阅读说明：本技术 一种硅片抛光垫清洗装置及清洗方法 (Silicon wafer polishing pad cleaning device and cleaning method ) 是由 祝斌 王彦君 裴坤羽 武卫 刘建伟 刘园 孙晨光 由佰玲 谢艳 杨春雪 刘秒 于 2019-11-19 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种硅片抛光垫清洗装置,包括用于储存清洗液的第一水槽和第二水槽、用于清洗上抛光垫和下抛光垫的刷子以及用于控制所述刷子移动的机械臂；所述刷子上端面与所述上抛光垫接触,所述刷子下端面与所述下抛光垫接触；所述第一水槽通过第一水管与所述第二水槽连通,所述第二水槽通过所述第二水管与所述刷子连通；设置在所述刷子上下端部的喷嘴均与所述机械臂轴线成一定角度。本发明还提出一种硅片抛光垫清洗方法。本发明提出的清洗装置,可完全去除抛光垫表面附着的SiO<Sub>2</Sub>胶体颗粒、抛光药液和硅粉,自动化程度高,清洗效果好且效率高。(The invention provides a silicon wafer polishing pad cleaning device, which comprises a first water tank, a second water tank, a brush and a mechanical arm, wherein the first water tank and the second water tank are used for storing cleaning liquid; the upper end surface of the brush is contacted with the upper polishing pad, and the lower end surface of the brush is contacted with the lower polishing pad; the first water tank is communicated with the second water tank through a first water pipe, and the second water tank is communicated with the brush through a second water pipe; the nozzles arranged at the upper end and the lower end of the brush form a certain angle with the axis of the mechanical arm. The invention also provides a cleaning method of the silicon wafer polishing pad. The cleaning device provided by the invention can completely remove SiO attached to the surface of the polishing pad 2 Colloidal particles, polishing liquid medicine and silica flour, degree of automation is high, and the cleaning performance is good and efficient.)

一种硅片抛光垫清洗装置及清洗方法

技术领域

本发明属于半导体硅片抛光技术领域，尤其是涉及一种硅片抛光垫清洗装置及清洗方法。

背景技术

化学机械抛光可以获得较为平整的表面，又可以得到较高的抛光速率，得到的平整度比其他方法高两个数量级，是能够实现全局平面化的有效方法。但是在化学机械抛光的过程中抛光液中部分SiO₂胶体颗粒会团聚在一起形成较大的颗粒，这样的大颗粒会在抛光的过程中附着在较为粗糙的抛光垫上,随着抛光的次数增加，附着在抛光垫上的SiO₂胶体大颗粒会越来越多，导致硅片表面在抛光的过程中产生划伤。现有化学机械抛光由于结构设计的不合理，容易出现漏刷现象，很多SiO₂胶体颗粒清理不干净，而且抛光垫上还残留抛光液和硅粉，导致清洗的效果不好，后续抛光出现很多不良品，严重影响产品质量。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种硅片抛光垫清洗装置及清洗方法，解决了现有对抛光垫清洗时容易出现漏刷且清洗效果差的技术问题，完全去除抛光垫表面附着的SiO₂胶体颗粒、抛光药液和硅粉，自动化程度高，清洗效果好且清洗效率高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种硅片抛光垫清洗装置，包括用于储存清洗液的第一水槽和第二水槽、用于清洗上抛光垫和下抛光垫的刷子以及用于控制所述刷子移动的机械臂；所述刷子上端面与所述上抛光垫接触，所述刷子下端面与所述下抛光垫接触；所述第一水槽通过第一水管与所述第二水槽连通，所述第二水槽通过所述第二水管与所述刷子连通；设置在所述刷子上下端部的喷嘴均与所述机械臂轴线成一定角度。

进一步的，所述角度为60°。

进一步的，所述刷子中心轴线分别与所述上抛光垫端面和所述下抛光垫端面垂直；在所述刷子内部设有T型结构的通道，所述第二水管贯穿所述机械臂与所述通道一端连通，所述喷嘴与所述通道另两端连通。

