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兆声清洗中晶圆转速检测装置、清洗系统及其工作过程.pdf

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清洗 中晶圆 转速 检测 装置 系统 及其 工作 过程
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摘要
申请专利号:

CN201611208143.7

申请日:

2016.12.23

公开号:

CN106684021A

公开日:

2017.05.17

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):H01L 21/67申请日:20161223|||公开
IPC分类号: H01L21/67; G01P3/44 主分类号: H01L21/67
申请人: ?#26412;?#21322;导体专用设备?#33455;?#25152;(中国电子科技集团公司第四十五?#33455;?#25152;)
发明人: 熊朋; 史霄; 舒福璋; 陶利权; 费玖海
地址: 100176 ?#26412;?#24066;大兴区?#26412;?#32463;济技术开发区泰河三街1号
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: ?#26412;?#20013;建联?#29616;?#35782;产权代理事务所(普通合伙) 11004 代理人: 晁璐松;朱丽岩
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法律状态
申请(专利)号:

CN201611208143.7

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2017.06.09|||2017.05.17

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

一种兆声清洗中晶圆转速检测装置、清洗系统及其工作过程,所述检测装置与从动带轮组件连接,包括内置于晶圆转子一端的键槽内的第二磁芯、内嵌于晶圆转子带轮套的第一磁芯、连接在从动带轮端部的计数盘和设置在计数盘侧边的转速传感器。所述第二磁芯位于装置的中心位置、第一磁芯位于第二磁芯的一侧,且两者呈异性放置。本发明解决了现有技术中长期存在的问题,采用这种装置,可快速、精确、有效地完成晶圆旋转检测,结构简单,使用方便,而且成本低,有利于提高工作效率和质量,可广?#27827;?#29992;于晶圆的化学机械抛光(CMP)、减薄等领域。

