CN218677072U - 一种底面清洗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种底面清洗装置，安装在晶圆减薄设备的基座上，所述晶圆减薄设备包括在晶圆磨削过程中使用的工作台和磨削机械手，所述底面清洗装置用于清洗磨削之后的晶圆底面和/或磨削机械手的底面，位于工作台的旁边并处于磨削机械手的移动轨迹上；所述底面清洗装置包括向上喷射液体或气体的喷淋件，用于对晶圆和/或磨削机械手的底面进行非接触式的清洗和/或干燥。

Description

一种底面清洗装置

技术领域

本实用新型涉及半导体晶圆加工技术领域，尤其涉及一种底面清洗装置。

背景技术

目前半导体行业采用在半导体晶圆的表面上形成有IC(Integrated Circuit，集成电路)或LSI(Large Scale Integration，大规模集成电路)等电子电路来制造半导体芯片。晶圆在被分割为半导体芯片之前，通过磨削减薄加工装置来磨削晶圆的背面，该背面是指形成有电子电路的器件面的相反面，也称衬底。晶圆的背面减薄(Grinding)指对封装前的硅晶片或化合物半导体等多种材料进行高精度磨削，使其厚度减少至合适的超薄形态。

磨削减薄的去除厚度在700μm左右甚至更多，由于这么大量的去除厚度，在磨削过程中会产生大量的大尺寸污染物如大颗粒，并且晶圆总厚度在减薄至一定程度后，例如7μm以下，晶圆的边缘会发生少量剥离从而产生碎渣。随着设备的长期运行，磨削工序后晶圆底面携带的大尺寸污染物会在传输单元的表面不断累积，同时作为磨削工序上料位，污染物会传递回至磨削工位，进而影响磨削表面的均匀性、一致性。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种底面清洗装置，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本实用新型实施例提供了一种底面清洗装置，安装在晶圆减薄设备的基座上，所述晶圆减薄设备包括在晶圆磨削过程中使用的工作台和磨削机械手，所述底面清洗装置用于清洗磨削之后的晶圆底面和/或磨削机械手的底面，位于工作台的旁边并处于磨削机械手的移动轨迹上；所述底面清洗装置包括向上喷射液体或气体的喷淋件，用于对晶圆和/或磨削机械手的底面进行非接触式的清洗和/或干燥。

在一个实施例中，所述底面清洗装置还包括摆臂、支座和驱动机构，摆臂位于支座上方，摆臂的自由端固定有喷淋件，摆臂的定位端可转动地连接驱动机构，从而实现驱动机构控制摆臂带动喷淋件水平摆动。

在一个实施例中，所述底面清洗装置还包括顶部开口的外罩，喷淋件在外罩内移动。

在一个实施例中，所述底面清洗装置还包括用于对摆臂的摆动角度进行限位的光电传感器，光电传感器安装在支座的顶端靠近摆臂的定位端。

在一个实施例中，所述底面清洗装置还包括刷洗组件，用于清洗晶圆和/或磨削机械手的底面。

在一个实施例中，所述刷洗组件包括第一刷洗组件、第二刷洗组件和磨抛组件。

在一个实施例中，所述第一刷洗组件包括第一刷洗件和第一支撑件。

在一个实施例中，所述第二刷洗组件包括第二刷洗件和第二驱动件。

在一个实施例中，所述磨抛组件包括磨抛件和第三驱动件。

在一个实施例中，所述磨削机械手为吸盘式机械手。

本实用新型实施例的有益效果包括：实现了在磨削之后对晶圆底面进行清洗，以及在磨削机械手不带片时清洗其底面，清洗效果好。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本实用新型的优点将变得更清楚和更容易理解，但这些附图只是示意性的，并不限制本实用新型的保护范围，其中：

图1示出了本实用新型实施例1提供的晶圆减薄设备；

图2至图5示出了实施例1提供的底面清洗装置；

图6示出了本实用新型实施例2提供的晶圆减薄设备；

图7至图10示出了实施例2提供的底面清洗装置。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本实用新型所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本实用新型实施方式及本实用新型保护范围的限制。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。应当理解的是，除非特别予以说明，为了便于理解，以下对本实用新型具体实施方式的描述都是建立在相关设备、装置、部件等处于原始静止的未给与外界控制信号和驱动力的自然状态下描述的。

此外，还需要说明的是，本申请中使用的例如前、后、上、下、左、右、顶、底、正、背、水平、垂直等表示方位的术语仅仅是为了便于说明，用以帮助对相对位置或方向的理解，并非旨在限制任何装置或结构的取向。

