CN117878024B - 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的安装部，主体部具有入口流道、出口流道和第一流道和第二流道，第一流道沿主体部的长度方向延伸并与入口流道的出口相连通；第二流道沿主体部的长度方向延伸，第二流道的入口高于第一流道的最低处，第二流道用于连通第一流道与多个出口流道。在喷水过程中，第一流道和第二流道作为入口流道和出口流道之间的缓存区，使出口流道的入口远离入口流道的出口与第一流道交界处形成的涡流区，流体在其重力作用下先涌入第一流道后再稳定地涌入第二流道，保证射流的平稳性，减少射流的扩散或破碎现象，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；

第一流道，沿所述主体部的长度方向延伸并与所述入口流道的出口相连通；

第二流道，沿所述主体部的长度方向延伸并用于连通所述第一流道与多个所述出口流道，且所述第二流道的入口高于所述第一流道的最低处。

作为所述喷流块的可选方案，所述第二流道包括第一子流道以及呈夹角的连接于所述第一子流道一端的第二子流道，所述第一子流道与所述第一流道相连通，所述第二子流道与多个所述出口流道相连通。

作为所述喷流块的可选方案，所述第一流道的纵截面形状的最大宽度大于其与所述第一子流道连通部位的纵截面形状的宽度。

作为所述喷流块的可选方案，所述第一子流道的长度与所述第一流道连通部位的长度与所述第一子流道的长度相同。

作为所述喷流块的可选方案，所述第二子流道与所述第一子流道连通部位的长度与所述第二子流道的长度相同。

作为所述喷流块的可选方案，所述第一子流道与所述第二子流道呈直角连接。

作为所述喷流块的可选方案，所述第一子流道与所述第二子流道呈钝角连接。

作为所述喷流块的可选方案，所述第一子流道与所述第二子流道之间通过圆弧过渡连接。

作为所述喷流块的可选方案，所述第一子流道的纵截面形状为矩形。

作为所述喷流块的可选方案，所述第二子流道的纵截面形状为矩形。

作为所述喷流块的可选方案，所述第二流道的入口连接于所述第一流道的最高处。

作为所述喷流块的可选方案，所述第二流道的出口低于所述入口流道的入口。

作为所述喷流块的可选方案，所述出口流道的延伸线与水平面呈夹角设置。

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的安装部，主体部具有入口流道、出口流道和第一流道和第二流道，第一流道沿主体部的长度方向延伸并与入口流道的出口相连通；第二流道沿主体部的长度方向延伸，第二流道的入口高于第一流道的最低处，第二流道用于连通第一流道与多个出口流道。在喷水过程中，在喷水过程中，第一流道和第二流道作为入口流道和出口流道之间的缓存区，使出口流道的入口远离入口流道的出口与第一流道交界处形成的涡流区，流体在其重力作用下先涌入第一流道后再稳定地涌入第二流道，保证出口流道的入口处流体的平稳性，减少射流的扩散或破碎现象，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；13、第一流道；14、第二流道；141、第一子流道；142、第二子流道；

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20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11两侧。

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。如图5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和多个出口流道12，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。

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6示出了图5中喷流块内部流道的示意图。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6至图8所示，主体部1上还具有第一流道13和第二流道14，第一流道13沿主体部1的长度方向延伸并与入口流道11的出口相连通；第二流道14沿主体部1的长度方向延伸，第二流道14的入口高于第一流道13的最低处，第二流道14用于连通第一流道13与多个出口流道12。在喷水过程中，流体从入口流道11的入口进入，然后依次通过第一流道13、第二流道14后进入多个出口流道12的入口内，最后在出口流道12的出口处形成射流喷出。该设计使得第一流道13和第二流道14作为入口流道11和出口流道12之间的缓存区，使出口流道12的入口远离入口流道11的出口与第一流道13交界处形成的涡流区，且流体在其重力作用下先涌入第一流道13后再稳定地涌入第二流道14，保证出口流道12的入口处流体的平稳性，延长出口流道12处喷出射流的长度，减少射流的扩散或破碎现象，提高射流的清洗能力。

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，针对真实工况下的来流条件进行了数值模拟，根据显示的模拟结果，可知无论是靠近入口流道11的出口流道12，还是远离入口流道11的出口流道12，其形成的射流的稳定性要远远优于图3中现有的喷流块形成的射流的稳定性，所有出口流道12形成的射流均表现出较好的稳定性，不存在射流扩散问题，有效减轻了射流破碎程度，改善了射流的稳定性，提高清洗效果。本实施例提供的喷流块，在不改变喷流块外观结构的情况下，通过改进喷流块内部流道的结构布局，能够有效地解决射流扩散或破碎问题，改善射流的稳定性，具有更好的清洗效果。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12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。

继续参见图6至图8，在本实施例中，第二流道14的入口连接于第一流道13的最高处，如此可保证流体充满第一流道13后，再从第二流道14的入口进入第二流道14内。进一步地，第二流道14的入口连接于第一流道13的最高处并位于第一流道13在喷流块厚度方向的中间位置，可进一步提高第一流道13的流体进入第二流道14时的稳定性。在其他实施例中，第二流道14的入口还可以连接于第一流道13在喷流块高度方向的中间偏上的位置，也可以实现一定的稳流效果，在此不再赘述。

