CN210497454U - 一种硅片清洗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种硅片清洗装置，清洗装置通过多个传动机构动作相互配合，实现硅片的清洗动作，清洗效果大大提升。整体结构紧凑，承载能力强，操作简单。上下运动有固定导柱和滑轨，运动平稳、可靠。通过清洗装置实现上下大行程往复运动，液面下一定频率的上下微调，旋转运动，通过液体对硅片的冲刷作用，实现了对硅片的全方位的清洗；同时利用超声波在化学清洗液中的空化及直进流作用及化学试剂的腐蚀作用，快速清洗硅片表面污染物。

Description

一种硅片清洗装置

技术领域

本实用新型属硅片清洗技术领域，具体涉及一种硅片清洗装置。

背景技术

现今大规模集成电路都应用到硅片，硅片清洗的效果也将直接影响到集成电路最终的性能。在清洗硅片时不仅要除去硅片表面的杂质而且要使硅片表面钝化，从而减小硅片表面的吸附能力，因此需采用有效的手段提高其表面质量。现有的硅片清洗一般采用以下方法：

(1)湿法化学清洗

利用具有强的腐蚀性的化学试剂，与硅片表面的一些杂质粒子发生化学反应生成可溶物质或气体，去除硅片表面污染物。此方法清洗效率高，成本低，被广泛应用及推广。一般清洗设备包括一组化学清洗槽、水槽及甩干装置，即侵入式湿法清洗槽。将承载硅片的花篮放入化学槽内一定时间后，取出再放入水槽，需要高浓度(一般为20％左右)的清洗液才能将硅片清洗干净，但较高浓度的清洗液会对硅片表面造成损伤，且废液不易处理。

(2)超声清洗法

利用超声频在液体中产生的交变冲击波和空化作用、直进流作用、及加速度作用对液体和污物直接、间接的作用，来达到清洗的目的。此方法为物理清洗，本身为绿色清洗。清洗充分、高效。但对于较小的颗粒污染物无法清除干净。

所以需要提出一种新的清洗装置和清洗方法，对硅片进行清洗，该方法既除掉硅片的较小颗粒污染物，又不会对硅片表面造成损伤。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种硅片清洗装置，以机械手的清洗动作取代手动操作，实现半自动化，利用机械力和超声波的联合作用对硅片进行清洗，提高了清洗质量。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案为：一种硅片清洗装置包括主箱体，主箱体中设置有上箱体和下箱体，主箱体中安装有第一传动机构，第一传动机构用于带动上箱体在竖直方向运动，上箱体中安装有第二传动机构和第三传动机构，第二传动机构用于带动第三传动机构上下往复运动，第三传动机构上安装有机械臂，第三传动机构用于带动机械臂转动，机械臂穿过上箱体，机械臂下端安装有用于盛放硅片的花篮托盘；下箱体中设置有超声波清洗装置，超声波清洗装置包括清洗槽，清洗槽下部安装座上安装有震动板，震动板内部安装有超声波换能器。

进一步的，第一传动机构包括安装在主箱体内壁的第一伺服电机，第一伺服电机的动力输出轴上安装有滚珠丝杠副，滚珠丝杠副的丝杠螺母与螺母座固定连接，螺母座固定连接在连接板上，连接板与上箱体固定连接。

进一步的，第二传动机构包括第二伺服电机，第二伺服电机的动力输出轴上安装有凸轮轴，凸轮轴上安装有凸轮，凸轮与其从动件凸轮滚子线接触，凸轮滚子固定在平台支架上，平台支架上安装有第三传动机构。

进一步的，平台支架安装在导柱上，平台支架能够沿导柱滑动，导柱固定在支撑板上。

进一步的，第三传动机构包括安装在平台支架上的第三伺服电机，第三伺服电机的输出轴通过链传动驱动机械臂转动，机械臂末端安装有用于盛放硅片的花篮托盘，链传动的主动链轮的直径小于从动链轮的直径。

进一步的，花篮托盘包括花篮盘、花篮加强筋和花篮过渡连杆，所述花篮过渡连杆上端与机械臂固定连接，花篮过渡连杆下端与花篮盘固定连接，花篮盘上端面沿周向均布有多个花篮加强筋，相邻的两个花篮加强筋之间设置有容置凹槽，所述容置凹槽用于放置硅片片盒。

