ITCT20100016A1

ITCT20100016A1 - WASHING SYSTEM (DUMP-RISE + OVERFLOW)

Info

Publication number: ITCT20100016A1
Application number: IT000016A
Authority: IT
Inventors: Leo Aldo Giuseppe Di
Original assignee: Siciliana Articoli Tecnici Srl
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2012-06-08

Description

Descrizione Description

A corredo di una domanda di brevetto d’invenzione industriale avente per titolo In support of an industrial invention patent application having the title

“Sistema di lavaggio wafer “dump rinse over-flow”. “Dump rinse over-flow” wafer washing system.

La presente invenzione riguarda un sistema di pulizia e risciacquo wafers di silicio e altri materiali utilizzati nelTindustria dei semiconduttori per il lavaggio in acqua deionizzata (in seguito DIW) .Le fette su indicate contaminate da sostanze chimiche depositate in precedenti cicli di trattamento con acidi o solventi necessitano di essere lavate, risciacquate pulite al 100% con acqua deionizzata priva di prodotti contaminanti e\o batteri. La vasca e le attrezzature di seguito descritte sono tutte alloggiate all’ interno di cappe di processo per trattamenti con acidi o solventi. Il sistema in questione consente due diversi metodi di lavaggio e\o decontaminazione (dump e overflow). The present invention relates to a cleaning and rinsing system for silicon wafers and other materials used in the semiconductor industry for washing in deionized water (hereinafter DIW). The wafers indicated above contaminated by chemical substances deposited in previous treatment cycles with acids or solvents they need to be washed, rinsed 100% clean with deionized water free of contaminants and / or bacteria. The tank and the equipment described below are all housed inside process hoods for treatments with acids or solvents. The system in question allows two different washing and / or decontamination methods (dump and overflow).

Nel presente brevetto si introducono, ai sistemi già in uso, due modifiche sostanziali, finalizzate al miglioramento, velocizzazione e risparmio di DIW nei processi di cleaning. La prima variante consente di aggiungere all’azione di pulizia e detergenza della DIW una azione meccanica ossia arricchire l’acqua con azoto, infatti l’energia cinetica contenuta nelle bollicine favorisce l’azione di rimozione dei Chemicals depositati sulla fetta. Tutto ciò’ avviene mediante modifica sostanziale della valvola di scarico; l’altra variante consiste nel sottoporre l’intera superficie delle fette all’azione meccanica generata dal movimento rotatorio impresso al porta wafer. Ciò’ avviene mediante un piattello girevole azionato dalla stessa DIW di alimentazione del Dump rinse. In the present patent, two substantial modifications are introduced to the systems already in use, aimed at improving, speeding up and saving DIW in the cleaning processes. The first variant allows you to add a mechanical action to the cleaning and detergency action of the DIW, that is to enrich the water with nitrogen, in fact the kinetic energy contained in the bubbles favors the removal action of the Chemicals deposited on the slice. All this takes place through substantial modification of the exhaust valve; the other variant consists in subjecting the entire surface of the slices to the mechanical action generated by the rotary movement impressed on the wafer holder. This is done by means of a rotating plate operated by the same power supply DIW as the Dump rinse.

Per rendere maggiormente comprensibili le modifiche realizzate e come esse intervengono nel processo di pulizia, di seguito si inizierà innanzitutto a descrivere le diverse fasi di lavaggio con riferimento alla figurai. In order to make the modifications made more understandable and how they intervene in the cleaning process, below we will first begin to describe the different washing phases with reference to figure 1.

Fase 1: Dump rinse Phase 1: Dump rinse

La prima fase consiste in un risciacquo veloce dei wafer per un numero di volte (numero di cicli) impostati tramite PLC. The first phase consists in a fast rinsing of the wafers for a number of times (number of cycles) set by PLC.

