CN106684019A - 一种二相流雾化清洗装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二相流雾化清洗装置，包括可移动固定支架及与其相连的二相流雾化喷嘴主体，主体内设有清洗介质混合腔，用于使通入的气体、液体清洗介质充分混合，并形成尺寸均匀的雾化颗粒，主体下端设有雾化颗粒出口，其通过拉瓦尔喷管连接至清洗介质混合腔，可通过拉瓦尔喷管缩小雾化颗粒的尺寸，增加雾化颗粒的运动速度和其具有的动能，并调整雾化颗粒从雾化颗粒出口喷出以后的运动轨迹，以使雾化颗粒具有垂直于晶圆表面的运动方向，防止雾化颗粒产生在水平方向上的动能分量，以避免对晶圆表面图形结构造成损伤。

Description

一种二相流雾化清洗装置
技术领域
本发明涉及半导体单片湿法清洗设备技术领域，更具体地，涉及一种结构优化的二相流雾化清洗装置。
背景技术
清洗工艺是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。
在单片湿法清洗设备上，利用雾化清洗可以改善清洗工艺的效果。雾化清洗过程中，雾化颗粒对覆盖在晶圆表面的液膜产生一个冲击力，从而在液膜中形成快速传播的冲击波。此冲击波作用于颗粒污染物上时，可以加快污染物从晶圆表面脱离的过程；另一方面，冲击波会加速晶圆表面清洗药液的流动速度，促使颗粒污染物更快地随着药液的流动被带离晶圆表面。
现有常见的雾化清洗装置所产生的雾化颗粒尺寸较大，颗粒所具有的能量也较高，其应用在65纳米及以下技术代的晶圆清洗工艺中，会造成晶圆表面图形损伤等问题。
因此，需要通过对雾化装置的结构进行优化设计，来进一步缩小雾化颗粒的尺寸，减小其所携带的能量。
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，提供一种操作简单，重复性好的新型二相流雾化清洗装置，通过合理的结构及参数设计，达到精细雾化的目的，实现晶圆表面的无损伤清洗。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种二相流雾化清洗装置，包括：
固定支架和二相流雾化喷嘴主体；
所述固定支架一端与二相流雾化清洗喷嘴主体固定连接，另一端受驱动带动二相流雾化清洗喷嘴主体在晶圆表面上方运动，实现对整个晶圆范围内的均匀清洗；
所述二相流雾化清洗喷嘴主体悬设于晶圆上方，其连接第一、第二清洗介质管路，所述第一清洗介质管路用于向二相流雾化清洗喷嘴主体内通入气体清洗介质，所述第二清洗介质管路用于向二相流雾化清洗喷嘴主体内通入液体清洗介质；
所述二相流雾化清洗喷嘴主体内设有清洗介质混合腔，所述清洗介质混合腔连接第一、第二清洗介质管路，用于使通入的气体、液体清洗介质充分混合，并形成尺寸均匀的雾化颗粒；
所述二相流雾化清洗喷嘴主体下端设有雾化颗粒出口，所述雾化颗粒出口通过拉瓦尔喷管连接至清洗介质混合腔；
其中，通过拉瓦尔喷管缩小雾化颗粒的尺寸，增加雾化颗粒的运动速度和其具有的动能，并调整雾化颗粒从雾化颗粒出口喷出以后的运动轨迹，以使雾化颗粒具有垂直于晶圆表面的运动方向，防止雾化颗粒产生在水平方向上的动能分量，以避免对晶圆表面图形结构造成损伤。
优选地，所述二相流雾化清洗喷嘴主体设有第一、第二入口，所述第一清洗介质管路通过第一入口连接清洗介质混合腔，所述第二清洗介质管路通过第二入口连接清洗介质混合腔。
