清洗设备的卡盘装置及清洗设备的制作方法

1.本发明涉及半导体芯片的清洗技术领域，尤其涉及一种清洗设备的卡盘装置及清洗设备。


背景技术：

2.晶圆在加工过程中，晶圆的表面会附着有杂质，晶圆的表面附着的杂质在进行后续加工过程中，容易污染半导体工艺设备和传输机构。因此为了避免污染半导体工艺设备和传输机构，需要对晶圆的表面进行清洗。
3.相关技术中，清洗设备设置有卡盘装置，用于在清洗工艺是夹持晶圆，卡盘装置包括卡盘和多个夹持件，多个夹持件可相对于卡盘运动，以实现在清洗工艺时对晶圆进行夹持。清洗设备通常采用hf和hno3的混合药液清洗晶圆，因此夹持件通常采用对腐蚀性化学品相对惰性的材料制成。例如，聚偏氟乙烯(pvdf)、聚醚醚酮(peek)或聚四氟乙烯(ptfe)等耐腐蚀性能较好的塑胶材料制作。然而，塑料材料的电阻极高，因此导电性能较差，因此容易造成静电荷的聚集，夹持件上的静电荷聚集过多，造成晶圆表面污染物聚集，不易清理，因此清洗设备的清洗性能较差。


技术实现要素：

4.本发明公开一种清洗设备的卡盘装置及清洗设备，以解决清洗设备的清洗性能较差的问题。
5.为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
6.一种清洗设备的卡盘装置，包括卡盘主体和多个夹持件；
7.卡盘主体，所述卡盘主体开设有安装孔；
8.多个夹持件，所述多个夹持件可活动的设置于所述卡盘主体，每个所述夹持件可相对于所述卡盘主体运动，以实现清洗工艺时对晶圆进行夹持；
9.所述夹持件包括导电塑胶部和金属主体部，所述金属主体部的部分套装有所述导电塑胶部，所述导电塑胶部的至少部分通过所述安装孔伸出至所述卡盘主体之外，用于夹紧或释放所述晶圆。
10.一种清洗设备，包括上述的卡盘装置。
11.本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：
12.本发明公开的卡盘装置中，夹持件包括导电塑胶部和金属主体部，金属主体部的部分套装有导电塑胶部，导电塑胶部的部分通过安装孔伸出至卡盘之外。本技术中的夹持件采用导电塑胶与金属结合结构，导电塑胶部与金属主体部均具有较好的导电性，因此静电荷通过导电塑胶部传递至金属主体部，再由金属主体部导出，从而防止静电荷在夹持件上过度聚集，从而降低晶圆上的电路结构损坏的风险，提高了清洗设备的安全性和可靠性。
附图说明
13.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
14.图1为本发明实施例公开的卡盘装置的结构示意图；
15.图2为图1的局部剖视图；
16.图3为本发明实施例公开的卡盘装置的部分部件的剖视图；
17.图4为图3的局部放大图；
18.图5为本发明实施例公开的卡盘组件的夹持件的结构示意图；
19.图6为本发明实施例公开的卡盘组件的夹持件的剖视图；
20.图7和图8为本发明实施例公开的卡盘组件的驱动机构的结构示意图；
21.图9为本发明实施例公开的卡盘组件的旋转连接件的结构示意图；
22.图10为本发明实施例公开的卡盘组件的第一轴承座的俯视图。
23.附图标记说明：
24.100-卡盘主体、101-通气通道、101a-第一通道、101b-第二通道、110-卡盘盖板、120-卡盘基体、130-卡盘底座、200-夹持件、210-导电塑胶部、211-顶针、212-第一连接轴、220-金属主体部、221-第二连接轴、222-齿轮、310-驱动源、311-转动部、312-支撑轴、3121-气体通道、320-旋转连接件、321-锥形定位部、322-连接法兰、410-喷嘴、411-第二喷气孔、412-第一喷气孔、420-导电块、430-弹性件、440-第一螺纹件、450-第一轴承座、451-第一螺纹孔、452-定位孔、460-第一轴承、470-驱动盘、480-第二轴承。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.以下结合附图，详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。
