CN114520171B - 一种基于槽式清洗机的气流增强装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于槽式清洗机的气流增强装置，于清洗机正对清洗槽顶部的进风口设置扰流装置，通过扰流装置对晶圆传输移动控制装置对应的机械工位区域内的气体涡流死区形成气流扰动；同时设置了爬坡温控装置和局部涡流排挤装置能够进一步消除涡流的形成，让有害气体回到理想的排出气流路径。同时本发明提供了一种基于槽式清洗机的气态流体增强的方法，采用上述装置实现。与现有技术相比，本发明的有益效果是：在不增加通风量的前提下，通过设置的扰流装置，能够有效增强柜体内空气的流动，对涡流死区进行扰动干涉，避免有害气体的聚集，保障晶圆清洗环境的洁净，延长设备使用寿命，同时提高了晶圆的制造良率。
Description
技术领域
本发明涉及晶圆清洗技术领域，尤其涉及一种基于槽式清洗机的气流增强装置及方法。
背景技术
晶圆(wafer)清洗是芯片制造过程中频次较高的工艺环节，清洗过程通常在清洗机柜内进行，其中进行具体清洗工作的是充满清洗液的清洗槽，其位于柜体下半部，清洗槽外侧留有机械工位，用于布置晶圆传输移动控制装置，通常为直线移动的L型吊装机械臂。
在清洗过程中，清洗槽内液体的挥发使得柜体内部聚集一定量的有害气体，特别是在晶圆传输控制系统范围的聚集可造成该设备的表面腐蚀，影响设备的使用寿命，为此，在实际工况中需要使用通风系统排出柜体内不断产生的有害气体，现有的通风系统一般在正对清洗槽的上部设置进风口，由鼓风机提供空气流量，过滤除尘后实现为相对洁净的空气，由进风口进入柜体，在柜体内清洗槽内侧设置出风口，可通过排风机在出风口形成负压，促进柜体内气体排出，实现柜内有害气体的清除。
我们知道，从晶圆到芯片的过程需要相当数量多的工序制程，这就要求尽可能的保持晶圆表面的洁净。芯片的性能、稳定性和成品率都受到晶圆表面污染程度的影响。
现在，我们通过实验发现，晶圆传输移动控制装置的位置对应的空间位置气态流体形成涡流死区，难以在柜体内有效流动排出，导致扩散的部分有害气体难以通过通风系统排出，并不断积聚从清洗槽挥发带出的有害颗粒，一方面这会使得有害气体在晶圆传输移动控制装置对应的工位区域形成聚集，腐蚀装备，降低其使用寿命；另一方面，积聚有害颗粒因涡流死区的形成，在吊装晶圆过程中增加了污染晶圆局部位置的危险。
发明内容
本发明的目的在于探讨一种基于槽式清洗机的气流增强装置及方法，用以解决晶圆清洗过程中，消除柜体内气体流动的死区，避免有害气体在设备内形成聚集，延长其使用寿命，同时能够降低晶圆工作区域内受污染的危险。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于槽式清洗机的气流增强装置，于清洗机正对清洗槽顶部的进风口设置扰流装置，通过扰流装置对晶圆传输移动控制装置对应的机械工位区域内的气体涡流死区形成气流扰动。
进一步的，在所述机械工位的行走区域内设置爬坡温控装置。
进一步的，在清洗机出风口上方沿设备内壁设置局部涡流排挤装置。
扰流装置包括具有侧向引流的栅格、栅格外的圆形通气环，栅格的中心设置有旋转电机，旋转电机用于驱动扰流装置自转。
作为本发明的进一步改进，爬坡温控装置包括设置在行走区域两侧的加热板，加热板按照设置高度划分不同的加温区域，位于下方加热板温度高于位于上方的加热板，这样自下而上，不断提升气流的温度，提升气流向上升腾效果。
作为本发明的进一步改进，局部涡流排挤装置依托清洗机内壁构造特征，为L形加热板，加热影响范围内给予局部小涡流膨挤的作用，并汇聚到进出气的理想排出气流路径。
同时，本发明还提供了一种基于槽式清洗机的气态流体增强的方法，采用上述装置实现，其方法包括以下步骤：
S1：启动爬坡温控装置和局部涡流排挤装置63；
S2：开启清洗机的进气和出气，启动扰流装置4；
S3：在晶圆常温清洗工艺下，同时启动爬坡温控装置和局部涡流排挤装置63，设定扰流装置4的自旋转速为0.6RPS～0.9RPS，使其进入自转状态；
S4：在晶圆加热清洗工艺下，同时启动升温清洗槽、爬坡温控装置和局部涡流排挤装置63，待清洗槽达到预定工艺温度后，调整扰流装置4的自旋转速为0.2RPS～0.4RPS。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
