权利要求
1.一种用于晶圆划切设备的喷淋装置，其特征在于，包括：
喷淋管，其内部形成第一流道，底端开设有至少一个喷淋口，用于朝向晶圆表面喷淋化学液;
吸附层，由多孔毛细材料制成，呈筒状结构并同心套设于喷淋管的外侧;
防护层，同心套设于吸附层外侧并包覆吸附层的上部区域，所述防护层的底端与吸附层的底端面之间具有间距，以在防护层与吸附层之间形成环形集液腔;
所述喷淋管的外壁、吸附层的内壁及防护层的内壁中的至少一者上开设有负压通道，所述负压通道与环形集液腔连通并用于连接负压源;
其中，所述吸附层通过其多孔毛细结构吸附其裸露吸附面处的残留液滴，所述负压源通过负压通道在所述环形集液腔内形成负压，以将吸附层吸附的残留液滴抽离。
2.根据权利要求1所述的喷淋装置，其特征在于，所述吸附层由烧结石英石制成，其孔隙率为30%-50%，孔径为0.1-10微米。
3.根据权利要求1所述的喷淋装置，其特征在于，所述吸附层的未包覆区域占所述吸附层总高度的1/5至1/3。
4.根据权利要求1所述的喷淋装置，其特征在于，所述防护层和喷淋管由金属材料制成，并分别与所述负压源电性连接，以在施加负压的同时对所述吸附层施加静电吸附力。
5.根据权利要求1所述的喷淋装置，其特征在于，所述喷淋管的外周配置有沿径向延伸的多个喷淋口，其沿喷淋管的轴向间隔设置;所述喷淋口的长度小于或等于所述吸附层的壁厚，使得喷淋口的外端口至多与所述吸附层的外周壁平齐。
6.根据权利要求5所述的喷淋装置，其特征在于，所述喷淋管的内壁设置有柔性膜，其开设有贯通的自封式切口，所述自封式切口与所述喷淋口相匹配，并配置为：当所述喷淋管内第一流道的压力处于第一阈值时，所述自封式切口处于常闭状态;当所述第一流道内的压力升高至第二阈值时，所述自封式切口弹性张开，允许化学液喷出。
7.根据权利要求6所述的喷淋装置，其特征在于，所述柔性膜由氟橡胶或全氟醚橡胶制成，所述自封式切口的数量为多个，且每个所述自封式切口与一个所述喷淋口同心设置。
8.根据权利要求1所述的喷淋装置，其特征在于，所述吸附层的底端面为多孔毛细结构，其表面粗糙度Ra大于喷淋管和/或防护层的表面粗糙度，以增强液滴的吸附与铺展能力。
9.一种晶圆划切设备，其特征在于，包括：
划切工作台，用于承载并固定晶圆;
划切主轴，其末端安装有划切刀具，用于对晶圆进行划切;
还包括至少一个如权利要求1-8任一项所述的喷淋装置，其设置于所述晶圆的移动路径上，或设置于所述划切工作台与所述划切主轴之间，用于对晶圆表面进行喷淋保湿及防滴溅保护。
10.根据权利要求9所述的晶圆划切设备，其特征在于，所述喷淋装置设置于晶圆划切设备的晶圆入口侧和/或出口侧，用于在晶圆进入或离开划切作业区时，防止划切区的喷溅水或冷凝水滴落至晶圆表面。
11.一种基于权利要求1-8任一项所述喷淋装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
喷淋作业时，向喷淋管内通入高压化学液，使喷淋口处的自封式切口张开，化学液喷向晶圆表面;
喷淋停止后，所述自封式切口在材料弹性作用下自动闭合，封堵喷淋口;
启动与负压通道连通的负压源，在环形集液腔内形成负压;
利用吸附层底部的多孔毛细结构，吸附因冷凝或喷溅而残留于喷淋装置底部的液滴;
在毛细作用与负压抽吸的作用下，将吸附的液滴通过吸附层的多孔结构及环形集液腔抽离排出。
12.根据权利要求11所述的使用方法，其特征在于，在启动负压源的同时，对由金属材料制成的防护层和喷淋管施加静电吸附电压，以进一步增强对残留液滴的吸附和导向能力。
说明书
技术领域
[0001]本申请实施例涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种用于晶圆划切设备的喷淋装置和晶圆划切设备。
背景技术
[0002]在半导体晶圆划切制造过程中，喷淋清洗、显影等工艺步骤通常依赖喷淋装置完成化学液的精准喷射。划切作业时，喷淋装置需在晶圆表面形成均匀液膜以实现降温、润滑及去除切屑等功能;非作业状态下则需避免残留液滴污染已清洁晶圆表面。随着晶圆尺寸增大及划切精度要求提升，对喷淋装置的防滴溅性能及洁净度控制提出了更高要求。