Il riempimento della vasca avviene tramite le valvole pneumatiche regolabili normalmente chiuse indicate in figura 1 con la numerazione 1, 2 e 3. Dalla valvola 2 (valvola di massimo) l’acqua giunge alle due aperture 5 poste sul fondo della vasca. Contemporaneamente tramite la valvola 3, l’acqua raggiunge i nozzle posti su due collettori 6 montati all’ interno della parte superiore della vasca. In questo modo è assicurato il riempimento veloce della vasca fino all’altezza del galleggiante elettrico 9 posto poco al di sotto dei nozzle 6. The filling of the tank takes place via the normally closed adjustable pneumatic valves indicated in figure 1 with the numbering 1, 2 and 3. From valve 2 (maximum valve) the water reaches the two openings 5 located on the bottom of the tank. At the same time, through the valve 3, the water reaches the nozzles placed on two manifolds 6 mounted inside the upper part of the tank. In this way, fast filling of the tank is ensured up to the height of the electric float 9 placed just below the nozzles 6.

Al raggiungimento dell’altezza del livello prestabilito dal galleggiante, quest’ultimo, mediante elettrovalvola di scarico, comanda l’apertura della valvola di fondo 7. La valvola, mediante l’abbassamento di un piattello posto sulla parte superiore della stessa, libera un’apertura ricavata sul fondo della vasca favorendo la fuoriuscita veloce di tutta l’acqua nel vascone della cappa. Effettuato lo svuotamento, viene comandato alla valvola la chiusura del piattello contro il fondo della vasca così da poter ricominciare un nuovo ciclo di riempimento. Upon reaching the height of the pre-established level by the float, the latter, by means of a drain solenoid valve, commands the opening of the bottom valve 7. The valve, by lowering a plate placed on the upper part of the same, releases a opening obtained on the bottom of the tank favoring the rapid escape of all the water in the tank of the hood. After emptying, the valve is commanded to close the plate against the bottom of the tank so that a new filling cycle can be restarted.

Durante la fase di svuotamento l’acqua continua ad arrivare nella vasca tramite tutte le valvole perché si devono mantenere i wafer sempre bagnati durante la fase di drain veloce. I nozzle hanno proprio il compito di mantenere sempre bagnati i wafer durante i cicli di drain veloce. During the emptying phase, the water continues to arrive in the tank through all the valves because the wafers must always be kept wet during the fast drain phase. The nozzles have the task of always keeping the wafers wet during the fast drain cycles.

Fase 2: Fase di quench Phase 2: Quench phase

In questa fase il riempimento della vasca avviene tramite le valvole 1 e 2 e quindi l’acqua giunge alle due aperture 5 poste sul fondo della vasca. Il riempimento avviene solo dal fondo fino all’altezza dell’asola 8 ricavata sulla vasca stessa. Dall’asola 8 l’acqua si versa direttamente nel vascone della cappa. In questa fase il galleggiante non entra in funzione. Questa fase dura secondo un certo tempo impostato dall’operatore. In this phase, the filling of the tank takes place via valves 1 and 2 and then the water reaches the two openings 5 located on the bottom of the tank. Filling takes place only from the bottom up to the height of the slot 8 obtained on the tank itself. From slot 8 the water is poured directly into the basin of the hood. In this phase the float does not come into operation. This phase lasts according to a certain time set by the operator.

Fase 2.1 : quench gorgogliamento Step 2.1: bubbling quench

Questa fase è una modifica al sistema normale di quench descritto in precedenza. This phase is a modification to the normal quenching system described above.

Al momento dell’azionamento delle valvole 1 e 2 e quindi della fase 2, un’elettrovalvola comandata da PLC commuta uno scambiatore per aprire una linea che porta azoto fino all’ interno della vasca. L’azoto, alla pressione di circa 0,5 bar a max 4 bar, viene immesso all’interno della vasca passando dallo stelo della valvola di fondo 7 e giunge alla vasca mediante i fori ricavati sulla parte superiore del piattello. La valvola è quindi opportunamente modificata per poter convogliare l’azoto direttamente all’interno della vasca. When valves 1 and 2 are activated and then phase 2, a PLC-controlled solenoid valve switches an exchanger to open a line that carries nitrogen to the inside of the tank. Nitrogen, at a pressure of about 0.5 bar to max 4 bar, is introduced into the tank passing through the stem of the bottom valve 7 and reaches the tank through the holes made on the upper part of the plate. The valve is therefore suitably modified to be able to convey the nitrogen directly into the tank.

