一种干法晶圆片清洗设备的制作方法

1.本发明涉及一种干法晶圆片清洗设备，属于晶圆片清洗技术领域。


背景技术：

2.晶圆片制程主要以20世纪50年代以后发明的四项基础工艺（离子注入、扩散、外延生长及光刻）为基础逐渐发展起来，由于集成电路内各元件及连线相当微细，因此制造过程中，如果遭到尘粒、金属的污染，很容易造成晶片内电路功能的损坏，形成短路或断路等，导致集成电路的失效以及影响几何特征的形成。
3.晶圆片清洗质量的好坏对器件性能有严重的影响，其主要原因是圆片表面沾污造成的，这些沾污包括：超细微的颗粒、有机残留物、无机残留物和需要去除的氧化层；颗粒和金属杂质沾污会严重影响器件的质量和成品率。在目前的集成电路生产中，由于晶圆片表面沾污问题，导致50% 以上的材料被损耗掉和80%的芯片电学失效。
4.晶圆片的清洗方法包括干法清洗和湿法清洗，所述干法清洗采用气相化学法去除晶片表面污染物。气相化学法主要有热氧化法和等离子清洗法等，清洗过程就是将热化学气体或等离子态反应气体导入反应室，反应气体与晶片表面发生化学反应生成易挥发性的气相反应产物被真空抽去。但在清洗过程中仅有一部分气体参与了反应，而未参与反应的气体则与尾气一起排出，造成浪费。同时，由于干法清洗时，需将晶圆摆放在平面上，然后针对朝上的晶圆面吹拂反应气体进行干式清洗，在清洗完一面后需将装置打开将晶圆进行翻转再清洗另一面，这不免增加了工作人员的操作步骤和辅助时间。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种干法晶圆片清洗设备，用于提高干式清洗时反应气体的利用率减少反应气体的浪费，同时在清洗箱体内部完成晶圆片的翻转，减少取出晶圆片进行翻转所需的辅助时间，提高工作效率。
6.为达到上述目的，本发明提供一种干法晶圆片清洗设备，包括清洗箱体和晶圆翻转装置，所述晶圆翻转装置设置于清洗箱体，用于翻转晶圆片；所述清洗箱体中设置多个用于放置晶圆片的晶圆架板，多个所述晶圆架板将清洗箱体内部分为多个层次空间，各所述晶圆架板的一端均开设有通气孔，将各层次空间连通形成逐层折返的气体回路，回路的两端设置气口；各所述层次空间的上部均设置伸缩气囊，用于减少反应气体充入量并加快反应速度，所述伸缩气囊收缩后其外壁到晶圆架板之间的距离大于晶圆片的直径；所述晶圆翻转装置包括翻转机构和抬升机构，所述翻转机构滑动设置于清洗箱体，用于带动晶圆翻转，所述抬升机构连接翻转机构，用于带动翻转机构运动，所述抬升机构位于初始位置时所述晶圆片置于晶圆架板，所述抬升机构的行程大于晶圆的半径；所述翻转机构包括多个翻转器，各所述翻转器包括用于带动晶圆片翻转的蜗轮和带动蜗轮动作的蜗杆。
7.进一步地，多个所述晶圆架板依次平行设置。
8.进一步地，最顶部层次空间的伸缩气囊设置于清洗箱体顶部内壁，余下层次空间内的伸缩气囊设置于晶圆架板。
9.进一步地，所述伸缩气囊包括压气板，所述压气板平行晶圆架板设置，各所述压气板的投影可将与之配套的晶圆架板上用于放置晶圆片的区域覆盖。
10.各所述伸缩气囊与外界气体连通，通过调节伸缩气囊内部气体量调节压气板与晶圆片之间的距离，在需要翻转晶圆片时压气板与晶圆架板之间的距离大于晶圆片的直径。
11.进一步地，所述翻转机构还包括连接架，所述连接架滑动连接清洗箱体，所述连接架的运动方向与晶圆架板垂直，各所述翻转器均设置于连接架，所述连接架连接抬升机构，所述抬升机构动作，通过连接架带动翻转器运动至翻转工作位置。
