具有超聲或兆聲振蕩的二相流霧化清洗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體清洗設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種具有超聲或者兆聲振蕩作用的二相流霧化清洗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)的高速發(fā)展，集成電路芯片的圖形特征尺寸已進(jìn)入到深亞微米階段，導(dǎo)致芯片上超細(xì)微電路失效或損壞的關(guān)鍵沾污物(例如顆粒)的特征尺寸也隨之大為減小。
[0003]在集成電路的制造工藝過程中，半導(dǎo)體晶圓通常都會(huì)經(jīng)過諸如薄膜沉積、刻蝕、拋光等多道工藝步驟。而這些工藝步驟就成為沾污物產(chǎn)生的重要場(chǎng)所。為了保持晶圓表面的清潔狀態(tài)，消除在各個(gè)工藝步驟中沉積在晶圓表面的沾污物，必須對(duì)經(jīng)受了每道工藝步驟后的晶圓表面進(jìn)行清洗處理。因此，清洗工藝成為集成電路制作過程中最普遍的工藝步驟，其目的在于有效地控制各步驟的沾污水平，以實(shí)現(xiàn)各工藝步驟的目標(biāo)。
[0004]為了清除晶圓表面的沾污物，在進(jìn)行單片濕法清洗工藝時(shí)，晶圓將被放置在清洗設(shè)備的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(例如旋轉(zhuǎn)卡盤)上，并按照一定的速度旋轉(zhuǎn)；同時(shí)向晶圓的表面噴淋一定流量的清洗藥液，對(duì)晶圓表面進(jìn)行清洗。
[0005]在通過清洗達(dá)到去除沾污物目的的同時(shí)，最重要的是要保證對(duì)晶圓、尤其是對(duì)于圖形晶圓表面圖形的無損傷清洗。
[0006]隨著集成電路圖形特征尺寸的縮小，晶圓表面更小尺寸的沾污物的去除難度也在不斷加大。因此，很多新型清洗技術(shù)在清洗設(shè)備上也已得到較廣泛的應(yīng)用。其中，在單片濕法清洗設(shè)備上，利用霧化清洗技術(shù)可以進(jìn)一步改善清洗工藝的效果。在霧化清洗過程中，霧化顆粒會(huì)對(duì)晶圓表面的液膜產(chǎn)生一個(gè)沖擊力，并在液膜中形成快速傳播的沖擊波。沖擊波作用于顆粒污染物上時(shí)，一方面可以加快污染物從晶圓表面脫離的過程;另一方面，沖擊波會(huì)加速晶圓表面清洗藥液的流動(dòng)速度，促使顆粒污染物更快地隨著藥液的流動(dòng)而被帶離晶圓表面。
[0007]然而，目前常見的霧化清洗裝置所產(chǎn)生的霧化顆粒尺寸較大，且霧化顆粒所具有的能量也較高，當(dāng)這些霧化清洗裝置應(yīng)用在65納米及以下技術(shù)代的晶圓清洗工藝中時(shí)，很容易造成表面圖形損傷等問題。同時(shí)液相流體的利用率較低，導(dǎo)致資源的極度浪費(fèi)。
[0008]此外，伴隨著集成電路制造工藝的不斷進(jìn)步，半導(dǎo)體器件的體積正變得越來越小，這也導(dǎo)致了非常微小的顆粒也變得足以影響半導(dǎo)體器件的制造和性能。對(duì)于這些微小的顆粒，傳統(tǒng)的流體清洗方法并不能夠非常有效地去除它們。這是由于在半導(dǎo)體晶圓表面和清洗液體之間存在著一個(gè)相對(duì)靜止的邊界層。當(dāng)附著在晶圓表面的顆粒直徑小于邊界層厚度時(shí)，清洗液體的流動(dòng)就無法對(duì)顆粒產(chǎn)生作用。
[0009]為了改善這個(gè)問題，超聲波或兆聲波清洗被引入了半導(dǎo)體清洗工藝。超聲波或兆聲波能量可以在水中產(chǎn)生微小的氣泡，當(dāng)氣泡爆開時(shí)所產(chǎn)生的震動(dòng)在晶圓表面的液膜中形成沖擊波。由于沖擊波的速度很快，導(dǎo)致晶圓表面和清洗液體之間的邊界層減薄，使污染顆粒暴露在流動(dòng)的清洗藥液中，這將有助于剝離那些附著在晶圓上的微小顆粒，從而洗凈晶圓。
[0010]但采用超聲波或兆聲波清洗技術(shù)在提高了沾污物去除效率的同時(shí)，也不可避免地帶來了對(duì)于圖形晶圓的損傷問題。這主要是由于超聲波或兆聲波的能量在媒介中是以波狀傳遞的，在某些特定的位置，會(huì)由于波峰能量的疊加，產(chǎn)生一個(gè)能量密度很高的區(qū)域，當(dāng)該區(qū)域產(chǎn)生的氣泡破裂時(shí)其能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于晶圓表面圖形結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，而導(dǎo)致圖形損傷的出現(xiàn)。
