CN111940159A - 一种晶圆表面颗粒清洗双旋喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种晶圆表面颗粒清洗双旋喷嘴，包括喷嘴外壳及内芯，内芯上开设有液体通道及惰性气体旋转内、外环腔，惰性气体旋转内、外环腔分别连通有惰性气体空间，惰性气体空间开设于内芯上或由内芯与喷嘴外壳内壁之间形成；内芯上开设有用于连通惰性气体空间与惰性气体旋转内环腔以及用于连通惰性气体空间与惰性气体旋转外环腔的布风孔，惰性气体空间内的惰性气体通过布风孔呈旋转状向惰性气体旋转内、外环腔内进气；喷嘴外壳上分别开设有向惰性气体旋转内、外环腔通入惰性气体的惰性气体进气口。本发明通过改变惰性气体旋转方向产生双螺旋或同向螺旋气流及控制惰性气体加速度，同时配合清洗化学液流量，可以达到既对晶圆损伤小，又可以高效清洗晶圆的目的。

Description

一种晶圆表面颗粒清洗双旋喷嘴

技术领域

本发明属于晶圆清洗领域，具体地说是一种晶圆表面颗粒清洗双旋喷嘴。

背景技术

芯片制造领域，从90纳米以下起，芯片制造的良率就开始有所下降，主要原因之一就在于硅片上的颗粒物污染难以清洗。随着线越做越细，到了45纳米以下，基本上整个工艺中，每两步就要做一次清洗；如果想得到较高良率，几乎每步工序都离不开清洗。随着半导体工艺由2D走向3D，硅片清洗提出了新挑战，图形结构晶圆清洗相较于平坦表面的清洗，技术和要求都要复杂得多。随着线宽减小，深宽比的增加，清洗工艺难度也迅速增大，硅片清洗的重要程度日益凸显。为了提高晶圆制程的良率，急需一种既对晶圆损伤小，又可以高效清洗晶圆表面的清洗装置。

发明内容

为了满足晶圆表面清洗要求、提高晶圆制程的良率，本发明的目的在于提供一种晶圆表面颗粒清洗双旋喷嘴。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括喷嘴外壳及内芯，该内芯的部分或全部插设于喷嘴外壳内，所述内芯上开设有液体通道、惰性气体旋转内环腔及惰性气体旋转外环腔，该惰性气体旋转内环腔与惰性气体旋转外环腔分别位于所述液体通道的内外两侧；所述惰性气体旋转内环腔及惰性气体旋转外环腔分别连通有相互独立的惰性气体空间，该惰性气体空间开设于内芯上或由内芯与喷嘴外壳内壁之间形成；所述内芯上开设有用于连通惰性气体空间与惰性气体旋转内环腔以及用于连通惰性气体空间与惰性气体旋转外环腔的布风孔，该所述惰性气体空间内的惰性气体通过布风孔呈旋转状向惰性气体旋转内环腔及惰性气体旋转外环腔内进气，惰性气体进入该惰性气体旋转内环腔及惰性气体旋转外环腔内的旋向相同或相反；所述喷嘴外壳上分别开设有向惰性气体旋转内环腔及惰性气体旋转外环腔通入惰性气体的惰性气体进气口；由所述惰性气体旋转内环腔及惰性气体旋转外环腔喷出的惰性气体对由液体通道喷出的液体在喷嘴外壳的外部混合、进行雾化，晶圆表面通过被雾化后的液体进行清洗；

其中：与所述惰性气体旋转外环腔连通的布风孔以及与所述惰性气体旋转内环腔连通的布风孔均为多个，沿圆周方向均布，每个布风孔均呈“L”形，该“L”形的竖边沿所述内芯的轴向开设，“L”形的横边沿内芯的径向开设，且该“L”形的横边倾斜于“L”形的竖边；

与所述惰性气体旋转外环腔连通的各布风孔的“L”形横边的倾斜方向均相同，与所述惰性气体旋转内环腔连通的各布风孔的“L”形横边的倾斜方向均相同，惰性气体空间内的惰性气体以顺时针旋转或逆时针旋转向惰性气体旋转外环腔或惰性气体旋转内环腔内进气；

所述内芯分为喷嘴上部内芯、喷嘴中部内芯及喷嘴下部内芯，该喷嘴中部内芯容置于喷嘴外壳内，所述喷嘴上部内芯的一端与喷嘴外壳的一端相连，并与所述喷嘴中部内芯的一端密封抵接，所述喷嘴外壳另一端内部连接有喷嘴下部内芯，该喷嘴下部内芯位于喷嘴外壳与喷嘴中部内芯之间；