权利要求书

1.一种兆声清洗中晶圆转速检测装置,其特征在于:所述检测装置与从动带轮组件(7)
连接,包括内置于晶圆转子(73)一端的键槽内的第二磁芯(19)、内嵌于晶圆转子带轮套
(74)的第一磁芯(18)、连接在从动带轮(71)端部的计数盘(17)和设置在计数盘(17)侧边的
转速传感器(16);
所述第二磁芯(19)位于装置的中心位置、第一磁芯(18)位于第二磁芯(19)的一侧,且
两者呈异性放置。
2.根据权利要求1所述的兆声清洗中晶圆转速检测装置,其特征在于:所述计数盘(17)
通过连接件与从动带轮(71)连接;
所述计数盘(17)呈圆形,其圆周上发散状设有计数齿,计数盘(17)的盘面上在环向上
均匀间隔开有一圈穿过连接件的连接孔。
3.根据权利要求3所述的兆声清洗中晶圆转速检测装置,其特征在于:所述转速传感器
16的检测端位于计数盘(17)的计数齿的旋转路径上。
4.根据权利要求1至4?#25105;?#19968;项所述的兆声清洗中晶圆转速检测装置,其特征在于:还
包括检测控制电路,包括依次信号连接的将光信号转化为电信号的转换电路、电压电流转
换电路、电压放大电路和数据采集电路。
5.一种如权利要求1至4?#25105;?#19968;项所述的兆声清洗中晶圆转速检测装置的清洗系统,包
括兆声清洗槽、连接在兆声清洗槽?#31995;?#20806;声发生装置(9)以及设置在兆声清洗槽内的第一
主动带轮(5)、第二主动带轮(6)和从动带轮组件(7),其特征在于:所述从动带轮组件(7)包
括晶圆转子(73),所述晶圆转子(73)为柱形,其一端中心沿长向开有柱形键槽形成键槽段、
另一端沿环向开有卡接晶圆的卡槽形成卡槽段、且键槽段和卡槽段两者之间通过过渡段连
接,所述晶圆转子(73)的键槽段外侧依次套接有晶圆转子护罩(72)、晶圆转子带轮套(74)
和从动带轮(71),其中晶圆转子带轮套(74)上开有键槽;
还包括检测装置;所述检测装置的第二磁芯(19)为柱形、沿晶圆转子长向内置于晶圆
转子(73)的键槽内,第一磁芯(18)为条形、沿晶圆转子带轮套长向内嵌于晶圆转子带轮套
(74)的键槽内。
6.根据权利要求5所述的清洗系统,其特征在于:所述兆声清洗槽包括兆声清洗槽外槽
(1)和置于兆声清洗槽外槽(1)内的兆声清洗槽内槽(2),兆声清洗槽外槽(1)与兆声清洗槽
内槽(2)形成封闭腔体,其中兆声清洗槽内槽(2)的底部突出兆声清洗槽外槽(1)、且与兆声
发生装置(9)连接,兆声清洗槽内槽(2)的上端口兆声清洗槽外槽(1)内部连通,两者通过循
环管路连通。
7.根据权利要求6所述的清洗系统,其特征在于:所述循环管路的起始端连接在兆声清
洗槽外槽(1)的底部、?#32617;?#31471;连接在兆声清洗槽内槽(2)的下部;
循环管路上依?#26410;?#32852;有循环路通断阀(10)、循环泵(11)、温控器(12)、过滤器(13)和流
量计(15),其中过滤器(13)上另外连通有一支路,该支路?#27927;?#32852;有排液阀(14)。
8.根据权利要求6或7所述的清洗系统,其特征在于:
第一主动带轮(5)和第二主动带轮(6)结构相同、水平方向上间隔设置连接在兆声清洗
槽内槽(2)下部,两者之间通过皮带(8)连接,且第一主动带轮(5)与电机(4)信号连接;
所述第一主动带轮(5)的内端置于兆声清洗槽内槽(2)内、环向设有卡接晶圆的卡槽,
外端置于兆声清洗槽内槽(2)外侧且与皮带(8)连接;
第一主动带轮(5)和第二主动带轮(6)与兆声清洗槽内槽(2密封连接。
9.根据权利要求8所述的清洗系统,其特征在于:所述从动带轮组件(7位于第一主动带
轮(5)和第二主动带轮(6)之间的下方位置,从动带轮组件(7)的晶圆转子(73)的卡槽段位
于兆声清洗槽内槽(2)内侧,从动带轮组件(7)、第一主动带轮(5)和第二主动带轮(6)三者
上卡接晶圆的卡槽均与晶圆相切,三个?#26800;?#30340;连线是与晶圆外轮廓相适应的弧形线;
从动带轮组件(7)通过晶圆转子护罩(72)与兆声清洗槽内槽(2)密封连接。
10.一种如权利要求9所述的清洗系统的工作过程,其特征在于,晶圆(3)置于充满化学
液的兆声清洗槽内槽(2)中、且置于第一主动带轮(5)、第二主动带轮(6)和从动带轮组件
(7)所形成的支撑弧面上,第一主动带轮(5)、第二主动带轮(6)在电机4带动下通过皮带(8)
直接旋转,从而带动处于其之?#31995;?#26230;圆(3)逆向转动,进而带动从动带轮组件(7)转动,从动
带轮组件(7)中与晶圆直接接触的晶圆转子(20)随即转动,在第一磁芯(18)和第二磁芯
(19)异性相吸的磁力作用下,带动晶圆转子带轮套(74)转动,从而使得从动带轮(71)和计
数盘(17)转动,转速传感器(16)随即读取转动速度,经检测控制电?#26041;?#36716;速传感器(16)接
收到的光信号进行信号输出。

说明书

兆声清洗中晶圆转速检测装置、清洗系统及其工作过程

技术领域

本发明涉及晶圆清洗领域,特别是化学机械抛光设备和工作过程。

背景技术

随着集成电路(Integrated circuit,IC)制造技术的不断发展,芯片特征尺寸越
来越小,互连层数越来越多,晶圆?#26412;?#20063;不断增大。要实现多层布线,晶圆表面必须具有极
高的平整度、光滑度和洁净度,而化学机械抛光(Chemical Mechanical Planarization,
CMP)是目前最有效的晶圆平坦化技术,与光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积一起被称为IC制
造过程最核心的五大关键技术。

由于抛光片的分界面化学?#20174;?#21644;?#24515;?#24494;粒的存在,在CMP工艺中,必?#25442;?#24341;入表面
缺陷和玷污,在晶片表面全?#21046;?#22374;化之后,必须进行有效的清洗?#35789;?#29616;CMP工艺的优点。为
了确保得到进一步金属化所需要的无缺陷无玷污的晶片表面,CMP后清洗工艺是必要?#34903;琛?br />

