一种单片式半导体基材清洗机

技术领域

本发明涉及半导体晶圆清洗技术领域，尤其涉及一种单片式半导体基材清洗机。

背景技术

晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片，其原始材料是硅。高纯度的多晶硅溶解后掺入硅晶体晶种，然后慢慢拉出，形成圆柱形的单晶硅。硅晶棒在经过研磨，抛光，切片后，形成硅晶圆片，也就是晶圆。晶圆制造工艺复杂，拥有很多工序，不同工序中使用了不同的化学材料，通常会在晶圆表面残留化学剂、颗粒、金属等杂质，如果不及时清洗干净，会随着生产制造逐渐累积，影响最终的质量。

但是，传统的半导体晶圆清洗机在使用过程中存在一些弊端，比如传统的半导体晶圆清洗机一般通过机械手将晶圆送至清洗机腔体中进行喷淋式清洗，但是清洗时，由于清洗液会随着带动晶圆体的清洗轴同方向转动，从而使得清洗液清洗时效率较低，同时在喷洗时残留的杂质遗留在清洗液中，也会给晶圆体的清洗造成影响，所以本发明的提出，解决了上述技术问题的不足。

发明内容

基于现有的半导体晶圆清洗机的清洗液会随着带动晶圆体的清洗轴同方向转动，从而使得清洗液清洗时效率较低，同时在喷洗时残留的杂质遗留在清洗液中，也会给晶圆体的清洗造成影响的技术问题，本发明提出了一种单片式半导体基材清洗机。

本发明提出的一种单片式半导体基材清洗机，包括清洗机体和晶圆体，所述清洗机体的一侧设置有支撑柱，所述支撑柱的内部设置有齿轮组机构和驱动电机，所述支撑柱的一端下表面转动连接有清洗轴，所述清洗轴的下表面固定连接有伸缩气缸，所述伸缩气缸的活塞杆外表面固定连接有真空吸盘；

所述清洗机体的上表面设置有防护装置，所述防护装置包括弧形遮挡板，所述弧形遮挡板设置有两个，在所述清洗机体对所述晶圆体进行清洗时进行合并，从而对所述清洗机体的上表面进行密封遮挡，使所述防护装置对所述晶圆体清洗时进行遮挡防护；

所述支撑柱的表面设置有驱动机构，所述驱动机构包括反转减速电机，所述反转减速电机工作时，使得所述清洗机体内部的清洗液转动方向与所述清洗轴转动方向相反，使得所述驱动机构实现所述晶圆体的清洗。

优选地，所述清洗机体的上表面固定连接有支撑板，所述支撑板的一侧表面固定连接有驱动壳体，所述驱动壳体的一侧表面固定连接有转动电机，所述驱动壳体的另一侧表面贯穿开设有滑槽，所述驱动壳体的内壁通过轴承转动连接有双头螺杆，所述双头螺杆的外表面与所述转动电机的输出轴外表面固定连接，所述双头螺杆的外表面螺纹套接有螺纹管套。

通过上述技术方案，支撑板对清洗机体的上表面进行封闭，同时对需要进行清洗的晶圆体预处理，双头螺杆的中部通过支撑耳板支撑在驱动壳体的内部，从而转动电机带动双头螺杆转动，使得套接的两个螺纹管套相对或相背运动。

优选地，所述驱动壳体的外表面滑动卡接有拱形架，所述拱形架的内表面通过连接轴与所述螺纹管套的外表面固定连接，所述拱形架内表面的连接轴外表面与所述滑槽的内侧壁滑动卡接，所述拱形架的外表面固定连接有凸型板，所述支撑板的一端上表面开设有限位槽，所述凸型板的外表面与所述限位槽的内侧壁滑动卡接。

通过上述技术方案，拱形架通过连接轴与螺纹管套固定连接，从而双头螺杆转动，使得其外表面的螺纹管套带动拱形架在驱动壳体的外表面移动，进而带动凸型板在限位槽内进行移动，使限位槽对凸型板的移动进行限位。

