一种晶圆再生处理装置及控制系统

摘要

本发明涉及晶圆再生技术领域，公开了一种晶圆再生处理装置，包括底座，底座上设有可水平和竖直方向旋转摆动的夹持臂，夹持臂的内部设有与环形侧壁共轴的转盘，夹持臂的一侧设有用于驱动转盘旋转的电机，转盘的两侧对称设有环形结构的抛光盘，两个抛光盘对应转盘的一侧均设有可拆卸的抛光垫，抛光盘远离转盘的一侧设有直线驱动机构；转盘沿周向设有多个放置晶圆的存放孔，抛光盘远离抛光垫的一侧均设有用于晶圆抛光用的抛光油供油装置和晶圆清洗用的清洗液供液装置，还设有油液回收装置。本发明还提出一种晶圆再生控制系统，本发明可有效提高再生晶圆表面氧化物腐蚀效果的稳定性，提高晶圆再生的处理效率以及晶圆再生的品质。

权利要求

1.一种晶圆再生处理装置，包括底座(1)，其特征在于，所述底座(1)上设有可水平和竖直方向旋转摆动的夹持臂(2)，所述底座(1)的上方固定设有用于夹持臂(2)摆动的旋转气缸(3)；

所述夹持臂(2)的两侧呈环形结构；

所述夹持臂(2)的内部设有与环形侧壁共轴的转盘(4)，夹持臂(2)的一侧设有用于驱动所述转盘(4)旋转的电机(6)，所述电机(6)通过悬架(7)固定在夹持臂(2)上；

所述转盘(4)的两侧对称设有环形结构的抛光盘(8)，两个所述抛光盘(8)对应转盘(4)的一侧均设有可拆卸的抛光垫(9)，所述抛光盘(8)远离转盘(4)的一侧设有直线驱动机构；

所述转盘(4)沿周向设有多个放置晶圆的存放孔(5)，所述存放孔(5)与抛光垫(9)的环形垫宽相对应；

所述抛光盘(8)远离抛光垫(9)的一侧均设有用于晶圆抛光用的抛光油供油装置；

所述抛光盘(8)远离抛光垫(9)的一侧设有用于晶圆清洗用的清洗液供液装置；

其中，一侧的所述抛光盘(8)上设有油液回收装置。

2.根据权利要求1所述的一种晶圆再生处理装置，其特征在于，所述转盘(4)的厚度与待处理晶圆厚度相适配。

3.根据权利要求1所述的一种晶圆再生处理装置，其特征在于，所述抛光垫(9)的垫面上设有交错连通的浅纹细槽。

4.根据权利要求1所述的一种晶圆再生处理装置，其特征在于，所述直线驱动机构为伸缩气缸(13)，所述伸缩气缸(13)采用多个，以均布的方式固定设置在夹持臂(2)侧部的环形臂上，所述伸缩气缸(13)的输出端固定在抛光盘(8)上。

5.根据权利要求4所述的一种晶圆再生处理装置，其特征在于，所述抛光盘(8)与夹持臂(2)之间还设有直线导向辅助机构，所述直线导向辅助机构包括光轴杆(11)和轴套(12)，所述轴套(12)贯穿固定在夹持臂(2)的侧臂上，且均布在相邻所述直线驱动机构之间，所述光轴杆(11)活动连接在轴套(12)内，所述轴套(12)的内径与光轴杆(11)相适配，所述光轴杆(11)的一端固定在抛光盘(8)上。

6.根据权利要求4所述的一种晶圆再生处理装置，其特征在于，所述抛光油供油装置包括供油泵、与所述供 油泵相连的供油总管(14)，所述供油总管(14)环绕设置在抛光盘(8)的盘臂上，所述供油总管(14)上设有多个喷油管(15)，且均布设置在抛光盘(8)的内环周向上，所述喷油管(15)的喷嘴延伸至抛光垫(9)的一侧，且与抛光垫(9)之间设有间隙。