[0003]现有喷淋装置多采用金属或塑料材质制成，其喷淋头底部因表面张力作用易形成液滴残留。经分析，残留液滴主要来源于三个方面：一是喷淋过程中化学液撞击晶圆表面后反弹形成的喷淋反溅水;二是环境温湿度变化导致喷淋装置表面产生的蒸发冷凝水;三是划切刀具高速旋转带起的划切作业喷溅水。上述液滴积聚于喷淋装置外表面及喷口周边，当累积量达到临界值时，液滴将自由下落至晶圆表面，造成二次污染，直接影响晶圆图形区域的良率。
[0004]针对上述问题，现有防滴溅方案多采用被动遮挡结构，如在喷淋装置下方设置接液盘或防护罩，通过物理阻挡方式收集滴落液滴。然而，上述方案存在明显技术瓶颈：被动遮挡结构响应滞后，无法清除已附着于喷淋装置外表面的残余水，且易形成残留死角。此外，金属材质喷淋头在长期接触化学液环境下易发生腐蚀，可能引入离子污染风险，难以满足半导体制造对高洁净度的苛刻要求。
[0005]需要特别指出的是，晶圆划切工艺带来的污染问题远比常规的“液滴滴落”更为复杂和严峻。在划切过程中，划切刀具以数万转每分钟的高速旋转，不仅会产生常规的喷溅水，更会形成含有硅粉、切割屑的复杂气溶胶;同时，超纯水或化学液在高速喷射和撞击过程中会产生显著的静电效应，导致大量微米级及亚微米级液滴带电并悬浮于装置周围。上述多种来源、多种形态(液滴、液膜、带电气溶胶)的污染物共存于“高线速(刀具线速>50m/s)、高洁净(要求颗粒<0.1μm)、复杂界面力(表面张力、静电力、毛细力耦合)”的极端工况下，其清除难度远超一般工业场景中的简单防滴溅问题。单纯依靠被动遮挡结构更是无法应对已附着于装置表面的复杂液膜。
[0006]因此，如何在不影响喷淋作业精度的前提下，实现对喷淋装置表面残余水的主动、高效清除，避免二次污染，已成为本领域亟待解决的技术难题。
发明内容
[0007]有鉴于此，本申请实施例提供了一种用于晶圆划切设备的喷淋装置和晶圆划切设备，以至少部分解决上述问题。
[0008]根据本申请实施例的第一方面，提供了一种用于晶圆划切设备的喷淋装置，应用于晶圆处理设备中，其包括：
[0009]喷淋管，其内部形成第一流道，底端开设有至少一个喷淋口，用于朝向晶圆表面喷淋化学液;
[0010]吸附层，由多孔毛细材料制成，呈筒状结构并同心套设于喷淋管的外侧;
[0011]防护层，同心套设于吸附层外侧并包覆吸附层的上部区域，所述防护层的底端与吸附层的底端面之间具有间距，以在防护层与吸附层之间形成环形集液腔;
[0012]所述喷淋管的外壁、吸附层的内壁及防护层的内壁中的至少一者上开设有负压通道，所述负压通道与环形集液腔连通并用于连接负压源;
[0013]其中，所述吸附层通过其多孔毛细结构吸附其裸露吸附面处的残留液滴，所述负压源通过负压通道在所述环形集液腔内形成负压，以将吸附层吸附的残留液滴抽离。
[0014]在一些实施例中，所述吸附层由烧结石英石制成，其孔隙率为30%-50%，孔径为0.1-10微米。
[0015]在一些实施例中，所述吸附层的未包覆区域占所述吸附层总高度的1/5至1/3。
[0016]在一些实施例中，所述防护层和喷淋管由金属材料制成，并分别与所述负压源电性连接，以在施加负压的同时对所述吸附层施加静电吸附力。
[0017]在一些实施例中，所述喷淋管的外周配置有沿径向延伸的多个喷淋口，其沿喷淋管的轴向间隔设置;所述喷淋口的长度小于或等于所述吸附层的壁厚，使得喷淋口的外端口至多与所述吸附层的外周壁平齐。
[0018]在一些实施例中，所述喷淋管的内壁设置有柔性膜，其开设有贯通的自封式切口，所述自封式切口与所述喷淋口相匹配，并配置为：当所述喷淋管内第一流道的压力处于第一阈值时，所述自封式切口处于常闭状态;当所述第一流道内的压力升高至第二阈值时，所述自封式切口弹性张开，允许化学液喷出。
[0019]在一些实施例中，所述柔性膜由氟橡胶或全氟醚橡胶制成，所述自封式切口的数量为多个，且每个所述自封式切口与一个所述喷淋口同心设置。
