CN117594485A - 滚刷式晶圆清洗装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种滚刷式晶圆清洗装置，包括驱动部、滚刷和轴承座，滚刷包括刷轴和连接在刷轴上的刷体；滚刷的一端与驱动部连接，另一端通过刷轴与轴承座连接；滚刷在驱动部驱动下旋转；刷轴为两端面封闭的空心轴，空心部形成储液腔，用于储存清洗液；储液腔壁上设有向刷体输送清洗液的通道；刷轴与轴承座壳体不接触；轴承座上设有清洗液供液通道；刷轴与供液通道对应位置的轴壁上设有进液孔；供液通道通过进液孔与刷轴内的储液腔联通；轴承座包括内腔，内腔底部设有排液通道，排液通道用于排出流入轴承座内腔的清洗液。本发明提供的滚刷式晶圆清洗装置，清洗晶圆的整个过程中，进入储液腔的清洗液均是干净无污染的。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料清洗技术领域，具体涉及一种晶圆清洗装置。
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。为了达到晶圆表面无污染物的目的，需要移除晶圆表面的污染物以避免制程前污染物重新残留于晶圆表面。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。
晶圆清洗方式有滚刷清洗、兆声清洗等。其中，滚刷清洗应用较为广泛。典型的滚刷清洗设备核心结构包括支架、滚刷、驱动装置、进液装置。其中，支架用于固定整个滚刷机构，滚刷用于清洗晶圆表面，驱动装置用于驱动滚刷旋转，进液装置用于向滚刷内部注入清洗液。
现有的滚刷清洗设备，清洗液流经传动机构后进入滚刷内部，会将传动机构间摩擦产生的碎屑混入清洗液内，造成清洗液污染，清洗时对晶圆造成磨损，影响晶圆质量。
发明内容
本发明提供一种滚刷式晶圆清洗装置，通过特定的结构设计，避免受污染的清洗液(指与传动机构间相互摩擦产生的碎屑接触的清洗液)流入滚刷储液腔中，以此避免在清洗过程中由于清洗液污染导致晶圆磨损的问题。
为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
滚刷式晶圆清洗装置，包括驱动部、滚刷和轴承座；
所述滚刷包括刷轴和连接在刷轴上的刷体；
所述滚刷的一端与所述驱动部连接，另一端通过刷轴与所述轴承座连接；
所述滚刷在所述驱动部驱动下旋转；
所述刷轴为两端面封闭的空心轴，空心部形成储液腔，用于储存清洗液；
所述储液腔壁上设有向所述刷体输送清洗液的通道；
所述刷轴与所述轴承座壳体不接触；
所述轴承座上设有清洗液供液通道；
所述刷轴与所述供液通道对应位置的轴壁上设有进液孔；
所述供液通道通过所述进液孔与所述刷轴内的储液腔联通；
所述轴承座包括内腔，所述内腔底部设有排液通道，所述排液通道用于排出流入轴承座内腔的清洗液。
进一步的，所述刷轴穿设于轴承座前壁；
所述刷轴与所述轴承座前壁间设有狭缝；
所述狭缝尺寸为0.2-0.5mm；
所述狭缝高于所述排液通道。
进一步的，所述刷轴与所述供液通道交接处设有清洗液缓冲腔；
所述清洗液缓冲腔包裹所述刷轴上的进液孔。
进一步的，所述清洗液缓冲腔通过进液孔与所述储液腔联通；
所述清洗液缓冲腔通过所述狭缝与所述轴承座前壁外侧和所述轴承座内腔联通。
优选的，所述清洗液缓冲腔以所述刷轴为中心呈环形。
优选的，环形的清洗液缓冲腔轴向侧壁与进液孔的距离为2-5mm；
优选的，环形的清洗液缓冲腔径向侧壁与刷轴轴面的距离为1.6-4mm。
优选的，轴承座内腔中，轴承与轴承座前壁间距大于2cm。
优选的，所述进液孔的数量为多个；
优选的，多个所述进液孔的总截面积为供液通道横截面积的2倍。
进一步的，所述排液通道为负压排液通道；
所述排液压力为-5kPa～-20kPa。
优选的，所述轴承为陶瓷轴承。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的滚刷式晶圆清洗装置，由驱动部驱动滚刷旋转，通过设置在刷轴内的储液腔向刷体提供干净的清洗液对晶圆进行清洗。整个清洗过程中，进入储液腔的清洗液均是干净无污染的清洗液。所述无污染的清洗液主要指与传动机构摩擦产生的碎屑接触过的清洗液。所述整个清洗过程包括但不限于供液通道供液过程、供液通道停止供液过程、滚刷转动过程、滚刷停止转动过程等。