进一步的，上箱体内设置有用于增加上箱体的承力能力的第一加强筋。

进一步的，清洗槽由聚偏氟乙烯材料制成，超声波震动板表面镀有防腐材料。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益的技术效果，通过实现上下大行程往复运动，液面下一定频率的上下微调，旋转运动，通过液体对硅片的冲刷作用，实现了对硅片的全方位的清洗；同时利用超声波在液体中的空化及直进流作用，快速清洗硅片表面污染物。通过多个传动机构动作相互配合，实现硅片的清洗动作，缩短了清洗时间，清洗效果大大提升。采用机械手替代了人手动操作，实现了硅片清洗过程的半自动化，操作安全方便，使每个硅片清洗程度更加均匀。

进一步的，第一传动机构包括安装在主箱体内壁的第一伺服电机，第一伺服电机的动力输出轴上安装有滚珠丝杠副，滚珠丝杠副的丝杠螺母与螺母座固定连接，螺母座固定连接在连接板上，连接板与上箱体固定连接。采用第一伺服电机驱动滚珠丝杠的传动方式实现运动，传动精度高，效率高，结构简单，容易实现。

进一步的，第二传动机构包括第二伺服电机，第二伺服电机的动力输出轴上安装有凸轮轴，凸轮轴上安装有凸轮，凸轮与其从动件凸轮滚子线接触，凸轮滚子固定在平台支架上。采用凸轮机构进行往复间歇运动，能可靠的实现从动件预期的运动。选择凸轮滚子从动件，滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦使凸轮磨损较小，承受载荷大。

进一步的，平台支架安装在导柱上，平台支架能够沿导柱滑动，导柱固定在支撑板上，上下运动有固定导柱和滑轨，运动平稳、可靠，导柱保证了运动的位置精度。

进一步的，第三传动机构包括安装在平台支架上的第三伺服电机，所述第三伺服电机的输出轴通过链传动驱动机械臂转动，机械臂末端安装有用于盛放硅片的花篮托盘，所述链传动中主动链轮的直径小于从动链轮的直径。第三传动机构采用链轮链条传动使机花篮托盘在液面之下进行旋转运动。采用链传动降低了转速，不用使用减速器，节省空间，转动平稳。可在中心距较远的情况下传递动力。

进一步的，清洗槽由pvdf材料制成，所述超声波震动板表面镀有防腐材料。具有高强度、耐腐蚀的优点。

一种硅片的清洗方法，清洗的液体采用具有腐蚀性的体积浓度为5％～10％的HF(氢氟酸溶液)，去除硅片表面的氧化层，并使硅片表面钝化；

附图说明

图1为本实用新型的上箱体部分主视图；

图2为本实用新型的整机装置；

图3为花篮托盘示意图；

图4为花篮加强筋示意图。

附图中：1-机架板a，2-机架板b，3-丝杠防护罩，4-连接板，5-机架支撑板，6-背板，7- 螺母座，8-丝杠螺母，9-第二伺服电机，10-第二联轴器，11-凸轮轴，12-支撑杆，13-滚珠丝杠， 14-支撑件，15-轴承座，16-第一联轴器，17-第一加强筋，18-螺钉，19-机架板c，20-第一伺服电机，21-第三伺服电机，22-第三联轴器，23-主动链轮，24-小链轮轴，25-从动链轮，26-机械臂，27-链条，28-机架板d，29-轴套，30-平台支架，31-机架板e，32-花篮托盘，33-凸轮滚子， 34-机架板f，35-凸轮，36-导柱，37-支撑板，39-支撑架，40-超声波发生器，41-震动板，42- 清洗槽，43-花篮盘，44-花篮加强筋，45-花篮过渡连杆，46-夹持板，47-容置凹槽，48-通孔， 49-第二凹槽，100-主箱体，200-上箱体，300-下箱体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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实用新型中的具体含义。