优选地，所述清洗介质混合腔具有垂直的筒形腔体结构，所述第一入口连接在筒形腔体结构顶部，所述第二入口连接在筒形腔体结构侧部。
优选地，所述拉瓦尔喷管包含上下相连的收缩部分和扩张部分，所述收缩部分上端连接清洗介质混合腔下端，所述扩张部分下端连接雾化颗粒出口。
优选地，所述收缩部分为直线形收缩结构或者是弧线形收缩结构。
优选地，所述收缩部分的尺寸收缩比例为10:1-2:1。
优选地，所述扩张部分为直线形扩张结构或者是弧线形扩张结构。
优选地，所述扩张部分的尺寸扩张比例为2:1-10:1。
优选地，所述固定支架另一端配置有一个具有旋转升降功能的电机，其通过控制线与清洗设备控制主机连接，用于接收控制主机指令，控制固定支架在晶圆上方按设定的轨迹运动。
优选地，还包括晶圆载台，其表面设有用于固定晶圆的夹持结构，其下方连接有晶圆旋转电机。
本发明具有以下优点：
(1)通过合理设计二相流雾化喷嘴的结构，可以将清洗药液高效雾化并加速，提高雾化颗粒尺寸的均匀性，有效减小雾化颗粒的尺寸，从而减小雾化颗粒携带的能量，防止晶圆表面图形受到损伤；
(2)通过拉瓦尔喷管结构的定向作用，使雾化颗粒的运动方向垂直于晶圆表面，防止雾化颗粒具有的能量在水平方向上产生横向剪切力，造成晶圆表面图形的损伤；
(3)相比于传统的单片清洗方式，采用二相流雾化清洗在提高了对颗粒污染物去除效率的同时，减少了清洗药液和去离子水的用量，节约了生产成本。
附图说明
图1是本发明一较佳实施例的一种二相流雾化清洗装置外形结构示意图；
图2-图3是本发明一较佳实施例的一种二相流雾化喷嘴主体外形结构示意图；
图4是本发明一较佳实施例的一种二相流雾化喷嘴主体内部结构示意图；
图中：1-二相流雾化喷嘴主体，2-晶圆，3-晶圆夹持结构，4-晶圆载台，5-晶圆旋转电机，6-控制线，7-旋转升降电机，8-固定支架，9-第一清洗介质管路，10-第二清洗介质管路，1-1-第一入口，1-2-第二入口，1-3-清洗介质混合腔，1-4-收缩部分，1-5-扩张部分，1-6-雾化颗粒出口。
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，请参阅图1-图4，其中，图1是本发明一较佳实施例的一种二相流雾化清洗装置外形结构示意图，图2-图3是本发明一较佳实施例的一种二相流雾化喷嘴主体外形结构示意图，图4是本发明一较佳实施例的一种二相流雾化喷嘴主体内部结构示意图。如图1所示，本发明的一种二相流雾化清洗装置，至少包括固定支架8和二相流雾化喷嘴主体1。在此基础上，还可包括晶圆载台4；在晶圆载台的上表面设有用于固定晶圆2的夹持结构3；在晶圆载台4的下方连接设有晶圆旋转电机5，可通过晶圆旋转电机5驱动晶圆载台4旋转，从而带动晶圆2按照设定速度作旋转运动。
请参阅图1。所述固定支架8的一端与二相流雾化清洗喷嘴主体1固定连接，另一端可配置有一个具有旋转升降功能的旋转升降电机7，并可通过控制线6与清洗设备的控制主机连接，用于接收控制主机的指令，控制固定支架8在晶圆上方按设定的轨迹运动，带动二相流雾化清洗喷嘴主体1在晶圆2表面上方运动，实现整个晶圆范围内的均匀清洗。
请继续参阅图1。所述二相流雾化清洗喷嘴主体1悬设于晶圆2上方，其连接第一、第二清洗介质管路9、10。其中，所述第一清洗介质管路9用于向二相流雾化清洗喷嘴主体1内通入气体清洗介质，所述第二清洗介质管路10用于向二相流雾化清洗喷嘴主体1内通入液体清洗介质。