附图说明
图1是本发明实施例滚刷式晶圆清洗装置的整体结构示意图；
图2是本发明实施例滚刷式晶圆清洗装置轴承座结构示意图；
图3是图2中A处的局部放大示意图。
其中：
1、驱动部；2、滚刷；3、轴承座；4、驱动轴；5、刷体；6、储液腔；7、刷轴；8、供液通道；9、轴承座前壁；10、端盖；11、轴承；12、隔环；13、排液通道；14、进液孔；15、清洗液缓冲腔；16、轴承座内腔；17、狭缝；18、轴承座底壁；①、第一流路；②、第二流路；③、第三流路；④、第四流路；⑤、第五流路。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
参见图1-图3，本实施方式提供一种滚刷式晶圆清洗装置，包括驱动部1、滚刷2和轴承座3。驱动部1包括电机驱动的驱动轴4，滚刷包括刷轴7和连接在刷轴7上的刷体5，滚刷2的一端与驱动部1的驱动轴4连接，另一端通过刷轴7与轴承座3连接，滚刷2在驱动部1的驱动下旋转。驱动部1、轴承座3均设有定位架，以保证当滚刷2安装后，驱动轴4、刷轴7、轴承11的中心线共线。轴承选择免润滑的陶瓷轴承。
刷轴7为两端面封闭的空心轴，空心部形成储液腔6，储液腔6的腔壁上设有向刷体5输送清洗液的通道。当滚刷旋转时，储液腔6内的清洗液经所述通道流向刷体5，为刷体5提供清洗液，布满清洗液的刷体5通过旋转接触的方式清洗晶圆。
本实施方式提供的滚刷式晶圆清洗装置，在整个清洗过程中，刷轴7与轴承座3的壳体不产生接触，从而避免刷轴7与轴承座3的壳体摩擦产生碎屑。具体的，刷轴7会穿经轴承座前壁9与轴承座内腔16中设置的轴承11连接，刷轴7与轴承座前壁9间设有狭缝17，以实现刷轴7与轴承座3的壳体不直接接触，不会摩擦产生碎屑。其中刷轴7与轴承座前壁9既无直接接触，也无间接接触，即狭缝17处无接触性摩擦。
作为一种实施方式，轴承座3上设有供液通道8，用于向储液腔6内提供晶圆清洗液。
作为一种优选实施方式，供液通道8设置在轴承座前壁9上，以垂直开孔的方式，由轴承座前壁9顶面向下开孔，形成供液通道8。
作为一种优选实施方式，刷轴7与供液通道8交接处的轴壁上开孔，形成进液孔14。
作为一种优选实施方式，为保证适当的进液量，进液孔14的数量为多个，多个进液孔的总截面积为供液通道8横截面积的2倍。
供液管道8提供的晶圆清洗液经进液孔14流入储液腔6中，清洗液主流路如图3中第一流路①所示。
作为一种优选的实施方式，刷轴7与供液通道8交接处设有清洗液缓冲腔15，清洗液缓冲腔15包裹刷轴7上的所有进液孔14，以设置清洗液缓冲腔15的方式保证进液孔14的进液量，从而保证储液腔6内的储液量。
作为一种优选的实施方式，清洗液缓冲腔15以刷轴7为中心呈环形。环形的清洗液缓冲腔15轴向侧壁与进液孔14的距离为2-5mm，环形的清洗液缓冲腔15径向侧壁与刷轴轴面的距离为1.6-4mm。此设计量下，能够保证流入储液腔6中的清洗液是稳定、充足的。
一方面，清洗液缓冲腔15通过进液孔14与储液腔6联通，其形成的清洗液流路如图3中第一流路①所示。
另一方面，清洗液缓冲腔15通过狭缝17与轴承座前壁外侧和轴承座内腔联通，其形成的清洗液流路如图3中第二流路②、第四流路④、第三流路③、第五流路⑤所示。其中，第四流路④、第二流路②中的清洗液由于没有流经过传动机构间摩擦处，所以第四流路④、第二流路②中的清洗液是干净的，可直接流入晶圆清洗仓内。而经第五流路⑤、第三流路③流入轴承座内腔16中的清洗液会接触到轴承11摩擦产生的碎屑，因此流入轴承座内腔16的清洗液是污染的清洗液，应避免此部分清洗液回流至清洗液缓冲腔15中。
在供液管道8持续供液过程中，在供液压力下，第三流路③、第五流路⑤中清洗液的流向是单向的，不会回流至清洗液缓冲腔15中。问题在于，在晶圆清洗过程中，单次清洗时间较短，所以会频繁启动或关停供液管道8的供液。当停止供液时，由于失去压力，流入轴承座内腔16的部分清洗液会沿着第三流路③、第五流路⑤逆向回流至清洗液缓冲腔15中，造成干净的清洗液与污染的清洗液混合。在后续的清洗过程中，清洗液夹杂的碎屑便会磨损晶圆。
