加热装置以及半导体清洗设备的制作方法

1.本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种加热装置以及一种半导体清洗设备。


背景技术：

2.在半导体制造领域中，清洗设备被广泛用于清洗晶圆和金属件。具体的，清洗设备通常利用有机药液对待清洗件进行溢流清洗，以清除附着在晶圆表面的特殊介质和附着在金属件表面的刻蚀胶。清洗机台通常采用ekc270、nmp、st250等有机药液，而这些种类的有机药液通常具有易燃易爆的特性，因此，在清洗过程中清洗设备内部环境充满有机药液的挥发气体，导致清洗设备内部具有易燃易爆的气体环境。清洗设备包括用于盛装上述有机药液的工艺槽以及用于对工艺槽进行加热的加热器。加热器与外部电源、控制器等通过线缆电性连接，而线缆暴露在易燃易爆的气体环境中，存在电打火的风险，进而引爆有机药液的挥发气体，导致严重的安全事故。
3.而且，为了保证加热效果，加热器也不能与工艺槽相距过远。因此，如何在防爆的同时保证对工艺槽加热的效果，成为了本领域中亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种加热装置以及半导体清洗设备，其能够在防爆的同时保证对工艺槽加热的效果。
5.为实现本发明的目的而提供一种加热装置，用于对半导体清洗设备的工艺槽进行加热，设置于所述工艺槽外侧；所述加热装置包括：箱体、金属导热块和加热部件；其中，
6.所述箱体与所述工艺槽的表面连接，且能够与所述工艺槽的表面围成一容纳空间；所述金属导热块和所述加热部件设置于所述容纳空间中；
7.所述加热部件与所述金属导热块连接，用于加热所述金属导热块；所述金属导热块与所述工艺槽的表面贴合，以将热量传递至所述工艺槽中。
8.可选的，所述加热部件包括至少一个加热棒；
9.所述金属导热块上开设有多个安装孔，且所述安装孔的数量与所述加热棒的数量相同；所述加热棒一一对应地插设在所述安装孔中；
10.所述安装孔的内周面与所述加热棒的外周面之间存在预设孔位间隙，所述预设孔位间隙满足所述加热棒与所述金属导热块之间的传热效率能够达到工艺要求。
11.可选的，所述预设孔位间隙是所述金属导热块的目标温度和所述加热棒的加热功率密度在预先获取的曲线组中的对应值；其中，所述曲线组包括不同目标温度下的多条孔位间隙-功率密度关系曲线。
12.可选的，所有所述安装孔均开设在所述金属导热块的远离所述工艺槽槽口的一侧表面上，且沿所述工艺槽的高度方向延伸；
13.多个所述安装孔以所述工艺槽的宽度方向上的中轴线为对称轴，对称分布。
14.可选的，所述加热部件还包括与所述加热棒一一对应设置的线缆；所述线缆的一端与对应的所述加热棒的未插设在所述安装孔中的一端连接，所述线缆的另一端用于与外部电源连接；
15.所述箱体上还开设走线孔；所述走线孔位于所述箱体的远离所述工艺槽槽口的一侧表面上；
16.所述线缆由所述走线孔引出。
17.可选的，所述箱体上开设有进气口；
18.所述进气口用于与外部吹扫气源连通，以利用吹扫气体对所述箱体内部部件进行吹扫；
19.所述走线孔还用作所述箱体的出气口，以排出所述吹扫气体。
20.可选的，所述加热棒包括主体部和连接部；
21.所述主体部呈圆柱状；
22.所述连接部为自所述主体部的外周面向外凸起的环状体；所述连接部用于与所述安装孔的孔口附近表面连接。
23.可选的，所述金属导热块材料包括铝或不锈钢。
24.可选的，所述箱体包括箱体主体和盖板；
25.所述箱体主体环绕在所述金属导热块和所述加热部件周围；所述箱体主体两侧分别具有第一开口和第二开口；所述第一开口边缘与所述工艺槽的外表面密封连接；
26.所述盖板设置在所述第二开口上，并与所述第二开口密封连接。
27.可选的，所述加热装置还包括测温部件，所述测温部件与所述金属导热块连接，用于检测所述金属导热块的温度。
28.作为另一种技术方案，本发明还提供一种半导体清洗设备，其包括工艺槽和至少两个如上述实施例中所述的加热装置，所述工艺槽存储有清洗液体，用于对待清洗件进行清洗；至少两个所述加热装置分别设置在所述工艺槽相对的两侧。