所述喷嘴下部内芯的一端与喷嘴中部内芯之间、另一端外侧与喷嘴外壳之间分别留有惰性气体空间A、惰性气体空间B，该喷嘴外壳上分别开设有与惰性气体空间A和惰性气体空间B相连通的惰性气体进气口B及惰性气体进气口A；所述喷嘴上部内芯上开设有液体通道A，所述喷嘴中部内芯一端内部设有与该液体通道A连通的液体腔，该喷嘴中部内芯另一端与所述喷嘴下部内芯另一端内侧之间形成与液体腔连通的液体通道B，液体由所述液体通道A进入，经液体腔后由所述液体通道B喷出；所述喷嘴中部内芯另一端内部设有惰性气体旋转内环腔，该喷嘴中部内芯上开设有连通于惰性气体空间A与惰性气体旋转内环腔的布风孔A，所述惰性气体空间A内的惰性气体通过该布风孔A呈旋转状向惰性气体旋转内环腔内进气；所述喷嘴下部内芯另一端内外侧之间设有惰性气体旋转外环腔，该喷嘴下部内芯上开设有连通于惰性气体空间B与惰性气体旋转外腔的布风孔B，所述惰性气体B内的惰性气体通过该布风孔B呈旋转状向惰性气体旋转外环腔内进气；所述惰性气体旋转内环腔与惰性气体旋转外环腔分别位于液体通道B的内外两侧；

所述喷嘴中部内芯上设有进液孔，该进液孔的一端与所述液体腔连通，另一端与所述液体通道B连通；所述进液孔为多个，沿圆周方向均布，每个进液孔均位于相邻两所述布风孔B的中间；

所述喷嘴中部内芯的一端分别设有凹槽及环形槽，该凹槽内容置有与所述喷嘴上部内芯一端密封抵接的密封圈A，所述环形槽中容置有与喷嘴外壳内壁密封抵接的密封圈B；所述喷嘴中部内芯上设有法兰盘，该法兰盘的下表面沿圆周方向均布有多个支撑板，所述支撑板与喷嘴下部内芯抵接；所述喷嘴中部内芯的另一端为圆柱，该圆柱内开设有惰性气体旋转内环腔；

所述喷嘴下部内芯呈阶梯圆柱状，上部的内部为惰性气体空间A，下部为套筒，该套筒外侧为所述惰性气体旋转外环腔；

所述喷嘴上部内芯、喷嘴中部内芯、喷嘴下部内芯与喷嘴外壳之间螺纹连接或过盈配合。

本发明的优点与积极效果为：

本发明通过改变惰性气体旋转方向产生双螺旋或同向螺旋气流及控制惰性气体加速度，同时配合清洗化学液流量，可以达到既对晶圆损伤小，又可以高效清洗晶圆的目的。

附图说明

图1为本发明的整体结构主视图；

图2为图1中的A—A剖视图；

图3为本发明喷嘴中部内芯的立体结构示意图之一；

图4为本发明喷嘴中部内芯的立体结构示意图之二；

图5为本发明喷嘴中部内芯的结构主视图；

图6为图5中的B—B剖视图；

图7为本发明喷嘴中部内芯的结构仰视图；

图8为本发明喷嘴下部内芯的立体结构示意图；

图9为本发明喷嘴下部内芯的结构主视图；

图10为本发明喷嘴下部内芯的结构仰视图；

其中：1为喷嘴上部内芯，2为喷嘴中部内芯，3为密封圈A，4为液体腔，5为惰性气体进气口A，6为布风孔A，7为液体通道A，8为喷嘴外壳，9为惰性气体进气口B，10为喷嘴下部内芯，11为惰性气体旋转外环腔，12为喷气口，13为液体通道B，14为惰性气体旋转内环腔，15为惰性气体空间A，16为惰性气体空间B，17为布风孔B，18为进液孔，19为法兰盘，20为支撑板，21为密封圈B，22为凹槽，23为环形槽，24为圆柱，25为套筒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1、图2所示，本发明包括喷嘴外壳8及内芯，该内芯的部分或全部插设于喷嘴外壳8内，内芯上开设有液体通道、惰性气体旋转内环腔14及惰性气体旋转外环腔11，该惰性气体旋转内环腔14与惰性气体旋转外环腔11分别位于液体通道的内外两侧；惰性气体旋转内环腔14及惰性气体旋转外环腔11分别连通有相互独立的惰性气体空间，该惰性气体空间开设于内芯上或由内芯与喷嘴外壳8内壁之间形成。内芯上开设有用于连通惰性气体空间与惰性气体旋转内环腔14以及用于连通惰性气体空间与惰性气体旋转外环腔11的布风孔，该惰性气体空间内的惰性气体通过布风孔呈旋转状向惰性气体旋转内环腔14及惰性气体旋转外环腔11内进气，惰性气体进入该惰性气体旋转内环腔14及惰性气体旋转外环腔11内的旋向相同或相反。喷嘴外壳8上分别开设有向惰性气体旋转内环腔14及惰性气体旋转外环腔11通入惰性气体的惰性气体进气口；由惰性气体旋转内环腔14及惰性气体旋转外环腔11喷出的惰性气体对由液体通道喷出的液体在喷嘴外壳8的外部混合、进行雾化，晶圆表面通过被雾化后的液体进行清洗。

