CN108906462B - 一种用于半导体湿法工艺设备的液体雾化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液体雾化装置,包括:中空体,所述中空体的顶端密封,一个或多个第一通孔,所述第一通孔设置在所述中空体的侧面,液体通过所述第一通孔进入雾化装置,从所述中空体的底端输出雾化液体,其中所述第一通孔包括水平延伸的直通孔和水平延伸的斜通孔,所述直通孔与所述中空体的内壁相交点处的切线基本垂直,斜通孔与所述中空体的内壁相交点处的切线成非垂直的特定角度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造装备领域,具体而言,本发明涉及一种用于半导体设备上的液体雾化装置。
背景技术
随着电子产品小型化、集成化、智能化的发展,IC芯片的复杂度和集成密度越来越高,相应的清洗技术也随之复杂起来。
在半导体器件和集成电路的制造过程中,几乎每道工序都涉及到清洗,而且集成电路的集成度愈高,制造工序愈多,所需的清洗工序也愈多。清洗次数繁多消耗大量的化学品和去离子高纯水。清洗液使用的各种化学品处理不当会严重污染环境。
因此,能够减少化学品和去离子高纯水的消耗,在源头上减少废水、废化学溶液的产生,同时获得更有效率的清洗方案,是本领域长期的追求目标。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,根据本发明的一个方面,提供一种液体雾化装置,包括:
中空体,所述中空体的顶端密封,
一个或多个第一通孔,所述第一通孔设置在所述中空体的侧面,液体通过所述第一通孔进入雾化装置,从所述中空体的底端输出雾化液体,其中所述第一通孔包括水平延伸的直通孔和水平延伸的斜通孔,所述直通孔与所述中空体的内壁相交点处的切线基本垂直,斜通孔与所述中空体的内壁相交点处的切线成非垂直的特定角度。
在本发明的一个实施例中,所述中空体为中空圆柱体。
在本发明的一个实施例中,所述中空体为中空棱柱体。
在本发明的一个实施例中,该雾化装置还包括强迫式雾化器,所述强迫式雾化器设置在所述中空圆柱体内。
在本发明的一个实施例中,所述强迫式雾化器是超声产生器。
在本发明的一个实施例中,所述强迫式雾化器是兆声产生器。
在本发明的一个实施例中,所述中空圆柱体的内壁直径为d1,外壁直径为d2,外壁直径与内壁直径的比例在2:1~20:1之间。
在本发明的一个实施例中,该雾化装置还包括:
储液杯,所述储液杯用于收集液体;
顶盖,所述顶盖包括颈部和开口部,所述颈部位于顶盖的上部,颈部直径小于开口部直径,所述开口部覆盖在储液杯上,顶盖和储液杯构成清洗腔室,所述中空圆柱体的底端与所述顶盖的颈部密封连通。
在本发明的一个实施例中,所述顶盖为反漏斗形状,侧面为平滑曲面,具有底部半径r1、漏斗外半径r2、顶盖的高度h,其中底部半径r1指的是顶盖与储液杯接触的开口部分的圆半径,漏斗外半径r2指的是顶盖从曲面转变为近似平面的拐点处之间的圆弧半径,顶盖的高度h指的是从顶盖颈部至底部的垂直距离。
在本发明的一个实施例中,设置在顶盖的中间部位的一个或多个第二通孔,所述第二通孔是水平延伸的通孔,所述第二通孔与所述顶盖内壁成非垂直的特定角度。
附图说明
为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征,将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解,这些附图只描绘本发明的典型实施例,因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中,为了清楚明了,相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1示出根据本发明的一个实施例的半导体清洗设备100的垂直剖面示意图。
图2示出顶盖130的立体示意图。
图3A示出根据本发明的一个实施例的雾化器的立体图。
图3B示出根据本发明的一个实施例的雾化器的剖面正视图。
图3C示出根据本发明的一个实施例的雾化器的横截面俯视图。
图4示出根据本发明的另一个实施例的强迫式雾化器的立体图。
图5示出根据本发明的另一个实施例的半导体清洗设备500的垂直剖面示意图。
