半导体衬底的高压水洗设备及其使用方法与流程

本发明属于半导体清洗设备技术领域，具体涉及一种半导体衬底的高压水洗设备，同时还涉及该高压水洗设备的使用方法。

背景技术：

半导体衬底(如用在等离子刻蚀设备中的衬底)在半导体领域中不仅起着电气性能的作用，而且也起着机械支撑的作用。半导体衬底在使用一段时间后，表面会粘附着例如金属杂质、直径小于1微米的颗粒和有机物质等，因此需要对半导体衬底进行清洗后才能再次使用。

在半导体衬底的清洗工序的最后阶段，半导体衬底要经过高压水洗，以去除表面的颗粒物。在这个阶段，半导体衬底的各个表面都要被冲洗。目前，此工序的操作是由工人直接拿着高压水枪对准半导体衬底进行冲洗，冲洗完一个面之后，由工人手动翻面，这样的清洗方式存在水洗效率低的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种半导体衬底的高压水洗设备，以提高水洗效率。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种半导体衬底的高压水洗设备，所述半导体衬底具有两个位于上下方向的第一表面、两个位于前后方向的第二表面和两个位于左右方向的第三表面，所述高压水洗设备包括：

辊筒输送机，其用于输送所述半导体衬底，其具有沿输送方向分布的第一工段、第二工段和第三工段，所述第一工段设置有多个第一辊筒和设置在所述第一辊筒前后两侧的导向辊，所述第三工段设置有多个第二辊筒；

两个设置在所述第一辊筒的上下两侧的第一喷嘴，其用于对所述第一表面进行冲洗；

两个设置在所述第一辊筒的前后两侧的第二喷嘴，其用于对所述第二表面进行冲洗；

一个设置在所述第二工段的用于对所述第三表面进行冲洗的第三喷嘴；

用于使所述第三喷嘴转动以调整出液方向的转向机构；

用于使所述第三喷嘴升降的升降机构；

用于对所述第二辊筒的表面进行清洗的辊筒清洗机构；

以及设置在所述辊筒输送机上方的挡水罩。

进一步地，所述转向机构包括：

第一基座，其位于所述第三喷嘴的上方；

连杆，其上端与所述第一基座转动连接，下端与所述第三喷嘴固定连接；

从动齿轮，其套装在所述连杆上；

主动齿轮，其与所述从动齿轮啮合；

转向电机，其固定设置在所述第一基座上，其输出轴与所述主动齿轮传动连接。

进一步地，所述升降机构包括：

第二基座，其与所述第一基座滑动连接；

螺杆，其沿纵向转动设置在所述第二基座上，其穿过所述第一基座，且与所述第一基座螺纹连接；以及

升降电机，其固定在所述第二基座上，其输出轴与所述螺杆传动连接。

进一步地，所述辊筒清洗机构包括：

环形管，其设置在所述第二辊筒的外围，其上沿周向设置有多个第四喷嘴；

进水管，其设置在所述第二辊筒的下方，其与多根所述环形管连通；

固定座，其与所述进水管固定连接；以及

往复直线运动机构，其用于驱动所述固定座，以使所述固定座沿所述第二辊筒的延伸方向来回移动。

进一步地，所述往复直线运动机构包括：

两个平行设置的带传动机构，所述带传动机构包括两个带轮和套设在两个所述带轮外的传动带，所述传动带与所述固定座固定连接；

两根将两个所述带传动机构中位于同一侧的两个带轮进行同轴连接的连接轴；以及

用于驱动所述连接轴转动的清洗电机。

进一步地，还包括设置在所述第一工段的第一光电开关和第二光电开关，所述第一光电开关在半导体衬底的输送方向上位于所述第一喷嘴的上游，所述第二光电开关在半导体衬底的输送方向上位于所述第二喷嘴的上游。

第二方面，本发明还提供上述高压水洗设备的使用方法，包括以下步骤：

s101、将半导体衬底放到辊筒输送机的第一工段上，由第一辊筒将半导体衬底依次向辊筒输送机的第二工段和第三工段输送；

s102、在辊筒输送机的第一工段上，半导体衬底的两个第一表面和两个第二表面依次被第一喷嘴和第二喷嘴清洗；

s103、当半导体衬底的一个第三表面靠近第三喷嘴并处于第三喷嘴的清洗范围内时，升降机构降下第三喷嘴，以完成对该一个第三表面的清洗，然后升降机构将第三喷嘴向上提升，并回到初始位置；

s104、在半导体衬底进入到辊筒输送机的第三工段之前，辊筒清洗机构先对第二辊筒的表面进行清洗；

s105、在辊筒输送机的第三工段内，由第二辊筒对半导体衬底进行输送，当半导体衬底的另一个第三表面处于第三喷嘴的清洗范围内时，升降机构降下第三喷嘴，转向机构将第三喷嘴转动180°，以使第三喷嘴正对该另一个第三表面，并完成对该一个第三表面的清洗，然后转向机构将第三喷嘴转回原方向，最后由升降机构将第三喷嘴向上提升，并回到初始位置；

s106、清洗完毕的半导体衬底从辊筒输送机的第三工段内送出。

本发明的有益效果：本发明的一种半导体衬底的高压水洗设备，通过机械化的设备完成对半导体衬板的表面的清洗看，替代了传动的手工清洗方式，大大提高了清洗效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明一实施例提供的半导体衬底的高压水洗设备的立体图；