[0011]為了減少對(duì)晶圓表面圖形的損傷，需要進(jìn)一步縮小噴射出的液體顆粒的尺寸，并且更好地控制霧化顆粒的運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)軌跡以及均勻性等，同時(shí)也需要對(duì)超聲或者兆聲技術(shù)的具體應(yīng)用方式進(jìn)行改進(jìn)，以減小液體顆粒及高密度能量超聲波或兆聲波對(duì)圖形的損傷，提高清洗質(zhì)量和效率，節(jié)約清洗成本。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0012]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種具有超聲或兆聲振蕩的二相流霧化清洗裝置，通過設(shè)計(jì)將超聲波或兆聲波清洗與二相流霧化清洗結(jié)合起來的新噴嘴結(jié)構(gòu)，可以有效解決造成晶圓圖形側(cè)壁和邊角損傷的問題，提高清洗質(zhì)量和效率，節(jié)約清洗成本。
[0013]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0014]一種具有超聲或兆聲振蕩的二相流霧化清洗裝置，用于對(duì)放置在清洗腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上的晶圓進(jìn)行超聲波或兆聲波霧化清洗，所述清洗裝置包括:
[0015]噴嘴主體，其內(nèi)部設(shè)有液體管路，沿液體管路內(nèi)壁表面裝有超聲波或兆聲波發(fā)生單元，環(huán)繞液體管路設(shè)有氣體管路，噴嘴主體下端設(shè)有氣液導(dǎo)向部件，氣液導(dǎo)向部件以一定對(duì)稱關(guān)系水平設(shè)有連通液體管路的多路液體分流管路，各液體分流管路之間具有連通氣體管路的出氣網(wǎng)板，出氣網(wǎng)板垂直設(shè)有密布的多數(shù)個(gè)氣體導(dǎo)向出口，沿各液體分流管路設(shè)有與噴嘴主體軸線呈預(yù)設(shè)角度下傾的多數(shù)個(gè)液體導(dǎo)向出口；
[0016]進(jìn)液管路和進(jìn)氣管路，連接設(shè)于一噴淋臂上，并分別連通噴嘴主體內(nèi)的液體管路、氣體管路，所述噴淋臂帶動(dòng)噴嘴主體作過晶圓圓心的圓弧往復(fù)運(yùn)動(dòng)；
[0017]霧化顆粒導(dǎo)向出口，圍繞設(shè)于氣液導(dǎo)向部件下方，其為拉瓦爾噴管結(jié)構(gòu)或具有豎直的內(nèi)壁；
[0018]其中，通過超聲波或兆聲波發(fā)生單元產(chǎn)生超聲波或兆聲波振蕩，將其超聲波或兆聲波能量傳導(dǎo)至流經(jīng)的清洗液體內(nèi)，使由液體導(dǎo)向出口噴出的清洗液體與由氣體導(dǎo)向出口噴出的氣體在氣液導(dǎo)向部件下方相交形成的霧化顆粒具有超聲波或兆聲波能量，并在霧化顆粒導(dǎo)向出口的加速或垂直導(dǎo)向作用下向下噴向晶圓表面進(jìn)行超聲波或兆聲波霧化清洗。
[0019]優(yōu)選地，所述超聲波或兆聲波發(fā)生單元包括朝向液體管路內(nèi)部方向依次相連設(shè)置的壓電材料和耦合層，所述壓電材料通過接線柱與外部電路連接，以將接收的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為壓電材料的振蕩能量，形成高頻振蕩，并將產(chǎn)生的超聲波或兆聲波振蕩能量依次傳導(dǎo)至耦合層及液體管路中的清洗液體內(nèi)。
[0020]優(yōu)選地，所述壓電材料和耦合層為相套合的環(huán)形，其環(huán)繞液體管路內(nèi)壁設(shè)置，并與液體管路內(nèi)壁表面相平齊。
[0021]優(yōu)選地，所述壓電材料和耦合層為相連的片形，并與液體管路內(nèi)壁表面相平齊設(shè)置。
[0022]優(yōu)選地，所述片形的壓電材料和耦合層具有與液體管路內(nèi)壁相吻合的弧度。
[0023]優(yōu)選地，所述耦合層表面涂覆有一層耐腐蝕涂層。
[0024]優(yōu)選地，所述耐腐蝕涂層的厚度為1-500微米。
[0025]優(yōu)選地，所述氣液導(dǎo)向部件的多路液體分流管路以液體管路下端為共同連通點(diǎn)，并按均勻的輻條狀設(shè)置，相鄰液體分流管路之間形成近似扇形的出氣網(wǎng)板，各液體分流管路的液體導(dǎo)向出口位于出氣網(wǎng)板下方，并朝向其對(duì)應(yīng)一側(cè)出氣網(wǎng)板的氣體導(dǎo)向出口方向向下傾斜設(shè)置。
[0026]優(yōu)選地，所述液體分流管路具有與噴嘴主體的垂直軸線呈預(yù)設(shè)角度下傾的一端面，所述液體導(dǎo)向出口由該端面垂直引出。
[0027]優(yōu)選地，還包括一液體清洗管路，設(shè)于清洗腔內(nèi)，其位于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的斜上方、出口朝向旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的中心設(shè)置;或者，液體清洗管路連接設(shè)于噴淋臂上，其出口位于所述噴嘴主體一側(cè)，并垂直向下設(shè)置。
[0028]本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0029]1、通過由液體導(dǎo)向出口和氣體導(dǎo)向出口形成的霧化噴嘴結(jié)構(gòu)，使其噴射的高速液體流與高速氣體流產(chǎn)生充分地相互作用，并可通過調(diào)整管路流量，來形成顆粒尺寸均一、