请参阅图4。所述二相流雾化清洗喷嘴主体1内设有清洗介质混合腔1-3，所述清洗介质混合腔1-3分别连接第一、第二清洗介质管路9、10，用于使由第一清洗介质管路9通入的气体清洗介质与由第二清洗介质管路10通入的液体清洗介质充分混合，并形成尺寸均匀的雾化颗粒。
请参阅图2、图4。所述二相流雾化清洗喷嘴主体1可设有第一、第二入口1-1、1-2，并通过第一、第二入口1-1、1-2使第一、第二清洗介质管路9、10分别与清洗介质混合腔1-3连通。
可将所述清洗介质混合腔1-3设计并加工成垂直的筒形腔体结构，并可将第一入口1-1设置在主体1的顶部，使所述第一清洗介质管路9可通过第一入口1-1从上方连接在清洗介质混合腔1-3的筒形腔体结构顶部；同时，可将第二入口1-2设置在主体1的侧部，使所述第二清洗介质管路10可通过第二入口1-2从侧面连接在清洗介质混合腔1-3的筒形腔体结构侧部。
从清洗介质混合腔侧面通入的液体清洗介质，受到从清洗介质混合腔上方进入并下行的高压气体清洗介质的高速撞击，形成细小的雾化颗粒，并在整个清洗介质混合腔内部得到充分混合，进一步形成尺寸均匀的细小雾化颗粒。
第一、第二入口1-1、1-2可分别设计为一段管状，并从主体表面开口伸入主体中；第一、第二入口具有的管状口径可大于清洗介质混合腔1-3的筒形腔体直径，以便对通入的气体清洗介质进一步进行增压，从而提高雾化速度及效果。
请参阅图3、图4。在所述二相流雾化清洗喷嘴主体1的下端设有雾化颗粒出口1-6，所述雾化颗粒出口1-6通过其上方设置的一个拉瓦尔喷管结构1-5和1-4连接至清洗介质混合腔1-3。
所述拉瓦尔喷管可包含上下相连的收缩部分1-4和扩张部分1-5，所述收缩部分1-4的上端连接在清洗介质混合腔1-3的下端，并形成圆滑过渡，所述扩张部分1-5的下端连接在雾化颗粒出口1-6的上端，并同样形成圆滑过渡。收缩部分1-4和扩张部分1-5之间也可通过图示的一个窄喉结构相连接。
如图4所示，所述收缩部分1-4可采用直线形收缩结构或者是弧线形收缩结构，作用是通过减小其出口的尺寸来增大气体介质的压力，从而增加雾化颗粒的运动速度和所具有的动能。所述收缩部分1-4的尺寸收缩比例可以在10:1-2:1之间进行调节。
所述扩张部分1-5也可采用直线形扩张结构或者是弧线形扩张结构，作用是对雾化颗粒从其出口喷出以后的运动轨迹进行调整，使绝大多数的雾化颗粒在从雾化颗粒出口1-6喷出时，具有垂直于晶圆表面的运动方向，防止雾化颗粒在水平方向上的动能分量造成晶圆表面图形结构的损伤。雾化颗粒出口1-6因而也具有竖直的内壁，以进一步引导雾化颗粒进行垂直喷出。所述扩张部分1-5的尺寸扩张比例可以在2:1-10:1之间进行调节。
所述扩张部分1-5的扩张比例与收缩部分1-4的收缩比例可以相同，也可以具有不同的比例。
所述雾化颗粒出口1-6可与主体1之间形成可拆卸连接，并可突出于主体的下端面设置，以便对雾化颗粒出口1-6部件进行点检(清洗)和更换。