29.本发明具有以下有益效果：
30.本发明实施例提供的加热装置，用于对半导体清洗设备的工艺槽进行加热。该加热装置包括金属导热块和加热部件，其中，加热部件与金属导热块连接，金属导热块的表面与工艺槽的外表面相贴合，以利用金属导热块良好的导热性，将加热部件输出的热量高效地传递至工艺槽中。该加热装置还包括箱体，其能够与工艺槽的表面围成一容纳金属导热块和加热部件的空间，以能够一定程度地将金属导热块和加热部件与半导体清洗设备内部易燃易爆的气体环境隔离。可见，本发明实施例提供的加热装置通过结合箱体、金属导热块和加热部件，既能够保证对工艺槽加热的效果，又能够降低半导体清洗设备内部发生爆炸的风险。
31.本发明实施例提供的半导体清洗设备，其采用上述实施例中的加热装置对工艺槽进行加热，以能够保证工艺槽中药液能够达到足够的工艺温度，并减少爆炸事故的发生。
附图说明
32.图1为现有的加热装置的结构示意图；
33.图2为本发明实施例提供的加热装置的结构示意图；
34.图3为本发明实施例提供的加热装置和工艺槽的侧视图；
35.图4为本发明实施例提供的金属导热块和加热棒的仰视图；
36.图5为本发明实施例提供的加热棒与安装孔之间配合处的局部放大图；
37.图6为采用本发明实施例提供的孔位间隙尺寸设计方法拟合出的一种多条孔位间隙-功率密度关系曲线图；
38.图7为本发明实施例提供的半导体清洗设备结构示意图。
具体实施方式
39.为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的加热装置以及半导体清洗设备进行详细描述。
40.如图1所示，传统半导体清洗设备的加热装置通常包括多个加热片01；而由于加热片01的表面通常不平整，因此需要利用导热胶泥的可塑性将加热片01贴附在工艺槽的平整的表面上。但贴附导热胶泥的工艺条件较为严苛，具体包括：导热胶泥需要均匀涂布在工艺槽的表面、导热胶泥内部不能存在气孔、低温烘干以及导热胶泥需要被完全烘干才能投入使用等条件；而且，导热胶泥的导热能力较低，进而导致在清洗工艺开始之前需要加热很长时间，甚至导致在清洗工艺过程中清洗液体的温度较低，清洗工艺效果降低。
41.为了解决这一技术问题，本实施例提供一种加热装置，用于对半导体清洗设备的工艺槽进行加热，设置于工艺槽外侧；具体的，工艺槽包括内槽和外槽，其中，内槽设置在外槽中，外槽的外壁用作工艺槽的外壁，相应的，加热装置固定在外槽的外壁的两侧，以对外槽和内槽内的清洗液体进行加热；内槽用于进行清洗工艺，其中盛放有易燃易爆的清洗液体；外槽则用于回收内槽溢出的清洗液体，所以外槽中也盛放有易燃易爆的清洗液体的；因此，当工艺槽槽口开启时，清洗液体会挥发并与半导体清洗设备内部空气混合形成易燃易爆的气体环境。
42.如图2所示，加热装置包括箱体2、金属导热块3和加热部件4。其中，箱体2与工艺槽1的表面连接，且箱体2能够与工艺槽1的表面围成一容纳空间；金属导热块3和加热部件4设置于该容纳空间中，以使箱体2与工艺槽1的表面能够一定程度地隔绝半导体清洗设备内部易燃易爆的气体环境，从而能够减少金属导热块3和加热部件4与易燃易爆的气体的接触。
43.需要说明的是，因为在制造和安装过程中箱体2和工艺槽1之间的不免会因加工误差而存在缝隙，而且箱体2表面也需要设置一些开孔以供内部线缆42的引出，所以上述容纳空间并非完全密封的空间，因此上文中的“一定程度地隔绝”是指非完全隔绝；但在实际生产中，箱体2能够阻隔大部分清洗液体挥发出的气体。
44.加热装置中的加热部件4与金属导热块3连接，金属导热块3的朝向与工艺槽1一侧的表面与工艺槽1的表面贴合，以使加热部件4对金属导热块3进行加热，而后金属导热块3将热量传递至工艺槽1中，从而利用金属导热块3良好的导热性，将加热部件4输出的热量高效地传递至工艺槽1中。
