晶圓清洗設備的轉軸裝置的製作方法
2023-05-22 00:25:01 1
專利名稱：晶圓清洗設備的轉軸裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種半導體的清洗設備，特別是涉及一種晶圓清洗設備的轉軸裝置。
背景技術：
如圖1所示，一般而言，晶圓(Wafer)10在經過化學機械研磨製程(ChemicalMechanical Polish，CMP)之後，所述晶圓10的表面會附著許多研磨過程所產生的顆粒、介電層微粒，及金屬離子等附著物。為避免上述附著物影響後續的晶圓製程，必須接著進行晶圓清洗製程來加以去除這些附著物。
現有的晶圓清洗製程有許多種類型，其中一種晶圓清洗製程是利用一使用清洗液的晶圓清洗設備1，該晶圓清洗設備1包含一可容置清洗液的清洗容器11、一穿設於該清洗容器11周壁上的轉軸裝置2、一驅動該轉軸裝置2轉動的動力單元12、一連接該動力單元12與轉軸裝置2的第一連動單元13、二可轉動地間隔設置在該清洗容器11中的清洗刷14，及二分別連接該二清洗刷14與轉軸裝置2的第二連動單元15。
如圖1、2所示，該第一連動單元13具有一固設在該轉軸裝置2一側的外滑輪131，及一環繞於該外滑輪131與動力單元12上的傳動皮帶132。每一第二連動單元15具有一固設在該轉軸裝置2另一側的內滑輪151、一環繞該內滑輪151與每一清洗刷14的皮帶152，及一固定在該內滑輪151表面上的金屬片153。
利用該動力單元12透過該第一連動單元13的傳動皮帶132、外滑輪131帶動該轉軸裝置2的轉動，進而透過該二第二連動單元15的內滑輪151，使該二清洗刷14產生旋轉運動。所述的晶圓10是位於該二轉動的清洗刷14之間，該二清洗刷14噴射出清洗液，以洗淨該晶圓10表面上的附著物。
如圖1、2所示，現有晶圓清洗設備1的轉軸裝置2包括一穿設於該清洗容器11周壁上的固定座21、二相間隔且平行地穿設於該固定座21的轉軸單元22、二分別套設於該轉軸單元22上並固定在該固定座21上的封蓋單元23，及二相互嚙合的齒輪24。而其中之一齒輪24是與該第一連動單元13的外滑輪131固定連接。
該固定座21包括一穿設在該清洗容器11上的座體211，及二貫通地設於該座體211上的軸孔212。
每一轉軸單元22包括一可轉動地分別穿伸於該固定座21的每一軸孔212中且呈圓形長杆狀的轉軸221，及二間隔設置在每一軸孔212內以支撐該轉軸221旋轉的軸承222。每一轉軸221具有一穿出該固定座21並位於該清洗容器11外的第一軸部223，及一穿出該固定座21並位於該清洗容器11內的第二軸部224。該二齒輪24分別與該二轉軸221固定連接。
該第一連動單元13的外滑輪131是設置在其中之一轉軸221的第一軸部223上，並被一插銷26(Pin)而固定，當該外滑輪131被帶動時，會連動該轉軸221。
該二第二連動單元15的內滑輪151是分別設置在該二轉軸221的第二軸部224上，並被二插銷27穿入而固定，讓該二內滑輪151可隨該二轉軸221一起轉動。每一金屬片153是金屬材質所製成並被四螺絲28(因視角關係，圖2中只示出其二)固定。
如圖2、3所示，每一封蓋單元23是套設於該轉軸221的第二軸部224上，並具有一固定在該固定座21上且呈中空的封蓋231、一位於該封蓋231內且貼設於該第二軸部224外周面上的油封環232，及一用以抵壓該油封環232的油封蓋233。
