CN218215207U - 一种晶圆清洗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种晶圆清洗装置，其包括：槽体；支撑组件，其位于所述槽体中，用于竖向支撑并带动晶圆旋转；清洗刷，其平行、间隔设置于槽体中并绕其轴线转动；测速组件，其包括测速轮和固定座，测速轮通过转动轴设置于所述固定座，所述固定座配置有安装转动轴的中心孔，所述转动轴与中心孔之间配置有节流件；通入中心孔的气体在节流件与转动轴之间形成气膜，以支撑转动轴及其上的测速轮。

Description

一种晶圆清洗装置

技术领域

本实用新型属于晶圆后处理技术领域，具体而言，涉及一种晶圆清洗装置。

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，芯片制造涉及集成电路设计、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(ChemicalMechanical Polishing,CMP)属于晶圆制造工序中的五大核心制程之一。

化学机械抛光后，需要对晶圆表面进行后处理，以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。半导体制造工艺中，清洗是最重要和最频繁的步骤之一。一般说来，晶圆制程中，高达20％的步骤为清洗步骤。现有的晶圆清洗方式有：滚刷清洗、兆声清洗等，其中，滚刷清洗应用较为广泛。

晶圆滚刷清洗装置的清洗槽中配置一对驱动轮，待清洗的晶圆设置于驱动轮的卡槽，以通过摩擦力带动晶圆旋转。为了监测晶圆的旋转状态，还需要在一对驱动轮之间设置测速轮。

现有的测速轮通常使用陶瓷轴承或不锈钢金属轴承，以保证测速轮转动的顺畅性。无论是陶瓷轴承还是金属轴承，其在旋转过程中会摩擦生热，并且，长期使用的轴承会出现磨损，使得轴承转动的阻力增加。当轴承受到的阻力大于晶圆与测速轮之间的摩擦力时，测速轮会发生掉速的现象。测速轮掉速或停转会影响晶圆状态监测的准确性，致使晶圆清洗装置发生故障信号而停机，一定程度上影响了晶圆清洗的效率。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种晶圆清洗装置，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本实用新型的实施例提供了一种晶圆清洗装置，其包括：

槽体；

支撑组件，其位于所述槽体中，用于竖向支撑并带动晶圆旋转；

清洗刷，其平行、间隔设置于槽体中并绕其轴线转动；

测速组件，其包括测速轮和固定座，测速轮通过转动轴设置于所述固定座，所述固定座配置有安装转动轴的中心孔，所述转动轴与中心孔之间配置有节流件；通入中心孔的气体在节流件与转动轴之间形成气膜，以支撑转动轴及其上的测速轮。

