一種二相流霧化噴射清洗裝置及清洗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體清洗設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種二相流霧化噴射清洗裝置及清洗方法。
【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(guò)程中，半導(dǎo)體晶圓通常都會(huì)經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)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(wú)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(guò)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(guò)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(jiàn)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(wèn)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]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，來(lái)減小液體顆粒對(duì)圖形側(cè)壁和邊角的損傷，提高清洗質(zhì)量和效率，節(jié)約清洗成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重復(fù)性好的二相流霧化噴射清洗裝置及清洗方法，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及相應(yīng)的工藝參數(shù)調(diào)整，完成氣液兩相霧化過(guò)程，形成尺寸均一的超微液體顆粒噴霧，并利用載氣使霧化顆粒以一定的動(dòng)能垂直運(yùn)動(dòng)至晶圓表面，完成對(duì)晶圓的移動(dòng)霧化清洗過(guò)程，可減小液體顆粒對(duì)晶圓圖形側(cè)壁和邊角的損傷，提高清洗質(zhì)量和效率，節(jié)約清洗成本。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0011]—種二相流霧化噴射清洗裝置，用于對(duì)放置在清洗腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上的晶圓進(jìn)行霧化清洗，所述清洗裝置包括:
[0012]噴嘴主體，其內(nèi)部設(shè)有液體管路，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 ；所述液體導(dǎo)向出口和/或氣體導(dǎo)向出口為直管形、螺旋管形或拉瓦爾噴管結(jié)構(gòu)；
[0013]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(guò)晶圓圓心的圓弧往復(fù)運(yùn)動(dòng)；
[0014]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；
[0015]其中，由液體導(dǎo)向出口噴出的液體與由氣體導(dǎo)向出口噴出的氣體在氣液導(dǎo)向部件下方相交形成霧化顆粒，并經(jīng)霧化顆粒導(dǎo)向出口向下噴向晶圓表面。
[0016]優(yōu)選地，所述噴嘴主體的橫截面形狀包括圓形、三角形或多邊形，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。
[0017]優(yōu)選地，所述拉瓦爾噴管結(jié)構(gòu)依次包括收縮管、窄喉、擴(kuò)張管，所述收縮管和/或擴(kuò)張管的縱截面具有直線或弧線形的管壁形狀。
[0018]優(yōu)選地，所述窄喉為一段定徑管。
[0019]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。
[0020]優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)角度為10?80°。
[0021]優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)角度為30?60°。
[0022]優(yōu)選地，所述液體導(dǎo)向出口和/或氣體導(dǎo)向出口為直管或螺旋管形時(shí)，其截面形狀包括圓形、三角形、多邊形；優(yōu)選地，所述氣體導(dǎo)向出口和/或液體導(dǎo)向出口的直徑或頂?shù)赘邽??1000 μ m ;進(jìn)一步優(yōu)選地，所述氣體導(dǎo)向出口和/或液體導(dǎo)向出口的直徑或頂?shù)赘邽?200 ?400 μ??ο
[0023]優(yōu)選地，所述進(jìn)液管路由噴嘴主體的上端面中部或上端側(cè)部進(jìn)入噴嘴主體內(nèi)連通液體管路，所述進(jìn)氣管路對(duì)應(yīng)由噴嘴主體的上端側(cè)部或上端面中部進(jìn)入噴嘴主體內(nèi)連通氣體管路。
