CN102112241B - 用于清洁基底的泡沫产生器 - Google Patents

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Abstract

在示例实施方案中，用于产生清洁泡沫的装置包括母容纳腔和公插塞。所述插塞包括孔，流体从清洁系统的另一组件流入所述孔中。所述插塞包括预混合室，所述预混合室接收来自所述孔的流体，并有气体被注入其中以形成泡沫。在示例实施方案中，所述室为中空圆柱体，所述气体经正切于所述圆柱体的通道注入所述圆柱体内。所述插塞还包括实心圆柱体，在所述实心圆柱体的外部有连续的螺旋凹槽。当将所述公插塞插入所述母容纳腔时，所述连续的螺旋凹槽和所述容纳腔的内表面形成螺旋通道，所述泡沫流经所述螺旋通道并在返回所述清洁系统的过程中进一步混合。

Description

用于清洁基底的泡沫产生器
背景技术
如许多已公开的专利申请中所述，已开发用低速沉积的高粘度非牛顿流体清洁半导体晶片上的颗粒的系统。参见例如2005年6月15日提交的、标题为“采用非牛顿流体清洁基底的方法和装置”的美国公开专利申请2006/0283486；2006年2月3日提交的、标题为“除去基底上的污染物和制备清洁溶液的方法”的美国公开的专利申请2006/0128590和2006年2月3日提交的、标题为“清洁化合物和采用所述清洁化合物的方法和系统”的美国公开专利申请2006/0128600；所有这些申请通过引用并入本文中。
在具体实施中，所述高粘度非牛顿流体为在由一包数千蓝宝石珠(例如直径为约1mm)形成的微通道中将气体(如氮气)和流体(含有表面活性剂如能形成胶束的脂肪酸的水溶液)机械混合产生的泡沫。
这种实施存在许多缺陷。蓝宝石珠相对昂贵并与所得泡沫反应。此外，珠包容易相对频繁地堵塞且耗费大量时间和费用来清洁。
由于这些缺陷，需要提供一种用于机械产生泡沫来清洁基底(例如半导体晶片)的便宜、容易维护的装置、方法和系统。
发明内容
示例实施方案包括机械产生泡沫来清洁基底的装置、系统和方法。在一个示例实施方案中，装置包括母容纳腔(female housing)和公插塞(male plug)。所述插塞包括孔，流体从所述清洁系统的另一部分流入所述孔中。所述插塞包括预混合室，所述预混合室接收来自所述孔的流体，并且气体如氮气被注入所述预混合室中以形成初始泡沫。一个具体示例实施方案中，所述室为中空圆柱体，所述气体经与所述圆柱体正切的通道注入所述圆柱体中。此外，所述插塞包括实心圆柱体，所述实心圆柱体的外部有连续的螺旋凹槽。当将所述公插塞插入所述母容纳腔时，所述连续的螺旋凹槽和所述容纳腔的内表面形成密封螺旋通道，所述初始泡沫流经所述螺旋通道并在所述泡沫流向将所述插塞与所述清洁系统的另一组件(例如邻近头，在此最终泡沫被涂敷到半导体晶片上)相连的另一孔的过程中进一步混合。在一个具体示例实施方案中，所述插塞和所述容纳腔靠近所述邻近头(在此最终泡沫被涂敷到半导体晶片上)，例如所述插塞和容纳腔位于最终泡沫的使用位置处。在另一示例实施方案中，所述插塞和容纳腔远离所述清洁系统的另一部分的最终泡沫使用位置(例如在移动式(onboard)流体输送系统中)。
通过以下详细描述，本发明的优点将变得明显，以下详细描述和附图对本发明的原理进行示例性说明。
附图说明
图1是一个示例实施方案的公插塞的透视图。
图2是一个示例实施方案的公插塞的截面视图。
图3是一个示例实施方案的公插塞内预混合室的横截面视图。
图4是一个示例实施方案的公插塞和母容纳腔的截面视图。
图5是一个示例实施方案的本地使用(point-of-use)系统中公插塞和母容纳腔的截面视图。
图6A是一个示例实施方案的本地使用系统中公插塞和母容纳腔的透视图。
图6B是一个示例实施方案的本地使用系统中一对公插塞的简化示意图。
图6C是一个示例实施方案的加工台的简化示意图。
图7是一个示例实施方案的移动式流体输送系统中公插塞和母容纳腔的透视图。
图8是显示示例实施方案中测试的两独立变量：通道横截面和通道长度的图。