在不增加通风量的前提下，通过设置的扰流装置，能够有效增强柜体内空气的流动，对涡流死区进行扰动干涉，避免有害气体的聚集，保障晶圆清洗环境的洁净，延长设备使用寿命，同时提高了晶圆的制造良率。
附图说明
图1为一种基于槽式清洗机的气流增强装置的结构示意图，
其中虚线框a为清洗槽的位置区域，虚线框b为晶圆传输移动控制装置的位置区域；
图2为扰流装置的结构示意图；
图3为对清洗机进行流场模拟选取4个不同截面的示意图；
图4为常温清洗工艺，改进前的槽式清洗机于图3截面A的流场模拟图；
图5为常温清洗工艺，改进前的槽式清洗机于图3截面B的流场模拟图；
图6为常温清洗工艺，改进前的槽式清洗机于图3截面C的流场模拟图；
图7为常温清洗工艺，改进前的槽式清洗机于图3截面D的流场模拟图；
图8为常温清洗工艺，槽式清洗机增加扰流装置后于图3截面B的流畅模拟图；
图9为常温清洗工艺，槽式清洗机增加扰流装置和爬坡温控装置后于图3截面B的流畅模拟图；
图10为常温清洗工艺，槽式清洗机增加扰流装置、爬坡温控装置和局部涡流排挤装置后于图3截面A的流畅模拟图；
图11为常温清洗工艺，槽式清洗机增加扰流装置、爬坡温控装置和局部涡流排挤装置后于图3截面B的流场模拟图；
图12为常温清洗工艺，槽式清洗机增加扰流装置、爬坡温控装置和局部涡流排挤装置后于图3截面C的流场模拟图；
图13为常温清洗工艺，槽式清洗机增加扰流装置、爬坡温控装置和局部涡流排挤装置后于图3截面D的流场模拟图；
图14为常温清洗工艺，在改进前采取TXRF分析实现对晶圆表面的Cu\Fe\Zn\W\Ni的粒子信号检测；
图15为常温清洗工艺，在改进后采取TXRF分析实现对晶圆表面的Cu\Fe\Zn\W\Ni的粒子信号检测；
图16为常温清洗工艺，在改进前使用WL-β射线对晶圆实现轰击形成的检验图；
图17为常温清洗工艺，在改进后使用WL-β射线对晶圆实现轰击形成的检验图。
具体实施方式
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1：
如图1和图2所示，一种基于槽式清洗机的气流增强装置，包括清洗机1，清洗机1顶部设置有安装罩2，安装罩2内设置有进气装置3，进气装置下方为清洗槽的位置区域a，清洗槽的位置区域a的右侧为晶圆传输移动控制装置的位置区域b，清洗槽的位置区域a的左侧设置有出气装置5，位于区域在进气装置3的底部安装扰流装置4。
扰流装置4包括具有侧向引流的栅格41、栅格41外的圆形通气环42，栅格41的中心设置有旋转电机43，旋转电机43用于驱动扰流装置4自转。
在扰流装置4的作用下，进气装置3输入的气流形成对设备内的涡流死区形成扰动，阻却涡流的形成。
如图4～图7所示，是晶圆清洗设定为常温清洗工艺下，槽式清洗改进前位于图3的4个不同截面的流场模拟图，通过观察可以，明显看出晶圆传输移动控制装置的位置区域b存在涡流死区，且位置区域b的涡流死区占据空间较大，对晶圆清洗和设备造成比较显著和客观的危害和影响。
以图4参照对比，以图8为改进表现，在增加扰流装置4后，得益于扰流装置4对气流的扰动，尤其是晶圆传输移动控制装置的位置区域b，通过不间断的进气方向变动，对原先的涡流死区形成干涉并打破，位置区域b难以再形成涡流死区，同时可以观测出，原先部分挥发的有害气体因为涡流死区形成的气压环境，向位置区域b的涡流融合，在设置扰流装置4消除位置区域b的涡流后，对应的原先部分挥发的有害气体回到理想的排出气流路径，顺利通过出气口进行排出。
实施例2：
参照图1在实施例1的基础上，作为改进，第一加热板62的温度调节范围为40℃～85℃，第二加热板62的温度调节范围为45℃～90℃，第一加热板61和第二加热板62温度同步调节，且第二加热板62调节温度始终保持高出第一加热板5℃～10℃。
以图4参照对比，以图9为改进表现，因工艺生产需要，设定为晶圆常温清洗工艺，相应的环境要求下，设置第一加热板61和第二加热板62后，第一加热板61调整温度为40℃，第二加热板62调整温度为45℃，可见爬坡温控装置所在的狭窄区域内沿着竖直方向与流通的外部气流之间因爬坡温控装置顶部扩口窄于外部环境，形成对外部气流的膨挤，同时温度的提升也使得在有害气体可能进入爬坡温控装置所在的狭窄区域的时候，提升微粒的动能，从而获得更多机会向上方宽敞区域运动的能力，进而从整体上更容易流入到理想排出气流路径。