为了说明本实用新型所述的技术方案，下面将参考附图并结合实施例来进行说明。

在本申请中，晶圆(wafer)也称为晶片、硅片、基片或基板(substrate)等，其含义和实际作用等同。

本公开实施例提供的晶圆减薄设备主要应用于晶圆的背面减薄，这里所说的背面是指晶圆未铺设有器件的一面，一般为衬底，衬底材料可以为硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅、蓝宝石等。

图1示出了本实用新型一实施例提供的一种晶圆减薄设备，包括：

设备前端模块1，用于实现晶圆的进出，设备前端模块1设置在晶圆减薄设备的前端。设备前端模块1是实现将晶圆从外部搬送到设备机台内部的过渡模块，用于实现晶圆进出，以实现晶圆的“干进干出”。

磨削模块3，用于对晶圆进行磨削，所述磨削包括粗磨削和精磨削，磨削模块3设置在晶圆减薄设备的末端；

抛光模块2，用于在完成所述磨削之后对晶圆进行化学机械抛光，还具有在此三个模块(设备前端模块1、磨削模块3和抛光模块2)之间传输晶圆的功能，抛光模块2设置在设备前端模块1和磨削模块3之间。

可以理解的是，图1所示的晶圆减薄设备仅为一种示例，在其他实现方式中也可以去掉抛光模块2，仅保留设备前端模块1和磨削模块3，另外，磨削模块3还可以包括多道磨削，例如3道、4道、5道等。类似这些变形的实施例只要能够实现晶圆的磨削减薄功能均应当落入本申请的保护范围内。

设备前端模块1：

设备前端模块1包括晶圆存储单元和第一传输单元。晶圆存储单元设置在晶圆减薄设备的前端一侧，第一传输单元设置在晶圆存储单元和抛光模块2之间，用来实现晶圆在晶圆存储单元与抛光模块2之间的传输。

晶圆存储单元由多个前开式晶圆传送盒(Front Opening Unified Pod，FOUP)组成，具体地可以为两个、三个等。

第一传输单元包括取放片机械手。取放片机械手可旋转、伸展或折叠收缩，还可以沿传输轨道移动。取放片机械手可以通过晶圆传送盒的门结构从晶圆存储单元取出待处理的晶圆送入抛光模块2，还可以从抛光模块2接收处理完毕的晶圆放入晶圆传送盒中。

抛光模块2：

抛光模块2包括第二传输单元21、第三传输单元22、化学机械抛光单元23和后处理单元24。第二传输单元21、化学机械抛光单元23和后处理单元24分别占据抛光模块2的各边缘，第三传输单元22位于中央。

具体地，第二传输单元21位于抛光模块2中的边缘一侧并沿设备长度方向分布，可以连通设备前端模块1和磨削模块3。化学机械抛光单元23位于抛光模块2的另一侧边缘，并与磨削模块3和第二传输单元21分别相邻。后处理单元24位于抛光模块2的再一侧边缘，并与设备前端模块1、第二传输单元21和化学机械抛光单元23分别相邻。第三传输单元22靠近抛光模块2的中央，被第二传输单元21、化学机械抛光单元23和后处理单元24包围，用来在第二传输单元21、化学机械抛光单元23和后处理单元24之间实现晶圆的相互传输。

在一个实施例中，第二传输单元21包括暂存部和移动缓存部，用于暂存晶圆和托运晶圆。暂存部设置在临近设备前端模块1的位置，用于暂存或转移晶圆。移动缓存部沿着设备前端模块1至磨削模块3的方向设置，并可双向移动。

在一个实施例中，第三传输单元22包括中央机械手，中央机械手用于将磨削后的晶圆从移动缓存部转运至化学机械抛光单元23、将抛光后的晶圆从化学机械抛光单元23转运至后处理单元24、以及将清洗后的晶圆从后处理单元24转运至暂存部。

晶圆从设备前端模块1取出后经由第二传输单元21运送至磨削模块3进行磨削；晶圆在磨削模块3中完成磨削后经由第二传输单元21和第三传输单元22搬运至化学机械抛光单元23进行抛光；完成抛光和清洗后，晶圆再经由第三传输单元22和第二传输单元21传送回设备前端模块1。