综上所述，本发明通过清洗介质混合腔可以将清洗药液高效雾化，提高雾化颗粒尺寸的均匀性；并通过拉瓦尔喷管缩小雾化颗粒的尺寸，减小每个颗粒携带的能量，同时利用高速气体为雾化颗粒加速，增加雾化颗粒的运动速度和其具有的动能；还可通过拉瓦尔喷管结构的定向作用，调整雾化颗粒从雾化颗粒出口喷出以后的运动轨迹，以使雾化颗粒具有垂直于晶圆表面的运动方向，防止雾化颗粒产生在水平方向上的动能分量带来横向剪切力，以避免对晶圆表面图形结构造成损伤。并且，本发明相比于传统的单片清洗方式，采用二相流雾化清洗在提高了颗粒污染物去除效率的同时，减少了清洗药液和去离子水的用量，因而节约了生产成本。
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 (10)

1.一种二相流雾化清洗装置，其特征在于，包括：
固定支架和二相流雾化喷嘴主体；
所述固定支架一端与二相流雾化清洗喷嘴主体固定连接，另一端受驱动带动二相流雾化清洗喷嘴主体在晶圆表面上方运动，实现对整个晶圆范围内的均匀清洗；
所述二相流雾化清洗喷嘴主体悬设于晶圆上方，其连接第一、第二清洗介质管路，所述第一清洗介质管路用于向二相流雾化清洗喷嘴主体内通入气体清洗介质，所述第二清洗介质管路用于向二相流雾化清洗喷嘴主体内通入液体清洗介质；
所述二相流雾化清洗喷嘴主体内设有清洗介质混合腔，所述清洗介质混合腔连接第一、第二清洗介质管路，用于使通入的气体、液体清洗介质充分混合，并形成尺寸均匀的雾化颗粒；
所述二相流雾化清洗喷嘴主体下端设有雾化颗粒出口，所述雾化颗粒出口通过拉瓦尔喷管连接至清洗介质混合腔；
其中，通过拉瓦尔喷管缩小雾化颗粒的尺寸，增加雾化颗粒的运动速度和其具有的动能，并调整雾化颗粒从雾化颗粒出口喷出以后的运动轨迹，以使雾化颗粒具有垂直于晶圆表面的运动方向，防止雾化颗粒产生在水平方向上的动能分量，以避免对晶圆表面图形结构造成损伤。
2.根据权利要求1所述的二相流雾化清洗装置，其特征在于，所述二相流雾化清洗喷嘴主体设有第一、第二入口，所述第一清洗介质管路通过第一入口连接清洗介质混合腔，所述第二清洗介质管路通过第二入口连接清洗介质混合腔。
3.根据权利要求2所述的二相流雾化清洗装置，其特征在于，所述清洗介质混合腔具有垂直的筒形腔体结构，所述第一入口连接在筒形腔体结构顶部，所述第二入口连接在筒形腔体结构侧部。
4.根据权利要求1所述的二相流雾化清洗装置，其特征在于，所述拉瓦尔喷管包含上下相连的收缩部分和扩张部分，所述收缩部分上端连接清洗介质混合腔下端，所述扩张部分下端连接雾化颗粒出口。
5.根据权利要求4所述的二相流雾化清洗装置，其特征在于，所述收缩部分为直线形收缩结构或者是弧线形收缩结构。
6.根据权利要求4或5所述的二相流雾化清洗装置，其特征在于，所述收缩部分的尺寸收缩比例为10:1-2:1。
7.根据权利要求4所述的二相流雾化清洗装置，其特征在于，所述扩张部分为直线形扩张结构或者是弧线形扩张结构。
8.根据权利要求4或7所述的二相流雾化清洗装置，其特征在于，所述扩张部分的尺寸扩张比例为2:1-10:1。
9.根据权利要求1所述的二相流雾化清洗装置，其特征在于，所述固定支架另一端配置有一个具有旋转升降功能的电机，其通过控制线与清洗设备控制主机连接，用于接收控制主机指令，控制固定支架在晶圆上方按设定的轨迹运动。
10.根据权利要求1所述的二相流雾化清洗装置，其特征在于，还包括晶圆载台，其表面设有用于固定晶圆的夹持结构，其下方连接有晶圆旋转电机。
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