槽式清洗设备的注液管和槽式清洗设备的制作方法

1.本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种注液管和槽式清洗设备。


背景技术：

2.在半导体制造的工艺过程中，槽式清洗机广泛地应用于晶圆清洗加工工艺中。槽式清洗机主要包括槽体和注液管路。其中，注液管路中的喷口设置于槽体内的底部，并通过喷口向晶圆喷射清洗药液，以达到清洗晶圆的目的。由于晶圆中各部分距离喷口的距离不同，进而导致晶圆与药液接触不均。具体的，晶圆中越靠近喷口的部分与清洗药液接触充分，且受到的清洗药液的作用力越大，进而导致距离喷口近的过度清洗，距离喷口远的清洗效果差，形成射流状清洗痕迹，大大影响工艺效果。
3.相关技术中，为了减小晶圆中靠近喷口的部分受到的清洗液药液的作用力，将喷口的朝向工艺槽内壁。这种方式虽然可以减小晶圆中靠近喷口的部分受到的清液药液的作用力，但是，由于清洗药液冲击在槽体内壁并反溅，导致槽内清液药液流场混乱，使得晶圆的清洗效果仍然不能够得到有效改善。


技术实现要素：

4.本发明公开一种槽式清洗设备的注液管和槽式清洗设备，以解决注液管喷射清洗药液不均，容易形成射流状清洗痕迹的问题。
5.为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
6.本发明所述的注液管，包括第一管道和第二管道，第二管道套设于第一管道，第二管道的两端分别与第一管道密封相连，且第一管道和第二管道之间形成有缓冲腔，
7.第一管道具有进液口，进液口用于与供液管路连通，第一管道开设有多个第一注液孔，第一注液孔均由第一管道的内侧壁贯穿第一管道的管壁至第一管道的外侧壁；
8.第二管道的管壁具有第一区域和第二区域，第一区域的管壁与第二区域的管壁构成第二管道；第一区域的管壁开设有多个第二注液孔，第二注液孔由第一区域的内侧壁贯穿第二管道的管壁至第一区域的外侧壁，且第一注液孔与第二区域相对。
9.基于本发明所述的注液管，本发明还提供了一种槽式清洗设备。该槽式清洗设备包括槽体和本发明所述的注液管，注液管设置于槽体的槽底，且第二注液孔朝向槽体的槽底。
10.本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：
11.本发明实施例公开的注液管中，第二管道套设与第一管道，第一注液孔与第二区域相对，使得第一注液孔喷出的液体冲击至第二区域。第二注液孔靠近第二管道的内侧壁的一端位于第一区域，进而可以有效避免第一管道喷射出的高压液体流直接从第二注液孔喷出。该方案中，从第一注液孔喷出的高压液体流冲击在第二管道的内侧壁并反溅，以降低清洗介质压力。进一步地，经过减压后的清洗介质从第二注液孔流出缓冲腔。因此，该方案有益于使清洗介质平稳缓慢的充满工艺槽，以避免形成射流状清洗痕迹。
附图说明
12.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
13.图1为本发明一些实施例公开的注液管在第一视角的剖面图；
14.图2为本发明一些实施例公开的注液管在第二视角的剖面图；
15.图3为本发明另一些实施例公开的注液管在第二视角的剖面图；
16.图4为本发明一些实施例公开的槽式清洗设备在第一视角的剖面图；
17.图5为图4的局部放大图；
18.图6为本发明一些实施例公开的槽式清洗设备在第二视角的剖面图；
19.图7为本发明一些实施例公开的槽式清洗设备在第三视角的剖面图。
20.附图标记说明：100-注液管；101-缓冲腔；102-第一区域；103-第二区域；110-第一管道；111-第一注液孔；112-进液口；120-第二管道；121-第二注液孔；122-排气孔；130-第一密封件；140-第二密封件；200-槽体；300-晶圆放置架；310-晶圆放置位；400-升降机构；500-晶圆。
具体实施方式