該封蓋231的內周面可界定出一鄰近該固定座21的第一容置空間234，及一連通該第一容置空間234且直徑小於該第一容置空間234的第二容置空間235。該油封環232是容置在該第二容置空間235中，該油封環232具有一以金屬材質製成的金屬環層236，及一以塑膠材質所製成並包覆於該金屬環層236外周面的被覆環層237。該金屬環層236是用於強化該油封環232整體的強度而不致於容易變形。
如圖1、3所示，當該動力單元12透過該傳動皮帶132的傳動而使該外滑輪131轉動時，會連動與該外滑輪131固接的齒輪24轉動，藉由嚙合作用以帶動另一齒輪24，進而使該二轉軸221呈相向的轉動。接著，該二轉軸221會再連動該二內滑輪151轉動，經由該二皮帶152的傳動，使該二清洗刷14是作相向的轉動。
然而，用來清洗該晶圓10的清洗液為清水、一氯化硫(SCl)、氫氧化氨(NH4OH)，及雙氧水(H2O2)的組合所調配而成，具有高度的酸性與腐蝕性。而該二封蓋單元23的油封環232則是用於阻擋這些清洗液的入侵，使位於該固定座21內的軸承222免於被清洗液所侵蝕，而影響該二轉軸221的順暢性。
不幸的是，該二內滑輪151上的金屬片153是顯露於外，易被酸性且具腐蝕性的清洗液所侵蝕並釋放出金屬微粒，而每一轉軸221在一段時間的運轉後，會逐漸地磨耗掉每一油封環232的被覆環層237，當靠近所述轉軸221外周面的被覆環層237被磨光時，以金屬製成的金屬環層236就會顯露於外而被清洗液所鏽蝕，也會釋放出金屬微粒，使得清洗液被金屬微粒所汙染，進而影響其清洗效果，易使晶圓10產生缺陷(Defect)。另一方面，被磨耗的油封環232對於阻止清洗液侵入效果也會變得較差，使位於內部的軸承222容易被清洗液所鏽蝕，影響該二轉軸221運轉的順暢性。
實用新型內容本實用新型的目的是為了提供一種晶圓清洗設備的轉軸裝置，可減少因酸性的清洗液鏽蝕金屬所產生的金屬微粒汙染清洗液。
為達到上述目的，本實用新型晶圓清洗設備的轉軸裝置，裝設在一晶圓清洗設備上，該晶圓清洗設備包含一清洗容器、一可驅使該轉軸裝置轉動的動力單元，及一位於該清洗容器中並可被該轉軸裝置連動而轉動的清洗刷，該轉軸裝置包含一設置在該清洗容器上的固定座、一可相對該固定座轉動的轉軸單元，及一固設在該固定座上的封蓋單元。
該固定座包括一穿設在該清洗容器上的座體，及一貫通地設於該座體上的軸孔，該座體具有一位於該清洗容器外的第一表面，及一位於該清洗容器內的第二表面，該軸孔是自該第一表面延伸至該第二表面。
該轉軸單元包括一可轉動地穿伸於該固定座的軸孔中的轉軸，及一支撐該轉軸旋轉的軸承，該轉軸具有一凸出該座體的第一表面的第一軸部，及一凸出該座體的第二表面的第二軸部，該轉軸可界定出一呈軸向的中心軸線。
該封蓋單元套設在該轉軸的第二軸部上並具有一固定在該座體的第二表面上並呈中空的封蓋，及一貼設於該轉軸的第二軸部周面上的油封環。該封蓋的內周面可界定出沿該中心軸線並由大到小依序排列且彼此相互連通的一第一、第二，及第三容置空間，該第一容置空間是鄰近該第二表面，該油封環是呈實心環狀且為氟素塑膠材質所製成，該油封環具有一容置於該第三容置空間的凸環部，及一容置於該第二容置空間且直徑大於該凸環部的抵靠部。
本實用新型的功效在於將該油封環設計成實心環狀並為氟素塑料所製成，不會有金屬被清洗液鏽蝕而產生金屬微粒的問題，可改善現有的油封環在使用一段時間後，其油封環內的金屬環層被鏽蝕的缺點，因此，可以減少清洗液被金屬微粒所汙染的情況。
圖1是一立體圖，說明現有晶圓清洗設備的轉軸裝置是設置在一清洗容器中，可連動二清洗刷以清潔一晶圓。
圖2是一剖面側視圖，說明現有的轉軸裝置的組件與一內、外滑輪的設置位置。
圖3是一局部分解側視圖，說明現有轉軸裝置的封蓋單元的組成元件。
圖4是一剖面側視圖，說明本實用新型晶圓清洗設備的轉軸裝置的第一較佳實施例。
