一种圆片清洗机用的喷头及圆片清洗机的制作方法

本发明涉及一种圆片清洗机用的喷头及圆片清洗机，属于集成电路封装技术领域。

背景技术：

晶圆是硅半导体集成电路制作所用的硅晶片，由于其形状为圆形，故称为晶圆；在硅晶片上可加工制作成各种电路元件结构，而成为有特定电性功能之ic产品。制造半导体器件时，通常是在一个公共半导体圆片上形成多个芯片，这要经过多道处理工序，包括腐蚀、涂敷、掺杂、镀敷等工序，直到最后形成多层结构为止。

随着半导体工艺技术向精细化方向迈进，大规模集成电路(lsi)封装过程中，轻微的污染(例如微粒、金属和有机物等)将影响大规模集成电路的良率和可靠性，导致lsi电路产品的良率、稳定性下降。因此，在每一工艺流程环节里多要清除掉附着在硅圆片上的污染物，防止污染扩散到下一工艺。晶圆清洗对半导体工业的重要性早在50年代初即已引起人们的高度重视，这是由于晶圆表面的污染物会严重影响器件的性能、可靠性和产品良率。随着集成电路的发展，电路的密集度日益提高、微结构的尺寸日益微化，污染物对器件的影响也愈加突出，以致于洁净表面的制备技术已成为制作各种集成电路的关键技术。晶圆表面的污染物通常以原子、离子、分子、粒子或膜的形式以化学或物理吸附的方式存在晶圆表面或晶圆自身的氧化膜中。晶圆清洗要求既能去除各类杂质又不损坏晶圆。清洗可分为物理清洗和化学清洗，化学清洗又包括水溶液清洗和气相清洗等。由于有较多的方案可供选用，价廉而安全，对杂质和基体选择性好，可将杂质清洗至非常低的水平等诸多优势，水溶液清洗在清洗技术中一直占据主导地位。

晶圆清洗技术的研究和改进近年来被众多半导体设备生产制造厂商所关注。部分企业对上述清洗装置进行了改进，但都致力于提高清洗的质量。例如，中芯国际集成电路制造(上海)有限公司对上述装置进行了改进，其在申请号为cn03279085.6的中国实用新型专利公开了一种晶圆清洗液水柱位置监控装置，用于晶圆清洗液水柱位置检测，其包含光学信号发射装置，具有光学信号发射源，该光学信号发射装置设于一晶圆清洗承载台的第一侧边，且该光学信号发射源中心正对该晶圆清洗承载台的旋转中心；光学信号接收装置，设于一晶圆清洗承载台第一侧边的对面侧边，具有接收该光学信号发射源射出的光学信号能力；及信号处理装置，与该光学信号接收装置相连接，可判定该光学信号接收装置的接收状况；其中该光学信号接收装置在该光学信号穿越清洗液水柱时接收到较微弱的光学信号；由晶圆清洗液水柱位置检测装置检测该清洗液水柱位置的信号来达成告知晶圆清洗系统的操作人员，以做出适当处理。

综上所述，现有技术中没有解决喷头的结构如何合理设计，才能达到机台产能与清洗效果的最佳化这一技术问题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种圆片清洗机用的喷头：包括喷嘴和套于所述喷嘴外可旋转的水流形状调节环2，水流大小控制阀门3，水流大小控制阀门3通往水流形状调节环2一侧设置有水流扁平通道5，清洗液经过阀门3调节水流大小后流入水流扁平通道5。

进一步，所述水流扁平通道5的横截面呈椭圆柱形，清洗液经过水流大小控制阀门3调节水流大小后流入水流扁平通道5，其形状由圆柱形变为椭圆柱形，而后流至水流形状调节环2，通过水流形状调节环2可调节水流的形状。所述水流形状调节环2和所述喷嘴螺纹连接；水流形状调节环2为一阀门，通过螺纹与所述喷嘴连接，其内部横截面为椭圆形。旋转水流形状调节环可控制出水孔的出水宽度x，经过调节出水宽度x后的清洗液直接喷出。

