一种基片旋转式处理设备及方法与流程

1.本发明涉及半导体加工技术领域，尤其涉及一种基片旋转式处理设备及方法。


背景技术：

2.在半导体产品的加工制造过程中，涉及诸如光刻、薄膜沉积、刻蚀、键合、抛光等多道工艺制程，这些工艺制程中都会产生杂质颗粒而污染基片，如果不及时将杂质颗粒清除就进入下一道工序，就会导致基片失效。目前通常采用化学或物理的方法从基片上去除杂质颗粒。其中，化学方法中采用旋转装置将待清洗的基片相对固定，然后带动基片一起高速旋转，同时通过喷嘴向基片表面喷射化学药液来去除表面杂质。该方法还可适用于基片的刻蚀等工艺。
3.现有技术中，通常在旋转装置上设置多组卡盘销，从径向上支撑夹持基片，以防止旋转过程中基片在径向移动。卡盘销能够在夹紧位置和等待位置之间移动，从而为基片放置到旋转装置上或从旋转装置上取走提供空间。
4.然而，现有的卡盘销存在以下问题：卡盘销只能够在基片刚放上旋转装置、尚未开始旋转时进行一次初始位置调整，将基片用适当的夹持力夹紧；但实际上，旋转装置在运行过程中会高速旋转，产生较大的离心力，基片具有沿径向向外移动的趋势，且容易偏移，导致基片与卡盘销接触处的压力较大，可能会超过基片材料的极限承受力，造成基片受损、良率下降，甚至产生碎片、引发安全事故。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种能够减少基片在旋转处理过程中的损伤、提高产品良率的基片旋转式处理设备。
6.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基片旋转式处理设备，包括用于承载所述基片的旋转台、沿所述旋转台的周向上间隔设置的多组夹持机构，每组所述夹持机构均包括：卡盘销，所述卡盘销能够沿所述旋转台的径向相对滑动地设置在所述旋转台上；传感器，所述传感器固设于所述卡盘销上，且沿所述旋转台的径向上，所述传感器设置在所述卡盘销的内侧；驱动组件，用于驱动所述卡盘销沿所述旋转台的径向运动；所述基片旋转式处理设备还包括处理器，所述处理器与所述传感器、所述处理器与所述驱动组件分别电性连接或讯号连接。
7.优选地，所述驱动组件包括滑动件，所述滑动件够沿所述旋转台的径向相对滑动地设置在所述旋转台上，所述卡盘销固设于所述滑动件上，所述驱动组件还包括用于驱动所述滑动件沿直线滑动的驱动机构，所述驱动机构与所述处理器电性连接或讯号连接。
8.进一步优选地，所述导向轴与所述卡盘销一体设置，所述导向轴自所述卡盘销的下端部沿所述旋转台的径向向内延伸。
9.进一步优选地，所述驱动组件还包括固定件，所述固定件固设于所述旋转台上，所述驱动机构固设于所述固定件上。
10.进一步优选地，所述驱动组件还包括导向机构，所述导向机构包括固设于所述卡盘销上的导向轴、固设于所述旋转台上的导向件，所述导向件上开设有沿所述旋转台的径向延伸的滑槽，所述滑动件与所述导向轴固定连接，所述滑动件和/或所述导向轴能够相对滑动地插设在所述滑槽中。
11.优选地，所述卡盘销具有中空的内腔，所述传感器上连接有线缆，所述线缆至少部分收容在所述内腔中。
12.优选地，所述旋转台上开设有容纳腔，所述驱动组件设置在所述容纳腔内，所述卡盘销至少部分位于所述容纳腔的外部，所述夹持机构还包括用于将所述容纳腔与外部封闭的密封件。
13.优选地，所述卡盘销沿所述旋转台的高度方向延伸，所述卡盘销的上端部具有沿所述旋转台的径向向内凸起的限位凸台，所述传感器设置在所述限位凸台的下方。
14.优选地，所述旋转台能够绕旋转中心线相对旋转地设置，至少存在一个垂直于所述旋转中心线的平面，所述平面与所有所述传感器相交。
15.优选地，所述传感器的外表面为沿所述旋转台的径向向内凸起的圆柱面，所述圆柱面的轴心线平行于所述旋转中心线。
16.优选地，所述夹持机构至少具有三组。
17.优选地，所述基片旋转式处理设备还包括支撑销，所述支撑销固设于所述旋转台上，所述支撑销具有间隔设置的至少三个，所有所述支撑销的上端部齐平，且所述卡盘销的上端部高于所述支撑销的上端部，沿所述旋转台的径向上，所述卡盘销位于所述支撑销的外侧。
