一种单片式清洗机及其卡盘的制作方法

本申请涉及半导体加工设备领域，尤其涉及一种单片式清洗机及其卡盘。

背景技术：

在对晶片加工过程中，通常会采用湿法清洗工艺对晶片进行清洗。随着半导体技术的发展，单片式清洗(Single Wafer Clean)逐渐成为当下湿法工艺的主流技术。在单片式清洗时，需要通过单片式清洗机(Wet Single)实现。

在单片式清洗机中，卡盘起着承载晶片和固定晶片的作用。在卡盘上设置有用于固定晶片边缘的定位销。然而这种卡盘结构存在以下问题：当卡盘的转速过快时，会造成卡盘与晶片的相对运动，导致卡盘的定位销极易磨损，同时存在很高的晶片破片的风险。另外，在湿法刻蚀过程中，若卡盘与晶片之间存在相对运动，酸液的刻蚀速率会变大，如此，无法对整个湿法刻蚀过程中的刻蚀量进行精确控制，大大增加了晶片报废风险。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供了一种单片式清洗机及其卡盘，以避免卡盘与其承载晶片之间的相对运动，进而减少定位销的磨损，并降低晶片破片风险，同时达到精确控制对整个湿法刻蚀过程中的刻蚀量的目的。

为了解决上述技术问题，本申请采用了如下技术方案：

一种单片式清洗机的卡盘，包括：基座、卡盘主体、轴承和定位销；

其中，所述卡盘主体安装在所述基座上，所述轴承套装在所述基座和所述卡盘主体之间，所述定位销位于所述卡盘主体上；

所述定位销包括第一定位销和第二定位销；所述第一定位销用于卡在晶片边缘处；所述第二定位销用于卡在晶片切槽处。

可选地，所述第一定位销为多个，多个所述第一定位销均匀分布在所述卡盘主体上。

可选地，所述定位销包括定位销座、连接在所述定位销座上的定位销柱以及从所述定位销柱的顶端延伸出的定位块，所述定位块偏离所述定位销柱的中心。

可选地，每个所述定位销能够在其各自所在的位置转动。

可选地，所述卡盘还包括：位于所述卡盘主体背面上的传动装置，所述传动装置上设置有多个齿轮，每个齿轮套装在每个定位销的外侧，所述传动装置通过所述齿轮能够带动每个所述定位销在其各自所在的位置转动。

可选地，所述卡盘还包括连接在所述传动装置上的至少一个弹簧，所述弹簧的形变方向与所述卡盘的径向方向之间存在夹角。

可选地，所述夹角的角度为90度。

可选地，所述弹簧为多个，且所述弹簧在所述卡盘上的分布关于基座呈中心对称分布。

可选地，所述传动装置为金属传动装置。

可选地，所述卡盘还包括：位于所述基座上的马达，所述马达通过所述轴承能够驱动所述卡盘主体和所述传动装置转动。

一种单片式清洗机，其特征在于，包括：机台和位于所述机台上的卡盘，所述卡盘为上述任一技术方案所述的卡盘。

可选地，所述机台上还设置有晶片切槽的对准装置，所述晶片切槽的对准装置用于使得晶片在放置到卡盘上时，能够加快晶片上的切槽对准所述卡盘上的第二定位销。

相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：

基于以上技术方案可知，本申请提供的单片式清洗机的卡盘包括设置在卡盘主体上的第一定位销和第二定位销，其中，第一定位销用于卡在晶片边缘处，第二定位销用于卡在晶片切槽处，因晶片切槽为一个开口较小的凹口，当第二定位销固定在此处时，然后再借助第一定位销对晶片边缘的固定作用，能够将晶片牢固地固定在卡盘上，即使在卡盘高速旋转时，因第二定位销对晶片的固定作用，晶片与卡盘之间也不会产生相对运动。因晶片与卡盘之间不会发生相对运动，因此，晶片对第一定位销的磨损也会减少，进而降低了晶片破片风险。而且，因卡盘与晶片之间无相对运动，当将该单片式清洗机用到湿法刻蚀工艺过程中时，不会出现因晶片与卡盘之间的相对运动而导致刻蚀速率变高的可能，因而，利用本申请提供的单片式清洗机的卡盘能够精确控制整个湿法刻蚀过程中的刻蚀量，降低了晶片报废的风险。

