要使用化学药液，避免药液侵蚀晶圆。
附图说明
图1为本发明全自动单晶圆清洗机的立体结构示意图；
图2为本发明全自动单晶圆清洗机中部分机架隐藏状态主视角度的立体结构示意图；
图3为本发明全自动单晶圆清洗机中部分机架隐藏状态后视角度的立体结构示意图；
图4为本发明全自动单晶圆清洗机中清洗区的俯视图；
图5为本发明全自动单晶圆清洗机中中转校正机构的立体结构示意图；
图6为本发明全自动单晶圆清洗机中搬运机械手的立体结构示意图；
图7为本发明全自动单晶圆清洗机中翻转机构的立体结构示意图；
图8为本发明全自动单晶圆清洗机中背面清洗机构的立体结构示意图；
图9为本发明全自动单晶圆清洗机中正背面清洗机构的立体结构示意图；
图10为本发明全自动单晶圆清洗机中离心搭扣压紧晶圆状态的立体结构示意图；
图11为本发明全自动单晶圆清洗机中离心搭扣脱离晶圆状态的主视图；
图12为图11中A的局部放大示意图；
图13为本发明全自动单晶圆清洗机中离心搭扣压紧晶圆状态的俯视图；
图中，1-中转校正机构，101-支架，102-弧形校正板，103-校正气缸，104-暂存平台；
2-正面清洗机构，201-清洗腔体，202-挡水圈，203-N2摆臂，204-二流体摆臂，205-主轴转盘，206-高压去离子水摆臂；
3-背面清洗机构，301-毛刷摆臂，302-海绵刷头，303-刷头自洁腔，304-限位座，305-挡针，306-离心搭扣，307-L形压紧部，308-横向转轴；
4-翻转机构，401-支座，402-翻转盘，403-翻转电机，404-夹持板，405-夹持凹块，406-夹持凸块，407-夹持气缸，408-挡尘板；5-上下料机械手；
6-搬运机械手，601-夹爪，602-X轴移载模组；
7-装载机构，8-机架，9-人机交互界面，10-晶圆，11-风机过滤单元，12-储水罐稳压装置，13-二氧化碳发泡机，14-恒温热水箱，15-水汽分离系统，16-排风管，17-电控箱。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本实施例，参照图1-图13，其具体实施的全自动单晶圆清洗机包括机架8、电控箱17和设置于机架8前方的装载机构7，本实施例的装载机构7共设有两组，且并排设置，机架8的前端设有人机交互界面9，电控箱17设置于机架8的顶部，机架8的后端设有若干用于进行数据连接的数据接口。
如图1-图4所示，机架8与两组装载机构7之间设置有上下料机械手5，本实施例的上下料机械手5均包括两个结构相同的机械臂，分别夹取对应每组装载机构7的晶圆10，机架8内由下往上依次设置有管路区和清洗区；管路区内设置有水路系统、气路系统和主动排风系统，机架8的项部设有与主动排风系统导通的排风管16。清洗区内由靠近上下料机械手5的一端至远离上下料机械手5的一端依次设置有中转校正机构1、两组正面清洗机构2、两组背面清洗机构3和翻转机构4，中转校正机构1与翻转机构4之间还设置有搬运机械手6，本实施例的搬运机械手6均包括两个结构相同的机械臂，分别夹取晶圆10对应移送到每组正面清洗机构2和背面清洗机构3，搬运机械手6用于夹持晶圆10并移送至中转校正机构1、两组正面清洗机构2、两组背面清洗机构3和翻转机构4，两组正面清洗机构2和两组背面清洗机构3分别独立工作，上下料机械手5用于夹持晶圆10并移送至装载机构7和中转校正机构1。机架8的前端顶部设置有用于除静电的离子风棒，离子风棒的出风口朝向上下料机械手5，机架8的顶部还设置有风机过滤单元11，风机过滤单元11与气路系统相连，水路系统还连接有储水罐稳压装置12、二氧化碳发泡机13、恒温热水箱14和纯水实时检测装置。