Fase 3: fase di minimo Phase 3: idle phase

Alla fine della fase 2 si chiude la valvola di massimo (valvola 2) e rimane in funzione solo la valvola di minimo (valvola 1). Tale valvola rimane in funzione durante tutte e tre le fasi di funzionamento della cappa. L’acqua, attraverso la valvola 1, giunge alla vasca passando dalle aperture 5 poste in basso. Il riempimento della vasca avviene fino al raggiungimento dell’apertura 4 posta in alto nella vasca (ma sempre più in basso dell’asola 8). Dall’apertura 4, l’acqua, passando attraverso una valvola pneumatica normalmente chiusa comandata da PLC, viene scaricata negli impianti generali di recupero acqua. Anche in questa fase il galleggiante non entra in funzione. A questo punto il ciclo ricomincia dalla fase 1 già descritta. At the end of phase 2 the maximum valve (valve 2) closes and only the minimum valve (valve 1) remains in operation. This valve remains in operation during all three operating phases of the hood. The water, through valve 1, reaches the tank passing through the openings 5 at the bottom. The tank is filled up to the opening 4 located at the top of the tank (but always lower than slot 8). From opening 4, the water, passing through a normally closed pneumatic valve controlled by a PLC, is discharged into the general water recovery systems. Also in this phase the float does not come into operation. At this point the cycle restarts from phase 1 already described.

Delineate le diverse fasi di pulizia che compongono il processo di lavaggio e risciacquo dei wafer, la presente invenzione verrà ora descritta a titolo illustrativo ma non limitativo secondo sue preferite forme di realizzazione, con particolare riferimento alle figure allegate. Having outlined the different cleaning steps that make up the wafer washing and rinsing process, the present invention will now be described for illustrative but not limitative purposes according to its preferred embodiments, with particular reference to the attached figures.

La valvola di fondo 7 secondo la presente invenzione è una valvola pneumatica a doppio effetto che permette lo scarico dell’acqua nel vascone della wet bench durante la fase di drain veloce (fase 1). La valvola oggetto del presente brevetto è stata opportunamente modificata per realizzare una seconda importante funzione. Durante la fase di quench del processo (fase 2) la valvola consente il passaggio di azoto aH’intemo del quench per ottimizzare il processo di pulizia (fase 2.1 quench gorgogliamento) . The bottom valve 7 according to the present invention is a double-acting pneumatic valve that allows the water to be discharged into the wet bench tank during the fast drain phase (phase 1). The valve object of the present patent has been suitably modified to realize a second important function. During the quench phase of the process (phase 2) the valve allows the passage of nitrogen inside the quench to optimize the cleaning process (phase 2.1 bubbling quench).

La valvola di fondo, con riferimento alla figura 2, è composta dalle seguenti parti: The foot valve, with reference to figure 2, is made up of the following parts:

a. corpo centrale to. central body

b. albero di scorrimento b. scroll shaft

c. tappo di chiusura c. closing cap

d. albero porta stelo d. stem bearing shaft

e. stelo And. stem

fi . piatto inferiore fi. lower plate

f2. piatto superiore f2. top plate

La figura 4 mostra una vista in sezione della valvola; la valvola è costituita da un corpo centrale A cilindrico su cui sono ricavati due fori per ringresso dell’ aria. All’interno del corpo A è libero di scorrere un albero B che divide la cavità interna del corpo A in due camere separate. L’albero B si muoverà per effetto dell’aria introdotta all’interno del corpo A per mezzo dei due fori 1 e 2 visibili in figura sotto. L’albero B è collegato mediante filettatura al piatto formato dai componenti FI ed F2. Il piatto, mediante opportune tenute, chiude lo scarico del dump rinse o lo apre quando sia richiesto. Quando introduciamo aria dall’ingresso 1, questa va a riempire la camera superiore 3 formata dalla parte interna del corpo A e dall’albero B, e sposta l’albero stesso verso il basso fino al contatto con il componente D. In tal modo l’albero porta nel suo moto anche il piatto e quindi libera l’apertura per lo scarico della vasca. Effettuato lo svuotamento, viene inviata aria alla valvola attraverso l’apertura 2. L’aria occupando la camera inferiore 4 della valvola spinge l’albero B verso l’alto realizzando la chiusura del piatto sul il fondo della vasca così da poter ricominciare un nuovo ciclo di riempimento. Figure 4 shows a sectional view of the valve; the valve consists of a cylindrical central body A on which two holes are made for air inlet. A shaft B that divides the internal cavity of body A into two separate chambers is free to slide inside body A. The shaft B will move due to the effect of the air introduced inside the body A by means of the two holes 1 and 2 visible in the figure below. Shaft B is connected by thread to the plate formed by components FI and F2. The plate, by means of suitable seals, closes the discharge of the rinse dump or opens it when required. When we introduce air from inlet 1, this fills the upper chamber 3 formed by the internal part of body A and shaft B, and moves the shaft itself downwards until it comes into contact with component D. In this way the The shaft also carries the plate in its motion and therefore frees the opening for the tank drain. After emptying, air is sent to the valve through opening 2. The air occupying the lower chamber 4 of the valve pushes shaft B upwards, closing the plate on the bottom of the tank so that a new one can be started again. filling cycle.

Il componente D è un albero di regolazione, provvisto di filettatura esterna 5 lungo tutta la sua lunghezza dalla gola 6 fino all’estremità superiore, ed ingrana con il tappo di chiusura C. La regolazione avviene ruotando il componente D, determinando quindi il suo abbassamento o sollevamento all’interno della camera 4. In questo modo si modifica la corsa dell’albero di scorrimento e dello stelo e quindi del piatto di chiusura. Aumentando la corsa in pratica aumenta la distanza tra il piatto della valvola dal fondo della vasca durante la fase di svuotamento veloce. Component D is an adjustment shaft, provided with external thread 5 along its entire length from the groove 6 to the upper end, and meshes with the closing cap C. The adjustment is made by rotating component D, thus causing its lowering or lifting inside chamber 4. This modifies the stroke of the sliding shaft and the rod and therefore of the closing plate. Increasing the stroke in practice increases the distance between the valve plate and the bottom of the tank during the fast emptying phase.

Secondo la presente invenzione, durante la fase di quench, è anche possibile, mediante un’elettrovalvola comandata da PLC, commutare uno scambiatore per aprire una linea che porta azoto fino aH’intemo della vasca. Secondo la figura 5, l’azoto viene introdotto all’intemo della vasca passando dallo stelo E e successivamente dall’albero B della valvola attraverso l’apertura indicata con il numero 7 e giunge alla vasca mediante i fori ricavati appositamente sulla parte superiore del piatto come è evidenziato in figura con il numero 8. All’ interno dello stelo E e l’albero B sono stati ricavati appositi condotti come evidenziato per consentire il passaggio dell’azoto. According to the present invention, during the quench phase, it is also possible, by means of a PLC-controlled solenoid valve, to switch an exchanger to open a line that carries nitrogen up to the inside of the tank. According to figure 5, the nitrogen is introduced inside the tank passing through the stem E and subsequently from the shaft B of the valve through the opening indicated with the number 7 and reaches the tank through the holes specially made on the upper part of the plate. as shown in the figure with the number 8. Special ducts have been made inside the stem E and shaft B as shown to allow the passage of nitrogen.