图9是显示示例实施方案的通道横截面和通道长度的测试结果的表。
图10是显示具有插塞和容纳腔的泡沫产生器和具有长珠包的泡沫产生器之间的比较的表。
图11是显示示例实施方案的背压的时间序列。
具体实施方式
以下说明中，阐述了许多具体细节以便彻底理解示例实施方案。然而，显而易见，没有这些具体细节中的一些，本领域技术人员仍可实施所述示例实施方案。其它情况下，对于公知的实施细节和工艺工序，没有进行详细描述。
图1是一个示例实施方案的公插塞的透视图。图1中，公插塞101包括孔102，通过用于清洁基底(例如半导体晶片)的系统向其中输入或泵入流体(例如P2)。在具体示例实施方案中，所述流体的流速可为5mL/m-50mL/m。所述流体从孔102流入预混合室103，在此所述流体与气体(例如N2或氮气)一起注入以形成初始泡沫。在具体示例实施方案中，所注入的气体的流速可为50sccm-500sccm。所述初始泡沫从预混合室103经所述插塞的外表面上的连续螺旋凹槽104流入孔105中，孔105将最终泡沫(例如P3)输出到清洁系统。在此图中，术语“P2”是指输入流体中存在的两相物质，例如液体水和固体表面活性剂。术语“P3”是指输出泡沫中存在的三相物质，例如液体水、固体表面活性剂和气态氮气。应理解P3为高粘度的非牛顿流体。
在具体示例实施方案中，所述公插塞可由高度不反应的热塑性材料如聚偏二氯乙烯(PVDF)或KYNAR(其还称为HYLAR或SYGEF)制备。在其它供选示例实施方案中，所述插塞可由乙烯-三氟氯乙烯(ECTFE)或halar(聚乙烯三氟氯乙烯)制备。应理解的是让用于制备所述公插塞的材料和用于制备所述母容纳腔的材料匹配可能是有益的(例如，所述公插塞和所述母容纳腔就会具有相同的热膨胀系数)。
图2是一个示例实施方案的公插塞的截面视图。图2中，公插塞101包括预混合室103，其具有中空芯并在预混合室103的外表面上包含许多孔106，如下所述，所述孔允许气体(例如氮气)的输入。公插塞101还包括孔102，流体(例如P2)通过其进入预混合室103，和孔107，起始泡沫(例如氮气和P2)通过其从预混合室103出来。从预混合室出来后，所述起始泡沫通过所述插塞外表面上的连续螺旋凹槽104。如图2中所示，所述连续螺旋凹槽下方的插塞是实心的，以提供结构上的支撑。然而，在其它示例实施方案中，所述连续螺旋凹槽下方的插塞可能还具有中空芯。所述起始泡沫穿过所述连续螺旋凹槽形成的通道后，所述起始泡沫作为最终泡沫(例如P3)出现，其进入孔105并前往所述清洁系统的另一组件，例如邻近头，在此所述泡沫被以低速输送到基底上。
在具体示例实施方案中，这种邻近头靠近公插塞101及所述插塞的容纳腔。也就是说，插塞101和所述容纳腔在泡沫使用位置产生泡沫。然而，在具体示例实施方案中，所述最终泡沫(例如P3)当被限定于密封通道(例如管子)内时会保持其混合物(例如其气泡)较长时间且所述泡沫可通过这样的通道输送到离插塞101和容纳腔较远的邻近头(例如在移动式流体输送系统中)。
图3是一个示例实施方案的公插塞内预混合室的横截面视图。图3中，公插塞101包括孔102，其允许流体(例如P2)进入预混合室103。如图3中所示，预混合室103具有许多小孔，其为气体(例如氮气)注入的通道并适从特定的图案。如图3右侧的注释所示，所述图案通过将在横截面平面上共平面的一组8个等距通道旋转15度产生(例如，各通道与其两相邻的通道成45度)。该旋转图示于图3左侧的横截面108和109中。横截面108(例如103的B-B)显示了旋转15度之前的8个等距通道。横截面109(例如103的C-C)显示了旋转15度之后的8个等距通道。横截面108和109还显示了预混合室103的中空芯。应理解的是流体(例如P2)流经该中空芯。还应理解的是所述8个等距通道正切于该中空芯，例如所述中空芯和所述通道的排列不类似于毂与辐条。在具体示例实施方案中，所述通道与所述图案(例如旋转15度)的正切布局促使在预混合室103内产生漩涡且所述漩涡促使流体(例如P2)和气体(例如氮气)混合。