进一步的，所述刷子上下端面均设有喷嘴组件，所述喷嘴置于所述喷嘴组件中部；所述喷头组件悬空设置在所述刷子端面中心轴线处且沿所述刷子长度方向向外延伸设置。

进一步的，所述喷头组件还包括用于卡固所述喷嘴的套夹和用于调节所述喷嘴角度的调节件，所述喷嘴、所述套夹和所述调节件从内向外依次设置。

进一步的，所述刷子上下端面还设有毛刷组件，所述毛刷组件与所述喷头组件同向设置，所述毛刷组件置于所述喷头组件外侧，所述毛刷组件与所述喷头组件之间有空隙。

进一步的，在所述第一水槽内设有低压水泵；在所述第二水槽内设有高压水泵。

一种硅片抛光垫清洗方法，采用如上所述的清洗装置，步骤包括：清洗液依次从所述第一水槽和所述第二水槽通过所述第二水管贯穿所述机械臂进入所述刷子，再经所述喷嘴分别向所述上抛光面和所述下抛光面进行喷洒；

在这一过程中，所述上抛光面和所述下抛光面同步反向旋转，所述机械臂带动所述刷子水平沿所述下抛光面半径从外到内移动；

所述第一水槽水压小于所述第二水槽水压。

进一步的，所述第一水槽水压为10-20bar；所述第二水槽水压是 80-120bar。

进一步的，所述毛刷组件和所述喷嘴相对于所述下抛光面水平直线移动。

采用本发明设计的清洗装置，结构简单，易于控制，解决了现有对抛光垫清洗时容易出现漏刷的技术问题，完全去除抛光垫表面附着的SiO₂胶体颗粒、抛光药液和硅粉，自动化程度高，清洗效果好且清洗效率高。

附图说明

图1是本发明一实施例的一种硅片抛光垫清洗装置的结构示意图；

图2是本发明一实施例的清洗装置运动轨迹的结构示意图；

图3是本发明一实施例的机械臂与刷子配合的俯视图；

图4是本发明一实施例的刷子的结构示意图；

图5是本发明一实施例的A-A的剖视图；

图6是本发明一实施例的连接器的结构示意图；

图7是本发明一实施例的喷头组件与壳体的配合；

图8是本发明一实施例的调节件的俯视图。

图中：

10、第一水槽 11、低压水泵 12、第一水管

20、第二水槽 21、高压水泵 22、第二水管

30、机械臂 31、第一机械臂 32、第二机械臂

33、转接件 34、发动机 40、刷子

41、刷体 411、壳体 412、连接器

413、通道 414、垫片 415、挡圈

416、弹簧止推片 42、毛刷组件 421、第一刷头

422、第二刷头 423、毛刷座 43、喷嘴组件

431、喷嘴 432、套夹 433、调节件

4331、调节帽 4332、调节盘 44、连接组件

441、连接盘 442、进水头 50、上抛光盘

51、上抛光垫 52、发动机 60、下抛光盘

61、下抛光垫 62、发动机

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1示出了一种硅片用抛光垫的清洗装置，主要是清洗抛光垫表面粘附的SiO₂胶体颗粒、抛光药液和硅粉，解决现有技术中容易出现漏刷且清洗效果差的技术问题。其中，抛光垫包括上抛光垫51和下抛光垫61，上抛光垫51固定安装在上抛光盘50的下端面，通过发动机52进行驱动并控制上抛光垫51旋转；下抛光垫61固定安装在下抛光盘60的上端面上，通过发动机62进行驱动并控制下抛光垫61旋转，上抛光垫51和下抛光垫61大小相同且旋转方向相反，在本实施例中，上抛光垫51顺时针旋转，下抛光垫 61逆时针旋转，且上抛光垫51和下抛光垫61旋转的速度相同。

