CN117855112B - 一种喷流块、喷流装置及划片机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种喷流块、喷流装置及划片机。所述喷流块包括主体部以及连接于主体部在其长度方向一侧的安装部，主体部具有入口流道、多个出口流道以及用于连通入口流道和多个出口流道的过渡流道，其中，扩散问题较为严重的出口流道为靠近入口流道的最外侧的出口流道，将该出口流道记为第一出口流道，通过在该过渡流道内与该第一出口流道相对的位置处增设挡片，且第一出口流道的中心线位于挡片所在平面内，第一出口流道的入口低于挡片的最低面，从而在不影响流体流入该第一出口流道的入口的情况下，避免在该第一出口流道的入口处形成不稳定的漩涡，保证出口射流的稳定性，减少射流扩散和破碎问题，提高射流的清洗能力。

Description

一种喷流块、喷流装置及划片机

技术领域

本申请涉及半导体设备技术领域，具体涉及一种喷流块、喷流装置及划片机。

背景技术

晶圆划片是半导体芯片制造工艺流程中一道重要的工序，晶圆划片就是将整片晶圆按芯片大小分割成单一的芯片。现有的晶圆划片工艺主要利用划片机实现，划片机包括金刚刀划片机、激光划片机和金刚砂轮划片机三大类，其中，金刚刀划片机是利用金刚刀的尖角沿芯片边缘划沟，再利用芯片的脆性，用机械方法使其开裂分开，但裂口容易出现不规则状；激光划片机采用大功率激光融化硅片形成沟痕，再用机械方法使其开裂分开，但裂口残留应力高；金刚砂轮划片机采用高速旋转的金刚砂轮研磨芯片，以实现芯片划片，作业效率高，是目前较为主流的划片机。

在金刚砂轮划片机作业时，需要在划片机的金刚砂轮周侧额外设置喷流装置，然后利用喷流装置喷出去离子纯水冲去晶圆上的硅渣，以提高划片质量。喷流装置主要包括喷流块、管路以及喷流供给机构，喷流块具有入口流道、内流道和多个出口流道，喷流供给机构通过管路与喷流块的入口流道连接。在清洗晶圆过程中，喷流供给机构将具有一定压力的流体供给喷流块，流体通过喷流块内部的内流道经出口流道喷出，在出口流道处产生多股平行射流，冲击到划片区域对切削进行清理。

相关技术中，参见图3至图4，喷流块具有一个入口流道10和多个出口流道20，多个出口流道20间隔设置并与入口流道10位于喷流块的不同表面上，当一定压力的流体从入口流道10流入并从出口流道20喷出时，个别出口流道20喷出的射流在未达到清洗区域时就发生了扩散或破碎现象，这种破碎的射流不利于在晶圆表面形成稳定的清洗流场，影响水流对晶圆表面切屑颗粒的输送，从而降低了清洗效果，进而影响划片质量。为了解决出口流道20射流扩散或破碎问题，目前的主流方法是增大入口流道10流体的流量或压力，以保证出口流道20射流的清洗效果。然而，过大的射流流量或过高的水压容易对晶圆造成损伤，影响划片机的合格率。

本部分提供了与本申请相关的背景信息，这些背景信息不一定是现有技术。

发明内容

本申请的一个目的在于解决或至少减轻上述问题的一部分或者全部。为此，本申请的一个目的在于提供一种喷流块、喷流装置及划片机。

为了实现上述目标，本申请采用如下的技术方案：

第一方面，本申请提供了一种喷流块，包括主体部以及连接于所述主体部的安装部，所述主体部具有：

入口流道和多个出口流道，所述入口流道的入口和所述安装部间隔设置于所述主体部的同一侧面，多个所述出口流道沿所述主体部的长度方向间隔设置，且所述出口流道的出口与所述入口流道的入口位于所述主体部的不同侧面上，多个所述出口流道中靠近所述入口流道的最外侧流道为第一出口流道；

