CN213716852U - 一种清洗刷对中装置和晶圆清洗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种清洗刷对中装置和晶圆清洗装置，所述清洗刷对中装置包括滚刷工装、晶圆工装和卡紧机构；所述晶圆工装设置在晶圆清洗装置的壳体中，其由壳体中的支撑滚轮定位；所述滚刷工装设置于所述晶圆工装的两侧，其能够沿水平方向移动以靠近及远离所述晶圆工装；所述卡紧机构设置于所述壳体的顶部并位于晶圆工装的上侧，其通过抵接所述晶圆工装的外缘以保持晶圆工装的位置。

Description

一种清洗刷对中装置和晶圆清洗装置

技术领域

本实用新型属于化学机械抛光后处理技术领域，具体而言，涉及一种清洗刷对中装置和晶圆清洗装置。

背景技术

集成电路产业是信息技术产业的核心，在助推制造业向数字化、智能化转型升级的过程中发挥着关键作用。芯片是集成电路的载体，芯片制造涉及芯片设计、晶圆制造、晶圆加工、电性测量、切割封装和测试等工艺流程。其中，化学机械抛光属于晶圆制造工序，化学机械抛光（Chemical Mechanical Planarization, CMP）是一种全局平坦化的超精密表面加工技术。

晶圆进行化学机械抛光后需要进行清洗、干燥等后处理。清洗的目的是为了避免微量离子和金属颗粒对半导体器件的污染，保障半导体器件的性能和合格率。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。

滚刷清洗中，晶圆设置于壳体的支撑滚轮，设置于晶圆两侧的滚刷绕其轴线滚动以接触清洗移除晶圆表面的颗粒物。如专利CN209551448U公开的晶圆的处理装置，后处理单元包括滚刷装置，滚刷装置包括安装壳，晶圆可转动地设在安装壳内，滚刷绕其轴线滚动地设置于安装壳内并位于晶圆两侧；滚刷与晶圆接触，在滚刷滚动的过程中移除晶圆表面的污染物。

由于壳体内部的支撑滚轮的安装基准与滚刷的安装基准不同，因此，在滚刷清洗模块的装配过程中，只能保证支撑滚轮形成的平面与滚刷的安装基准面大致垂直。这样就产生了一个问题：放置于支撑滚轮的晶圆可能不是竖直状态。而在滚刷清洗模块调试时，一般是以设置于支撑滚轮上的晶圆为基准来调试滚刷的位置。以一个状态不明确的部件作为基准进行调试，肯定会产生调整精度不高、调试效率低的问题。

此外，即使支撑滚轮形成的平面与滚刷的安装基准面垂直，放置于支撑滚轮上的晶圆也可能出现略微倾斜的情况。这在一定程度上也影响了滚刷清洗模块的调试结果，影响晶圆刷洗的效果。

实用新型内容

本实用新型旨在至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本实用新型实施例的第一个方面提供了一种清洗刷对中装置，其包括滚刷工装、晶圆工装和卡紧机构；所述晶圆工装设置在晶圆清洗装置的壳体中，其由壳体中的支撑滚轮定位；所述滚刷工装设置于所述晶圆工装的两侧，其能够沿水平方向移动以靠近及远离所述晶圆工装；所述卡紧机构设置于所述壳体的顶部并位于晶圆工装的上侧，其通过抵接所述晶圆工装的外缘以保持晶圆工装的位置。

作为优选实施例，所述卡紧机构可拆卸地设置于所述壳体的顶部。

作为优选实施例，所述卡紧机构包括支架和顶针，所述顶针滑动连接于所述支架，所述顶针能够沿竖直方向移动以使所述顶针与晶圆工装的外缘抵接。

作为优选实施例，所述支架配置有与晶圆工装的侧面垂直的滑轨，所述顶针设置于支撑块，所述支撑块通过滑块连接于所述滑轨，所述顶针能够沿所述滑轨移动以调节顶针与晶圆工装的水平距离。

作为优选实施例，所述支撑块设置有安装孔，其沿支撑块的厚度方向贯通设置，所述顶针能够沿所述安装孔移动以调节顶针末端的位置。

作为优选实施例，所述顶针的末端设置有V形槽，所述V形槽抵接于所述晶圆工装的外缘。

作为优选实施例，清洗刷对中装置还包括水平仪，其设置于所述晶圆工装的侧面以检测所述晶圆工装的倾斜度。

作为优选实施例，所述滚刷工装由不含铜和镁的金属材料制成。

作为优选实施例，所述晶圆工装由聚四氟乙烯制成。

本实用新型实施例的第二个方面提供了一种晶圆清洗装置，其包括：

第一清洗刷，用于对晶圆正面进行刷洗；

第二清洗刷，用于对晶圆反面进行刷洗；

控制模块，其使用上面所述的清洗刷对中装置进行对中操作，根据对中操作确定的两个滚刷工装与晶圆工装同时接触的基准位置安装清洗刷，控制所述清洗刷移动至相应的清洗位置以对晶圆的正反两面进行滚动刷洗。