45.相较于上述传统半导体清洗设备的加热装置，本实施例中采用金属导热块3的加工和安装的方法更简单，仅需要采用切削或铣削的方式，将金属导热块3的朝向工艺槽1一侧的表面加工平整，即可与工艺槽1的平整的外表面贴合；而且，由于金属导热块3的材料为金属，其导热能力高于导热胶泥，所以本实施例中加热装置对工艺槽1加热的速度更快，而
且能够保证清洗液体的温度足以对待清洗件进行清洗。
46.在一些实施例中，金属导热块3材料包括铝或不锈钢。其中，铝的导热率约为237w/mk，有极好的导热能力；而且，纯铝的硬度和强度都较低，因此铝制金属导热块的表面容易被加工平整，以使铝制金属导热块的表面能够与工艺槽的平整的外表面贴合。而不锈钢合金的强度、硬度均较高，因此不锈钢制金属导热块的加工难度较大；但不锈钢合金有较高的耐磨性，因此不锈钢制金属导热块具有较长的使用寿命。
47.在一些实施例中，如图2和图3所示，加热部件4包括至少一个加热棒41。相应的，金属导热块3上开设有多个安装孔31，且安装孔31的数量与加热棒41的数量相同，以使加热棒41能够一一对应地插设在安装孔31中。而且，采用插设的方式将加热棒41安装在金属导热块3中，还能够利用金属导热块3本体进一步将加热棒41与外部气体环境隔绝，以避免加热棒41的高温表面与易燃易爆气体接触，从而避免引燃气体环境。
48.而且，安装孔的31内周面与加热棒41的外周面之间存在预设孔位间隙。基于热传导原理，上述安装孔31的内表面与加热棒41的外周面距离越近，传热效率就越高，所以在理想状态下，安装孔31的内表面应当尽可能地靠近加热棒41外周面，以使加热棒41与金属导热块3之间的传热效率尽可能地高。但在实际加热过程中，金属导热块3会在高温作用下发生热形变，进而导致开设在金属导热中的安装孔31的内径变小，使安装孔31的内周面靠近加热棒41的外周面，这容易造成加热棒被压坏。因此，在实际安装过程中，如图5所示，常温下安装孔31的内径尺寸需要略大于加热棒41的外径，以使安装孔31的内周面与加热棒41外周面之间存在一预设孔位间隙l，从而避免加热棒41在加热过程中受损，并在安装孔31热形变后保证加热棒41与金属导热块3之间的传热率能够达到工艺要求，而且，在实际生产中工艺要求的传热率通常尽可能高。可见，上述预设孔位间隙l的尺寸既不应当过小也不应当过大。
49.为了提高加热棒和金属导热块之间的传热效率，本实施例还提供一种安装孔与加热棒之间的预设孔位间隙尺寸设计方法，具体包括以下步骤：
50.s1：获取n个金属导热块，并将各金属导热块排列为1至n号；其中，n为大于等于2的整数；具体的，n例如为10；
51.s2：在1至n号金属导热块上加工出安装孔，且1至n号金属导热块上的安装孔内径依次增大指定差异量，即1至n号金属导热块安装孔内径等差递增；具体的，指定差异量例如为0.03mm；
52.s3：将多个相同规格的加热棒分别插入n个金属导热块上的安装孔中，以不同的功率密度将n个金属导热块加热相同的时长，以使金属导热块达到多个不同的目标温度，并根据多个功率密度、多个孔位间隙值拟合出不同目标温度下的多条孔位间隙-功率密度关系曲线；
53.s4：根据实际加热需求，在上述预先拟合出的孔位间隙-功率密度关系曲线中查找对应的孔位间隙，并将之作为预设孔位间隙l。
54.基于上述方法，发明人以10个铝制金属导热块、1至10号铝制金属导热块上的安装孔内径依次增大0.03mm为例做了多次试验，获得了如图6所示的与6个目标温度对应的6条孔位间隙-功率密度关系曲线，其中，横坐标表示功率密度，单位为w/in2(瓦特/平方英寸)，纵坐标表示安装孔的内周面与加热棒外周面之间的孔位间隙l，即安装孔内半径与加热棒
外半径之差，单位为in(英寸)。以实际加热需求为目标温度200℃为例，在此条件下，若加热棒的功率密度为350w/in2，则可以在图6中与204℃对应的曲线上查找与350w/in2对应的点，以得出对应的孔位间隙约为0.005in，并将其作为孔位间隙的设计值。