7.根据权利要求4所述的一种晶圆再生处理装置，其特征在于，所述供液装置包括供液泵、与所述供 液泵相连的供液总管(16)，所述供液总管(16)环绕设置在供油总管(14)的一侧，所述供液总管(16)上设有多个喷液管(17)，且均布设置在抛光盘(8)的内环周向上，所述喷液管(17)的喷嘴延伸至抛光垫(9)的一侧，且与抛光垫(9)之间设有间隙。

8.根据权利要求7所述的一种晶圆再生处理装置，其特征在于，所述供液泵的进液端连接有三通电磁阀(20)，所述三通电磁阀(20)包括两进一出，两个进路分别连接至用于晶圆表面氧化膜腐蚀用的化学试剂管和抛光后的清洗试剂管。

9.根据权利要求4所述的一种晶圆再生处理装置，其特征在于，所述油液回收装置包括环形结构的回流瓦(10)，所述回流瓦(10)设置在一侧的抛光盘(8)上，所述抛光盘(8)的周向上设有多个用于悬浮支撑回流瓦(10)的支架(18)，所述回流瓦(10)的环形横截面与该抛光盘(8)上的抛光垫(9)相对应，所述回流瓦(10)的底部设有回流接口(19)，所述回流接口(19)上设有四通电磁阀(21)，所述四通电磁阀(21)包括一进三出，三个出路分别连接腐蚀液回收装置、抛光油回收处理装置和清洗液回收处理装置。

10.一种晶圆再生控制系统，用在权利要求1‑9任一项所述晶圆再生处理装置中，其特征在于，包括处理器，与所述处理器电性相连各驱动控制模块；

所述驱动控制模块包括电机驱动控制模块、旋转气缸驱动控制模块、伸缩气缸驱动控制模块、供油泵驱动控制模块、供液泵驱动控制模块、阀驱动控制模块；

还包括用于存储各驱动控制模块驱动程序的存储模块。

说明书

一种晶圆再生处理装置及控制系统

技术领域

[0001] 本发明属于晶圆再生技术领域，具体涉及一种晶圆再生处理装置及控制系统。

背景技术

[0002] 硅片按照在晶圆厂的应用场景不同，可以分为正片和用于监控测试的控片和挡片，正片是直接用于半导体加工，而控片和挡片主要用于监控测试的硅片。

[0003] 其中，挡片的作用主要是维持机台的稳定性，主要应用场景，用于正片晶圆发生化学物理反应阶段，挡片被用于隔绝制程条件较差的地方以及填充产品不足时空出的位置，
使反应气体与被加工硅片均匀接触、均匀受热，沉淀或生长均匀的高质量薄膜，每道制程都
需要挡片以追求产品正常，导致挡片用量大，且随着制程推进，需求有扩大趋势。

[0004] 挡片的来源主要为全新晶圆以及再生晶圆，圆再生就是将用过的挡片或控片回收，经过化学浸泡，物理研磨等处理方法将挡片、控片表面因测试而产生的氧化膜、金属颗
粒残留等去掉，使他们能够重新具备测试和稳定机台稳定性的功能。

[0005] 而现有对挡片收回晶圆再生的工艺，一般采用化学腐蚀、机械研磨和清洗，现有的处理工艺中，存在一下问题，1)、化学腐蚀，化学试剂腐蚀随着反应进程的不断进行，其溶液
浓度不断变化，导致腐蚀用的化学试剂浓度控制难度较高，再生晶圆表面氧化物腐蚀效果
也不稳定，2)、化学腐蚀、机械研磨和清洗阶段采用在不同的设备进行分步完成，晶圆再生
处理效率低下，且工作量大。为此，我们提出一种多个晶圆同步双面连续再生处理的装置及
方法。