附图说明

为了清楚地理解本申请的具体实施方式，下面将描述本申请具体实施方式时用到的附图做一简要说明。显而易见地，这些附图仅是本申请的部分实施例。

图1是本领域常用的卡盘结构示意图；

图2是带有切槽的晶片结构示意图；

图3是本申请实施例一提供的单片式清洗机的卡盘俯视结构示意图；

图4为沿图3中的A-A’方向的剖视图；

图5是本申请实施例提供的定位销结构示意图；

图6是本申请实施例二提供的单片式清洗机的卡盘俯视结构示意图；

图7是本申请实施例三提供的单片式清洗机的卡盘俯视结构示意图。

具体实施方式

在晶片加工过程中，通常会采用湿法清洗工艺对晶片进行清洗。随着半导体技术的发展，单片式清洗逐渐成为当下湿法工艺的主流技术。在单片清洗时，需要通过单片式清洗机实现。

单片式清洗机通常包括机台和安装在机台上的卡盘，卡盘起着承载晶片和固定晶片的作用。常用的卡盘结构如图1所示，在卡盘10上设置有用于固定晶片W边缘的定位销11。然而，该卡盘结构存在以下问题：当卡盘10的转速过快时，会造成卡盘10与晶片W的相对运动，即卡盘10的转动速率ω1与晶片W的转动速率ω2之间存在速率差，例如，ω2<ω1，导致卡盘10的定位销11极易磨损，同时存在很高的晶片破片风险。另外，在湿法刻蚀过程中，若卡盘与晶片之间存在相对运动，酸液的刻蚀速率会变大，如此，无法对整个湿法刻蚀过程中的刻蚀量进行精确控制，大大增加了晶片报废风险。

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种单片式清洗机的卡盘以及包含该卡盘的清洗机。

需要说明，本申请实施例提供的单片式清洗机的卡盘适用于固定带有切槽(Notch)的晶片。作为示例，该带有切槽的晶片的结构如图2所示。图2中的21为晶片主体，22为晶片切槽。

在本申请提供的单片式清洗机的卡盘除了包括用于固定晶片边缘位置处的第一定位销以外，还包括用于卡在晶片切槽出的第二定位销。当晶片放置在卡盘上后，第一定位销固定在晶片边缘处，第二定位销卡在晶片的切槽内。因晶片切槽为一个开口较小的凹口，当第二定位销固定在此处时，然后再借助第一定位销对晶片边缘的固定作用，能够将晶片牢固地固定在卡盘上，即使在卡盘高速旋转时，因第二定位销对晶片的固定作用，晶片与卡盘之间也不会产生相对运动。因晶片与卡盘之间不会发生相对运动，因此，晶片对第一定位销的磨损也会减少，进而降低了晶片破片风险。而且，因卡盘与晶片之间无相对运动，当将该单片式清洗机用到湿法刻蚀工艺过程中时，不会出现因晶片与卡盘之间的相对运动而导致刻蚀速率变高的可能，因而，利用本申请提供的单片式清洗机的卡盘能够精确控制整个湿法刻蚀过程中的刻蚀量，降低了晶片报废的风险。

下面结合具体实施例及附图，对本申请单片式清洗机的卡盘进行详细介绍。

实施例一

请参见图3和图4，其中，图3为本申请实施例一提供的单片式清洗机的卡盘的俯视图，图4为沿图3中的A-A’方向的剖视图。

如图3和图4所示，本申请实施例一提供的单片式清洗机的卡盘300包括：基座31、卡盘主体32、轴承33和定位销34。其中卡盘主体32安装在基座31上，轴承33套装在基座31和卡盘主体32之间，定位销34位于卡盘主体32上；