12.进一步地，位于同一竖直方向上的蜗轮参数相同，且共用一根蜗杆。
13.进一步地，所述抬升机构带动翻转器运动至翻转工作位置后晶圆片与其所属的层次空间中伸缩气囊的距离大于晶圆片的半径。
14.进一步地，所述清洗箱体配套设置有晶圆片板和晶圆片套，所述晶圆片套用于套接晶圆片，包括两个半圆套，两所述半圆套的一端铰接，另一端通过卡扣可拆连接；各所述晶圆架板均滑动连接晶圆片板，所述晶圆片板上设置有用于放置晶圆片套的定位槽。
15.进一步地，所述晶圆片套矩形插块连接与其所套晶圆片配合设置的蜗轮，用于限定晶圆片套与蜗轮的周向转动，使得蜗轮转动时带动晶圆片套翻转，所述晶圆片套与蜗轮的连接处设置电磁铁，用于加固晶圆片套与蜗轮的连接；所述定位槽、晶圆片套和蜗轮配合设置，使得晶圆片板滑入晶圆架板时即可完成晶圆片套与蜗轮的连接。
16.进一步地，所述蜗轮的中心线与晶圆片套的一个直径线重合。
17.本发明所达到的有益效果：本发明通过在清洗箱体中设置逐层折返的气体回路，增加反应气体与晶圆片的接触频率和时长以提高反应气体的利用率；本发明通过在各个层次空间的顶部设置伸缩气囊减少反应气体的充入量，减少反应气体的浪费；本发明在相同的反应气体充入压力下，通过设置伸缩气囊可减少气体流通的截面积，增加气体流速，单位时间内减少待反应的污染物等待反应气体的时间，提高反应速率；本发明在清洗箱体上设置蜗轮蜗杆式的翻转机构，在晶圆片的单面清洗完成时需要进行翻面时，通过翻转机构进行翻面，免除了人工取出进行翻转的辅助时间，提高了工作效率；本发明在晶圆片翻转机构上固连抬升机构，在晶圆片需要进行翻转时通过抬升机构将晶圆片抬升至层次空间中部进行翻转，避免晶圆片在翻转过程中触及到其他部件，导致晶圆片损坏；本发明件将晶圆片套结在晶圆片套中，并将晶圆片套与蜗轮矩形插块连接，并在连接处设置电磁铁，在将晶圆片放置到清洗箱体中时完成晶圆片套与蜗轮的矩形插块连接，在清洗时电磁铁不通电，避免通电后产生的磁场影响清洗，在清洗完成后需要进行翻转
时将电磁铁通电，将晶圆片套和蜗轮的连接固定，避免晶圆片套在翻转过程中脱离蜗轮。
附图说明
18.图1是本发明实施例提供的一种干法晶圆片清洗设备的第一立体图（为反映清洗箱体内部结构未示出清洗箱体的密封门）；图2是本发明实施例提供的一种干法晶圆片清洗设备的第二立体图（为反映晶圆翻转装置结构，未示出晶圆翻转装置的密封框体）；图3是本发明实施例提供的一种干法晶圆片清洗设备的剖视立体图（示出晶圆片板、晶圆架板和蜗轮的连接结构，未示出清洗箱体的密封门和晶圆翻转装置的密封框体）；图4是本发明实施例提供的一种干法晶圆片清洗设备中抬升机构、翻转机构和晶圆片套的结构立体图；图5是本发明实施例提供的一种干法晶圆片清洗设备中蜗轮和晶圆片套的立体连接示意图；图6是本发明实施例提供的一种干法晶圆片清洗设备中连接架的立体图；图7是本发明实施例提供的一种干法晶圆片清洗设备中晶圆片板的立体图；图8是本发明实施例提供的一种干法晶圆片清洗设备中清洗箱体去除密封门的主视图（示出气体流动路线）；图9是本发明实施例提供的一种干法晶圆片清洗设备的第一整体立体图；图10是本发明实施例提供的一种干法晶圆片清洗设备的第二整体立体图。
