CN110523729B - 气液二相流雾化清洗方法 - Google Patents

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Abstract

一种气液二相流雾化清洗方法，包括：步骤1：通过气液二相流管路向工艺腔室内通入辅助气体；步骤2：经过第一预定时间后，通过气液二相流管路向工艺腔室内通入清洗液体至预定流量，清洗液体在辅助气体的作用下形成雾化颗粒；步骤3：停止向工艺腔室内通入清洗液体；步骤4：经过第二预定时间后，停止向工艺腔室内通入辅助气体。该方法能够有效避免液滴溅射的现象发生，降低腔室污染。

Description

气液二相流雾化清洗方法
技术领域
本发明涉及半导体工艺领域，特别涉及一种气液二相流雾化清洗方法。
背景技术
在单片湿法清洗工艺中，利用气液二相流雾化清洗晶圆可以改善清洗工艺的效果。气液二相流清洗晶圆时，通常采用气体进行辅助，将液体打散形成雾化液滴颗粒，雾化颗粒对晶圆表面的液膜产生冲击力，在液膜中形成快速传播的冲击波，加速颗粒去除。但是，雾化清洗工艺开始和结束时，由于雾化颗粒具有一定的压力和流速，与晶圆骤然接触容易产生液滴溅射，造成腔室污染。
例如，表1显示了一种现有的二相流雾化清洗工艺的步骤。其中，第二步利用气液二相流雾化清洗晶圆，在开闭二相流雾化清洗时，容易造成液滴溅射。
表1 现有二相流雾化清洗工艺步骤
Figure BDA0001879833630000011
发明内容
本发明的目的是提出一种气液二相流雾化清洗方法，以克服现有清洗方法容易产生液滴溅射、造成腔室污染的问题。
本发明提供一种气液二相流雾化清洗方法，包括：
步骤1：通过气液二相流管路向工艺腔室内通入辅助气体；
步骤2：经过第一预定时间后，通过所述气液二相流管路向所述工艺腔室内通入清洗液体至预定流量，所述清洗液体在所述辅助气体的作用下形成雾化颗粒；
步骤3：停止向所述工艺腔室内通入所述清洗液体；
步骤4：经过第二预定时间后，停止向所述工艺腔室内通入所述辅助气体。
优选地，所述步骤2具体包括：
经过所述第一预定时间后，将控制所述清洗液体流量的控制阀瞬间打开至预设开度，以向所述工艺腔室内持续通入所述预定流量的清洗液体。
优选地，所述步骤2具体包括：
经过所述第一预定时间后，将控制所述清洗液体流量的控制阀逐渐打开至预设开度，以使向所述工艺腔室内通入的所述清洗液体按照预设增大值逐渐增大至所述预定流量。
优选地，所述第一预定时间范围为0.5秒～1秒，和/或所述第二预定时间范围为0.5秒～1秒。
优选地，所述辅助气体为氮气或压缩空气。
优选地，所述清洗液体为超纯水。
优选地，所述辅助气体的压力范围为10Psi-50Psi，流量范围为8L/min-100L/min；和/或所述清洗液体的流量范围为100L/min-200ml/min。
优选地，所述步骤1和所述步骤2中，通过设于所述工艺腔室内的摆臂上的二相流喷头向所述工艺腔室内通入所述辅助气体和所述清洗液体，所述二相流喷头与所述气液二相流管路连通。
优选地，所述气液二相流雾化清洗方法还包括：
在执行所述步骤1之前，向所述工艺腔室内通入清洁液体；和/或
在执行所述步骤4之后，向所述工艺腔室内通入清洁液体。
优选地，所述气液二相流雾化清洗方法还包括：
在执行所述步骤4之后，向所述工艺腔室内通入干燥气体，以干燥所述晶圆表面
本发明的有益效果在于：
1、在执行二相流雾化清洗工艺时，先通入辅助气体，再通入清洗液体，在关闭介质时，先停止通入清洗液体，再停止通入辅助气体，从而有效避免液滴溅射的现象发生，降低腔室污染；
2、细化流量调节，使清洗液体的流量逐渐达到其预定流量，避免流量和压力突变，从而避免液滴飞溅。
本发明的方法具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的附图标记通常代表相同部件。
图1显示根据本发明示例性实施例的气液二相流雾化清洗方法的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提供一种气液二相流雾化清洗方法，包括：