作为本发明的一种实施方式，为防止经第三流路③、第五流路⑤流入轴承座内腔16的清洗液反流，在轴承座内腔16底部设置排液通道13，用于排出流入轴承座内腔16的清洗液，避免清洗液过多积存在轴承座内腔16中。
作为本发明的一种实施方式，轴承座内腔16中，轴承11与轴承座前壁内表面距离设置为2cm以上，在此设计下，经轴承11磨损产生的碎屑很难溅射到狭缝17中。
作为本发明的一种实施方法，将排液管道13设置为负压管道，持续提供-5kPa～-20kPa的压力，在负压驱动下，经第三流路③、第五流路⑤流入轴承座内腔16的清洗液只能单向流入，经排液管道13及时排出。
为防止流经第二流路②、第四流路④、第三流路③、第五流路⑤的清洗液过多，狭缝尺寸设计为0.2-0.5mm，此设计量既保证刷轴7不会与轴承座前壁9产生摩擦，又能保持流经此处的清洗液流量适当，避免清洗液浪费。
本实施例提供的滚刷式晶圆清洗装置，清洗晶圆的整个过程中，进入储液腔的清洗液均是干净无污染的清洗液。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.滚刷式晶圆清洗装置，包括驱动部、滚刷和轴承座；
所述滚刷包括刷轴和连接在刷轴上的刷体；
所述滚刷的一端与所述驱动部连接，另一端通过刷轴与所述轴承座连接；
所述滚刷在所述驱动部驱动下旋转；其特征在于：所述刷轴为两端面封闭的空心轴，空心部形成储液腔，用于储存清洗液；
所述储液腔壁上设有向所述刷体输送清洗液的通道；
所述刷轴与所述轴承座壳体不接触；
所述轴承座上设有清洗液供液通道；
所述刷轴与所述供液通道对应位置的轴壁上设有进液孔；
所述供液通道通过所述进液孔与所述刷轴内的储液腔联通；
所述轴承座包括内腔，所述内腔底部设有排液通道，所述排液通道用于排出流入轴承座内腔的清洗液。
2.根据权利要求1所述的滚刷式晶圆清洗装置，其特征在于：所述刷轴穿设于轴承座前壁；
所述刷轴与所述轴承座前壁间设有狭缝；
所述狭缝尺寸为0.2-0.5mm；
所述狭缝高于所述排液通道。
3.根据权利要求1所述的滚刷式晶圆清洗装置，其特征在于：所述刷轴与所述供液通道交接处设有清洗液缓冲腔；
所述清洗液缓冲腔包裹所述刷轴上的进液孔。
4.根据权利要求3所述的滚刷式晶圆清洗装置，其特征在于：所述清洗液缓冲腔通过进液孔与所述储液腔联通；
所述清洗液缓冲腔通过所述狭缝与所述轴承座前壁外侧和所述轴承座内腔联通。
5.根据权利要求4所述的滚刷式晶圆清洗装置，其特征在于：所述清洗液缓冲腔以所述刷轴为中心呈环形。
6.根据权利要求5所述的滚刷式晶圆清洗装置，其特征在于：环形的清洗液缓冲腔轴向侧壁与进液孔的距离为2-5mm；
环形的清洗液缓冲腔径向侧壁与刷轴轴面的距离为1.6-4mm。
7.根据权利要求2所述的滚刷式晶圆清洗装置，其特征在于：轴承座内腔中，轴承与轴承座前壁间距大于2cm。
8.根据权利要求1所述的滚刷式晶圆清洗装置，其特征在于：所述进液孔的数量为多个；
多个所述进液孔的总截面积为供液通道横截面积的2倍。
9.根据权利要求1所述的滚刷式晶圆清洗装置，其特征在于：所述排液通道为负压排液通道；
所述排液压力为-5kPa～-20kPa。
10.根据权利要求7所述的滚刷式晶圆清洗装置，其特征在于：所述轴承为陶瓷轴承。
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Cited By (1)
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| CN118231300A (zh) * | 2024-05-24 | 2024-06-21 | 北京翼华云网科技有限公司 | 一种半导体器件及应用 |
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2023
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