一种清洗刷组件和晶圆清洗装置的制作方法

1.本发明涉及半导体晶圆加工技术领域，尤其涉及一种清洗刷组件和晶圆清洗装置。


背景技术：

2.在半导体领域，晶圆表面的清洁度是影响半导体器件可靠性的重要因素之一。在晶圆制程中，例如：沉积、等离子体刻蚀、光刻、电镀等等，都有可能在晶圆表面引入污染和/或颗粒，导致晶圆表面的清洁度下降，制造的半导体器件良率不高。化学机械抛光(chemical mechanical planarization,cmp)是一种全局平整化的超精密表面加工工艺。由于化学机械抛光中大量使用的化学试剂和研磨剂会在抛光完成后在晶圆表面残留大量的研磨颗粒和研磨副产物等污染物，这些污染物会对后续工艺产生不良影响。
3.为了达到晶圆表面无污染物的目的，需要移除晶圆表面的污染物以避免制程前污染物重新残留于晶圆表面。因此，在晶圆制造过程中需要经过多次的表面清洗，以去除晶圆表面附着的金属离子、原子、有机物及微粒等污染物。
4.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。专利cn102768974b公开了一种晶圆清洗设备。所述晶圆清洗设备包括：机架；晶圆清洗装置，所述晶圆清洗装置设在所述机架上；晶圆刷洗装置，所述晶圆刷洗装置设在所述机架上且位于所述晶圆清洗装置的下游侧；晶圆干燥装置，所述晶圆干燥装置设在所述机架上且位于所述晶圆刷洗装置的下游侧；和机械手，所述机械手可移动地设在所述机架上用于竖直地夹持晶圆和搬运晶圆。
5.然而现有的滚刷结构不合理，存在污染物泄露的问题，会对晶圆造成二次污染，影响清洗效果。


