本發(fā)明涉及半導(dǎo)體單片濕法清洗設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種結(jié)構(gòu)優(yōu)化的二相流霧化清洗裝置。

背景技術(shù)：

清洗工藝是集成電路制作過(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)。

在單片濕法清洗設(shè)備上，利用霧化清洗可以改善清洗工藝的效果。霧化清洗過(guò)程中，霧化顆粒對(duì)覆蓋在晶圓表面的液膜產(chǎn)生一個(gè)沖擊力，從而在液膜中形成快速傳播的沖擊波。此沖擊波作用于顆粒污染物上時(shí)，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)被帶離晶圓表面。

現(xiàn)有常見(jiàn)的霧化清洗裝置所產(chǎn)生的霧化顆粒尺寸較大，顆粒所具有的能量也較高，其應(yīng)用在65納米及以下技術(shù)代的晶圓清洗工藝中，會(huì)造成晶圓表面圖形損傷等問(wèn)題。

因此，需要通過(guò)對(duì)霧化裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，來(lái)進(jìn)一步縮小霧化顆粒的尺寸，減小其所攜帶的能量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種操作簡(jiǎn)單，重復(fù)性好的新型二相流霧化清洗裝置，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計(jì)，達(dá)到精細(xì)霧化的目的，實(shí)現(xiàn)晶圓表面的無(wú)損傷清洗。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種二相流霧化清洗裝置，包括：

固定支架和二相流霧化噴嘴主體；

所述固定支架一端與二相流霧化清洗噴嘴主體固定連接，另一端受驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)二相流霧化清洗噴嘴主體在晶圓表面上方運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)晶圓范圍內(nèi)的均勻清洗；

所述二相流霧化清洗噴嘴主體懸設(shè)于晶圓上方，其連接第一、第二清洗介質(zhì)管路，所述第一清洗介質(zhì)管路用于向二相流霧化清洗噴嘴主體內(nèi)通入氣體清洗介質(zhì)，所述第二清洗介質(zhì)管路用于向二相流霧化清洗噴嘴主體內(nèi)通入液體清洗介質(zhì)；

所述二相流霧化清洗噴嘴主體內(nèi)設(shè)有清洗介質(zhì)混合腔，所述清洗介質(zhì)混合腔連接第一、第二清洗介質(zhì)管路，用于使通入的氣體、液體清洗介質(zhì)充分混合，并形成尺寸均勻的霧化顆粒；

所述二相流霧化清洗噴嘴主體下端設(shè)有霧化顆粒出口，所述霧化顆粒出口通過(guò)拉瓦爾噴管連接至清洗介質(zhì)混合腔；

其中，通過(guò)拉瓦爾噴管縮小霧化顆粒的尺寸，增加霧化顆粒的運(yùn)動(dòng)速度和其具有的動(dòng)能，并調(diào)整霧化顆粒從霧化顆粒出口噴出以后的運(yùn)動(dòng)軌跡，以使霧化顆粒具有垂直于晶圓表面的運(yùn)動(dòng)方向，防止霧化顆粒產(chǎn)生在水平方向上的動(dòng)能分量，以避免對(duì)晶圓表面圖形結(jié)構(gòu)造成損傷。

優(yōu)選地，所述二相流霧化清洗噴嘴主體設(shè)有第一、第二入口，所述第一清洗介質(zhì)管路通過(guò)第一入口連接清洗介質(zhì)混合腔，所述第二清洗介質(zhì)管路通過(guò)第二入口連接清洗介質(zhì)混合腔。

優(yōu)選地，所述清洗介質(zhì)混合腔具有垂直的筒形腔體結(jié)構(gòu)，所述第一入口連接在筒形腔體結(jié)構(gòu)頂部，所述第二入口連接在筒形腔體結(jié)構(gòu)側(cè)部。

優(yōu)選地，所述拉瓦爾噴管包含上下相連的收縮部分和擴(kuò)張部分，所述收縮部分上端連接清洗介質(zhì)混合腔下端，所述擴(kuò)張部分下端連接霧化顆粒出口。

優(yōu)選地，所述收縮部分為直線形收縮結(jié)構(gòu)或者是弧線形收縮結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述收縮部分的尺寸收縮比例為10:1-2:1。

優(yōu)選地，所述擴(kuò)張部分為直線形擴(kuò)張結(jié)構(gòu)或者是弧線形擴(kuò)張結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述擴(kuò)張部分的尺寸擴(kuò)張比例為2:1-10:1。

優(yōu)選地，所述固定支架另一端配置有一個(gè)具有旋轉(zhuǎn)升降功能的電機(jī)，其通過(guò)控制線與清洗設(shè)備控制主機(jī)連接，用于接收控制主機(jī)指令，控制固定支架在晶圓上方按設(shè)定的軌跡運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)選地，還包括晶圓載臺(tái)，其表面設(shè)有用于固定晶圓的夾持結(jié)構(gòu)，其下方連接有晶圓旋轉(zhuǎn)電機(jī)。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)通過(guò)合理設(shè)計(jì)二相流霧化噴嘴的結(jié)構(gòu)，可以將清洗藥液高效霧化并加速，提高霧化顆粒尺寸的均勻性，有效減小霧化顆粒的尺寸，從而減小霧化顆粒攜帶的能量，防止晶圓表面圖形受到損傷；