本实用新型的有益效果包括：通过滚刷工装、晶圆工装及卡紧机构，有效消除清洗刷安装面与放置晶圆的支撑滚轮的安装面之间的垂直度不佳对晶圆清洗的影响，精准确定清洗刷的安装位置，有效保证清洗刷的对称安装，使得清洗刷同时与晶圆正反面接触，保证良好的清洗效果。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本实用新型的优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本实用新型的保护范围，其中：

图1是本实用新型所述晶圆清洗装置1的结构示意图；

图2是本实用新型所述清洗刷对中装置2的结构示意图；

图3是本实用新型所述卡紧机构60的结构示意图；

图4是本实用新型所述清洗刷对中装置2另一个实施例的结构示意图；

图5是本实用新型所述晶圆清洗装置的对中方法的流程图；

图6是本实用新型所述滚刷工装40调整动作的流程图；

图7是本实用新型确定滚刷工装基准位置的示意图；

图8是本实用新型所述晶圆清洗装置的使用方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本实用新型所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本实用新型实施方式及本实用新型保护范围的限制。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。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本实用新型的构思，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实用新型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。

在本实用新型中，“化学机械抛光（CMP,Chemical Mechanical Polishing）”也称为“化学机械平坦化（CMP,Chemical Mechanical Planarization）”，“晶圆（wafer）”也称“基板（substrate）”，其含义和实际作用等同。

IC制程中，需要在洁净间使用一些有机物和无机物。由于受到人员、环境等因素的影响，晶圆加工过程中会产生大量污染物。这些污染物大致包括颗粒、有机物、金属污染物和/或氧化物等。污染物的颗粒大小为几纳米至几百纳米不等。晶圆清洗的作用就是将晶圆表面附着的污染物移除，使得晶圆表面的污染颗粒大小及数量控制在工艺要求范围内。

图1是晶圆清洗装置1的结构示意图，晶圆清洗装置1包括壳体10，壳体10的内部设置有支撑滚轮20，以竖直支撑、定位待清洗的晶圆W。晶圆W的两侧设置有清洗刷30，清洗刷30的端部连接有未示出的驱动电机，其驱动清洗刷30绕其轴线旋转。壳体10的上部设置有喷淋管路，以向晶圆W喷淋DIW和/或清洗液。

晶圆清洗时，支撑滚轮20旋转，在摩擦力作用下，竖直设置于支撑滚轮20的晶圆W绕晶圆的轴线旋转。清洗刷30与晶圆W的表面抵接并绕清洗刷30的轴线旋转。清洗刷30可以由多孔性材料制成，如聚乙烯醇，清洗刷30能够吸附大量用于刷洗晶圆W表面的清洗液。滚动的清洗刷30与旋转的晶圆W接触以移除晶圆W表面的污染物。

位于晶圆W两侧的清洗刷30可以沿水平方向移动以远离或靠近晶圆W。清洗刷30远离晶圆W时，清洗刷30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；清洗刷30靠近晶圆W移动，清洗刷30与晶圆W抵接并以接触方式实施晶圆表面的清洗。

清洗刷30相向移动时，清洗刷30需要与晶圆W的表面同时抵接并且晶圆W处于竖直位置，使得清洗刷30与晶圆W的表面充分接触，以保证晶圆表面的清洗效果。因此，清洗刷30的安装位置对晶圆清洗的效果影响较大。

为了保证清洗刷30安装位置的准确性，需要寻找确定清洗刷30的安装位置。

而在晶圆清洗装置1调试时，一般是以设置于支撑滚轮20的晶圆为基准来调试清洗刷30的位置。由于壳体10内部的支撑滚轮20的安装基准与清洗刷30的安装基准不同，因此，在晶圆清洗装置1的装配过程中，只能保证支撑滚轮20形成的平面与清洗刷30的安装基准面大致垂直。这样就产生了一个问题：放置于支撑滚轮20的晶圆W可能不是竖直状态。以一个状态不明确的部件作为基准进行调试，肯定会产生调整精度不高、调试效率低的问题。

为了改善清洗刷30安装位置的准确性，提高晶圆清洗装置安装调试的效率，本实用新型提供了一种用于辅助调试的清洗刷对中装置2，如图2所示。清洗刷对中装置2包括滚刷工装40、晶圆工装50和卡紧机构60。

其中，晶圆工装50为与晶圆W尺寸相同的盘状部件，其由非金属材料制成。晶圆工装50放置于壳体10中并由支撑滚轮20支撑、定位。卡紧机构60设置于壳体10的顶部，以便通过抵接晶圆工装50的外缘来保持晶圆工装50的位置。