另一方面，本发明还提供了一种圆片清洗机，包括上述喷头。优选地，还包括：圆片转速检测单元，用于检测圆片的转速rpm；喷头喷水宽度检测单元，用于检测喷头喷水的有效清洗宽度x，喷头移动控制单元或圆片移动控制单元，接收圆片转速检测单元检测的圆片的转速rpm和喷头喷水宽度检测单元检测的喷头喷水的有效清洗宽度x，根据圆片转速检测单元检测的圆片的转速rpm和喷头喷水宽度检测单元检测的喷头喷水的有效清洗宽度x移动喷头或圆片。喷头或圆片的移动速度v＝[rpm·x/60]·2，单位为毫米/秒。

本发明能带来以下有益效果：当从可调喷头喷水时，可调喷头喷出的水形是可调的，清洗液的宽度可调，因此可以用于清洗不同尺寸的圆片而无需更换喷头，能够在充分清洗圆片的同时不降低机器的产能和效率。

附图说明

图1为现有技术中的圆片清洗机的原理；

图2为本发明根据圆片的转速和喷头喷水的有效清洗宽度x移动喷头或圆片的示意图；

图3为本发明圆片清洗机的喷头结构图；

图4为本发明中圆片清洗机中喷头的水流扁平通道的截面图；

图5为本发明中圆片清洗机中喷头的水流形状调节环的截面图；

图6为本发明中当水流形状调节环最大遮挡水流扁平通道的出水孔时的示意图；

图7为本发明中喷头移动圆片清洗机的逻辑图；

图8为本发明中圆片移动圆片清洗机的逻辑图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本发明的第一实施方式中提供了一种圆片清洗过程中喷头移动的方法。该方法包括以下步骤：

检测圆片的转速rpm。如图1所示，圆片位于圆片承载台上，圆片承载台转动带动圆片同步转动。

检测喷头喷水的有效清洗宽度x。在另一实施方式中，上述两个步骤的先后顺序可以置换。也就是说，先检测喷头喷水的有效清洗宽度x；然后检测圆片的转速rpm，即每分钟(60秒)旋转次数。

优选地，在检测喷头喷水的有效清洗宽度x步骤前还包括调整喷头喷水落点，使得喷水落点落于晶圆旋转中心以提高清洗质量。

根据圆片的转速和喷头喷水的有效清洗宽度x移动喷头。如图2所示，设r为圆片的半径，l为横跨整片圆片的长度，相当于2r,则喷水手臂完成一次全距移动所需的次数为l/x，或2r/x。圆片旋转一圈所需时间为60/rpm(单位：秒)。

为了提高清洗机的清洗效率，圆片旋转一圈完成一次整体清洗，这样所需的时间是最短的，即l/x＝1，或2r/x＝1。因此，本发明提供的圆片清洗过程中喷头移动移动方法中，所需的清洗最短时间为t＝l/x·60/rpm。因此实施过程中，可以在喷水手臂的移动范围覆盖整片圆片时喷水手臂完成一次移动，圆片的每个区域都能被清洗一次。则圆片转速与喷水手臂移动速度的关系为：

v＝l/t·2＝2r/t·2＝2r·rpm/60·x/2r·2＝[rpm·x/60]·2

上述v为喷水手臂的移动速度，也就是喷头的移动速度，单位为毫米/秒。v＝l/t·2，乘2是因为l为横跨整片圆片的长度，相当于2r，也就是每圈清洗了2次，乘2相当于速度加倍则清洗次数减半。

在示意性的实施例中，假设圆片转速为300rpm，喷水有效宽度为0.01inch(0.254mm)，则

v＝[rpm·x/60]·2＝[300·0.254/60]·2＝1.27·2＝2.54mm/sec

也就是说，为当喷水手臂移动速度超过2.54mm/sec时，圆片清洗就可能会出现盲区；虽然圆片清洗时，喷水手臂不会只有摆动一次，而是会来来回回摆动一段时间，但喷水手臂移动速度过快还是会降低清洗的效果，部分区域尚未被清洗到；另一方面，喷水手臂移动速度过慢会降低机器的产能和效率。