发明内容

[0006] 本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种晶圆再生处理装置及控制系统。

[0007] 为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

[0008] 设计一种晶圆再生处理装置，包括底座，所述底座上设有可水平和竖直方向旋转摆动的夹持臂，所述底座的上方固定设有用于夹持臂摆动的旋转气缸；

[0009] 所述夹持臂的两侧呈环形结构；

[0010] 所述夹持臂的内部设有与环形侧壁共轴的转盘，夹持臂的一侧设有用于驱动所述转盘旋转的电机，所述电机通过悬架固定在夹持臂上；

[0011] 所述转盘的两侧对称设有环形结构的抛光盘，两个所述抛光盘对应转盘的一侧均设有可拆卸的抛光垫，所述抛光盘远离转盘的一侧设有直线驱动机构；

[0012] 所述转盘沿周向设有多个放置晶圆的存放孔，所述存放孔与抛光垫的环形垫宽相对应；

[0013] 所述抛光盘远离抛光垫的一侧均设有用于晶圆抛光供油装置；

[0014] 所述抛光盘远离抛光垫的一侧设有用于晶圆表面处理的供液装置；

[0015] 其中，一侧的所述抛光盘上设有油液回收装置。

[0016] 与现有技术相比，采用了上述技术方案的晶圆再生处理，具有如下有益效果：

[0017] 一、采用本发明的晶圆再生处理装置，通过晶圆表面旋转喷淋腐蚀的方式进行氧化膜腐蚀处理，可在晶圆表面形成一层流动的腐蚀液膜，可确保晶圆化学腐蚀时，化学试剂
溶液浓度维持在最佳腐蚀浓度处理范围内，可有效提高再生晶圆表面氧化物腐蚀效果的稳
定性。

[0018] 二、本发明采用多个晶圆双面同步处理的方式，来提高晶圆再生的处理能力，并采用化学腐蚀、机械研磨抛光和晶圆清洗三个工序分步连续完成，处理过程中无须对晶圆进
行工序转移，进一步提高晶圆再生处理的效率，同时也大大降低了劳动强度和工作量。

[0019] 三、本发明通过在晶圆表面形成流动的抛光油膜和清洗液膜，可及时清除研磨抛光下来的颗粒，对再生晶圆在研磨抛光以及清洗阶段起到良好的保护，提高再生晶圆的品
质。

[0020] 进一步的，所述转盘的厚度与待处理晶圆厚度相适配，转盘在高速旋转过程中，可使晶圆表面与抛光垫充分接触，对晶圆表面氧化物起到研磨抛光的作用。

[0021] 进一步的，所述抛光垫的垫面上设有交错连通的浅纹细槽，浅纹细槽的设置起到两个作用，一方面有利油液顺利通过抛光垫面，另一方面可将油液均布分布在抛光垫面上，
并在抛光垫面与晶圆表面之间形成一个油面或液面。

[0022] 进一步的，所述直线驱动机构为伸缩气缸，所述伸缩气缸采用多个，以均布的方式固定设置在夹持臂侧部的环形臂上，所述伸缩气缸的输出端固定在抛光盘上，伸缩气缸可
驱动抛光盘加持在转盘的两侧。

[0023] 进一步的，所述抛光盘与夹持臂之间还设有直线导向辅助机构，所述直线导向辅助机构包括光轴杆和轴套，所述轴套贯穿固定在夹持臂的侧臂上，且均布在相邻所述直线
驱动机构之间，所述光轴杆活动连接在轴套内，所述轴套的内径与光轴杆相适配，所述光轴
杆的一端固定在抛光盘上，直线导向辅助机构对抛光盘的移动起到良好的支撑作用，减小
伸缩气缸的承载负荷。

[0024] 进一步的，所述抛光油供油装置包括供油泵、与所述共油泵相连的供油总管，所述供油总管环绕设置在抛光盘的盘臂上，所述供油总管上设有多个喷油管，且均布设置在抛
光盘的内环周向上，所述喷油管的喷嘴延伸至抛光垫的一侧，且与抛光垫之间设有间隙，对
再生晶圆进行研磨抛光时，转盘处于高速旋转状态，通过均布的喷油管可向转盘的盘根喷
淋抛光液，喷淋在转盘上的抛光液在离心的作用下，沿抛光垫上的浅纹细槽穿过转盘，从而
在再生晶圆表面形成一层抛光油膜，在抛光液不断的喷入，使再生晶圆表面上形成一个流
动的抛光油膜，流动的抛光油膜一方面可提高再生晶圆表面抛光效率，另一方面可将再生
晶圆表面研磨抛光下来的氧化物顺着流动油膜排出，避免研磨下来的氧化物对再生晶圆表
面造成伤害。