技术实现要素：

6.本发明实施例提供了一种清洗刷组件和晶圆清洗装置，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
7.本发明实施例的第一方面提供了一种清洗刷组件，包括清洗刷和连接于清洗刷一端的进液机构，所述进液机构包括进液端盖、随动轴和轴承组件；
8.所述进液端盖具有进液端，进液端盖的一侧设有伸出的细轴和围绕细轴的环形侧壁，在细轴和环形侧壁之间形成环形槽，所述细轴中空并通过进液端盖内部的第一通路与所述进液端连通；所述随动轴的一端套设在所述细轴的外周侧并伸入所述环形槽中以使所述细轴插入所述随动轴的中心通孔内，所述随动轴的另一端伸入所述清洗刷内，所述中心通孔贯穿所述随动轴以将所述第一通道与所述清洗刷导通从而将液体引入所述清洗刷内；所述轴承组件套设在所述随动轴的外周侧。
9.在一个实施例中，所述随动轴的内壁与所述细轴之间有狭小的间隙，所述间隙的宽度为0.1-1mm。
10.在一个实施例中，所述进液端盖底部还设有排出口，所述排出口通过所述进液端盖内部的第二通路与所述环形槽连通，以将进入所述环形槽内的液体排出。
11.在一个实施例中，所述进液机构还包括套筒，所述套筒套设在所述环形侧壁和所述轴承组件的外周侧。
12.在一个实施例中，所述套筒设有通气的气封通道，所述气封通道连通轴承组件。
13.在一个实施例中，所述进液机构还包括前端盖，前端盖套设在所述随动轴的外周侧。
14.在一个实施例中，所述随动轴的内壁在端部装有密封圈，用于所述随动轴和所述细轴之间的密封。
15.在一个实施例中，所述密封圈用压盖固定。
16.在一个实施例中，所述轴承组件包括两个并排放置的轴承以及位于两个轴承之间的隔套。
17.本发明实施例的第二方面提供了一种晶圆清洗装置，包括：
18.晶圆旋转组件，用于支撑晶圆并驱动晶圆旋转；
19.如上所述的清洗刷组件，设置于晶圆的两侧并绕自身轴线滚动以对晶圆表面进行刷洗；
20.清洗刷驱动机构，用于支撑清洗刷并驱动清洗刷移动和转动。
21.本发明实施例的有益效果包括：使进液端盖的细轴伸入随动轴，通过细轴将液体导入随动轴内，可以防止液体向外渗漏，能够实现液体封堵的目的。
附图说明
22.通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，但这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：
23.图1为本发明一实施例提供的晶圆清洗装置的结构示意图；
24.图2为本发明一实施例提供的清洗刷组件的结构示意图；
25.图3为本发明一实施例提供的进液机构的结构示意图；
26.图4和图5为本发明一实施例提供的进液机构的剖面图；
27.图6和图7为本发明另一实施例提供的进液机构的剖面图。
具体实施方式
28.下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本技术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。应当理解的是，除非特别予以说明，为了便于理解，以下对本发明具体实施方式的描述都是建立在相关设备、装置、部件等处于原始静止的未给与外界控制信号和驱动力的自然状态下描述的。
29.此外，还需要说明的是，本技术中使用的例如前、后、上、下、左、右、顶、底、正、背、水平、垂直等表示方位的术语仅仅是为了便于说明，用以帮助对相对位置或方向的理解，并非旨在限制任何装置或结构的取向。
30.为了说明本发明所述的技术方案，下面将参考附图并结合实施例来进行说明。
31.在本技术中，化学机械抛光(chemical mechanical polishing)也称为化学机械平坦化(chemical mechanical planarization)，晶圆(wafer)也称为晶片、硅片、基片或基板(substrate)，其含义和实际作用等同。
32.图1是本发明一个实施例提供的晶圆清洗装置1的结构示意图，晶圆清洗装置1包括箱体10、晶圆旋转组件20、清洗刷组件40、清洗刷驱动机构30。
33.如图1所示，在本发明的一个实施例中，晶圆旋转组件20设置于底座的上部，待清洗晶圆由晶圆旋转组件20支撑并绕晶圆的轴线旋转。
34.其中，晶圆旋转组件20包括固定座、一对主动辊轮和从动辊轮，主动辊轮和从动辊轮配置有用于支撑晶圆的卡槽，卡槽绕辊轮的外周侧设置。主动辊轮和从动辊轮设置于固定座并且卡槽位于同一平面内。从动辊轮设置于固定座的中部，主动辊轮对称设置于从动辊轮的两侧。一对主动辊轮和从动辊轮沿晶圆的外缘轮廓设置，放置于晶圆旋转组件20的晶圆由卡槽限位，晶圆的外缘与卡槽的底面相切设置。主动辊轮配置有驱动电机，驱动电机驱动主动辊轮旋转。晶圆的外缘与辊轮之间的摩擦力带动晶圆绕其轴线旋转。
35.在一个实施例中，从动辊轮上设置有用于检测晶圆转速的转速传感器，转速传感器可以由霍尔传感器或光电开关传感器实现。
36.如图1所示，在本发明的一个实施例中，清洗刷组件40包括清洗刷41和进液机构42。清洗刷41为圆筒状结构，其由具有良好吸水性的材料，如聚乙烯醇(pva)制成。两个清洗刷41分别为第一清洗刷和第二清洗刷，分别设置于待清洗晶圆的两侧，可绕自身轴线滚动以接触待清洗晶圆的表面进行刷洗。清洗刷41充液后变软，可以对晶圆进行刷洗，所以在清洗过程中需要随时使清洗刷41保持充液的状态。
37.位于晶圆两侧的清洗刷41可以沿水平方向移动以远离或靠近晶圆。清洗刷41远离晶圆时，清洗刷41与晶圆预留一定间隙，晶圆搬运机械手可夹持晶圆以取走完成清洗的晶圆或者放下未清洗的晶圆；清洗刷41靠近晶圆移动时，清洗刷41与晶圆抵接并以接触方式实施晶圆表面的清洗。
38.如图1所示，在本发明的一个实施例中，清洗刷驱动机构30，用于带动两个清洗刷41相向移动并以一定夹角夹持晶圆进行滚动刷洗。清洗刷驱动机构30包括清洗刷支撑组件和清洗刷移动组件。
39.清洗刷支撑组件，用于支撑位于待清洗晶圆两侧的两个清洗刷41。
40.清洗刷移动组件，其与清洗刷支撑组件连接，以驱动清洗刷支撑组件及其上的清洗刷41整体移动。清洗刷移动组件包括导轨、丝杠和驱动件，导轨和丝杆分别与清洗刷支撑组件连接以在丝杠的带动下使清洗刷支撑组件沿导轨移动，驱动件设置于丝杠的端部，驱动件驱动丝杠动作，从而带动洗刷支撑组件及清洗刷41整体移动，以使得清洗刷41的两端同时接触或远离晶圆。进一步地，清洗刷41两端分别设置丝杆，从而可实现分别调节清洗刷41两端的移动距离。