作为本实用新型的一个实施例，晶圆工装50由聚四氟乙烯制成，其具有一定的强度，在卡紧机构60锁紧固定时，不至于使晶圆工装50像晶圆W那样碎裂。可以理解的是，晶圆工装50也可以由尼龙、PET、ABS等非金属材料制成。

为了监测晶圆工装50的倾斜度，在晶圆工装50的侧面设置有水平仪70，通过水平仪70检测晶圆工装50的是否处于竖直位置。作为本实施例的一个方面，水平仪70可拆卸地安装于晶圆工装50的侧面。作为本实施例的一个变体，水平仪70也可以与晶圆工装50设置为一体结构，晶圆工装50与水平仪70形成的组件一并设置于支撑滚轮20的上部。

图2所示的实施例中，水平仪70可以选择带有角度测量的激光水平仪，以测量晶圆工装50是否处于竖直位置并使用卡紧机构60将此位置锁紧。

滚刷工装40替代清洗刷30安装于壳体10中，滚刷工装40由金属材料制成，以避免清洗刷30的弹性变形不一致对清洗刷对中精度的影响。可以理解的是，滚刷工装40两端的连接结构与清洗刷30的相同，以便保证滚刷工装40与清洗刷30安装位置是一致的。

作为本实用新型的一个实施例，滚刷工装40由不是铜和镁的金属材料制成，以防止在晶圆清洗装置对中操作中，产生铜离子或镁离子的污染而增加晶圆清洗的难度。作为本实施例的一个变体，滚刷工装40也可以由具有一定硬度的非金属材料制成，以使滚刷工装40与晶圆W接触时几乎不发生形变。具体地，滚刷工装40可以由尼龙、塑料、有机玻璃等非金属材料制成。

图3是本实用新型所述卡紧机构60的结构示意图。卡紧机构60包括支架61和顶针62，顶针62滑动连接于支架61，顶针62能够沿竖直方向移动以使顶针62与晶圆工装50的外缘抵接。

在图3所示的实施例中，支架61配置有与晶圆工装50的侧面垂直的滑轨63，顶针61设置于支撑块64的安装孔，顶针61能够沿支撑块64的安装孔移动以调节顶针62末端的位置。顶针61的末端设置有V形槽，以便卡接晶圆W的外缘，以增加顶针61与晶圆W固定的可靠性。

进一步地，支撑块64通过滑块连接于滑轨63，顶针62能够沿滑轨63移动以调节顶针62与晶圆工装50的水平距离。

当晶圆工装50处于竖直位置时，滑动支撑块64并调节顶针62的竖直位置，使用锁紧螺钉将顶针62的位置锁紧，便可控制滚刷工装40移动，确定清洗刷30的安装位置。

可以理解的是，为了测量晶圆工装50的倾斜度，也可以采用光学检测单元来获取位置信息。如摄像头，其采集晶圆工装50的放置状态的图像，来判定晶圆工装50是否竖直设置。为了保证测量的准确性，光学检测单元可以固定于卡紧机构60上。具体地，光学检测单元可以设置于支架61的底面以采集图像来检测晶圆工装50的倾斜度。

作为本实施例的一个变体，用于测量晶圆工装50的倾斜度的光学检测单元70’也可设置在壳体10的侧壁，如图4所示。具体地，光学检测单元70’可拆卸地设置于壳体10的后部内侧壁的中部位置，以便准确、便捷的检测晶圆工装50的是否处于竖直位置。可以理解的是，光学检测单元70’也可以设置在壳体10的前部内侧壁（未示出）的中部位置。

下面简述使用本实用新型所述的清洗刷对中装置2进行对中操作的过程，其流程图，如图5所示。其包括：

S11，安装滚刷工装40以替代壳体10中的清洗刷30；

S12，将晶圆工装50放置在壳体10内的支撑滚轮20上，调节晶圆工装50的姿态至竖直状态并锁紧；

具体地，晶圆工装50的姿态为晶圆工装50的倾斜度，通过设置于晶圆工装50侧面的水平仪70检测晶圆工装50的姿态，如图2所示。当晶圆工装50调整至竖直位置时，通过卡紧机构60抵接晶圆工装50的外缘以保持其位置。

S13，控制滚刷工装40移动，使其与晶圆工装50同时接触以确定清洗刷30安装的基准位置。

确定滚刷工装基准位置的步骤对应的流程图，如图6所示，其包括：

S131，控制滚刷工装40移动，当一个滚刷工装40与晶圆工装50之间的距离为设定距离L0时，测量另一个滚刷工装40’与晶圆工装50的距离L，如图7所示；

S132，若所述距离L大于设定距离L0，则调整另一个滚刷工装40’的安装位置；

S133，重复步骤S131、S132，直至两个滚刷工装40与晶圆工装50同时接触，所述滚刷工装40的安装位置为基准位置。

具体地，安装滚刷工装40并驱动滚刷工装40朝向已经可靠固定的晶圆工装50移动，观测当有一个滚刷工装40与晶圆工装50之间的距离为设定距离L0时接触时，观测另一个滚刷工装40’的位置，若另一个滚刷工装40’与晶圆工装50的距离L大于设定距离L0不等于零，则需调整另一个滚刷工装40’的安装位置。