图6示出沿顶盖530中部的B-B截取的截面示意图。
具体实施方式
在以下的描述中,参考各实施例对本发明进行描述。然而,本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中,未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地,为了解释的目的,阐述了特定数量、材料和配置,以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而,本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外,应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。
在本说明书中,对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。
图1示出根据本发明的一个实施例的半导体清洗设备100的垂直剖面示意图。如图1所示,半导体清洗设备100可包括支架110及其移动控制系统、储液杯120及其移动控制系统、顶盖130和雾化器140。
支架110及其移动控制系统可以设置在半导体清洗设备100底座上,用于在工艺实施前定位并支撑晶圆。支架110可以是三臂支架或其他支架,例如,也可以是吸盘支架,以通过真空吸附来实现更稳定的晶圆夹持,在晶圆需要脱离支架时,卸载真空吸附即可。
储液杯120及其移动控制系统可以设置在半导体清洗设备100底座上,用于收集清洗废液。在本发明的一些实施例中,储液杯还可提供液体浸泡功能。储液杯120可以是中空的环形杯体。支架110位于储液杯的中空部分中。参考图1,储液杯120包括内壁121、设置在内壁121顶端的垫圈122、外壁123、设置在外壁123顶端的垫圈124以及连接内壁和外壁的杯底125。垫圈122和124可以是具有防水、防酸或防高温等性能的O型圈。外壁123顶端可高于内壁121顶端。还可在内壁121顶端的垫圈122顶端设置真空吸嘴,以通过真空吸附来实现更稳定的晶圆夹持,在晶圆需要脱离垫圈122时,卸载真空吸附即可。
储液杯120还可包括出液口126。出液口126可设置在储液杯120的杯底或侧面,并与管道连接,用于排出或收集清洗废液。
储液杯120的移动控制系统,用于在清洗前垂直向上移动储液杯120,使得杯口内壁121顶端处的垫圈122将晶圆托起,杯口外壁123顶端处的垫圈122与顶盖130接触。顶盖130和储液杯120构成封闭的清洗腔室。在清洗完成后,垂直向下移动储液杯120,储液杯120与顶盖130分离,晶圆与支架110接触,然后杯口内壁121顶端处的垫圈122与晶圆分离。
图2示出顶盖130的立体示意图。顶盖130可以是反漏斗形状,包括颈部131和底部132。颈部131位于顶盖130的上部,且相对于底部132细小。如图3所示,顶盖130的形状和大小由三个关键尺寸决定:底部半径r1、漏斗外半径r2、顶盖的高度h,其中底部半径r1指的是顶盖与储液杯120接触的开口部分的圆的半径,漏斗上部外半径r2指的是顶盖上部外曲面的半径,即圆弧从曲面转变为近似平面的拐点处部分的半径,顶盖的高度h指的是从顶盖颈部131至底部132的垂直距离。整个顶盖从顶部平滑过渡到底部,例如,顶盖130可以是双曲面或者是上部呈圆弧曲面而下半部分是平面。通常顶盖130的底部半径r1大于待处理晶圆的半径。根据实际需要,可制造出不同尺寸的底部半径r1、漏斗外半径r2、和高度h的顶盖,而达到更合适的雾化效果。
可用作制造顶盖的材料包括:铝合金、表面带防护涂层的铝合金、耐热耐腐蚀的其他金属合金,高清洁的PVC、Teflon(用于酸、碱清洗)或类似的耐热耐腐蚀聚合物材料。
顶盖130的心部对应晶圆表面中心部位,颈部131连接雾化器。雾化器和颈部可由螺旋接口连接。还可根据雾化器内压力的大小,选择使用O型密封圈/KF法兰进行连接。
