微納米氣泡清洗晶圓的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種微納米氣泡清洗晶圓的系統(tǒng)及方法，包括：液體管道，氣體管道，氣液混合泵，超純水管道，與超純水管道相連接的超純水噴頭，曝氣裝置；超純水經(jīng)超純水管道和超純水噴頭后噴射在晶圓上，在晶圓表面形成超純水膜；清洗液體通過(guò)液體管道進(jìn)入氣液混合泵；用于產(chǎn)生微納米氣泡的氣體通過(guò)氣體管道進(jìn)入氣液混合泵；氣液混合泵將從液體管道出來(lái)的清洗液體和從氣體管道出來(lái)的氣體充分混合，且使該氣體充分溶解于清洗液體中；曝氣裝置與氣體混合泵相連通，充分混合的所述清洗液體和所述氣體從氣液混合泵出來(lái)后，經(jīng)曝氣裝置釋放后形成微納米氣泡噴射在晶圓表面的超純水膜上，從而實(shí)現(xiàn)在不損傷晶圓表面圖案的同時(shí)提高對(duì)晶圓表面顆粒的去除效果。
【專利說(shuō)明】
微納米氣泡清洗晶圓的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及集成電路清洗工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微納米氣泡清洗晶圓的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前清洗工藝中去除顆粒的清洗技術(shù)大體上分為三類:(I)傳統(tǒng)的nozzle噴射藥液利用化學(xué)試劑的化學(xué)性去除顆粒，如SCI的清洗技術(shù)；(2)兆聲波的清洗，利用兆聲波換能器的高速震動(dòng)在液體中激發(fā)起壓力波從而產(chǎn)生空穴和聲流而實(shí)現(xiàn)顆粒的去除；(3)霧滴噴射技術(shù)，利用微納米級(jí)的液滴噴射到wafer表面的液膜上，引起液膜的擾動(dòng)實(shí)現(xiàn)顆粒的去除。
[0003]然而，采用化學(xué)藥液清洗的過(guò)程中，需要采用大量的化學(xué)藥液例如SCI清洗，大量的化學(xué)藥液會(huì)對(duì)晶圓表面的圖案產(chǎn)生腐蝕損傷還增大了成本;而兆聲波和霧滴噴射技術(shù)是通過(guò)物理的方法去除顆粒，沒(méi)有引進(jìn)化學(xué)藥液，可以避免對(duì)圖案化的晶圓造成損傷;其中，兆聲波清洗是一種高能的清洗方法，對(duì)顆粒的去除效果明顯，同時(shí)也對(duì)圖案造成損傷，但是目前兆聲波清洗主要應(yīng)用在大尺寸的圖案化的晶圓上如0.18之上的或是空白晶圓(blankwafer)上，應(yīng)用范圍小。霧滴清洗技術(shù)對(duì)圖案損傷小，但是對(duì)顆粒的去除效率沒(méi)有兆聲波的效果好。
[0004]因此，急需研究對(duì)圖案損傷小且顆粒的去除效率高的清洗技術(shù)，從而提高清洗工藝效率，進(jìn)一步提高器件的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服以上問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供一種利用微納米氣泡來(lái)清洗晶圓的系統(tǒng)和方法，從而消除對(duì)晶圓表面圖案的損傷，降低成本，提高顆粒去除效率。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種微納米氣泡清洗晶圓的系統(tǒng)，包括:液體管道，氣體管道，氣液混合栗，超純水管道，與超純水管道相連接的超純水噴頭，曝氣裝置;其中，
[0007]超純水管道，用于向晶圓輸送超純水，超純水經(jīng)超純水管道和超純水噴頭后噴射在晶圓上，在晶圓表面形成超純水膜；
[0008]液體管道，與氣液混合栗相連通，清洗液體通過(guò)液體管道進(jìn)入氣液混合栗；
[0009]氣體管道，與氣液混合栗相連通，用于產(chǎn)生微納米氣泡的氣體通過(guò)氣體管道進(jìn)入氣液混合栗；
[0010]氣液混合栗，與液體管道、氣體管道相連通，將從液體管道出來(lái)的清洗液體和從氣體管道出來(lái)的氣體充分混合，且使該氣體充分溶解于清洗液體中；
[0011]曝氣裝置，與氣體混合栗相連通，充分混合的所述清洗液體和所述氣體從氣液混合栗出來(lái)后，經(jīng)曝氣裝置釋放后形成微納米氣泡噴射在晶圓表面的超純水膜上;其中，微納米氣泡在超純水膜表面長(zhǎng)大破碎造成超純水膜的擾動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓的清洗。