如图5所示，中转校正机构1包括支架101、用于暂存晶圆10的暂存平台104和用于较正晶圆10的较正组件，暂存平台104和较正组件均设置于支架101内，支架101为中空结构，较正组件由两块弧形校正板102和用于带动两块弧形校正板102进行相对横向移动的校正气缸103构成，两块弧形校正板102之前形成用于放置晶圆10的校正位，暂存平台104位于校正位的上方，且暂存平台104与校正位同心设置，本实施例的暂存平台104共设有两层，两层暂存平台104分别用于暂时存放对应两组正面清洗机构2清洗完成的晶圆10。
如图7所示，翻转机构4包括支座401、电动旋转台、夹持板404和夹持气缸407，本实施例的夹持板404共设有两组，两组夹持板404呈上下分布，且独立工作，每组夹持板404共设有两块，两块夹持板404呈上下分布，两块夹持板404的相对面均设有用于夹持晶圆10的夹持块，夹持块包括分别设置于两块夹持板404的夹持凹块405和夹持凸块406，夹持凹块405和夹持凸块406位置相对，且用于进行配对接合，夹持凹块405和夹持凸块406用于配对夹持晶圆10。两块夹持板404横向安装于夹持气缸407的输出端，由夹持气缸407带动两块夹持板404实现夹持动作，电动旋转台纵向安装于支座401的上端，电动旋转台的两端分别连接有翻转电机403和转动的翻转盘402，翻转盘402由翻转电机403带动，夹持气缸407固定安装于翻转盘402的表面，当翻转电机403工作时，带动两块夹持板404实现翻转动作。另外，为防止灰尘落入刚清洗完成的晶圆10表面，翻转盘402上安装有与夹持板404延伸方向一致的挡尘板408，本实施例中，挡尘板408为圆形，共设置有三块挡尘板408，对应的每组夹持板404分别位置相邻的两块挡尘板408之间，使每组夹持板404的上方和下方均设置有挡尘板408，翻转电机403工作时同步带动挡尘板408翻转。
如图8和图9所示，背面清洗机构3和正面清洗机构2均包括清洗腔体201、设置于清洗腔体201内部的主轴组件、设置于清洗腔体201旁的二流体摆臂204和设置于清洗腔体201旁的N2摆臂203，主轴组件包括主轴转盘205和主轴电机，主轴电机与主轴转盘205相接，用于带动主轴转盘205转动，正面清洗机构2的主轴组件还包括用于吸住晶圆10的真空吸盘，真空吸盘设置于主轴转盘205的顶部。二流体摆臂204的末端底部设有用于喷出去离子水和N2混合物的二流体喷嘴，二流体摆臂204和N2摆臂203均能够进行升降调节，且摆动至主轴转盘205的上方。
如图8所示，背面清洗机构3还包括设置于清洗腔体201旁的毛刷摆臂301，毛刷摆臂301的末端底部设有转动的海绵刷头302，毛刷摆臂301能够进行升降调节，且摆动至主轴转盘205的上方。毛刷摆臂301的末端设有用于润湿海绵刷头302的补水管，通过补水管持续给海绵刷头302进行补水，以保持海绵刷头302工作时处于润湿状态，清洗腔体201旁还设置有用于清洗海绵刷头302的刷头自洁腔303，刷头自洁腔303的开口向上，毛刷摆臂301横向摆动至刷头自洁腔303的上方，且海绵刷头302位于刷头自洁腔303的正上方，刷头自洁腔303旁设置有用于往刷头自洁腔303内喷水的自洁水管，当海绵刷头302移动至刷头自洁腔303上方进行自动清洁时，自洁水管用于喷出洗清液或者高压负离子水对海绵刷头302进行清洗，清洗过程海绵刷头302持续转动，以提高清洗效率。