在一些实施例中，所述节流件由多孔质材料制成，其同心设置于所述固定座的中心孔。

在一些实施例中，所述节流件为筒状结构，其间隙配合套设于所述转动轴的外周侧。

在一些实施例中，所述中心孔的内侧壁配置有多个匀流槽，所述均流槽沿固定座的长度方向间隔设置；所述固定座配置有通气孔，所述通气孔与所述匀流槽相连通。

在一些实施例中，所述中心孔的内侧壁还配置有横向凹部，所述横向凹部设置于相邻匀流槽之间，使得经由通气孔的气流沿中心孔的长度方向均匀分布。

在一些实施例中，所述测速组件还包括稳压件，所述稳压件为环状结构，其套设于所述转动轴并抵接于所述节流件的端部。

在一些实施例中，所述稳压件的中心处配置有稳压孔，所述稳压孔的至少部分偏心设置，稳压孔的内侧壁与转动轴的外侧壁之间的间隙在圆周方向不相等。

在一些实施例中，所述测速组件还包括调节法兰，所述调节法兰的中心配置有调节孔，所述调节法兰套设于转动轴并位于所述稳压件的外侧。

在一些实施例中，所述调节孔的至少部分偏心设置，其内侧壁与转动轴的外侧壁之间的间隙在圆周方向不相等。

在一些实施例中，所述调节法兰连接于所述固定座的端部，其能够绕轴线旋转，以改变调节孔偏心处的周向位置

本实用新型的有益效果包括：

a.摒弃了传统的陶瓷轴承或金属轴承方案，在固定座的内部设置多孔质材料制成的节流件，使得节流件与转动轴之间形成气膜，以平稳支撑转动轴及其上的测速轮；

b.在转动轴上配饰稳压件和调节法兰，两者组合使用，以调节泄气口的大小，避免发生“气锤”现象，保证测速组件中转动轴运行的平稳性。

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是本实用新型一实施例提供的晶圆清洗装置的示意图；

图2是本实用新型一实施例提供的测速组件的结构示意图；

图3是本实用新型一实施例提供的固定座结构示意图；

图4是本实用新型一实施例提供的节流件的三维立体图；

图5是本实用新型一实施例提供的稳压件的示意图；

图6是图5中稳压件的主视图；

图7是本实用新型一实施例提供的调节法兰的三维立体图；

图8是图7中调节法兰的剖视图；

图9是图7中调节法兰的A向视图；

图10是本实用新型一实施例提供的稳压件及调节法兰设置于转动轴的示意图；

图11是本实用新型另一实施例提供的稳压件及调节法兰设置于转动轴的示意图；

图12是晶圆设置于测速组件的测速轮的示意图。

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(Chemical Mechanical Polishing,CMP)”也称为“化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization,CMP)”，晶圆(Wafer,W)也称基板(Substrate)，其含义和实际作用等同。

图1是晶圆清洗装置的结构示意图，晶圆清洗装置包括槽体10，槽体10的内部设置有支撑组件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的端部连接有驱动电机(未示出)，其驱动清洗刷30绕其轴线旋转。槽体10的上部设置有喷淋管路，以向晶圆W喷淋DIW和/或清洗液。

图1中，支撑组件20为驱动轮，驱动轮的周向设置有卡槽，待清洗的晶圆设置于驱动轮的卡槽中。驱动轮配置有未示出的驱动电机，旋转的驱动轮与晶圆边缘抵接，在摩擦力作用下带动晶圆旋转。

图1所示的实施例中，一对驱动轮之间配置有测速组件40，测速组件40上配置测速模块而无需配置驱动电机，以测量晶圆的旋转速度，监测晶圆清洗装置中晶圆的运行状态。

图2是本实用新型一实施例提供的测速组件40的结构示意图。测速组件40包括测速轮41和固定座42，测速轮41通过转动轴43设置于固定座42中。

图3是本实用新型一实施例提供的固定座42的横向剖切的三维图。固定座42的中心位置配置有中心孔42a，并且，中心孔42a沿固定座42的长度方向贯通设置。

图2中，转动轴43的一端安装于固定座42的中心孔42a中，其另一端悬挑设置于中心孔42a的外侧，测速轮41安装于转动轴43的悬挑端。进一步地，转动轴43与中心孔42a之间配置有节流件44。

图4是本实用新型一实施例提供的节流件44的结构示意图，节流件44为筒状结构，其间隙配合套设于转动轴43的外周侧。节流件44类似于一个空气轴承，其能够保证转动轴43旋转的顺畅性，以准确反映晶圆在清洗过程中的旋转状态。

本实用新型中，通入中心孔42a的气体，能够经由节流件44朝向转动轴43渗透，以便在节流件44与转动轴43之间形成气膜，所述气膜能够支撑转动轴43及其上的测速轮41。旋转晶圆的边缘给予测速轮41移动的摩擦力，测速轮41及其连接的转动轴43能够绕中心轴顺畅转动，以便准确反映晶圆的旋转状态。本实用新型中，气膜是节流件44与转动轴43之间形成的气体薄膜，以实现两者的转动连接并保证转动的顺畅性。

具体地，图2中固定座42上配置有与中心孔42a连通的通气孔42b，通气孔42b与外部的气源连接，以朝向固定座42的中心孔42a通入一定压力的气体，气体经由节流件44渗透至节流件44与转动轴43之间，以形成支撑转动轴43及测速轮41的气膜。

图2中，节流件44由多孔质材料制成，其同心设置于固定座42的中心孔42a中。固定座42远离测速轮41的一端配置有端盖47，以在固定座42的内部形成相对密闭的腔室。由于多孔质材料具有良好的透气性，经由通气孔42b进入中心孔42a的气体能够快速经由节流件44朝向转动轴43移动。