在一个供选示例实施方案中，所述孔的图案可通过将一组6个或10个(而不是8个)等距通道旋转15度产生。同样，一个供选示例实施方案中，所述旋转可比15度多(例如20-25度)或少(例如5-10度)。
图4是一个示例实施方案的公插塞和母容纳腔的截面视图。图4中，公插塞101牢固地套入母容纳腔112中，产生密封螺旋通道113，其促使所述初始泡沫进一步混合成最终泡沫(例如P3)。在具体示例实施方案中，所述密封螺旋通道的横截面尺寸可能为每个截面约.06英寸×.04英寸。在供选示例实施方案中，所述密封螺旋通道的横截面尺寸可能为每个截面约.06英寸×.06英寸。应理解的是具有较大横截面尺寸的密封螺旋通道更难堵塞。还显示于图4中的有管110，流体(例如P2)通过其进入插塞101，和管111，气体(例如氮气)通过其进入插塞101的预混合室。最终泡沫(例如P3)经另一管114离开插塞101。
应理解的是不同质量的最终泡沫(例如P3)可用于不同用途，其中质量可定义为气体的体积除以气体和液体的体积，其值的范围为0％(无N2，全部为P2)至98％(100sccm N2和2.5mL/m P2)。此外，如下面所述，对于给定质量的泡沫(例如80％)，所述泡沫中气泡的表面和本体尺寸及所述泡沫中气泡的表面和本体间隔是所述螺旋通道的长度(或距离)的函数，其中，就给定质量而言，较长的长度会产生表面和本体尺寸较小且表面和本体间隔较小(例如更靠近在一起)的气泡。
图5是一个示例实施方案的本地使用系统中公插塞和母容纳腔的截面视图。图5中，公插塞101牢固地套入母容纳腔112中，公插塞101能容易地从母容纳腔112中移走以进行清洁(例如用去离子水)或其它维护。图5显示了具有P2入口115和氮气入口116的预混合室103，所述入口是图4中所示的入口的供选入口。图5还显示了孔105，最终泡沫(例如P3)经孔105流向所述邻近头，所述邻近头将用于将P3沉积到基底(例如半导体晶片)上。在泡沫使用位置产生最终泡沫(例如P3)的具体示例实施方案中，所述邻近头可能紧靠图5的左边，如下面进一步描述的。
图6A是一个示例实施方案的本地使用系统中具有两个公插塞的集合管的透视图。图6A中，集合管117包括两个公插塞101，其将最终泡沫(例如P3)提供至邻近头，所述邻近头位于图6A的外部右上方。图6A还显示了公插塞101的P2流体的传输管118和氮气的传输管119。应理解的是，为了进行阐述，该透视图没有显示公插塞101的母容纳腔。然而，图6A中组件的排列类似于图5中组件的排列。
图6B是一个示例实施方案的本地使用系统中一对公插塞的简化示意图。图6B中，这对公插塞101(没有显示母容纳腔)产生泡沫并将泡沫传输到上部和下部邻近头121，所述头位于加工台120的附近。接着，邻近头121通过采用弯月面124以低速将所述泡沫沉积在晶片载体123支撑的半导体晶片122上。应理解的是通过在弯月面的泡沫使用位置附近产生泡沫，所述系统将所述泡沫传输仅非常短的距离，这是有利的，因为在一个具体示例实施方案中，所述泡沫可能是高度粘性的非牛顿流体。
图6C是一个示例实施方案的加工台的简化示意图。图6C中，公插塞101与加工台120中的邻近头121(没有显示母容纳腔)。在一个具体示例实施方案中，公插塞101还与流体供应器125和气体供应器126相连，它们位于离加工台120有一定距离的场所。应理解的是图6C中的公插塞101仍然是本地使用系统中的组件，由于它位于邻近头121的附近，在此通过公插塞101产生的泡沫被以低速输送到半导体晶片。
图7是一个示例实施方案的移动式流体输送系统中公插塞和母容纳腔的透视图。如图7中所示，移动式流体输送系统127包括许多组件，其中包括两个公插塞101。具体示例实施方案中，所述移动式流体输送系统可能位于邻近头下方的橱内，所述邻近头将最终泡沫(例如P3)输送到所述基底。应理解的是在这种系统中，尽管，如上所述，最终泡沫(例如P3)不是在所述泡沫的使用位置产生，但如果需要的话，所述泡沫仍能具有小的表面和本体气泡尺寸和小的表面和本体气泡间隔。