优选地，所述凸型板的一侧表面固定连接有弧形垫板，所述弧形垫板的下表面与所述支撑板的上表面滑动连接，所述弧形垫板的上表面固定连接有橡胶柱，所述橡胶柱的上表面与所述晶圆体的下表面滑动接触，所述弧形垫板的一端下表面通过连接轴与所述弧形遮挡板的上表面固定连接，所述支撑板的内部开设有凸型弧槽，所述弧形遮挡板的外表面与所述凸型弧槽的内壁滑动连接。

通过上述技术方案，在拱形架未相背运动时，弧形垫板呈闭合的环形状态，从而可使得机械手将晶圆体放置在弧形垫板上表面的橡胶柱表面进行支撑，后清洗轴下表面的伸缩气缸带动真空吸盘将晶圆体表面进行吸附，然后拱形架相背运动，带动闭合的弧形垫板打开，并由弧形垫板带动交叠的弧形遮挡板打开，使清洗机体的清洗口暴露出来，然后伸缩气缸带动晶圆体放入至清洗机体中，通拱形架相对移动一定距离后，使得弧形遮挡板的内侧表面的弧形将伸缩气缸的外表面进行环抱住，即可实现清洗机体清洗口的遮挡，对晶圆体的清洗实现防护。

优选地，所述清洗机体的内部开设有清洗腔体，所述清洗机体的下端内部开设有活动腔体，所述活动腔体的内底壁通过轴承座转动连接有转轴，所述转轴的上端外表面转动套接有涡流扇叶，所述转轴的外表面通过联轴器与所述反转减速电机的输出轴外表面固定连接。

通过上述技术方案，清洗腔体呈凸圆形开设，而转轴的上端延伸至清洗腔体的内部，并通过密封圈对其密封，涡流扇叶设置在清洗腔体的内部下端，通过反转减速电机进行转动，带动转轴及涡流扇叶进行转动，从而可实现涡流扇叶使清洗液产生清洗漩涡，且减速电机的转动方向与清洗轴转动的方向相反，从而使得晶圆体的清洗效果更好。

优选地，所述活动腔体的外表面设置有密封板，所述密封板的外表面固定连接有固定螺栓。

通过上述技术方案，活动腔体的一侧呈贯穿设置，从而便于对反转减速电机进行安装与调节，通过在活动腔体的一侧设置密封板，并通过固定螺栓将其固定，可便于实现对反转减速电机的维修、更换。

优选地，所述清洗腔体的内底壁呈环形阵列固定连接有支撑轴，所述支撑轴的上端外表面转动卡接有环形转轨，所述环形转轨的外表面开设有凹槽，所述凹槽的内壁固定套接有转齿。

通过上述技术方案，支撑轴高于涡流扇叶，环形转轨的直径大于涡流扇叶的环形直径，从而环形转轨在支撑轴的外表面转动不影响涡流扇叶的转动。

优选地，所述清洗腔体的内底壁固定连接有电机座，所述电机座的输出轴外表面通过联轴器固定连接有电机轴，所述电机轴的上端外表面固定套接有联动齿轮，所述联动齿轮的外表面与所述转齿的外表面啮合。

通过上述技术方案，电机座是呈一个密封箱体安装在清洗腔体的内底壁，其内部固定安装有伺服电机，使伺服电机的输出轴穿过电机座这个箱体，从而通过联轴器的连接控制电机轴进行转动，使得联动齿轮通过转齿带动环形转轨转动。

优选地，所述环形转轨的内圈表面开设有环形螺纹槽，所述环形转轨的外表面呈环形阵列活动套接有套筒，所述套筒的一侧内表面固定连接有滑柱，所述滑柱的一端外表面与所述环形螺纹槽的内壁滑动卡接，所述套筒的外表面与所述清洗腔体的内侧壁均固定连接有连接柱，所述连接柱的一端外表面转动连接有万向轴头，所述万向轴头的内表面通过转动轴承转动连接有十字换向节。

通过上述技术方案，万向轴头呈U字型设置，并且十字相对的两个万向轴头通过垂直组成的十字换向节连接在一起，通过相对的两个连接柱与万向轴头，可以实现将套筒支撑在清洗腔体的内壁，使套筒可以活动套在环形转轨的外表面，即，环形转轨可以在套筒的内圈表面进行转动，而套筒的一侧内表面通过滑柱与环形转轨的内圈表面开设的环形螺纹槽进行连接，又因为十字换向节的末端装有转动轴承，并且万向轴承的外圈外表面安装在万向轴头的内表面，因此两个万向轴头可以在一定夹角进行传递旋转，实现套筒的万向调节，从而在环形转轨进行转动时，滑柱会在环形螺纹槽的内壁进行波浪式摆动，其另一端会牵引套筒的一侧呈上下往复的摆动。