[0020]在一些实施例中，所述吸附层的底端面为多孔毛细结构，其表面粗糙度Ra大于喷淋管和/或防护层的表面粗糙度，以增强液滴的吸附与铺展能力。
[0021]根据本申请实施例的第二方面，提供了一种晶圆划切设备，其包括：
[0022]划切工作台，用于承载并固定晶圆;
[0023]划切主轴，其末端安装有划切刀具，用于对晶圆进行划切;
[0024]还包括至少一个如上面所述的喷淋装置，其设置于所述晶圆的移动路径上，或设置于所述划切工作台与所述划切主轴之间，用于对晶圆表面进行喷淋保湿及防滴溅保护。
[0025]在一些实施例中，所述喷淋装置设置于晶圆划切设备的晶圆入口侧和/或出口侧，用于在晶圆进入或离开划切作业区时，防止划切区的喷溅水或冷凝水滴落至晶圆表面。
[0026]根据本申请实施例的第三方面，提供了一种基于上面所述喷淋装置的使用方法，其包括以下步骤：
[0027]喷淋作业时，向喷淋管内通入高压化学液，使喷淋口处的自封式切口张开，化学液喷向晶圆表面;
[0028]喷淋停止后，所述自封式切口在材料弹性作用下自动闭合，封堵喷淋口;
[0029]启动与负压通道连通的负压源，在环形集液腔内形成负压;
[0030]利用吸附层底部的多孔毛细结构，吸附因冷凝或喷溅而残留于喷淋装置底部的液滴;
[0031]在毛细作用与负压抽吸的作用下，将吸附的液滴通过吸附层的多孔结构及环形集液腔抽离排出。
[0032]在一些实施例中，在启动负压源的同时，对由金属材料制成的防护层和喷淋管施加静电吸附电压，以进一步增强对残留液滴的吸附和导向能力。
[0033]本发明的有益效果包括：本发明针对晶圆划切工艺特有的复杂多相污染问题(含尘液滴、带电微米级气溶胶、冷凝液膜)提出了系统性解决方案。通过设置多孔毛细材料制成的吸附层，主动吸附喷溅、冷凝等方式积聚的残留液滴，结合经过流体力学优化的环形集液腔与负压通道，在毛细作用与“面抽吸”负压双重作用下将液态污染物彻底抽离。更重要的是，通过引入与工艺特性深度耦合的静电辅助机制，实现了对划切过程中产生的带电微米级气溶胶的主动捕集。对比测试表明，本发明装置对微米级气溶胶(粒径0.3-1.0μm)的捕获率高达85%以上，24h连续运行后晶圆表面新增颗粒(≥0.1μm)少于5颗，显著提升了晶圆制造的良品率。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]图1是本发明一实施例提供的喷淋装置的轴向剖面图;
[0036]图2是图1中A-A的剖视图;
[0037]图3为本发明喷淋装置对应的静电辅助吸附的原理示意图;
[0038]图4是本发明一实施例提供的喷淋管及柔性膜的局部放大剖面示意图;
[0039]图5是本发明一实施例提供的晶圆划切设备的示意图。
具体实施方式
[0040]为了使本领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请实施例保护的范围。
[0041]在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
[0042]应当理解，尽管在本申请可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0043]实施例1：图1是本发明一实施例提供的喷淋装置100的轴向剖面图，图1展示了本发明的喷淋装置100一个优选实施例的整体构造。如图1所示，该喷淋装置100主要包括三个同心套设的核心部件：喷淋管10、吸附层20以及防护层30。
[0044]具体而言，喷淋管10作为装置的中心构件，通常由金属材料(如耐腐蚀的316L不锈钢)或高强度的工程塑料制成。喷淋管10内部沿轴向形成第一流道11，用于输送化学液。喷淋管10的底端(即朝向晶圆W的工作端)开设有至少一个喷淋口12。优选地，喷淋口12的数量为多个，它们可以沿喷淋管10的周向和/或轴向间隔排布，以实现对晶圆W表面的均匀覆盖喷淋。喷淋口12的孔径和分布角度可根据具体的工艺需求进行设计。