(2)通過(guò)拉瓦爾噴管結(jié)構(gòu)的定向作用，使霧化顆粒的運(yùn)動(dòng)方向垂直于晶圓表面，防止霧化顆粒具有的能量在水平方向上產(chǎn)生橫向剪切力，造成晶圓表面圖形的損傷；

(3)相比于傳統(tǒng)的單片清洗方式，采用二相流霧化清洗在提高了對(duì)顆粒污染物去除效率的同時(shí)，減少了清洗藥液和去離子水的用量，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種二相流霧化清洗裝置外形結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2-圖3是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種二相流霧化噴嘴主體外形結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種二相流霧化噴嘴主體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1-二相流霧化噴嘴主體，2-晶圓，3-晶圓夾持結(jié)構(gòu)，4-晶圓載臺(tái)，5-晶圓旋轉(zhuǎn)電機(jī)，6-控制線，7-旋轉(zhuǎn)升降電機(jī)，8-固定支架，9-第一清洗介質(zhì)管路，10-第二清洗介質(zhì)管路，1-1-第一入口，1-2-第二入口，1-3-清洗介質(zhì)混合腔，1-4-收縮部分，1-5-擴(kuò)張部分，1-6-霧化顆粒出口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

需要說(shuō)明的是，在下述的具體實(shí)施方式中，在詳述本發(fā)明的實(shí)施方式時(shí)，為了清楚地表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)以便于說(shuō)明，特對(duì)附圖中的結(jié)構(gòu)不依照一般比例繪圖，并進(jìn)行了局部放大、變形及簡(jiǎn)化處理，因此，應(yīng)避免以此作為對(duì)本發(fā)明的限定來(lái)加以理解。

在以下本發(fā)明的具體實(shí)施方式中，請(qǐng)參閱圖1-圖4，其中，圖1是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種二相流霧化清洗裝置外形結(jié)構(gòu)示意圖，圖2-圖3是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種二相流霧化噴嘴主體外形結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種二相流霧化噴嘴主體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的一種二相流霧化清洗裝置，至少包括固定支架8和二相流霧化噴嘴主體1。在此基礎(chǔ)上，還可包括晶圓載臺(tái)4；在晶圓載臺(tái)的上表面設(shè)有用于固定晶圓2的夾持結(jié)構(gòu)3；在晶圓載臺(tái)4的下方連接設(shè)有晶圓旋轉(zhuǎn)電機(jī)5，可通過(guò)晶圓旋轉(zhuǎn)電機(jī)5驅(qū)動(dòng)晶圓載臺(tái)4旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)晶圓2按照設(shè)定速度作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

請(qǐng)參閱圖1。所述固定支架8的一端與二相流霧化清洗噴嘴主體1固定連接，另一端可配置有一個(gè)具有旋轉(zhuǎn)升降功能的旋轉(zhuǎn)升降電機(jī)7，并可通過(guò)控制線6與清洗設(shè)備的控制主機(jī)連接，用于接收控制主機(jī)的指令，控制固定支架8在晶圓上方按設(shè)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)二相流霧化清洗噴嘴主體1在晶圓2表面上方運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)晶圓范圍內(nèi)的均勻清洗。

請(qǐng)繼續(xù)參閱圖1。所述二相流霧化清洗噴嘴主體1懸設(shè)于晶圓2上方，其連接第一、第二清洗介質(zhì)管路9、10。其中，所述第一清洗介質(zhì)管路9用于向二相流霧化清洗噴嘴主體1內(nèi)通入氣體清洗介質(zhì)，所述第二清洗介質(zhì)管路10用于向二相流霧化清洗噴嘴主體1內(nèi)通入液體清洗介質(zhì)。

請(qǐng)參閱圖4。所述二相流霧化清洗噴嘴主體1內(nèi)設(shè)有清洗介質(zhì)混合腔1-3，所述清洗介質(zhì)混合腔1-3分別連接第一、第二清洗介質(zhì)管路9、10，用于使由第一清洗介質(zhì)管路9通入的氣體清洗介質(zhì)與由第二清洗介質(zhì)管路10通入的液體清洗介質(zhì)充分混合，并形成尺寸均勻的霧化顆粒。

請(qǐng)參閱圖2、圖4。所述二相流霧化清洗噴嘴主體1可設(shè)有第一、第二入口1-1、1-2，并通過(guò)第一、第二入口1-1、1-2使第一、第二清洗介質(zhì)管路9、10分別與清洗介質(zhì)混合腔1-3連通。