如图9所示，正面清洗机构2还包括设置于清洗腔体201旁的高压去离子水摆臂206，高压去离子水摆臂206能够进行升降调节，且摆动至主轴转盘205的上方。正面清洗机构2和背面清洗机构的清洗腔体201内壁设有由下往上逐渐倾斜变小的挡水圈202，清洗腔体201和挡水圈202的表面均喷涂有疏水涂层。挡水圈202避免在洗清过程的高压负离子水往外飞溅，降低二次污染，确保清洗过程产生的污水均往清洗腔体201的底部排出，疏水涂层能够防止液体回溅，避免污渍粘贴于清洗腔体201的内壁，避免污垢残留导致的二次污染，大大提升清洗良品率。
如图10-图13所示，背面清洗机构3的主轴转盘205的顶面边缘设有四个用于辅助压紧晶圆10的离心夹持组件，离心夹持组件包括纵向设置于主轴转盘205顶面边缘的限位座304、挡针305和离心搭扣306，挡针305纵向设置于限位座304的顶面，限位座304的顶面与挡针305之间组成用于承托晶圆10边缘的L形限位平台，晶圆10放置于主轴转盘205后，晶圆10的边缘将延伸至L形限位平台上，由L形限位平台进行承托，离心搭扣306通过横向转轴308转动地安装于限位座304的中部，离心搭扣306靠近挡针305的末端设有L形压紧部307，当背面清洗机构3的主轴转盘205转动时，离心搭扣306在离心力作用下，L形压紧部307将沿晶圆10的方向压紧晶圆10的边沿，图11中主轴转盘205处于停止状态，此时离心搭扣306为复位状态。
二流体摆臂204和高压去离子水摆臂206均与水路系统相连，由水路系统给二流体摆臂204和高压去离子水摆臂206提供高压去离子水，二流体摆臂204和N2摆臂203均与气路系统相连，由气路系统给二流体摆臂204和N2摆臂203提供高压N2，主动排风系统与清洗腔体201的底部导通，由主动排风系统主动排去清洗腔体201内的水汽，主动排风系统还连接有水汽分离系统15。
如图6所示，搬运机械手6的底部设有用于带动搬运机械手6沿X轴方向平移的X轴移载模组602，X轴移载模组602的一端延伸至靠近中转校正机构1，X轴移载模组602的另一端延伸至靠近翻转机构4，搬运机械手6位于两组正面清洗机构2和两组背面清洗机构之间。上下料机械手5的底部设有用于带动上下料机械手5沿Y轴方向平移的Y轴移载模组，搬运机械手6和上下料机械手5的末端均设置有用于夹持晶圆10且能够更换的夹爪601，通过更换不用规格的夹爪601，使其适配不同尺寸的晶圆，适用性更广泛。
使用本实施例的全自动单晶圆清洗机同时清洗两组晶圆10，每组晶圆10均匀放置于对应的每组装载机构7内，使用本实施例的自动单晶圆清洗机的单晶圆清洗方法，包括以下步骤：
步骤一，晶圆10上料，将需要进行清洗的晶圆放置于对应的两组装载机构7内，并对位于装载机构7的每个晶圆进行扫片，确定其规格并录入系统，通过人机交互界面9进行设置和操作。
步骤二，取片校正，由上下料机械手5将晶圆夹取并转移至中转校正机构1，将晶圆放置于中转校正机构1的校正位，校正气缸103工作对晶圆的位置进行校正。