图2提供的测速组件40摒弃了传统方案中的陶瓷轴承或金属轴承方案，避免了轴承摩擦的散热问题，以及轴承磨损带来的颗粒物污染的问题。测速组件40配置有多孔质材料制成的节流件44，以在节流件44与转动轴43之间形成气膜，保证转动轴43转动顺畅性，提升测试组件40使用的可靠性。

图3中，固定座42的内部设置于匀流槽42c，匀流槽42c设置于中心孔42a的内侧壁。

进一步地，匀流槽42c的数量为多个，其沿固定座42的长度方向间隔设置，以便将通入中心孔42a的气体均匀散开，快速地在节流件44与转动轴43之间形成气膜。

图3所示的实施例中，配置于固定座42的通气孔42b至少与其中一个匀流槽42c连通，而相邻匀流槽42c之间通过横向凹部42d相连通，以便将经由通气孔42b进入匀流槽42c的气体，在中心孔42a的长度方向均匀散布。

进一步地，横向凹部42d沿固定座42的长度方向设置并位于中心孔42a的内侧壁。具体地，匀流槽42c由相邻的凸起合为围成，所述凸起沿周向设置于中心孔42a的内壁测；而横向凹部42d设置于所述凸起，所述横向凹部42d的深度小于或等于所述凸起的厚度。此处，所述凸起的厚度是指沿中心孔42a的半径方向的尺寸。

图2示出的测速组件40在运行过程中，可能会出现“气锤”现象。即因气体压缩而引起中心孔42a的腔室压力增大，致使转动轴43的受力不均匀，即而影响测速轮41转动的稳定性。

为了解决上述技术问题，测速组件40还包括稳压件45，如图2所示，以定期朝向中心孔42a的外部排泄气体，调节中心孔42a内部的压力。

图5是图2中实施例的三维立体图，稳压件45为环状结构，其套设于转动轴43，并且，稳压件45抵接于节流件44的端部。

进一步地，稳压件45的中心处配置有稳压孔45a，稳压孔45a的至少部分偏心设置，使得稳压孔45a的内侧壁与转动轴43的外侧壁之间的间隙在圆周方向不相等，中心孔42a的气流可以经由稳压孔45a与转动轴43之间的间隙排出，以调节固定座42形成的腔室的内部的压力，保证转动轴43旋转的稳定性。

图6是本实用新型一实施例提供的稳压件45的主视图，稳压孔45a包括稳压偏心段45a-1和稳压正圆段45a-2，其中，稳压偏心段45a-1的圆心位于稳压正圆段45a-2的上方，两者圆心的间距为H，间距H为0.05-3mm。需要说明的是，转动轴43的外侧壁与稳压正圆段45a-2的内侧壁也存在一定间距，稳压偏心段45a-1的设置，能够实现快速排泄气流，避免固定座42内部的压力增大过快而影响转动轴43旋转的平稳性。

图6中，稳压偏心段45a-1为半圆孔，可以理解的是，稳压偏心段45a-1也可以为1/8圆弧或1/16圆弧；稳压偏心段45a-1的数量可以为多个，以使得固定座42中的气体顺畅排出。

图2所示的实施例中，测速组件40还包括调节法兰46，调节法兰46的中心配置有图7示出的调节孔46a，调节法兰46套设于转动轴43并位于稳压件45的外侧。

图8中，调节孔46a的至少部分偏心设置，调节孔46a的内侧壁与转动轴43的外侧壁之间的间隙在圆周方向不相等。

图2中，调节法兰46连接于固定座42的端部，调节法兰46能够绕轴线旋转，以改变调节孔46a偏心处的周向位置。具体地，调节法兰46设置于固定座42的中心孔42a的内部，两者之间设置有O形圈；调节法兰46与稳压件45组合，使得调节法兰46的偏心处与稳压件45的偏心处在圆周方向上的位置相同或不同，以调节调节法兰46及稳压件45与转动轴43之间的间隙，调节控制固定座42内部腔室的排气量，保证转动轴43旋转的平稳性。

