本發(fā)明涉及晶圓清洗領(lǐng)域，特別是化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備和工作過(guò)程。

背景技術(shù)：

隨著集成電路（Integrated circuit，IC）制造技術(shù)的不斷發(fā)展，芯片特征尺寸越來(lái)越小，互連層數(shù)越來(lái)越多，晶圓直徑也不斷增大。要實(shí)現(xiàn)多層布線，晶圓表面必須具有極高的平整度、光滑度和潔凈度，而化學(xué)機(jī)械拋光（Chemical Mechanical Planarization，CMP）是目前最有效的晶圓平坦化技術(shù)，與光刻、刻蝕、離子注入、薄膜沉積一起被稱為IC制造過(guò)程最核心的五大關(guān)鍵技術(shù)。

由于拋光片的分界面化學(xué)反應(yīng)和研磨微粒的存在，在CMP工藝中，必然會(huì)引入表面缺陷和玷污，在晶片表面全局平坦化之后，必須進(jìn)行有效的清洗來(lái)實(shí)現(xiàn)CMP工藝的優(yōu)點(diǎn)。為了確保得到進(jìn)一步金屬化所需要的無(wú)缺陷無(wú)玷污的晶片表面，CMP后清洗工藝是必要步驟。

典型的CMP后清洗制程包括兆聲清洗、刷洗、旋轉(zhuǎn)干燥等，兆聲清洗作為其中關(guān)鍵一環(huán)，其清洗效果的好壞影響最終的晶圓清洗效果。兆聲清洗是由高能（850kHz）頻振效應(yīng)并結(jié)合化學(xué)清洗劑的化學(xué)反應(yīng)對(duì)晶圓表面進(jìn)行清洗，在清洗時(shí)由換能器發(fā)出波長(zhǎng)為1.5μm、頻率為0.8MHz的高能聲波。溶液分子在這種聲波的推動(dòng)下做加速運(yùn)動(dòng)，最大瞬時(shí)速度可達(dá)到30cm/s，以高速的流體波連續(xù)沖擊晶圓表面，使得晶圓表面附著的污染物和細(xì)小微粒被強(qiáng)制除去，通常兆聲清洗可去掉晶圓表面上小于0.2μm的粒子。在此過(guò)程中，為了使晶圓表面清洗均勻以及清洗效果的一致性，晶圓需勻速旋轉(zhuǎn)，從而使得晶圓表面均勻的被沖刷，避免晶圓表面清洗不全面現(xiàn)象。但是兆聲清洗過(guò)程決定了對(duì)晶圓表面實(shí)施清洗的槽體必須是密閉的、不泄露的，同時(shí)晶圓處于被化學(xué)液浸泡狀態(tài)，無(wú)法直接辨別晶圓的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此如何檢測(cè)兆聲清洗過(guò)程晶圓旋轉(zhuǎn)狀態(tài)一直尚待解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種兆聲清洗中晶圓轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置、清洗系統(tǒng)及其工作過(guò)程，要解決兆聲清洗中晶圓轉(zhuǎn)速無(wú)法檢測(cè)的技術(shù)問(wèn)題；并解決提高工作效率和工作質(zhì)量的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種兆聲清洗中晶圓轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置，所述檢測(cè)裝置與從動(dòng)帶輪組件連接，包括內(nèi)置于晶圓轉(zhuǎn)子一端的鍵槽內(nèi)的第二磁芯、內(nèi)嵌于晶圓轉(zhuǎn)子帶輪套的第一磁芯、連接在從動(dòng)帶輪端部的計(jì)數(shù)盤(pán)和設(shè)置在計(jì)數(shù)盤(pán)側(cè)邊的轉(zhuǎn)速傳感器。

所述第二磁芯位于裝置的中心位置、第一磁芯位于第二磁芯的一側(cè)，且兩者呈異性放置，即N極-S極-N極-S極或者S極-N極-S極-N極。

所述計(jì)數(shù)盤(pán)通過(guò)連接件與從動(dòng)帶輪連接。

所述計(jì)數(shù)盤(pán)呈圓形，其圓周上發(fā)散狀設(shè)有計(jì)數(shù)齒，計(jì)數(shù)盤(pán)的盤(pán)面上在環(huán)向上均勻間隔開(kāi)有一圈穿過(guò)連接件的連接孔。

