一种新型前后振荡机构的制作方法

一种新型前后振荡机构
[技术领域]
[0001]
本实用新型涉及湿制程晶圆清洗技术领域，具体地说是一种新型前后振荡机构。
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背景技术：
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[0002]
目前的半导体材料已经发展到第三代。第一代半导体材料主要以硅(si)、锗(ge)为主，20世纪50年代，ge在半导体中占主导地位，主要应用于低压、低频、中功率晶体管以及光电探测器中，但是ge半导体器件的耐高温和抗辐射性能较差，到60年代后期逐渐被si器件取代。用si材料制造的半导体器件，耐高温和抗辐射性能较好。si储量极其丰富，提纯与结晶方便，二氧化硅(sio2)薄膜的纯度很高，绝缘性能很好，这使器件的稳定性与可靠性大为提高，因此si已经成为应用最广的一种半导体材料。目前95％以上的半导体器件和99％以上的集成电路都是由si材料制作。在21世纪，它的主导和核心地位仍不会动摇。但是si材料的物理性质限制了其在光电子和高频高功率器件上的应用。
[0003]
20世纪90年代以来，随着移动通信的飞速发展、以光纤通信为基础的信息高速公路和互联网的兴起，以砷化镓(gaas)、磷化铟(inp)为代表的第二代半导体材料开始崭露头脚。gaas、inp等材料适用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件，是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件的优良材料，广泛应用于卫星通讯、移动通讯、光通信、gps导航等领域。但是gaas、inp材料资源稀缺，价格昂贵，并且还有毒性，能污染环境，inp甚至被认为是可疑致癌物质，这些缺点使得第二代半导体材料的应用具有很大的局限性。
[0004]
第三代半导体材料主要包括sic、gan、金刚石等，因其禁带宽度(eg)大于或等于2.3电子伏特(ev)，又被称为宽禁带半导体材料。和第一代、第二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高键合能等优点，可以满足现代电子技术对高温、高功率、高压、高频以及抗辐射等恶劣条件的新要求，是半导体材料领域最有前景的材料，在国防、航空、航天、石油勘探、光存储等领域有着重要应用前景，在宽带通讯、太阳能、汽车制造、半导体照明、智能电网等众多战略行业可以降低50％以上的能量损失，最高可以使装备体积减小75％以上，对人类科技的发展具有里程碑的意义。
[0005]
随着第三代半导体的迅猛发展，围绕以gan和sic基材为主的制程工艺也日新月异。2017年之前在第一代半导体和第二代半导体被普遍应用、用来改善清洗槽内流场或均匀性的上下振荡机构和被应用再大尺寸晶圆上，辅助提高蚀刻均匀性的晶圆自旋转机构，已不能满足第三代半导体制程工艺需求。经过对客户制程需求及目前困扰的问题收集，了解到客户希望改变以前常规的上下振荡方式，避免晶圆在上下运动的过程中被反复冲刷，影响了晶圆表面的质量。
[0006]
现有常用两种机构，一种可实现花篮和晶圆在槽体内上下振荡，另外一种可实现晶圆在花篮内实现自旋转。其中，上下振荡机构在上下振荡的过程中，随着花篮和晶圆的上下往复运动，化学品对晶圆表面反复冲刷，可能影响到晶圆表面质量；同时在上下运动的过程中，如果槽体内的化学品有粘附的残胶或剥离物，可能粘附在晶圆表面，较难清除，影响产品良率；而晶圆自旋转机构因其传输机构需要一定空间，不适用小尺寸晶圆产品，存在应
用局限性。
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技术实现要素：
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[0007]
本实用新型的目的就是要解决上述的不足而提供一种新型前后振荡机构，能够实现花篮及晶圆在槽内的规律性运动，使化学品与晶圆充分接触，有效提升剥离物或颗粒物从深沟中脱离，进而提升产品的制程控制和产品良率。
[0008]