可將所述清洗介質(zhì)混合腔1-3設(shè)計(jì)并加工成垂直的筒形腔體結(jié)構(gòu)，并可將第一入口1-1設(shè)置在主體1的頂部，使所述第一清洗介質(zhì)管路9可通過(guò)第一入口1-1從上方連接在清洗介質(zhì)混合腔1-3的筒形腔體結(jié)構(gòu)頂部；同時(shí)，可將第二入口1-2設(shè)置在主體1的側(cè)部，使所述第二清洗介質(zhì)管路10可通過(guò)第二入口1-2從側(cè)面連接在清洗介質(zhì)混合腔1-3的筒形腔體結(jié)構(gòu)側(cè)部。

從清洗介質(zhì)混合腔側(cè)面通入的液體清洗介質(zhì)，受到從清洗介質(zhì)混合腔上方進(jìn)入并下行的高壓氣體清洗介質(zhì)的高速撞擊，形成細(xì)小的霧化顆粒，并在整個(gè)清洗介質(zhì)混合腔內(nèi)部得到充分混合，進(jìn)一步形成尺寸均勻的細(xì)小霧化顆粒。

第一、第二入口1-1、1-2可分別設(shè)計(jì)為一段管狀，并從主體表面開(kāi)口伸入主體中；第一、第二入口具有的管狀口徑可大于清洗介質(zhì)混合腔1-3的筒形腔體直徑，以便對(duì)通入的氣體清洗介質(zhì)進(jìn)一步進(jìn)行增壓，從而提高霧化速度及效果。

請(qǐng)參閱圖3、圖4。在所述二相流霧化清洗噴嘴主體1的下端設(shè)有霧化顆粒出口1-6，所述霧化顆粒出口1-6通過(guò)其上方設(shè)置的一個(gè)拉瓦爾噴管結(jié)構(gòu)1-5和1-4連接至清洗介質(zhì)混合腔1-3。

所述拉瓦爾噴管可包含上下相連的收縮部分1-4和擴(kuò)張部分1-5，所述收縮部分1-4的上端連接在清洗介質(zhì)混合腔1-3的下端，并形成圓滑過(guò)渡，所述擴(kuò)張部分1-5的下端連接在霧化顆粒出口1-6的上端，并同樣形成圓滑過(guò)渡。收縮部分1-4和擴(kuò)張部分1-5之間也可通過(guò)圖示的一個(gè)窄喉結(jié)構(gòu)相連接。

如圖4所示，所述收縮部分1-4可采用直線形收縮結(jié)構(gòu)或者是弧線形收縮結(jié)構(gòu)，作用是通過(guò)減小其出口的尺寸來(lái)增大氣體介質(zhì)的壓力，從而增加霧化顆粒的運(yùn)動(dòng)速度和所具有的動(dòng)能。所述收縮部分1-4的尺寸收縮比例可以在10:1-2:1之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。

所述擴(kuò)張部分1-5也可采用直線形擴(kuò)張結(jié)構(gòu)或者是弧線形擴(kuò)張結(jié)構(gòu)，作用是對(duì)霧化顆粒從其出口噴出以后的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行調(diào)整，使絕大多數(shù)的霧化顆粒在從霧化顆粒出口1-6噴出時(shí)，具有垂直于晶圓表面的運(yùn)動(dòng)方向，防止霧化顆粒在水平方向上的動(dòng)能分量造成晶圓表面圖形結(jié)構(gòu)的損傷。霧化顆粒出口1-6因而也具有豎直的內(nèi)壁，以進(jìn)一步引導(dǎo)霧化顆粒進(jìn)行垂直噴出。所述擴(kuò)張部分1-5的尺寸擴(kuò)張比例可以在2:1-10:1之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。

所述擴(kuò)張部分1-5的擴(kuò)張比例與收縮部分1-4的收縮比例可以相同，也可以具有不同的比例。

所述霧化顆粒出口1-6可與主體1之間形成可拆卸連接，并可突出于主體的下端面設(shè)置，以便對(duì)霧化顆粒出口1-6部件進(jìn)行點(diǎn)檢(清洗)和更換。

綜上所述，本發(fā)明通過(guò)清洗介質(zhì)混合腔可以將清洗藥液高效霧化，提高霧化顆粒尺寸的均勻性；并通過(guò)拉瓦爾噴管縮小霧化顆粒的尺寸，減小每個(gè)顆粒攜帶的能量，同時(shí)利用高速氣體為霧化顆粒加速，增加霧化顆粒的運(yùn)動(dòng)速度和其具有的動(dòng)能；還可通過(guò)拉瓦爾噴管結(jié)構(gòu)的定向作用，調(diào)整霧化顆粒從霧化顆粒出口噴出以后的運(yùn)動(dòng)軌跡，以使霧化顆粒具有垂直于晶圓表面的運(yùn)動(dòng)方向，防止霧化顆粒產(chǎn)生在水平方向上的動(dòng)能分量帶來(lái)橫向剪切力，以避免對(duì)晶圓表面圖形結(jié)構(gòu)造成損傷。并且，本發(fā)明相比于傳統(tǒng)的單片清洗方式，采用二相流霧化清洗在提高了顆粒污染物去除效率的同時(shí)，減少了清洗藥液和去離子水的用量，因而節(jié)約了生產(chǎn)成本。

以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍，因此凡是運(yùn)用本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。