图2为图1的部分立体图；

图3为图2的部分立体图；

图4为图1的一个纵向剖视图。

附图标记：

10-辊筒输送机、11-第一工段、12-第二工段、13-第三工段、111-第一辊筒、112-导向辊、131-第二辊筒、21-第一喷嘴、22-第一光电开关、31-第二喷嘴、32-第二光电开关、41-第三喷嘴、50-转向机构、51-第一基座、52-连杆、53-从动齿轮、54-主动齿轮、55-转向电机、60-升降机构、61-第二基座、62-螺杆、63-升降电机、70-滚筒清洗机构、71-环形管、72-第四喷嘴、73-进水管、74-固定座、75-往复直线运动机构、751-带传动机构、752-连接轴、753-清洗电机、80-挡水罩、90-半导体衬板、91-第一表面、92-第二表面、93-第三表面。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-4所示，本申请的高压水洗设备要清洗的半导体衬底为板状结构，且具有两个位于上下方向的第一表面91、两个位于前后方向的第二表面92和两个位于左右方向的第三表面93。

本实施例提供一种半导体衬底的高压水洗设备，包括滚筒输送机、第二辊筒21、第二喷嘴31、第三喷嘴41、转向机构50、升降机构60、辊筒清洗机构70和挡水罩80。

辊筒输送机10用于输送半导体衬底，其具有沿输送方向分布的第一工段11、第二工段12和第三工段13。

第一工段11设置有多个第一辊筒111和设置在第一辊筒111前后两侧的导向辊112，导向辊112用于防止在第一辊筒111上输送的半导体衬底跑偏。在第一工段11内，还设置有两个位于第一辊筒111的上下两侧的第二辊筒21，两个第二辊筒21分别用于对两个第一表面91进行清洗。同时，在第一工段11内，还设置有两个位于第一辊筒111的前后两侧的第二喷嘴31，两个第二喷嘴31分别用于对两个第二表面92进行清洗。第二辊筒21和第二喷嘴31都位于第一辊筒111之间的间隙处，从而避开了第一辊筒111。

在第二工段12内设置有一个用于对第三表面93进行清洗的第三喷嘴41，第三喷嘴41要完成对两个第三表面93进行清洗，因此，第三喷嘴41在工作时需要转动180°，以调整出液方向，第三喷嘴41的转动由转向机构50来实现。第三喷嘴41的清洗范围要保证能覆盖第三表面93，且第三喷嘴41又是设置在半导体衬底输送方向上的，因此，需要通过升降机构60来使第三喷嘴41升降，从而既保证清洗范围覆盖第三表面93，又不会对半导体衬底的输送造成干扰。

在本实施例中，优选第二辊筒21、第二喷嘴31和第三喷嘴41都为鸭嘴喷嘴。

在第三工段13设置有多个第二辊筒131，第二辊筒131输送清洗后的半导体衬底，因此，第二辊筒131的表面必须保持干净。在输送半导体衬底前，通过辊筒清洗机构70先对第二辊筒131的表面进行清洗，然后再由第二辊筒131输送半导体衬底。

第二辊筒21、第二喷嘴31和第三喷嘴41在工作时会有大量清洗液四周溅射，同时，考虑到第三喷嘴41是在半导体衬底的输送方向对半导体衬底进行清洗以及第三喷嘴41的清洗时间短，因此，在辊筒输送机10的上方安装有一个挡水罩80，优选挡水罩80呈门形，挡水罩80能阻挡大部分的清洗液向四周溅射，被阻挡的清洗液从挡水罩80的下部敞口流走。

本实施例提供的半导体衬底的高压水洗设备的使用方法如下：

s101、将半导体衬底放到辊筒输送机10的第一工段11上，由第一辊筒111将半导体衬底依次向辊筒输送机10的第二工段12和第三工段13输送。

s102、在辊筒输送机10的第一工段11上，当半导体衬底从两个第二辊筒21之间通过时，其两个第一表面91被第二辊筒21清洗，当半导体衬底从两个第二喷嘴31之间通过时，其两个第二表面92被第二喷嘴31清洗。

s103、当半导体衬底的一个第三表面93靠近第三喷嘴41并处于第三喷嘴41的清洗范围内时，比如半导体衬底移动到预设的一个清洗位置时，升降机构60降下第三喷嘴41，第三喷嘴41降下的过程中，从上至下将该一个第三表面93清洗干净，然后升降机构60将第三喷嘴41向上提升，在这过程中，第三喷嘴41也可以从下至上将该一个第三表面93进行再次清洗，最终第三喷嘴41被升降机构60带回初始位置，即位于辊筒输送机10上方某一高度处的位置。