圖5是一立體分解圖，說明該轉軸裝置與一內滑輪、外滑輪，及一動力單元的態樣。
圖6是一局部分解側視圖，說明該轉軸裝置的封蓋單元構成元件。
圖7是一俯視圖，說明本實用新型晶圓清洗設備的轉軸裝置的第二較佳實施例，是配合二第一連動單元。
圖8是一局部剖面側視圖，用以輔助說明圖7。
具體實施方式
下面通過較佳實施例及附圖對本實用新型晶圓清洗設備的轉軸裝置進行詳細說明。在本實用新型被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明中，類似的元件是以相同的編號表示。
如圖4所示，並配合圖1，本實用新型晶圓清洗設備的轉軸裝置的第一較佳實施例，適於裝設在一晶圓清洗設備1上，該晶圓清洗設備1包含一清洗容器11、一動力單元12、一連接該動力單元12與轉軸裝置的第一連動單元13、二清洗刷14，及二分別連接該二清洗刷14與轉軸裝置的第二連動單元15。該第一連動單元13具有一設置在該轉軸裝置一側的外滑輪131，及一環套於該動力單元12與外滑輪131上的傳動皮帶132，該第二連動單元15具有一設置在該轉軸裝置另一側的內滑輪151，及一環套於該清洗刷14與內滑輪151上的皮帶152。有關於上述晶圓清洗設備1的組件間的作動方式，以及如何利用該晶圓清洗設備1對一晶圓10進行清洗的方式，均為熟習該項技藝的人士所易於了解的，於前文中已有詳細述明，在此不予贅述。
如圖4、5所示，該轉軸裝置包含一設置在該清洗容器11上的固定座3、二可分別相對該固定座3轉動的轉軸單元4，及二分別被該二轉軸單元4穿設並固定於該固定座3上的封蓋單元5。特別一提的是，在該第一較佳實施例中，是使用二組轉軸單元4與封蓋單元5，但是在實際應用上也可以只使用單一組轉軸單元4與封蓋單元5，不應以此局限本實用新型的權利要求範圍。
該固定座3包括一穿設於該清洗容器11上的座體31，及二貫通地設於該座體31上的軸孔32。該座體31具有一位於該清洗容器11外的第一表面311，及一位於該清洗容器11內的第二表面312。該二軸孔32是平行地自該第一表面311延伸至該第二表面312。
每一轉軸單元4包括一可轉動地穿伸於該固定座3的軸孔32的轉軸41，及二支撐該轉軸41旋轉的軸承42，每一轉軸41可界定出一呈軸向的中心軸線410，並具有一凸出該座體31的第一表面311的第一軸部411，及一凸出該座體31的第二表面312的第二軸部412。在該第一較佳實施例中，所揭示的軸承42是滾珠軸承也可以是滾柱軸承、含油銅軸承等，不應以軸承的形式來局限本實用新型的權利要求範圍。
該轉軸裝置是利用二可相互嚙合並能分別套設於該二轉軸41的第一軸部411上的齒輪6。其中之一齒輪6是與該第一連動單元13的外滑輪131(均見圖1)固定連接，相關的運作方式請參閱前文說明。
配合圖6，該二封蓋單元5分別套設在該二轉軸41的第二軸部412上，而能封閉該二軸孔32，以阻擋清洗液滲入侵蝕所述的軸承42。每一封蓋單元5具有一固定在該座體31的第二表面312上且呈中空的封蓋51、一緊密地貼設於該第二軸部412外周面上的油封環52，及一抵壓該油封環52的油封蓋53。每一封蓋51的內周面可界定出沿每一轉軸41的中心軸線410並從大到小依序排列且彼此相互連通的一第一容置空間511、第二容置空間512，及第三容置空間513，而該第一容置空間511是鄰近該座體31的第二表面312。每一油封環52是以緊配的方式與每一轉軸41組裝在一起，可確實防止清洗液滲入。
該二油封環52是呈實心環狀並為氟素塑膠所製成，每一油封環52具有一容置於該第三容置空間513的凸環部521，及一容置於該第二容置空間512且直徑大於該凸環部521的抵靠部522。每一油封環52是呈一體成型並採緊配方式套設於每一轉軸41的第二軸部412上，用以阻擋清洗液的滲入。