[0025] 进一步的，所述供液装置包括供液泵、与所述共液泵相连的供液总管，所述供液总管环绕设置在供油总管的一侧，所述供液总管上设有多个喷液管，且均布设置在抛光盘的
内环周向上，所述喷液管的喷嘴延伸至抛光垫的一侧，且与抛光垫之间设有间隙。与上述抛
光液一样，喷淋的液体会在再生晶圆表面形成一层流动液膜。

[0026] 进一步的，所述供液泵的进液端连接有三通电磁阀，所述三通电磁阀包括两进一出，两个进路分别连接至用于晶圆表面氧化膜腐蚀用的化学试剂管和抛光后的清洗试剂
管，再生晶圆表面氧化膜腐蚀阶段，晶圆表面形成一层流动的化学试剂液膜，流动的化学试
剂液膜在晶圆表面停留时间短，使其在晶圆表面形成一个微小变化浓度梯度，此梯度浓度
变化可以忽略不计，故可在晶圆表面形成一个恒定浓度的腐蚀试剂浓度，进而提高对再生
晶圆表面氧化物处理的稳定性；再生晶圆表面清洗阶段，可在再生晶圆表面形成一层流动
的清洗液，可有效清除研磨抛光下来的细微颗粒，提高再生晶圆的清洗能力。

[0027] 进一步的，所述油液回收装置包括环形结构的回流瓦，所述回流瓦设置在一侧的抛光盘上，所述抛光盘的周向上设有多个用于悬浮支撑回流瓦的支架，所述回流瓦的环形
横截面与该抛光盘上的抛光垫相对应，所述回流瓦的底部设有回流接口，所述回流接口上
设有四通电磁阀，所述四通电磁阀包括一进三出，三个出路分别连接腐蚀液回收装置、抛光
油回收处理装置和清洗液回收处理装置，回流瓦用于回收离心排出的废液，废液包括腐蚀
废液、抛光废油、清洗废液，并通过回流接口排放到对应废液的收集装置内。

[0028] 本发明还提出一种晶圆再生控制系统，包括处理器，与所述处理器电性相连各驱动控制模块；

[0029] 所述驱动控制模块包括电机驱动控制模块、旋转气缸驱动控制模块、伸缩气缸驱动控制模块、供油泵驱动控制模块、供液泵驱动控制模块、阀驱动控制模块。

[0030] 还包括用于存储各驱动控制模块驱动程序的存储模块。

附图说明

[0031] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

[0032] 图1是本发明的立体结构示意图；

[0033] 图2是本发明的侧视图；

[0034] 图3是本发明中关于供油总管和供液总管的分布结构示意图；

[0035] 图4是本发明中关于转盘所在横截面的截面结构示意图；

[0036] 图5是本发明中关于实施例装置的变化状态演示结构示意图；

[0037] 图中标记为：底座1、夹持臂2、旋转气缸3、转盘4、存放孔5、电机6、悬架7、抛光盘8、抛光垫9、回流瓦10、光轴杆11、轴套12、伸缩气缸13、供油总管14、喷油管15、供液总管16、喷
液管17、支架18、回流接口19、四通电磁阀20。

具体实施方式

[0038] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术
语“安装”、“设有”、“连接”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
一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解
上述术语在本发明中的具体含义。

[0039] 现结合说明书附图，详细说明本发明的结构特点。

[0040] 参见图1‑2，一种晶圆再生处理装置，包括底座1，底座1上设有可水平和竖直方向旋转摆动的夹持臂2，底座1的上方固定设有用于夹持臂2摆动的旋转气缸3，旋转气缸3可驱
动夹持臂2转动，使夹持臂2处于水平或竖直两种状态(参见图5)，处于水平状态时，用于再
生晶圆的上料，处于竖直状态时，用于再生晶圆的表面处理。