步骤1：通过气液二相流管路向工艺腔室内通入辅助气体；
步骤2：经过第一预定时间后，通过气液二相流管路向工艺腔室内通入清洗液体至预定流量，清洗液体在辅助气体的作用下形成雾化颗粒；
步骤3：停止向工艺腔室内通入清洗液体；
步骤4：经过第二预定时间后，停止向工艺腔室内通入辅助气体。
现有的二相流雾化清洗工艺没有对辅助的雾化气体和清洗液体开闭时间的精细控制。二相流清洗工艺开始时，由于雾化气体和清洗液体具有一定的压力和流速，与晶圆接触时容易产生液滴溅射，造成腔室污染。发明人通过试验发现，辅助气体开启瞬间压力波动较大，瞬间压力和流量可能远大于设定值。如果此时同时通入辅助气体和清洗液体，辅助气体对清洗液体的加速力过大，导致清洗液体撞击晶圆表面形成溅射。发明人进一步通过实验发现，气液二相流管路中辅助气体和清洗液体的开关顺序与液滴溅射有一定的对应关系，为此进行工艺优化，细化辅助气体和清洗液体的开关时间，即辅助气体先通入、后关闭，清洗液体后通入、先关闭，延缓清洗液体的通入时间，从而可以有效避免液滴溅射的现象发生，降低腔室污染。
气液二相流雾化清洗通常采用氮气(N2)作为辅助气体，采用超纯水作为清洗液体。超纯水(Ultrapure water)又称UP水，是指电阻率达到18MΩ*cm(25℃)的水。这种水中除了水分子外，几乎没有什么杂质，更没有细菌、病毒、含氯二噁英等有机物，也就是几乎去除氧和氢以外所有原子的水。在实际应用时，两种介质的流量、压力可单独控制后汇至气液二相流管路，通过设于气液二相流管路末端的二相流喷头通入工艺腔室内。在一个示例中，第一预定时间范围可为0.5秒～1秒，经过该第一预定时间，辅助气体的流量稳定，这时再向工艺腔室内通入清洗液体，经试验可以明显改善液滴飞溅现象。在一个示例中，第二预定时间范围可为0.5秒～1秒，经过该第二预定时间，辅助气体的流量再次达到稳定，可以明显改善液滴飞溅现象。
在一个示例中，辅助气体为氮气或压缩空气，或者其他不易发生反应的气体。
在一个示例中，步骤2具体包括：
经过第一预定时间后，将控制清洗液体流量的控制阀瞬间打开至预设开度，以向工艺腔室内持续通入预定流量的清洗液体。
当所需要的清洗液体的流量不大时，可以将控制清洗液体流量的控制阀瞬间打开至预设开度，即可达到较好的防止液滴飞溅的效果。
在一个示例中，步骤2具体包括：
经过第一预定时间后，将控制清洗液体流量的控制阀逐渐打开至预设开度，以使向工艺腔室内通入的清洗液体按照预设增大值逐渐增大至预定流量。
当所需要的清洗液体的流量较大时，一次性将通入流量调节至目标流量可能导致液滴飞溅。通过使清洗液体的流量逐渐达预定流量，可避免流量和压力突变，从而避免液滴飞溅。
在一个示例中，辅助气体的压力范围为10Psi-50Psi，流量范围为8L/min-100L/min；和/或清洗液体的流量范围为100L/min-200ml/min，以达到有效清洗的目的。
在一个示例中，步骤1至步骤4中，晶圆转速可以为400rpm-1000rpm，步骤1至步骤4的总工艺时间为15s-30s，以达到良好的清洗效果。
在一个示例中，步骤1和步骤2中，通过设于工艺腔室内的摆臂上的二相流喷头向工艺腔室内通入辅助气体和清洗液体，二相流喷头与气液二相流管路连通。如前所述，两种介质的流量、压力可单独控制后汇至同一管路，通过二相流喷头通入工艺腔室内。二相流喷头设于工艺腔室内的摆臂上，以随摆臂扫过晶圆表面，对晶圆进行清洗。在工艺腔室内设置带动喷头摆动的摆臂是本领域的现有技术，是本领域技术人员容易理解的。
在一个示例中，气液二相流雾化清洗方法还包括：
在执行步骤1之前，向工艺腔室内通入清洁液体；和/或
在执行步骤4之后，向工艺腔室内通入清洁液体。
典型的清洁液体为ST250或EKC系列清洁液。
此外，气液二相流雾化清洗方法还包括：
步骤5：在执行步骤4之后，向工艺腔室内通入干燥气体，以干燥晶圆表面。
干燥气体一般为干燥氮气(N2)，在干燥步骤，晶圆转速可以为1200rpm-1800rpm，干燥时间可以为20s-40s。
实施例1
表2 气液二相流雾化清洗方法步骤参数
Figure BDA0001879833630000061