本实用新型中，调节孔46a内侧壁的结构与图6示出的稳压孔45a的结构类似。图9是图7中A向视图，调节孔46a包括调节偏心段46a-1和调节正圆段46a-2，其中，调节偏心段46a-1的圆心位于调节正圆段46a-2的上方，两者圆心的间距为D，间距D为0.05-3mm。

进一步地，调节偏心段46a-1为半圆孔，可以理解的是，调节偏心段46a-1也可以为1/6圆弧或1/16圆弧；调节偏心段46a-1的数量可以为多个，以使得固定座42中的气体顺畅排出。

图10及图11是稳压件45及调节法兰46设置于转动轴43的示意图，图10中，稳压偏心段45a-1与调节偏心段46a-1位于同一相位角，即两者与转动轴43形成的间隙最大，此时，测速组件40的卸气量为最大值。本实用新型中，稳压件45及调节法兰46与转动轴43的间隙可以统称为泄气口。图11中，稳压偏心段45a-1与调节偏心段46a-1位于相反的相位，两者上下设置，使得稳压件45及调节法兰46与转动轴43之间的间隙最小，此时，测速组件40的泄气量为最小值。可以理解的是，操作人员可以根据现场工况，转动调节法兰46，以调节调节偏心段46a-1的相位，即而改变泄气口的大小，以避免运行过程中发生“气锤”现象，保证测速组件40运行的稳定性。

图12是晶圆W放置于测速轮41卡槽中的示意图，图中示出了固定座42腔室中气体的大致流向。当待清洗的晶圆W放置于测速轮41时，测速轮41受到向下的压力F，这会导致泄气口的大小发生细微的变化，从而影响固定座42腔室压力的变化。此时，稳压件45与固定座42限定的腔室中充满了气体，当泄气口变大时，腔室中的多余气体会排出；当泄气口变小，腔室中的气体也会瞬间填满，从而调整固定座42中腔室的压力，保证转动轴43旋转的平稳性，避免测速轮41速度降低或停止，避免晶圆清洗装置出现误报停机，提升晶圆清洗装置的运行效率。

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)

1.一种晶圆清洗装置，其特征在于，包括：

槽体；

支撑组件，其位于所述槽体中，用于竖向支撑并带动晶圆旋转；

清洗刷，其平行、间隔设置于槽体中并绕其轴线转动；

测速组件，其包括测速轮和固定座，测速轮通过转动轴设置于所述固定座，所述固定座配置有安装转动轴的中心孔，所述转动轴与中心孔之间配置有节流件；通入中心孔的气体在节流件与转动轴之间形成气膜，以支撑转动轴及其上的测速轮。

2.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述节流件由多孔质材料制成，其同心设置于所述固定座的中心孔。

3.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述节流件为筒状结构，其间隙配合套设于所述转动轴的外周侧。

4.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述中心孔的内侧壁配置有多个匀流槽，所述匀流槽沿固定座的长度方向间隔设置；所述固定座配置有通气孔，所述通气孔与所述匀流槽相连通。

5.如权利要求4所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述中心孔的内侧壁还配置有横向凹部，所述横向凹部设置于相邻匀流槽之间，使得经由通气孔的气流沿中心孔的长度方向均匀分布。

6.如权利要求1所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述测速组件还包括稳压件，所述稳压件为环状结构，其套设于所述转动轴并抵接于所述节流件的端部。

7.如权利要求6所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述稳压件的中心处配置有稳压孔，所述稳压孔的至少部分偏心设置，稳压孔的内侧壁与转动轴的外侧壁之间的间隙在圆周方向不相等。

8.如权利要求6所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述测速组件还包括调节法兰，所述调节法兰的中心配置有调节孔，所述调节法兰套设于转动轴并位于所述稳压件的外侧。

9.如权利要求8所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述调节孔的至少部分偏心设置，其内侧壁与转动轴的外侧壁之间的间隙在圆周方向不相等。

10.如权利要求9所述的晶圆清洗装置，其特征在于，所述调节法兰连接于所述固定座的端部，其能够绕轴线旋转，以改变调节孔偏心处的周向位置。

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