[0045]吸附层20是本发明实现主动防滴溅功能的核心部件。该吸附层20由多孔毛细材料制成，例如高纯度、高耐腐蚀性的烧结石英砂或陶瓷。
[0046]选择烧结石英石作为优选材料，主要基于以下考虑：首先，烧结石英石具有极佳的耐化学腐蚀性，能够耐受强酸、强碱及有机溶剂等化学液，长期使用不会释放金属离子污染，满足半导体制造对高洁净度的要求;其次，其多孔结构可通过烧结工艺精确控制，实现30%-50%的孔隙率和0.1-10微米的孔径，这一参数范围经过理论计算与实验验证：若孔隙率过低(<30%)或孔径过小(<0.1μm)，毛细吸附力虽强但液体传导阻力增大，导致抽吸效率下降;若孔隙率过高(>50%)或孔径过大(>10μm)，毛细力不足，无法有效捕获微小液滴。因此，30%-50%的孔隙率和0.1-10μm的孔径能够在毛细吸附力与液体传导速率之间取得最佳平衡，确保高效吸附与快速抽离。
[0047]吸附层20整体呈筒状结构，并同心套设于喷淋管10的外侧。吸附层20的孔隙结构使其具备强大的毛细吸附力，能够主动吸附其裸露表面(特别是底端面21)处接触到的残留液滴。为获得最佳的吸附效果，在本实施例中，吸附层20的孔隙率控制在30%-50%之间，平均孔径则优选为0.1-10微米。这样的微观结构能够在保证足够毛细力的同时，也为后续的液体传导提供顺畅的通道。
[0048]防护层30，同样由金属材料(如不锈钢)或耐腐蚀的硬质塑料制成，同心套设于吸附层20的外侧。防护层30的主要作用有两个：一是对内部结构相对脆弱的吸附层20提供机械保护，防止其在安装或使用过程中因磕碰而损坏;二是与吸附层20配合，形成特定的流体通道。防护层30包覆吸附层20的上部区域，而防护层30的底端31与吸附层20的底端面21之间保持一定的垂直间距。这个间距设计，使得防护层30的内壁与吸附层20的外壁之间形成一个环形的空腔，即环形集液腔40。
[0049]为了实现残留液体的主动排出，喷淋装置100上还设置有负压通道50，如图2所示。该负压通道50的入口开设于喷淋管10的外壁、吸附层20的内壁或防护层30的内壁中的至少一者上，并且与环形集液腔40保持流体连通。负压通道50的出口则用于连接外部的负压源(如
真空泵，图中未示出)。在本实施例的一个优选方案中，负压通道50可以集成在防护层30的壁体内，其一端开口于防护层30的内壁面并与环形集液腔40相通，另一端则通过管路与负压源连接。
[0050]基于上述结构，本实施例的喷淋装置100的工作原理如下：
[0051]在喷淋作业时，高压化学液经由喷淋管10的第一流道11，从喷淋口12高速喷出，作用于下方的晶圆W表面，实现冷却、润滑或清洗等功能。
[0052]当喷淋作业停止后，喷淋口12不再喷射液体。此时，因喷淋过程中化学液撞击晶圆W表面产生的反弹水雾(喷溅水)，以及因装置内外环境温差导致的在喷淋管10、吸附层20或防护层30表面的冷凝水，会逐渐积聚。由于吸附层20的底端面21裸露在外，且具有高粗糙度和多孔毛细结构，这些残留液滴一旦与吸附层20的底端面21或其他裸露区域接触，便会立即被强大的毛细力吸入其内部的微孔网络中。
[0053]与此同时，启动与负压通道50连通的负压源，在环形集液腔40内产生持续的负压。这个负压环境相当于一个强大的“抽吸泵”，它作用于吸附层20的整个外周壁。在毛细作用下被吸入吸附层20的液体，在负压的驱动下，沿着吸附层20的多孔结构向环形集液腔40方向渗透、汇聚，如图2所示，使用红色虚线表示液体在负压作用下沿负压通道50的大致流动路径。最终，液体被抽离出吸附层20，进入环形集液腔40，并经由负压通道50被彻底排出喷淋装置的外部，汇入工厂的废液回收系统。
[0054]由此可见，本发明通过“毛细吸附”与“负压抽吸”的协同作用，实现了对喷淋装置表面残余液体的主动、高效且彻底的清除，从根本上避免了液滴积聚至临界重量后自由下落至晶圆W表面，从而杜绝了二次污染的风险。