典型的CMP后清洗制程包括兆声清洗、刷洗、旋转?#31245;?#31561;,兆声清洗作为其中关键
一环,其清洗效果的好坏影响最终的晶圆清洗效果。兆声清洗是由高能(850kHz)频振效应
并结合化学清洗剂的化学?#20174;?#23545;晶圆表面进行清洗,在清洗时由换能器发出波长为1.5μm、
频率为0.8MHz的高能声波。溶液分子在这种声波的推动下做加速运动,最大瞬时速度可达
到30cm/s,以高速的流体波连续冲击晶圆表面,使得晶圆表面附着的污染物和?#24863;?#24494;粒被
强制除去,通常兆声清洗可去掉晶圆表面上小于0.2μm的粒子。在此过程中,为了使晶圆表
面清洗均匀以及清洗效果的一致性,晶圆需匀速旋转,从而使得晶圆表面均匀的被冲刷,避
免晶圆表面清洗不全面现象。但是兆声清洗过程决定了对晶圆表面实施清洗的槽体必须是
密闭的、不泄露的,同时晶圆处于被化学液浸泡状态,无法直接辨别晶圆的旋转状态,因此
如何检测兆声清洗过程晶圆旋转状态一直尚待解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种兆声清洗中晶圆转速检测装置、清洗系统及其工作过
程,要解决兆声清洗中晶圆转速无法检测的技术问题;并解决提高工作效率和工作质量的
问题。

为实现上述目的,本发明采用如下技术方?#31119;?br />

一种兆声清洗中晶圆转速检测装置,所述检测装置与从动带轮组件连接,包括内置于
晶圆转子一端的键槽内的第二磁芯、内嵌于晶圆转子带轮套的第一磁芯、连接在从动带轮
端部的计数盘和设置在计数盘侧边的转速传感器。

所述第二磁芯位于装置的中心位置、第一磁芯位于第二磁芯的一侧,且两者呈异
性放置,即N极-S极-N极-S极或者S极-N极-S极-N极。

所述计数盘通过连接件与从动带轮连接。

所述计数盘呈圆形,其圆周上发散状设有计数齿,计数盘的盘面上在环向上均匀
间隔开有一圈穿过连接件的连接孔。

还包括检测控制电路,包括依次信号连接的将光信号转化为电信号的转换电路、
电压电流转换电路、电压放大电路和数据采集电路。

所述转速传感器的检测端位于计数盘的计数齿的旋转路径上,用于实时检测计数
盘的旋转速度。

一种如所述的兆声清洗中晶圆转速检测装置的清洗系统,包括兆声清洗槽、连接
在兆声清洗槽?#31995;?#20806;声发生装置以及设置在兆声清洗槽内的第一主动带轮、第二主动带轮
和从动带轮组件,所述从动带轮组件包括晶圆转子,所述晶圆转子为柱形,其一端中心沿长
向开有柱形键槽形成键槽段、另一端沿环向开有卡接晶圆的卡槽形成卡槽段、且键槽段和
卡槽段两者之间通过过渡段连接,所述晶圆转子的键槽段外侧依次套接有晶圆转子护罩、
晶圆转子带轮套和从动带轮,其中晶圆转子带轮套上开有键槽。

还包括检测装置,用于实时检测兆声清洗槽内晶圆旋转的速度,从而?#22278;?#20307;内晶
圆的旋转状态进行检测。

所述检测装置的第二磁芯为柱形、沿晶圆转子长向内置于晶圆转子的键槽内,第
一磁芯为条形、沿晶圆转子带轮套长向内嵌于晶圆转子带轮套的键槽内,晶圆旋转时带动
从动带轮组件旋转,检测装置通过转速传感器对计数盘的检测实时对晶圆旋转速度的检
测。

所述兆声清洗槽包括兆声清洗槽外槽和置于兆声清洗槽外槽内的兆声清洗槽内
槽,兆声清洗槽外槽与兆声清洗槽内槽形成封闭腔体,其中兆声清洗槽内槽的底部突出兆
声清洗槽外槽、且与兆声发生装置连接,兆声发生装置?#19978;?#32780;上发出兆声波,兆声发生装置
与兆声清洗槽内槽之间密封连接。

兆声清洗槽内槽的上端口兆声清洗槽外槽内部连通,两者通过循环管路连通,兆
声清洗槽内槽内充满化学?#28023;?#26230;圆置于兆声清洗槽内槽中、且完全浸泡在化学液中,化学液
在兆声清洗槽外槽和兆声清洗槽内槽之间进行循环,兆声清洗槽外槽内化学液经过循环管
?#26041;?#20837;兆声清洗槽内槽,再由兆声清洗槽内槽的上端口溢出流入兆声清洗槽外槽。

