《炬丰科技-半导体工艺》过热蒸汽晶片清洗设备HF感应加热装置的优化设计

书籍：《炬丰科技-半导体工艺》
文章：过热蒸汽晶片清洗设备HF感应加热装置的优化设计
编号：JFKJ-21-1301
作者：华林科纳

本研究采用感应加热(IH)法和短时间过热蒸汽(SHS)生成工艺，设计和制造了晶片清洗设备,为了防止在流体流动区域中存在颗粒物而引起的问题，在晶圆清洗设备中使用了纯2级钛(Ti)R50400，通过感应加热物体。设计和制造了特定形状的钛载荷，以及谐振网络，通过增加流体在加热物体中的停留时间，有效地产生高温蒸汽。分析了钛制的不同形状加热物体的IH性能，并对结果进行了比较。此外，还通过数学计算和分析对生成SHS所需的热容进行了计算和分析,利用设计的2.2kW晶圆清洗设备进行实验，验证了SHS的加热性能,结果表明，纯钛基SHS生成系统的性能令人满意，该系统可在10秒内生成了温度高于200◦C的SHS。
随着液晶显示器(LCDs)制造技术的进步，母玻璃(MG)的尺寸不断增加，在制造过程中使用的清洗过程变得越来越重要,特别是，在用于制造薄膜晶体管(TFTs)的MG衬底上沉积晶体管层的过程需要对MG衬底的清洗过程，如图1所示,诸如半导体晶片和液晶显示器的MG等工件表面存在诸如残留有机材料和微粒的污染物。

最近，使用高温高压下的过热蒸汽(SHS)开发了环保且具有优异洗涤能力的清洁设备,自蔓延高温合成清洗设备使用加热器加热水箱中的水，在200℃以上的温度下产生自蔓延高温合成；然后，将自蔓延高温合成喷涂到镁和晶片上以清洁它们,用于产生自蔓延高温合成的传统设备使用电热丝直接加热水。在这种方法中，用于产生自蔓延高温合成的功率很大，并且该过程很耗时。此外，在这种方法中，清洁过程的准备时间长，并且可能缺乏清洁所需的精确温度控制能力。
在本研究中，考虑到短时间自蔓延高温合成过程的需要，应用感应加热(IH)方法设计了能够高效均匀加热加热对象的清洗设备,普通金属，如铸铁，在薄膜晶体管液晶显示器清洗过程中不能用作加热对象，因为流体流动区域存在颗粒问题。因此，纯2级钛(钛)R50400被用作钛负载的IH清洗和IH焦耳加热的加热对象,此外，钛负载被设计和制造成特定的形状，以及谐振网络，以通过增加流体在加热物体中的停留时间来有效地产生高温蒸汽。此外，用纯钛设计和制造了几个加热对象，并实验比较了加热对象相对于形状的IH性能,利用设计的2.2千瓦晶圆清洗设备，通过实验验证了该清洗系统的自蔓延加热性能。

图18绘制了钛负载的内部和外部温度以及使用热电偶测量的流动蒸汽的输入和输出温度；在该图中，红线代表SHS温度，即建议的清洗设备的蒸汽输出,在用自蔓延高温合成发生器进行加热实验期间，以10秒为间隔测量的温度值,当变频器使用石英加热器提供的饱和蒸汽运行时，在10秒内产生温度高于200 ℃的自蔓延高温合成,大约1分钟后，自蔓延高温合成达到400℃，可控制自蔓延高温合成的调制设定温度，以便在所需温度下进行薄膜晶体管液晶显示器和晶片清洗。

本研究采用纯钛设计了2.2kW容量的清洗设备，制造了半导体晶片等工件,采用SHS环保法分析焓汽特性进行清洗,利用IH在高温、高压下快速高效地生成SHS,提出了内部流体路径由纯钛构成，流体可以长时间保持在有限的长度时间内的结构,通过数学计算和仿真，推导出了产生SHS的清洗设备的输出功率。为了有效增加IH线圈的电流，对该功率转换器采用LCL谐振网络，并对参数值进行了分析,实验结果验证了所议清洗设备的蒸汽加热性能，表明所设计的清洗设备在10s内产生SHS，温度为200°C，60s后SHS达到400°C，所提出的清洁系统可以通过满足晶圆清洗过程的要求，从而实现晶圆清洗的成功商业化。