半导体晶片的夹持装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及半导体集成电路加工清洗设备领域，更具体地，涉及一种用于湿 法清洗设备的半导体晶片的夹持装置。
【背景技术】
[0002] 随着半导体集成电路制造技术的高速发展，集成电路晶片的特征尺寸已进入到深 亚微米阶段，而造成晶片上超细微电路失效或损坏的关键颗粒的特征尺寸也随之大为减 小。
[0003] 在集成电路的生产加工工艺过程中，半导体晶片（硅片）通常都会经过诸如薄膜 沉积、刻蚀、抛光等多道工艺制程。而这些工艺制程就成为颗粒产生的重要场所。为了保持 晶片表面的清洁状态，消除在各个工艺制程中沉积在晶片表面的颗粒物，必须对经受了每 道工艺制程后的晶片进行清洗处理。湿法清洗工艺因其具有的清洗综合效果优越的特性， 成为消除晶片表面颗粒的主流清洗方法。
[0004] 为了有效地清除晶片表面的颗粒，在作单晶片湿法清洗工艺处理时，晶片将被放 置在旋转夹持装置（例如带有夹持件的旋转卡盘）上，并按照一定的速度旋转；同时向晶片 的正面喷淋一定流量的化学液，对晶片表面进行清洗。
[0005] 可是，如果晶片的旋转速度过低，晶片正面的化学液将会从晶片边缘处浸润至晶 片的背面；而如果晶片的旋转速度过高，晶片正面的化学液将会以较高的速度甩入回收化 学液的工艺腔体，与工艺腔体发生撞击，并反溅到晶片的正面和背面。晶片正面回溅的化学 液可以通过超纯水冲洗清洗掉，但晶片背面回溅的化学液却很难清除。
[0006] 现有技术一般在夹持晶片的旋转卡盘上安装有洁净气体（如氮气）的喷射装置， 通过在工艺过程中喷射出一定流量、一定压力的洁净气体覆盖晶片的背面，以阻止化学液 附着到晶片背面。此时，要求将晶片背面与洁净气体喷射装置之间的间隙控制在较小的范 围，才能使得洁净气体有效保护晶片背面，避免化学液的污染。但如果二者之间的间隙过 小，将会使得从晶片背面抓取片的机械手在取放片时没有足够的操作空间。
[0007] 上述问题使得无法将晶片背面与洁净气体喷射装置之间的间隙进一步缩小，因而 削弱了洁净气体对晶片背面的保护效力，容易导致部分化学液回溅到晶片背面，对良率产 生了不利影响。
[0008] 因此，需要提出一种可以有效实现背面保护的半导体晶片的夹持装置。 【实用新型内容】
[0009] 本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种新型的半导体晶 片的夹持装置，可以根据工艺高度与取放晶片高度的不同需求，改变晶片与卡盘之间的距 离，实现既可在工艺高度使晶片背面得到洁净气体的有效保护，又可在取放晶片高度保证 机械手从晶片背面顺利地抓取片。
[0010] 为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
[0011] 半导体晶片的夹持装置，包括旋转卡盘、卡盘旋转驱动机构、夹持件，所述夹持件 为至少三个，沿所述卡盘圆周均匀分布，用于在其间放置及夹持晶片进行工艺，所述夹持件 包括竖直设置的磁性动子、环绕所述动子间隙设置的磁性定子以及设于所述动子下方并与 所述动子构成竖直方向螺旋副的螺杆，所述动子上表面为晶片放置面，并高于所述卡盘上 端面，所述放置面设有一偏心挡块，用于夹持晶片，所述定子缠绕有多组线圈，并连接控制 单元，所述定子、螺杆固接所述卡盘；所述控制单元通过控制所述多组线圈中通电电流的通 电次序形成旋转变化的磁场，驱动所述动子沿所述螺杆在下方工艺高度与上方取放晶片高 度之间作旋转升降运动，使所述放置面上的晶片与所述卡盘上表面之间的垂直距离可调， 同时，所述动子在工艺高度与取放晶片高度之间带动所述挡块在夹紧晶片的角度与松开晶 片的角度之间转动，使所述挡块与所述卡盘旋转中心之间的径向距离可调，以在工艺高度 与取放晶片高度之间旋转升降并将晶片夹紧或松开。
[0012] 优选地，所述卡盘设有中空腔体，所述夹持件设于所述腔体内，所述动子的晶片放 置面穿出所述卡盘上端面，所述定子、螺杆固接所述腔体内壁；所述卡盘下端通过旋转轴 转动连接卡盘旋转驱动机构，所述旋转轴内同轴穿设有固定轴，所述固定轴上端套接有导 电滑环，所述导电滑环穿入所述腔体内设置；所述控制单元包括由外部交流电源、整流器、 驱动模块、开关电源、控制板组成的控制电路；其中，由所述外部交流电源输入的交流电，一 路经所述整流器转换为直流母线电压，加载在与所述定子的各组线圈连接的所述驱动模块 上，另一路经所述开关电源转换为直流电压，提供给所述控制板，所述控制板采集所述定子 各组线圈的电压、电流，计算得到所述动子的位置，以此为反馈控制所述驱动模块中各支路 功率开关元件开关的频率和占空比，对所述动子的定位进行控制，并驱动所述动子沿所述 螺杆在工艺高度与取放晶片高度之间作旋转升降运动，以及带动所述挡块在夹紧晶片的角 度与松开晶片的角度之间转动；所述驱动模块通过多根输出导线连接所述导电滑环，所述 定子的各组线圈在所述腔体内通过供电导线连接所述导电滑环，以从所述驱动模块向所述 定子输出各路驱动电压。