還包括檢測(cè)控制電路，包括依次信號(hào)連接的將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路、電壓電流轉(zhuǎn)換電路、電壓放大電路和數(shù)據(jù)采集電路。

所述轉(zhuǎn)速傳感器的檢測(cè)端位于計(jì)數(shù)盤(pán)的計(jì)數(shù)齒的旋轉(zhuǎn)路徑上，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)計(jì)數(shù)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)速度。

一種如所述的兆聲清洗中晶圓轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置的清洗系統(tǒng)，包括兆聲清洗槽、連接在兆聲清洗槽上的兆聲發(fā)生裝置以及設(shè)置在兆聲清洗槽內(nèi)的第一主動(dòng)帶輪、第二主動(dòng)帶輪和從動(dòng)帶輪組件，所述從動(dòng)帶輪組件包括晶圓轉(zhuǎn)子，所述晶圓轉(zhuǎn)子為柱形，其一端中心沿長(zhǎng)向開(kāi)有柱形鍵槽形成鍵槽段、另一端沿環(huán)向開(kāi)有卡接晶圓的卡槽形成卡槽段、且鍵槽段和卡槽段兩者之間通過(guò)過(guò)渡段連接，所述晶圓轉(zhuǎn)子的鍵槽段外側(cè)依次套接有晶圓轉(zhuǎn)子護(hù)罩、晶圓轉(zhuǎn)子帶輪套和從動(dòng)帶輪，其中晶圓轉(zhuǎn)子帶輪套上開(kāi)有鍵槽。

還包括檢測(cè)裝置，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)兆聲清洗槽內(nèi)晶圓旋轉(zhuǎn)的速度，從而對(duì)槽體內(nèi)晶圓的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。

所述檢測(cè)裝置的第二磁芯為柱形、沿晶圓轉(zhuǎn)子長(zhǎng)向內(nèi)置于晶圓轉(zhuǎn)子的鍵槽內(nèi)，第一磁芯為條形、沿晶圓轉(zhuǎn)子帶輪套長(zhǎng)向內(nèi)嵌于晶圓轉(zhuǎn)子帶輪套的鍵槽內(nèi)，晶圓旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)從動(dòng)帶輪組件旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)裝置通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器對(duì)計(jì)數(shù)盤(pán)的檢測(cè)實(shí)時(shí)對(duì)晶圓旋轉(zhuǎn)速度的檢測(cè)。

所述兆聲清洗槽包括兆聲清洗槽外槽和置于兆聲清洗槽外槽內(nèi)的兆聲清洗槽內(nèi)槽，兆聲清洗槽外槽與兆聲清洗槽內(nèi)槽形成封閉腔體，其中兆聲清洗槽內(nèi)槽的底部突出兆聲清洗槽外槽、且與兆聲發(fā)生裝置連接，兆聲發(fā)生裝置由下而上發(fā)出兆聲波，兆聲發(fā)生裝置與兆聲清洗槽內(nèi)槽之間密封連接。

兆聲清洗槽內(nèi)槽的上端口兆聲清洗槽外槽內(nèi)部連通，兩者通過(guò)循環(huán)管路連通，兆聲清洗槽內(nèi)槽內(nèi)充滿化學(xué)液，晶圓置于兆聲清洗槽內(nèi)槽中、且完全浸泡在化學(xué)液中，化學(xué)液在兆聲清洗槽外槽和兆聲清洗槽內(nèi)槽之間進(jìn)行循環(huán)，兆聲清洗槽外槽內(nèi)化學(xué)液經(jīng)過(guò)循環(huán)管路進(jìn)入兆聲清洗槽內(nèi)槽，再由兆聲清洗槽內(nèi)槽的上端口溢出流入兆聲清洗槽外槽。

