CN113130366B - 一种晶圆扫描用喷嘴及其系统与应用 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种晶圆扫描用喷嘴及其系统与应用，包括喷嘴主体、喷嘴外腔、抽气嘴和匀气网，所述喷嘴主体作为主要输送管道，喷嘴主体底部连接匀气网一端，匀气网另一端与喷嘴外腔底部相连，喷嘴外腔顶部与喷嘴主体相连，所述喷嘴外腔与匀气网和喷嘴主体中间的部分形成抽气腔，抽气嘴一端设在喷嘴外腔上并与抽气腔相连，抽气嘴另一端往外连接真空设备、负压设备或尾排口。由于匀气网的匀气调节作用，使得更大面积的液的受到不同作用的负压吸附作用，使得大面积的液珠不会脱落，达到期望使用的大面积喷涂的效果；并且，通过调压控压系统可实现液滴的大小控制，满足多种需求。
Description
技术领域
本发明属于法拉第屏蔽系统技术领域，特别涉及一种晶圆扫描用喷嘴及其系统与应用。
背景技术
摩尔定律的强势推动下以鳍式场效应晶体管（FinFET）为主的10纳米技术代高性能、低功耗芯片早已集成在当今的智能手机中，但是很少人知道要制造如此强大的芯片需要引入大量新的化学元素。每一个技术代引入不同的化学元素来满足芯片性能的提升，比如铪（Hf）元素的引入开启了高k金属栅时代。不同化学元素的引入也带来了制造芯片中的金属沾污控制难度。气相分解金属沾污收集系统（VPD）和电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）是目前常见的金属沾污检测手段，其灵敏性可以把各种元素的检测灵敏度提高到（E6-E7）原子/平方厘米。为了满足VPD的高灵敏度，其喷嘴收集效率的要求边得很高：1.首先得保证喷嘴从待检测晶圆上的金属沾污收集干净。喷嘴含着扫描液从疏水晶圆表面扫描的方式收集沾污时，如果有部分扫描液的丢失会严重影响测试结果；2.其次，如今常见的晶圆尺寸是12吋，而且定期待检查的晶圆数很多，所以快速扫描是另一个重要的指标；3.最后一个是检查扩散炉时需要从10000Å左右的热氧化硅等非常亲水表面用基于水溶液的扫描液收集沾污也是一个非常大的难点。本发明为了解决以上三个技术难点，对市面上常见的单管式喷嘴做了大量的改进。
中国申请CN201780004607.9公开了一种基板分析用管嘴及基板分析方法，即便是亲水性较高的基板，仍可确实地防止分析液从管嘴漏出(脱落)，且能够以较高的回收率来回收扫描后的分析液。本发明涉及一种基板分析用管嘴，其从前端将分析液送出至基板上，且在以所送出的分析液来扫描基板表面之后抽吸分析液，该基板分析用管嘴由三重管所构成，该三重管由送出及抽吸分析液的配管、以包围要扫描的分析液的方式设置于配管的外周的第一外管、以及设置于第一外管的外周侧的第二外管所构成；该基板分析用管嘴具有：第一排气装置，其将配管与第一外管之间作为排气路径；以及第二排气装置，其将第一外管与第二外管之间作为排气路径，但是考虑到以下因素，第一外管与第二外管及本体之间的减压环境，为环形通孔，容易产生不均匀气流，导致分析液在喷嘴部分不均匀分布，分析液会残留在管嘴本体与外管之间，且有分析液的回收率变低的可能。
中国申请CN201680050378.X公开了一种基板分析用喷嘴，是针对具有亲水性较大的特性的基板，即使利用分析液来扫描，分析液也不会漏出，而可确实地进行分析的基板分析用的喷嘴。本发明的基板分析用的喷嘴由双层管所构成，且具备将喷嘴主体与外管之间作为排气路径的排气装置，该双层管由吐出及抽吸分析液的喷嘴主体、及以包围要扫描的分析液的方式配设在喷嘴主体的外围的外管所构成，该基板分析用的喷嘴在外管前端的外周侧且为喷嘴的扫描方向的相反侧，配置朝喷嘴主体的前端将惰性气体喷附至与基板表面大致平行的方向的气体喷附管。但是考虑到以下因素，外管与本体之间的减压环境，为环形通孔，容易产生不均匀气流，导致分析液在喷嘴部分不均匀分布，分析液会残留在管嘴本体与外管之间，且有分析液的回收率变低的可能；另外惰性气体喷附需要增加机构控制合适的喷附角度，且对不同的亲水性能的晶片，需要调整喷附角度，且可能会引入不可控的新的污染源，进而影响分析结果。