41.下面结合图1简述晶圆清洗的作业方式。
42.首先，由机械手将待清洗晶圆放置于晶圆旋转组件20，此时，清洗刷41与晶圆的侧面预留一定距离，从而为机械手提供作业空间；在摩擦力作用下，晶圆旋转组件20带动晶圆绕其轴线旋转；
43.接着，未示出的流体喷射装置朝向旋转的晶圆喷射清洗液，如酸性或碱性的清洗液；
44.接着，清洗刷41绕其轴线滚动并朝向晶圆的位置移动，使得清洗刷41与晶圆的表面接触；清洗刷41滚动刷洗晶圆的表面，去除晶圆表面的污染物，实现晶圆的表面刷洗；
45.晶圆刷洗完毕后，清洗刷41朝向晶圆的外侧移动，清洗刷30与晶圆的表面分离；
46.接着，未示出的流体喷射装置继续朝向旋转的晶圆喷射清洗液，持续一段时间后，机械手将完成清洗的晶圆转移至下一工序。
47.图2示出了本发明实施例提供的一种清洗刷组件40，其包括清洗刷41和连接于清洗刷41一端的进液机构42。
48.如图2所示，在一个实施例中，清洗刷41的一端连接进液机构42，清洗刷41的另一端连接清洗刷驱动机构30。清洗刷41可以由多孔性材料制成，如聚乙烯醇，清洗刷41能够吸附大量用于刷洗晶圆表面的清洗液。通过进液机构42不断地向清洗刷41提供清洗液，使清洗刷41保持湿润的状态。其中，清洗液可以是酸性或碱性的溶液，也可以是去离子水。
49.如图3至图7所示，进液机构42包括进液端盖50、随动轴60和轴承组件70。
50.如图4至图7所示，在一个实施例中，进液端盖50具有进液端51，进液端盖50的一侧设有伸出的细轴52和围绕细轴52的环形侧壁53，在细轴52和环形侧壁53之间形成环形槽54，细轴52中空并通过进液端盖50内部的第一通路55与进液端51连通。
51.其中，进液端51设置于进液端盖50顶部，进液端51接厂务供液管，以向进液端盖50内部的第一通路55供液。细轴52具有贯通的中空结构，实现液体流通。
52.在一个实施例中，进液端盖50底部还设有排出口56，用于液体和气体的排出。排出口56通过进液端盖50内部的第二通路57与环形槽54连通，以将进入环形槽54内的液体排出。在不断向清洗刷41输送清洗液的过程中，从各缝隙之间渗出的液体可集合至环形槽54内，并通过排出口56排出，不会进入箱体10内。
53.如图4至图7所示，在一个实施例中，随动轴60的一端套设在细轴52的外周侧并伸入环形槽54中，以使细轴52插入随动轴60的中心通孔61内，随动轴60的另一端伸入清洗刷41内，中心通孔61贯穿随动轴60以将第一通道与清洗刷41导通从而将液体引入清洗刷41内。
54.在本实施例中，液体流过的路径为：从进液端51进入，通过进液端盖50的第一通路55、细轴52的中空结构进入随动轴60，再通过随动轴60的中心通孔61流入清洗刷41，从而浸润清洗刷41。
55.在一个实施例中，进液端盖50的细轴52伸入随动轴60的中心通孔61内，随动轴60的内壁与细轴52之间有狭小的间隙，间隙的宽度为0.1-1mm。进一步，间隙的宽度优选为0.1-0.5mm，更进一步优选为0.2mm。
56.在一个实施例中，随动轴60的中心通孔61为阶梯孔，中心通孔61中插入细轴52的部分直径大于位于液路下游的其他部分。
57.在本发明实施例中，利用随动轴60和进液端盖50的细轴52之间的配合间隙来实现
液体封堵的目的，能够防止污染，还能保证稳定流量的清洗液供应。因为此间隙较小，从其中渗出的液体量很少，对流入清洗刷41的液体流量没有影响。即使有渗出的液体，也可以通过排出口56流走。
58.如图4至图7所示，在一个实施例中，随动轴60上还安装有轴承组件70。轴承组件70套设在随动轴60的外周侧并与环形侧壁53相邻，从而实现随动轴60的转动。轴承组件70安装在套筒90内。
59.具体地，轴承组件70包括两个并排放置的轴承71以及位于两个轴承71之间的隔套72。
60.如图4至图7所示，在一个实施例中，进液机构42还包括前端盖80，前端盖80套设在所述随动轴60的外周侧，并贴着套筒90。
61.随动轴60与前端盖80之间有缝隙，缝隙的宽度为0.1-1mm，优选0.25mm。
62.如图4至图7所示，在一个实施例中，进液机构42还包括套筒90，套筒90套设在环形侧壁53和轴承组件70的外周侧。
63.套筒90的一端用进液端盖50密封，另一端用前端盖80固定。
64.如图4至图7所示，在一个实施例中，套筒90设有通气的气封通道91，气封通道91一端连通设于套筒90上的进气口92，气封通道91另一端连通轴承组件70。
65.气封通道91能够在轴承组件70、随动轴60和细轴52之间的缝隙中实现气封，从而防止清洗液经过轴承组件70、随动轴60和前端盖80之间的缝隙进入箱体10内。设置气封通道91还可以防止箱体10内的水汽通过随动轴60和前端盖80之间的缝隙进入进液机构42内部，从而避免因此造成的轴承磨损，能够提高使用寿命。
66.可以理解的是，如果不设置气封，在运行过程中轴承71会发生磨损，产生的磨屑一部分通过清洗液直接进入箱体10内，溅射到晶圆表面，引起污染；另一部分会通过随动轴60的中心通孔61到达滚刷，从而污染滚刷，降低清洗效果。
67.因此，套筒90壁上设有气封通道91，用于防止箱体10内部液体进入进液组件内部，同时也可以防止轴承71磨屑进入箱体10内部。
68.如图6和图7所示，在另一个实施例中，随动轴60的内壁在端部装有密封圈62，用于随动轴60和细轴52之间的密封。密封圈62用压盖63固定，然后整体安装在套筒90内。密封圈62可以为格莱圈。
69.本发明改变了清洗刷的进液机构42的进液方式，进液端盖50的清洗液可以通过随动轴60直接到达清洗刷41，避免了清洗液的流量损失；同时因为清洗液不经过轴承组件70，所以轴承71磨损的磨屑不会对清洗液带来污染，提高了清洗效果。
70.本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，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发明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。
71.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发明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。
72.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。