步骤三，取片翻转至背面，搬运机械手6将夹取经校正后的晶圆，并转移至翻转机构4的夹持板404，两块夹持板404将晶圆夹紧，翻转机构4的翻转电机403动作，带动两块夹持板404和晶圆翻转180度，使晶圆的背面朝上。
步骤四，取片至背面清洗，搬运机械手6将夹取背面朝上的晶圆，并转移至背面清洗机构3，由背面清洗机构3的离心夹持组件压紧晶圆，当背面清洗机构3的主轴转盘转动时，离心搭扣在离心力作用下，L形压紧部将沿晶圆的方向压紧晶圆的边沿，进行背面清洗，主轴电机带动主轴转盘205和晶圆同步转动，主轴转盘205转动过程中，离心搭扣306将在离心力的作用下，L形压紧部307将沿晶圆10的方向压紧晶圆10的边沿，从而夹紧位于主轴转盘205上的晶圆10，由毛刷摆臂301、二流体摆臂204和N2摆臂203依次摆动进入清洗腔体201上方对晶圆的背面进行清洗动作，毛刷摆臂301的海绵刷头302高速转动，通过高速转动对晶圆的背面进行刷洗，二流体摆臂204用于喷出去离子水和N2混合物，N2摆臂203用于喷出高压N2，背面洗清完成后主轴电机继续带动晶圆进行高速转动，用于甩干晶圆背面的积水，当主轴转盘205停止时，离心搭扣306的L形压紧部307将因失去离心力而自动复位，L形压紧部307脱离晶圆10。
步骤五，取片翻转至正面，搬运机械手6将完成背面清洗的晶圆夹取至翻转机构4的夹持板404，两块夹持板404将晶圆夹紧，翻转机构4的翻转电机403动作，带动两块夹持板404和晶圆翻转180度，使晶圆的正面朝上。
步骤六，取片至正面清洗，搬运机械手6将夹取正面朝上的晶圆，并转移至正面洗清机构，由正面洗清机构的真空吸盘吸紧晶圆，进行正面清洗，主轴电机带动主轴转盘205和晶圆同步转动，由高压去离子水摆臂206、二流体摆臂204和N2摆臂203依次摆动进入清洗腔体201上方对晶圆的正面进行清洗动作，高压去离子水摆臂206用于喷出高压去离子水，二流体摆臂204用于喷出去离子水和N2混合物，N2摆臂203用于喷出高压N2，正面洗清完成后主轴电机继续带动晶圆进行高速转动，用于甩干晶圆正面的积水。
步骤七，取片中转，搬运机械手6将完成正面清洗的晶圆夹取至中转校正机构1的暂存平台104；
步骤八，晶圆10装载，上下料机械手5将位于暂存平台104且清洗完成的晶圆夹取，并转移至对应的装载机构7对应存放该晶圆的位置。
整个清洗过程由自动化操作完成，且分别对晶圆10的背面和正面进行清洗，分别采用独立的清洗腔体201，且采用针对性的多组清洗方式进行清洗，确保晶圆10的背面和正面均符合清洗要求，整个清洗方法不需要使用化学药液，避免药液侵蚀晶圆10。
以上内容是结合具体的优选实施例对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.全自动单晶圆清洗机，包括机架、电控箱和设置于机架前方的装载机构，机架的前端设有人机交互界面，机架与装载机构之间设置有上下料机械手，其特征在于：所述机架内由下往上依次设置有管路区和清洗区；管路区内设置有水路系统、气路系统和主动排风系统，清洗区内由靠近上下料机械手的一端至远离上下料机械手的一端依次设置有中转校正机构、正面清洗机构、背面清洗机构和翻转机构，中转校正机构与翻转机构之间还设置有搬运机械手，搬运机械手用于夹持晶圆并移送至中转校正机构、正面清洗机构、背面清洗机构和翻转机构，上下料机械手用于夹持晶圆并移送至装载机构和中转校正机构；