为实现上述目的设计一种新型前后振荡机构，包括驱动机构1、传动机构2、承载执行机构3、槽体4、管路系统和控制系统，所述驱动机构1的输出端连接传动机构2的输入端，所述传动机构2的输出端安装有承载执行机构3，所述承载执行机构3在驱动机构1、传动机构2的带动下作前后直线运动，所述驱动机构1通过线路连接控制系统，所述承载执行机构3上承载有花篮及晶圆5，所述花篮及晶圆5伸入槽体4内，所述槽体4内布置有管路系统，并通过管路系统供应化学液，所述花篮及晶圆5随承载执行机构3在槽体4内作前后运动。
[0009]
进一步地，所述驱动机构1包括驱动电机6和减速机7，所述驱动电机6输出端连接减速机7，所述驱动电机6采用带刹车的变频电机，所述减速机7采用直角减速机，所述驱动电机6、减速机7安装在驱动机构安装板8上。
[0010]
进一步地，所述传动机构2包括输出轴9、凸轮10、连杆机构11和连杆连接块12，所述输出轴9一端与驱动机构1的减速机7相连，所述输出轴9另一端通过凸轮10与连杆机构11相连，所述连杆机构11另一端通过销轴连接连杆连接块12，所述承载执行机构3包括支撑轴13和承载座14，所述承载座14固定在支撑轴13端部，所述花篮及晶圆5承载于承载座14上，所述支撑轴13另一端通过支撑轴固定块15、支撑轴安装座16、支撑轴压块17安装在滑块18上，所述滑块18与导轨19相配合，所述支撑轴固定块15安装在连杆连接块12上，所述导轨19及滑块18安装在传动机构安装板20上，所述传动机构安装板20与机构安装板21连接，所述驱动电机6、减速机7的动力经由连杆机构11、导轨19及滑块18将圆周运动转化为前后直线运动。
[0011]
进一步地，所述连杆机构11中装有双盖深沟球轴承，所述销轴通过双盖深沟球轴承安装在连杆机构11上，并通过双盖深沟球轴承确保动力传输。
[0012]
进一步地，所述支撑轴安装座16上装设有位置定位感应片，所述传动机构安装板20上安装有光电感应器，所述位置定位感应片与光电感应器相互配合以实现定位。
[0013]
进一步地，所述承载执行机构3的支撑轴13采用sus304不锈钢空心轴，所述支撑轴13外部设置有ptfe防腐层，所述承载执行机构3的承载座14采用耐温耐酸碱性能良好的石英材质制成，并采用ptfe材质作为底座支撑。
[0014]
进一步地，所述槽体4由耐有机化学品的sus316lep、或者由耐酸碱腐蚀的quartz石英或四氟材料加工而成。
[0015]
本实用新型同现有技术相比，结构新颖，设计合理，提供了一种新型的花篮及晶圆在湿法设备槽内运动的可行性，特别在不适用上下振荡或晶圆自旋转机构的工艺制程中，可以采用前后振荡机构，实现花篮及晶圆在槽内的规律性运动，通过该规律性运动改善槽内流场，使化学品与晶圆的充分接触，在槽内形成类似风囊性运动的场景，在提升晶圆每片不同点位之间以及同一批次片与片之间的制程一致性的前提下，有效提升剥离物或颗粒物从深沟中脱离，进而提升产品的制程控制和产品良率。综上，本实用新型可应用在湿法清洗
或去胶设备上，通过在清洗槽内前后运动，实现单批次作业的晶圆每片不同点位之间、以及片与片之间形成类似风囊往返运动的效果，既可以实现相对均匀的流场内运动，又可以避免对晶圆上下冲刷的影响，值得推广应用。
[附图说明]
[0016]
图1是本实用新型的爆炸示意图；
[0017]
图2是本实用新型的立体结构示意图；
[0018]
图3是图2的正面结构示意图；
[0019]
图4是图2的侧面结构示意图；
[0020]
图5是图2的俯视结构示意图；
[0021]
图6是本实用新型中驱动机构、传动机构、承载执行机构的连接示意图；
[0022]
图7是图6的正面结构示意图；
[0023]
图8是图6的侧面结构示意图；
[0024]
图9是图6的俯视结构示意图；
[0025]
图中：1、驱动机构 2、传动机构 3、承载执行机构 4、槽体 5、花篮及晶圆 6、驱动电机 7、减速机 8、驱动机构安装板 9、输出轴 10、凸轮 11、连杆机构 12、连杆连接块 13、支撑轴 14、承载座 15、支撑轴固定块 16、支撑轴安装座 17、支撑轴压块 18、滑块 19、导轨 20、传动机构安装板 21、机构安装板。
[具体实施方式]
[0026]
下面结合附图对本实用新型作以下进一步说明：
[0027]