过渡流道，沿所述主体部的长度方向延伸并用于连通所述入口流道和多个所述出口流道；

挡片，设置于所述过渡流道内并与所述第一出口流道相对设置，所述第一出口流道的中心线位于所述挡片所在平面内，且所述第一出口流道的入口低于所述挡片的最低面。

作为所述喷流块的可选方案，所述挡片的下端面为水平面，且所述挡片的下端面上靠近所述第一出口流道的一侧具有缺口。

作为所述喷流块的可选方案，所述挡片的下端面所在水平面与所述第一出口流道的入口的上边缘之间的距离不小于0.08mm。

作为所述喷流块的可选方案，所述缺口的纵截面形状为直角三角形，且该直角三角形的斜边位于所述挡片的下端面所在水平面内。

作为所述喷流块的可选方案，所述直角三角形靠近所述第一出口流道的直角边长于其另一直角边。

作为所述喷流块的可选方案，所述挡片的最大高度与所述过渡流道的最大高度之间的比值范围为：0.25～0.45。

作为所述喷流块的可选方案，所述挡片的厚度与所述第一出口流道的直径之间的比值范围为：0.1～0.15。

作为所述喷流块的可选方案，所述出口流道的入口低于所述过渡流道的中心线所在水平面。

第二方面，本申请提供了一种喷流装置，包括管路、喷流供给机构和如上任一项所述的喷流块，所述喷流供给机构通过所述管路与所述喷流块的入口流道连接。

第三方面，本申请提供了一种划片机，包括划片装置和如上所述的喷流装置，所述划片装置用于研磨晶圆，所述喷流装置用于喷水清洗所述晶圆。

本申请的有益之处在于：

本申请提供的喷流块，包括主体部以及连接于主体部在其长度方向一侧的安装部，安装部用于将喷流块安装于划片机的机架上，主体部具有入口流道、多个出口流道以及用于连通入口流道和多个出口流道的过渡流道，其中，扩散问题较为严重的出口流道为靠近入口流道的最外侧的出口流道，将该出口流道记为第一出口流道，通过在该过渡流道内与该第一出口流道相对的位置处增设挡片，且第一出口流道的中心线位于挡片所在平面内，第一出口流道的入口低于挡片的最低面，从而在不影响流体流入该第一出口流道的入口的情况下，避免在该第一出口流道的入口处形成不稳定的漩涡，保证出口射流的稳定性，减少射流扩散和破碎问题，提高射流的清洗能力。

本申请提供的喷流装置，通过应用上述喷流块，能够在不改变喷流装置整体结构的情况下，提高喷流装置的清洗能力。

本申请提供的划片机，通过应用上述喷流装置，能够在不改变划片机整体结构的情况下，提高划片机的划片效率及划片质量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对本申请实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本申请实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的划片机的结构示意图；

图2是图1中划片机的局部结构示意图；

图3是相关技术中喷流块的透视示意图；

图4是相关技术中喷流块喷流状态下的模拟图；

图5是本申请实施例提供的喷流块的透视示意图；

图6是图5中喷流块内部流道的示意图；

图7是图5中喷流块内部流道的侧视图；

图8是图5中喷流块内部流动的正视图。

图9是本实施例提供的喷流块喷流状态下的流体模拟示意图。

本申请提供的喷流块的附图标记：

100、划片装置；200、喷流装置；

1、主体部；11、入口流道；12、出口流道；12a、第一出口流道；13、过渡流道；14、挡片；141、缺口；

2、安装部；21、长条孔；

相关技术中的喷流块的附图标记：

10、入口流道；20、出口流道。

具体实施方式

在详细解释本申请的任何实施方式之前，应当理解，本申请不限于其应用到以下描述中阐述的或以上附图中所示的结构细节和组件布置。

在本申请中，术语“包括”、“包含”、“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本申请中，术语“和/或”，是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本申请中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“和/或”的关系。

本申请中，术语“连接”、“结合”、“耦合”、“安装”可以是直接连接、结合、耦合或安装，也可以是间接连接、结合、耦合或安装。其中，进行举例示范，直接连接指的是两个零件或组件之间不需设置中间件而连接在一起，间接连接指的是两个零件或组件分别与至少一个中间件连接，这两个零件或组件通过中间件实现连接。此外，“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合，并且可以包括电连接或耦合。