[0013] 优选地，所述螺杆的导程S满足以下公式：
[0014]
【主权项】
1. 一种半导体晶片的夹持装置，包括旋转卡盘、卡盘旋转驱动机构、夹持件，其特征在 于，所述夹持件为至少三个，沿所述卡盘圆周均匀分布，用于在其间放置及夹持晶片进行工 艺，所述夹持件包括竖直设置的磁性动子、环绕所述动子间隙设置的磁性定子以及设于所 述动子下方并与所述动子构成竖直方向螺旋副的螺杆，所述动子上表面为晶片放置面，并 高于所述卡盘上端面，所述放置面设有一偏心挡块，用于夹持晶片，所述定子缠绕有多组线 圈，并连接控制单元，所述定子、螺杆固接所述卡盘；所述控制单元通过控制所述多组线圈 中通电电流的通电次序形成旋转变化的磁场，驱动所述动子沿所述螺杆在下方工艺高度与 上方取放晶片高度之间作旋转升降运动，使所述放置面上的晶片与所述卡盘上表面之间的 垂直距离可调，同时，所述动子在工艺高度与取放晶片高度之间带动所述挡块在夹紧晶片 的角度与松开晶片的角度之间转动，使所述挡块与所述卡盘旋转中心之间的径向距离可 调，以在工艺高度与取放晶片高度之间旋转升降并将晶片夹紧或松开。
2. 根据权利要求1所述的夹持装置，其特征在于，所述卡盘设有中空腔体，所述夹持 件设于所述腔体内，所述动子的晶片放置面穿出所述卡盘上端面，所述定子、螺杆固接所述 腔体内壁；所述卡盘下端通过旋转轴转动连接卡盘旋转驱动机构，所述旋转轴内同轴穿设 有固定轴，所述固定轴上端套接有导电滑环，所述导电滑环穿入所述腔体内设置；所述控制 单元包括由外部交流电源、整流器、驱动模块、开关电源、控制板组成的控制电路；其中，由 所述外部交流电源输入的交流电，一路经所述整流器转换为直流母线电压，加载在与所述 定子的各组线圈连接的所述驱动模块上，另一路经所述开关电源转换为直流电压，提供给 所述控制板，所述控制板采集所述定子各组线圈的电压、电流，计算得到所述动子的位置， 以此为反馈控制所述驱动模块中各支路功率开关元件开关的频率和占空比，对所述动子的 定位进行控制，并驱动所述动子沿所述螺杆在工艺高度与取放晶片高度之间作旋转升降运 动，以及带动所述挡块在夹紧晶片的角度与松开晶片的角度之间转动；所述驱动模块通过 多根输出导线连接所述导电滑环，所述定子的各组线圈在所述腔体内通过供电导线连接所 述导电滑环，以从所述驱动模块向所述定子输出各路驱动电压。
3. 根据权利要求1或2所述的夹持装置，其特征在于，所述螺杆的导程S满足以下公 式：
其中，公式分母中的符号II为绝对值符号。
4. 根据权利要求1或2所述的夹持装置，其特征在于，所述定子、动子分别为软磁性定 子和永磁性动子。
5. 根据权利要求1或2所述的夹持装置，其特征在于，所述动子的晶片放置面为平面， 所述挡块设于所述晶片放置面的边部。
6. 根据权利要求1或2所述的夹持装置，其特征在于，所述挡块为竖直设置的圆柱。
7. 根据权利要求1或2所述的夹持装置，其特征在于，所述控制单元控制使各所述动子 同步转动。
8. 根据权利要求2所述的夹持装置，其特征在于，所述卡盘旋转驱动机构包括中空轴 旋转电机，所述中空轴旋转电机的中空轴环绕所述固定轴同轴间隙设置，所述中空轴上接 所述旋转轴，所述中空轴旋转电机通过驱动所述中空轴旋转，带动所述旋转轴及其连接的 所述卡盘同步旋转。
9. 根据权利要求2所述的夹持装置，其特征在于，所述卡盘旋转驱动机构包括轴旋转 电机，所述轴旋转电机的转轴与所述旋转轴之间通过同步带连接形成同步转动，带动与所 述旋转轴连接的所述卡盘同步旋转，所述旋转轴转动连接所述固定轴。
10. 根据权利要求9所述的夹持装置，其特征在于，所述旋转轴与所述固定轴之间通过 转动轴承形成转动连接。
【专利摘要】本实用新型公开了一种半导体晶片的夹持装置，通过在旋转卡盘设置由磁性动子、定子以及与动子构成螺旋副的螺杆所组成的夹持件，并通过控制单元控制定子的多组线圈中通电电流的通电次序，形成旋转变化的磁场，驱动动子沿螺杆在下方工艺高度与上方取放晶片高度之间作旋转升降运动，并带动动子上的挡块在夹紧晶片的角度与松开晶片的角度之间转动，将晶片夹紧或松开，能够有效解决由于被夹持晶片与卡盘上洁净气体喷射装置距离过大、造成工艺过程中不能对晶片背面进行有效保护的问题，避免化学液对晶片背面的污染，同时，可为从晶片背面抓取晶片的机械手在取放片时留有足够的操作空间，提高了晶片取放动作的可靠性。
【IPC分类】H01L21-687
【公开号】CN204303791
【申请号】CN201520012843
【发明人】马嘉, 姬丹丹, 吴仪, 王锐廷
【申请人】北京七星华创电子股份有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月8日