所述循环管路的起始端连接在兆声清洗槽外槽的底部、?#32617;?#31471;连接在兆声清洗槽
内槽的下部;循环管路上依?#26410;?#32852;有循环路通断阀、循环泵、温控器、过滤器和流量计,其中
过滤器上另外连通有一支路,该支路?#27927;?#32852;有排液阀,用于控制兆声清洗过程化学液的循
环。

第一主动带轮和第二主动带轮结构相同、水平方向上间隔设置连接在兆声清洗槽
内槽下部,两者之间通过皮带连接,且第一主动带轮与电机信号连接。

所述第一主动带轮的内端置于兆声清洗槽内槽内、环向设有卡接晶圆的卡槽,外
端置于兆声清洗槽内槽外侧且与皮带连接。

第一主动带轮和第二主动带轮与兆声清洗槽内槽密封连接,?#25442;?#21457;生泄漏。

所述从动带轮组件位于第一主动带轮和第二主动带?#31181;?#38388;的下方位置,从动带轮
组件的晶圆转子的卡槽段位于兆声清洗槽内槽内侧,从动带轮组件、第一主动带轮和第二
主动带轮三者上卡接晶圆的卡槽均与晶圆相切,三个?#26800;?#30340;连线是与晶圆外轮廓相适应的
弧形线,晶圆即置于三者形成的支撑弧面上。

从动带轮组件通过晶圆转子护罩与兆声清洗槽内槽密封连接,?#25442;?#21457;生泄漏。

第一主动带轮和第二主动带轮在电机带动下通过皮带直接旋转,从动带轮组件处
于自由状态,第一主动带轮和第二主动带?#20013;?#36716;,从而带动处于其之?#31995;?#26230;圆逆向转动,进
而带动从动带轮组件转动,晶圆转动方向与第一主动带轮、第二主动带轮和从动带轮组件
的转动方向相反。

一种如所述的清洗系统的工作过程,晶圆置于充满化学液的兆声清洗槽内槽中、
且置于第一主动带轮、第二主动带轮和从动带轮组件所形成的支撑弧面上,第一主动带轮、
第二主动带轮在电机带动下通过皮带直接旋转,从而带动处于其之?#31995;?#26230;圆逆向转动,进
而带动从动带轮组件转动,从动带轮组件中与晶圆直接接触的晶圆转子随即转动,在第一
磁芯和第二磁芯异性相吸的磁力作用下,带动晶圆转子带轮套转动,从而使得从动带轮和
计数盘转动,转速传感器随即读取转动速度,经由能将光信号转化为电信号的检测控制电
?#26041;?#20449;号输出,可快速、精确、有效地完成晶圆旋转检测,结构简单,使用方便。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果:

本发明解决了现有技术中长期存在的问题,采用这种装置,可快速、精确、有效地完成
晶圆旋转检测,结构简单,使用方便,而且成本低,有利于提高工作效率和质量,可广?#27827;?#29992;
于晶圆的化学机械抛光(CMP)、减薄等领域。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明清洗系统的结构示意图。

图2是本发明检测装置的结构示意图。

图3是本发明检测装置的剖面结构示意图。

图4是本发明传感器检测电路方框示意图。

附图标记:1-兆声清洗槽外槽、2-兆声清洗槽内槽、3-晶圆、4-电机、5-第一
主动带轮、6-第二主动带轮、7-从动带轮组件、71-从动带轮、72-晶圆转子护罩、73-晶圆
转子、74-晶圆转子带轮套、8-皮带、9-兆声发生装置、10-循环路通断阀、11-循环泵、12-
温控器、13-过滤器、14-排液阀、15-流量计、16-转速传感器、17-计数盘、18-第一磁芯、19-
第二磁芯。

具体实施方式

实施例参见图1所示,该清洗系统包括兆声清洗槽、连接在兆声清洗槽?#31995;?#20806;声发
生装置9以及设置在兆声清洗槽内的第一主动带轮5、第二主动带轮6和从动带轮组件7,参
见图2、图3所示,所述从动带轮组件7包括晶圆转子73,所述晶圆转子73为柱形,其一端中心
沿长向开有柱形键槽形成键槽段、另一端沿环向开有卡接晶圆的卡槽形成卡槽段、且键槽
段和卡槽段两者之间通过过渡段连接,所述晶圆转子73的键槽段外侧依次套接有晶圆转子
护罩72、晶圆转子带轮套74和从动带轮71,其中晶圆转子带轮套74上开有键槽;从动带轮71
为金属件,晶圆转子护罩72、晶圆转子73、晶圆转子带轮套74为塑料件。