[0055]需要特别指出的是，本发明所针对的技术问题并非简单的“防止液滴滴落”，而是半导体划切工艺中特有的复杂多源污染问题。在晶圆划切过程中，划切刀具以数万转每分钟的高速旋转，不仅会产生常规的喷溅水，更会形成含有硅粉、切割屑的复杂气溶胶;同时，超纯水在高速喷射和撞击过程中会产生显著的静电效应，导致微小液滴带电并吸附于装置表面;此外，工艺环境中的温湿度波动还会在装置表面形成冷凝水膜。上述多种来源、多种形态(液滴、液膜、带电气溶胶)的污染物共存于“高线速(刀具线速>50m/s)、高洁净(要求颗粒<0.1μm)、复杂界面力(表面张力、静电力、毛细力耦合)”的极端工况下，其清除难度远超一般工业场景中的简单防滴溅问题。单纯依靠负压吸附仅能作用于喷淋口内部，对装置外壁积聚的带电微米级气溶胶无能为力;而被动遮挡结构更是无法应对已附着于装置表面的复杂液膜。因此，本发明提出的技术方案正是针对这一半导体划切工艺特有的技术难题而设计的。
[0056]实施例2：本实施例在实施例1的基础上进行了进一步的优化。为了最大化吸附层20的吸附效率并确保液体传导的顺畅性，对吸附层20的几何尺寸和表面特性进行了限定。
[0057]优选地，如图2所示，吸附层20被防护层30包覆的区域为上部区域，其下部区域(即底端附近)则保持裸露状态，形成裸露吸附面。该裸露吸附面的高度h占整个吸附层20总高度H的比例应控制在1/5至1/3之间。经实验验证，这一比例范围能够取得最佳的综合效果：若裸露区域过小，则吸附面积不足，无法有效捕捉所有残留液滴;若裸露区域过大，虽然吸附面积增大，但可能导致吸附的液体在重力作用下快速下渗至底端，而来不及被侧向的负压抽走，反而增加了滴落的风险。将裸露比例控制在上述范围内，可以确保吸附层20既有足够的表面积来捕捉液滴，又能使液体在到达吸附层20的底端之前，就因侧向负压的作用而被优先导向环形集液腔40。
[0058]进一步地，为增强对液滴的捕获能力，吸附层20的底端面21经过特殊处理，使其表面粗糙度Ra远大于喷淋管10和/或防护层30的表面粗糙度。例如，可采用喷砂、蚀刻或直接利用烧结材料的自然粗糙表面。这种高粗糙度表面能够有效破坏液滴的表面张力，促进液滴在底端面21上快速铺展，从而更顺利地被吸入吸附层20内部的毛细孔道中。这种针对划切工艺中喷溅水和冷凝液膜的优化设计，确保了吸附层能够快速捕获并导走液态污染物，为处理更复杂的带电气溶胶奠定了基础。
[0059]实施例3：本实施例在实施例1或2的基础上，引入了静电辅助吸附机制，以进一步提升对微小飘浮液雾的清除效果。该机制并非简单的功能叠加，而是利用了晶圆划切工艺中污染物易带电的特性，实现了与工艺深度耦合的增强吸附。
[0060]图3为本发明喷淋装置100对应的静电辅助吸附的原理示意图。在本实施例中，防护层30和喷淋管10均由导电性能良好的金属材料制成，并且两者均与负压源电性连接。此外，一个可选的直流高压电源被分别电连接到防护层30和喷淋管10上。吸附层20本身作为多孔绝缘或半绝缘材料，被夹持在两者之间。
[0061]在启动负压源的同时，对该直流高压电源施加电压，使得喷淋管10与防护层30之间形成电势差，从而在吸附层20的内部及周围空间建立一个静电场。由于残留液滴，特别是微小的冷凝水雾，通常带有微弱的电荷或易于被电场极化，这个静电场能够对液滴施加一个定向的静电吸附力，引导其向具有高介电常数或接地电势的吸附层20方向移动。这一静电导向作用，结合负压的抽吸作用，能够显著提高对微小飘浮液雾的捕获效率，特别是对于那些尚未接触到吸附层20表面、在装置附近飘浮的液滴，实现了主动“捕捉”。
[0062]同时，喷淋管10和防护层30接地，可以防止静电积累可能导致的放电现象，确保设备在安全电压下运行，符合半导体制造环境对静电释放的严格要求。
[0063]需要说明的是，本实施例中的静电吸附机制并非简单地将静电功能叠加于现有结构之上，而是利用了吸附层20作为多孔材料的介电特性与静电场的深度耦合。由于吸附层20(如烧结石英石)具有特定的介电常数和孔隙结构，施加于喷淋管10与防护层30之间的电场会在吸附层20的微孔内部及周围空间形成非均匀电场分布。这种非均匀电场对划切过程中产生的带电的微米级气溶胶颗粒产生介电泳力，能够主动将其捕获并引导至吸附层20的孔壁，从而实现“主动捕集”而非“被动接触”。这一物理机制的协同效应，使得本装置能够有效清除粒径小于1μm的悬浮气溶胶颗粒，这是单一负压吸附或单一静电除尘技术均无法实现的。
