一种晶圆夹持机构和晶圆清洗装置的制作方法

本技术实施例涉及半导体制造，尤其涉及一种晶圆夹持机构和晶圆清洗装置。

背景技术：

1、在半导体制造工艺中，晶圆清洗是至关重要且频繁进行的步骤，其洁净度直接影响到后续薄膜沉积、光刻、刻蚀等工艺的成败及最终器件的性能与良率。随着集成电路技术节点不断微缩，对晶圆表面污染物的控制要求日益严苛，使得高效、均匀且无损的单片清洗技术成为行业发展的关键。

2、在单片清洗设备中，晶圆夹持机构是实现晶圆可靠固定、高速旋转以进行喷淋、刷洗或干燥等工艺的核心部件。其设计需兼顾多项严苛要求：一是提供稳定、均匀的夹持力，确保晶圆在高速旋转下不发生滑移或振动，保持优异的同心度与姿态稳定性；二是尽可能减少对晶圆表面的遮挡，避免形成清洗“盲区”，从而保证表面处理的全覆盖与均匀性；三是机构自身需具备良好的耐化学腐蚀性、防污染特性以及长寿命可靠性。

3、目前，行业内常见的晶圆夹持机构主要存在以下两类典型设计及其固有缺陷：

4、现有方案一采用多个独立动作的卡爪沿晶圆周向分布。每个卡爪通常内置弹性元件(如弹簧)，可独立伸缩以适配晶圆外缘并施加夹持力。然而，这种设计存在显著问题：由于各卡爪的夹持力源于各自独立的弹簧，在晶圆高速旋转时，各卡爪受到的离心力及其与晶圆间的摩擦力存在差异，容易导致晶圆发生微小的、不均匀的位移或偏摆，即“同心度漂移”问题。这不仅影响工艺均匀性，在极端情况下可能导致晶圆脱落或碰撞，造成破片风险。

5、现有方案二为简化结构，采用一组固定的卡爪或夹持点。虽然一定程度上提高了夹持稳定性，但带来了更为突出的“清洗盲区”问题。由于夹持点位置固定，其与晶圆接触的区域在整个清洗过程中始终被遮挡，清洗介质(如药液、超纯水、气体)无法有效作用于该区域。为了清洁这些被遮挡部位，通常需要在一次清洗流程中，暂停工艺，手动或通过复杂的外置机构松脱并变换晶圆的夹持位置后再次进行清洗。这种“分步夹持、分次清洗”的操作模式，不仅大幅延长了单次清洗的总工艺时间，降低了设备产出率，还因增加了晶圆搬送和重复定位的步骤，引入了额外的污染风险和操作复杂度。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术实施例提供了一种晶圆夹持机构和晶圆清洗装置，以至少部分解决上述问题。

2、根据本技术实施例的第一方面，提供了一种晶圆夹持机构，其包括：

3、转盘；

4、夹持组件，沿转盘的周向设置，且至少包括第一夹持组件和第二夹持组件；每个所述夹持组件包括立杆和设于立杆顶部的卡爪；所述立杆通过齿轮结构与转盘的外周侧啮合，使得转盘的旋转能驱动立杆同步绕自身轴线转动，进而带动卡爪在打开位姿与闭合位姿间切换；

5、所述夹持组件的卡爪的初始偏置角度被设置为：当转盘沿第一方向旋转一设定角度时，第一夹持组件闭合而第二夹持组件打开；当转盘沿相反方向旋转另一设定角度时，第一夹持组件打开而第二夹持组件闭合；

6、状态切换组件，设置于转盘的下方，其通过换向器带动转盘旋转，以改变夹持组件的状态。

7、在一些实施例中，所述换向器包括第一滑动件、第二滑动件和摆动件，所述摆动件连接于第一滑动件与第二滑动件之间；所述状态切换组件带动第一滑动件沿竖直方向移动，以带动摆动件绕定点摆动来带动第二滑动件沿水平方向移动；所述第二滑动件配置有齿条，其与转盘的第一齿轮啮合，移动的第二滑动件带动转盘转动。