55.还需要说明的是，由于金属导热块3贴附于工艺槽1的外表面上，而非直接与工艺槽1中清洗液体接触，因此在热量由工艺槽1至槽内清洗液体的导热过程中，不免会发生一定的热量损耗，所以上述目标温度应当高于清洗工艺所需温度，例如：若清洗工艺所需温度为70℃，则上述目标温度为200℃。
56.为了进一步提高加热棒41和金属导热块3之间的传热效率，金属导热块3上的安装孔31需要精密加工，优选的，孔径的公差控制在
±
0.001in范围内。
57.在一些实施例中，如图2所示，所有安装孔31均开设在金属导热块3的远离工艺槽1槽口的一侧表面上，且沿工艺槽的高度方向延伸。多个安装孔以工艺槽的宽度方向上的中轴线为对称轴，对称分布，相应的，加热棒41也能够以工艺槽的中轴线为对称轴对称分布，从而能够使工艺槽均匀受热。以图2所示的加热装置为例，加热棒数量为4个；相应的，金属导热块3中开设有4个安装孔31，且4个安装孔31划分为两对，两对安装孔31相对于金属导热块3的中轴线对称分布。
58.在一些实施例中，加热部件4还包括与加热棒41一一对应设置的线缆42，以为加热棒41供电；线缆42的一端与对应的加热棒41的一端连接，另一端与外部电源连接；具体的，所有加热棒41的未连接线缆42的一端均插设在对应的安装孔31中，即，使线缆42能够与加热棒41的下端连接，以使线缆42处于远离工艺槽1槽口的位置，从而大大降低了线缆42与易燃易爆气体接触的可能，进而降低了线缆42发生电打火而引燃气体环境的风险。而且，由于线缆42位于金属导热块3下方且远离金属导热块3表面，因此可以避免线缆42接触高温的金属导热块3，从而避免线缆42受损，并避免引燃气体环境。
59.而且，箱体2上还开设走线孔；走线孔位于箱体2的远离工艺槽1槽口的一侧表面上，以使线缆42能够由走线孔引出。而且，位于加热棒41下方的线缆42可以被整合起来穿设于一个或者几个走线孔中，以避免线缆42缠绕成团，保持箱体2内的整齐布局。以图2所示的加热装置为例，走线孔数量为两个，且两个走线孔也相对于金属导热块3的中轴线对称分布，用以分别引出与对应的一对加热棒41的线缆42。
60.在一些实施例中，箱体2上开设有进气口21，该进气口21用于与外部吹扫气源连通，以利用吹扫气体对箱体2内部部件进行吹扫；具体的，在加热装置进行加热的过程中，吹扫气源持续向箱体2内部通入吹扫气体进行吹扫，以对箱体2内部部件进行正压保护，从而不仅可以隔离易燃易爆的气体环境，也可以利用吹扫气体带走金属导热块3的热量，以避免金属导热块3过热而引燃气体环境。
61.而且，上述走线孔还用作箱体2的出气口，以排出吹扫气体，从而在箱体2内部形成一个能够覆盖部件表面的气体流动场。而且将走线孔复用作箱体2的出气口，还可以利用吹扫气体阻挡易燃易爆气体从走线孔进入箱体2中。
62.在一些实施例中，如图3所示，加热棒41包括主体部和连接部。其中，主体部呈圆柱状；连接部为自主体部的外周面向外凸起的环状体；连接部用于与安装孔31的孔口附近表面连接。具体的，如图4所示，可以采用螺钉将连接部固定在金属导热块3底部。
63.在一些实施例中，如图2和图3所示，箱体2包括箱体主体22和盖板23；箱体主体22
环绕在金属导热块3和加热部件4周围；箱体主体22两侧分别具有第一开口和第二开口；第一开口边缘与工艺槽1的外表面密封连接。盖板23设置在第二开口上，并与第二开口密封连接。而且，由于第一开口和第二开口分设于箱体主体22的两侧，所以在将盖在第二开口上的盖板23取下后，即可使箱体2内部部件自第二开口暴露，以便于操作人员对箱体2内部部件进行拆装或检修。具体的，可以采用螺钉将盖板23固定在箱体主体22上或者固定在工艺槽1上。
64.在一些优选的实施例中，箱体还包括用于遮挡滴落或飞溅出的清洗液体下落的遮挡板。遮挡板设置在箱体2的上方，且垂直于清洗槽的外壁设置，以在竖直方向上进行遮挡；这样，箱体主体22与遮挡板相配合能够在平行于工艺槽1槽口的方向上对易燃易爆气体形成双重阻挡，从而进一步地避免箱体与清洗液体发生接触。
65.在一些实施例中，上述箱体主体22和盖板23均采用不锈钢制成。