在本实施例中，第二流道14的出口低于入口流道11的入口。该设计是基于连通器原理进行的设计，主要是为了避免第二流道14的出口高于入口流道11时，喷水块内的流体对喷流供给机构供给的流体产生一定的压力，进而影响出口流道12形成的射流的稳定性。此外，本实施例中的出口流道12为直线型流道，出口流道12的出口也低于入口流道11的入口。

进一步地，出口流道12沿流体流动方向朝水平面下方延伸，且出口流道12的出口所在面与水平面呈夹角设置。该设计不仅可减少喷流块的体积，避免喷流块与外界物品干涉，还可以通过出口流道12的出口延伸方向与该出口所在面的倾斜角度的配合，提高出口流道12形成的射流的速度，进而减少射流的扩散与破碎，提高射流清洗效果。

在本实施例中，第二流道14包括第一子流道141以及连接于第一子流道141一端并与第一子流道141呈夹角设置的第二子流道142，第一子流道141与第一流道13相连通，第二子流道142与多个出口流道12相连通。该设计通过将第一流道13和出口流道12连接于第二流道14的两个子流道的两侧，且流体需先充满第一子流道141后才能够进入第二子流道142，可延长第一流道13和出口流道12之间的距离，保证出口流道12处形成稳定的射流。

在本实施例中，第一子流道141的长度与第一流道13的长度相当；第一子流道141与第一流道13的连通部位的长度与第一子流道141的长度相当。第一子流道141的长度与第二子流道142的长度相当；第一子流道141与第二子流道142连通部位的长度与第二子流道142的长度相当。该设计可保证第一流道13内的流体能够快速稳定地流入第一子流道141，且第一子流道141内的流体能够快速稳定地流入第二子流道142。其中，“长度相当”是指流道在喷流块长度方向的长度大致相同，比如可以是长度完全相同，或者两者长度之差与其中较短流道的长度的比值小于0.1，本领域技术人员可根据该设计思路进行变换设计，在此不再一一举例说明。

在本实施例中，第一子流道141的纵截面形状为矩形；第二子流道142的纵截面形状为矩形。该设计不仅便于第二流道14的加工，可降低加工成本，还可以减少流体在第二流道14内的阻力，减少流体在第二流道14内产生涡流的概率。当然，在其他实施例中，第一子流道141的纵截面形状和第二子流道142的纵截面形状还可是其他形状，比如梯形、大致的椭圆形或大致的圆形等。

在本实施例中，第一子流道141与第二子流道142呈直角连接。在其他实施例中，第一子流道141与第二子流道142还可以呈钝角连接，或者，第一子流道141与第二子流道142之间通过圆弧过渡呈直角连接，或者第一子流道141与第二子流道142之间通过圆弧过渡呈钝角连接，在此不作限制。

在本实施例中，第一流道13的纵截面形状的最大宽度大于其与第一子流道141连通部位的纵截面形状的宽度。当第一流道13的纵截面形状为矩形，第一流道13的纵截面形状的最大宽度即为矩形的宽度。当第一流道13的截面形状为圆形时，第一流道13的纵截面形状的最大宽度即为圆形直径的宽度。该设计可进一步保证流体先充满第一流道13后，再从第一流道13和第二流道14的连通位置处进入第二流道14内，保证第二流道14内流体的稳定性，进而保证出口流道12处流体的稳定性，提高射流的稳定性及清洗力。

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 (9)

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；

第一流道（13），沿所述主体部（1）的长度方向延伸并与所述入口流道（11）的出口相连通；

第二流道（14），沿所述主体部（1）的长度方向延伸并用于连通所述第一流道（13）与多个所述出口流道（12），且所述第二流道（14）的入口高于所述第一流道（13）的最低处；

所述第二流道（14）包括第一子流道（141）以及呈夹角的连接于所述第一子流道（141）一端的第二子流道（142），所述第一子流道（141）与所述第一流道（13）相连通，所述第二子流道（142）与多个所述出口流道（12）相连通。

2.根据权利要求1所述的喷流块，其特征在于，所述第一流道（13）的纵截面形状的最大宽度大于其与所述第一子流道（141）连通部位的纵截面形状的宽度。

3.根据权利要求1所述的喷流块，其特征在于，所述第一子流道（141）的长度与所述第一流道（13）连通部位的长度与所述第一子流道（141）的长度相同；和/或

所述第二子流道（142）与所述第一子流道（141）连通部位的长度与所述第二子流道（142）的长度相同。

4.根据权利要求1所述的喷流块，其特征在于，所述第一子流道（141）与所述第二子流道（142）呈直角连接；或

所述第一子流道（141）与所述第二子流道（142）呈钝角连接；或

所述第一子流道（141）与所述第二子流道（142）之间通过圆弧过渡连接。

5.根据权利要求1所述的喷流块，其特征在于，所述第一子流道（141）的纵截面形状为矩形；和/或

所述第二子流道（142）的纵截面形状为矩形。

6.根据权利要求1-5任一项所述的喷流块，其特征在于，所述第二流道（14）的入口连接于所述第一流道（13）的最高处；和/或

所述第二流道（14）的出口低于所述入口流道（11）的入口。

7.根据权利要求6所述的喷流块，其特征在于，所述出口流道（12）的延伸线与水平面呈夹角设置。

8.一种喷流装置，其特征在于，包括管路、喷流供给机构和如权利要求1-7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。

9.一种划片机，其特征在于，包括划片装置（100）和如权利要求8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。