后处理单元24用于对抛光后的晶圆进行清洗和干燥，可以包括水平刷洗装置和单腔清洗装置。

磨削模块3：

磨削模块3包括磨削单元31、清洗单元32和第四传输单元33。

磨削单元31用于实现晶圆磨削和厚度测量。如图1所示，磨削单元31包括基座311、安装在基座上的工作台312、设置在工作台上的吸盘313以及与吸盘位置对应的磨削砂轮。工作台用于承载晶圆，可绕其竖向中轴线旋转。如图1所示，在一个实施例中，吸盘设有三个，可在粗磨工位、精磨工位和装卸工位314之间轮转。两个磨削砂轮分别实现粗磨削和精磨削。可以理解的是，图1仅是一种示例，吸盘、磨削砂轮的数量还可以为其他数值，例如吸盘的数量为1、2、4、5、6等，磨削砂轮的数量为1、3、4等。

清洗单元32用于实现吸盘清洗、打磨和晶圆清洗。

第四传输单元33包括用于传输晶圆的磨削机械手331，磨削机械手331是指在磨削模块3使用的机械手，用于在磨削单元31和第二传输单元21之间传输晶圆，具体地，用于在装卸工位对应的吸盘和移动缓存部之间传递晶圆。磨削机械手331从第二传输单元21的移动缓存部取晶圆送入磨削单元31进行磨削，在磨削和清洗完成后，磨削机械手331从磨削单元31取晶圆然后放置于移动缓存部以便于晶圆的后续传输。磨削机械手331内部设有可以抽真空的管路，以实现真空吸附晶圆。或者，磨削机械手331还可以由带卡爪的机构实现。本实施例中，磨削机械手331还可以带动晶圆旋转。

另外，在本实用新型中，磨削模块3还包括底面清洗装置，底面清洗装置可以有多种实现方案，下面具体介绍：

实施例1

图1至图5示出了实施例1提供的一种底面清洗装置50。

如图1所示，底面清洗装置50安装在磨削模块3的基座311上、位于工作台312的旁边并处于磨削机械手331的移动轨迹上。底面清洗装置50可以用于在磨削机械手331带着晶圆转移的过程中清洗磨削之后的晶圆底面，底面清洗装置50还可以用于清洗磨削机械手331的底面。

如图3至图5所示，实施例1中，底面清洗装置50包括向上喷射液体或气体的喷淋件51，用于对晶圆和/或磨削机械手331的底面进行非接触式的清洗和/或干燥。如图3和图4所示，在一个实施例中，底面清洗装置50还包括摆臂52、支座53和驱动机构54，摆臂52位于支座53上方，摆臂52的自由端固定有喷淋件51，摆臂52的定位端可转动地连接驱动机构54，从而实现驱动机构54控制摆臂52带动喷淋件51水平摆动。

其中，支座53的底端安装在磨削模块3的基座311上，支座53的顶端设有摆臂52，支座53为中空的结构，支座53的内部安装有驱动机构54，驱动机构54控制摆臂52的摆动启停、幅度、速度、角度等运动模式。驱动机构54可以包括减速机和伺服电机，伺服电机通过减速机连接摆臂52。摆臂52的自由端固定有喷淋件51，喷淋件51可以跟随摆臂52往复摆动，喷淋件51在往复移动的过程中向上喷射流体，同时磨削机械手331带着晶圆旋转或者磨削机械手331单独旋转，摆动和旋转运动二者配合的情况下，能够实现喷淋件51的清洗范围覆盖晶圆或磨削机械手331的完整底面。

在一个实施例中，喷淋件51与摆臂52铰接，喷淋件51的喷射角度可调。进一步，喷淋件51具有超声振动部分，能够喷射带有超声或兆声的流体以提高冲洗力和清洁效果，喷淋件51可以是超声喷淋件或兆声喷淋件。喷淋件51可以是一个或多个喷嘴或喷杆。

喷淋件51能够一边跟随摆臂52摆动，一边向上喷射流体至晶圆底面或磨削机械手331底面。喷淋件51的摆动轨迹应当至少覆盖晶圆半径区域，也可以覆盖直径区域。喷淋件51的摆动轨迹可以是在晶圆边缘至晶圆圆心之间移动，还可以是从一个晶圆边缘移动到另一个晶圆边缘期间经过晶圆圆心。磨削机械手331带着晶圆移动到喷淋件51上方进行清洗，喷淋件51可以对晶圆的底面进行冲洗和干燥。另外，磨削机械手331不传输晶圆的时候，磨削机械手331可以单独移动到喷淋件51上方进行清洗，此时喷淋件51可以对磨削机械手331的底面进行冲洗和干燥。