在本申请中，本领域普通技术人员将理解，结合数量或条件使用的相对术语（例如，“约”，“大约”，“基本”等）为包括所述值并且具有上下文所指示的含义。例如，该相对术语至少包括与特定值的测量相关的误差程度，与特定值相关的由制造，组装，使用造成的公差等。这种术语也应被视为公开了由两个端点的绝对值限定的范围。相对术语可指代所指示的值的一定百分比（例如1％，5％，10％或更多）的加或减。未采用相对术语的数值，也应该被揭示为具有公差的特定值。此外，“基本”在表达相对的角度位置关系时（例如，基本平行，基本垂直），可指代在所指示的角度的基础上加或减一定度数（例如1度，5度，10度或更多）。

在本申请中，本领域普通技术人员将理解，由组件执行的功能可以为由一个组件，多个组件，一个零件，或多个零件执行。同样的，由零件执行的功能也可以由一个零件，一个组件，或多个零件组合来执行。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等方位词是以附图所示的方位和位置关系来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。还应当理解的，上侧、下侧、左侧、右侧、前侧、后侧等方位词不仅代表正方位，也可以理解为侧方位。例如，下方可以包括正下方、左下方、右下方、前下方以及后下方等。

图1示出了本实施例提供的划片机的结构示意图。图2示出了图1中划片机的局部结构示意图。如图1至图2所示，本实施例提供了一种划片机，包括划片装置100和喷流装置200，划片装置100用于研磨晶圆，喷流装置200可用于喷射流体以清洗晶圆去除晶圆上的硅屑或对划片装置100的划片件进行清洗，进而提高划片质量。可以理解的是，该划片机还包括其他装置，比如控制装置等，由于划片机属于半导体设备中的常用设备，在此不再作详细介绍。

本实施例提供的划片装置100可选用金刚砂轮划片装置，金刚砂轮划片装置通过利用高速旋转的金刚砂轮对晶圆进行研磨切屑，实现对晶圆的划片。金刚砂轮划片装置可选用现有技术中的金刚砂轮装置，在此不再作详细介绍。

本实施例提供的喷流装置200包括喷流块、管路以及喷流供给机构，喷流块具有入口流道11、内流道和多个出口流道12，喷流供给机构通过管路与喷流块的入口流道11连接。在清洗晶圆过程中，喷流供给机构将具有一定压力的流体供给喷流块，流体通过喷流块内部的内流道经出口流道12喷出，在出口流道12处产生多股平行射流，冲击到划片区域对切削进行清理。可以理解的是，喷流供给机构提供的流体可以是液体，比如去离子冷却水，不仅可以用于对晶圆表面进行清洗，还可以对金刚砂轮划片装置的金刚砂轮进行冷却降温。当然，在其他实施例中，喷流供给机构提供的流体还可以是气体或气液混合流体等，在此不作限制。

图3示出了相关技术中喷流块的透视示意图。图4示出了相关技术中喷流块喷流状态下的模拟图。如图3至图4所示，相关技术中，喷流块具有一个入口流道10和多个出口流道20，多个出口流道20间隔设置并与入口流道10位于喷流块的不同表面上，当一定压力的流体从入口流道10流入并从出口流道20喷出时，个别出口流道20喷出的射流在未达到清洗区域时就发生了扩散或破碎现象，这种破碎的射流不利于在晶圆表面形成稳定的清洗流场，影响水流对晶圆表面切屑颗粒的输送，从而降低了清洗效果，进而影响划片质量。

针对上述问题，研发人员在实际研发中，发现相关技术中的喷流块的个别出口流道20射流之所以出现扩散或破碎现象是由于入口流道10位置固定且使得多个出口流道20相对于入口流道10呈不对称设置，导致水流经过个别出口流道20后出现了严重的径向扩散，造成出口流道20射流不完整，清洗能力较差。然而，由于划片机内各装置设备之间的限制，喷流块的组装空间受限，因此喷流块的尺寸通常较小，而为了方便喷流块与划片机的机架之间的组装以及喷流块与管路的组装，只能在喷流块长度方向的一侧设置机架安装部，在喷流块长度方向的另一侧设置入口流道10与管路连接。换言之，基于目前的划片机的内部结构布局，很难从喷流块的结构上将多个出口流道20对称布置于入口流道10两侧。

因此，为了解决出口流道射流扩散或破碎问题，现阶段的研发人员只能通过增大入口流道流体的流量或压力，以提高保证出口流道射流的清洗效果。然而，过大的射流流量或过高的水压容易对晶圆造成损伤，影响划片机的合格率。