[0012]優(yōu)選地，所述氣液混合栗中，氣體和清洗液體的比例為1:(8?10)。
[0013]優(yōu)選地，在曝氣裝置向晶圓噴射微納米氣泡時(shí)和超純水噴頭向晶圓噴射超純水時(shí)，晶圓均處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。
[0014]優(yōu)選地，在曝氣裝置向晶圓表面噴射微納米氣泡時(shí)晶圓的旋轉(zhuǎn)速率低于形成超純水膜時(shí)晶圓的旋轉(zhuǎn)速率。
[0015]優(yōu)選地，在所述晶圓的轉(zhuǎn)速為50?lOOrpm，所述超純水的流速為800?1500ml/min的條件下，在晶圓表面形成超純水膜。
[0016]優(yōu)選地，所述曝氣裝置和所述超純水噴頭均為可移動(dòng)的，所述超純水噴頭移動(dòng)到所述晶圓上方，在所述晶圓表面形成超純水膜;然后，所述超純水噴頭離開(kāi)所述晶圓上方，所述曝氣裝置移動(dòng)到所述晶圓上方。
[0017]優(yōu)選地，所述氣體包括空氣、二氧化碳、氮?dú)饣虺粞醯囊环N或多種。
[0018]優(yōu)選地，所述清洗液體包括超純水、二氧化碳水、臭氧水或化學(xué)藥液的一種或多種。
[0019]優(yōu)選地，所述晶圓位于所述超純水噴頭和所述曝氣裝置的下方對(duì)應(yīng)位置;所述超純水噴頭距離所述晶圓的高度大于所述曝氣裝置距離所述晶圓的高度。
[0020]優(yōu)選地，所述曝氣裝置距離所述晶圓的高度為5?20mm。
[0021]優(yōu)選地，所述曝氣裝置位于所述晶圓中心區(qū)域的上方。
[0022]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述的系統(tǒng)進(jìn)行的微納米氣泡清洗晶圓的方法，包括:
[0023]超純水經(jīng)超純水管道和超純水噴頭后噴射在晶圓上，在晶圓表面形成超純水膜；
[0024]清洗液體通過(guò)液體管道進(jìn)入氣液混合栗；
[0025]用于產(chǎn)生微納米氣泡的氣體通過(guò)氣體管道進(jìn)入氣液混合栗；
[0026]氣液混合栗將從液體管道出來(lái)的清洗液體和從氣體管道出來(lái)的氣體充分混合，且使該氣體充分溶解于清洗液體中；
[0027]充分混合的所述清洗液體和所述氣體從氣液混合栗出來(lái)后，經(jīng)曝氣裝置釋放后形成微納米氣泡噴射在晶圓表面的超純水膜上;其中，
[0028]微納米氣泡在超純水膜表面長(zhǎng)大破碎造成超純水膜的擾動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓的清洗。
[0029]本發(fā)明的微納米氣泡清洗晶圓的系統(tǒng)及方法，采用液體管道和氣體管道分別輸送清洗液體和氣體進(jìn)入氣液混合栗中將氣體和清洗液體充分混合且使氣體溶解于清洗液體中，再經(jīng)曝氣裝置釋放出微納米氣泡于具有超純水膜的晶圓上，微納米氣泡在超純水膜表面長(zhǎng)大破碎造成超純水膜的擾動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓的清洗;利用微納米氣泡清洗晶圓特別是具有圖案的晶圓，能夠?qū)崿F(xiàn)在不損傷晶圓表面圖案的同時(shí)來(lái)提高對(duì)晶圓表面顆粒的去除效果，進(jìn)一步的，如果清洗液體中采用化學(xué)藥液，采用微氣泡可以減少化學(xué)藥液的用量從而減少對(duì)晶圓表面圖案的損傷；由于微氣泡的大比表面積還能夠提高化學(xué)藥液的清洗效果。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的微納米氣泡清洗晶圓的系統(tǒng)中的方塊圖
[0031]圖2為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的微納米氣泡清洗晶圓的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖
[0032]圖3為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的微納米氣泡清洗晶圓的方法的流程示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0033]為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說(shuō)明書附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說(shuō)明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0034]請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明的微納米氣泡清洗晶圓的系統(tǒng)包括:液體管道，氣體管道，氣液混合栗，超純水管道，與超純水管道相連接的超純水噴頭，曝氣裝置;其中，超純水管道用于向晶圓輸送超純水，超純水經(jīng)超純水管道和超純水噴頭后噴射在晶圓上，在晶圓表面形成超純水膜;液體管道與氣液混合栗相連通，清洗液體通過(guò)液體管道進(jìn)入氣液混合栗;氣體管道與氣液混合栗相連通，用于產(chǎn)生微納米氣泡的氣體通過(guò)氣體管道進(jìn)入氣液混合栗;氣液混合栗與液體管道、氣體管道相連通，將從液體管道出來(lái)的清洗液體和從氣體管道出來(lái)的氣體充分混合，且使該氣體充分溶解于清洗液體中；曝氣裝置與氣體混合栗相連通，充分混合的所述清洗液體和所述氣體從氣液混合栗出來(lái)后，經(jīng)曝氣裝置釋放后形成微納米氣泡噴射在晶圓表面的超純水膜上;微納米氣泡在超純水膜表面長(zhǎng)大破碎造成超純水膜的擾動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓的清洗。
[0035]本發(fā)明中，氣液混合栗的形狀可以為球形、立方體、圓柱體等形狀。
[0036]以下結(jié)合附圖2-3和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式、使用非精準(zhǔn)的比例，且僅用以方便、清晰地達(dá)到輔助說(shuō)明本實(shí)施例的目的。
[0037]本實(shí)施例中，氣體管道上可以具有氣體入口、第一閥門1、氣體壓力儀2、第一氣動(dòng)閥3、氣體過(guò)濾器4，氣體從氣體入口進(jìn)入氣體管道，依次經(jīng)過(guò)第一閥門1、氣體壓力儀2、氣動(dòng)閥3、氣體過(guò)濾器4后進(jìn)入氣液混合栗5中；其中，氣液混合栗5內(nèi)的氣壓具有安全氣壓范圍，例如為30-40psi，氣液混合栗5內(nèi)的氣壓升高且超過(guò)安全氣壓范圍時(shí)，第一氣動(dòng)閥3關(guān)閉，從而減少氣體的輸入;氣液混合栗5內(nèi)的氣壓降低且低于安全氣壓范圍時(shí)，第一氣動(dòng)閥3開(kāi)啟，從而使氣體輸入氣液混合栗5中。
[0038]液體管道上可以具有液體入口、第二閥門6、液體壓力儀7、第二氣動(dòng)閥8、液體過(guò)濾器9，清洗液體從液體入口進(jìn)入液體管道，依次經(jīng)過(guò)第二閥門6、液體壓力儀7、液動(dòng)閥8、液體過(guò)濾器9后進(jìn)入氣液混合栗5中；其中，氣液混合栗5內(nèi)的清洗液體體積具有安全液體體積范圍，氣液混合栗5內(nèi)的清洗液體體積升高且超過(guò)安全液體體積范圍時(shí)，例如，20L?40L，第二氣動(dòng)閥8關(guān)閉，從而減少清洗液體的輸入;氣液混合栗5內(nèi)的清洗液體體積降低且低于安全液體體積范圍時(shí)，第二氣動(dòng)閥8開(kāi)啟，從而使清洗液體輸入氣液混合栗5中。
[0039]氣液混合栗5可以是常壓狀態(tài)的氣液混合栗，通過(guò)曝氣裝置12即可實(shí)現(xiàn)微納米氣泡的形成。本實(shí)施例中，氣液混合栗5中，氣體和清洗液體的比例為1: (8?10)，較佳的，為1:9 ；氣液混合栗5可以通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體和清洗液體的充分混合。本實(shí)施例中氣液混合栗5的形狀為球體。
[0040]氣液混合栗5和曝氣裝置12之間還可以具有一連接管道，連接管道上設(shè)置有針閥10和流量計(jì)11，經(jīng)氣液混合栗5混合的氣體和清洗液體進(jìn)入連接管道，依次經(jīng)過(guò)針閥10和流量計(jì)11，進(jìn)入曝氣裝置12;針閥10用于調(diào)整連接管道內(nèi)的清洗液體的流量;流量計(jì)11用于檢測(cè)從氣液混合栗5出來(lái)的混合的清洗液體的流量。
[0041]曝氣裝置12可以為曝氣頭；晶圓13位于超純水噴頭14和曝氣裝置12的下方對(duì)應(yīng)位置;較佳的，曝氣裝置12位于晶圓13中心區(qū)域的上方;超純水噴頭14距離晶圓的高度大于曝氣裝置12距離晶圓的高度，較佳的，曝氣裝置12距離晶圓13的高度為5?20mm。