s104、在半导体衬底进入到辊筒输送机10的第三工段13之前，辊筒清洗机构70先对第二辊筒131的表面进行清洗，以使第二辊筒131表面干净，从而清洗过的半导体衬底在第二辊筒131上输送过程中不会被第二辊筒131污染。

s105、在辊筒输送机10的第三工段13内，由第二辊筒131对半导体衬底进行输送，当半导体衬底的另一个第三表面93处于第三喷嘴41的清洗范围内时，升降机构60降下第三喷嘴41，转向机构50将第三喷嘴41转动180°，以使第三喷嘴41正对该另一个第三表面93，并完成对该一个第三表面93的清洗，然后转向机构50将第三喷嘴41转回原方向，最后由升降机构60将第三喷嘴41向上提升，并回到初始位置。

s106、清洗完毕的半导体衬底从辊筒输送机10的第三工段13内送出。

在一个实施例中，转向机构50包括第一基座51、连杆52、从动齿轮53、主动齿轮54和转向电机55。第一基座51位于第三喷嘴41的上方，且与升降机构60连接，由升降机构60进行升降。连杆52的上端第一基座51转动连接，下端与第三喷嘴41固定连接。连杆52上套装有上述从动齿轮53，从动齿轮53与转动齿轮啮合，主动齿轮54安装在转向电机55的输出轴上，转向电机55则固定在第一基座51上，转向电机55优选为伺服电机或步进电机。上述转向机构50位于挡水罩80的上方，连杆52的下端穿过挡水罩80，并与位于挡水罩80内的第三喷嘴41连接。上述转向机构50由升降机构60进行升降，通过转向电机55的转动，最终可以改变第三喷嘴41的方向。上述转向机构50，采用电动控制转向，结构简单，控制方便。

在一个实施例中，升降机构60包括第二基座61、螺杆62和升降电机63。优选第二基座61固定在挡水罩80的顶部，第一基座51沿纵向滑动设置在第二基座61上。螺杆62沿纵向转动设置在第二基座61上，并且穿过第一基座51，且与第一基座51螺纹连接。升降电机63安装在第二基座61上，其输出轴与螺杆62传动连接，同样优选升降电机63为伺服电机或步进电机。该升降机构60结构简单、紧凑。

在一个实施例中，辊筒清洗机构70包括环形管71、进水管73、固定座74和往复直线运动机构75。在每个第二辊筒131的外围都设置有一根环形管71，在环形管71上沿周向安装有多个第四喷嘴72，第四喷嘴72与环形管71连通。所有的环形管71都与位于第二辊筒131下方的进水管73连通，进水管73安装在一个固定座74上，固定座74在直线往复运动机构驱动下，沿第二辊筒131的延伸方向来回移动。环形管71来回移动以清洗第二辊筒131的过程中，由于环形管71上的多个第四喷嘴72都对准第二辊筒131，此时再配合使第二辊筒131转动，从而可以更快地完成对第二辊筒131表面的清洗。在本实施例中，优选第二辊筒131由单独的驱动装置驱动。

在一个实施例中，往复直线运动机构75包括带传动机构751、连接轴752和清洗电机753。带传动机构751平行设置有两个，且分别位于第二辊筒131的前后两侧，每个带传动机构751都包括两个带轮和套设在该两个带轮外的传动带，优选传动带为同步带，同时传动带与固定座74固定连接。连接轴752同样设置有两根，每根连接轴752将两个传动机构中位于同一侧的两个带轮进行同轴连接，以使该两个带轮同步运动。两根连接轴752中的其中一根由清洗电机753进行驱动，从而使两个带传动机构751同步运动。优选上述辊筒清洗机构70还包括至少一根导向杆，导向杆穿过固定座74，并与固定座74滑动连接，导向杆固定在辊筒输送机10或其他其他单独设置的机架上。设置导向杆能够使固定座74的往复移动更可靠，而且导向杆能够对固定座74起到支撑的作用。

在一个实施例中，还包括设置在第一工段11的第一光电开关22和第二光电开关32，第一光电开关22在半导体衬底的输送方向上位于第二辊筒21的上游，第二光电开关32在半导体衬底的输送方向上位于第二喷嘴31的上游。当第一光电开关22检测到半导体衬板90经过时，在控制系统的控制下，第二辊筒21喷出清洗液；当第二光电开关32检测到半导体衬板90经过时，在控制系统的控制下，第二喷嘴31喷出清洗液。通过设置第一光电开关22和第二光电开关32，能够更容易地实现对整个设备的自动化控制。

在本申请中，与第二辊筒21、第二喷嘴31和第三喷嘴41等连接的管路，用于向这些喷嘴提供液体的供液系统(包括供液泵和各种控制阀等)，以及用于控制辊筒输送机10、升降机构60、转向机构50和直线往复运动机构等工作的控制器等零部件，一方面为本领域的常规技术手段，另一方面出于简化附图的考虑，在附图中并未示出。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。