本实施例的内芯分为喷嘴上部内芯1、喷嘴中部内芯2及喷嘴下部内芯10，该喷嘴中部内芯2容置于喷嘴外壳8内，喷嘴上部内芯1的一端(下端)插设于喷嘴外壳8的一端(上端)内、与喷嘴外壳8的一端螺纹连接或过盈配合(本实施例为螺纹连接)；并且，喷嘴上部内芯1的一端与喷嘴中部内芯2的一端(上端)密封抵接。喷嘴外壳8另一端(下端)内部螺纹连接或过盈配合(本实施例为过盈配合)有喷嘴下部内芯10，该喷嘴下部内芯10位于喷嘴外壳8与喷嘴中部内芯2之间。

喷嘴下部内芯10的一端(上端)与喷嘴中部内芯2之间、另一端(下端)外侧与喷嘴外壳8之间分别留有惰性气体空间A15、惰性气体空间B16，该喷嘴外壳8上分别开设有与惰性气体空间A15和惰性气体空间B16相连通的惰性气体进气口B9及惰性气体进气口A5。喷嘴上部内芯1上沿轴向开设有液体通道A7，喷嘴中部内芯2一端(上端)内部设有位于液体通道A7下方、与液体通道A7连通的液体腔4，该喷嘴中部内芯2另一端(下端)与喷嘴下部内芯10另一端(下端)内侧之间形成与液体腔4连通的液体通道B13，液体由液体通道A7进入，经液体腔4后由液体通道B13喷出。喷嘴中部内芯2另一端(下端)内部设有惰性气体旋转内环腔14，该喷嘴中部内芯2上沿圆周方向均匀开设有多个连通于惰性气体空间A15与惰性气体旋转内环腔14的布风孔A6，惰性气体空间A15内的惰性气体通过各布风孔A6呈旋转状向惰性气体旋转内环腔14内进气。喷嘴下部内芯10另一端内外侧之间设有惰性气体旋转外环腔11，该喷嘴下部内芯10上沿圆周方向均匀开设有多个连通于惰性气体空间B16与惰性气体旋转外腔11的布风孔B17，惰性气体B16内的惰性气体通过各布风孔B17呈旋转状向惰性气体旋转外环腔11内进气。惰性气体旋转内环腔14与惰性气体旋转外环腔11分别位于液体通道B13的内外两侧。

如图3～7所示，喷嘴中部内芯2的一端(上端)分别设有凹槽22及环形槽23，该凹槽22内容置有与喷嘴上部内芯1一端(下端)密封抵接的密封圈A3，环形槽23中容置有与喷嘴外壳8内壁密封抵接的密封圈B21。喷嘴中部内芯2上设有法兰盘19，该法兰盘19的下表面沿圆周方向均布有多个支撑板20，支撑板20与喷嘴下部内芯10一端(上端)内部开设的惰性气体空间A15的底面抵接，法兰盘19的外侧面与喷嘴下部内芯10的内壁抵接。喷嘴中部内芯2的另一端为圆柱24，该圆柱24内开设有惰性气体旋转内环腔14。

在喷嘴中部内芯2上沿圆周方向设有多个进液孔18，每个进液孔18的一端(上端)均与液体腔4连通，另一端与均液体通道B13连通。每个进液孔18均位于相邻两布风孔B17的中间。

如图8～10所示，喷嘴下部内芯10呈阶梯圆柱状，上部的内部为惰性气体空间A15，下部为套筒25，该套筒25外侧为惰性气体旋转外环腔11，套筒25的内壁与喷嘴中部内芯2下端圆柱24的外表面之间形成液体通道B13。