本实施例提出一种硅片抛光垫清洗装置，如图1-2所示，包括用于储存清洗液的第一水槽10和第二水槽20、用于清洗上抛光垫51和下抛光垫61 的刷子40以及用于控制刷子40移动的机械臂30。刷子40的上端面与上抛光垫51接触，刷子40的下端面与下抛光垫61接触。在第一水槽10中设有低压水泵11，在第二水槽20中设有高压水泵21，第一水槽10通过第一水管12与第二水槽20连通，第二水槽20通过第二水管22与刷子40连通。在第一水槽10和第二水槽20中均放置的清洗液为纯水，则纯水丛第一水槽 10中的低压水泵11排出经第一水管12进入第二水槽20中；再从第二水槽 20中的高压水泵21排出经第二水管22排出，纯水再经第二水管22贯穿机械臂30再经设置在刷子40内部的通道413到达设置在刷子40上下两端的喷嘴431喷出，最终洒向上抛光垫51和下抛光垫61的表面上。如图2所示，下抛光盘61的被清洗面积为环形结构，上抛光盘51的结构相同，在此省略；机械臂30带动刷子40在上抛光垫51和下抛光垫61之间做水平移动，即刷子40相对沿下抛光垫61的半径从外到内做直线移动，机械臂30的结构设置完全能够带动刷子40对上抛光垫51和下抛光垫61进行清洗，且不会出现干涉情况发生。进一步的，刷子40中上下端面中的喷嘴431均与机械臂 30的中心轴线成一定角度θ，优选地，角度θ为60°，如图3所示，此时，更容易清洗抛光垫表面上的颗粒及溶液，清洗效果更好。

在本实施例中，分别在第一水槽10和第二水槽20中设置低压水泵11 和高压水泵21，低压水泵11和高压水泵21均采用丹佛斯的变频水泵，其中，第一水槽10的水压为10-20bar，第二水槽20的水压是80-120bar，进而使得第一水槽10与第二水槽20形成一个很大的压力差，是进而使得清洗液丛低压水槽进入高压水槽，排出的纯水清洗液经高压水泵21抽排后，喷射冲力加大，很容易将抛光垫上的SiO₂胶体颗粒冲刷干净，且可保证纯水清洗压力的稳定性，再伴随刷子40中的毛刷反复清扫，使得刷子40的清洗效果更好，进而可保证抛光垫表面上的洁净度，进而改善后续抛光硅片表面质量，保证硅片抛光度。在低压水泵11和高压水泵21上均设有自动控制阀，同时在第一水槽10和第二水槽20均设有位置传感器，用于监控各水槽中纯水清洗液的高度，当高于最高水位或低于最低水位时，位置传感器可向外接控制器(图省略)提供信息，提示操作人员注意水槽内水位变化，位置传感器为本领域常用监控结构，在此不再详述。

机械臂30包括第一机械臂31和第二机械臂32，第一机械臂31的一端与第二机械臂32为铰接，第一机械臂31的另一端与转接件33连接，第二机械臂32与发动机34连接，机械臂30通过转接件33与刷子40连接，其中，第一机械臂31为中空设置的圆筒结构，转接件33中部设有通道，第二水管22贯穿第一机械臂31和转接件33与刷子40中的通道413连通，进而可完成纯水清洗液的输送工作。刷子40垂直设置在上抛光垫51和下抛光垫61之间，发动机34向第二机械臂32提供动力使第二机械臂32拉动第一机械臂31，进而带动刷子40做水平直线移动。

进一步的，如图4-5所示，刷子40包括刷体41、位于刷体上下端部的毛刷组件42、喷头组件43和位于刷体41侧面的连接组件44，其中，毛刷组件42直接与抛光垫接触，喷头组件43距离抛光垫表面还有一定距离，连接组件44与机械臂30中的转接件33连接设置，连接组件44固定设置在壳体411高度中心位置处。在刷体41内部的通道412为T型结构，一端与转接件33连通，另两端与喷嘴431连通。毛刷组件42与喷头组件43均沿刷体41的中心轴线向外延伸且平行设置，且喷头组件43被设置在毛刷组件42 内；毛刷组件42和喷头组件43均与连接组件44的轴线垂直设置。纯水清洗液经高压水泵21排出后再经第二水管22通过通道413进入喷头组件43 向外喷射清洗，同时毛刷组件42随喷嘴431同步水平清扫，进而可清洗抛光垫上的SiO₂胶体颗粒，抛光垫自动旋转，旋转的抛光垫可随纯水的冲刷将残留的硅粉和抛光液清扫掉，刷子40由机械臂30控制进行水平移动，进而完成对抛光垫的清洗。

具体地，如图5所示，刷体41为圆形柱状结构，包括壳体411和置于壳体411内侧的固定器412，在壳体411内设有两个对称设置的固定器412，固定器412的结构如图6所示，固定器412的一端内嵌在壳体411中，在壳体411和固定器412之间还设有垫片414，固定器412的外壁与壳体411的内壁相适配；固定器412的另一端悬空设置，与喷嘴组件43中的喷嘴431可拆卸连接，且固定器412和喷嘴431同轴设置在壳体411的中心轴线上。