参照图1，一种硅片清洗装置包括主箱体100，主箱体100中安装有上箱体200和下箱体 300，上箱体100中设置有机械手，包括机械手三个传动部分。第一传动部分包含第一伺服电机20和滚珠丝杠副；第二传动部分包括第二伺服电机9、凸轮轴11、凸轮35和凸轮滚子33；第三传动部分包括第三伺服电机21、主动链轮23、从动链轮25、链条27、小链轮轴24和机械臂26。下箱体200中设置有超声清洗装置，超声清洗装置包括超声波发生器40、超声波震动板41和清洗槽42。

上箱体200由机架板a1、机架板b2、机架板c19、机架板d28、机架板e31以及机架板f34首尾固定连接形成。

主箱体100内侧壁安装有第一传动机构，上箱体200安装在第一传动机构的动力输出部分。上箱体200中安装有第二传动机构和第三传动机构。主箱体100内侧壁安装有第一伺服电机 20，第一伺服电机20的动力输出轴通过第一联轴器16和轴承座15与滚珠丝杠副中的滚珠丝杠13连接并传递扭矩，滚珠丝杠与螺母的螺纹轨道间布置有滚珠，丝杠与螺母之间为滚动摩擦，螺母的螺槽设有回程导向装置，防止滚珠脱离螺槽。伺服电机20通过螺钉固定在电机架上，电机架通过螺钉将其固定在丝杠防护罩3上。丝杠防护罩3通过背板6安装在箱体100 内侧壁。丝杠螺母8通过螺钉与螺母座7固定连接，螺母座7固定连接在连接板4上，连接板 4通过螺钉与整个上箱体连接。

第一伺服电机20驱动滚珠丝杠13带动整个上箱体100及箱体内部的第二传动机构和第三传动机构实现上下200mm范围内的往复运动。采用第二伺服电机20驱动滚珠丝杠13的传动方式实现运动，传动精度高，效率高，结构简单，容易实现。

上箱体200中固定有支撑板37，上箱体200侧壁固定有支撑件14，支撑板37和支撑件 14通过多个支撑杆12固定连接。支撑板37上安装有第二传动机构。第二传动机构包括第二伺服电机9，第二伺服电机9通过螺钉固定在支撑板37上，第二伺服电机9输出轴通过第二联轴器10与凸轮轴11连接并传递扭矩。凸轮轴11上安装有凸轮35，凸轮35与其从动件凸轮滚子33线接触，凸轮滚子33通过螺钉固定在平台支架30上，平台支架30安装在导柱36 上，平台支架30与导柱36可相对滑动，带动整个平台支架运动。机架支撑板5通过螺钉与支撑板37及上箱体200连接，提高了整个上箱体的内部承力性能。

伺服电机21通过螺钉固定在电机座上，电机座通过螺钉固定在平台支架30上。机械臂悬挂于平台支架30的另一端，平台支架30具有支撑机械臂，使其纵向定位的作用。

凸轮35驱动凸轮滚子33带动平台支架30及支架上的第三传动机构实现上下30mm范围内的间歇往复运动。在往复间歇运动的机构中，凸轮机构能可靠的实现从动件预期的运动。选择凸轮滚子从动件，滚子33与凸轮轮廓之间为滚动摩擦使凸轮磨损较小，承受载荷大。

第三传动机构包括第三伺服电机21，伺服电机21安装在平台支架30上，第三伺服电机 21输出轴通过第三联轴器22与链传动的小链轮轴24连接并传递扭矩。小链轮轴24上安装有主动链轮23，从动链轮25安装在有机械臂26上，机械臂26末端安装有用于盛放硅片的花篮托盘32。

参照图3，花篮托盘32包括花篮盘43、花篮加强筋44和花篮过渡连杆45。花篮过渡连杆45与机械臂26通过左右两个夹持板46固定连接，花篮过渡连杆45下端固定在花篮盘43的圆心处，花篮盘43上端面以花篮过渡连杆45为圆心，沿周向均布有六个花篮加强筋44，花篮加强筋44一端插入在花篮过渡连杆45上开设的第一凹槽中。花篮加强筋44另一端开设有第二凹槽，花篮盘43插入第二凹槽49中。相邻的两个花篮加强筋44之间设置有容置凹槽47，容置凹槽47用于放置硅片片盒。清洗硅片时，硅片片盒上端敞口。液体从硅片片盒的上方渗入片盒中。