21.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.以下结合图1至图7，详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。
23.参照图1至图3，在本发明的一些实施例中，注液管包括第一管道110和第二管道120。第二管道120套设于第一管道110，第二管道120的两端分别与第一管道110密封相连，且第一管道110和第二管道120之间形成有缓冲腔101。示例性地，第二管道120的内径大于第一管道110的外径，以使第二管道120套设于第一管道110的情况下，可以形成缓冲腔101。
24.参照图1和图2，在一些可选的实施例中，第一管道110具有进液口112，进液口112用于与供液管路连通，以使清洗介质可以从进液口112进入第一管道110内。第一管道110开设有多个第一注液孔111，第一注液孔111均由第一管道110的内侧壁贯穿第一管道110的管壁至第一管道110的外侧壁，以使第一管道110可以通过第一注液孔111与缓冲腔101连通。示例性地，第一管道110内的清洗介质可以通过第一注液孔111进入缓冲腔101内。
25.参照图2和图3，在一些可选的实施例中，第二管道120的管壁具有第一区域102和第二区域103，第一区域102的管壁与第二区域103的管壁构成第二管道120。进一步地，第一区域102的管壁开设有多个第二注液孔121。第二注液孔121由第一区域102的内侧壁贯穿第二管道120的管壁至第一区域102的外侧壁，以使缓冲腔101内的清洗介质可以沿第二注液孔121排除。第一注液孔111与第二区域103相对，以使第一注液孔111喷出的清洗介质喷射至第二区域103的管壁，进而避免第一注液孔111喷射出的清洗介质直接从第二注液孔121喷出。
26.上述实施例中，第二注液孔121开设与第一区域102的管壁，第一注液孔111与第二区域103的管壁相对，进而使得第一注液孔111与第二注液孔121在其导流方向上无相对区
域，实现第一注液孔111和第二注液孔121错位设置。第一管道110内的清洗介质沿第一注液孔111进入缓冲腔101，并冲击在第二管道120的内侧壁上并反溅。在清洗介质冲击在第二管道120的内侧壁的后，清洗介质的流速和压力均减小，进而有益于清洗介质平稳缓慢地从第二注液孔121流出，进而有益于提高对产品各处的清洗效果的一致性。
27.可选地，上述实施例所述的注液管100可以适用于清洗半导产品的槽式清洗设备。例如清洗晶圆的槽式清洗设备。在上述实施例中所述的注液管100应用于槽式清洗设备的情况下，有益于清洗介质平稳缓慢地进入槽式清洗设备内，可以有效避免被清洗的产品的表面形成射流状清洗痕迹。
28.相关技术中，槽式清洗设备在用于清洗晶圆的过程中，由于晶圆各处清洗效果的不均匀性，导致晶圆刻蚀工艺的不均匀。上述实施例中，注液管100有益于提高药液注液均匀性，进而提高晶圆各处清洗效果一致性，提高清洁效果及后续刻蚀工艺对晶圆刻蚀的均匀性。另外，在刻蚀工艺之后，晶圆表面仍然可能残留有刻蚀工艺用的药液，上述实例可以通过注液管均匀注入清洗液来清洗残留刻蚀工艺用的药液，达到清洗效果的一致性，提高刻蚀均匀性。
29.需要说明的是，清洗介质可以为清水、清洗药液。由于针对不同的产品或者同一产品的不同工艺阶段，清洗用的药液可能不同。为此，本实施例不限定清洗介质的具体种类。
30.参照图2和图3，在一些可选的实施例中，第一管道110和第二管道120之间可以形成环形的缓冲腔101，以使冲击在第二管道120的内侧壁上并反溅的清洗介质可以沿环形的缓冲腔101流动。示例性地，第一管道110和第二管道120可以为圆柱形管道。可选地，第一管道110和第二管道120可以同轴设置，以使第一管道110和第二管道120之间可以形成绕第一管道110的圆筒状的缓冲腔101。