19.图中：100、清洗箱体；110、晶圆架板；111、通气孔；120、伸缩气囊；121、压气板；200、晶圆片板；300、晶圆片套；400、抬升机构；500、翻转机构；510、蜗轮；520、蜗杆；530、连接架。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
21.本发明实施例提供的一种干法晶圆片清洗设备，如图1至图10所示，包括清洗箱体100和晶圆翻转装置，清洗箱体100内部设置逐层折返的气体通路，用于增加反应气体在清洗箱体100内的流动面积，增加反应气体的利用率，减少反应气体的浪费，晶圆翻转装置设置于清洗箱体100，用于翻转晶圆片，当晶圆片完成一面清洗后通过晶圆翻转装置进行翻转，以便进行另一面的清洗。本发明针对干法清洗晶圆设计，在进行晶圆清洗时，可以有效提高反应气体的利用率，减少反应气体的浪费；同时将晶圆片在反应装置内部进行翻转，减少了晶圆双面清洗过程中的翻面时间，能有效提高工作人员的工作效率。
22.如图1、图3和图8所示，本发明的实施例中，清洗箱体100内部设置多个晶圆架板110，多个晶圆架板110自上而下依次平行设置将清洗箱体100分为多个层次空间，晶圆架板110的个数至少设置两个，将清洗箱体100内部空间至少分隔形成三层，本发明的实施例中，各晶圆架板110的一端开设有用于连通下一层次空间的通气孔111，同时为保证反应气体流经的路径足够长，增加反应气体的利用率，每相邻两个晶圆架板110上的两个通气孔111在两晶圆架板110与清洗箱体100侧壁形成的矩形空间中呈对角线设置，清洗箱体100的进气
端设置在最上层晶圆架板110上与其通气孔111相对的一端，清洗箱体100的出气端设置在气体回路的末端，这样使得反应气体从进气孔进入后流经各个晶圆架板110的距离均为最长，同时在流过一个晶圆架板110后通过通气孔111进入下一层晶圆架板110，以此形成逐层折返的气体通路，使得相同的反应气体可以拂过更多晶圆片进行反应清洗，通过增加反应气体的利用次数和频率，降低反应气体的浪费。
23.如图1、图3和图8所示，本发明的实施例中，清洗箱体100内部的各个层次空间中均设置伸缩气囊120，各个伸缩气囊120均设置在其所属层次空间的上部，伸缩气囊120收缩后其外壁到晶圆架板110之间的距离大于晶圆片的直径，以便为晶圆片提供翻转空间，伸缩气囊120伸展后其外表面向晶圆片靠近，可减少各层次空间内部的容积，在清洗相同数量的晶圆时可减少反应气体的充入量，使得反应气体下行贴近晶圆片进行流通，增加反应气体与晶圆片的接触概率和接触频率，在达到相同清洗作用的同时可减少反应气体的使用量。同时在气体通入压力不变的情况下，减小反应气体的流通截面积，可有效增加反应气体的流通速度，在单位时间内可提高反应气体的供给速度，减少晶圆片表面污染物在反应时的等待时间，同时反应后的废气可以更快的速度排出，以此提高反应速度和废气排出速度，提高清洗效率。
