基于Fluent的半導體濕法腐蝕過程中的廢氣排放流場研究

李燕玲，黃鑫亮，王勇威，郭立剛，王文麗，夏楠君

(中國電子科技集團公司第四十五研究所，北京 101601)

濕法腐蝕清洗機在半導體生產(chǎn)過程中被廣泛使用。隨著IC集成度不斷提高，硅片表面清潔度要求更為嚴格；清洗的好壞會直接關系到成品率。濕法腐蝕清洗設備清洗過程中會產(chǎn)生大量氣體，這些氣體對清洗的硅片清潔度有著重要影響。同時通過數(shù)值計算，可以更好地幫助我們了解濕區(qū)的流場分布情況。

1 流場模型建立

現(xiàn)實中湍流運動是最常見的一種流體運動，工程領域幾乎所有的流動都是湍流。盡管湍流運動很復雜，但是仍然可以根據(jù)Nabier-Stokes方程和非穩(wěn)態(tài)連續(xù)性方程解決湍流瞬時的運動。Fluent中 包 含 很 多 湍 流 模 型 ：Laminar、Inviscid、Sparlart-Allmaras、k-ε、k-ω 和 Reynolds Stress， 其 中k-ε 方程又包括 3 種：Standard k-ε、RNG k-ε 和Realizable k-ε。k-ε模型為黏性仿真常用的求解方式，是屬于非直接數(shù)值模擬中Reynolds平均法中渦粘模型下的兩方程求解模型。引入Reynolds平均法后的連續(xù)方程、動量方程和其他變量的輸運方程如式(1)～式(3)所示。

式中：t表示時間，ρ表示密度，u表示速度矢量，u、v、w 分別表示速度矢量 u 在 x、y、z方向分速度，p表示流體微元上的壓力，φ為其他變量，上標“-”代表平均值，“′”代表脈動值。

圖1 流場幾何模型

濕法腐蝕清洗機濕區(qū)為操作區(qū)域，圖1為流場的幾何模型。下面對幾何模型出入口邊界條件變量進行定義。化學槽溢出的氣體主要通過排風窗排出，設置變量Pout為流場模型排風出口壓強，暫定平均相對壓強為40 Pa，vout為流場模型排風出口流速，Qout為流場模型排風出口流量。槽體在化學腐蝕過程會釋放大量氣體，設置變量Pv-in為流場模型化學槽口壓強，vv-in為流場模型化學槽口流速，Qv-in為流場化學槽口流量。……