31.上述实施例，可以利用清洗介质沿环形的缓冲腔101流动，以减小清洗介质进入第二注液孔121的流速，进而有益于清洗介质从第二注液孔121平稳缓慢地流出。
32.参照图6和图7，在一些可选的实施例中，第一注液孔111的过流面积的总和大于进液口112的过流面积。第一注液孔111的过流面积是指：第一注液孔111在垂直于其导流方向上的截面的面积。其中，第一注液孔111的导流方向为流体在第一注液孔111内的流动方向。
33.在压力一定的情况下，流体流速与流通通道的过流面积之间成反相关，即流通通道的过流面积越大，流体的流速越小。上述实施例中，第一注液孔111的过流面积的总和大于进液口112的过流面积，进而清洗介质在进入第一注液孔111和缓冲腔101的过程中，清洗介质的流速和压强减小。
34.示例性地，进液口112的直径为20mm，则进液口112的过流面积为：π(20/2)2＝100πmm2。第一注液孔111的数量为100个，第一注液孔111的直径为3mm，则第一注液孔111的过流面积的总和为：100*π(3/2)2＝225πmm2。因此，进液口112的过流面积与第一注液孔111的过流面积的总和的比值为1:2.25。
35.上述实施例中，从第一注液孔111流出的清洗介质的流速降至清洗介质从进液口112流入的第一管道110的流速的40％左右。并且，清洗介质在冲击到外管管壁的过程中会损失很大一部分动能，因此可以使得清洗介质的流速和压力均变小。因此，该方案有益于清洗介质平稳缓慢地从第二注液孔121流出，以避免被清洗的产品的表面形成射流状清洗痕迹。
36.在一些可选的实施例中，第二注液孔121的过流面积的总和大于第一注液孔111的过流面积的总和。示例性地，第二注液孔121的数量和第一注液孔111的数量相同，且第二注液孔121的孔径大于第一注液孔111的孔径，以使第二注液孔121的过流面积的总和大于第一注液孔111的过流面积的总和。
37.当然，在另一些可选的实施例中，第二注液孔121的孔径与第一注液孔111的孔径相等，第二注液孔121的数量大于第一注液孔111的数量，以使第二注液孔121的过流面积的总和大于第一注液孔111的过流面积的总和。
38.示例性地，第二注液孔121的孔径与第一注液孔111的孔径相等，第二注液孔121的数量为第一注液孔111的数量的两倍，进而使得第二注液孔121的过流面积的总和为第一注液孔111的过流面积的总和的两倍。
39.上述实施例中，第二注液孔121的过流面积的总和大于第一注液孔111的过流面积的总和，可以进一步减小清洗介质从第二注液孔121流出的速率和压力，进而有益于避免被清洗的产品的表面形成射流状清洗痕迹。在注液管100用于清洗晶圆的槽式清洗设备的情况下，该实施例所述的注液管100有益于清洗介质平稳缓慢地注入槽式清洗设备内，进而避免晶圆表面形成射流状清洗痕迹。
40.在一些可选的实施例中，第一注液孔111的过流面积的总和大于进液口112的过流面积，且第二注液孔121的过流面积的总和大于第一注液孔111的过流面积的总和。该实施例有益于实现被清洗介质的流速和压力逐级递减，提升注液管100对清洗介质降速降压的性能，以使从第二注液孔121流出清洗介质更加平稳缓慢。
41.参照图2和图3，在一些可选的实施例中，第一区域102位于第二管道120的底部，第二区域103位于第二管道120的顶部。示例性地，第一注液孔111朝向第一区域102；第二注液孔121开设于第二区域103，且第二注液孔121朝向第二管道120的底部侧。
42.上述实施例中，第一注液孔111朝向第二管道120顶部的管壁，第二注液孔121开设于第二管道120底部的管壁，有益于第一注液孔111和第二注液孔121错位设置，防止第一注液孔111喷出的清洗介质直接从第二注液孔121喷出。另外，该实施例中，第一注液孔111朝向第二管道120顶部的管壁，第二注液孔121开设于第二管道120底部的管壁，可增加清洗介质在注液管100内的行程，使得清洗介质由第一注液孔111喷出到从第二注液孔121排出过程中的动能消耗增加，进而有益于减小清洗介质从第二注液孔121流出的速度和压力。