因为圆片移动和喷水手臂移动是相对的，圆片不移动喷水手臂移动的效果和圆片移动而喷水手臂不移动的效果一样。因此，在本发明的第二实施方式中提供了一种圆片清洗过程中圆片移动的方法。该方法包括以下步骤：

步骤一：检测圆片的转速rpm，即每分钟(60秒)旋转次数。

步骤二：检测喷头喷水的有效清洗宽度x。本领域的技术人员应当理解，上述两个步骤的先后顺序可以置换。也就是说，先检测喷头喷水的有效清洗宽度x；然后检测圆片的转速rpm。

步骤三：根据圆片的转速和喷头喷水的有效清洗宽度x移动圆片。如图2所示，设r为圆片的半径，l为横跨整片圆片的长度，相当于2r,则喷水手臂完成一次全距移动所需的次数为l/x，或2r/x。本发明提供的圆片清洗过程中圆片移动移动方法中，所需的清洗最短时间为t＝l/x·60/rpm。因此实施过程中，可以在喷水手臂的移动范围覆盖整片圆片时圆片完成一次移动，圆片的每个区域都能被清洗一次。则圆片转速与喷水手臂移动速度的关系为：

v＝l/t·2＝2r/t·2＝2r·rpm/60·x/2r·2＝[rpm·x/60]·2

上述v为圆片的移动速度，单位为毫米/秒。v＝l/t2，乘2是因为l为横跨整片圆片的长度，相当于2r，也就是每圈清洗了2次，乘2相当于速度加倍则清洗次数减半。

在示意性的实施例中，假设圆片转速为300rpm，喷水有效宽度为0.01inch(0.254mm)，则

v＝[rpm·x/60]·2＝[300·0.254/60]·2＝1.27·2＝2.54mm/sec

也就是说，为当圆片移动速度超过2.54mm/sec时，圆片清洗就可能会出现盲区；保持喷水手臂不动而圆片移动，当圆片移动速度过快时会降低清洗的效果，部分区域尚未被清洗到，而圆片移动速度过慢会降低机器的产能和效率。

在本发明的第三实施方式中，提供了一种与实施方式一、实施方式二配套使用的圆片清洗机用的可调节喷头结构。如图3所示，该喷头结构包括：喷嘴1和套于喷嘴1外可旋转的水流形状调节环2，所述水流形状调节环2和喷嘴1为螺纹配合。喷头上设有水流大小控制阀门3，其与喷嘴1螺纹连接，包括与喷嘴1连通的阀门芯3-1，旋转螺丝3-2，通过旋转螺丝3-2的旋动带动阀门芯3-1往喷头内部的水流通道4移动而控制水流大小，水流通道4呈圆柱形。

优选地，水流大小控制阀门3通往水流形状调节环2一侧设置有水流扁平通道5，水流扁平通道5的横截面呈椭圆柱形，如图4所示。清洗液经过水流大小控制阀门3调节水流大小后流入水流扁平通道5，其形状由圆柱形变为椭圆柱形，而后流至水流形状调节环2，通过水流形状调节环2可以调节水流的形状。水流形状调节环2为一阀门，通过螺纹与喷嘴1连接，可绕喷嘴1旋转，其内部横截面为椭圆形，如图5所示。通过旋转水流形状调节环2，可以控制出水孔的出水形状进而控制其出水宽度x，经过调节出水宽度x后的清洗液直接喷出。当水流形状调节环2未挡住水流扁平通道5的出水孔时，此时喷头的出水宽度最大。因为此时出水形状为椭圆形，因此清洗液呈扁平状喷出；此时若旋动水流形状调节环2，则水流形状调节环2将部分遮挡水流扁平通道5，当水流形状调节环2部分挡住水流扁平通道5的出水孔时，喷头喷出的清洗液趋于圆柱形，即通常所说的直线型。图6示意了当水流形状调节环2最大遮挡水流扁平通道5的出水孔时的情形，此时喷头的出水宽度最小。