Secondo la presente invenzione, in riferimento alla figura 5, il piatto della valvola è realizzato in due parti separate che successivamente sono saldate tra loro mediante un cordone di saldatura circolare indicato con il numero 9. In riferimento alla figura 6, sono visibili le sedi per la saldatura, i fori ricavati sulla parte superiore del piatto da cui fuoriesce l’azoto durante il processo di lavaggio, e le sedi per inserire gli anelli di tenuta della valvola sul fondo della vasca. According to the present invention, with reference to Figure 5, the valve plate is made in two separate parts which are subsequently welded together by means of a circular welding seam indicated with the number 9. With reference to Figure 6, the seats for the welding, the holes made on the upper part of the plate from which the nitrogen escapes during the washing process, and the seats for inserting the valve sealing rings on the bottom of the tank.

Secondo la presente invenzione, durante le varie fasi di lavaggio (fase 1 di dump rinse, fase 2 di quench, fase 2.1 con immissione di azoto) al fine di migliorare il processo, velocizzare e risparmiare DIW nei processi di cleaning, il wafer carrier può essere messo in rotazione continua mediante apposito sistema di seguito descritto. Per realizzare questo movimento all’intemo della vasca il wafer carrier è adagiato su un piattello girevole azionato dalla stessa DIW di alimentazione del dump rinse. According to the present invention, during the various washing phases (phase 1 of dump rinse, phase 2 of quench, phase 2.1 with nitrogen injection) in order to improve the process, speed up and save DIW in the cleaning processes, the wafer carrier can be put into continuous rotation by means of the special system described below. To achieve this movement inside the tank, the wafer carrier is placed on a rotating plate operated by the same feeding DIW of the dump rinse.

In figura 7 è evidenziato il posizionamento del piattello 10 all’intemo della vasca Il a cui sono state tolte, per ragioni di maggiore chiarezza visiva, le pareti laterali. Le aperture 12 sul fondo della vasca sono quelle relative al suo svuotamento durante la fase di dump rinse che avviene con l’azionamento pneumatico di due valvole di fondo. Le due aperture devono essere dimensionate in modo tale che, entrando in funzione contemporaneamente, assicurano lo stesso tempo di svuotamento di un’unica apertura centrale. Anche le due valvole di fondo saranno dimensionate di conseguenza. Inoltre le due aperture sono ricavate negli spigoli opposti della vasca in modo tale da non essere ostruite dal piattello girevole e assicurare la maggiore luce libera possibile durante la fase di svuotamento. Figure 7 shows the positioning of the plate 10 inside the tank II from which the side walls have been removed for reasons of greater visual clarity. The openings 12 on the bottom of the tank are those relating to its emptying during the rinse dump phase which occurs with the pneumatic actuation of two bottom valves. The two openings must be sized in such a way that, starting at the same time, they ensure the same emptying time of a single central opening. The two foot valves will also be sized accordingly. Furthermore, the two openings are obtained in the opposite corners of the tank so as not to be obstructed by the rotating plate and to ensure the greatest possible free space during the emptying phase.

Il moto circolare del piattello può essere impresso mediante due diversi sistemi. The circular motion of the plate can be impressed by two different systems.

Il primo sistema prevede l’utilizzo di un motore pneumatico a palette (metal free) che imprime il moto attraverso un albero fissato al piattello. The first system involves the use of a pneumatic vane motor (metal free) which gives motion through a shaft fixed to the plate.