基于此，研发人员另辟蹊径通过对喷流块的内部流道进行改进，并结合流体计算分析、计算机流体模拟以及试验验证等手段，设计出了一种新的喷流块，在不改变其他外部接口的情况下，能够减少喷流块个别出口流道射流扩散破碎问题，提高喷流装置的清洗能力，进而提高划片机的划片质量。

图5示出了本实施例提供的喷流块的透视示意图。图6示出了图5中喷流块内部流道的示意图。如图5至图6所示，本实施例提供的喷流块包括主体部1以及连接于主体部1在其长度方向一侧的安装部2，安装部2用于将喷流块安装于划片机的机架上，主体部1具有入口流道11、多个出口流道12以及用于连通入口流道11和多个出口流道12的过渡流道13，入口流道11的入口与安装部2位于主体部1的同一侧面上并与安装部2间隔设置，多个出口流道12沿主体部1的长度方向间隔设置，且多个出口流道12的出口与入口流道11的入口位于主体部1的不同侧面上。扩散问题较为严重的出口流道12为靠近入口流道11的最外侧的出口流道12，将该出口流道12记为第一出口流道12a，通过在该过渡流道13内与该第一出口流道12a相对的位置处增设挡片14，且第一出口流道12a的中心线位于挡片14所在平面内，第一出口流道12a的入口低于挡片14的最低面，从而在不影响流体流入该第一出口流道12a的入口的情况下，避免在该第一出口流道12a的入口处形成不稳定的漩涡，保证出口射流的稳定性，减少射流扩散和破碎问题，提高射流的清洗能力。

在本实施例中，多个出口流道12沿主体部1的长度方向在同一水平面内间隔布置，且所有出口流道12的长度及直径相同，以保证所有出口射流之间的稳定性，减少出口射流之间的相干性。

在本实施例中，入口流道11沿主体部1的高度方向延伸，如此设置可缩短入口流道11的长度，即缩短流体在入口流道11的流经时间，进而可提高清洗效率。此外，入口流道11为圆孔流道，一方面可提高流体在入口流道11内的流动性，另一方面圆孔流道方便加工，可降低加工成本。

在本实施例中，安装部2上具有长条孔21，以便于安装部2与划片机机架之间的组装，一方面，减小因加工误差造成的喷流块与机架之间的安装困难，另一方面，还可以根据需要调整喷流块与机架之间的相对位置，即实现调节喷流块与晶圆之间的相对距离，以提高喷流块喷出的射流对晶圆的清洗能力。

图7示出了图5中喷流块内部流道的侧视图。图8示出了图5中喷流块内部流动的正视图。如图7至图8所示，挡片14的下端面为水平面，且挡片14的下端面上靠近第一出口流道12a的一侧具有缺口141。该设计可有效避免从入口流道11流入的流体在第一出口流道12a的入口处形成漩涡或降低该处的漩涡强度，使得第一出口流道12a的射流更加稳定，以减少出口射流扩散或破碎现象，提高射流的清洗能力。

进一步地，挡片14的下端面所在水平面与第一出口流道12a的入口的上边缘之间的距离不小于0.08mm。

在本实施例中，缺口141的纵截面形状为直角三角形，且该直角三角形的斜边位于挡片14的下端面所在水平面内。进一步地，直角三角形靠近第一出口流道12a的直角边长于其另一直角边，即缺口141的内壁中长度较长的直角边能够对流体进行一定的导流引导，使得流体能够稳定地流向第一出口流道12a的入口，改善出口射流的稳定性，减少出口射流扩散或破碎现象，提高射流的清洗能力。

经流体力学计算以及计算机流体力学分析，可知，当挡片14的最大高度h与过渡流道13的最大高度H之间的比值范围为0.25～0.45时，挡片14的作用效果最好。在本实施例中，过渡流道13为圆孔流道，其最大高度H即为圆孔流道的直径为3.3mm，挡片14设置于过渡流道13内，且挡片14的最低面为水平面，挡片14的最大高度为1.16mm，缺口141形成的直角三角形的一个锐角为15°，较长直角边的长度为0.7mm。在其他实施例中，挡片14的高度、过渡流道13的直径以及缺口141的直角边长还可以选取其他数值，在此不再一一举例说明。