参照图4，花篮加强筋44上设置有若干通孔48，清洗硅片时，清洗液从通孔48中流过，形成多股水流加强对硅片的清洗作用。

上箱体200的底板和下箱体300的顶壁上均开设有用于穿过花篮托盘32的通孔，初始状态下，花篮托盘32下部位于下箱体300中。通过链传动实现机械臂的旋转运动。其中主动链轮23的直径小于从动链轮25的直径。轴套29通过螺钉与轴端盖连接，固定在机械臂直径最大轴段，具有保护机械臂的作用。

第三传动机构采用链轮链条传动使机花篮托盘32在液面之下进行旋转运动。采用链传动降低了转速，不用使用减速器，节省空间，转动平稳。可在中心距较远的情况下传递动力。

下箱体300中安装有超声波清洗装置，超声波清洗装置包括清洗槽42，清洗槽42放置在下箱体内部，可随时更换。清洗槽42内部下端的安装座上安装有震动板41，震动板41内部安装有超声波换能器，清洗槽为pvdf槽，且超声波震动板表面镀pvdf-聚偏氟乙烯防腐材料。

背板6通过螺钉分别与丝杠防护罩3及主箱体100固定连接，将整个上箱体200安装在主箱体100内。下箱体300安装在主箱体100底部。

此硅片清洗装置，机架板之间通过螺钉连接，导柱36固定在支撑板37上，保证了运动的位置精度。第一加强筋17对称布置于上箱体200内，增加上箱体200的承力性能。

支撑架39放置在下箱体300底部，支撑架39包括小框室和大框室，超声波发生器40放置在支撑架39的小框室内(图示1中左室)，清洗槽42放置在大框室内(图示1中右室)，支撑架39具有承载超声清洗装置的作用。

上述装置的工作原理如下：

(1)首先第一伺服电机20驱动滚珠丝杠13旋转，滚珠丝杠13通过与丝杠螺母8作用将旋转运动转换为直线运动。丝杠螺母8带动螺母座7与连接在螺母座7上的使整个上箱体(包括其中的第二传动机构和第三传动机构)向下运动200mm，使花篮托盘32到达指定位置(清洗槽42中的清洗液液面以下)。机械臂26安装在上箱体内，随着上箱体的运动而向下运动，机械臂26与花篮托盘32相连接，并带动花篮托盘32一起向下运动。

(2)第二伺服电机9驱动凸轮轴11带动凸轮35使凸轮滚子从动件33做间歇运动。凸轮滚子33与平台支架30相连接，平台支架30与第三传动机构一起做上下间歇微调运动。使得与机械臂26连接的花篮托盘32及托盘中放置的硅片在酸液中做一定频率的上下间歇微动。

同时，第三伺服电机21驱动小链轮轴24旋转，主动链轮23安装在小链轮轴24上随其同转速旋转，主动轮23通过驱动链条27，将动力及扭矩传递给从动链轮25，使从动链轮25做设定转速的旋转运动。机械臂26上安装从动轮链轮25，使机械臂26及花篮托盘32一起旋转。实现花篮托盘32在清洗液中一定转速的旋转运动。超声波发生器40发出超声波，经超声波震动板41内的超声波换能器转换成高频机械振动传播到清洗液中，在清洗液中产生空化及直进流作用，实现对污染物的不断冲刷、剥离。此过程大约持续1min-2min，即可完成清洗。

(3)清洗完成后，第一伺服电机20再次驱动滚珠丝杠13带动整个上箱体200及其中的第二传动机构和第三传动机构向上运动，到达指定初始位置。

利用上述一种硅片装置清洗硅片，包括以下步骤：

步骤一：机械手带动花篮托盘向下运动200mm，到达清洗液液面下指定位置；其中所用清洗液为5％～10％的HF-氢氟酸溶液。

步骤二：机械臂26带动花篮托盘32在清洗槽42中的酸液中上下运动和旋转运动，超声波在清洗液中产生空化及直进流作用，产生冲击力对硅片进行清洗；机械和超声报配合清洗，缩短了清洗时间，实现了半自动化。