[0042]在曝氣裝置12向晶圓13噴射微納米氣泡時(shí)和超純水噴頭14向晶圓13噴射超純水時(shí)，晶圓13均處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài);較佳的，在晶圓13的轉(zhuǎn)速為50?lOOrpm，超純水的流速為800?1500ml/min的條件下，在晶圓13表面形成超純水膜為理想的超純水膜;曝氣裝置12和超純水噴頭14均為可移動(dòng)的，超純水噴頭14移動(dòng)到晶圓13上方，在晶圓13表面形成超純水膜;然后，超純水噴頭14離開(kāi)晶圓13上方，曝氣裝置12移動(dòng)到晶圓13上方;在超純水噴頭14和曝氣裝置12的切換過(guò)程中，可以將晶圓13的旋轉(zhuǎn)速率降低，較佳的，為30?10nm;并且，在曝氣裝置12向晶圓13表面噴射微納米氣泡時(shí)，晶圓13的旋轉(zhuǎn)速率可以低于形成超純水膜時(shí)晶圓的旋轉(zhuǎn)速率，此時(shí)晶圓13的旋轉(zhuǎn)速率也應(yīng)當(dāng)保持低轉(zhuǎn)速，較佳的，為30?lOOrpm。
[0043]本實(shí)施例中，采用上述系統(tǒng)進(jìn)行微氣泡清洗晶圓的方法，包括:
[0044]步驟01:超純水經(jīng)超純水管道和超純水噴頭后噴射在晶圓上，在晶圓表面形成超純水膜；
[0045]具體的，超純水噴頭移動(dòng)到晶圓上方，并且在晶圓上方往復(fù)掃動(dòng)，同時(shí)，在晶圓的轉(zhuǎn)速為50?lOOrpm，超純水的流速為800?1500ml的條件下，在晶圓表面形成超純水膜為理想的超純水膜；
[0046]步驟02:清洗液體通過(guò)液體管道進(jìn)入氣液混合栗；
[0047]具體的，清洗液體從液體入口進(jìn)入液體管道，依次經(jīng)過(guò)第二閥門、液體壓力儀、液動(dòng)閥、液體過(guò)濾器后進(jìn)入氣液混合栗中；清洗液體包括超純水、二氧化碳水、臭氧水或化學(xué)藥液的一種或多種
[0048]步驟03:用于產(chǎn)生微納米氣泡的氣體通過(guò)氣體管道進(jìn)入氣液混合栗；
[0049]具體的，氣體從氣體入口進(jìn)入氣體管道，依次經(jīng)過(guò)第一閥門、氣體壓力儀、氣動(dòng)閥、氣體過(guò)濾器后進(jìn)入氣液混合栗中；氣體包括空氣、二氧化碳、氮?dú)饣虺粞醯囊环N或多種；
[0050]步驟04:氣液混合栗將從液體管道出來(lái)的清洗液體和從氣體管道出來(lái)的氣體充分混合，且使該氣體充分溶解于清洗液體中；
[0051 ]具體的，氣液混合栗可以通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體和清洗液體的充分混合。
[0052]步驟05:充分混合的清洗液體和氣體從氣液混合栗出來(lái)后，經(jīng)曝氣裝置釋放后形成微納米氣泡噴射在晶圓表面的超純水膜上；
[0053]具體的，微納米氣泡在超純水膜表面長(zhǎng)大破碎造成超純水膜的擾動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓的清洗，從而利用微納米氣泡清洗晶圓特別是具有圖案的晶圓，能夠?qū)崿F(xiàn)在不損傷晶圓表面圖案的同時(shí)來(lái)提高對(duì)晶圓表面顆粒的去除效果。
[0054]需要說(shuō)明的是，上述過(guò)程中，步驟01的順序還可以在步驟02之后，或者步驟03之后，或者步驟04之后;步驟02和步驟03可以交換先后順序；
[0055]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然所述實(shí)施例僅為了便于說(shuō)明而舉例而已，并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下可作若干的更動(dòng)與潤(rùn)飾，本發(fā)明所主張的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微納米氣泡清洗晶圓的系統(tǒng)，其特征在于，包括:液體管道，氣體管道，氣液混合栗，超純水管道，與超純水管道相連接的超純水噴頭，曝氣裝置;其中， 超純水管道，用于向晶圓輸送超純水，超純水經(jīng)超純水管道和超純水噴頭后噴射在晶圓上，在晶圓表面形成超純水膜； 