27.如图1至图10所示，本发明实施例公开一种清洗设备的卡盘装置，卡盘装置用于在清洗设备清洗晶圆时夹持晶圆。所公开的卡盘装置包括卡盘主体100和夹持件200。
28.卡盘主体100为卡盘装置的主体部件，卡盘主体100即用于承载晶圆，又为卡盘装置的其他组成部件提供安装基础。卡盘主体100开设有安装孔。
29.夹持件200的数量为多个，多个夹持件200可活动的设置于卡盘主体100，每个夹持件200可相对于卡盘主体100运动，以实现清洗工艺时对晶圆进行夹持。具体地，每个夹持件200可相对于卡盘主体100在第一位置和第二位置运动，当多个夹持件200均处于第一位置时，多个夹持件200可共同夹持晶圆。多个夹持件200形成的夹持结构闭合，从而使得晶圆处于夹持状态。当多个夹持件200处于第二位置时，多个夹持件200对晶圆无夹持力。多个夹持件200围成限位空间，限位空间用于限位晶圆。此时，多个夹持件200运动至对晶圆无加持力的位置。多个夹持件200形成的夹持结构打开。
30.夹持件200包括导电塑胶部210和金属主体部220，金属主体部220的部分套装有导电塑胶部210，导电塑胶部210的至少部分通过安装孔伸出至卡盘之外。此时，导电塑胶部
210位于金属主体部220的外侧，因此导电塑料部外露于卡盘主体100，因此当多个夹持件200夹持晶圆时，导电塑胶部210与晶圆直接接触。
31.本技术公开的实施例中，夹持件200采用导电塑胶与金属的结合结构，导电塑胶部210与金属主体部220均具有较好的导电性，因此静电荷通过导电塑胶部210传递至金属主体部220，再由金属主体部220导出，从而防止静电荷在夹持件200上过度聚集，以使晶圆表面的污染物不容易聚集，因此使得晶圆表面的污染物清洗更加方便，从而提高清洗设备的清洗性能。
32.此外，避免静电荷在夹持件200上的过度聚集，也能够降低晶圆上的电路结构损坏的风险，提高了清洗设备的安全性和可靠性。
33.另外，本技术中的夹持件200采用金属与导电塑胶结合的结构，因此其强度相比于相关技术中仅采用塑胶材料制作的夹持部来说，强度具有极大的提升，因此本技术中的夹持件200相比与相关技术中的夹持件200来说，即实现了导电性的极大提升，又实现了强度的极大提升。
34.在另一种可选的实施例中，导电塑胶部210的电阻率可以小于104ω
·
m(欧姆*米)。此方案中，导电塑胶部210的电阻率较小，因此导电塑胶部210的导电性能较好，从而使得导电塑胶部210具有较好的导电性能，因此使得夹持件200具有较好的导电性能，以进一步提高夹持件200的导电性能。
35.可选地，导电塑胶部210可以采用导电碳注入塑胶的方式来制作，因此本技术中的导电塑胶部210可以采用导电碳注入的聚偏氟乙烯(pvdf-el)、导电碳注入的聚醚醚酮(peek-el)或者导电碳注入的聚四氟乙烯(ptfe-el)。由于清洗设备使用的清洗液通常具有较高的腐蚀性，因此需选用对腐蚀性清洗液惰性的塑胶。导电碳注入塑胶的电阻率为《104ω
·
m。金属主体部220可以为铁、铝、铜等采用制作，金属主体部220的电阻率可以《10-7
ω
·
m。
36.上述实施例中，金属主体部220越靠近晶圆，晶圆上的电荷越容易传导至金属主体部220上，因此金属主体部220的伸入导电塑胶部210内的长度越长，导电塑胶部210的厚度越小，夹持件200的导电性能就越好。