在本实施例中，所有出口流道12的中心线与过渡流道13的边缘相交处低于过渡流道13的中心线所在水平面，但出口流道12的整个出口有一部分高于过渡流道13的中心线所在水平面。在另一些实施例中，还可以是出口流道12的整个入口低于过渡流道13的中心线所在水平面，该设计也可以减少所有出口射流的扩散问题，提高出口射流的稳定性及清洗能力。

经流体力学计算以及计算机流体力学分析，可知挡片14的厚度与第一出口流道12a的直径之间的比值范围为0.1～0.15时，挡片14的作用效果最好。举例来说，第一出口流道12a的直径D为1mm时，挡片14的厚度t可以为0.1mm～0.15mm，比如0.12mm。

图9示出了本实施例提供的喷流块喷流状态下的流体模拟示意图。如图9所示，基于计算机流体力学方法，针对真实工况下的来流条件进行了数值模拟，在扩散较为严重的出口流道12的入口处增设挡片14后，减小了该处漩涡强度或避免了该处形成漩涡。从仿真结果看，所有出口流道12的射流在近场均为圆柱自由射流，仅在射流远场存在一定程度的扩散，有效地改善了射流的稳定性，减少射流扩散或破碎问题，可提高清洗效果。相较于相关技术中的喷流块，本实施例提供的喷流块能够有效防止出口流道形成的射流扩散，维持稳定的出口射流，提高清洗效果，进而提高划片精度、效率及质量。

以上显示和描述了本申请的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本申请，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种喷流块，其特征在于，包括主体部（1）以及连接于所述主体部（1）的安装部（2），所述主体部（1）具有：

入口流道（11）和多个出口流道（12），所述入口流道（11）的入口和所述安装部（2）间隔设置于所述主体部（1）的同一侧面，多个所述出口流道（12）沿所述主体部（1）的长度方向间隔设置，且所述出口流道（12）的出口与所述入口流道（11）的入口位于所述主体部（1）的不同侧面上，多个所述出口流道（12）中靠近所述入口流道（11）的最外侧流道为第一出口流道（12a）；

过渡流道（13），沿所述主体部（1）的长度方向延伸并用于连通所述入口流道（11）和多个所述出口流道（12）；

挡片（14），设置于所述过渡流道（13）内并与所述第一出口流道（12a）相对设置，所述第一出口流道（12a）的中心线位于所述挡片（14）所在平面内，且所述第一出口流道（12a）的入口低于所述挡片（14）的最低面。

2.根据权利要求1所述的喷流块，其特征在于，所述挡片（14）的下端面为水平面，且所述挡片（14）的下端面上靠近所述第一出口流道（12a）的一侧具有缺口（141）。

3.根据权利要求2所述的喷流块，其特征在于，所述挡片（14）的下端面所在水平面与所述第一出口流道（12a）的入口的上边缘之间的距离不小于0.08mm。

4.根据权利要求2所述的喷流块，其特征在于，所述缺口（141）的纵截面形状为直角三角形，且该直角三角形的斜边位于所述挡片（14）的下端面所在水平面内。

5.根据权利要求4所述的喷流块，其特征在于，所述直角三角形靠近所述第一出口流道（12a）的直角边长于其另一直角边。

6.根据权利要求1所述的喷流块，其特征在于，所述挡片（14）的最大高度与所述过渡流道（13）的最大高度之间的比值范围为：0.25～0.45。

7.根据权利要求1所述的喷流块，其特征在于，所述挡片（14）的厚度与所述第一出口流道（12a）的直径之间的比值范围为：0.1～0.15。

8.根据权利要求1-7任一项所述的喷流块，其特征在于，所述出口流道（12）的入口低于所述过渡流道（13）的中心线所在水平面。

9.一种喷流装置，其特征在于，包括管路、喷流供给机构和如权利要求1-8任一项所述的喷流块，所述喷流供给机构通过所述管路与所述喷流块的入口流道（11）连接。

10.一种划片机，其特征在于，包括划片装置（100）和如权利要求9所述的喷流装置，所述划片装置（100）用于研磨晶圆，所述喷流装置用于喷水清洗所述晶圆。