CN105244304B - 一种带静电液雾清洗装置和清洗方法 - Google Patents

一种带静电液雾清洗装置和清洗方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带静电液雾清洗装置和清洗方法，在清洗装置的本体内设有一液体流道，环绕液体流道设有气体缓冲腔，液体流道连通本体下端面设有的液体出口，气体缓冲腔连通本体下端面环绕液体出口密布设置的多数个气体出口，液体流道、气体缓冲腔各自连通本体上设有的液体进口、气体进口，可通过液体进口通入清洗液体，经液体流道从液体出口喷出，形成雾化液滴，同时通过气体进口通入带电离子风，经气体缓冲腔从气体出口喷出，与雾化液滴接触使其带电，从而可以对其下方晶圆进行冲洗并去除晶圆表面的静电。

Description

一种带静电液雾清洗装置和清洗方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造设备技术领域，更具体地，涉及一种可应用于湿法清洗工艺的带静电液雾清洗装置和清洗方法。
背景技术
随着半导体集成电路制造技术的高速发展，集成电路芯片的图形特征尺寸已进入到深亚微米阶段，导致芯片上超细微电路失效或损坏的关键沾污物(例如颗粒)的特征尺寸也随之大为减小。
在集成电路的制造工艺过程中，半导体晶圆通常都会经过诸如薄膜沉积、刻蚀、抛光等多道工艺步骤。而这些工艺步骤就成为沾污物产生的重要场所。为了保持晶圆表面的清洁状态，消除在各个工艺步骤中沉积在晶圆表面的沾污物，必须对经受了每道工艺步骤后的晶圆表面进行清洗处理。因此，清洗工艺成为集成电路制作过程中最普遍的工艺步骤，其目的在于有效地控制各步骤的沾污水平，以实现各工艺步骤的目标。
在腐蚀清洗、光刻、点焊和封装等工艺过程中，静电是影响工艺效果的关键因素，特别是在单片式湿法清洗工艺过程中，静电是一个无法回避的问题。例如清洗腔中的高速旋转系统与空气摩擦、清洗介质与晶圆的相对摩擦以及清洗介质本身等都可能会带来静电。
上述所产生的静电会使得颗粒或化学沾污产生极化双电层效应，导致其带电吸附在晶圆表面，影响晶圆的清洗效果，同时也会对晶圆上的图形造成损伤。而在静电库仑力作用下的粉尘或者污物也会对晶圆上的电路造成短路、接触不良，使器件性能受损。对于MOSFET器件来说，静电会使其栅极氧化层击穿，造成器件失效，大大降低成品率。因此，静电问题已经引起业界的普遍关注。
通常清洗工艺过程中的冲洗步骤采用的介质是电阻率为18MΩ的液态DIW(去离子水)。但由于该介质基本不导电，因此无法起到去除由高速冲洗液滴和工艺腔摩擦产生的静电及介质本身所带的静电。采用溶有CO2的DIW进行冲洗是一种去除静电的方法，但该方法需要专门的设备来产生溶有CO2的DIW，其成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种可应用于湿法清洗工艺的带静电液雾清洗装置和清洗方法，通过使雾化的清洗液滴带电，可在进行晶圆冲洗的同时起到去除晶圆表面静电的作用。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种带静电液雾清洗装置，包括一本体，所述本体内设有一液体流道，环绕液体流道设有气体缓冲腔，所述液体流道连通本体下端面设有的液体出口，所述气体缓冲腔连通本体下端面环绕液体出口密布设置的多数个气体出口，所述液体流道具有一段先逐渐扩张、再逐渐收缩至液体出口的液体缓冲腔，所述液体出口包括一中心孔以及环绕中心孔设置的环形狭缝，所述液体流道、气体缓冲腔各自连通本体上设有的液体进口、气体进口；其中，通过由液体进口通入清洗液体，经液体流道从液体出口喷出，形成雾化液滴，由气体进口通入带电离子风，经气体缓冲腔从气体出口喷出，接触使雾化液滴带电，以对其下方晶圆进行冲洗及去除晶圆表面的静电。
优选地，所述液体流道垂直设于本体内，所述液体流道连通本体上端面设置的液体进口。
优选地，所述环形狭缝朝向中心孔的外侧向下倾斜设置。
优选地，所述本体侧部设有一至若干个气体进口，所述气体进口按与本体垂直轴向成一定夹角向下倾斜设置，并连通气体缓冲腔。