37.本技术公开的卡盘装置还可以包括驱动机构，驱动机构与卡盘主体100和多个夹持件200均相连接，驱动机构可驱动卡盘主体100转动，驱动机构与金属主体部220位于卡盘主体100内的一端相连接，驱动机构可驱动多个夹持件200运动。此时，夹持件200的静电荷通过金属主体部220导入驱动机构，然后导出至大地。
38.本技术公开一种夹持件200的具体结构，当然，夹持件200还可以为其他结构，本文不作限制。具体地，导电塑胶部210可以包括顶针211和第一连接轴212，顶针211可以设置于第一连接轴212的一端，且顶针211与第一连接轴212可以偏心设置。可选地，顶针211设置在第一连接轴212的一端的端面的边缘位置。第一连接轴212背离顶针211的一端沿第一连接轴212的轴向可以开设有安装槽，金属主体部220的部分可以位于安装槽内，且金属主体部220与安装槽过盈配合。
39.此方案中，第一连接轴212与金属主体部220采用过盈的配合方式连接，第一连接轴212与金属主体部220连接紧密，因此导电塑胶部210和金属主体部220的接触较为紧密，因此导电塑胶部210与金属主体部220之间的导电性更好，静电荷更容易从导电塑胶部210
传递至金属主体部220，不容易造成电荷在导电塑胶部210的聚集。
40.上述实施例中，多个第一连接轴212的顶面可以共同支撑晶圆。当多个夹持件200均处于第一位置时，多个顶针211可共同夹持晶圆。此时多个顶针211运动至与晶圆的边缘相接触的位置。多个顶针211形成的夹持结构闭合，从而使得晶圆处于夹持状态。当多个夹持件200处于第二位置时，多个顶针211与晶圆相分离。多个顶针211围成上述限位空间。此时，多个顶针211运动至与晶圆的边缘不接触的位置。多个顶针211形成的夹持结构打开。
41.在另一种可选的实施例中，金属主体部220可以包括第二连接轴221和齿轮222，第二连接轴221的部分可以位于安装槽内，且第二连接轴221与安装槽过盈配合。齿轮222可以设置于第二连接轴221背离第一连接轴212的一端，齿轮222可以沿其中心轴线与卡盘主体100转动连接。
42.具体地，当齿轮222转动至第一位置时，顶针211与晶圆的边缘相接触。当齿轮222转动至第二位置时，顶针211远离晶圆，不与晶圆相接触。
43.此方案中，夹持件200沿中心轴线转动，相对于夹持件200采用移动的运动方式来说，夹持件200占用的安装空间较小。
44.上述实施例中，齿轮222可以与驱动机构相连接，驱动机构驱动齿轮222转动，从而实现夹持件200的转动。
45.上述实施例中，清洗液容易从安装孔的内侧壁与导电塑胶部210之间的装配间隙进入至卡盘主体100内，从而腐蚀金属主体部220，造成夹持件200产生颗粒物，颗粒物容易吸附在晶圆上，造成晶圆污染。
46.基于此，在另一种可选的实施例中，卡盘主体100内可以开设有通气通道101，通气通道101可以与装配间隙相连通，通气通道101可通入吹扫气体。此方案中，通气通道101内可以通入吹扫气体，吹扫气体通过通气通道101传递至装配缝隙，吹扫气体向上吹气，因此防止清洗液通过装配间隙进入至卡盘主体100内，从而避免金属主体部220被腐蚀。
47.在另一种可选的实施例中，卡盘主体100可以包括依次叠置的卡盘盖板110、卡盘基体120和卡盘底座130，卡盘基体120可以开设有安装孔，多个夹持件200可以沿卡盘盖板110的周向间隔分布，卡盘盖板110用于承载晶圆。金属主体部220的部分位于卡盘基体120内，具体地，金属主体部220的部分可以位于卡盘基体120与卡盘底座130之间。金属主体部220位于卡盘基体120与卡盘底座130之间的部分未套装导电塑胶部210。金属主体部220可以与卡盘底座130转动连接。可选地，上述的齿轮222与卡盘底座130转动连接。