图8是显示示例实施方案中测试的两独立变量：通道横截面和通道长度的图。图8中，测试公插塞801具有横截面为.07英寸×.06英寸的密封螺旋通道，而测试公插塞802具有横截面为.07英寸×.07英寸的密封螺旋通道。图8中，公插塞803具有比测试公插塞804长1英寸的密封螺旋通道(例如2.25英寸的“非螺旋管”-1.25英寸的“非螺旋管”)。
图9是显示示例实施方案的通道横截面和通道长度的测试结果的表。在该表中，标记为“产生器，短1英寸”的栏对应图8中的图803，标记为“产生器，短2英寸”的栏对应图8中的图804；也就是说，标记为“产生器，短1英寸”的栏对应长1英寸的密封螺旋通道。应理解的是该表说明：较长通道长度(或距离)通过作用在气泡(例如水、表面活性剂和氮气)上的力(例如摩擦、压力等)产生较小尺寸(例如表面和本体)和间隔(例如表面和本体)的气泡。就给定泡沫质量(例如80％)而言，密封螺旋通道长1英寸的产生器会产生具有较小表面气泡尺寸(例如134对比171微米)和本体气泡尺寸(例如189对比193微米)的气泡。同样，就相同泡沫质量(例如80％)而言，密封螺旋通道长1英寸的产生器会产生具有较小表面气泡间隔(例如316对比525微米)和本体气泡间隔(例如209对比234微米)的气泡。
图10是显示具有插塞和容纳腔的泡沫产生器和具有长珠包的泡沫产生器之间的比较的表。就给定泡沫质量(例如91％)和给定量的气体和流体(例如400sccm N2和40mL/m P2)而言，具有插塞和容纳腔的泡沫产生器会产生平均表面气泡尺寸与长珠包相当(134对比131微米)的气泡。就相同泡沫质量和量的气体和流体而言，具有插塞和容纳腔的泡沫产生器会产生平均表面气泡间隔与长珠包相当(318对比265微米)的气泡。
图11是显示示例实施方案的背压的时间序列。如该图所示，具有插塞和容纳腔的泡沫产生器随着时间的前进会具有恒定的背压(例如PSI)，其反过来，会显示所述泡沫产生器具有恒定的流量，例如所述泡沫产生器不会堵塞。应重申的是堵塞是采用珠包的泡沫产生器的问题。
尽管已对以上示例实施方案进行详细地描述以便于清晰地理解，应理解的是在附录的权利要求书的范围内可进行某些改变和改进。例如，在供选的示例实施方案中，所述连续的螺旋凹槽可位于所述母容纳腔而不是所述公插塞上。此外，本文中所述的发明可用于涉及机械泡沫产生的其它应用中(例如涉及油和气体钻井用泡沫、烹饪泡沫和化妆品泡沫的应用中)。从而，示例实施方案应理解为说明性而非限定性的，本发明不局限于这里给出的细节，而可在附录权利要求书的范围和等同内容内进行改进。

Claims (26)

1.一种装置，包括：
泡沫产生器，该泡沫产生器包括
具有内表面的母容纳腔；和
公插塞，进一步包括：
具有周向通道的第一中空圆柱体，流体流入该周向通道中，
与所述第一中空圆柱体相连的室，其中气体与所述流体混合以形成泡沫，
与所述室相连的实心圆柱体，其中所述实心圆柱体的外表面上具有螺旋凹槽，当所述实心圆柱体放置在所述母容纳腔时，所述螺旋凹槽与所述母容纳腔的内表面形成密封通道，所述泡沫能从所述公插塞的所述室流到所述密封通道，在此所述泡沫流动并进一步混合，和
具有周向通道的第二中空圆柱体，所述泡沫流入该周向通道中；以及
附近头部，其用于从该泡沫产生器接收泡沫并将所接收到的泡沫递送到基底的表面。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述室还包括第三中空圆柱体，所述流体流经所述第三中空圆柱体，并且所述气体被注入其中。
3.根据权利要求2所述的装置，其中具有所述第三中空圆柱体的所述室包括用于将所述气体输送到所述室并促使所述第三中空圆柱体内产生漩涡的注入通道。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述注入通道与所述第三中空圆柱体的轴正切。
5.根据权利要求3所述的装置，其中所述注入通道以图案限定，且其中所述图案根据一组分离度定向。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述分离度为5-20度。