一般來說，氟素塑膠在耐低溫、耐蝕性有不錯的表現，特別是具有優異的自潤性(低摩擦性)。由於此類型的材質在高溫狀態下，會略有融熔的情況而具有粘性，也就是說，當在該轉軸41轉動一段時間之後，會因摩擦生熱而使溫度升高，此時，該油封環52會輕微融熔而使得其密封效果變的更好，使清洗液更不容易滲入，而設置在內部的軸承42不被侵蝕。因此，可以大幅地減少金屬被鏽蝕的情況發生，避免清洗液被汙染，同時，也能延長所述軸承42的使用期限，並維持該二轉軸41處於良好且穩定的運轉狀態。
該第一較佳實施例中，該二油封環52是聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，PTFE)所製成，也就是一般俗稱的鐵氟龍(Teflon)，當然也可以是四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(Perfluoralkoxy copolymer，PFA)所製成。而氟素塑膠除了上述兩種之外，尚有一氯三氟乙烯(Ethylene-chlorotrifluoroethylene，ETCTFE)、聚一氯三氟乙烯(Polychlorotrifluooethylene，PCTFE)、聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)、乙烯一氯四氟乙烯共聚物(Copolymer of ethylene and chlorotetrafluoroethylene，ETFE)，以及四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(Perfluoro ethylene-propylene Copo.，FEP)等材質均可應用於該油封環52的使用材質。
每一油封蓋53是位於每一封蓋51的第一容置空間511中，當該二封蓋51被鎖設而固定在該固定座3上時，該二油封蓋53會抵壓該二油封環52的抵靠部522，而使該二油封環52能迫緊該二轉軸41，達到更好的密封效果。
關於該轉軸裝置如何配合該動力單元12、第一連動單元13，以及第二連動單元15(均見圖1)一起運轉，已於前述說明，在此不予贅述。
由上述說明可以發現，該二封蓋單元5的油封環52是呈環狀實心體，無任何金屬材質設置其中(現有的油封環232內含有金屬環層236，見圖3)，同時，該二油封環52的凸環部521與抵靠部522是一體成型並為氟素塑膠所製成的，且與該二轉軸41以緊配方式組合而成，使得清洗液不易滲入，而可以減少設置在該固定座3的二軸孔32中的軸承42，因受到清洗液的鏽蝕產生金屬微粒而汙染清洗液。由於氟素塑膠本身具有較佳的自潤性，儘管該二油封環52與轉軸41是以緊配方式組合，兩者之間也能有較低摩擦係數，不致影響運轉的順暢性。另外，在本實用新型中，已不在該二第二連動單元15的內滑輪151上設置任何金屬材質製成的組件(現有的設計是設置有金屬片153)，可避免因金屬鏽蝕而汙染清洗液的情況發生。
如圖7、8所示，本實用新型晶圓清洗設備的轉軸裝置的第二較佳實施例，大致上是與該第一較佳實施例相同，其中不同的地方在於使用三彼此平行間隔排的轉軸單元4與對應套設在該三轉軸單元4上的封蓋單元5，並透過二組第一連動單元13的設置，而可以同時連動該三轉軸單元4，但是在實際應用上也可以四組或四組以上的轉軸單元4與封蓋單元5。使用越多組轉軸單元4，就可以同時對更多的晶圓進行清洗作業。不應以此局限本實用新型的權利要求範圍。另外，需特別說明的是，該第二較佳實施例中，除了可以應用在帶動所述清洗刷14(見圖1)轉動之外，尚可應用在支撐與轉動晶圓的轉軸裝置。