液體管道，與氣液混合栗相連通，清洗液體通過(guò)液體管道進(jìn)入氣液混合栗； 氣體管道，與氣液混合栗相連通，用于產(chǎn)生微納米氣泡的氣體通過(guò)氣體管道進(jìn)入氣液混合栗； 氣液混合栗，與液體管道、氣體管道相連通，將從液體管道出來(lái)的清洗液體和從氣體管道出來(lái)的氣體充分混合，且使該氣體充分溶解于清洗液體中； 曝氣裝置，與氣體混合栗相連通，充分混合的所述清洗液體和所述氣體從氣液混合栗出來(lái)后，經(jīng)曝氣裝置釋放后形成微納米氣泡噴射在晶圓表面的超純水膜上;其中，微納米氣泡在超純水膜表面長(zhǎng)大破碎造成超純水膜的擾動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓的清洗。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氣液混合栗中，氣體和清洗液體的比例為1: (8?10)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，在曝氣裝置向晶圓噴射微納米氣泡時(shí)和超純水噴頭向晶圓噴射超純水時(shí)，晶圓均處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，在曝氣裝置向晶圓表面噴射微納米氣泡時(shí)晶圓的旋轉(zhuǎn)速率低于形成超純水膜時(shí)晶圓的旋轉(zhuǎn)速率。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述晶圓的轉(zhuǎn)速為50?lOOrpm，所述超純水的流速為800?1500ml/min的條件下，在晶圓表面形成超純水膜。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述曝氣裝置和所述超純水噴頭均為可移動(dòng)的，所述超純水噴頭移動(dòng)到所述晶圓上方，在所述晶圓表面形成超純水膜;然后，所述超純水噴頭離開(kāi)所述晶圓上方，所述曝氣裝置移動(dòng)到所述晶圓上方。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體包括空氣、二氧化碳、氮?dú)饣虺粞醯囊环N或多種。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述清洗液體包括超純水、二氧化碳水、臭氧水或化學(xué)藥液的一種或多種。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述晶圓位于所述超純水噴頭和所述曝氣裝置的下方對(duì)應(yīng)位置;所述超純水噴頭距離所述晶圓的高度大于所述曝氣裝置距離所述晶圓的高度。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述曝氣裝置距離所述晶圓的高度為5?20mm ο11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述曝氣裝置位于所述晶圓中心區(qū)域的上方。12.—種根據(jù)權(quán)利要求1-11任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)進(jìn)行的微納米氣泡清洗晶圓的方法，其特征在于，包括: 超純水經(jīng)超純水管道和超純水噴頭后噴射在晶圓上，在晶圓表面形成超純水膜； 清洗液體通過(guò)液體管道進(jìn)入氣液混合栗； 用于產(chǎn)生微納米氣泡的氣體通過(guò)氣體管道進(jìn)入氣液混合栗； 氣液混合栗將從液體管道出來(lái)的清洗液體和從氣體管道出來(lái)的氣體充分混合，且使該氣體充分溶解于清洗液體中； 充分混合的所述清洗液體和所述氣體從氣液混合栗出來(lái)后，經(jīng)曝氣裝置釋放后形成微納米氣泡噴射在晶圓表面的超純水膜上;其中， 微納米氣泡在超純水膜表面長(zhǎng)大破碎造成超純水膜的擾動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓的清洗。
【文檔編號(hào)】H01L21/67GK106098592SQ201610444470
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月20日
【發(fā)明人】劉效巖
【申請(qǐng)人】北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司