如图2至图4所示，在一个实施例中，底面清洗装置50还包括顶部开口的外罩55，喷淋件51在外罩55内移动。外罩55用于避免清洗过程中的液体向外溅射污染到其他器件、用于减少液体溅出。

外罩55为顶部开口的筒形，外罩55上部靠近摆臂52的一侧设有缺口，缺口提供了摆臂52的摆动空间，摆臂52通过该缺口伸入外罩55内，并且摆臂52在摆动过程中不会与缺口的端面发生干涉，即摆臂52在运动过程中不会与外罩55发生碰撞。

如图2所示，外罩55的尺寸完全覆盖晶圆和磨削机械手331的底面，外罩55的顶端为弧形，弧形的半径与磨削机械手331的底面半径匹配，具体地，弧形的半径等于或者略大于磨削机械手331的底面半径，弧形的半径可以等于1～1.2倍的磨削机械手331的底面半径。外罩55的顶端高度低于磨削机械手331的底面高度，具体可以低1～5mm。磨削机械手331移动到外罩55正上方时停止，此时执行清洗过程，喷淋件51在外罩55内部摆动以对晶圆或磨削机械手331的底面进行清洗或干燥，外罩55能够将清洗过程中飞散的液体收集起来、避免液体四散污染其他器件。清洗完成后，磨削机械手331再移走。磨削机械手331在清洗或通过外罩55时均无需上下移动，简化了操作步骤，简化了机械结构。

另外，外罩55的底部设有排出口，排出口连接排液设备，以将外罩55收集的气体、液体和固定颗粒等污染物集中排走。

如图5所示，在一个实施例中，底面清洗装置50还包括用于对摆臂52的摆动角度进行限位的光电传感器56。光电传感器56安装在支座53的顶端靠近摆臂52的定位端。进一步，光电传感器56可以如图5所示设有2个，分别设置在摆臂52的定位端的两侧，当摆臂52摆动到一侧触发一侧的光电传感器56时反向或停止，摆臂52摆动到另一侧触发另一侧的光电传感器56时反向或停止，从而实现了摆臂52在两个光电传感器56限定的范围内往复摆动，进而能够实现喷淋件51仅冲洗晶圆底面或磨削机械手331的底面，不会超出预设范围引发事故。

实施例1的工作过程包括：

晶圆底面清洗过程：磨削机械手331带着晶圆运动到外罩55正上方，磨削机械手331带动晶圆转动，同时喷淋件51开始喷液，摆臂52带动喷淋件51摆动，共同完成整个晶圆底面的清洗。

磨削机械手清洗过程：磨削机械手331将晶圆放置在第二传输单元21的移动缓存部之后空载返回时可以进行底面清洗，对磨削机械手331底面的清洗形式与清洗晶圆完全一致，磨削机械手331的底面旋转同时喷淋件51摆动进行清洗。

以上两个清洗过程中，磨削机械手331停止摆动，在外罩55上方接受喷淋。

实施例1利用喷淋件51在运动过程中实现对晶圆底面和/或磨削机械手331底面的非接触式清洗，能够避免损伤晶圆，避免了接触式清洗产生的污染物对晶圆或磨削机械手331造成二次污染，另外本实施例不使用耗材，无需更换耗材，能够显著降低清洗成本。

实施例2

图6至图10示出了实施例2提供的另一种底面清洗装置60。

如图6所示，底面清洗装置60也安装在磨削模块3的基座311上、位于工作台312的旁边并处于磨削机械手331的移动轨迹上，可以用于在磨削机械手331带着晶圆转移的过程中清洗磨削之后的晶圆底面，还可以用于清洗磨削机械手331的底面。

如图7所示，实施例2中，底面清洗装置60包括喷淋件61和刷洗组件62，喷淋件61用于向上喷淋流体，刷洗组件62用于利用刷洗力、摩擦力或磨抛力来清洗晶圆和/或磨削机械手331的底面。喷淋件61和刷洗组件62可以分别单独作业，以配合完成对晶圆底面或磨削机械手331底面的清洗。喷淋件61可以为扇形喷嘴，实现大面积的喷淋。喷淋件61的高度低于刷洗组件62，喷淋件61用于非接触式清洗和辅助清洗，刷洗组件62采用接触式处理方式。喷淋件61可以是一个或多个喷嘴或喷杆。