如附图所示，本实用新型提供了一种新型前后振荡机构，包括驱动机构1、传动机构2、承载执行机构3、槽体4、管路系统和控制系统，驱动机构1的输出端连接传动机构2的输入端，传动机构2的输出端安装有承载执行机构3，承载执行机构3在驱动机构1、传动机构2的带动下作前后直线运动，驱动机构1通过线路连接控制系统，承载执行机构3上承载有花篮及晶圆5，花篮及晶圆5伸入槽体4内，槽体4内布置有管路系统，并通过管路系统供应化学液，花篮及晶圆5随承载执行机构3在槽体4内作前后运动。其中，槽体4由耐有机化学品的sus316lep、或者由耐酸碱腐蚀的quartz石英或四氟材料加工而成。
[0028]
本实用新型中，驱动机构1包括驱动电机6和减速机7，驱动电机6输出端连接减速机7，驱动电机6采用带刹车的变频电机，减速机7采用直角减速机，驱动电机6、减速机7安装在驱动机构安装板8上；传动机构2包括输出轴9、凸轮10、连杆机构11和连杆连接块12，输出轴9一端与驱动机构1的减速机7相连，输出轴9另一端通过凸轮10与连杆机构11相连，连杆机构11另一端通过销轴连接连杆连接块12，连杆机构11中装有双盖深沟球轴承，销轴通过双盖深沟球轴承安装在连杆机构11上，并通过双盖深沟球轴承确保动力传输；承载执行机构3包括支撑轴13和承载座14，承载座14固定在支撑轴13端部，花篮及晶圆5承载于承载座14上，支撑轴13另一端通过支撑轴固定块15、支撑轴安装座16、支撑轴压块17安装在滑块18上，滑块18与导轨19相配合，支撑轴固定块15安装在连杆连接块12上，导轨19及滑块18安装在传动机构安装板20上，传动机构安装板20与机构安装板21连接，驱动电机6、减速机7的动力经由连杆机构11、导轨19及滑块18将圆周运动转化为前后直线运动；支撑轴安装座16上
装设有位置定位感应片，传动机构安装板20上安装有光电感应器，位置定位感应片与光电感应器相互配合以实现定位。
[0029]
本实用新型提供了一种应用在湿法清洗或去胶设备的新型前后振荡机构，该机构设计概念将由一套湿法槽体及管路系统、一套驱动机构、一套传动机构、一套承载执行机构、以及一套控制系统构成；湿法槽体及管路系统主要提供作业空间和环境，由耐有机化学品的sus316lep或者耐酸碱腐蚀的quartz石英或四氟材料加工而成，容积可兼容需清洗的花篮和晶圆即可，槽内通过管路系统供应或者人工倾倒方式充满化学液，承载执行机构承托花篮和晶圆在槽内实现前后运动；驱动机构采用带刹车的变频电机带动直角减速机，输出额定转速为60～64rpm，实现客户要求的0～60次每分钟的振荡频率要求。
[0030]
传动机构设计方向是电机与减速机安装在驱动机构安装板上，减速机与输出轴相连，带动凸轮机构转动，凸轮与连杆机构相连，连杆连接块与连杆机通过销轴连接，连杆机构中装有双盖深沟球轴承，确保销轴动力传输；支撑轴和承载座通过支撑轴压块、支撑轴固定块以及支撑轴安装座安装在滑块上，滑块与导轨相配合，支撑轴固定块又安装在连杆连接块上，而导轨及滑块模组安装在传动机构安装板上，传动机构安装板与驱动机构安装支撑肋板连接，动力就经由连杆机构和导轨及滑块模组将圆周运动转化为前后直线运动。支撑轴安装座上装有位置定位感应片，与安装在传动机构安装板上的光电感应器配合，实现精准定位的目的。按照客户常规应用及槽体容量，前后振荡行程约在30mm左右。
[0031]
为了应对不同规格的花篮和晶圆，以及不同的槽内化学品及制程工艺条件(eg.温度、超声波、流场等)，同时还要满足配合湿法设备全自动工艺流程，承载机构需要满足可拓展性、耐受不同化学品特性、耐温特性、高穿透性、承重及稳定特性等。支撑轴采用高刚性的sus304不锈钢空心轴，轴外部进行ptfe防腐coating处理，在确保刚性的前提下，满足防腐耐温特性；承载座主体采用耐温耐酸碱性能良好的石英材质，同时为确保其通用性和适用性，采用ptfe材质作为底座支撑，在同样的温度和化学品环境，与pfa材质的花篮有更好的形变适应性。
[0032]
本实用新型所述的前后振荡机构通过小型plc控制，实现精准的定位控制、速度控制等。该机构将通过机构安装板，搭载到湿法设备上，实现花篮和晶圆在槽内前后振荡的功能；同时精确的定位控制可配合湿法设备的自动机械手进行全自动搬运作业，提升生产节拍及生产品质管控。此外，该机构不局限于固定的转速和行程要求，还可根据客户需求，对不同的花篮和晶圆进行针对性应用。
[0033]
本实用新型并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。