优选地，所述本体侧部设有一至若干个气体进口，所述气体进口按与气体缓冲腔的水平切向设置，并连通气体缓冲腔。
优选地，所述气体缓冲腔包括上下连通设置的第一、第二气体缓冲腔，所述第一气体缓冲腔连通气体进口，所述第一、第二气体缓冲腔之间具有截面呈收缩形的连通段。
优选地，自第一气体缓冲腔向第二气体缓冲腔具有圆滑过渡的腔壁。
优选地，所述第一气体缓冲腔的容积小于第二气体缓冲腔。
一种使用上述的带静电液雾清洗装置的清洗方法，包括：将清洗装置置于待处理的晶圆上方，使晶圆旋转，然后打开清洗装置，由液体进口通入清洗液体，经液体流道从液体出口以雾化液滴形式垂直或扩散喷出，并将晶圆表面覆盖，同时由气体进口通入带电离子风，经气体缓冲腔从各个气体出口以环绕雾化液滴形式垂直喷出，通过与雾化液滴相接触使雾化液滴带电，以在对其下方晶圆进行冲洗的同时，去除晶圆表面的静电。
优选地，所述带电离子风带有正、负电荷。
优选地，所述带电离子风所带的正、负电荷可以是相等量或不等量的。
优选地，所述清洗液体为去离子水或化学试剂。
从上述技术方案可以看出，本发明通过在清洗装置本体设置具有雾化作用的清洗液体出口，并在液体出口周围环绕设置气体出口，可使从气体出口喷出的带电离子风有效接触到从液体出口喷出的雾化液滴，并使雾化液滴带电，从而可在进行晶圆冲洗的同时起到去除晶圆表面静电的作用。
附图说明
图1-图2是本发明一较佳实施例的一种带静电液雾清洗装置本体外形结构示意图；
图3是本发明一较佳实施例的一种带静电液雾清洗装置本体内部结构示意图；
图4-图6是本发明一较佳实施例中采用水平切向进气方式的本体结构示意图；
图7-图8是本发明一较佳实施例的一种液体出口的局部结构放大示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
在以下本发明的具体实施方式中，先请参阅图1-图2，图1-图2是本发明一较佳实施例的一种带静电液雾清洗装置本体外形结构示意图。如图1所示，本发明的一种带静电液雾清洗装置，包括一本体1，本体1可加工成例如图示的近似圆柱形，或者也可为其他的适用形状，本发明不作限定。
请参阅图1，其示例性地显示在所述本体1的上端面中部加工有一个液体进口2，液体进口2连通至本体内设有的液体流道。当然，液体进口的数量可不止一个，例如可通过两个或两个以上的液体进口同时连通至本体内的液体流道。并且，液体进口还可以从本体的其他位置、例如其侧面导入本体内。本发明不一一限定。在所述本体1的侧部加工有一至若干个气体进口3，例如图示均匀环绕设置在本体1侧面的三个气体进口3(其中一个位于图形的背面)。气体进口3连通至本体内设有的气体缓冲腔。
请接着参阅图2。在所述本体1下端面的中部加工有一个微孔形的液体出口4，液体出口4连通至本体内液体流道的下端。或者，液体出口就是液体流道延伸至本体下端面的出口。在液体出口4的周围、环绕液体出口加工有密集分布的多数个气体出口5，气体出口5连通至本体内气体缓冲腔的下端。各气体出口5亦为微孔形，可环绕液体出口4形成若干圈均匀设置的微孔阵列。
请参阅图3，图3是本发明一较佳实施例的一种带静电液雾清洗装置本体内部结构示意图。如图3所示，在所述本体1内沿其纵向设有一个液体流道6，环绕液体流道6设有气体缓冲腔8和10。所述液体流道6连通设于本体下端面的液体出口4-1和4-2。作为一优选的实施方式，所述液体出口4-1和4-2包括一中心孔4-1以及环绕中心孔设置的环形狭缝4-2。当液体流道6的口径明显大于液体出口4-1和4-2的口径时，利用直射雾化原理即可在液体出口4-1和4-2实现清洗液体的雾化，形成超细的雾化液滴。
请继续参阅图3。所述气体缓冲腔8和10在本体1下端面环绕液体出口4-1和4-2设有密布的多数个微孔形气体出口5。所述液体流道6上端连通本体上端面中部设有的液体进口2；气体缓冲腔8和10上部连通本体侧面设有的气体进口3。作为一优选的实施方式，所述气体进口3可按与本体1垂直轴向成一定夹角向下倾斜设置，并连通气体缓冲腔8和10。例如，气体进口3可按与本体垂直轴向成30-60度夹角下倾通向气体缓冲腔8和10，在本发明的清洗装置使用时，将从气体进口3向气体缓冲腔8和10通入带电离子风，因而将气体进口向下倾斜一定角度设置，可降低离子风中正、负电荷的中和几率，保证带电离子风与从液体出口喷出的雾化液滴接触时的有效电荷数量。其中，当其夹角为45度时为最佳。