所述循環(huán)管路的起始端連接在兆聲清洗槽外槽的底部、終止端連接在兆聲清洗槽內(nèi)槽的下部；循環(huán)管路上依次串聯(lián)有循環(huán)路通斷閥、循環(huán)泵、溫控器、過(guò)濾器和流量計(jì)，其中過(guò)濾器上另外連通有一支路，該支路上串聯(lián)有排液閥，用于控制兆聲清洗過(guò)程化學(xué)液的循環(huán)。

第一主動(dòng)帶輪和第二主動(dòng)帶輪結(jié)構(gòu)相同、水平方向上間隔設(shè)置連接在兆聲清洗槽內(nèi)槽下部，兩者之間通過(guò)皮帶連接，且第一主動(dòng)帶輪與電機(jī)信號(hào)連接。

所述第一主動(dòng)帶輪的內(nèi)端置于兆聲清洗槽內(nèi)槽內(nèi)、環(huán)向設(shè)有卡接晶圓的卡槽，外端置于兆聲清洗槽內(nèi)槽外側(cè)且與皮帶連接。

第一主動(dòng)帶輪和第二主動(dòng)帶輪與兆聲清洗槽內(nèi)槽密封連接，不會(huì)發(fā)生泄漏。

所述從動(dòng)帶輪組件位于第一主動(dòng)帶輪和第二主動(dòng)帶輪之間的下方位置，從動(dòng)帶輪組件的晶圓轉(zhuǎn)子的卡槽段位于兆聲清洗槽內(nèi)槽內(nèi)側(cè)，從動(dòng)帶輪組件、第一主動(dòng)帶輪和第二主動(dòng)帶輪三者上卡接晶圓的卡槽均與晶圓相切，三個(gè)切點(diǎn)的連線是與晶圓外輪廓相適應(yīng)的弧形線，晶圓即置于三者形成的支撐弧面上。

從動(dòng)帶輪組件通過(guò)晶圓轉(zhuǎn)子護(hù)罩與兆聲清洗槽內(nèi)槽密封連接，不會(huì)發(fā)生泄漏。

第一主動(dòng)帶輪和第二主動(dòng)帶輪在電機(jī)帶動(dòng)下通過(guò)皮帶直接旋轉(zhuǎn)，從動(dòng)帶輪組件處于自由狀態(tài)，第一主動(dòng)帶輪和第二主動(dòng)帶輪旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)處于其之上的晶圓逆向轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)從動(dòng)帶輪組件轉(zhuǎn)動(dòng)，晶圓轉(zhuǎn)動(dòng)方向與第一主動(dòng)帶輪、第二主動(dòng)帶輪和從動(dòng)帶輪組件的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。

一種如所述的清洗系統(tǒng)的工作過(guò)程，晶圓置于充滿化學(xué)液的兆聲清洗槽內(nèi)槽中、且置于第一主動(dòng)帶輪、第二主動(dòng)帶輪和從動(dòng)帶輪組件所形成的支撐弧面上，第一主動(dòng)帶輪、第二主動(dòng)帶輪在電機(jī)帶動(dòng)下通過(guò)皮帶直接旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)處于其之上的晶圓逆向轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)從動(dòng)帶輪組件轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)帶輪組件中與晶圓直接接觸的晶圓轉(zhuǎn)子隨即轉(zhuǎn)動(dòng)，在第一磁芯和第二磁芯異性相吸的磁力作用下，帶動(dòng)晶圓轉(zhuǎn)子帶輪套轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得從動(dòng)帶輪和計(jì)數(shù)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速傳感器隨即讀取轉(zhuǎn)動(dòng)速度，經(jīng)由能將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的檢測(cè)控制電路將信號(hào)輸出，可快速、精確、有效地完成晶圓旋轉(zhuǎn)檢測(cè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下特點(diǎn)和有益效果：

本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中長(zhǎng)期存在的問(wèn)題，采用這種裝置，可快速、精確、有效地完成晶圓旋轉(zhuǎn)檢測(cè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，而且成本低，有利于提高工作效率和質(zhì)量，可廣泛應(yīng)用于晶圓的化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）、減薄等領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明清洗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明檢測(cè)裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明傳感器檢測(cè)電路方框示意圖。