[0064]为验证静电辅助机制的实际效果，进行了对比实验：在相同条件下，分别启用和关闭静电辅助功能，测量对飘浮微粒(粒径0.3-1.0μm)的捕获效率。结果显示，启用静电辅助后，捕获效率由无静电时的约60%提升至85%以上，且对带电微粒的定向吸引作用显著减少了微粒在装置表面的随机附着。此外，通过电场仿真模拟，证实了在喷淋管与防护层之间施加电压后，吸附层内部及周围空间形成的非均匀电场强度足以对微米级带电液滴产生介电泳力，其作用范围覆盖整个吸附层裸露区域，从而实现对飘浮气溶胶的主动捕集。
[0065]实施例4：本实施例对喷淋管10及其相关结构进行了改进，旨在从源头上防止喷淋口12的残留与渗漏，实现喷淋与防滴溅功能的良好协同。这一内部密封机制与外部吸附层的清除机制共同构成了一个完整的、内外联动的防护体系。
[0066]图4是本发明一实施例提供的喷淋管及柔性膜的局部放大剖面示意图，在本实施例中，喷淋管10的管壁上开设有多个沿径向延伸的喷淋口12，这些喷淋口12沿喷淋管10的轴向间隔设置。一个关键的设计在于，每个喷淋口12沿径向的深度(即喷淋管10在该处的壁厚)被设计为小于或等于吸附层20的壁厚。这意味着，当所有部件同心装配完成后，喷淋口12的外端口121最多与吸附层20的外周壁平齐，甚至可以略向内凹陷。这样的设计确保了从喷淋口12喷出的液体能够直接作用于晶圆W，而喷淋停止后，即使有极少量液体在喷口边缘残留，该残留点也位于吸附层20的外周壁以内，从而更容易被吸附层20的毛细结构捕获，不会直接暴露于外部空间形成滴落风险。
[0067]更进一步地，为了彻底杜绝喷淋口12在非工作状态下的渗漏，本实施例在喷淋管10的内壁贴附或涂覆了一层柔性膜60。该柔性膜60由具有良好弹性、耐化学腐蚀且低释气的材料制成，例如氟橡胶(FKM)或全氟醚橡胶(FFKM)。在柔性膜60上，对应于每个喷淋口12的位置，开设有贯通的自封式切口61。该自封式切口61可以是“一”字形、“十”字形或“Y”字形等，其尺寸略小于喷淋口12的内端口122。
[0068]本发明中，该自封式切口61被配置为一种压力驱动的动态阀门：当喷淋管10内第一流道11的压力处于第一阈值(例如，常压或极低的静态液柱压力)时，自封式切口61在材料自身的弹性回复力作用下处于紧密闭合状态，从而封堵喷淋口12，有效防止第一流道11内残留的化学液挥发或渗出，如图4中的(a)所示;当喷淋作业开始，第一流道11内的压力被外部供液系统升高至第二阈值(即设定的喷淋工作压力)时，高压化学液克服柔性膜60的弹性力，迫使自封式切口61弹性张开，形成畅通的喷淋通道，允许化学液喷出，如图4中的(b)所示。当喷淋停止，压力回落至第一阈值后，自封式切口61在弹性作用下自动复位闭合。
[0069]通过上述设计，实现了喷淋口12的“常闭式”密封，将液体完全锁死在喷淋管10内部，从源头消除了喷口处的残留和滴漏。这一内部密封机制与外部吸附层20的清除机制形成了内外联动的双重防护。
[0070]需要特别说明的是，本实施例中的内外联动防护机制是一个高度集成的闭环系统。
[0071]首先，防护层30与吸附层20之间的环形集液腔40并非简单的空隙，而是经过精密计算的流体力学边界。具体而言，负压通道50的入口位置、数量及开口方向经过优化设计，以确保环形集液腔40内形成均匀的负压分布。通过计算流体动力学(CFD)模拟分析，将负压通道50对称布置于防护层30的周向，并使其开口朝向环形集液腔40的切线方向，可诱导产生旋流效应，促进液体向通道口汇聚，避免局部负压过低导致的抽吸死角。此外，环形集液腔40的间隙宽度(即防护层30内壁与吸附层20外壁之间的径向距离)与吸附层20的壁厚、孔隙率相互匹配，使得负压能有效穿透吸附层20的整个壁厚，形成从吸附层内壁到外壁的压力梯度，驱动液体定向流动。这种设计实现了从传统的“点抽吸”到“面抽吸”的转变，显著提升了抽吸效率和均匀性。