24.如图1、图3和图8所示，本发明的实施例中，最顶部层次空间的伸缩气囊120固设于清洗箱体100顶部内壁，余下层次空间内的伸缩气囊120设置于晶圆架板110，各伸缩气囊120均与外部气体连通，各伸缩气囊120的外壁包括一形状固定的压气板121，本发明的实施例中压气板121的形状优选为矩形，压气板121平行于晶圆架板110设置，压气板121的投影可将晶圆架板110上的所有晶圆片覆盖，以保证各晶圆片接受反应气体的均匀性，本发明的实施例中伸缩气囊120优选波纹型伸缩气囊，波纹型伸缩气囊充气或放气时，其动作方向固定，本实施中设置伸缩气囊120的动作方向与晶圆架板110的板面垂直，以便伸缩气囊120伸展或收缩时带动压气板121上下运动，通过调节伸缩气囊120内部气体的体积，调节压气板121与晶圆架板110之间的距离：在需要翻转晶圆片时压气板121与晶圆架板110之间的距离大于晶圆片的直径，以便翻转晶圆；在需要进行清洗时，压气板121向晶圆架板110靠近，同时向晶圆片靠近，压气板121与晶圆片之间的距离可依据具体清洗要求通过控制伸缩气囊120内气体的体积确定。
25.如图2至图7所示，本发明的实施例中，晶圆翻转装置包括抬升机构400和翻转机构500，抬升机构400用于抬升翻转机构500，抬升机构400的工作行程大于晶圆片的半径，且抬升机构400停止动作后晶圆片与其所属的层次空间中伸缩气囊120之间的距离大于晶圆片的半径，以保证晶圆片在翻转时不触及任何部件，避免晶圆产生碰撞破坏，抬升机构400在动作时动作应轻缓，避免破坏晶圆片，本发明的实施例中抬升机构400优选使用动作缓和的顶升气缸即可。
26.如图2至图7所示，本发明的实施例中，翻转机构500传动连接抬升机构400，抬升机构400动作带动翻转机构500动作至工作位置，翻转机构500包括连接架530和多组翻转器，连接架530滑动连接清洗箱体100，连接架530的运动方向与晶圆片垂直，翻转器可拆连接晶圆片，连接架530带动翻转器到达工作位置后翻转器动作，带动晶圆片翻转，待翻转完成后连接架530带动晶圆片复位。
27.如图2至图7所示，本发明的实施例中，翻转器包括蜗轮蜗杆机构，各晶圆片均配置
一组蜗轮蜗杆机构，晶圆片可拆设置于蜗轮510，且晶圆片的一条直径线与蜗轮510的中心线重合，使得蜗轮510转动时带动晶圆片进行翻转，本发明的实施例中，位于同一竖直方向上的蜗轮510参数相同，且共用一根蜗杆520，方便进行操作的同时节省成本。
28.如图2至图7所示，本发明的实施例中，清洗箱体100配套设置有晶圆片套300和晶圆片板200，晶圆片套300用于套接晶圆片，包括两个半圆套，两半圆套的一端铰接，另一端通过卡扣可拆连接，晶圆片板200上设置有多个用于放置晶圆片套300的定位槽，晶圆片板200滑动连接晶圆架板110，各晶圆片套300和与之配套的蜗轮510矩形插块连接，晶圆片套300的一条直径与蜗轮510的中心线重合，使得蜗轮510转动时通过晶圆片套300带动晶圆片翻转，具体实施时晶圆片套300和与之配套的蜗轮510的连接方式可选用矩形凹槽与矩形凸台的套接方式，即本实施例所述的矩形插块连接，或十字形凸台和十字形凹槽套接的方式，或其他用于完成周向传动限定的连接方式，并且在连接处设置电磁铁完成固定，在将晶圆片板200放入到晶圆架板110中时晶圆片套300与蜗轮510套接，完成周向运动的限定，由于接下来要清洗晶圆片遂不为电磁铁通电，避免影响清洗；在单面清洗完成后晶圆片需要进行翻转时，电磁铁通电产生电磁吸力将晶圆片套300与蜗轮510磁吸加固，以便进行晶圆片的翻转，在翻转完成后晶圆片复位后电磁铁断电，进行另一面的清洗。
29.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。