步骤三：清洗完毕后，机械手带动花篮托盘32向上运动，到达初始启动位置；

步骤四：将换清洗槽42替换为水槽，水槽中盛放有水；

步骤五、重复步骤一至步骤三，对硅片进行水洗。

步骤六：取出硅片进行烘干。

利用机械手的机械作用，溶液的空化效应，酸液的化学反应，有效的去除硅片表面的有机物、颗粒、金属离子等杂质。利用机械作用去除较大的颗粒，利用超声波空化效应去除较小颗粒杂质(可以去除≥0.4μm颗粒)，利用化学腐蚀去除表面颗粒杂质、有机物、金属离子等。通过多个传动机构动作相互配合，实现硅片的清洗动作，清洗效果大大提升。整体结构紧凑，承载能力强，操作简单。上下运动有固定导柱和滑轨，运动平稳、可靠。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种硅片清洗装置，其特征在于，包括主箱体(100)，所述主箱体(100)中设置有上箱体(200)和下箱体(300)，所述主箱体(100)中安装有第一传动机构，所述第一传动机构用于带动上箱体(200)在竖直方向运动，所述上箱体(200)中安装有第二传动机构和第三传动机构，所述第二传动机构用于带动第三传动机构上下往复运动，所述第三传动机构上安装有机械臂(26)，所述第三传动机构用于带动机械臂(26)转动，所述机械臂(26)穿过上箱体(200)，所述机械臂(26)下端安装有用于盛放硅片的花篮托盘(32)；所述下箱体(300)中设置有清洗槽(42)，清洗槽(42)下部安装座上安装有震动板(41)，震动板(41)内部安装有超声波换能器。

2.根据权利要求1所述的一种硅片清洗装置，其特征在于，所述第一传动机构包括安装在主箱体(100)内壁的第一伺服电机(20)，所述第一伺服电机(20)的动力输出轴上安装有滚珠丝杠副，所述滚珠丝杠副的丝杠螺母(8)与螺母座(7)固定连接，所述螺母座(7)固定连接在连接板(4)上，连接板(4)与上箱体(200)固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种硅片清洗装置，其特征在于，所述第二传动机构包括第二伺服电机(9)，所述第二伺服电机(9)的动力输出轴上安装有凸轮轴(11)，所述凸轮轴(11)上安装有凸轮(35)，所述凸轮(35)与其从动件凸轮滚子(33)线接触，所述凸轮滚子(33)固定在平台支架(30)上，所述平台支架(30)上安装有第三传动机构。

4.根据权利要求3所述的一种硅片清洗装置，其特征在于，所述平台支架(30)安装在导柱(36)上，所述平台支架(30)能够沿导柱(36)滑动，所述导柱(36)固定在支撑板(37)上。

5.根据权利要求3所述的一种硅片清洗装置，其特征在于，所述第三传动机构包括安装在平台支架(30)上的第三伺服电机(21)，所述第三伺服电机(21)的输出轴通过链传动驱动机械臂(26)转动，所述机械臂(26)末端安装有用于盛放硅片的花篮托盘(32)，所述链传动的主动链轮(23)的直径小于从动链轮(25)的直径。

6.根据权利要求1所述的一种硅片清洗装置，其特征在于，所述花篮托盘(32)包括花篮盘(43)、花篮加强筋(44)和花篮过渡连杆(45)，所述花篮过渡连杆(45)上端与机械臂固定连接，花篮过渡连杆(45)下端与花篮盘(43)固定连接，花篮盘(43)上端面沿周向均布有多个花篮加强筋(44)，相邻的两个花篮加强筋(44)之间设置有容置凹槽(47)，所述容置凹槽(47)用于放置硅片片盒。

7.根据权利要求1所述的一种硅片清洗装置，其特征在于，所述上箱体(200)内设置有用于增加上箱体(200)的承力能力的第一加强筋(17)。

8.根据权利要求1所述的一种硅片清洗装置，其特征在于，所述清洗槽(42)由聚偏氟乙烯材料制成，所述超声波震动板(41)表面镀有防腐材料。

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