43.参照图2和图3，在一些可选的实施例中，第一注液孔111沿第一管道110的导流方向成排设置，且每排第一注液孔111朝向相同。第一管道110的导流方向为流通沿第一管道110流动的流动方向。示例性地，第一管道110的导流方向可以为第一管道110的长度方向。进一步地，第二注液孔121沿第二管道120的导流方向成排设置，每排第二注液孔121朝向相同，且第二注液孔121朝向第二管道120的底部侧。需要说明的是，第二管道120的导流方向为流体在第二管道120内流动的方向。
44.上述实施例中，每排第一注液孔111朝向相同，每排第二注液孔121朝向相同，有益于提高沿第一管道110的导流方向各处清洗介质的流动速率的一致性，提高清洗介质进入槽式清洗设备内的均匀性，进而提高槽式清洗设备内各处晶圆500清洁效果的一致性。
45.在一些进一步可选的实施例中，第一注液孔111沿第一管道110的导流方向均匀排布，进而有益于清洗介质均匀地分布于缓冲腔101内，提高缓冲腔101内各处清洗介质压力
和流速的均匀性。同理，第二注液孔121沿第二管道120的导流方向均匀排布，进而有益于清洗介质均匀地分布于缓冲腔101内，提高缓冲腔101内各处清洗介质压力和流速的均匀性，并提高清洗介质从缓冲腔101内均匀排出。该方案所述的注液管100在应用于清洗晶圆的槽式清洗设备的情况下，可以有效提高清洗介质进入槽式清洗设备内的均匀性，进而有益于提高槽式清洗设备内各处晶圆500清洁效果的一致性。
46.参照图1和图2，在一些可选的实施例中，第一管道110具有两排第一注液孔111，且两排第一注液孔111在第一管道110上对此设置。示例性地，两排第一注液孔111对称地设置于第一管道110顶部侧的管壁上。第二管道120具有两排第二注液孔121，且两排第二注液孔121在第二管道120上对称设置。示例性地，两排第二注液孔121对称地设置于第二管道120底部侧的管壁上。
47.参照图5，上述实施例中，两排第一注液孔111对称设置于第一管道110的两侧有益于使第一管道110的两侧的第一注液孔111进入的清洗介质在沿缓冲腔101流动的过程中在第一管道110的底部相遇，进而有益于使第一管道110的两侧的清洗介质动能相互抵消，进而有益于减小从第二注液孔121流出清洗介质的速度和压力，使得注液管能够实现平缓稳定地注入清洗介质。
48.上述实施例中所述的注液管100在应用于清洗晶圆的槽式清洗设备的情况下，可以有效提高清洗介质进入槽式清洗设备内的平缓性和均匀性，避免槽式清洗设备内的清洗介质的流场混乱，进而有益于提高槽式清洗设备内各处晶圆清洁效果的一致性。
49.在一种可选的实施例中，第一注液孔111的出液方向与竖直向上的方向之间的夹角为30
°
至60
°
。示例性地，第一注液孔111的出液方向与竖直向上的方向之间的夹角可以为35
°
、40
°
、45
°
、50
°
、55
°
。进一步可选地，第二注液孔121的出液方向与竖直向下的方向之间的夹角为30
°
至60
°
。示例性地，第二注液孔121的入液方向与竖直向下的方向之间的夹角可以为35
°
、40
°
、45
°
、50
°
、55
°
。
50.参照图5，在第一注液孔111的出液方向与第二注液孔121的入液方向垂直。示例性地，第一注液孔111的出液方向与竖直向上的方向之间的夹角和第二注液孔121的入液方向与竖直向下的方向之间的夹角均为45
°
。该方案可以使第一注液孔111流出的清洗介质的初始速度的方向与清洗介质进入第二注液孔121的流动方向垂直，进而有益于减小清洗介质从第二注液孔121流出的速度和压力，提高清洗介质从第二注液孔121流出的平缓度。