7.根据权利要求3所述的装置，其中各注入通道与两相邻注入通道的距离相等且其中所有注入通道在所述第三中空圆柱体的横截面平面内是共面的。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述流体包含水和表面活性剂。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置用于在所述泡沫的使用位置提供泡沫。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述泡沫用于清洁基底。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述基底为半导体晶片。
12.一种产生泡沫的方法，包括：
将流体泵入预混合室中，其中所述预混合室是公插塞的组件，在用所述泡沫清洗基底的清洁系统中所述公插塞装配到母容纳腔中；
将气体注入所述预混合室中来启动从所述流体产生所述泡沫；
让所述泡沫从所述预混合室流入通过所述公插塞的外表面上的螺旋凹槽和所述母容纳腔的内表面形成的密封螺旋通道；以及
将所述泡沫从所述螺旋通道的出口末端输出以输送到所述清洁系统的组件中,其中泵入所述流体和注入所述气体一段时间使得所述泡沫沿着所述密封螺旋通道移动一定距离以让所述泡沫到达与移动的所述距离有关的所需状态。
13.根据权利要求12所述的方法，其中对于给定量的所述泡沫而言，所述所需状态是针对气泡大小和气泡间隔而言的。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述预混合室还包括中空圆柱体，所述流体流经所述中空圆柱体，并且所述气体注入所述中空圆柱体中。
15.根据权利要求14所述的方法，其中将所述气体经注入通道注入所述中空圆柱体，所述注入通道促进所述中空圆柱体内漩涡的产生。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述注入通道与所述中空圆柱体的轴正切。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述注入通道以图案限定。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述图案以5-20度的一组分离度定向。
19.根据权利要求12所述的方法，其中所述流体包含水和表面活性剂。
20.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法用于在所述泡沫使用位置提供泡沫。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述泡沫用于清洁基底。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述基底为半导体晶片。
23.一种装置，包括：
泡沫产生器，该泡沫产生器包括
母容纳腔；和
公插塞，其中所述公插塞的外表面上具有一体化的螺旋凹槽，所述螺旋凹槽与所述母容纳腔的内表面形成密封通道，其中所述密封通道促使泡沫沿所述密封通道移动一定的距离以达到针对气泡大小和气泡间隔而言所述泡沫的所需状态，以及所述公插塞具有
带周向通道的第一中空圆柱体，流体流入该周向通道中；和
带周向通道的第二中空圆柱体，所述泡沫在流出该公插塞之前流入该周向通道中。
24.根据权利要求23所述的装置，其中所述泡沫包含非牛顿流体。
25.根据权利要求23所述的装置，其中所述公插塞还包括具有第三中空圆柱体的室，所述第三中空圆柱体与所述第一中空圆柱体相连，其中所述泡沫最初由泵入所述第三中空圆柱体的流体和注入所述第三中空圆柱体的气体产生。
26.根据权利要求25所述的装置，其中具有所述第三中空圆柱体的所述室还包括用于将所述气体输送到所述第三中空圆柱体并促使所述第三中空圆柱体内产生漩涡的注入通道。
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