优选地，所述套筒的外表面通过开设的安装槽和与安装槽的内壁转动连接的连接轴铰接有弯板，所述弯板的一侧表面固定连接有喷头，所述弯板的表面贯穿开设有贯穿腔体。

通过上述技术方案，弯板在套筒的外表面开设的安装槽内进行左右晃动，从而在套筒在环形转轨的外表面进行上下摆动时，带动弯板进行左右晃动，进而使得喷头对晶圆体外表面进行来回的喷洗，喷头连通有进水管，该进水管穿过贯穿腔体延伸至清洗腔体的外部，通过密封螺栓等连接件将进水管与清洗机体进行安装，进而实现喷头的供水。

本发明中的有益效果为：

1、通过设置防护装置，可对晶圆体在清洗机体中清洗时进行防护，在调节的过程中，通过拱形架相背运动时，带动闭合的弧形垫板打开，并由弧形垫板带动交叠的弧形遮挡板打开，使清洗机体的清洗口暴露出来，然后伸缩气缸带动晶圆体放入至清洗机体中，再通拱形架相对移动一定距离后，使得弧形遮挡板的内侧表面的弧形将伸缩气缸的外表面进行环抱住，即可实现清洗机体清洗口的遮挡，对晶圆体的清洗实现防护。

2、通过设置驱动机构，驱动清洗机体中的清洗液与晶圆体的转动方向相反，在调节的过程中，通过反转减速电机进行转动，带动转轴及涡流扇叶进行转动，从而可实现涡流扇叶使清洗液产生清洗漩涡，且减速电机的转动方向与清洗轴转动的方向相反，从而使得晶圆体的清洗效果更好，进而避免清洗液随着清洗轴转动的方向而减弱晶圆体的清洗效果。

3、通过环形转轨进行转动时，滑柱会在环形螺纹槽的内壁进行波浪式摆动，并在万向轴头与十字换向节的万向调节下，使滑柱另一端会牵引套筒的一侧呈上下往复的摆动，从而带动弯板进行角度调节，进而使得喷头对晶圆体外表面进行来回的喷洗，提高晶圆体的清洗效率。