51.示例性地，第一注液孔111和第二注液孔121的数量和孔径大小均相同，且每排第一注液孔111沿第一管道110的导流方向均匀分布，每排第二注液孔121沿第一管道110的导流方向均匀分布。在第一管道110的导流方向两个相邻的第一注液孔111之间的间距为第一间距；在第二管道120的导流方向两个相邻的第二注液孔121之间的间距为第二间距。第一间距为第二间距的两倍。上述实施例有益于减小清洗介质从第二注液孔121流出的速度和压力，提高注液管对注入清洗介质降速降压的能力，进而有益于提高注液管100注入液体的平缓度。
52.参照图3，在一些可选的实施例中，第二管道120还设置有排气孔122，排气孔122设置于第二管道120的顶部，排气孔122贯穿第二管道120的管壁与缓冲腔101的顶部连通，以使缓冲腔101内的气体可以从排气孔122排出。
53.需要说明的是，相关技术中，为了避免喷管喷射出的清洗介质直接冲击在晶圆上，
通过调整喷管的开孔方向，以使喷管的开孔方向向下，进而导致管内容易残留气泡。并且，残留的气泡容易在工艺过程中从喷管内溢出，引起“爆破”现象，进而影响工艺效果。
54.上述实施例中，排气孔122设置于第二管道120的顶部，以便于气体及时从缓冲腔101内排出，避免气体在缓冲腔101内残留，以避免缓冲腔101内聚集大量气体。因此，该实施例有益于防止清洗介质内出现较大体积的气泡。
55.进一步可选的实施例中，排气孔122的孔径小于第二注液孔121的孔径。以使气体从排气孔122排出形成的气泡小于从第二注液孔121的孔径。具体的，可以根据需要设置排气孔122的大小，以使排出气体形成的气泡大小不易破裂，进而可有效防止清洗介质内的气泡出现“爆破”现象，进而避免清洗介质内气泡产生的“爆破”现象影响工艺效果。
56.排气孔122有益于缓冲腔101内的气体排出。具体的，气体的密度小于清洗介质的密度，故在清洗介质进入缓冲腔101后，缓冲腔101内的气体会聚集与缓冲腔101的顶部。示例性地，排气孔122的孔径为0.1mm至2mm。
57.上述实施例中，排气孔122将缓冲腔101内排出，进而可以有效避免缓冲腔101内的气体从第二注液孔121内排出，形成较大的气泡。另外，在清洗介质的压力减小的情况下，从排气孔122排出气体形成的气泡不易受压破裂，进而避免形成气泡在上浮过程出现“爆破”现象。因此，该方案可以实现缓冲腔101内的气体以较小气泡的形式上浮至清洗介质的表面并自然释放，可以有效避免气泡“爆破”影响对被清洗产品的工艺效果。
58.在一些可选的实施例中，第二管道120的顶部开设有多个排气孔122，多个排气孔122沿第二管道120的导流方向均匀排布，以便于第二管道120内的气体及时排除。示例性地，第二管道120的顶部设置有3至5个排气孔122。
59.参照图6和图7，在一些实施例中，注液管包括第一密封件130和第二密封件140，第一密封件130设置于第二管道120的第一端，第一管道110靠近第二管道120的第一端的一端为所述第一管道110的第一端。第一密封件130封堵第二管道120的第一端和第一管道110的第一端。
60.示例性地，第一密封件130分别与第二管道120的第一端和第一管道110的第一端密封配合，以避免清洗介质从第二管道120的第一端和第一管道110的第一端溢出。
61.第一密封件130与第二管道120的第一端和第一管道110的第一端密封配合的方式有很多，例如：通过密封圈、焊接密封、粘接密封等。为此，本实施例不限定第一密封件130与第二管道120的第一端和第一管道110的第一端密封配合的具体方式。
62.第二密封件140设置于第二管道120的第二端，且第二密封件140封堵第二管道120的第二端与第一管道110之间的间隙，以避免清洗介质从第二管道120的第二端溢出。进一步可选地，第一管道110靠近第二管道120的第二端的一端具有进液口112，且第一管道110靠近第二管道120的第二端的一端用于与供液管路相连。