实施例3：
参照图1在实施例2的基础上，作为改进，在清洗机出风口上方沿设备内壁设置局部涡流排挤装置63。局部涡流排挤装置63依托清洗机内壁构造特征，为L形加热板，加热影响范围内给予局部小涡流膨挤的作用，并汇聚到进出气的理想排出气流路径。
以图4～图7参照对比，以图10～图13为改进表现，在设定为晶圆常温清洗工艺，相应的环境要求下，设置第一加热板61和第二加热板62后，第一加热板61调整温度为40℃，第二加热板62调整温度为45℃，局部涡流排挤装置63设定温度为50℃，可以在实施例2的基础上，进一步观测出，气流经过的出气位置上方，能够对直角边沿的微小涡流死区形成局部热膨挤，在冷热交换的情况下，该部分气流表现出向进气口靠近，并在进气口的进气作用下，并融合到理想的排出气流路径。
实施例4：
同时，本发明还提供了一种基于槽式清洗机的气态流体增强的方法，采用上述装置实现，其方法包括以下步骤：
S1：启动爬坡温控装置和局部涡流排挤装置63；
S2：开启清洗机的进气和出气，启动扰流装置4；
S3：在晶圆常温清洗工艺下，同时启动爬坡温控装置和局部涡流排挤装置63，设定扰流装置4的自旋转速为0.6RPS～0.9RPS，使其进入自转状态；
S4：在晶圆加热清洗工艺下，同时启动升温清洗槽、爬坡温控装置和局部涡流排挤装置63，待清洗槽达到预定工艺温度后，调整扰流装置4的自旋转速为0.2RPS～0.4RPS。
结合上述实施例1～实施例4，采取实施例5中晶圆常温清洗通过可行性分析如下：
(一)参照图14～图15，采取TXRF分析进行检测，改进后不同探测角度下，整体污染信号有下降，在特别角度下，下降幅度明显，且不同金属污染在改进前后的变化基本表达出整体的一致性，即实现了一定程度的污染的降低，提高了晶圆的生产良率。
(二)参照图16～图17，使用WL-β射线对晶圆实现轰击形成的检验图，在晶圆的前道工序，反复3次操作(按照顺序：清洗槽-高纯水-清洗槽-高纯水-清洗槽-高纯水)并干燥作为同等环境，局部污染微粒(不包括金属离子)就离散微粒(较易测定)的检测效果，晶圆有趋向更加良好的展现。
(三)最后，可以显见的，有效改善危害气流的排出，对电气电控设备，长期以往，是能够友好的延长设备的使用周期，减少故障的发生，降低生产因设备腐化疲劳，线路击穿而损毁的危害，提高生产的安全性。
(四)作为一种可能性的效果，我们知道大气环境中是可以存在金属离子的，因为加热板的存在，其对设备内挥发的有害气流形成一定范围内的物质形态变化，这里我们需要对有害气流加以解释：它包括挥发的气态，包含了难以看清的雾态以及可能的气凝胶形态，加热板设置以后，将部分区域温度攀升，对该区域没有完全气化的有害气流进一步气化，对残存在空气中的微小液体进行气化，特别是晶圆传输移动控制装置的位置区域b，还能保持干燥。由于当前技术限制和检测手段的限制，因此我们结合构造和工艺进行评估，能够较为清楚的感觉到有害气流中尤其是雾态的有害成分，变得难以形成，并且结合涡流扰动装置的作用，最终为更高程度的气态随着气体流向一起被排除出去。
(五)最后，作为晶圆反复参与的清洗工艺，一个微弱的差异能够导致晶圆芯片最终成型的时候电学性能的差异，这也正是从低端制程到高端制程概括起来加工步骤看似差异不大，清洗工艺的灵魂正是减少晶圆表面的污染，防止过程中各类二次污染，保证环境的洁净，包括：温度，湿度，设备零部件密封、机械配合油料的挥发，极难发现的碰撞、旋转、摩擦等伴随物质表面理化和微环境产生的物质变化、碎屑与微粒、不良环境的累加，药品气液不同状态下的环境区域分布，管路的承受能力，传动的超平稳性，超长周期运行下的一致能力，这些都与普通要求的自动化设备存在着很大的代沟，而仅就日常生产后每台设备测试运行周期就可能长达3个月乃至半年之久，其要求之高可见一斑。本申请主要针对气体流产的改变进行了，在实际效果的考验下，结合考虑经济、协调设备运行以及安装维修能够做到有实际效果以及经济简易。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (5)