附圖標(biāo)記：1－兆聲清洗槽外槽、2－兆聲清洗槽內(nèi)槽、3－晶圓、4－電機(jī)、5－第一主動(dòng)帶輪、6－第二主動(dòng)帶輪、7－從動(dòng)帶輪組件、71-從動(dòng)帶輪、72-晶圓轉(zhuǎn)子護(hù)罩、73-晶圓轉(zhuǎn)子、74-晶圓轉(zhuǎn)子帶輪套、8－皮帶、9－兆聲發(fā)生裝置、10－循環(huán)路通斷閥、11-循環(huán)泵、12-溫控器、13-過(guò)濾器、14-排液閥、15-流量計(jì)、16-轉(zhuǎn)速傳感器、17-計(jì)數(shù)盤(pán)、18-第一磁芯、19-第二磁芯。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例參見(jiàn)圖1所示，該清洗系統(tǒng)包括兆聲清洗槽、連接在兆聲清洗槽上的兆聲發(fā)生裝置9以及設(shè)置在兆聲清洗槽內(nèi)的第一主動(dòng)帶輪5、第二主動(dòng)帶輪6和從動(dòng)帶輪組件7，參見(jiàn)圖2、圖3所示，所述從動(dòng)帶輪組件7包括晶圓轉(zhuǎn)子73，所述晶圓轉(zhuǎn)子73為柱形，其一端中心沿長(zhǎng)向開(kāi)有柱形鍵槽形成鍵槽段、另一端沿環(huán)向開(kāi)有卡接晶圓的卡槽形成卡槽段、且鍵槽段和卡槽段兩者之間通過(guò)過(guò)渡段連接，所述晶圓轉(zhuǎn)子73的鍵槽段外側(cè)依次套接有晶圓轉(zhuǎn)子護(hù)罩72、晶圓轉(zhuǎn)子帶輪套74和從動(dòng)帶輪71，其中晶圓轉(zhuǎn)子帶輪套74上開(kāi)有鍵槽；從動(dòng)帶輪71為金屬件，晶圓轉(zhuǎn)子護(hù)罩72、晶圓轉(zhuǎn)子73、晶圓轉(zhuǎn)子帶輪套74為塑料件。

該清洗系統(tǒng)還包括檢測(cè)裝置，所述檢測(cè)裝置與從動(dòng)帶輪組件7連接，包括內(nèi)置于晶圓轉(zhuǎn)子73一端的鍵槽內(nèi)的第二磁芯19、內(nèi)嵌于晶圓轉(zhuǎn)子帶輪套74的第一磁芯18、連接在從動(dòng)帶輪71端部的計(jì)數(shù)盤(pán)17和設(shè)置在計(jì)數(shù)盤(pán)17側(cè)邊的轉(zhuǎn)速傳感器16；所述第二磁芯19位于裝置的中心位置、第一磁芯18位于第二磁芯19的一側(cè)，且兩者呈異性放置；所述計(jì)數(shù)盤(pán)17通過(guò)連接件與從動(dòng)帶輪71連接；所述計(jì)數(shù)盤(pán)17呈圓形，其圓周上發(fā)散狀設(shè)有計(jì)數(shù)齒，計(jì)數(shù)盤(pán)17的盤(pán)面上在環(huán)向上均勻間隔開(kāi)有一圈穿過(guò)連接件的連接孔；所述轉(zhuǎn)速傳感器16的檢測(cè)端位于計(jì)數(shù)盤(pán)17的計(jì)數(shù)齒的旋轉(zhuǎn)路徑上；參見(jiàn)圖2、圖3所示，所述檢測(cè)裝置的第二磁芯19為柱形、沿晶圓轉(zhuǎn)子長(zhǎng)向內(nèi)置于晶圓轉(zhuǎn)子73的鍵槽內(nèi)，第一磁芯18為條形、沿晶圓轉(zhuǎn)子帶輪套長(zhǎng)向內(nèi)嵌于晶圓轉(zhuǎn)子帶輪套74的鍵槽內(nèi)。

參見(jiàn)圖4所示，該檢測(cè)裝置還包括檢測(cè)控制電路，包括依次信號(hào)連接的將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路、電壓電流轉(zhuǎn)換電路、電壓放大電路和數(shù)據(jù)采集電路，轉(zhuǎn)速傳感器16接收到的光信號(hào)經(jīng)過(guò)檢測(cè)控制電路進(jìn)行信號(hào)輸出和讀取。