Il secondo sistema non prevede alcun motore, ma la rotazione del piattello è ottenuta sfruttando il getto d’acqua in ingresso nella vasca stessa che colpisce delle palette ricavate sulla base del piattello e mettendolo appunto in rotazione. Il getto d’acqua proviene sempre dalla valvola di massimo secondo lo schema indicato in figura 1, ma le aperture da cui fuoriesce sono state opportunamente modificate in modo da consentire al getto di colpire le palette adeguatamente e permettere la rotazione del piattello (in figura 8 il getto d’acqua è indicato dalle frecce). La sezione di uscita dell’acqua è più vicina all’imbocco delle palette per sfruttare al massimo la pressione e ricavare una spinta maggiore sulle pareti delle palette. Per rendere possibile questo, le aperture sono state ricavate sul fondo della vasca invece che sulle pareti laterali (come era indicato in figura 1) e l’acqua è indirizzata sulle palette mediante un raccordo opportunamente orientato. In figura 9 e 10 sono visibili due possibib tipologie di realizzazione delle palette del piattello, dritte nel primo caso, curvate nel secondo per favorire l’ingresso dell’acqua. The second system does not include any motor, but the rotation of the plate is obtained by exploiting the jet of water entering the tank itself which hits the vanes obtained on the base of the plate and putting it in rotation. The water jet always comes from the maximum valve according to the diagram shown in figure 1, but the openings from which it comes out have been suitably modified in order to allow the jet to hit the blades properly and allow the plate to rotate (in figure 8 the water jet is indicated by arrows). The water outlet section is closer to the inlet of the vanes to make the most of the pressure and obtain a greater thrust on the walls of the vanes. To make this possible, the openings have been made on the bottom of the tank instead of on the side walls (as indicated in Figure 1) and the water is directed onto the vanes by means of a suitably oriented connection. Figures 9 and 10 show two possible types of realization of the plate vanes, straight in the first case, curved in the second to facilitate the entry of water.

Claims

Claims 1. Wafer washing system using different methods (dump and overflow) characterized by the presence of a double-acting pneumatic valve comprising two chambers (3, 4) for air inlet, formed by the external body A and by a sliding shaft B which modifies the dimensions of the chambers between an opening and a closing position of the valve, the sliding of shaft B being controlled by means of an alternative introduction, by means of suitable fluid outlets (1, 2), of gaseous fluid into one of the chambers (3, 4), and in such a way that it carries in its motion the closing plate of the tank (FI, F2), rigidly connected to the shaft, being the seal of the valve with the tank during the closing period realized by means of seal allocated in special seats obtained on the upper part of the plate.

2. Valve according to claim 1, characterized in that it allows the passage of other gaseous fluids (nitrogen), this fluid being introduced directly into the washing tank by means of a hollow stem E rigidly connected to shaft B, also cable.

3. Valve according to the previous claims, characterized by the fact that the passage of the gaseous fluid (nitrogen) from the valve to the tank takes place by means of a circular plate (FI, F2) rigidly connected to shaft B.

4. Valve according to claim 3, characterized in that the circular plate (FI, F2) is composed of two separate parts, called lower plate FI and upper plate F2, these plates being welded and made in such a way as to obtain an internal chamber for the passage from the gaseous fluid.

5. Valve according to claim 4, characterized in that the upper circular plate F2 comprises a cavity which in contact with the surface of the plate FI forms a chamber for the passage of the gaseous fluid, this fluid being released inside the tank by means of suitable holes made on the upper part of the upper plate itself.

6. Wafer washing system using different methods (dump and overflow) characterized by the rotation of the wafer holder by means of a rotating plate around a pin, this pin being inserted on the bottom of the tank.

7. Rotation of the wafer holder according to claim 7, characterized by being the rotation transmitted to the plate by means of a pneumatic vane motor, metal free.

8. Rotation of the wafer holder according to claim 7, characterized by being the rotation transmitted to the plate without mechanical systems, using the jet of water entering the tank, the plate being suitably modified by inserting special vanes on the lower part.

9. Valve and wafer holder rotation system according to the preceding claims, characterized in that they are made of a material resistant to corrosion and / or chemical attack, preferably in a material comprising one or more materials selected from the group comprising ultra-pure thermoplastic materials, polymers organic, and fluorinated polymers, more preferably in a material comprising one or more materials selected from the group comprising MFA, TFM, PP, Teflon PFA, pure Teflon, PEEK, PTFE, PVDF, and FEP.