一种用于基板干燥的流体供给装置和基板干燥设备的制作方法

本发明涉及化学机械抛光后处理技术领域，尤其涉及一种用于基板干燥的流体供给装置和基板干燥设备。

背景技术：

化学机械抛光(chemicalmechanicalplanarization,cmp)是集成电路制造中获得全局平坦化的一种超精密表面加工工艺。由于化学机械抛光中大量使用的化学试剂和研磨剂会造成基板表面的污染，所以在抛光之后需要引入后处理工艺以去除基板表面的污染物，后处理工艺一般由清洗和干燥组成，以提供光滑洁净的基板表面。

抛光后清洗的目的是去除基板表面颗粒和各种化学物质，并在清洗过程中避免对表面和内部结构的腐蚀和破坏，抛光后清洗有湿法和干法之分，湿法清洗就是在溶液环境下清洗，比如清洗剂浸泡、机械擦洗、湿法化学清洗等。

基板经过清洗后，基板表面会留存很多水或清洗液的残留物。由于这些水或清洗液的残留物中溶有杂质，如果让这些残留液体自行蒸发干燥，这些杂质就会重新粘结到基板的表面上，造成污染，甚至破坏晶片的结构。为此，需要对基板表面进行干燥处理，以除去这些残留液体。

基板干燥作为后处理的最后一道工艺，对保证基板表面质量和加工成品率起着至关重要的作用。业内普遍使用的干燥技术是异丙醇(ipa，iso-propylalcohol)蒸气干燥，其利用异丙醇蒸气对水产生的表面张力梯度，促使基板表面吸附的水膜剥离，但是由于异丙醇容易重新凝结造成二次污染，导致干燥效果不佳的问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种用于基板干燥的流体供给装置和基板干燥设备，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明实施例的第一方面提供了一种用于基板干燥的流体供给装置，包括存储主体、第一管路和第二管路，第一管路和第二管路分别与存储主体连通，第一管路和第二管路在存储主体外部通过加热管路连通；第一管路用于供给第一流体，第一流体的一部分流至存储主体内，第一流体的另一部分分流至加热管路加热后汇入第二管路并在第二管路中与存储主体内压出的第二流体混合后得以输出。

在一个实施例中，第一流体为氮气。

在一个实施例中，第二流体为异丙醇。

在一个实施例中，加热管路上设有加热部，加热部包括加热模块与温控模块，加热模块与温控模块连接。

在一个实施例中，第二管路的输出端设有与温控模块连接的温度检测模块，温度检测模块测量第一流体与第二流体的混合流体的温度并将该温度反馈至温控模块，以使温控模块控制加热模块的加热温度以将混合流体稳定在预设温度范围。

在一个实施例中，第二管路上设有管道保温结构。

在一个实施例中，第二管路上设有雾化模块，雾化模块将第一流体和第二流体混合并雾化。

在一个实施例中，流体供给装置还包括泄压管路，泄压管路用于从存储主体内排出气体。

在一个实施例中，流体供给装置还包括第三管路，第三管路气密连接于压力检测部。

在一个实施例中，流体供给装置还包括第四管路，第四管路气密连接于液位检测部。

本发明实施例的第二方面提供了一种基板干燥设备，包括基板保持装置和如上所述的流体供给装置，基板保持装置固定清洗后的基板，并通过流体供给装置向基板喷射第一流体与第二流体的混合流体以干燥基板。

本发明的有益效果包括：提高了基板干燥的效果。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的优点将变得更清楚和更容易理解，但这些附图只是示意性的，并不限制本发明的保护范围，其中：

图1为本发明一实施例提供的流体供给装置的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的流体供给装置的结构示意图；

附图标记说明：

10、存储主体；

20、第一管路；pv1、第一阀门；pv2、第二阀门；

30、第二管路；pv4、第四阀门；mfc2、第二质量流量控制器；33、雾化模块；34、管道保温结构；pv5、第五阀门；35、温度检测模块；

40、加热管路；pv3、第三阀门；mfc1、第一质量流量控制器；41、加热模块；42、温控模块；

60、第三管路；61、压力检测部；

50、第四管路；51、液位检测部。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本发明所述技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思；这些说明均是解释性和示例性的，不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。应当理解的是，除非特别予以说明，为了便于理解，以下对本发明具体实施方式的描述都是建立在相关设备、装置、部件等处于原始静止的未给与外界控制信号和驱动力的自然状态下描述的。

本发明实施例提供的一种用于基板干燥的流体供给装置，应用于基板后处理中的干燥工艺，作为干燥对象的基板包括半导体晶片、光掩膜用玻璃基板、液晶显示用玻璃基板、等离子显示用玻璃基板、光盘用基板等。