63.在一些可选的实施例中，第二密封件140为环状，且第二密封件140用于封堵第二管道120的第二端与第一管道110之间的间隙。示例性地，第二密封件140的至少部分嵌入第二管道120的第二端与第一管道110之间的间隙，并与第一管道110和第二管道120密封配合。
64.第二密封件140与第二管道120和第一管道110密封配合的方式有很多，例如：通过密封圈、焊接密封、粘接密封等。为此，本实施例不限定第二密封件140与第二管道120和第
一管道110密封配合的具体方式。
65.上述实施例中，可以通过第一密封件130和第二密封件140实现第一管道110管道的一端密封，以使第一管道110的另一端形成进液口112。并且第一密封件130还可以实现第二管道120的第一端与第一管道110之间的间隙密封，以避免清洗介质从第二管道120的第一端与第一管道110之间的间隙流出。
66.基于本发明实施例所述的注液管100，本发明还提供了一种槽式清洗设备。该槽式清洗设备包括槽体200和本发明任意一项实施例所述的注液管100，注液管100设置于槽体200的槽底，且第二注液孔121朝向槽体200的槽底。
67.示例性地，注液管100固定设置于槽体200的槽底，以防止注液管100相对槽体200移动扰乱槽体200内清洗介质的流场。
68.上述实施例中，可以利用注液管100向槽体200内平缓地注入清洗介质，不仅可有效避免清洗介质冲击至被清洗产品上，还可以有效避免清洗介质因为冲击在槽体200内侧壁的冲击力过大而在槽体200内形成混乱的流场。因此，有益于在槽内形成缓慢平稳的清洗介质流场，进而有益于提高槽式清洗设备的清洗效果，避免形成射流状清洗痕迹。
69.在一些可选的实施例中，槽体200具有第一安装孔和第二安装孔，注液管100的两端分别嵌设与第一安装孔和第二安装孔内。进一步可选地，第一安装孔为通孔，注液管100中靠近进液口112的一端通过所述第一安装孔贯穿槽体200的槽壁。
70.在一些可选的实施例中，注液管100与槽体200焊接固定，以提高注液管100相对槽体200的稳固定。进一步地，注液管100的两端分别与槽体200焊接密封，提高槽体200与注液管100之间的密封性能，以避免清洗介质从第一安装孔和/或第二安装孔溢出。
71.在一些可选的实施例中，槽式清洗设备还包括晶圆放置架300和两组注液管，每组注液管包含至少一个注液管100。两组注液管100对称地设置于晶圆放置架300的两侧，以提高晶圆放置架300的两侧的清洗效果的一致性，进而有益于提高晶圆表面清洗效果的一致性。示例性地，如图7所示，每组注液管分别包括一个注液管100，两个注液管100对称地设置于晶圆放置架300的两侧。
72.进一步地，晶圆放置架300具有多个晶圆放置位310，晶圆放置位310沿第一方向均匀排布，多个第二注液孔121沿第一方向成排均匀分布。
73.参照图4至图7，晶圆放置位310用于放置晶圆500。该实施例有益于提高槽体200内各处晶圆500清洗效果的一致性。进一步可选的实施例中，晶圆放置位310与每排第二注液孔121中的第二注液孔121一一对应，以进一步提高槽体200内各处晶圆500清洗效果的一致性。
74.参照图4，在一些可选的实施了中，槽式清洗设备还包括升降机构400，升降机构400设置于槽体200，晶圆放置架300位于槽体200内，晶圆放置架300与升降机构400相连，且升降机构400可带动晶圆放置架300向靠近或远离所述槽底的方向运动。
75.上述实施例可以通过升降机构400实现槽式清洗设备的进料和出料。示例性地，升降机构400的种类有很多，例如液压缸、气缸、齿链机构、丝杠机构等，为此，本技术实施例不限定升降机构400的具体种类。
76.本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘
述。
77.以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。