[0024]優(yōu)選地，當(dāng)所述進(jìn)氣管路由噴嘴主體的上端側(cè)部進(jìn)入噴嘴主體內(nèi)連通氣體管路時(shí)，在其氣體進(jìn)口下方的所述氣體管路內(nèi)環(huán)繞液體管路水平設(shè)置一氣體隔板，所述氣體隔板設(shè)有環(huán)繞液體管路的一系列不同尺寸的通孔，其按遠(yuǎn)離氣體進(jìn)口的方向尺寸依次減小。
[0025]優(yōu)選地，所述通孔的形狀包括圓形、三角形或多邊形。
[0026]優(yōu)選地，所述氣體隔板設(shè)有一環(huán)繞液體管路的弧形通孔，其按遠(yuǎn)離氣體進(jìn)口的方向開口逐漸減小。
[0027]優(yōu)選地，所述噴嘴主體的橫截面形狀為扇形，所述氣液導(dǎo)向部件的多路液體分流管路以一與扇形軸線重合的液體分流管路為主干，并通過(guò)該主干液體分流管路連通液體管路下端，其他的液體分流管路對(duì)稱分列其兩側(cè)，并與同側(cè)扇形的邊平行；液體分流管路以外區(qū)域形成出氣網(wǎng)板，沿各液體分流管路設(shè)有兩列分別朝向其兩側(cè)方向下傾并與噴嘴主體的垂直軸線呈預(yù)設(shè)角度設(shè)置的液體導(dǎo)向出口。
[0028]優(yōu)選地，所述噴嘴主體的形狀為水平的長(zhǎng)條形，其內(nèi)部沿長(zhǎng)軸方向并列設(shè)有液體管路和氣體管路，并各自連通進(jìn)液管路、進(jìn)氣管路，在液體管路和氣體管路底部、沿其長(zhǎng)軸方向各自設(shè)有與其連通的若干列平行設(shè)置的液體導(dǎo)向出口、氣體導(dǎo)向出口，各液體導(dǎo)向出口、氣體導(dǎo)向出口在噴嘴主體的水平軸線兩側(cè)對(duì)稱排列，并與該水平軸線呈相同的預(yù)設(shè)角度相向下傾設(shè)置，霧化顆粒導(dǎo)向出口圍繞設(shè)于液體導(dǎo)向出口和氣體導(dǎo)向出口下方。
[0029]優(yōu)選地，所述噴嘴主體通過(guò)與其配合外設(shè)的旋轉(zhuǎn)部件進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，在所述噴嘴主體一側(cè)、沿其轉(zhuǎn)動(dòng)方向外設(shè)一垂直方向的保護(hù)罩。
[0030]優(yōu)選地，所述噴嘴主體具有一球形部，所述旋轉(zhuǎn)部件為環(huán)繞該球形部并可轉(zhuǎn)動(dòng)卡接的旋轉(zhuǎn)卡扣；所述保護(hù)罩連接設(shè)于旋轉(zhuǎn)卡扣下方，其具有弧形的遮擋面。
[0031]優(yōu)選地，還包括一液體清洗管路，設(shè)于清洗腔內(nèi)，并位于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的斜上方，其出口朝向旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的中心設(shè)置；或者，液體清洗管路可連接設(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。
[0032]—種使用上述的二相流霧化噴射清洗裝置的清洗方法，包括:設(shè)定噴淋臂的運(yùn)動(dòng)軌跡和清洗工藝菜單，開始清洗工藝，先啟動(dòng)晶圓轉(zhuǎn)動(dòng)，并打開液體清洗管路，向晶圓表面大流量噴射清洗液體，以在晶圓表面形成一層均勻分布的清洗液體薄膜；接著打開進(jìn)液管路，向噴嘴主體內(nèi)的液體管路通入一定流量的清洗液體，同時(shí)打開進(jìn)氣管路，向噴嘴主體內(nèi)的氣體管路通入一定流量的氣體，使從液體導(dǎo)向出口噴出的清洗液體以預(yù)設(shè)的角度傾斜射向從氣體導(dǎo)向出口噴出的氣體并發(fā)生霧化作用形成超微霧化顆粒，然后在霧化顆粒導(dǎo)向出口的垂直導(dǎo)向或拉瓦爾噴管結(jié)構(gòu)的加速作用下，射入晶圓表面的清洗液體薄膜層內(nèi)，以對(duì)晶圓進(jìn)行移動(dòng)霧化清洗。
[0033]優(yōu)選地，所述液體清洗管路的清洗液體流量為100?2000ml/min，所述進(jìn)液管路的清洗液體流量為10?500ml/min，所述進(jìn)氣管路的氣體流量為10?150L/min。
[0034]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述液體清洗管路的清洗液體流量為500?1000ml/min，所述進(jìn)液管路的清洗液體流量為50?200ml/min，所述進(jìn)氣管路的氣體流量為60?100L/min。
[0035]優(yōu)選地，打開液體清洗管路后，間隔3?10s再同時(shí)打開進(jìn)液管路和進(jìn)氣管路。
[0036]優(yōu)選地，所述清洗液體包括化學(xué)藥液或超純水，所述氣體包括氮?dú)狻⒍趸蓟驂嚎s空氣。
[0037]優(yōu)選地，所述液體清洗管路和進(jìn)液管路中通入的清洗液體可以相同、也可以不同。
[0038]本發(fā)明具