如图7所示，毛刷组件42包括圆筒结构的毛刷座423，毛刷座423的一端内嵌固定在壳体411的端面，在壳体411与毛刷座423配合的位置圆周上还设有至少两个弹簧止推片416，防止毛刷组件42旋转，使毛刷组件42固定连接在壳体411上。毛刷座423的另一端设有第一刷头421和第二刷头422，如图3所示，第一刷头421和第二刷头422均沿毛刷座423周缘同向均匀设置，第一刷头421靠近毛刷座423的外壁设置，第二刷头422置于第一刷头421的内侧，且第一刷头421和第二刷头422错位设置；第一刷头421 的直径不小于第二刷头422的直径，这一结构的设置使第一刷头421和第二刷头422完全覆盖住毛刷座423的上端面，使毛刷经过的地方无缝隙遗漏，进而使得每一端侧的毛刷组件42都能把抛光垫上的杂质和抛光液清扫干净，清洗范围广且无死角遗漏。双面设置的毛刷组件42不仅可保证清洗效果而且也提高了清洗效率，节约了清洗时间，保证抛光垫表面的洁净度，为后续抛光单晶硅片奠定基础，降低了生产成本。

毛刷组件42与壳体411连接位置之间还设有挡圈415，用于保护毛刷组件42与壳体411的配合。毛刷组件42为易损件，本实施例设计的毛刷组件42与壳体411是可拆卸连接，使得毛刷组件42易于取换，可随时更换毛刷刷头，进而提高刷子的使用寿命。本实施例中，毛刷组件42是固定连接在壳体411上，在实际清洗过程中，上抛光垫51和下抛光垫61为反向对位旋转，刷子40垂直于上抛光垫51和下抛光垫61的端面并沿抛光垫的半径水平直线移动，毛刷组件42和喷嘴431相对于上下抛光垫均固定不动，刷子 40随机械臂30做水平移动进行清洗，这一结构设置的毛刷组件42可防止纯水清洗液横向飞溅，使得纯水完全被清洗利用，提高了清洗液的利用率，也避免电能的消耗，降低生产成本。

如图7和图8所示，喷头组件43悬空设置在壳体411的两端部的中心轴线处与连接器412连接，且沿刷体41的长度方向向外延伸设置，喷头组件43与毛刷组件42之间有空隙。具体地，喷头组件43包括用于喷水的喷嘴431、用于卡固喷嘴431的套夹432和用于调节喷嘴431的喷射角度θ的调节件433，喷嘴431、套夹432和调节件433同轴设置且依次从内向外设置在壳体411的中心轴线上。喷嘴431为市面上容易买到的扁平结构的喷嘴，套夹432与喷嘴431相适配，并且与喷嘴431一同配置固定在壳体411的端面上。扁平设置的喷嘴431不仅可加大喷洒面积，而且可增加喷洒广角，且有利于清洗效果。

调节件433包括调节帽4331和调节盘4332，如图8所示，调节帽4331 的外壁为六角形结构，内嵌设置在调节盘4332内，调节帽4331中心内部设有螺纹通孔与壳体411上端外壁螺纹配合并将套夹432固定在其内，调节帽 4331的上段内壁与套夹432的外壁相适配；调节盘4332的外壁为圆型，在调节盘4332周缘设有若干通孔，调整喷嘴431的角度后再旋转调节帽4331 使喷嘴431固定住，再在喷嘴431位置处的通孔上用螺栓固定，使调节盘4332 与调节帽4331相互配合旋紧，将喷嘴431完全固定，进而将喷嘴431喷洒的角度θ固定。在本实施例中，上下喷嘴431均与机械臂30的中心轴线成 60°的夹角，这一夹角的设置可增加喷嘴431的喷洒面积，保证喷洒的纯水的冲击力。优选地，喷头431的喷洒角度可以根据实际要求来调节，此为本领域的常规知识，在此不再详述。

连接组件44包括连接盘441和进水头442，连接盘441为长方体结构，连接盘441靠近壳体411一侧面与壳体411的外壁相适配，远离壳体411的一侧面为长方形结构；进水头442置于连接盘441内且内嵌设置在壳体411 侧壁上，进水头442设有通孔与通道13相连通，通过对称设置的螺钉将连接盘441和进水头442一体固定在壳体411上。