附图说明

图1为本发明提出的一种单片式半导体基材清洗机的示意图；

图2为本发明提出的一种单片式半导体基材清洗机的清洗轴结构立体图；

图3为本发明提出的一种单片式半导体基材清洗机的驱动壳体结构立体图；

图4为本发明提出的一种单片式半导体基材清洗机的双头螺杆结构立体图；

图5为本发明提出的一种单片式半导体基材清洗机的弧形垫板结构立体图；

图6为本发明提出的一种单片式半导体基材清洗机的弧形遮挡板结构立体图；

图7为本发明提出的一种单片式半导体基材清洗机的清洗机体结构立体图；

图8为本发明提出的一种单片式半导体基材清洗机的涡流扇叶结构立体图；

图9为本发明提出的一种单片式半导体基材清洗机的环形转轨结构立体图；

图10为本发明提出的一种单片式半导体基材清洗机的环形螺纹槽结构立体图；

图11为本发明提出的一种单片式半导体基材清洗机的套筒结构立体图；

图12为本发明提出的一种单片式半导体基材清洗机的连接柱结构爆炸图；

图13为本发明提出的一种单片式半导体基材清洗机的弯板结构立体图。

图中：1、清洗机体；11、支撑柱；12、清洗轴；13、伸缩气缸；14、真空吸盘；15、清洗腔体；16、活动腔体；17、转轴；18、密封板；19、涡流扇叶；2、晶圆体；3、弧形遮挡板；31、凸型弧槽；4、反转减速电机；5、喷头；6、支撑板；61、驱动壳体；62、转动电机；63、滑槽；64、双头螺杆；65、螺纹管套；66、拱形架；67、凸型板；68、限位槽；69、弧形垫板；691、橡胶柱；7、固定螺栓；8、支撑轴；81、环形转轨；82、凹槽；83、转齿；84、环形螺纹槽；85、套筒；851、滑柱；86、连接柱；861、万向轴头；862、转动轴承；863、十字换向节；87、弯板；88、贯穿腔体；9、电机座；91、电机轴；92、联动齿轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-13，一种单片式半导体基材清洗机，包括清洗机体1和晶圆体2，清洗机体1的一侧设置有支撑柱11，支撑柱11的内部设置有齿轮组机构和驱动电机，支撑柱11的一端下表面转动连接有清洗轴12，清洗轴12的下表面固定连接有伸缩气缸13，伸缩气缸13的活塞杆外表面固定连接有真空吸盘14。

清洗机体1的上表面设置有防护装置，防护装置包括弧形遮挡板3，弧形遮挡板3设置有两个，在清洗机体1对晶圆体2进行清洗时进行合并，从而对清洗机体1的上表面进行密封遮挡，使防护装置对晶圆体2清洗时进行遮挡防护；

为了对清洗机体1上表面的清洗口进行封闭，在清洗机体1的上表面固定连接有支撑板6，为了驱动弧形遮挡板3进行打开或闭合，在支撑板6的一侧表面固定连接有驱动壳体61，并在驱动壳体61的一侧表面固定连接有转动电机62，为了使转动电机62工作即实现两个弧形遮挡板3的闭合与打开，在驱动壳体61的内壁通过轴承转动连接有双头螺杆64，并使双头螺杆64的外表面与转动电机62的输出轴外表面固定连接，为了使转动的双头螺杆64带动弧形遮挡板3转动，在双头螺杆64的外表面螺纹套接有螺纹管套65。

为了对晶圆体2进行放置，使真空吸盘14对其进行吸附放至清洗机体1中，在支撑板6的上表面滑动连接有弧形垫板69，为了对晶圆体2进行支撑，在弧形垫板69的上表面固定连接有橡胶柱691，并使橡胶柱691的上表面与晶圆体2的下表面滑动接触。

为了驱动弧形垫板69进行打开或关闭，在驱动壳体61的外表面滑动卡接有拱形架66，为了使拱形架66通过连接轴与螺纹管套65的外表面固定连接，在驱动壳体61的另一侧表面贯穿开设有滑槽63，使拱形架66内表面的连接轴外表面与滑槽63的内侧壁滑动卡接，为了使拱形架66与弧形垫板69进行连接，在拱形架66的外表面固定连接有凸型板67，为了对凸型板67的左右移动进行限位，在支撑板6的一端上表面开设有限位槽68，使凸型板67的外表面与限位槽68的内侧壁滑动卡接，而凸型板67的一侧表面与弧形垫板69的外表面固定连接，从而拱形架66可带动弧形垫板69进行移动。

为了使弧形遮挡板3进行驱动，在弧形垫板69的一端下表面通过连接轴与弧形遮挡板3的上表面固定连接，并为了对弧形遮挡板3的移动进行限位，在支撑板6的内部开设有凸型弧槽31，使弧形遮挡板3的外表面与凸型弧槽31的内壁滑动连接。

支撑柱11的表面设置有驱动机构，驱动机构包括反转减速电机4，反转减速电机4工作时，使得清洗机体1内部的清洗液转动方向与清洗轴12转动方向相反，使得驱动机构实现晶圆体2的清洗。

为了对晶圆体2进行清洗，在清洗机体1的内部开设有清洗腔体15，并为了对清洗机体1中的清洗液进行搅动，在清洗机体1的下端内部开设有活动腔体16，并为了对清洗液进行搅动，在清洗腔体15的内部设置有涡流扇叶19，为了驱动涡流扇叶19进行转动，使反转减速电机4通过安装底座安装在活动腔体16的内底壁，为了使反转减速电机4与涡流扇叶19连接，从而驱动涡流扇叶，在反转减速电机的输出轴外表面通过联轴器固定连接有转轴17，而转轴17的上端外表面与涡流扇叶19转动套接。