如图1所示，本发明一实施例提供了一种用于基板干燥的流体供给装置，包括存储主体10、第一管路20和第二管路30，第一管路20和第二管路30分别与存储主体10连通，第一管路20和第二管路30在存储主体10外部通过加热管路40连通；第一管路20用于供给第一流体，第一流体的一部分流至存储主体10内，第一流体的另一部分分流至加热管路40加热后汇入第二管路30并在第二管路30中与存储主体10内压出的第二流体混合后得以输出。

其中，第一管路20和第二管路30分别与存储主体10气密连通，第一管路20和第二管路30之间通过加热管路40气密连通。第一流体经加热后与第二流体混合得到混合流体，具体为混合气体。

在一个实施例中，存储主体10具有分别与第一管路20和第二管路30气密连接的第一连接口和第二连接口。第一管路20和第二管路30之间连接有加热管路40。

第一流体从第一管路20的输入端进入第一管路20，然后第一流体可通过第一管路20与存储主体10之间的第一连接口进入存储主体10，第一流体还可以通过第一管路20与加热管路40之间的连接口进入加热管路40进而经过加热管路40的加热得到加热后的第一流体，加热后的第一流体可通过加热管路40与第二管路30之间的连接口进入第二管路30从而与第二管路30中的第二流体混合得到加热的混合气体。

第一管路20向存储主体10内通入第一流体以增加存储主体10内的压力，从而使存储主体10内贮存的第二流体在该压力作用下通过第二管路30排出。

在一个实施例中，第一流体为氮气，第二流体为异丙醇。

在常温下，存储主体10中贮存的第二流体为异丙醇液体。

第一管路20向存储主体10内通入氮气。第一管路20位于存储主体10内的底端高于存储主体10内液体的分界面。在第一管路20经由第一连接口l向存储主体10内加入氮气时，存储主体10内的气压升高，以将异丙醇液体压出从而执行基板干燥工艺。

第二管路30用于流通从存储主体10内排出的异丙醇液体，第二管路30位于存储主体10内的底端靠近存储主体10的内底面，以在常态下使第二管路30的底端低于存储主体10内的液面，从而有利于异丙醇液体压入第二管路30并排出。

本实施例中，氮气通入第一管路20，然后进入存储主体10并将异丙醇液体压出至第二管路30，同时氮气流入加热管路40进行加热，加热后的氮气在第二管路30中与异丙醇混合得到加热的混合气体，从而实现了使用该加热的混合气体进行基板的干燥。

混合气体的温度在60℃至90℃之间。

使用热的气体对基板进行干燥，可形成温度梯度从而发生热马兰戈尼效应，诱使基板表面的清洗液带着表面附着物从基板表面剥离，热马兰戈尼效应产生的强烈的界面流动不仅可以将吸附在基板表面的液体剥离还可以将基板表面附着的污染物冲洗掉，从而实现效果较佳的基板干燥，提高了干燥效果。

在一个实施例中，流体供给装置还包括控制系统，以控制流体供给装置的工作状态。

如图1所示，第一管路20设有第一开关组件以实现第一管路20的通断控制。第一开关组件包括第一阀门pv1和第二阀门pv2。第一阀门pv1接在第一管路20的输入端和第一管路20与加热管路40的连接口之间，以控制氮气是否通入第一管路20。第二阀门pv2接在第一管路20与加热管路40的连接口和第一管路20与存储主体10的第一连接口之间，以控制氮气是否通入存储主体10。另外，第二阀门pv2还可以为单向阀，该单向阀的进口靠近第一管路20的输入端一侧，出口靠近存储主体10一侧，以使氮气仅能流入存储主体10，不可反向流出。

第一管路20的输入端连接氮气供给源。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，加热管路40上设有加热部，加热部包括加热模块41与温控模块42，加热模块41与温控模块42连接。

加热模块41设置在加热管路40与第二管路30之间的连接口的上游侧，以对加热管路40中流过的氮气进行加热。温控模块42用于控制加热模块41的加热温度。

在一个实施例中，加热模块41包括第一加热器和第二加热器。

作为一种可实施方式，第一加热器可以通过在加热管路40内装入可控电热丝实现，当有电流通过电热丝时，产生的热通过热传导介质传递至被加热的氮气中，以达到加热氮气的目的。

作为另一种可实施方式，第一加热器还可以通过设置在加热管路40外表面的电阻丝实现，优选地，加热管路40的外表面绕设有绝缘体，绝缘体外侧缠绕电阻丝，通过电阻丝的加热，从而对管路里面的氮气进行加热。

具体地，第一加热器可以为：管道式气体加热器或管路外壁覆盖的外加热结构。

作为一种可实施方式，第二加热器可以采用微波加热实现。

本实施例中，第一加热器实现了氮气的快速加热，第二加热器实现了氮气的均匀加热，提高了加热氮气的效果。

如图1所示，加热管路40还设有第三阀门pv3和第一质量流量控制器mfc1，第三阀门pv3的一端接第一管路20，第三阀门pv3的另一端接第一质量流量控制器mfc1的一端，第一质量流量控制器mfc1的另一端接加热模块41的输入端，加热模块41的输出端接第三管路60，加热模块41的受控端接温控模块42的输出端。