刷洗组件62包括第一刷洗组件63、第二刷洗组件64和磨抛组件65。不同的组件可以单独升降，单独对晶圆或磨削机械手331进行清洗。

第一刷洗组件63包括第一刷洗件631和第一支撑件632。第一刷洗件631可以采用海绵、PVC等弹性材料，用于清洗晶圆底面。第一刷洗件631底部连通供液组件，用于向其通液以保持湿润。第一支撑件632连接在第一刷洗件631的下方用于支撑第一刷洗件631接触晶圆进行刷洗。进一步，作为一种可选方式，第一支撑件632可以驱动第一刷洗件631进行升降，第一刷洗件631可以升起后接触晶圆执行刷洗，降下后结束刷洗。

第二刷洗组件64包括第二刷洗件641和第二驱动件642。第二刷洗件641可以采用毛刷、滚刷等表面具有凸起物的刷洗结构，用于清洗磨削机械手331的底面。第二驱动件642连接在第二刷洗件641的下方以驱动第二刷洗件641进行升降。第二刷洗件641升起后可以接触磨削机械手331的底面执行刷洗，降下后结束刷洗。

磨抛组件65包括磨抛件651和第三驱动件652。磨抛件651可以采用油石等硬性材料，用于打磨磨削机械手331的底面。第三驱动件652连接在磨抛件651的下方以驱动磨抛件651进行升降。磨抛件651升起后可以接触磨削机械手331的底面进行打磨，降下后结束打磨。

图8至图10示出了实施例2中底面清洗装置60的工作过程，包括：

晶圆底面清洗：参见图8，当磨削机械手331带着晶圆运动到底面清洗装置60上方时，第一刷洗件631与晶圆接触，第一刷洗件631充水后可以对晶圆底面进行清洗，同时磨削机械手331带着晶圆旋转，喷淋件61可以同时向晶圆底面喷淋液体，共同作用下完成晶圆底面的清洗。

晶圆底面干燥：清洗完成后，磨削机械手331带着晶圆继续旋转，同时喷淋件61向晶圆底面喷气进行干燥。

磨削机械手331底面处理：磨削机械手331将晶圆放置在第二传输单元21的移动缓存部之后空载返回运动到底面清洗装置60上方时可以进行底面处理，参见图9，磨抛件651上升从而对磨削机械手331的底面进行打磨，参见图10，第二刷洗件641上升对磨削机械手331的底面进行清洗，磨抛件651、第二刷洗件641依次升起，配合磨削机械手331底面旋转，依次完成磨削机械手331底面的打磨和清洗，喷淋件61也可以同时喷液。

综上，本实用新型实施例实现了在磨削之后对晶圆底面进行清洗，以及在磨削机械手331不带片时清洗其底面，清洗效果好。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本实用新型的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本实用新型实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种底面清洗装置，其特征在于，安装在晶圆减薄设备的基座上，所述晶圆减薄设备包括在晶圆磨削过程中使用的工作台和磨削机械手，所述底面清洗装置用于清洗磨削之后的晶圆底面和/或磨削机械手的底面，位于工作台的旁边并处于磨削机械手的移动轨迹上；所述底面清洗装置包括向上喷射液体或气体的喷淋件，用于对晶圆和/或磨削机械手的底面进行非接触式的清洗和/或干燥。

2.如权利要求1所述的底面清洗装置，其特征在于，还包括摆臂、支座和驱动机构，摆臂位于支座上方，摆臂的自由端固定有喷淋件，摆臂的定位端可转动地连接驱动机构，从而实现驱动机构控制摆臂带动喷淋件水平摆动。

3.如权利要求2所述的底面清洗装置，其特征在于，还包括顶部开口的外罩，喷淋件在外罩内移动。

4.如权利要求3所述的底面清洗装置，其特征在于，还包括用于对摆臂的摆动角度进行限位的光电传感器，光电传感器安装在支座的顶端靠近摆臂的定位端。

5.如权利要求1所述的底面清洗装置，其特征在于，还包括刷洗组件，用于清洗晶圆和/或磨削机械手的底面。

6.如权利要求5所述的底面清洗装置，其特征在于，所述刷洗组件包括第一刷洗组件、第二刷洗组件和磨抛组件。

7.如权利要求6所述的底面清洗装置，其特征在于，所述第一刷洗组件包括第一刷洗件和第一支撑件。

8.如权利要求6所述的底面清洗装置，其特征在于，所述第二刷洗组件包括第二刷洗件和第二驱动件。

9.如权利要求6所述的底面清洗装置，其特征在于，所述磨抛组件包括磨抛件和第三驱动件。

10.如权利要求1所述的底面清洗装置，其特征在于，所述磨削机械手为吸盘式机械手。

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