为了对反转减速电机进行封闭防护，在活动腔体16的外表面设置有密封板18，并在密封板18的外表面固定连接有固定螺栓7。

在清洗腔体15的内底壁呈环形阵列固定连接有支撑轴8，并在支撑轴8的上端外表面转动卡接有环形转轨81，为了使环形转轨81进行转动，在环形转轨81的外表面开设有凹槽82，并在凹槽82的内壁固定套接有转齿83。

为了使转齿83转动即可实现环形转轨81的转动，在转齿83的外表面啮合联动齿轮92，为了使联动齿轮92进行转动，在清洗腔体15的内底壁固定连接有电机座9，电机座9是呈一个密封箱体安装在清洗腔体15的内底壁，其内部固定安装有伺服电机，使伺服电机的输出轴穿过电机座9这个箱体，电机座9的输出轴外表面通过联轴器固定连接有电机轴91，从而电机轴91的上端外表面与联动齿轮92的内壁固定套接，从而电机座9控制电机轴91进行转动，使得联动齿轮92通过转齿83带动环形转轨81转动。

在环形转轨81的内圈表面开设有环形螺纹槽84，为了使可以实现将套筒85支撑在清洗腔体15的内壁，使套筒85可以活动套在环形转轨81的外表面，即，环形转轨81可以在套筒85的内圈表面进行转动，套筒85的外表面与清洗腔体15的内侧壁均固定连接有连接柱86，为了实现套筒85的角度调节，在连接柱86的一端外表面转动连接有万向轴头861，并在万向轴头861的内表面通过转动轴承862转动连接有十字换向节863，为了使得环形转轨81实现套筒85的角度调节，在套筒85的一侧内表面固定连接有滑柱851，使滑柱851的一端外表面与环形螺纹槽84的内壁滑动卡接，从而环形转轨81进行转动时，滑柱851会在环形螺纹槽84的内壁进行波浪式摆动，其另一端会牵引套筒85的一侧呈上下往复的摆动。

在套筒85的外表面通过开设的安装槽和与安装槽的内壁转动连接的连接轴铰接有弯板87，并在弯板87的表面贯穿开设有贯穿腔体88，为了对晶圆体2的表面进行喷洗，在弯板87的一侧表面固定连接有喷头5，喷头5连通有进水管，该进水管穿过贯穿腔体88延伸至清洗腔体15的外部，通过密封螺栓等连接件将进水管与清洗机体1进行安装，进而实现喷头5的供水。

工作原理：本发明在具体的实施例中，通过机械手将晶圆体2放置在弧形垫板69上表面的橡胶柱691表面进行支撑，后清洗轴12下表面的伸缩气缸13带动真空吸盘14将晶圆体2表面进行吸附，然后转动电机62工作，其输出轴带动双头螺杆64转动，使得套接的两个螺纹管套65相背运动，从而螺纹管套65带动其外表面的拱形架66在驱动壳体61的外表面移动，进而带动凸型板67在限位槽68内进行移动，带动闭合的弧形垫板69打开，并由弧形垫板69带动交叠的弧形遮挡板3打开，使清洗机体1的清洗口暴露出来，然后伸缩气缸13带动晶圆体2放入至清洗机体1中，通拱形架66相对移动一定距离后，使得弧形遮挡板3的内侧表面的弧形将伸缩气缸13的外表面进行环抱住；

通过活动腔体16内部的反转减速电机4进行转动，带动转轴17及涡流扇叶19进行转动，从而可实现涡流扇叶19使清洗液产生清洗漩涡，且涡流扇叶19的转动方向与清洗轴12转动的方向相反，进而使涡流扇叶19搅动清洗液对晶圆体2的表面进行清洗；

晶圆体2在清洗时，电机座9内部的伺服电机控制电机轴91进行转动，使得联动齿轮92通过转齿83带动环形转轨81转动，从而环形转轨81进行转动时，滑柱851会在环形螺纹槽84的内壁进行波浪式摆动，并在万向轴头861与十字换向节863的万向调节下，使滑柱851另一端会牵引套筒85的一侧呈上下往复的摆动，从而带动弯板87在套筒85的外表面开设的安装槽内进行角度调节，进而使得喷头5对晶圆体2外表面进行来回的喷洗，提高对晶圆体2的清洗效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。