中国申请CN201310230781.9公开了一种衬底分析用喷嘴，且提供一种可确实地回收分析液的衬底分析用喷嘴的构造。本发明的衬底分析用喷嘴是由双重管喷嘴所构成，在以送出至喷嘴本体前端的分析液扫掠衬底表面后，从喷嘴本体前端抽吸分析液并将分析对象物予以回收，该双重管喷嘴包含用于使分析液送出至包含分析对象物的衬底上及抽吸该分析液的喷嘴本体、及配置在喷嘴本体外周的外管；喷嘴本体具有用于将分析液保持在前端的外缘朝前端方向突出的凹状端面、及用于送出及抽吸分析液的细管，细管配置在喷嘴本体的凹状端面中央，且使细管的前端表面比细管剖面的表面积更大。但是考虑到以下因素，外管与本体之间的减压环境，为环形通孔，容易产生不均匀气流，导致分析液在喷嘴部分不均匀分布，分析液会残留在管嘴本体与外管之间，且有分析液的回收率变低的可能；另外由于细管前端表面与喷组本体之间会形成半封闭空间，容易导致回收液体残留，影响回收率。
发明内容
解决的技术问题：本申请主要是提出一种晶圆扫描用喷嘴及其系统与应用，解决现有技术中存在的部分扫描液的丢失、不能快速扫描、扫描液收集沾污等技术问题；提供一种晶圆扫描用喷嘴及其系统与应用，其结构新颖，简单实用，可以实现比目前更大口径的分析液旋涂且液滴大小可控。
技术方案：
一种晶圆扫描用喷嘴，所述晶圆扫描用喷嘴包括喷嘴主体、喷嘴外腔、抽气嘴和匀气网，所述喷嘴主体作为主要输送管道，喷嘴主体底部连接匀气网一端，匀气网另一端与喷嘴外腔底部相连，喷嘴外腔顶部与喷嘴主体相连，所述喷嘴外腔与匀气网和喷嘴主体中间的部分形成抽气腔，抽气嘴一端设在喷嘴外腔上并与抽气腔相连，抽气嘴另一端往外连接真空设备、负压设备或尾排口。
作为本发明的一种优选技术方案：所述喷嘴主体、喷嘴外腔、抽气嘴和匀气网均采用耐腐蚀耐酸的塑料材质；喷嘴的加工方式采用拆分零件然后密封焊接，或者拆分子零件然后密封装配的方式；所述喷嘴的形状为由喷嘴主体、喷嘴外腔构成的双层中空圆柱体结构，喷嘴底部的内层圆柱体为弧线槽形。
作为本发明的一种优选技术方案：所述抽气嘴设在喷嘴外腔的上部。
作为本发明的一种优选技术方案：所述喷嘴主体的内径为a，取值5-15mm；喷嘴主体的外径为b，取值6-20mm；喷嘴外腔的内径为c，取值20-60mm，喷嘴外腔的壁厚为t，取值0.5-1.5mm；喷嘴外腔高h，取值≥20mm。
作为本发明的一种优选技术方案：所述匀气网包括抽气孔、支撑梁和曲线槽，抽气孔呈环状长孔，环的数量n取2-10；所述支撑梁，梁宽d取值1-6mm，，支撑梁数量n=2-30；水滴在接触晶圆之后的外扩曲线成傅里叶曲线分布，曲线槽的曲线弧的最大直径为e，e取值20-60mm。
作为本发明的一种优选技术方案：所述抽气孔的形状为环状长孔、向周边均匀增大的圆孔、间隔条形孔或花瓣形孔，所述抽气孔的孔径大小由中间向周边逐减变大。
一种晶圆扫描用喷嘴系统：包括晶圆扫描用喷嘴、基片、调压控制阀、开关阀和负压计装置，基片设在喷嘴下方，所述晶圆扫描用喷嘴系统通过开关阀接入真空设备、负压设备负压泵或尾排口，所述系统中喷嘴外腔底部设有负压计装置，用于检测喷嘴外腔的腔内负压，并反馈信号给调压控制阀，所述系统工作负压范围-50pa至-10pa。
作为本发明的一种优选技术方案：所述晶圆扫描用喷嘴系统扫描液滴时，液滴沿着匀气网外扩大面积，由于匀气网的匀气调节作用，使得更大面积的液滴受到不同作用的负压吸附作用，使得大面积的液珠不会脱落，并且通过调压控制阀可实现液滴的大小控制。