请继续参阅图3。作为一优选的实施方式，所述液体流道6垂直设于本体1内，其上端连通本体上端面中部设置的液体进口2。在液体流道6的近中部位置具有一段先逐渐扩张、再逐渐收缩并直至液体出口的液体缓冲腔7，此设计可使得此处液体流道的口径远大于液体出口的口径，当从液体进口2向液体流道6中通入清洗液体时，清洗液体经过液体缓冲腔7的缓冲后，将在液体流道下部的收缩部获得加速，并由液体出口的中心孔4-1及环形狭缝4-2高速喷出，形成雾化液滴。
请参阅图7-图8，图7-图8是本发明一较佳实施例的一种液体出口的局部结构放大示意图。如图7所示，其放大显示了图3中液体出口4-1和4-2处的局部结构。作为一优选的实施方式，所述液体出口可以一中心孔4-1以及环绕中心孔设置的环形狭缝4-2组合形式构成。其具体的实现方式可为：在液体流道6下端的下方设置一堵块11，所述堵块11与液体流道6下端之间保持一定的间隙，从而在所述堵块11边缘与所述液体流道6下端内壁之间就形成了一个环形狭缝4-2；同时，在所述堵块11的中心部加工出一个垂直贯通的中心孔4-1。该中心孔4-1还可加工出与液体流道6下端内壁相过渡配合的锥形段12。这样就形成了由中心孔4-1以及环绕中心孔设置的环形狭缝4-2组合形式构成的液体出口。
从视觉上看，可将上述液体出口4-1和4-2的结构看成是将液体流道6从近本体下端的部位处截断，并使截断成的上下两部分之间保持一定的间隙状态设置。
为了保持堵块11，可通过若干细微的支撑杆13将所述堵块11搭接至所述液体流道6下端的内壁。请参阅图8，其显示液体出口处的支撑杆结构顶视图，图中示例性采用对称设置的四个支撑杆13，将所述堵块11连接至所述液体流道6的内壁。
作为上述进一步优选的实施方式，可将所述环形狭缝4-2朝向中心孔4-1的外侧并向下倾斜设置。其倾斜角度的把握应在其喷射清洗液体时能够将其下方的晶圆边缘覆盖住。增加环状狭缝的设计，是为了使清洗装置喷头下方不会出现工艺盲区。中心孔4-1的孔径与狭缝4-2的口径宽度都可设计为微米量级，例如40-60μm，以50μm为优，以保证雾化效果。
请继续参阅图3。作为一优选的实施方式，所述气体缓冲腔可包括上下连通设置的第一气体缓冲腔8和第二气体缓冲腔10。所述第一气体缓冲腔8连通气体进口3，所述第一气体缓冲腔8和第二气体缓冲腔10之间可具有一截面呈收缩形的连通段9，使所述气体缓冲腔从液体流道一侧的垂直截面看近似为葫芦形。同时，还可将自第一气体缓冲腔8向第二气体缓冲腔10过渡的气体通道加工成具有一定弧度的圆滑过渡的腔壁，这种设计是为了降低离子风正、负电荷的中和几率，保证与雾化液滴接触的有效电荷数量。气体缓冲腔8和10的设计，是为了使从各个气体进口3进入的带电离子风在该区域有一个缓冲分散，使得离子风到达底部气体出口5处时分布均匀。优选地，所述第一气体缓冲腔8的容积可小于第二气体缓冲腔10。设置该两个相连的第一气体缓冲腔8和第二气体缓冲腔10，可以获得更佳的气体缓冲效果。
请参阅图4-图6，图4-图6是本发明一较佳实施例中采用水平切向进气方式的本体结构示意图，其分别显示采用水平切向进气方式时本体的侧视图及横向与纵向剖视图。如图4-图6所示，在本体1侧部按与气体缓冲腔的水平切向方向加工有例如三个气体进口3，并连通第一气体缓冲腔8。采用水平切向进气的设计，目的是为了使带电离子风从气体进口3进入后进入气体缓冲区域8、10时分布得更均匀，从而保证在气体出口5处带电离子风更好的均匀性。
本发明的清洗装置使用时，可通过由液体进口2通入清洗液体，经液体流道6(包括液体缓冲腔7)从液体出口4(或液体出口4-1和4-2)喷出，形成雾化液滴，并由气体进口3通入带电离子风，经气体缓冲腔8和10从气体出口5喷出，带电离子风与雾化液滴相接触，从而可使雾化液滴带电，这样，在对其下方的晶圆进行冲洗的同时，就可去除晶圆表面的静电。
下面对本发明的一种使用上述的带静电液雾清洗装置的清洗方法作详细说明。