[0041] 参见图1‑2，夹持臂2的两侧呈环形结构，夹持臂2的内部设有与环形侧壁共轴的转盘4，夹持臂2的一侧设有用于驱动转盘4旋转的电机6，电机6通过悬架7固定在夹持臂2上，
电机6用于驱动转盘4进行转动，其转速可调，可根据不同的处理阶段设定不同的转速。

[0042] 参见图1，转盘4的两侧对称设有环形结构的抛光盘8，两个抛光盘8对应转盘4的一侧均设有可拆卸的抛光垫9，采用可拆卸的抛光垫9，便于后续抛光垫9的更换，转盘4的厚度
与待处理晶圆厚度相适配，转盘4在高速旋转过程中，可使晶圆表面与抛光垫9充分接触，对
晶圆表面氧化物起到研磨抛光的作用。

[0043] 参见图1，抛光盘8远离转盘4的一侧设有直线驱动机构，直线驱动机构为伸缩气缸13，伸缩气缸13采用多个，以均布的方式固定设置在夹持臂2侧部的环形臂上，伸缩气缸13
的输出端固定在抛光盘8上，伸缩气缸13起到对抛光盘8推动作用，可使转盘4两侧的抛光盘
8相互夹持。抛光盘8与夹持臂2之间还设有直线导向辅助机构，直线导向辅助机构包括光轴
杆11和轴套12，轴套12贯穿固定在夹持臂2的侧臂上，且均布在相邻直线驱动机构之间，光
轴杆11活动连接在轴套12内，轴套12的内径与光轴杆11相适配，光轴杆11的一端固定在抛
光盘8上，直线导向辅助机构对抛光盘8的移动起到良好的支撑作用，减小伸缩气缸13的负
荷，对伸缩气缸13起到保护作用。

[0044] 参见图1，转盘4沿周向设有多个放置晶圆的存放孔5，存放孔5与抛光垫9的环形垫宽相对应，多个存放孔5的设置可以一个批次可以处理多个再生晶圆，并且存放孔5为贯穿
孔，位于存放孔5内的再生晶圆，其两个侧面均能与两侧的抛光垫9相互接触，在转盘4的驱
动下，再生晶圆进行旋转，抛光垫9保持静止，从而实现再生晶圆的多个晶圆同步双面处理，
提高再生晶圆的处理效率。

[0045] 参见图1，抛光垫9的垫面上设有交错连通的浅纹细槽，浅纹细槽的设置起到两个作用，一方面有利油液顺利通过抛光垫9的表面，另一方面可将油液均布分布在抛光垫9的
表面上，并在抛光垫9与晶圆表面之间形成一个油面或液面。

[0046] 参见图1和3，抛光盘8远离抛光垫9的一侧均设有用于晶圆抛光用的抛光油供油装置，抛光油供油装置包括供油泵、与共油泵相连的供油总管14，供油总管14环绕设置在抛光
盘8的盘臂上，供油总管14上设有多个喷油管15，且均布设置在抛光盘8的内环周向上，喷油
管15的喷嘴延伸至抛光垫9的一侧，且与抛光垫9之间设有间隙，对再生晶圆进行研磨抛光
时，转盘4处于高速旋转状态，通过均布的喷油管15可向转盘4的盘根喷淋抛光液，喷淋在转
盘4上的抛光液在离心的作用下，沿抛光垫9上的浅纹细槽穿过转盘4，从而在再生晶圆表面
形成一层抛光油膜，在抛光液不断的喷入，使再生晶圆表面上形成一个流动的抛光油膜，流
动的抛光油膜一方面可提高再生晶圆表面抛光效率，另一方面可将再生晶圆表面研磨抛光
下来的氧化物顺着流动油膜排出，避免研磨下来的氧化物对再生晶圆表面造成伤害。