[0072]该环形集液腔40的间隙尺寸(即防护层30内壁与吸附层20外壁之间的径向距离)与吸附层20的壁厚、孔隙率相互配合，使得负压通道50引入的负压能够在环形集液腔40内形成均匀的负压场，从而作用于吸附层20的整个外周壁，实现“面抽吸”而非传统技术的“点抽吸”。这种均匀的负压场与吸附层20的毛细结构相耦合，使得液体能够被高效地从吸附层20的裸露吸附面抽吸至环形集液腔40并排出。
[0073]其次，自封式切口61的常闭设计与吸附层20的外部吸附机制形成时序协同：喷淋停止后，自封式切口61立即闭合，阻断内部化学液渗出;同时，外部吸附层20开始工作，清除已存在于外部的残留液滴。
[0074]这两者构成一个完整的、互锁的防护体系，确保了无论液滴来源于内部渗漏还是外部积聚，均能被有效清除。特别是，外部吸附层结合静电辅助机制，还能主动捕集划切产生的悬浮带电气溶胶。这种系统性的协同设计，远非多个独立功能的简单叠加，而是针对半导体划切工艺复杂污染问题的一体化解决方案。
[0075]实施例5：本实施例提供了一种包含前述任一喷淋装置100的晶圆划切设备1000。
[0076]图5是本发明一实施例提供的晶圆划切设备1000的示意图，该晶圆划切设备1000主要包括：
[0077]划切工作台200，用于通过真空吸附或机械夹持的方式承载并固定待加工的晶圆W;
[0078]划切主轴300，其末端安装有高速旋转的划切刀具(如金刚石刀片)，用于对晶圆W进行划切分离;
[0079]X/Y/Z向精密运动平台(图中未示出)，用于实现晶圆W与划切刀具之间的相对运动;
[0080]以及至少一个如前所述的喷淋装置100。
[0081]该喷淋装置100可以设置于晶圆W的移动路径上，例如在晶圆W进出划切工作区的位置。在本实施例中，两个喷淋装置100分别设置于晶圆划切设备的晶圆入口侧400和晶圆出口侧500。当晶圆W从洁净的晶圆盒中被机械手取出，准备进入划切作业区时，位于晶圆入口侧400的喷淋装置100可以对晶圆W表面进行预喷淋，使其形成一层均匀的保护液膜;同时，该装置自身的防滴溅功能可以确保在待机状态下，不会有任何冷凝水或残留液滴污染即将进入的洁净晶圆W。当晶圆W完成划切，从作业区转移至清洗处理区域，位于晶圆出口侧500的喷淋装置100可以对已完成清洗处理的晶圆进行保湿处理，并同样防止划切区内弥漫的含尘喷溅水雾在设备门开启时扩散出来污染已划切完成的晶圆W表面。
[0082]本发明中，晶圆划切设备1000还包括第一搬运机械手610，其负责将位置检测台700的晶圆转移至划切工作台200，其中，位置检测台700位于晶圆入口侧400，以便外部的机械手将晶圆直接搬运至位置检测台700;划切工作台200可以沿横向移动至两个划切主轴300之间，以对晶圆进行划切处理。
[0083]晶圆划切设备1000还包括背面清洗台900和第二搬运机械手620，第二搬运机械手620负责抓取移动回位的划切工作台200上的晶圆，并将其传输至背面清洗台900;背面清洗组件800设置于背面清洗台900侧方，用于晶圆背面的清洗;当背面清洗完成后，再自晶圆出口侧500转移至下一个工序。
[0084]此外，该喷淋装置100也可以设置在划切工作台200与划切主轴300之间，直接对划切区域进行近距离、高精度的喷淋冷却，其主动防滴溅特性保证了在更换晶圆或设备调试时，不会有液滴滴落到工作台或下方的传送机构上。将本发明的喷淋装置集成到晶圆划切设备中，构成了一个能够从源头(内部渗漏)到过程(外部液膜、喷溅水、带电气溶胶)全方位保障工艺洁净度的生产系统。
[0085]实施例6：本实施例提供了一种基于前述喷淋装置100的使用方法，该方法能够最大化地发挥装置的防滴溅性能。该方法包括以下步骤：