1.一种基于槽式清洗机的气流增强装置，其特征在于，清洗机正对清洗槽顶部的进风口设置扰流装置，通过扰流装置对晶圆传输移动控制装置对应的机械工位区域内的气体涡流死区形成气流扰动；
扰流装置包括具有侧向引流的栅格、栅格外的圆形通气环，栅格的中心设置有旋转电机，旋转电机用于驱动扰流装置自转。
2.按照权利要求1所述的一种基于槽式清洗机的气流增强装置，其特征在于，在所述机械工位的行走区域内设置爬坡温控装置；
爬坡温控装置包括设置在行走区域两侧的加热板，加热板按照设置高度划分不同的加温区域，位于下方加热板温度高于位于上方的加热板。
3.按照权利要求1或2所述的一种基于槽式清洗机的气流增强装置，其特征在于，在清洗机出风口上方沿设备内壁设置局部涡流排挤装置；
局部涡流排挤装置依托清洗机内壁构造特征，为L形加热板。
4.一种基于槽式清洗机的气态流体增强的方法，采用权利要求1至3任一项所述的装置实现，其特征在于，在晶圆常温清洗工艺下，包括以下步骤：
S1：启动爬坡温控装置和局部涡流排挤装置(63)；
S2：开启清洗机的进气和出气，启动扰流装置(4)；
S3：设定扰流装置(4)的自旋转速为0.6RPS～0.9RPS，使其进入自转状态。
5.一种基于槽式清洗机的气态流体增强的方法，采用权利要求1至3任一项所述的装置实现，其特征在于，在晶圆加热清洗工艺下，包括以下步骤：
S1：启动爬坡温控装置和局部涡流排挤装置(63)；
S2：开启清洗机的进气和出气，启动扰流装置(4)；
S4：启动升温清洗槽，待清洗槽达到预定工艺温度后，调整扰流装置(4)的自旋转速为0.2RPS～0.4RPS。
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| CN114520171A (zh) | 2022-05-20 |
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Legal Events
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Address after: Room 3, no.299, Yuyang Road, Yushan Town, Kunshan City, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Suzhou Zhicheng Semiconductor Technology Co.,Ltd. Address before: Room 3, no.299, Yuyang Road, Yushan Town, Kunshan City, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee before: Zhicheng semiconductor equipment technology (Kunshan) Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
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Address after: No. 889 Zhonghua Road, Bacheng Town, Kunshan City, Suzhou City, Jiangsu Province, 215300 Patentee after: Suzhou Zhicheng Semiconductor Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: Room 3, no.299, Yuyang Road, Yushan Town, Kunshan City, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee before: Suzhou Zhicheng Semiconductor Technology Co.,Ltd. Country or region before: China |