[0047] 参见图1和3，抛光盘8远离抛光垫9的一侧设有用于晶圆清洗用的清洗液供液装置，供液装置包括供液泵、与共液泵相连的供液总管16，供液总管16环绕设置在供油总管14
的一侧，供液总管16上设有多个喷液管17，且均布设置在抛光盘8的内环周向上，喷液管17
的喷嘴延伸至抛光垫9的一侧，且与抛光垫9之间设有间隙，与上述抛光液一样，喷淋的液体
会在再生晶圆表面形成一层流动液膜，供液泵的进液端连接有三通电磁阀20，三通电磁阀
20包括两进一出，两个进路分别连接至用于晶圆表面氧化膜腐蚀用的化学试剂管和抛光后
的清洗试剂管，再生晶圆表面氧化膜腐蚀阶段，晶圆表面形成一层流动的化学试剂液膜，流
动的化学试剂液膜在晶圆表面停留时间短，使其在晶圆表面形成一个微小变化浓度梯度，
此梯度浓度变化可以忽略不计，因此，可以认为晶圆表面形成一个恒定浓度的腐蚀试剂浓
度，进而提高对再生晶圆表面氧化物处理的稳定性；再生晶圆表面清洗阶段，可在再生晶圆
表面形成一层流动的清洗液，可有效清除研磨抛光下来的细微颗粒，提高再生晶圆的清洗
能力。

[0048] 参见图1、2和4，其中，一侧的抛光盘8上设有油液回收装置，油液回收装置包括环形结构的回流瓦10，回流瓦10设置在一侧的抛光盘8上，抛光盘8的周向上设有多个用于悬
浮支撑回流瓦10的支架18，回流瓦10的环形横截面与该抛光盘8上的抛光垫9相对应，回流
瓦10的底部设有回流接口19，回流接口19上设有四通电磁阀21，四通电磁阀21包括一进三
出，三个出路分别连接腐蚀液回收装置、抛光油回收处理装置和清洗液回收处理装置，回流
瓦用于回收离心排出的废液，废液包括腐蚀废液、抛光废油、清洗废液，并通过回流接口排
放到对应废液的收集装置内。

[0049] 本发明还提出一种晶圆再生控制系统，包括处理器，与处理器电性相连各驱动控制模块；

[0050] 驱动控制模块包括电机驱动控制模块、旋转气缸驱动控制模块、伸缩气缸驱动控制模块、供油泵驱动控制模块、供液泵驱动控制模块、阀驱动控制模块，电机驱动控制模块
用于控制电机的启停以及转速，旋转气缸驱动控制模块用于控制旋转气缸的旋转角度，使
夹持臂处于水平或竖直状态，伸缩气缸驱动控制模块用于控制伸缩气缸的伸缩以及伸缩范
围，供油泵驱动控制模块用于控制供油泵的供油启停以及供油量，供液泵驱动控制模块用
于控制供液泵的启停以及供液量，阀驱动控制模块用于控制三通电磁阀、四通电磁阀的开
启以及通路。还包括用于存储各驱动控制模块驱动程序的存储模块

[0051] 本发明的晶圆再生处理装置及控制系统，通过晶圆表面旋转喷淋腐蚀的方式进行氧化膜腐蚀处理，可在晶圆表面形成一层流动的腐蚀液膜，可确保晶圆化学腐蚀时，化学试
剂溶液浓度维持在最佳腐蚀浓度处理范围内，可有效提高再生晶圆表面氧化物腐蚀效果的
稳定性，另外，采用多个晶圆双面同步处理的方式，来提高晶圆再生的处理能力，并采用化
学腐蚀、机械研磨抛光和晶圆清洗三个工序分步连续完成，处理过程中无须对晶圆进行工
序转移，进一步提高晶圆再生处理的效率，同时也大大降低了劳动强度和工作量，通过在晶
圆表面形成流动的抛光油膜和清洗液膜，可及时清除研磨抛光下来的颗粒，对再生晶圆在
研磨抛光以及清洗阶段起到良好的保护，提高再生晶圆的品质。

[0052] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施
例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精
神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。