本申请还公开了一种晶圆扫描用喷嘴系统在半导体芯片生产工艺设备中应用。
作为本发明的一种优选技术方案：所述半导体芯片生产工艺设备为CVD镀膜机。
有益效果：本申请所述一种晶圆扫描用喷嘴及其系统与应用采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、结构新颖，简单实用，可以实现比目前更大口径的分析液旋涂且液滴大小可控。
2、由于匀气网的匀气调节作用，使得更大面积的液的受到不同作用的负压吸附作用，使得大面积的液珠不会脱落，达到期望使用的大面积喷涂的效果；并且，通过调压控压系统可实现液滴的大小控制，满足多种需求。
3、液滴回收率95%以上。
附图说明：
图1为本申请晶圆扫描用喷嘴系统的剖面结构示意图；
图2为本申请晶圆扫描用喷嘴的喷嘴截面及匀气网的结构示意图；
图3为本申请晶圆扫描用喷嘴的匀气网的结构示意图；
图4为本申请晶圆扫描用喷嘴系统的匀气网的液滴大小控制示意图。
附图标记说明：1、喷嘴主体，2、喷嘴外腔，3、抽气嘴，4、匀气网，5、基片，6、调压控制阀，7、开关阀，8、负压计装置，9、抽气腔，41、抽气孔，42、支撑梁，43、曲线槽，411、环状长孔，412、圆孔，413、间隔条形孔，414、花瓣形孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
实施方式
如图1-4所示，一种晶圆扫描用喷嘴及其系统与应用，所述晶圆扫描用喷嘴包括喷嘴主体1、喷嘴外腔2、抽气嘴3和匀气网4，所述喷嘴主体1作为主要输送管道，喷嘴主体1底部连接匀气网4一端，匀气网4另一端与喷嘴外腔2底部相连，喷嘴外腔2顶部与喷嘴主体1相连，所述喷嘴外腔2与匀气网4和喷嘴主体1中间的部分形成抽气腔9，抽气嘴3一端设在喷嘴外腔2上并与抽气腔9相连，抽气嘴3另一端往外连接真空设备、负压设备或尾排口。
所述喷嘴的形状为双层中空圆柱体结构，由喷嘴主体1、喷嘴外腔2构成，喷嘴底部即靠近基片5部位的内层圆柱体为弧线槽形。
喷嘴主体1、喷嘴外腔2、抽气嘴3和匀气网4均采用耐腐蚀耐酸的塑料材质，该喷嘴的加工方式采用拆分零件然后密封焊接，或者拆分子零件然后密封装配的方式。
抽气嘴3连接在喷嘴外腔2的上部。
喷嘴主体1的内径为a，取值5-15mm；喷嘴主体1的外径为b，取值6-20mm。
喷嘴外腔2的内径为c，取值20-60mm，喷嘴外腔2的壁厚为t，取值0.5-1.5mm；喷嘴外腔2高h，取值≥20mm，抽气腔9太小将影响抽气的均匀性。
如图2所示，匀气网4包括抽气孔41、支撑梁42和曲线槽43，抽气孔41呈环状长孔，环的数量n取2-10；所述支撑梁42，梁宽d取值1-6mm，支撑梁42数量n=2-30；水滴在接触晶圆之后的外扩曲线成傅里叶曲线分布，因此曲线槽43的曲线弧的最大直径为e，e取值20-60mm。
抽气孔41的孔径大小由中间向周边逐减变大；适应液珠在扩大面积后边缘需要更大的吸附力才能保持不脱落的需要。
如图3所示，抽气孔41的形状为环状长孔411、向周边均匀增大的圆孔412、间隔条形孔413或花瓣形孔414，抽气孔41由内而外渐变，孔径由小变大，实现液滴的大面积均匀吸附的要求。
如图4所示，晶圆扫描用喷嘴系统，包括晶圆扫描用喷嘴、基片5、调压控制阀6、开关阀7和负压计装置8，基片5设在喷嘴下方，所述晶圆扫描用喷嘴系统通过开关阀7接入真空设备、负压设备负压泵或尾排口，所述系统中喷嘴外腔2底部设有负压计装置8，用于检测喷嘴外腔2的腔内负压，并反馈信号给调压控制阀6，所述系统工作负压范围-1pa至-50pa。