所述中转校正机构包括支架、用于暂存晶圆的暂存平台和用于较正晶圆的较正组件，暂存平台和较正组件均设置于支架内，较正组件由两块弧形校正板和用于带动两块弧形校正板进行相对横向移动的校正气缸构成，两块弧形校正板之前形成用于放置晶圆的校正位，暂存平台位于校正位的上方，且暂存平台与校正位同心设置；
所述翻转机构包括支座、电动旋转台、夹持板和夹持气缸，夹持板共设有两块，两块夹持板呈上下分布，两块夹持板的相对面均设有用于夹持晶圆的夹持块，两块夹持板横向安装于夹持气缸的输出端，由夹持气缸带动两块夹持板实现夹持动作，电动旋转台纵向安装于支座的上端，电动旋转台的两端分别连接有翻转电机和转动的翻转盘，翻转盘由翻转电机带动，夹持气缸固定安装于翻转盘的表面，当翻转电机工作时，带动两块夹持板实现翻转动作；
所述背面清洗机构和正面清洗机构均包括清洗腔体、设置于清洗腔体内部的主轴组件、设置于清洗腔体旁的二流体摆臂和设置于清洗腔体旁的N2摆臂，主轴组件包括主轴转盘和主轴电机，主轴电机与主轴转盘相接，用于带动主轴转盘转动，正面清洗机构的主轴组件还包括用于吸住晶圆的真空吸盘，真空吸盘设置于主轴转盘的顶部，二流体摆臂的末端底部设有喷出去离子水和N2混合物的二流体喷嘴，二流体摆臂和N2摆臂均能够进行升降调节，且摆动至主轴转盘的上方；背面清洗机构还包括设置于清洗腔体旁的毛刷摆臂，毛刷摆臂的末端底部设有转动的海绵刷头，毛刷摆臂能够进行升降调节，且摆动至主轴转盘的上方；正面清洗机构还包括设置于清洗腔体旁的高压去离子水摆臂，高压去离子水摆臂能够进行升降调节，且摆动至主轴转盘的上方；
所述二流体摆臂和高压去离子水摆臂均与水路系统相连，由水路系统给二流体摆臂和高压去离子水摆臂提供高压去离子水，二流体摆臂和N2摆臂均与气路系统相连，由气路系统给二流体摆臂和N2摆臂提供高压N2，主动排风系统与清洗腔体的底部导通，由主动排风系统主动排去清洗腔体内的水汽。
2.根据权利要求1所述全自动单晶圆清洗机，其特征在于：所述背面清洗机构的主轴转盘的顶面边缘设有三个以上且用于辅助压紧晶圆的离心夹持组件，离心夹持组件包括纵向设置于主轴转盘顶面边缘的限位座、挡针和离心搭扣，挡针纵向设置于限位座的顶面，限位座的顶面与挡针之间组成用于承托晶圆边缘的L形限位平台，离心搭扣通过横向转轴转动地安装于限位座的中部，离心搭扣靠近挡针的末端设有L形压紧部，当背面清洗机构的主轴转盘转动时，离心搭扣在离心力作用下，L形压紧部将沿晶圆的方向压紧晶圆的边沿。
3.根据权利要求1所述全自动单晶圆清洗机，其特征在于：所述清洗腔体的内壁设有由下往上逐渐倾斜变小的挡水圈，清洗腔体和挡水圈的表面均喷涂有疏水涂层。
4.根据权利要求1所述全自动单晶圆清洗机，其特征在于：所述毛刷摆臂的末端设有用于润湿海绵刷头的补水管，清洗腔体旁还设置有用于清洗海绵刷头的刷头自洁腔，刷头自洁腔的开口向上，毛刷摆臂横向摆动至刷头自洁腔的上方，且海绵刷头位于刷头自洁腔的正上方，刷头自洁腔旁设置有用于往刷头自洁腔内喷水的自洁水管。
5.根据权利要求1-4任意一项所述全自动单晶圆清洗机，其特征在于：所述机架的前端顶部设置有用于除静电的离子风棒，离子风棒的出风口朝向上下料机械手，机架的顶部还设置有风机过滤单元，风机过滤单元与气路系统相连，水路系统还连接有储水罐稳压装置、二氧化碳发泡机、恒温热水箱和纯水实时检测装置。