第三阀门pv3用于控制加热管路40的通断。另外，加热管路40上还可以设有单向阀，该单向阀设置在第三阀门pv3的下游侧，以使氮气单向流通，不能倒流。

第一质量流量控制器mfc1用于控制与异丙醇混合的氮气的流量。质量流量控制器(massflowcontroller)具有稳流功能，可以控制其中通过的气体或液体的流量，以控制氮气和异丙醇的混合比例。质量流量控制器与控制系统连接，用户可根据需要进行流量设定，质量流量控制器可自动地将流量恒定在设定值上，即使环境压力有波动或环境温度有变化，也不会使流量偏离设定值。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，第二管路30的输出端设有与温控模块42连接的温度检测模块35，温度检测模块35测量第一流体与第二流体的混合流体的温度并将该温度反馈至温控模块42，以使温控模块42控制加热模块41的加热温度以将混合流体稳定在预设温度范围。

温度检测模块35设置在第二管路30的气体输出端，以测量第二管路30输出的混合气体的温度。具体地，温度检测模块35可以为温度传感器。

温度检测模块35将测量得到的混合气体的温度发送至温控模块42，温控模块42根据该温度控制加热模块41提高对氮气的加热温度或降低对氮气的加热温度，以将第二管路30输出的混合气体的温度稳定在预设温度范围。预设温度范围可以为60℃至90℃。本发明实施例通过温度检测模块35、温控模块42和加热模块41组成了对温度的闭环控制，实现了温度的准确控制，能够减小控制误差。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，第二管路30上设有管道保温结构34。管道保温结构34可以由包裹在第二管路30外面的保温材料实现。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，第二管路30上设有雾化模块33，雾化模块33将第一流体和第二流体混合并雾化输出混合气体。雾化模块33的第一输入端通入异丙醇液体，第二输入端通入加热后的氮气，输出端输出异丙醇与氮气的混合气体。

在一个实施例中，雾化模块33包括第一雾化器和第二雾化器。第一雾化器用于实现异丙醇液体的初步雾化，可选地，第一雾化器中设有雾化喷嘴，异丙醇液体经雾化喷嘴处理转化为雾化的异丙醇气体，从而与氮气混合得到混合气体。

第二雾化器可以利用振荡波进行雾化，例如超声波雾化，以进一步提高雾化效果。具体地，第二雾化器包括与喷嘴连接的超声波发生器，从而利用超声波高频振荡将喷嘴内经过的液体雾化成均匀的微米级颗粒输出。

本实施例采用两级雾化，第一雾化器先初步将液体转换为液滴组成的雾化气体，第一雾化器再利用振荡波进一步将雾化气体中的液滴打散为更细小的颗粒，从而提高最终得到的混合气体的雾化效果，避免了使用未充分雾化的混合气体执行基板干燥而导致的液滴在基板表面形成的缺陷。并且，本实施例先使用结构较简单且雾化速度较快的第一雾化器进行初步雾化，再使用结构复杂的第二雾化器对已经初步雾化的气体进行二次雾化，还能够提高雾化的效率。

如图1所示，第二管路30上设有第四阀门pv4、第二质量流量控制器mfc2、雾化模块33、第五阀门pv5和温度传感器。雾化模块33下游侧的管路上设有管道保温结构34。

第四阀门pv4和第五阀门pv5组成第二开关组件，用于控制第二管路30的通断。第四阀门pv4的一端接第二管路30与存储主体10的第二连接口，第四阀门pv4的另一端接第二质量流量控制器mfc2的输入端，第二质量流量控制器mfc2的输出端接雾化模块33的第一输入端，雾化模块33的第二输入端接加热管路40，雾化模块33的输出端接第五阀门pv5的一端，第五阀门pv5的另一端与第二管路30的输出端之间接有温度传感器，用来测量输出的混合气体的温度。其中，第二质量流量控制器mfc2为液体质量流量控制器。雾化模块33与第五阀门pv5之间的管路以及第五阀门pv5和温度传感器之间的管路上均设有管道保温结构34。

如图1所示，第二管路30具有位于存储主体10内部的延伸部31，延伸部31的底端距存储主体10内底面的距离小于预设值。预设值可以为0.1cm至10cm，优选为0.5cm。在正常状态下，延伸部31的底端低于存储主体10内液体的分界面。

如图1所示，存储主体10的内底面与水平面具有一定夹角，夹角小于5度。内底面按照从边缘向延伸部31对应位置处高度降低的方式倾斜延伸，以在与延伸部31对应位置处形成一凹部，以便于延伸部31伸入该凹部内，从而能够更彻底地排空存储主体10内的异丙醇液体。存储主体10底端还设有支撑部，以使存储主体10水平放置。