如圖6所示，歸納上述，本實用新型的晶圓清洗設備的轉軸裝置，是將所述的封蓋單元5的油封環52以氟素塑膠一體成型地製造，使之呈環狀實心體，不存在有任何的金屬材質，以減少金屬材質被清洗液所腐蝕所產生的金屬微粒，汙染清洗液的清洗效果。同時，將該油封環52與轉軸41是以緊配的方式相互組裝在一起，並配合使用具有較佳自潤性的氟素塑料材質，不但可以有效地阻擋清洗液滲入而鏽蝕所述的軸承42，並且能具有較低的摩擦係數而不致影響所述轉軸41運轉的順暢性，所以確實能達到本實用新型的目的。
權利要求1.一種晶圓清洗設備的轉軸裝置，適於裝設在一晶圓清洗設備上，該晶圓清洗設備包含一清洗容器、一可驅使該轉軸裝置轉動的動力單元，及一位於該清洗容器中並可被該轉軸裝置驅動而轉動的清洗刷，該轉軸裝置包括一固定座、一轉軸單元、及一封蓋單元，該固定座包括一穿設於該清洗容器上的座體，及一貫通地設於該座體上的軸孔，該座體具有一位於該清洗容器外的第一表面，及一位於該清洗容器內的第二表面，該軸孔是自該第一表面延伸至該第二表面，該轉軸單元可轉動地設置在該固定座的軸孔中並包括一穿伸於該軸孔的轉軸，及一支撐該轉軸旋轉的軸承，該轉軸具有一凸出該座體的第一表面的第一軸部，及一凸出該座體的第二表面的第二軸部，該轉軸可界定出一呈軸向的中心軸線，該封蓋單元套設在該轉軸的第二軸部上並固定在該座體上，其特徵在於該封蓋單元具有一固定在該座體的第二表面上且呈中空的封蓋，及一位於該封蓋內並貼設於該第二軸部外周面的油封環，該封蓋的內周面可界定出沿該中心軸線由大到小依序排列且彼此相互連通的一第一、第二，及第三容置空間，其中，該第一容置空間鄰近於該第二表面，該油封環呈實心環狀並為氟素塑料材質所製成，該油封環具有一容置於該第三容置空間的凸環部，及一容置於該第二容置空間且直徑大於該凸環部的抵靠部。
2.如權利要求1所述晶圓清洗設備的轉軸裝置，其特徵在於該封蓋單元的油封環的材質是聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，PTFE)。
3.如權利要求1所述晶圓清洗設備的轉軸裝置，其特徵在於該封蓋單元的油封環是四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(Perfluoralkoxycopolymer，PFA)所製成。
4.如權利要求1所述晶圓清洗設備的轉軸裝置，其特徵在於該封蓋單元還具有一位於該封蓋的第一容置空間內並抵壓該油封環的抵靠部的油封蓋。
5.如權利要求4所述晶圓清洗設備的轉軸裝置，其特徵在於該封蓋單元油封環是緊密地貼設於該轉軸的第二軸部外周面上。
專利摘要本實用新型公開了一種晶圓清洗設備的轉軸裝置，包含一具有一軸孔的固定座、一可轉動地設置在該軸孔中的轉軸單元，及一套設於該轉軸單元並固定在該固定座上的封蓋單元，該轉軸單元具有一轉軸，及一支撐該轉軸轉動的軸承，該封蓋單元具有一固定在該固定座上且呈中空的封蓋、一緊密地貼設於該轉軸外周面上的油封環，及一抵壓該油封環的油封蓋，由於該油封環是以氟素塑膠且一體成型地製成，不設有任何金屬組件，不會有金屬被酸性的清洗液鏽蝕產生金屬微粒而影響清洗效果，同時該油封環與轉軸是以緊配方式組合，使得清洗液不易滲入，確保該軸承可順暢地運轉。
文檔編號H01L21/00GK2871036SQ20052003793
公開日2007年2月21日 申請日期2005年12月29日 優先權日2005年12月29日
發明者林珍如 申請人:林珍如