18.本发明的另一目的是提供一种使用上述基片旋转式处理设备的基片旋转式处理方法。所述方法包括如下步骤：（1）将基片放置在所述旋转台上；（2）每组所述夹持机构中的所述驱动组件驱动所述卡盘销朝向所述基片滑动，所述传感器抵靠在所述基片上；（3）所述旋转台带动所述基片旋转，所述传感器实时检测所述卡盘销与所述基片之间的压力并发出检测信号f，所述处理器接收所述检测信号f并分析得到分析结果，再根据所述分析结果控制所述驱动组件驱动所述卡盘销沿所述旋转台的径向运动。
19.优选地，在所述步骤（3）中，所述处理器中设有预设范围{f1，f2}，所述处理器将所述检测信号f与所述预设范围进行比对，如果f>f2，则控制所述卡盘销远离所述基片运动；如果f<f1，则控制所述卡盘销朝向所述基片运动。
20.优选地，在所述步骤（2）中，所述传感器实时检测所述卡盘销与所述基片之间的压力并发出检测信号f，所述处理器接收所述检测信号f并分析得到分析结果，再根据所述分析结果控制所述驱动组件驱动所述卡盘销沿所述旋转台的径向运动。
21.优选地，所述方法还包括步骤（4）：所述基片处理完毕后，所述驱动组件驱动所述卡盘销远离所述基片滑动，使得所述基片能够被取走。
22.由于上述技术方案的运用，本发明提供的基片旋转式处理设备及方法，能够在基
片放置到旋转台上时及旋转台旋转过程中，实时监控基片与卡盘销之间的压力，当检测到夹持压力较小时，自动控制卡盘销向内滑动以夹紧基片；当检测到夹持压力过大时，则自动控制卡盘销向外滑动以适当放松基片，实现夹持压力的实时调整，始终控制夹持压力在合理的范围内，能够较好地保护基片在旋转处理过程中不受损伤，提高产品良率，提高生产安全性。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.附图1为本发明的一具体实施例中基片旋转式处理设备的局部立体示意图；附图2为本实施例中壳体及流体回收机构的局部立体示意图；附图3为本实施例中旋转台及旋转驱动电机的局部立体示意图，其中包括基片；附图4为本实施例中旋转台的俯视示意图，其中不包括基片；附图5为本实施例中旋转台的内部结构俯视示意图；附图6为图4中a
‑
a剖视示意图，其中包括基片；附图7为图6中b处放大示意图；附图8为图7中卡盘销及导向轴的局部放大示意图；附图9为本实施例中卡盘销及导向轴的局部立体示意图；附图10为图9中c处放大示意图；其中：100、基片；200、壳体；300、旋转台；301、旋转轴；302、容纳腔；400、夹持机构；500、旋转驱动电机；600、第一流体供给机构；700、第二流体供给机构；800、流体回收机构；1、卡盘销；11、限位凸台；12、内腔；2、传感器；21、线缆；3、导向轴；31、固定孔；32、密封面；4、滑动件；5、导向件；51、滑槽；6、驱动机构；7、固定件；8、密封件；9、支撑销；x、旋转中心线；y、径向。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“左右方向”、“高度方向”、“前后方向”等指示的方位或位置关系为基于附图1，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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、仅具有特定的方位、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”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。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发明中的具体含义。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。
28.参见图1至图3所示，一种基片旋转式处理设备，主要用于在半导体工艺制程中对圆盘状的基片100进行清洗、刻蚀等加工处理，本实施例中具体以用于清洗为例，对该设备的功能进行阐述。