定位销34包括用于卡在晶片W边缘处的第一定位销341和用于卡在晶片切槽N处的第二定位销342。

作为本申请的一可选示例，为了实现对晶片W较好的固定，第一定位销341可以为多个，进一步地，该多个第一定位销341可以均匀分布在卡盘主体31上，并关于卡盘中心呈中心对称，如此，可以使得晶片W的受力均匀，减少晶片W破片的风险。而且，这种结构设计，有利于减小第一定位销341的磨损，提高第一定位销341的使用寿命。

为了较为方便地使得第一定位销341和第二定位销342较为方便地固定晶片W，作为一示例，第一定位销341和第二定位销342可以在其各自所在的位置转动。

此外，为了较为方便地采用第一定位销341和/或第二定位销342实现对晶片W的固定作用，作为另一示例，第一定位销341和/或第二定位销342的具体结构可以如图5所示，其包括定位销座51、连接在定位销座51上的定位销柱52以及从定位销柱52的顶端延伸出的定位块53，其中，定位销柱52从定位销座的中心向上延伸，定位块53偏离定位销柱52的中心。

需要说明，在本申请实施例中，第一定位销51和第二定位销52均可以采用图5所示的结构，也可以其中之一采用图5所示的结构。

如此，在将晶片W放置到卡盘300上之前，预先将定位销34转动到定位块53远离卡盘中心的位置，此后，控制定位销34停止转动，如此，在定位销34之间就会有较大的空间来容纳晶片W，从而使得晶片W较为容易地放置到卡盘300上。待晶片W放置到卡盘300上后，控制定位销34转动，使第一定位销341上的定位块53转动到接触晶片W边缘处的位置，第二定位销342上的定位块53转动到接触晶片W切槽的位置处。如此，借助第一定位销341和第二定位销342就可以将晶片W牢固地固定在卡盘300上。即使在卡盘300高速旋转时，因第二定位销342对晶片W的固定作用，晶片W与卡盘之间也不会产生相对运动。因晶片W与卡盘300之间不会发生相对运动，因此，晶片W对第一定位销341的磨损也会减少，进而降低了晶片W破片风险。而且，因卡盘300与晶片W之间无相对运动，当将该单片式清洗机用到湿法刻蚀工艺过程中时，不会出现因晶片W与卡盘300之间的相对运动而导致刻蚀速率变高的可能，因而，利用本申请提供的单片式清洗机的卡盘能够精确控制整个湿法刻蚀过程中的刻蚀量，降低了晶片报废的风险。

以上为本申请实施例一提供的单片式清洗机的卡盘的具体实现方式。为了较为方便地控制定位销34的转动，本申请还提供了单片式清洗机的卡盘的另一种实现方式，具体参见实施例二。

实施例二

需要说明，实施例二提供的单片式清洗机的卡盘600是在实施例一提供的单片式清洗机的卡盘300的基础上进行改进得到的。因此，实施例二与实施例一之间有诸多相似之处，为了简要起见，在此仅详细描述其不同之处，其相似之处请参见上述实施例一的描述。

请参见图6，本申请实施例二提供的单片式清洗机的卡盘600除了包括上述实施例一的卡盘300的各个结构以外，还可以包括：

位于卡盘主体背面上31的传动装置61，所述传动装置61上设置有多个齿轮611，每个齿轮611套装在每个定位销34的外侧，传动装置61通过每个齿轮611能够带动每个定位销34在其各自所在的位置转动。