本发明者布风孔A6及布风孔B17均呈“L”形，该“L”形的竖边沿喷嘴中部内芯2、喷嘴下部内芯10的轴向开设，“L”形的横边沿喷嘴中部内芯2、喷嘴下部内芯10的径向开设，且该“L”形的横边倾斜于“L”形的竖边。与惰性气体旋转外环腔11连通的各布风孔B17的“L”形横边的倾斜方向均相同，与惰性气体旋转内环腔14连通的各布风孔A6的“L”形横边的倾斜方向均相同，这两个倾斜方向可相同也可不同；惰性气体空间A15内的惰性气体以顺时针旋转或逆时针旋转向惰性气体旋转内环腔14内进气，惰性气体空间B16内的惰性气体以顺时针旋转或逆时针旋转向惰性气体旋转外环腔11内进气，进而在液体通道B13的内外侧环绕成双螺纹惰性气体出口。双旋喷嘴喷出端的端部为锥形结构。

本发明的惰性气体进气口A5及惰性气体进气口B9分别位于轴向截面的左右两侧，且分别通过管路与惰性气体源相连，并在每根管路上均设置了阀门，阀门通过自动控制系统(本发明的自动控制系统为现有技术)精确控制惰性气体的流量。

发明的双旋喷嘴采用聚四氟乙烯材质。

本发明的双旋喷嘴以小于90°的倾斜角度设置于晶圆的上方，也可垂直设置于晶圆上方；双旋喷嘴距离晶圆表面的高度要小于或等于20mm。液体通道A7内的液体流量小于1000ml/min，液体通道B13内的液体流量小于1000ml/min。惰性气体旋转内环腔14及惰性气体旋转外环腔11内通入的惰性气体的压力为小于或等于1Mpa，流量小于500L/min。

清洗晶圆时，液体由液体通道A7的上端进入，流入液体腔4后，由与液体腔4连通的进液孔18流入液体通道B13，再由液体通道B13的下端喷出。

通过惰性气体进气口A5及惰性气体进气口B9分别向惰性气体空间B16及惰性气体空间A15内通入惰性气体，惰性气体空间A15与惰性气体空间B16相对独立，惰性气体空间A15中的惰性气体通过各布风孔A6后以顺时针或逆时针的旋转方向进入惰性气体旋转内环腔14，惰性气体空间B16中的惰性气体通过各布风孔B17后以顺时针或逆时针的旋转方向进入惰性气体旋转外环腔11，在液体通道B13的内外两侧呈环绕双螺旋或同向螺旋状喷出，并与喷液口12喷出的液体混合，液体被雾化后对晶圆的表面颗粒进行清洗。

Claims (10)

1.一种晶圆表面颗粒清洗双旋喷嘴，其特征在于：包括喷嘴外壳(8)及内芯，该内芯的部分或全部插设于喷嘴外壳(8)内，所述内芯上开设有液体通道、惰性气体旋转内环腔(14)及惰性气体旋转外环腔(11)，该惰性气体旋转内环腔(14)与惰性气体旋转外环腔(11)分别位于所述液体通道的内外两侧；所述惰性气体旋转内环腔(14)及惰性气体旋转外环腔(11)分别连通有相互独立的惰性气体空间，该惰性气体空间开设于内芯上或由内芯与喷嘴外壳(8)内壁之间形成；所述内芯上开设有用于连通惰性气体空间与惰性气体旋转内环腔(14)以及用于连通惰性气体空间与惰性气体旋转外环腔(11)的布风孔，该所述惰性气体空间内的惰性气体通过布风孔呈旋转状向惰性气体旋转内环腔(14)及惰性气体旋转外环腔(11)内进气，惰性气体进入该惰性气体旋转内环腔(14)及惰性气体旋转外环腔(11)内的旋向相同或相反；所述喷嘴外壳(8)上分别开设有向惰性气体旋转内环腔(14)及惰性气体旋转外环腔(11)通入惰性气体的惰性气体进气口；由所述惰性气体旋转内环腔(14)及惰性气体旋转外环腔(11)喷出的惰性气体对由液体通道喷出的液体在喷嘴外壳(8)的外部混合、进行雾化，晶圆表面通过被雾化后的液体进行清洗。

2.根据权利要求1所述的晶圆表面颗粒清洗双旋喷嘴，其特征在于：与所述惰性气体旋转外环腔(11)连通的布风孔以及与所述惰性气体旋转内环腔(14)连通的布风孔均为多个，沿圆周方向均布，每个布风孔均呈“L”形，该“L”形的竖边沿所述内芯的轴向开设，“L”形的横边沿内芯的径向开设，且该“L”形的横边倾斜于“L”形的竖边。

3.根据权利要求2所述的晶圆表面颗粒清洗双旋喷嘴，其特征在于：与所述惰性气体旋转外环腔(11)连通的各布风孔的“L”形横边的倾斜方向均相同，与所述惰性气体旋转内环腔(14)连通的各布风孔的“L”形横边的倾斜方向均相同，惰性气体空间内的惰性气体以顺时针旋转或逆时针旋转向惰性气体旋转外环腔(11)或惰性气体旋转内环腔(14)内进气。