29.该基片旋转式处理设备包括壳体200、能够绕旋转中心线x相对旋转地设置在壳体200上的旋转台300、用于驱动旋转台300旋转的旋转驱动电机500，以及清洗装置，其中旋转驱动电机500的输出轴与旋转台300的旋转轴301连接，旋转中心线x沿竖直方向延伸。该基片旋转式处理设备在使用时，将基片100相对固定地设置在旋转台300上，然后启动旋转驱动电机500，驱动旋转台300高速旋转，旋转台300带动基片100一起旋转，同时清洗装置向基片100的表面喷射药液或气体，实现清洗。
30.参见图1及图2所示，本实施例中，清洗装置具体包括第一流体供给机构600、第二流体供给机构700及流体回收机构800等。其中，为了使得基片100的上、下表面均能够得到彻底清洗，第一流体供给机构600、第二流体供给机构700分别具有分设于基片100上、下两侧的两组喷嘴。在基片100旋转的过程中，第一流体供给机构600同时或依次向基片100上、下表面喷射化学药液，以去除基片100表面的各种杂质颗粒；在清洗处理完成后，第二流体供给机构700再向基片100的上、下表面喷射气体，以干燥基片100的表面。在清洗过程中，使用过的液体可以在流体回收机构800的导流作用下汇集并回收，实现化学药液的可重复性使用，降低生产成本。
31.参见图3至图5所示，为实现基片100与旋转台300的相对固定，旋转台300上设有多组支撑销9及多组夹持机构400。其中，支撑销9固设于旋转台300上，支撑销9具有沿旋转台300的周向均匀间隔设置的4个，每个支撑销9均沿旋转中心线x的延伸方向自旋转台300向上延伸，所有支撑销9的上端部齐平。该基片旋转式处理设备在使用时，所有支撑销9同时支撑在基片100的下方。优选地，支撑销9的上端部呈锥形，从而能够尽可能减少支撑销9与基片100的接触面积，减少对基片100下表面清洗的影响。
32.多组夹持机构400同样沿旋转台300的周向均匀间隔设置，本实施例中具体设有4组。每组夹持机构400均包括卡盘销1，卡盘销1同样沿旋转中心线x的延伸方向自旋转台300向上延伸，且每个卡盘销1的上端部均高于支撑销9的上端部；沿旋转台300的径向y上，卡盘销1位于支撑销9的外侧。该基片旋转式处理设备在使用时，各个卡盘销1沿基片100的周向抵靠在基片100的外周壁上，从而能够限制基片100沿径向y向外移动。通过支撑销9与卡盘销1的相互配合，基片100就能够被相对固定在旋转台300上，随旋转台300一起旋转。
33.参见图6至图10所示，本实施例中，每组夹持机构400进一步包括传感器2与驱动组件。其中，卡盘销1的上端部具有沿旋转台300的径向y向内凸起的限位凸台11，用于限制基片100在高速旋转的过程中沿旋转中心线x向上移动而脱离旋转台300。传感器2固设于卡盘销1上，具体为设置在卡盘销1沿径向y的内侧，且传感器2设置在限位凸台11的下方。卡盘销1具有中空的内腔12，内腔12沿卡盘销1的轴向延伸，传感器2上连接有线缆21，线缆21至少部分收容在内腔12中。进一步地，传感器2的外表面为沿径向y向内凸起的圆柱面，该圆柱面的轴心线平行于旋转中心线x。如此，能够确保在使用过程中传感器2始终与圆盘形的基片
100保持接触抵靠，且各个卡盘销1能够均匀施力，传感器2能够准确地获取到基片100与卡盘销1之间的接触压力。
34.当然，各个传感器2的高度也应当保持一致，才能够使得所有传感器2同时抵靠在基片100上。至少存在一个垂直于旋转中心线x的平面（此处即为水平面），该平面与所有传感器2相交。优选地，每个传感器2沿水平方向在基片100外周壁上的投影，应当在竖直方向上完全覆盖基片100，从而基片100可以完全抵靠在传感器2上，增大支撑面积的同时提高传感器2检测压力的准确性。
35.本实施例中，卡盘销1能够沿旋转台300的径向y直线滑动地设置在旋转台300上，驱动组件即用于驱使卡盘销1滑动，以实现基片100的取放、夹持及夹持力的调节。驱动组件具体包括滑动件4、导向件5、驱动机构6、固定件7、密封件8等。
36.其中，卡盘销1的下端部一体设置有沿径向y向内延伸的导向轴3，滑动件4同样沿径向y延伸，导向轴3的一端部开设有固定孔31，滑动件4即能够固定插设在该固定孔31中，与导向轴3及卡盘销1固定连接。从而通过驱动滑动件4沿径向y滑动，就能够间接使得卡盘销1沿径向y滑动。