66.在一些实施例中，加热装置还包括测温部件5，测温部件5与金属导热块3连接，用于检测金属导热块3的温度，以供操作人员或者外部控制单元对金属导热块3进行温度监测，防止金属导热块3温度过高。
67.在一些优选的实施例中，上述测温部件5为热电偶，例如为j型热电偶。金属导热块3侧面开设有测温孔，以使热电偶的测温端能够插设在测温孔中；相应的，如图2所示，箱体2侧面开设有与测温部件5位置相对应的引线孔，以将热电偶的信号输出端引出，以与外部控制单元或温度显示装置连接。
68.在一些实施例中，如图2所示，金属导热块3上开设有多个连接孔，每个连接孔的延伸方向均垂直于工艺槽1的表面。工艺槽1的表面设置有多个向外凸起的螺柱，且金属导热块3上的多个连接孔能够与多个螺柱的位置一一对应，以使金属导热块3贴附在工艺槽1的表面的指定位置时，每个螺柱均能够穿设在对应的连接孔中，从而可以将多个螺母安装在螺柱上，以采用螺柱-螺母连接方式将金属导热块3与工艺槽1连接固定。以图2所示的加热装置为例，连接孔数量为8个，其中四个分别设置在金属导热块3的四角处，另外四个设置在金属导热块3的中轴线处，即金属导热块3的左右两个部分的四角处均对应设置有四个连接孔，也即两对加热棒41分别对应四个连接孔，以使金属导热块3受力均匀。
69.而且，如上述，传统半导体清洗设备的加热装置通常包括多个加热片01，且多个加热片01由导热胶泥贴附在工艺槽1的表面。而为了保证加热片01能够紧固安装在工艺槽1上，工艺槽1的表面通常设置有多个的螺柱，以与多个加热片01连接。因此，本实施例中的金属导热块3上开设的上述连接孔可以与工艺槽1表面本就具有螺柱连接，这样，在将传统加热装置更换为本实施例中的加热装置时，不需要对的工艺槽1表面做任何改进，仅将原先的加热片01取下并将导热胶泥去除即可。而且，若需要加热效果与更换加热装置之前的加热效果相同，则将金属导热块3的与工艺槽1接触的表面尺寸加工至近似之前的加热片01与工艺槽1的接触面面积即可。
70.在一些优选的实施例中，金属导热块3上与每个连接孔位置对应的表面上开设有连接槽32，用于容纳螺母，这样既可以采用螺柱-螺母的连接方式将金属导热块3与工艺槽1固定，也不会造成螺母与上述盖板23发生干涉的问题。
71.作为另一种技术方案，如图3所示，本实施例还提供一种半导体清洗设备，其包括工艺槽1和至少两个上述实施例中的加热装置，工艺槽存储有清洗液体，用于对待清洗件进
行清洗；至少两个加热装置分别设置在工艺槽相对的两侧，以能够对工艺槽内部清洗液体均匀加热。如图7所示，半导体清洗设备还包括第一循环管路5、第二循环管路6和循环泵7；其中，第一循环管路5的进液口与清洗槽的外槽连通，出液口与循环泵7连通；第二循环管路6的出液口设置在清洗槽的内槽底部并与之连通，进液口与循环泵7连通。在清洗过程中，循环泵7用于驱动第二循环管路6内部的清洗液体持续流向内槽，而且内槽中的清洗液体会从顶部开口不断溢出至外槽中；循环泵7还用于驱动第一循环管路5内部的清洗液体持续流向循环泵7，以使外槽中的清洗液体不断流出，且能够通过循环泵7再次流入第一循环管路5；这样可以实现清洗液体的“内槽-外槽-循环泵-内槽”的循环流动，进而实现清洗液体的循环利用。而且，第一循环管路5和第二循环管路6中还设置有通断阀8，用于控制管路的通断。
72.本实施例提供的加热装置，用于对半导体清洗设备的工艺槽进行加热。该加热装置包括金属导热块和加热部件，其中，加热部件与金属导热块连接，金属导热块的表面与工艺槽的外表面相贴合，以利用金属导热块良好的导热性，将加热部件输出的热量高效地传递至工艺槽中。该加热装置还包括箱体，其能够与工艺槽的表面围成一容纳金属导热块和加热部件的空间，以能够一定程度地将金属导热块和加热部件与半导体清洗设备内部易燃易爆的气体环境隔离。可见，本发明实施例提供的加热装置通过结合箱体、金属导热块和加热部件，既能够保证对工艺槽加热的效果，又能够降低半导体清洗设备内部发生爆炸的风险。
73.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。