所述晶圆扫描用喷嘴系统扫描液滴时，液滴沿着匀气网4外扩大面积，由于匀气网4的匀气调节作用，使得更大面积的液滴受到不同作用的负压吸附作用，使得大面积的液珠不会脱落，达到期望使用的大面积喷涂的效果，并且通过调压控制阀6可实现液滴的大小控制，满足多种需求。
同时当喷嘴去吸液时，可以随时关闭开关阀7，实现正常自然的吸液。
晶圆扫描用喷嘴系统在半导体芯片生产工艺设备中应用，半导体芯片生产工艺设备为CVD镀膜机。
Claims (10)
1.一种晶圆扫描用喷嘴，其特征在于：所述晶圆扫描用喷嘴包括喷嘴主体（1）、喷嘴外腔（2）、抽气嘴（3）和匀气网（4），所述喷嘴主体（1）作为主要输送管道，喷嘴主体（1）底部连接匀气网（4）一端，匀气网（4）另一端与喷嘴外腔（2）底部相连，喷嘴外腔（2）顶部与喷嘴主体（1）相连，所述喷嘴外腔（2）与匀气网（4）和喷嘴主体（1）中间的部分形成抽气腔（9），抽气嘴（3）一端设在喷嘴外腔（2）上并与抽气腔（9）相连，抽气嘴（3）另一端往外连接真空设备、负压设备或尾排口。
2.根据权利要求1所述一种晶圆扫描用喷嘴，其特征在于：所述喷嘴主体（1）、喷嘴外腔（2）、抽气嘴（3）和匀气网（4）均采用耐腐蚀耐酸的塑料材质；喷嘴的加工方式采用拆分零件然后密封焊接，或者拆分子零件然后密封装配的方式；所述喷嘴的形状为由喷嘴主体（1）、喷嘴外腔（2）构成的双层中空圆柱体结构，喷嘴底部的内层圆柱体为弧线槽形。
3.根据权利要求1所述一种晶圆扫描用喷嘴，其特征在于：所述抽气嘴（3）设在喷嘴外腔（2）的上部。
4.根据权利要求1所述一种晶圆扫描用喷嘴，其特征在于：所述喷嘴主体（1）的内径为a，取值5-15mm；喷嘴主体（1）的外径为b，取值6-20mm；喷嘴外腔（2）的内径为c，取值20-60mm，喷嘴外腔（2）的壁厚为t，取值0.5-1.5mm；喷嘴外腔（2）高h，取值≥20mm。
5.根据权利要求1所述一种晶圆扫描用喷嘴，其特征在于：所述匀气网（4）包括抽气孔（41）、支撑梁（42）和曲线槽（43），抽气孔（41）呈环状长孔，环的数量n取2-10；所述支撑梁（42），梁宽d取值1-6mm，支撑梁（42）数量n=2-30；水滴在接触晶圆之后的外扩曲线成傅里叶曲线分布，曲线槽（43）的曲线弧的最大直径为e，e取值20-60mm。
6.根据权利要求5所述一种晶圆扫描用喷嘴，其特征在于：所述抽气孔（41）的形状为环状长孔（411）、向周边均匀增大的圆孔（412）、间隔条形孔（413）或花瓣形孔（414），所述抽气孔（41）的孔径大小由中间向周边逐减变大。
7.一种权利要求1-6任一所述晶圆扫描用喷嘴系统，其特征在于：包括晶圆扫描用喷嘴、基片（5）、调压控制阀（6）、开关阀（7）和负压计装置（8），基片（5）设在喷嘴下方，所述晶圆扫描用喷嘴系统通过开关阀（7）接入真空设备、负压设备负压泵或尾排口，所述系统中喷嘴外腔（2）底部设有负压计装置（8），用于检测喷嘴外腔（2）的腔内负压，并反馈信号给调压控制阀（6），所述系统工作负压范围-1pa至-50pa。
8.根据权利要求7所述一种晶圆扫描用喷嘴系统，其特征在于：所述晶圆扫描用喷嘴系统扫描液滴时，液滴沿着匀气网（4）外扩大面积，由于匀气网（4）的匀气调节作用，使得更大面积的液滴受到不同作用的负压吸附作用，使得大面积的液珠不会脱落并且通过调压控制阀（6）可实现液滴的大小控制。
9.一种权利要求7所述晶圆扫描用喷嘴系统在半导体芯片生产工艺设备中应用。
10.根据权利要求9所述晶圆扫描用喷嘴系统在半导体芯片生产工艺设备中应用，其特征在于：所述半导体芯片生产工艺设备为CVD镀膜机。
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