6.根据权利要求1-4任意一项所述全自动单晶圆清洗机，其特征在于：所述翻转盘上安装有两块与夹持板延伸方向一致的挡尘板，两块挡尘板分别位于两块夹持板的上方和下方，夹持块包括分别设置于两块夹持板的夹持凹块和夹持凸块，夹持凹块和夹持凸块位置相对，且用于进行配对接合。
7.根据权利要求1-4任意一项所述全自动单晶圆清洗机，其特征在于：所述搬运机械手的底部设有用于带动搬运机械手沿X轴方向平移的X轴移载模组，X轴移载模组的一端延伸至靠近中转校正机构，X轴移载模组的另一端延伸至靠近翻转机构，上下料机械手的底部设有用于带动上下料机械手沿Y轴方向平移的Y轴移载模组，搬运机械手和上下料机械手的末端均设置有用于夹持晶圆且能够更换的夹爪。
8.根据权利要求1-4任意一项所述全自动单晶圆清洗机，其特征在于：所述电控箱设置于机架的顶部，机架的后端设有若干用于进行数据连接的数据接口，机架的项部设有与主动排风系统导通的排风管。
9.单晶圆清洗方法，其特征在于：该清洗方法由权利要求1-8任意一项所述的全自动单晶圆清洗机来完成，该清洗方法包括以下步骤：
步骤一，晶圆上料，将需要进行清洗的晶圆放置于装载机构，并对位于装载机构的每个晶圆进行扫片，确定其规格并录入系统；
步骤二，取片校正，由上下料机械手将晶圆夹取并转移至中转校正机构，将晶圆放置于中转校正机构的校正位，校正气缸工作对晶圆的位置进行校正；
步骤三，取片翻转至背面，搬运机械手将夹取经校正后的晶圆，并转移至翻转机构的夹持板，两块夹持板将晶圆夹紧，翻转机构的翻转电机动作，带动两块夹持板和晶圆翻转180度，使晶圆的背面朝上；
步骤四，取片至背面清洗，搬运机械手将夹取背面朝上的晶圆，并转移至背面清洗机构，由背面清洗机构的离心夹持组件压紧晶圆，当背面清洗机构的主轴转盘转动时，离心搭扣在离心力作用下，L形压紧部将沿晶圆的方向压紧晶圆的边沿，进行背面清洗，主轴电机带动主轴转盘和晶圆同步转动，由毛刷摆臂、二流体摆臂和N2摆臂依次摆动进入清洗腔体上方对晶圆的背面进行清洗动作，毛刷摆臂的海绵刷头能够高速转动，通过高速转动对晶圆的背面进行刷洗，二流体摆臂用于喷出去离子水和N2混合物，N2摆臂用于喷出高压N2，背面洗清完成后主轴电机继续带动晶圆进行高速转动，用于甩干晶圆背面的积水；
步骤五，取片翻转至正面，搬运机械手将完成背面清洗的晶圆夹取至翻转机构的夹持板，两块夹持板将晶圆夹紧，翻转机构的翻转电机动作，带动两块夹持板和晶圆翻转180度，使晶圆的正面朝上；
步骤六，取片至正面清洗，搬运机械手将夹取正面朝上的晶圆，并转移至正面洗清机构，由正面洗清机构的真空吸盘吸紧晶圆，进行正面清洗，主轴电机带动主轴转盘和晶圆同步转动，由高压去离子水摆臂、二流体摆臂和N2摆臂依次摆动进入清洗腔体上方对晶圆的正面进行清洗动作，高压去离子水摆臂用于喷出高压去离子水，二流体摆臂用于喷出去离子水和N2混合物，N2摆臂用于喷出高压N2，正面洗清完成后主轴电机继续带动晶圆进行高速转动，用于甩干晶圆正面的积水；
步骤七，取片中转，搬运机械手将完成正面清洗的晶圆夹取至中转校正机构的暂存平台；
步骤八，晶圆装载，上下料机械手将位于暂存平台且清洗完成的晶圆夹取，并转移至装载机构对应存放该晶圆的位置。
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