在一个实施例中，可以利用称重装置实时监测存储主体10的重量。

本发明实施例通过加热氮气实现了对异丙醇的温度控制。并且，在混合气体的出口位置设置温度传感器，以监测出口温度，实现了混合气体温度的实时调控。此外，还在加热后的相关管路上设置管道保温结构34，确保了混合气体的温度恒定在预设温度范围内。

如图2所示，在一个实施例中，流体供给装置还包括加液管路32，加液管路用于向存储主体10内加入异丙醇液体。加液管路与第二管路30连接，即加液管路也通过第二连接口与存储主体10连通。加液管路的输入端连接异丙醇供给源。

如图2所示，加液管路上设有独立的开关组件，以控制其通断时间。加液管路上设有第六阀门pv6，另外，还可以设有单向阀。在第六阀门打开时，异丙醇液体经过第六阀门进入存储主体10内，且单向阀能够阻止异丙醇液体反向流出。加液管路上的单向阀的进口靠近加液管路的入口侧，出口靠近存储主体10一侧，以使异丙醇液体仅能通过加液管路流入存储主体10内。

如图2所示，在一个实施例中，流体供给装置还包括泄压管路22，泄压管路用于从存储主体10内排出气体，以减小存储主体10内的压力，从而使异丙醇液体通过加液管路加入存储主体10内。泄压管路与第一管路20连接，即泄压管路也通过第一连接口与存储主体10连通。

如图2所示，泄压管路上设有独立的开关组件，以控制其通断时间。泄压管路上设有第七阀门pv7，另外，还可以设有单向阀。在第七阀门打开时，存储主体10内的气体通过泄压管路排出，且单向阀能够阻止气体反向流入。泄压管路上的单向阀的进口靠近存储主体10一侧，出口靠近泄压管路的出口侧，以使气体仅能通过泄压管路从存储主体10内排出。

如图2所示，在一个实施例中，流体供给装置还包括第三管路60，第三管路60气密连接于压力检测部61。第三管路60的一端气密连接于存储主体10的第三连接口，第三管路60的另一端气密连接于压力检测部61。

第三管路60将压力检测部61与存储主体10内部连通，以实现压力检测部61实时测量存储主体10内的气压，并将气压数据输送至控制系统进行显示，从而方便操作人员监控存储装置的内部状态和运行情况，并在压力异常时及时排查故障。压力检测部61可以为压力表。本实施例能够实时监测存储主体10内部压力，能够防止压力异常，实现了安全并高效地利用和存储异丙醇液体。

如图2所示，在一个实施例中，流体供给装置还包括第四管路50，第四管路50气密连接于液位检测部51。第四管路50的一端气密连接于存储主体10的第四连接口，第四管路50的另一端气密连接于液位检测部51。

液位检测部51可以包括设置在存储主体10内的光电开关传感器，以判断存储主体10内液位的高低。在液位检测部51检测到存储主体10内的液位高于或低于预设位置时发送报警信号至控制系统，以使控制系统执行相应的处理程序。处理程序可以为控制第二管路30的开关组件打开以使液体排出或者通知操作人员处理。

可以理解的是，压力检测部61、液位检测部51和各管路的开关组件均与控制系统连接。

综上，流体供给装置的工作过程为：

在ipa输出状态，第一阀门pv1、第二阀门pv2、第三阀门pv3、第四阀门pv4和第五阀门pv5均打开，第六阀门和第七阀门均关闭，氮气经第一管路20通入存储主体10内以加压将异丙醇液体经第二管路30排出，同时加热管路40的第一质量流量控制器mfc1使一定流量的氮气通过进行加热并流入雾化模块33，第二管路30的第二质量流量控制器mfc2使一定流量的异丙醇液体流入雾化模块33，从而将固定比例的加热氮气和异丙醇在雾化模块33内混合后排出异丙醇与氮气混合气体。

在ipa输入状态，第六阀门和第七阀门均打开，第一阀门pv1、第二阀门pv2、第三阀门pv3、第四阀门pv4和第五阀门pv5均关闭，异丙醇液体经加液管路进入存储主体10内，同时存储主体10内的气体经泄压管路排出，以保证存储主体10内的气压稳定。

在流体供给装置的工作过程中，当液位检测部51检测到存储主体10内的液位过低时，控制异丙醇液体加入存储主体10内。在此期间，压力检测部61持续检测内部气压。

本发明实施例还提供了一种基板干燥设备，包括基板保持装置和如上所述的流体供给装置，基板保持装置固定清洗后的基板，并通过流体供给装置向基板喷射所述混合气体以干燥基板。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。应当理解的是，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制，相同的参考标记用于表示附图中相同的部分。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。