图3A示出根据本发明的一个实施例的机械式雾化器的立体图。图3B示出根据本发明的一个实施例的雾化器的剖面正视图。图3C示出根据本发明的一个实施例的雾化器的横截面俯视图图。参考图3B,雾化器140安装在顶盖的颈部131。例如,雾化器140可通过螺旋固定到顶盖130的颈部131。雾化器140为圆柱形,内壁直径为d1,外壁直径为d2。可将外/内直径比例(d2/d1)控制在2:1~20:1之间,以达到不同的雾化效果。雾化器的上端通过盖板141密封。例如,可通过一个或多个螺丝142将盖板141固定在雾化器的上端。距离上端一定距离的位置处具有通孔143。通孔143包括一个直通孔143-1和一个斜通孔143-2。直通孔143-1与斜通孔143-2为横向水平延伸的通孔。在图3C所示的横截面中,直通孔143-1与圆柱内壁相交点处的切线成90度角,斜通孔143-2可与圆柱内壁相交点处的切线成非直角的特定角度。在将流体连通到通孔143后,通孔143内部有两个通道:通过直通孔143-1到达圆柱的中心部位;通过斜通孔143-2以30-60度倾斜于直通孔的方向进入雾化器140。在本发明的另一实施例中,雾化器140还可以为中空的棱柱形,其中中空部分为圆柱形。
在本发明的其他实施例中,雾化器140可包括多个直通孔以及多个斜通孔。斜通孔与颈部内壁相交点处的切线所成角度可以相同,也可以不相同。
清洗液通过直通孔和斜通孔进入清洗腔室。如此装置是为了让清洗液体通过反漏斗装置后,在最短的时间内快速均匀地喷洒到晶圆表面。
在本发明的其他实施例中,顶盖130和雾化器140可以一体形成,而不是通过螺旋相连接。换言之,雾化器140可以是顶盖130颈部的一部分。
在本发明的一个实施例中,还可在连接至清洗腔室的清洗液管道上设置三通阀(图中未示出),该三通阀可包括清洗液输入口、气体输入口和气液二流体输出口。清洗液和压缩气体分别通过清洗液输入口和气体输入口进入三通阀并混合形成气液二流体,然后进入清洗液管道。可通过调节清洗液的流速或压缩气体的流速来调节气液二流体的混合比例。
清洗液随输送气体从漏斗顶端高速进入漏斗内部,气液二流体在第一次冲击到漏斗内侧表面后,大部分液体被雾化,剩下的液滴在快速第二次冲击漏斗内侧表面,又部分转变为雾状。
图3A至图3C所示装置的清洗方法可以在室温下进行,也可在较高温度清洗,主要是由晶圆表面的杂质污染状况,或待清洗表面的复杂程度决定。清洗液加热可在供应槽体进行;也可在雾化器外壳安装加热装置,使雾化器到达工艺要求的温度。
图4示出根据本发明的另一个实施例的强迫式雾化器的立体图。与图3A至图3C所示的雾化装置的不同之处主要在于,在雾化器中增加强迫式雾化装置410(图中未标示)。
在本发明的具体实施例中,强迫式雾化装置410可以是超声产生器。液体沿管道进入雾化器后,在超声波振动作用下形成大量极微小的气泡从而增强液体的雾化效果。改变超声条件,如温度,压力,超声频率等,可改变清洗效果。
在本发明的具体实施例中,强迫式雾化装置410也可以是兆声产生器。兆声产生器对尚未雾化的液体在高能声波作用下进一步雾化,极小颗粒波的雾化液随着高能声波的加速运动快速冲击待清洗晶圆表面,使晶圆表面的颗粒、残胶、残留薄膜等其他外来污染物加速被雾状液滴带走。
图5示出根据本发明的另一个实施例的半导体清洗设备500的垂直剖面示意图。如图5所示,半导体清洗设备500可包括支架510及其移动控制系统、储液杯520及其移动控制系统、顶盖530、雾化器540以及雾化增强装置550。
在本发明的一个实施例中,还可在顶盖530的中部,即大约在中心轴与边缘的中部,分别设置多个水平通孔,水平通孔的另一端外连接惰性气体,如氮气。图6示出沿顶盖530中部的B-B截取的截面示意图。如图6所示,顶盖截面为圆形,顶盖130中部上均匀分布了四个水平通孔作为雾化增强装置550。四个水平通孔为横向水平延伸的通孔。在图6所示的横截面中,四个水平通孔可与圆形内壁相交点处的切线成特定角度。例如,四个水平通孔可与圆形内壁相交点处的切线成45度角。在此部位,进入的气流对顶端雾流进行第二次雾化,以达到增强雾化效果。并且还可以使雾状体内,液滴尺寸变得更小,有些工艺条件下,可达到与气态基本相似的特性。同时切线流动的惰性气体使得晶圆表面的清洗雾气作圆周流动。
在本发明的其他实施例中,可在顶盖530中部设置更多或更少的水平通孔。例如,可在顶盖530中部设置2个水平通孔、3个水平通孔或5个及以上的水平通孔。