48.通气通道101可以包括相连通的第一通道101a和第二通道101b，卡盘盖板110和卡盘基体120可以围成第一通道101a，卡盘基体120可以开设有第二通道101b，第二通道101b与第一通道101a相连通，第二通道101b可以与装配间隙相连通。
49.此方案中，通气通道101的部分由卡盘盖板110和卡盘基体120共同围成，因此使得通气通道101的制造方式简单。
50.上述实施例中的驱动机构可以与卡盘底座130相连接，驱动机构通过卡盘底座130驱动卡盘主体100转动，驱动机构也可以与卡盘基体120相连接。
51.上述实施例中，装配间隙通入的气体流量过大，容易将晶圆吹偏斜，容易影响夹持件200和晶圆之间的夹紧和定位作用。基于此，在另一种可选的实施例中，第二通道101b可以贯穿卡盘基体120的外侧壁。此方案中，通气通道101的吹扫气体分为两路，一路向上流
动，用于吹扫装配间隙的清洗液，另一路从第二通道101b贯穿卡盘基体的一侧吹出。此时，能够减小了装配间隙处的吹扫气体的流量，进而不容易影响夹持件200和晶圆之间的夹紧和定位作用。
52.上述实施例中，卡盘基体120与驱动机构相连接，驱动机构驱动卡盘基体120转动，从而带动卡盘主体转动。然而，当卡盘基体120与驱动机构的径向和轴向跳动过大，导致清洗设备在喷洒清洗液过程清洗液喷洒的不均匀，晶圆表面液膜不稳定，因此造成晶圆的清洗均匀性较差。为此，在另一种可选的实施例中，驱动机构可以包括驱动源310和旋转连接件320，旋转连接件320可以包括锥形定位部321和连接法兰322，锥形定位部321具有第一端和第二端，连接法兰322环绕锥形定位部321设置，且连接法兰322位于锥形定位部321的第一端。在沿第一端至第二端的方向上，锥形定位部321的横截面面积逐渐减小。卡盘基体120可以开设有锥形定位孔452，锥形定位部321的至少部分位于锥形定位孔452内，且与锥形定位孔452相配合。卡盘基体120可以通过连接法兰322与驱动源310相连接。此时，锥形定位孔452在沿第一端至第二端的方向上，锥形定位孔452的横截面面积也逐渐缩小。
53.此方案中，驱动源310与卡盘基体120通过旋转连接件320连接，旋转连接件320的外侧壁为锥形面，锥形面能够与锥形孔相配合，从而使得锥形孔的内侧壁能够压紧在旋转连接件320的锥形面上，从而保证了旋转连接件320与卡盘基体120之间的同轴度，从而进一步减小旋转连接件320与卡盘基体120的径向和轴线跳动，使得清洗液喷洒过程的较为均匀，晶圆表面液膜的稳定性较好，因此进一步提高了晶圆的清洗均匀性。
54.具体地，驱动源310包括转动部311，转动部311为驱动源310的动力部件，转动部311可转动，上述的旋转连接件320可与转动部311相连接。可选地，旋转连接件320可以与卡盘基体120相连接，卡盘基体120上开设有锥形孔。
55.上述实施例中，外部管路与通气通道101相连通，吹扫气体通过外部管路通入通气通道101内，然而，卡盘基体120在清洗时处于转动状态，因此卡盘基体120转动时，外部管路容易缠绕在卡盘基体120上。
56.基于此，在另一种可选的实施例中，驱动源310还可以包括支撑轴312，转动部311环绕支撑轴312设置，转动部311可相对于支撑轴312沿支撑轴312的中心轴线转动。锥形定位部321可环绕支撑轴312设置，卡盘主体100可通过连接法兰322与转动部311相连接。卡盘装置还可以包括喷嘴410，喷嘴410可以设置于支撑轴312的端部，支撑轴312沿其轴向开设有气体通道3121，喷嘴410与气体通道3121相连通，喷嘴410开设有第一喷气孔412，第一喷气孔412与通气通道101相连通。