本发明的一种使用上述的带静电液雾清洗装置的清洗方法，包括：
将清洗装置置于待处理的晶圆上方，并使晶圆旋转；
然后打开清洗装置，由液体进口2通入清洗液体，经液体流道6(包括液体缓冲腔7)从液体出口4(或液体出口4-1和4-2)以雾化液滴形式垂直(或扩散)喷出，并将晶圆表面覆盖；
同时，由气体进口3通入带电离子风，经气体缓冲腔8和10从各个气体出口5以环绕雾化液滴形式垂直喷出，并通过与雾化液滴相接触使雾化液滴带电，以在对其下方晶圆进行冲洗的同时，去除晶圆表面的静电。
其中，从气体进口通入的带电离子风可同时带有正、负电荷。并且，所述带电离子风所带的正、负电荷可以是相等量或不等量的。
从液体进口通入的清洗液体可以采用去离子水或化学试剂。
综上所述，本发明通过在清洗装置本体设置具有雾化作用的清洗液体出口，并在液体出口周围环绕设置气体出口，可使从气体出口喷出的带电离子风有效接触到从液体出口喷出的雾化液滴，并使雾化液滴带电，从而可在进行晶圆冲洗的同时起到去除晶圆表面静电的作用。本发明为静电去除提供了一种可行方案。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种带静电液雾清洗装置，其特征在于，包括一本体，所述本体内设有一液体流道，环绕液体流道设有气体缓冲腔，所述液体流道连通本体下端面设有的液体出口，所述气体缓冲腔连通本体下端面环绕液体出口密布设置的多数个气体出口，所述液体流道具有一段先逐渐扩张、再逐渐收缩至液体出口的液体缓冲腔，所述液体出口包括一中心孔以及环绕中心孔设置的环形狭缝，所述液体流道、气体缓冲腔各自连通本体上设有的液体进口、气体进口；其中，通过由液体进口通入清洗液体，经液体流道从液体出口喷出，形成雾化液滴，由气体进口通入带电离子风，经气体缓冲腔从气体出口喷出，接触使雾化液滴带电，以对其下方晶圆进行冲洗及去除晶圆表面的静电。
2.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，所述液体流道垂直设于本体内，所述液体流道连通本体上端面设置的液体进口。
3.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，所述环形狭缝朝向中心孔的外侧向下倾斜设置。
4.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，所述本体侧部设有一至若干个气体进口，所述气体进口按与本体垂直轴向成一定夹角向下倾斜设置，并连通气体缓冲腔。
5.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，所述本体侧部设有一至若干个气体进口，所述气体进口按与气体缓冲腔的水平切向设置，并连通气体缓冲腔。
6.根据权利要求1、4或5所述的清洗装置，其特征在于，所述气体缓冲腔包括上下连通设置的第一、第二气体缓冲腔，所述第一气体缓冲腔连通气体进口，所述第一、第二气体缓冲腔之间具有截面呈收缩形的连通段。
7.根据权利要求6所述的清洗装置，其特征在于，自第一气体缓冲腔向第二气体缓冲腔具有圆滑过渡的腔壁。
8.根据权利要求6所述的清洗装置，其特征在于，所述第一气体缓冲腔的容积小于第二气体缓冲腔。
9.一种使用如权利要求1-8任意一项所述的带静电液雾清洗装置的清洗方法，其特征在于，包括：将清洗装置置于待处理的晶圆上方，使晶圆旋转，然后打开清洗装置，由液体进口通入清洗液体，经液体流道从液体出口以雾化液滴形式垂直或扩散喷出，并将晶圆表面覆盖，同时由气体进口通入带电离子风，经气体缓冲腔从各个气体出口以环绕雾化液滴形式垂直喷出，通过与雾化液滴相接触使雾化液滴带电，以在对其下方晶圆进行冲洗的同时，去除晶圆表面的静电。
10.根据权利要求9所述的清洗方法，其特征在于，所述带电离子风带有正、负电荷。
11.根据权利要求10所述的清洗方法，其特征在于，所述带电离子风所带的正、负电荷可以是相等量或不等量的。
12.根据权利要求9所述的清洗方法，其特征在于，所述清洗液体为去离子水或化学试剂。
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