表2显示根据实施例1的气液二相流雾化清洗方法的步骤参数。该清洗方法包括以下步骤：
步骤1：在第10秒，通过气液二相流管路向工艺腔室内通入辅助气体，流量为8L/min；
步骤2：经过第一预定(0.5秒)时间后，通过气液二相流管路向工艺腔室内通入清洗液体至预定流量100ml/min，清洗液体在辅助气体的作用下形成雾化颗粒；
步骤3：在第29.5秒，停止向工艺腔室内通入清洗液体；
步骤4：经过第二预定时间(0.5秒)后，停止向工艺腔室内通入辅助气体。
在步骤1至步骤4中，晶圆转速均为600rpm。
实施例2
表3 气液二相流雾化清洗方法步骤参数
Figure BDA0001879833630000071
表3显示根据实施例2的气液二相流雾化清洗方法的步骤参数。该清洗方法包括以下步骤：
步骤1：在第10秒，通过气液二相流管路向工艺腔室内通入辅助气体，流量为8L/min；
步骤2：经过第一预定(0.5秒)时间后，将控制清洗液体流量的控制阀逐渐打开至预设开度，以使向工艺腔室内通入的清洗液体按照预设增大值逐渐增大至预定流量100ml/min；在本步骤中，第一次调节控制阀使通入的清洗液体增大至40ml/min，第二次调节控制阀使通入的清洗液体增大至100ml/min；
步骤3：在第29.5秒，停止向工艺腔室内通入清洗液体；
步骤4：经过第二预定时间(0.5秒)后，停止向工艺腔室内通入辅助气体。
在上述步骤中，晶圆转速均为600rpm。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种气液二相流雾化清洗方法，其特征在于，包括：
步骤1：通过气液二相流管路向工艺腔室内通入辅助气体；
步骤2：经过第一预定时间后，通过所述气液二相流管路向所述工艺腔室内通入清洗液体至预定流量，所述清洗液体在所述辅助气体的作用下形成雾化颗粒；
步骤3：停止向所述工艺腔室内通入所述清洗液体；
步骤4：经过第二预定时间后，停止向所述工艺腔室内通入所述辅助气体。
2.根据权利要求1所述的气液二相流雾化清洗方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：
经过所述第一预定时间后，将控制所述清洗液体流量的控制阀瞬间打开至预设开度，以向所述工艺腔室内持续通入所述预定流量的清洗液体。
3.根据权利要求1所述的气液二相流雾化清洗方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：
经过所述第一预定时间后，将控制所述清洗液体流量的控制阀逐渐打开至预设开度，以使向所述工艺腔室内通入的所述清洗液体按照预设增大值逐渐增大至所述预定流量。
4.根据权利要求1所述的气液二相流雾化清洗方法，其特征在于，所述第一预定时间范围为0.5秒～1秒，和/或所述第二预定时间范围为0.5秒～1秒。
5.根据权利要求1所述的气液二相流雾化清洗方法，其特征在于，所述辅助气体为氮气或压缩空气。
6.根据权利要求1所述的气液二相流雾化清洗方法，其特征在于，所述清洗液体为超纯水。
7.根据权利要求1所述的气液二相流雾化清洗方法，其特征在于，所述辅助气体的压力范围为10Psi-50Psi，流量范围为8L/min-100L/min；和/或所述清洗液体的流量范围为100ml/min-200ml/min。
8.根据权利要求1所述的气液二相流雾化清洗方法，其特征在于，所述步骤1和所述步骤2中，通过设于所述工艺腔室内的摆臂上的二相流喷头向所述工艺腔室内通入所述辅助气体和所述清洗液体，所述二相流喷头与所述气液二相流管路连通。
9.根据权利要求1所述的气液二相流雾化清洗方法，其特征在于，还包括：
在执行所述步骤1之前，向所述工艺腔室内通入清洁液体；和/或
在执行所述步骤4之后，向所述工艺腔室内通入清洁液体。
10.根据权利要求1所述的气液二相流雾化清洗方法，其特征在于，还包括：
在执行所述步骤4之后，向所述工艺腔室内通入干燥气体，以干燥晶圆表面。
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