8、在一些实施例中，所述第一滑动件的下方配置有磁板，所述状态切换组件包括磁环，所述磁板与所述磁环相对面的磁极相同，以通过两者的磁斥力带动第一滑动件沿竖向移动。

9、在一些实施例中，所述第二滑动件滑动设置于水平滑轨上，所述水平滑轨设置于滑轨固定架，所述摆动件铰接于所述滑轨固定架的侧方。

10、在一些实施例中，所述转盘的外周侧配置有第二齿轮，所述立杆的外周侧配置有第三齿轮，两者相互啮合设置；所述晶圆夹持机构还包括固定环，其位于转盘的下方，用于竖向固定所述立杆。

11、在一些实施例中，晶圆夹持机构还包括底盖，其设置于所述转盘的下方，用于固定所述换向器；所述固定环同心设置于所述底盖的外沿，所述夹持组件的立杆间隔设置于所述固定环；所述立杆的下方设置有辅助杆，辅助杆的外周侧配置有第一弹簧，其位于所述固定环与所述底盖之间。

12、在一些实施例中，所述滑轨固定架设置于所述底盖的内侧底面，其配置有限位块，所述限位块设置于所述滑轨固定架的端部，以限定所述第二滑动件的移动距离。

13、在一些实施例中，所述换向器的数量为多个，其沿所述转盘的中心均匀分布；所述晶圆夹持机构还包括第二弹簧，其设置于所述换向器之间，并且，第二弹簧的一端连接于所述转盘，其另一端连接于所述底盖。

14、在一些实施例中，晶圆夹持机构还包括顶盖，其套设于所述转盘的上方并将立杆顶部的卡爪露出，以夹持待处理的晶圆。

15、在一些实施例中，所述状态切换组件包括第一驱动件和第二驱动件，其输出端连接于所述磁环；所述第一驱动件带动磁环移动，以驱动夹持组件的所有卡爪打开，以放置待处理的晶圆；所述第二驱动件带动磁环移动，以驱动夹持组件的卡爪交替打开和关闭，以依次暴露并清洁被不同卡爪夹持过的晶圆边缘区域。

16、根据本技术实施例的第二方面，提供了一种晶圆清洗装置，其包括：

17、箱体；

18、上面所述的晶圆夹持机构，设置于所述箱体的内部，其下方配置有驱动机构，以带动夹持的晶圆绕轴线旋转；

19、后处理机构，设置于晶圆夹持机构的上方，以对旋转晶圆执行后处理工艺。

20、本实用新型的有益效果包括：

21、a.实现晶圆表面的无盲区全面清洗：通过设置具有初始偏置角度的第一夹持组件与第二夹持组件，并配合转盘的正反向旋转控制，使得两组卡爪可交替处于打开与闭合状态。在清洗过程中，可通过驱动转盘切换夹持状态，使原先被卡爪遮挡的晶圆边缘区域依次暴露于清洗介质中，从而彻底消除清洗盲区，确保晶圆表面清洗的均匀性与完整性；

22、b.提升夹持稳定性与同心度，避免晶圆漂移：各夹持组件的立杆通过齿轮结构与转盘外周啮合，在转盘转动时能够同步驱动所有立杆绕自身轴线旋转，进而带动卡爪姿态统一变化。该联动机制保证了各卡爪动作的同步性与一致性，避免了因独立驱动导致的夹持力不均问题，从而在高速旋转过程中保持晶圆的稳定夹持与优良同心度，防止晶圆发生偏移或振动；

23、c.实现连续自动化清洗，显著提高工艺效率：晶圆夹持机构通过状态切换组件与换向器配合，可在不中断工艺、不需人工干预或外部机构介入的情况下，自动完成卡爪状态的切换。相比现有技术中需停机并重新定位晶圆的“分步夹持”方式，本实用新型支持在单次清洗流程中连续进行夹持状态变换与全面清洗，大幅缩短工艺时间，提升设备产能与自动化水平；

24、d.结构紧凑可靠，适于严苛工艺环境：采用磁斥力驱动结合换向器的传动方式，实现了非接触式的状态切换控制，减少了机械磨损与颗粒污染风险；同时，通过固定环、底盖、弹簧等结构对立杆及换向器进行限位与复位，增强了机构的整体刚性、耐腐蚀性与长期运行可靠性，满足半导体清洗设备对洁净度与稳定性的高标准要求。