由于滚刷工装由金属材料制成，其可以避免清洗刷30的弹性变形不一致对清洗刷对中精度的影响。同时晶圆工装50能够承受一定的抵压力。因而，设定距离L0可以设定为零。因此，滚刷工装可以抵压滚刷工装中间的晶圆工装50，使得晶圆工装50与滚刷工装40之间的距离L为零，实现滚刷工装40与晶圆工装50同时接触。

在一些实施例中，设定距离L0可以为0.005mm-0.05mm，以防止一个滚刷工装40与晶圆工装50抵接后，滚刷工装40会对晶圆工装50产生微量变形而影响另一滚刷工装40与晶圆工装50之间的距离的测量。本实用新型中，滚刷工装40与晶圆工装50之间的距离可以使用相应尺寸的塞尺测量。

优选地，设定距离L0为0.01mm，以便精准确定滚刷工装基准位置。

此外，本实用新型还公开了一种晶圆清洗装置，其包括：

第一清洗刷，用于对晶圆正面进行刷洗；

第二清洗刷，用于对晶圆反面进行刷洗；

控制模块，其使用上面所述的清洗刷对中装置2进行对中操作，根据对中操作确定的两个滚刷工装40与晶圆工装50同时接触的基准位置安装清洗刷30，控制所述清洗刷30移动至相应的清洗位置以对晶圆的正反两面进行滚动刷洗。

下面简述使用本实用新型所述的晶圆清洗装置进行晶圆清洗的步骤，其流程图，如图8所示。其包括：

S1，使用清洗刷对中装置2对晶圆清洗装置1实施对中操作；

S2，确定两个滚刷工装40与晶圆工装50同时接触的基准位置；

S3，根据对中操作确定的基准位置安装清洗刷30；

S4，控制所述清洗刷30移动至相应的清洗位置并对晶圆的正反两面进行滚动刷洗。

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实用新型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实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种清洗刷对中装置，其特征在于，包括滚刷工装、晶圆工装和卡紧机构；所述晶圆工装设置在晶圆清洗装置的壳体中，其由壳体中的支撑滚轮定位；所述滚刷工装设置于所述晶圆工装的两侧，其能够沿水平方向移动以靠近及远离所述晶圆工装；所述卡紧机构设置于所述壳体的顶部并位于晶圆工装的上侧，其通过抵接所述晶圆工装的外缘以保持晶圆工装的位置。

2.如权利要求1所述的清洗刷对中装置，其特征在于，所述卡紧机构可拆卸地设置于所述壳体的顶部。

3.如权利要求1所述的清洗刷对中装置，其特征在于，所述卡紧机构包括支架和顶针，所述顶针滑动连接于所述支架，所述顶针能够沿竖直方向移动以使所述顶针与晶圆工装的外缘抵接。

4.如权利要求3所述的清洗刷对中装置，其特征在于，所述支架配置有与晶圆工装的侧面垂直的滑轨，所述顶针设置于支撑块，所述支撑块通过滑块连接于所述滑轨，所述顶针能够沿所述滑轨移动以调节顶针与晶圆工装的水平距离。

5.如权利要求4所述的清洗刷对中装置，其特征在于，所述支撑块设置有安装孔，其沿支撑块的厚度方向贯通设置，所述顶针能够沿所述安装孔移动以调节顶针末端的位置。

6.如权利要求3所述的清洗刷对中装置，其特征在于，所述顶针的末端设置有V形槽，所述V形槽抵接于所述晶圆工装的外缘。

7.如权利要求1所述的清洗刷对中装置，其特征在于，还包括水平仪，其设置于所述晶圆工装的侧面以检测所述晶圆工装的倾斜度。

8.如权利要求1所述的清洗刷对中装置，其特征在于，所述滚刷工装由不含铜和镁的金属材料制成。

9.如权利要求1所述的清洗刷对中装置，其特征在于，所述晶圆工装由聚四氟乙烯制成。

10.一种晶圆清洗装置，其特征在于，包括：

第一清洗刷，用于对晶圆正面进行刷洗；

第二清洗刷，用于对晶圆反面进行刷洗；

控制模块，其使用权利要求1-9任一项所述的清洗刷对中装置进行对中操作，根据对中操作确定的两个滚刷工装与晶圆工装同时接触的基准位置安装清洗刷，控制所述清洗刷移动至相应的清洗位置以对晶圆的正反两面进行滚动刷洗。

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