该清洗系统还包括检测装置,所述检测装置与从动带轮组件7连接,包括内置于晶
圆转子73一端的键槽内的第二磁芯19、内嵌于晶圆转子带轮套74的第一磁芯18、连接在从
动带轮71端部的计数盘17和设置在计数盘17侧边的转速传感器16;所述第二磁芯19位于装
置的中心位置、第一磁芯18位于第二磁芯19的一侧,且两者呈异性放置;所述计数盘17通过
连接件与从动带轮71连接;所述计数盘17呈圆形,其圆周上发散状设有计数齿,计数盘17的
盘面上在环向上均匀间隔开有一圈穿过连接件的连接孔;所述转速传感器16的检测端位于
计数盘17的计数齿的旋转路径上;参见图2、图3所示,所述检测装置的第二磁芯19为柱形、
沿晶圆转子长向内置于晶圆转子73的键槽内,第一磁芯18为条形、沿晶圆转子带轮套长向
内嵌于晶圆转子带轮套74的键槽内。

参见图4所示,该检测装置还包括检测控制电路,包括依次信号连接的将光信号转
化为电信号的转换电路、电压电流转换电路、电压放大电路和数据采集电路,转速传感器16
接收到的光信号经过检测控制电?#26041;?#34892;信号输出和读取。

所述兆声清洗槽包括兆声清洗槽外槽1和置于兆声清洗槽外槽1内的兆声清洗槽
内槽2,兆声清洗槽外槽1与兆声清洗槽内槽2形成封闭腔体,其中兆声清洗槽内槽2的底部
突出兆声清洗槽外槽1、且连接有兆声发生装置9,兆声清洗槽内槽2的上端口兆声清洗槽外
槽1内部连通,两者通过循环管路连通,所述循环管路上依?#26410;?#32852;有循环路通断阀10、循环
泵11、温控器12、过滤器13和流量计15,其中过滤器13上另外连通有一支路,该支路?#27927;?#32852;
有排液阀14;兆声清洗槽外槽1内化学液经过循环管?#26041;?#20837;兆声清洗槽内槽2,清洗过程中,
兆声清洗槽内槽2内的化学液从上端口溢出流入兆声清洗槽外槽1。

第一主动带轮5和第二主动带轮6结构相同、水平方向上间隔设置连接在兆声清洗
槽内槽2下部,两者之间通过皮带8连接,且第一主动带轮5与电机4信号连接;所述第一主动
带轮5的内端置于兆声清洗槽内槽2内、环向设有卡接晶圆的卡槽,外端置于兆声清洗槽内
槽2外侧且与皮带8连接;第一主动带轮5和第二主动带轮6与兆声清洗槽内槽2密封连接。

所述从动带轮组件7位于第一主动带轮5和第二主动带轮6之间的下方位置,从动
带轮组件7的晶圆转子73的卡槽段位于兆声清洗槽内槽2内侧,从动带轮组件7、第一主动带
轮5和第二主动带轮6三者上卡接晶圆的卡槽均与晶圆相切,三个?#26800;?#30340;连线是与晶圆外轮
廓相适应的弧形线;从动带轮组件7通过晶圆转子护罩72与兆声清洗槽内槽2密封连接。

本发明清洗系统的工作过程,参见图1、图4所示,晶圆3置于充满化学液的兆声清
洗槽内槽2中、且置于第一主动带轮5、第二主动带轮6和从动带轮组件7所形成的支撑弧面
上,第一主动带轮5、第二主动带轮6在电机4带动下通过皮带8直接旋转,从而带动处于其之
?#31995;?#26230;圆3逆向转动,进而带动从动带轮组件7转动,从动带轮组件7中与晶圆直接接触的晶
圆转子20随即转动,在第一磁芯18和第二磁芯19异性相吸的磁力作用下,带动晶圆转子带
轮套74转动,从而使得从动带轮71和计数盘17转动,转速传感器16随即读取转动速度,经由
能将光信号转化为电信号的检测控制电?#26041;?#20449;号输出,可快速、精确、有效地完成晶圆旋转
检测,结构简单,使用方便。

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