4.根据权利要求1所述的晶圆表面颗粒清洗双旋喷嘴，其特征在于：所述内芯分为喷嘴上部内芯(1)、喷嘴中部内芯(2)及喷嘴下部内芯(10)，该喷嘴中部内芯(2)容置于喷嘴外壳(8)内，所述喷嘴上部内芯(1)的一端与喷嘴外壳(8)的一端相连，并与所述喷嘴中部内芯(2)的一端密封抵接，所述喷嘴外壳(8)另一端内部连接有喷嘴下部内芯(10)，该喷嘴下部内芯(10)位于喷嘴外壳(8)与喷嘴中部内芯(2)之间。

5.根据权利要求4所述的晶圆表面颗粒清洗双旋喷嘴，其特征在于：所述喷嘴下部内芯(10)的一端与喷嘴中部内芯(2)之间、另一端外侧与喷嘴外壳(8)之间分别留有惰性气体空间A(15)、惰性气体空间B(16)，该喷嘴外壳(8)上分别开设有与惰性气体空间A(15)和惰性气体空间B(16)相连通的惰性气体进气口B(9)及惰性气体进气口A(5)；所述喷嘴上部内芯(1)上开设有液体通道A(7)，所述喷嘴中部内芯(2)一端内部设有与该液体通道A(7)连通的液体腔(4)，该喷嘴中部内芯(2)另一端与所述喷嘴下部内芯(10)另一端内侧之间形成与液体腔(4)连通的液体通道B(13)，液体由所述液体通道A(7)进入，经液体腔(4)后由所述液体通道B(13)喷出；所述喷嘴中部内芯(2)另一端内部设有惰性气体旋转内环腔(14)，该喷嘴中部内芯(2)上开设有连通于惰性气体空间A(15)与惰性气体旋转内环腔(14)的布风孔A(6)，所述惰性气体空间A(15)内的惰性气体通过该布风孔A(6)呈旋转状向惰性气体旋转内环腔(14)内进气；所述喷嘴下部内芯(10)另一端内外侧之间设有惰性气体旋转外环腔(11)，该喷嘴下部内芯(10)上开设有连通于惰性气体空间B(16)与惰性气体旋转外腔(11)的布风孔B(17)，所述惰性气体B(16)内的惰性气体通过该布风孔B(17)呈旋转状向惰性气体旋转外环腔(11)内进气；所述惰性气体旋转内环腔(14)与惰性气体旋转外环腔(11)分别位于液体通道B(13)的内外两侧。

6.根据权利要求5所述的晶圆表面颗粒清洗单旋喷嘴，其特征在于：所述喷嘴中部内芯(2)上设有进液孔(18)，该进液孔(18)的一端与所述液体腔(4)连通，另一端与所述液体通道B(13)连通。

7.根据权利要求6所述的晶圆表面颗粒清洗单旋喷嘴，其特征在于：所述进液孔(18)为多个，沿圆周方向均布，每个进液孔(18)均位于相邻两所述布风孔B(17)的中间。

8.根据权利要求4所述的晶圆表面颗粒清洗单旋喷嘴，其特征在于：所述喷嘴中部内芯(2)的一端分别设有凹槽(22)及环形槽(23)，该凹槽(22)内容置有与所述喷嘴上部内芯(1)一端密封抵接的密封圈A(3)，所述环形槽(23)中容置有与喷嘴外壳(8)内壁密封抵接的密封圈B(21)；所述喷嘴中部内芯(2)上设有法兰盘(19)，该法兰盘(19)的下表面沿圆周方向均布有多个支撑板(20)，所述支撑板(20)与喷嘴下部内芯(10)抵接；所述喷嘴中部内芯(2)的另一端为圆柱(24)，该圆柱(24)内开设有惰性气体旋转内环腔(14)。

9.根据权利要求4所述的晶圆表面颗粒清洗单旋喷嘴，其特征在于：所述喷嘴下部内芯(10)呈阶梯圆柱状，上部的内部为惰性气体空间A(15)，下部为套筒(25)，该套筒(25)外侧为所述惰性气体旋转外环腔(11)。

10.根据权利要求4所述的晶圆表面颗粒清洗单旋喷嘴，其特征在于：所述喷嘴上部内芯(1)、喷嘴中部内芯(2)、喷嘴下部内芯(10)与喷嘴外壳(8)之间螺纹连接或过盈配合。

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