本实施例中的工作过程：上抛光面51和下抛光面61同步反向旋转，机械臂30带动刷子40水平沿下抛光面61的半径从外到内移动，进而带动依次从第一水槽10和第二水槽20中的纯水清洗液经第二水管22贯穿机械臂 30再经设置在刷子40内部的通道413分别到达设置在刷子40上下两端的喷嘴431喷出，最终分别洒向上抛光垫51和下抛光垫61的表面上；在清扫过程中，毛刷组件42和喷嘴431相对于上下抛光垫固定不动，毛刷组件42和喷嘴431随着机械臂30水平直线移动，进而完成对上抛光垫51和下抛光垫61的清洗工作。

在本实施例中，双面设置的刷子40完全适配于对位设置的抛光盘结构的抛光机，纯水清洗液丛低压第一水槽10中进入高压第二水槽20，进而可提高清洗液的清洗压力，保证丛刷子40喷洒出的清洗液的冲击压力和清洗压力的稳定性，可完全清理抛光垫上的SiO₂胶体颗粒、残留的硅粉和抛光液。同时高压水的设计可进一步降低更换毛刷的成本。机械臂30可稳定控制刷子40沿抛光垫半径水中直线移动，保证毛刷组件42和喷嘴431相对于上下抛光垫固定不动，并随机械臂30做水平移动进行清洗，保证清洗效果。双层错位设计的毛刷组件42完全覆盖每一个被清扫的位置，保证无缝隙遗漏清扫，高压纯水清洗和毛刷组件42的相互配合使得整体的清洗效果更好，完全去除掉抛光垫上SiO₂胶体颗粒、残留的硅粉和抛光液，保证抛光垫的洁净度，提高清洗效率，进而防止后续硅片不被划伤，保证硅片的抛光质量。

一种硅片抛光垫清洗方法，采用如上所述的清洗装置，步骤包括：

先将纯水清洗液从第一水槽10中的低压水泵11排出，通过第一水管12 进入第二水槽20中，再从第二水槽20中的高压水泵21排出，通过第二水管22贯穿机械臂30中进入所述刷子40中，再从第二水槽20中的高压水泵 21排出经第二水管22排出，纯水再经第二水管22贯穿机械臂30再经设置在刷子40内部的通道413分别到达设置在刷子40上下两端的喷嘴431喷出，最终分别洒向上抛光垫51和下抛光垫61的表面上。

在清洗过程中，第一水槽10的水压小于第二水槽20的水压，具体地，第一水槽10的水压为10-20bar，第二水槽20的水压是80-120bar，进而使得第一水槽10与第二水槽20形成一个很大的压力差，是进而使得纯水清洗液丛低压水槽进入高压水槽中，排出的纯水清洗液经高压水泵21抽排后，喷射冲力加大，很容易将抛光垫上的SiO2胶体颗粒冲刷干净，且可保证纯水清洗压力的稳定性。再伴随刷子40中的毛刷反复清扫，使得刷子40的清洗效果更好，进而可保证抛光垫表面上的洁净度，进而改善后续抛光硅片表面质量，保证硅片抛光度。上抛光面51和下抛光面61同步反向旋转，机械臂30带动刷子40水平沿下抛光面61的半径从外到内移动，同时毛刷组件 42和喷嘴431相对于上下抛光垫固定不动，毛刷组件42和喷嘴431随着机械臂30水平直线移动；待刷子40移动到抛光垫内侧中心位置时，再将上抛光盘50和下抛光盘60分开，机械臂30带动刷子40回撤到初始位置；然后再将上抛光盘50和下抛光盘60合并且使刷子40上下两端的毛刷组件42分别与上抛光面51和下抛光面61接触，再控制机械臂30使刷子40继续沿下抛光面61的半径从外到内移动；往复次数可根据实际要求调整，进而完成对上抛光垫51和下抛光垫61的清洗工作。

采用本发明设计的清洗装置，结构简单，易于控制，解决了现有对抛光垫清洗时容易出现漏刷的技术问题，完全去除抛光垫表面附着的SiO₂胶体颗粒、抛光药液和硅粉，自动化程度高，清洗效果好且清洗效率高。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。