57.此方案中，转动部311相对于支撑轴312转动，转动部311为驱动源310的动力部件，而支撑轴312为驱动源310的固定部件，因此在转动部311转动时，支撑轴312不转动。支撑轴312上开设有气体通道3121，吹扫气体可以通过气体通道3121通入通气通道101内，因此不会出现外部管路缠绕在卡盘主体100上的风险，进一步提高了卡盘装置的安全性。
58.在另一种可选的实施例中，喷嘴410还开设有第二喷气孔411，第二喷气孔411用于吹扫承载至所述卡盘基体120上的晶圆。此方案中，喷嘴410即能够朝向晶圆喷气，从而防止污染物进入晶圆朝向卡盘主体100的一侧与卡盘主体100之间的间隙内，又能够为夹持件200与安装孔的装配间隙通气，从而防止夹持件200背腐蚀，因此进一步提高了卡盘装置的安全性和可靠性。
59.上述实施例中，卡盘主体100与晶圆直接接触，因此卡盘主体100为耐腐蚀的树脂材料制作，而旋转连接件320采用金属材料制作，树脂材料不导电，因此卡盘主体100上的电荷难以通过驱动机构导出。
60.为此，在另一种可选的实施例中，卡盘装置还可以包括导电块420，导电块420可以设置于卡盘基体120的底壁，导电块420与连接法兰322相连接。此时卡盘主体100内的电荷可以通过导电块420传递至旋转连接件320上，然后导出卡盘装置。
61.进一步地，卡盘装置还可以包括弹性件430，弹性件430可以压紧在导电块420与连接法兰322之间，连接法兰322可以与导电块420通过弹性件430电导通。此方案中，导电块420与连接法兰322之间设置弹性件430，从而使得导电块420与连接法兰322之间不容易发生虚接的现象，从而保证连接法兰322和导电块420的接触可靠性。
62.可选地，弹性件430可以为弹簧，也可以为金属弹片，还可以为其他具有导电功能的弹性结构。
63.在另一种可选的实施例中，卡盘基体120、导电块420和连接法兰322可以通过第一螺纹件440螺纹连接。此时第一螺纹件440可以由上至下依次穿过卡盘基体120、导电块420和连接法兰322，从而实现卡盘基体120、导电块420和连接法兰322的固定连接。弹性件430与第一螺纹件440可以位于同一圆周上。此时第一螺纹件440对卡盘基体120、导电块420和连接法兰322的预紧力与弹性件430的弹力的方向相同，因此不会造成卡盘基体120、导电块420和连接法兰322安装偏斜，因此进一步保障了卡盘基体120、导电块420和连接法兰322的同轴度。
64.在另一种可选的实施例中，驱动机构还可以包括第一轴承座450和第一轴承460，第一轴承座450可以设置于转动部311，连接法兰322可以设置于第一轴承座450背离转动部311的一侧。连接法兰322通过第一轴承座450与转动部311相连接，连接法兰322可以与第一轴承460的外圈过盈配合，第一轴承460的外圈可以与第一轴承座450过盈配合。第一轴承460的内圈可以与支撑轴312过盈配合。
65.此方案中，连接法兰322可以与第一轴承460的外圈过盈配合，第一轴承460的外圈可以与第一轴承座450过盈配合。第一轴承460的内圈可以与支撑轴312过盈配合。因此使得连接法兰322、第一轴承座450、第一轴承460和支撑轴312之间的同轴度较高，进一步降低了卡盘主体100径向和轴向跳动。
66.可选地，为了提高第一轴承座450、第一轴承460和连接法兰322的连接强度，第一轴承座450、第一轴承460和连接法兰322可以通过第二螺纹件螺纹连接。
67.上述实施例中驱动机构可以包括多个驱动电机，每个驱动电机与夹持件200一一对应连接，用于驱动夹持件200运动，然而设置多个驱动电机耗能较大，且占用较大的安装空间，因此经济性和实用性均不高。