37.驱动机构6用于驱动滑动件4沿直线滑动，本实施例中驱动机构6具体采用电机，电机的输出轴与滑动件4连接。
38.导向件5及固定件7均固设于旋转台300上。其中固定件7与驱动机构6固定连接，用于在高速旋转的过程中确保驱动机构6与旋转台300不发生相对移动，尽可能的减小离心力对驱动机构6的影响，提高整个夹持机构400的稳定性。
39.导向件5上开设有沿径向y延伸的滑槽51，滑动件4与导向轴3的连接处能够相对滑动地插设在滑槽51中。如此，导向件5与导向轴3构成导向机构，使得卡盘销1能够稳定地沿径向y直线运动，不会偏移。
40.本实施例中，由于基片旋转式处理设备在使用时会喷射化学药液，为了保护电机等电气设备不受损害，还需要对驱动组件进行密封处理。具体地，旋转台300上开设有容纳腔302，驱动组件均设置在容纳腔302内，而卡盘销1部分位于容纳腔302的外部并伸出旋转台300的上表面。夹持机构400还包括用于将容纳腔302与外部封闭的密封件8，此处密封件8采用套设在导向轴3的密封面32上的弹性密封环，从而能够将容纳腔302内的空间与旋转台300外部的化学药液隔离，防止药液渗入。
41.另一方面，本实施例中的基片旋转式处理设备还包括处理器（图中未示出），处理器与传感器2、处理器与驱动机构6分别电性连接或讯号连接，处理器中设有预设范围{f1，f2}，从而处理器能够接收传感器2发出的检测信号f，并进行分析，进而控制驱动机构6做出响应动作，实现卡盘销1夹持力的实时监控与实时调整。
42.下面具体阐述本实施例中的基片旋转式处理方法：（1）机械手（图中未示出）将待清洗的基片100从外部放置在旋转台300上，使得4个支撑销9均支撑在基片100的下方，4个卡盘销1分别位于基片100的周向外侧；（2）处理器向各个驱动机构6发出指令，使得各个卡盘销1均在驱动组件的驱动下朝向基片100滑动，直到传感器2接触抵靠在基片100的外周壁上，传感器2检测到卡盘销1与基片100之间的压力并发出检测信号f，处理器接收检测信号f并分析得到分析结果，再根据分析结果控制驱动组件驱动卡盘销1沿旋转台300的径向y运动——具体地，处理器将检测
信号f与预设范围进行比对，如果f>f2，则控制卡盘销1远离基片100运动；如果f<f1，则控制卡盘销1朝向基片100运动；当f2≤f≤f1时，表明卡盘销1具有合适的夹持力，此时卡盘销1不再移动，旋转驱动电机500可以启动并驱动旋转台300旋转；（3）旋转台300带动基片100一起高速旋转，第一流体供给机构600与第二流体供给机构700依次向基片100表面喷射液体与气体，实现基片100的清洗；在基片100的旋转过程中，传感器2实时检测卡盘销1与基片100之间的压力并发出检测信号f，处理器接收检测信号f并进行实时分析——如果f>f2，则控制卡盘销1远离基片100运动；如果f<f1，则控制卡盘销1朝向基片100运动；当f2≤f≤f1时，表明卡盘销1具有合适的夹持力，卡盘销1沿旋转台300的径向y保持不动；（4）基片100清洗完毕后，处理器控制驱动组件，驱动卡盘销1远离基片100滑动，卡盘销1与基片100之间产生足够的间隙，使得机械手能够将基片100取走。
43.需要说明的是，本实施例中，各组夹持机构400是相对独立的，4个卡盘销1能够分别滑动、互不影响，每个卡盘销1的滑动动作都由处理器控制。如此，在基片100的旋转过程中，基片100可能向任意一个或多个卡盘销1偏移，此时就需要控制一部分卡盘销1远离基片100运动，另一部分靠近基片100运动，才能够更为合理地实现夹持力的调整。
44.综上所述，本实施例的基片旋转式处理设备及方法，在整个处理过程中，尤其是旋转台300带动基片100高速旋转时，能够实时地读取基片100所受的夹持力的大小，并可以根据读取到的数据实时地进行夹持力大小的调整，从而提高基片100处理的良率。
45.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。