[0086]S1：喷淋作业阶段。向喷淋管10的第一流道11内通入高压化学液。当流道内压力升高至第二阈值时，克服柔性膜60的弹性力，使其上的自封式切口61弹性张开。高压化学液经由张开的切口和喷淋口12，以精准的角度和流量喷向晶圆W表面，完成冷却、润滑或清洗工艺。
[0087]S2：喷淋停止与内部密封阶段。完成喷淋作业后，停止向第一流道11供液，流道内压力迅速下降至第一阈值。自封式切口61在其材料自身的弹性回复力作用下自动闭合，紧密封堵喷淋口12，将喷淋管10内部与外部环境隔离，防止内部残液挥发或滴漏。
[0088]S3：外部残留清除阶段。在喷淋停止的同时或延迟一个极短的时间后，立即启动与负压通道50连通的负压源。负压源在环形集液腔40内产生并维持稳定的负压环境。
[0089]S4：液滴吸附阶段。由于喷淋作业的停止，此前喷淋过程中产生的喷溅水以及因温湿度变化在装置底部(特别是喷淋管10、吸附层20的底端面21)产生的冷凝水开始积聚。这些残留液滴一旦接触或靠近具有高表面粗糙度和多孔毛细结构的吸附层20的底端面21，立即被强大的毛细力捕获并吸入其内部的微孔网络。
[0090]S5：液体抽离与排出阶段。在毛细作用下被吸入吸附层20的液体，在环形集液腔40内持续负压的驱动下，沿着吸附层20的多孔结构向其外周壁方向渗透、传导。液体最终被抽离出吸附层20，进入环形集液腔40，并经由与之连通的负压通道50被彻底排出装置，进入工厂的废液回收管线。
[0091]在一个优选的实施方式中，在步骤S3启动负压源的同时或之后，对由金属材料制成的防护层30和喷淋管10施加静电吸附电压。由此产生的静电场可以进一步增强对飘浮在空气中的微小液雾的吸附力，引导其定向运动至吸附层20并被捕获，从而获得更佳的洁净度控制效果。特别是在晶圆划切过程中，该静电辅助步骤能够主动捕集因刀具高速旋转而产生的带电微米级气溶胶颗粒，这是其他方法无法实现的。
[0092]通过上述步骤，本发明的方法实现了对喷淋装置表面残余液体及划切工艺特有的悬浮带电气溶胶的主动、高效和彻底的清除，将液滴污染晶圆的风险降至最低，显著提升了半导体制造的良品率。
[0093]对比实验数据：
[0094]为进一步验证本发明的技术效果，在相同工艺条件下，将本发明的喷淋装置(以下简称“本装置”)与现有技术中的单一负压吸附喷淋装置(以下简称“对比装置1”)和被动遮挡式喷淋装置(以下简称“对比装置2”)进行了对比测试。测试条件为：12英寸晶圆划切工艺，划切刀具转速30000rpm，喷淋流量500ml/min，喷淋介质为超纯水，环境温度22±1℃，相对湿度50±5%。测试结果如下：
[0095]
[0096]上述对比数据充分表明：本发明装置在液滴清除效率、微米级气溶胶捕获能力、晶圆表面洁净度保持以及维护周期等方面，均取得显著优于现有技术的技术效果。特别是对于粒径0.3-1.0μm的微米级气溶胶，本装置实现了85%以上的捕获率，而现有技术基本无法有效捕获。这一超出预期的技术效果，正是由于本发明采用了“针对划切工艺特性设计的吸附层裸露面+面抽吸负压+与工艺深度耦合的静电吸附+内外联动密封”的系统性协同设计，解决了半导体划切工艺中特有的复杂多源污染问题。
[0097]本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请实施例的范围。以上实施方式仅用于说明本申请实施例，而并非对本申请实施例的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本申请实施例的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本申请实施例的范畴，本申请实施例的专利保护范围应由权利要求限定。
说明书附图(5)
声明：
“用于晶圆划切设备的喷淋装置和晶圆划切设备” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：华海清科（北京）科技有限公司
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