在本发明的第四实施方式中，提供了一种圆片清洗机。其包括第三实施方式所述的喷头，该喷头结构包括：喷嘴1和套于喷嘴1外可旋转的水流形状调节环2，所述水流形状调节环2和喷嘴1为螺纹配合。喷头上设有水流大小控制阀门3，其与喷头螺纹连接，包括与喷嘴1连通的阀门芯3-1，旋转螺丝3-2，通过旋转螺丝3-2的旋动带动阀门芯3-1往喷头内部的水流通道4移动而控制水流大小，水流通道4呈圆柱形。水流大小控制阀门3通往水流形状调节环2一侧设置有水流扁平通道5，水流扁平通道5的横截面呈椭圆柱形，清洗液经过水流大小控制阀门3调节水流大小后流入水流扁平通道5，其形状由圆柱形变为椭圆柱形，而后流至水流形状调节环2，通过水流形状调节环2可以调节水流的形状。水流形状调节环2为一阀门，通过螺纹与喷嘴1连接，可绕喷嘴1旋转，其内部横截面为椭圆形。通过旋转水流形状调节环2，可以控制出水孔的出水形状进而控制其出水宽度x，经过调节出水宽度x后的清洗液直接喷出。当水流形状调节环2未挡住水流扁平通道5的出水孔时，此时喷头的出水宽度最大。因为此时出水形状为椭圆形，因此清洗液呈扁平状喷出；此时若旋动水流形状调节环2，则水流形状调节环2将部分遮挡水流扁平通道5，当水流形状调节环2部分挡住水流扁平通道5的出水孔时，喷头喷出的清洗液趋于圆柱形，即通常所说的直线型。图6示意了当水流形状调节环2最大遮挡水流扁平通道5的出水孔时的情形，此时喷头的出水宽度最小。

在本发明的第五实施方式中，提供了一种基于第四实施方式所述的圆片清洗机。如图7所示，其包括：圆片转速检测单元，安装在圆片承载台上，用于检测圆片的转速rpm。喷头喷水宽度检测单元，用于检测喷头喷水的有效清洗宽度x，喷头移动控制单元，接收圆片转速检测单元检测的圆片的转速rpm和喷头喷水宽度检测单元检测的喷头喷水的有效清洗宽度x，根据圆片转速检测单元检测的圆片的转速rpm和喷头喷水宽度检测单元检测的喷头喷水的有效清洗宽度x移动喷头。优选地，v＝[rpmx/60]2。上述v为喷水手臂，即喷头的移动速度，单位为毫米/秒。

在本发明的第六实施方式中，提供了一种基于第四实施方式所述的圆片清洗机。如图8所示，其包括：圆片转速检测单元，安装在圆片承载台上，用于检测圆片的转速rpm。喷头喷水宽度检测单元，用于检测喷头喷水的有效清洗宽度x，圆片移动控制单元，接收圆片转速检测单元检测的圆片的转速rpm和喷头喷水宽度检测单元检测的喷头喷水的有效清洗宽度x，根据圆片转速检测单元检测的圆片的转速rpm和喷头喷水宽度检测单元检测的喷头喷水的有效清洗宽度x移动，圆片。优选地，v＝[rpmx/60]2。上述v为圆片的移动速度，单位为毫米/秒。

本发明能带来以下有益效果：第一、当从可调喷头喷水时，可调喷头喷出的水形是可调的，清洗液的宽度可调，因此可以用于清洗不同尺寸的圆片而无需更换喷头；第二、通过圆片旋转速度以及喷头出水宽度来控制圆片或者清洗手臂的移动速度，能够在充分清洗圆片的同时不降低机器的产能和效率。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。