所述兆聲清洗槽包括兆聲清洗槽外槽1和置于兆聲清洗槽外槽1內(nèi)的兆聲清洗槽內(nèi)槽2，兆聲清洗槽外槽1與兆聲清洗槽內(nèi)槽2形成封閉腔體，其中兆聲清洗槽內(nèi)槽2的底部突出兆聲清洗槽外槽1、且連接有兆聲發(fā)生裝置9，兆聲清洗槽內(nèi)槽2的上端口兆聲清洗槽外槽1內(nèi)部連通，兩者通過(guò)循環(huán)管路連通，所述循環(huán)管路上依次串聯(lián)有循環(huán)路通斷閥10、循環(huán)泵11、溫控器12、過(guò)濾器13和流量計(jì)15，其中過(guò)濾器13上另外連通有一支路，該支路上串聯(lián)有排液閥14；兆聲清洗槽外槽1內(nèi)化學(xué)液經(jīng)過(guò)循環(huán)管路進(jìn)入兆聲清洗槽內(nèi)槽2，清洗過(guò)程中，兆聲清洗槽內(nèi)槽2內(nèi)的化學(xué)液從上端口溢出流入兆聲清洗槽外槽1。

第一主動(dòng)帶輪5和第二主動(dòng)帶輪6結(jié)構(gòu)相同、水平方向上間隔設(shè)置連接在兆聲清洗槽內(nèi)槽2下部，兩者之間通過(guò)皮帶8連接，且第一主動(dòng)帶輪5與電機(jī)4信號(hào)連接；所述第一主動(dòng)帶輪5的內(nèi)端置于兆聲清洗槽內(nèi)槽2內(nèi)、環(huán)向設(shè)有卡接晶圓的卡槽，外端置于兆聲清洗槽內(nèi)槽2外側(cè)且與皮帶8連接；第一主動(dòng)帶輪5和第二主動(dòng)帶輪6與兆聲清洗槽內(nèi)槽2密封連接。

所述從動(dòng)帶輪組件7位于第一主動(dòng)帶輪5和第二主動(dòng)帶輪6之間的下方位置，從動(dòng)帶輪組件7的晶圓轉(zhuǎn)子73的卡槽段位于兆聲清洗槽內(nèi)槽2內(nèi)側(cè)，從動(dòng)帶輪組件7、第一主動(dòng)帶輪5和第二主動(dòng)帶輪6三者上卡接晶圓的卡槽均與晶圓相切，三個(gè)切點(diǎn)的連線是與晶圓外輪廓相適應(yīng)的弧形線；從動(dòng)帶輪組件7通過(guò)晶圓轉(zhuǎn)子護(hù)罩72與兆聲清洗槽內(nèi)槽2密封連接。

本發(fā)明清洗系統(tǒng)的工作過(guò)程，參見(jiàn)圖1、圖4所示，晶圓3置于充滿化學(xué)液的兆聲清洗槽內(nèi)槽2中、且置于第一主動(dòng)帶輪5、第二主動(dòng)帶輪6和從動(dòng)帶輪組件7所形成的支撐弧面上，第一主動(dòng)帶輪5、第二主動(dòng)帶輪6在電機(jī)4帶動(dòng)下通過(guò)皮帶8直接旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)處于其之上的晶圓3逆向轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)從動(dòng)帶輪組件7轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)帶輪組件7中與晶圓直接接觸的晶圓轉(zhuǎn)子20隨即轉(zhuǎn)動(dòng)，在第一磁芯18和第二磁芯19異性相吸的磁力作用下，帶動(dòng)晶圓轉(zhuǎn)子帶輪套74轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得從動(dòng)帶輪71和計(jì)數(shù)盤(pán)17轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速傳感器16隨即讀取轉(zhuǎn)動(dòng)速度，經(jīng)由能將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的檢測(cè)控制電路將信號(hào)輸出，可快速、精確、有效地完成晶圓旋轉(zhuǎn)檢測(cè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。