68.为此，在另一种可选的实施例中，卡盘装置还可以包括驱动盘470、阻挡件和第二轴承480，驱动盘470可以位于卡盘基体120内，多个夹持件200可以沿驱动盘470的周向间隔设置。每个夹持件200的金属主体部220与驱动盘470侧边缘相连接。第二轴承480的内圈与卡盘基体120相连接，驱动盘470可以套装在第二轴承480的外圈上，且与第二轴承480的外圈过盈配合。阻挡件可以与卡盘基体120可活动连接。
69.在驱动机构驱动卡盘基体120转动时，阻挡件可用于阻挡驱动盘470，以使卡盘基
体120相对于驱动盘470转动，使得驱动盘470驱动多个夹持件200转动。
70.具体的工作过程中，驱动机构驱动卡盘基体120转动时，可以将阻挡件插入驱动盘470，阻挡件阻止驱动盘470转动，此时卡盘基体120与驱动盘470通过轴承连接，因此卡盘基体120带动第二轴承480的内圈转动，而驱动盘470与第二轴承480的外圈处于静止状态，卡盘基体120带动夹持件200转动，夹持件200对驱动盘470的反作用力驱动夹持件200转动，从而使得夹持件200转动，从而实现夹持件200的位置在第一位置和第二位置切换。卡盘基体120沿第一方向或者与之相反的第二方向旋转预设角度，以带动多个夹持件200同步转动至能够夹持晶圆的第一位置，或者同步转动至能够解除对晶圆转动的第二位置。
71.当驱动盘470上撤去阻挡件时，卡盘基体120与驱动盘470一同转动，从而使得驱动盘470与夹持件200相对静止，因此在清洗工艺时，能够保证多个夹持件200夹持晶圆时，多个夹持件200不容易发生意外转动，造成晶圆从多个夹持件200形成的夹持空间内脱离。
72.此方案中，驱动盘470能够驱动多个夹持件200一同转动，相比于采用多个驱动电机的方式来说，本技术采用驱动盘470的方案的能耗更小，同时卡盘装置的体积更小，因此经济性和实用性更高。
73.另外，上述卡盘基体120通过驱动源310进行驱动，因此驱动源310还能够实现对夹持件200的驱动，因此实现驱动源310的共用，进一步降低卡盘装置的能耗。
74.上述实施例中，金属主体部220与驱动盘470可以通过摩擦接触的方式连接，在另一种可选的实施例中，驱动盘470为齿轮盘，齿轮盘与上文中的齿轮222相啮合。当然驱动盘470与金属主体部220还可以通过其他方式连接，本文不作限制。
75.上述实施例中，驱动机构可以包括驱动电机，驱动电机可以设置在驱动源310的固定座上，驱动电机可以驱动阻挡件移动。当然驱动阻挡件移动的部件还可以为气缸、或者液压缸等动力结构。
76.在另一种可选的实施例中，第一轴承座450可以开设有定位孔452和第一螺纹孔451，转动部311可以设置有定位销，转动部311开设有第二螺纹孔，定位孔452和定位销定位配合。第一轴承座450和转动部311通过第三螺纹件螺纹配合，第三螺纹件与第一螺纹孔451和第二螺纹孔均螺纹配合，第一螺纹孔451的圆心和定位孔452的圆心位于同一圆周上。此方案能够进一步提高第一轴承座450与转动部311的同轴度。
77.根据上文所述的卡盘装置，静电荷首先由夹持件200的导电塑胶部210传递至金属主体部220上，金属主体部220的齿轮222与驱动盘470相啮合，因此静电荷由齿轮222传递至驱动盘470上，再通过导电块420传递至旋转连接件320的连接法兰322上，再通过第一轴承座450、第一轴承460传递至转动部311，然后转动部311将静电荷传递至驱动源310的外壳等部件，通过外壳等部件将静电荷导入大地中。
78.本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
79.以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。