作为本申请的一可选示例，为了较为方便地带动定位销34转动，该传动装置61可以为金属传动装置。

此外，作为本申请的另一可选示例，为了较为方便地驱动传动装置61转动，该卡盘600上还可以包括位于基座31上的马达(图中未示出)，如此，马达通过轴承33能够驱动卡盘主体31和传动装置61转动。需要说明，卡盘主体31和传动装置61为分时转动，也就是说，两者不能同时转动。更具体地说，传动装置61在放置晶片之前转动，卡盘主体31是在晶片放置到卡盘上后，对晶片进行处理的过程中进行转动。

以上为本申请实施例二提供的单片式清洗机的卡盘的具体实现方式，在该具体实现方式中，除了具有实施例一所述的有益效果外，该实施例二还能够借助传动装置61及其的各个齿轮611方便控制定位销34的转动。如此，在晶片放置到卡盘600上之前，预先驱动传动装置61及其上的各个齿轮611转动，各个齿轮611的转动能够带动与其接触的各个定位销34的转动，从而将各个定位销34上的定位块转动到远离卡盘600中心的位置，如此，在定位销34之间就会有较大的空间来容纳晶片W，从而使得晶片W较为容易地放置到卡盘600上。待晶片W放置到卡盘600上后，控制定位销34转动，使第一定位销341上的定位块53转动到接触晶片W边缘处的位置，第二定位销342上的定位块53转动到接触晶片W切槽的位置处。如此，借助第一定位销341和第二定位销342就可以将晶片W牢固地固定在卡盘600上。

此外，为了较为方便地控制在晶片放置到卡盘上后，控制定位销34反转到与晶片边缘和晶片切槽接触的位置，本申请实施例还提供了单片式清洗机的卡盘的又一种具体实现方式。具体参见实施例三。

实施例三

需要说明，实施例三提供的单片式清洗机的卡盘是在实施例二提供的单片式清洗机的卡盘的基础上进行改进得到的。因此，实施例三与实施例二之间有诸多相似之处，为了简要起见，在此仅详细描述其不同之处，其相似之处请参见上述实施例二的描述。

请参见图7，本申请实施例三提供的单片式清洗机的卡盘700除了包括实施例二所述的卡盘600的各个结构外，还可以包括：

连接在传动装置61上的至少一个弹簧71，弹簧71的形变方向与卡盘300的径向方向之间存在夹角。

如此，在晶片放置到卡盘700上之前，传动装置61的转动会导致其上的弹簧71产生一定的弹性形变，弹簧具有一定的弹性势能。当晶片放置到卡盘700上之后，弹簧71产生的弹性势能会带动传动装置61反转，从而进一步带动定位销34的翻转，进而使定位销34上的定位块343转动到与晶片边缘或晶片切槽接触的位置，从而实现定位销34对晶片的固定作用。

作为本申请的一可选实施例，为了提高带动传动装置61反转的能量，连接在传动装置61上的弹簧71可以为多个，并且为了使得各个定位销34的转动速度相当，该多个弹簧71均匀分布在卡盘700上，并且进一步第，该多个弹簧71可以关于卡盘71的基座33呈中心对称分布。

此外，作为本申请的另一可选实施例，为了能够使传动装置61转动过程中的动能能够最大效率地转化成弹簧71的弹性势能，该弹簧的形变方向与所述卡盘的径向方向之间的夹角可以为90度。

以上为本申请实施例提供的单片式清洗机的卡盘的三个实施例，在该三个实施例中，各个实现方式之间可以相互组合，且组合后的方案也在本申请的保护范围之列。

基于上述实施例提供的单片式清洗机的卡盘，本申请实施例还提供了单片式清洗机的具体实现方式。

该单片式清洗机包括机台和位于机台上的卡盘，该卡盘可以为上述任一具体实现方式提供的的卡盘。

作为一示例，为了使得放置到卡盘上的晶片的晶片切槽能够较为快速地与第二定位销对准，本申请实施例提供的单片式清洗机的机台上还可以设置有晶片切槽的对准装置，该晶片切槽的对准装置用于使得晶片在放置到卡盘上时，能够加快晶片上的切槽对准卡盘上的第二定位销。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化，凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。