在本发明的实施例中,半导体清洗设备还可包括加热槽(图中未示出)。加热槽通过管道与顶盖的颈部通孔连通。通过加热槽对清洗液进行加热。例如,加热槽体里面盛有清洗液,在槽体的外墙面用电阻丝或其他加热方式对槽体加热到规定的温度。半导体清洗设备可以包括多个加热槽,每个加热槽中可放置不同的清洗液,以便对晶圆进行不同工艺条件或不同液体的多次处理。
由于储液杯在晶圆背面和上腔室盖之间加了O-型圈密封,防止液体溢出或溅出腔室,储液杯也可以提供液体浸泡作用,扩大了设备的使用范围。
在利用本发明的公开的装置进行处理的过程中,清洗液体(例如纯水、SC1、稀氢氟酸等)随气体(例如氮气)以二流体形式被引入到清洗腔体;液体经雾化器后绝大部分呈雾化颗粒状态。雾汽更容易湿润晶圆表面,特别是比较小的结构表面和狭小空间内侧面。
雾汽更容易进入晶圆表面的污染物里或底下,将大块状分解成小粒状态,与基体剥离。
还可采用脉冲方式从雾化增强的喷嘴把气流吹击腔体里,增强了气体流动,可让绝大部分清洗液都转化为雾状微小颗粒状态,脉冲雾化可加速清洗程度和效果。
通过本发明公开的装置,晶圆在进行处理的过程中,不需要旋转,避免了复杂的旋转部件与装置。
反漏斗式上腔体设计,使得整个清洗腔体积非常小,如果关掉气体的进入,仅流入液体,也可实现晶圆在极少量的清洗液体里实现浸泡模式。
雾化清洗法让清洗液得到充分的使用,使用效率高,消耗非常少。
仅需要切断清洗液的供应,转换成仅气体流入到腔体内,流动的气流可把晶圆表面吹干。
尽管上文描述了本发明的各实施例,但是,应该理解,它们只是作为示例来呈现的,而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是,可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此,此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制,而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。
Claims (10)
1.一种液体雾化装置,包括:
中空体,所述中空体的顶端密封,
一个或多个第一通孔,所述第一通孔设置在所述中空体的侧面,液体通过所述第一通孔进入雾化装置,从所述中空体的底端输出雾化液体,其中所述第一通孔包括水平延伸的直通孔和水平延伸的斜通孔,所述直通孔与所述中空体的内壁相交点处的切线基本垂直,斜通孔与所述中空体的内壁相交点处的切线成非垂直的特定角度,其中在将流体连通到第一通孔后,流体通过直通孔到中空体的中心部位,同时流体通过斜通孔倾斜于直通孔的方向进入中空体,流体在多次冲击中空体内侧表面后,转变为雾状。
2.如权利要求1所述的雾化装置,其特征在于,所述中空体为中空棱柱体。
3.如权利要求1所述的雾化装置,其特征在于,所述中空体为中空圆柱体。
4.如权利要求3所述的雾化装置,其特征在于,还包括强迫式雾化器,所述强迫式雾化器设置在所述中空圆柱体内。
5.如权利要求4所述的雾化装置,其特征在于,所述强迫式雾化器是超声产生器。
6.如权利要求4所述的雾化装置,其特征在于,所述强迫式雾化器是兆声产生器。
7.如权利要求3所述的雾化装置,其特征在于,所述中空圆柱体的内壁直径为d1,外壁直径为d2,外壁直径与内壁直径的比例在 2:1 ~ 20:1之间。
8.如权利要求3所述的雾化装置,其特征在于,还包括:
储液杯,所述储液杯用于收集液体;
顶盖,所述顶盖包括颈部和开口部,所述颈部位于顶盖的上部,颈部直径小于开口部直径,所述开口部覆盖在储液杯上,顶盖和储液杯构成清洗腔室,所述中空圆柱体的底端与所述顶盖的颈部密封连通。
9.如权利要求8所述的雾化装置,其特征在于,所述顶盖为反漏斗形状,侧面为平滑曲面,具有底部半径r1、漏斗外半径r2、顶盖的高度h,其中底部半径r1指的是顶盖与储液杯接触的开口部分的圆半径,漏斗外半径r2指的是顶盖从曲面转变为近似平面的拐点之间的圆弧半径,顶盖的高度h指的是从顶盖颈部至底部的垂直距离。
10.如权利要求8所述的雾化装置,其特征在于,设置在顶盖的中间部位的一个或多个第二通孔,所述第二通孔是水平延伸的通孔,所述第二通孔与所述顶盖内壁成非垂直的特定角度。
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