CN203721681U - 气液两相雾化流量可控清洗装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种气液两相雾化流量可控清洗装置，涉及半导体晶片工艺技术领域，包括气体主管路、液体支管路、压电晶体，所述气体主管路的下端外侧壁设有与其贴合的环形结构的压电晶体，通过控制所述压电晶体的电压使所述压电晶体产生形变，从而控制所述气体主管路的孔径，改变所述气体主管路中气体的压力和流速。本实用新型通过合理控制清洗介质的流量和流速，调整晶片径向不同位置的腐蚀速率，提高晶片的腐蚀均一性；在工艺过程中气流方向与晶片表面的沟槽结构相垂直，促进沟槽中杂质向流体主体的传递，提高清洗的效率和效果，同时，有利于节约液相流体。
Description
技术领域
本实用新型属半导体晶片工艺技术领域，具体为一种气液两相雾化清洗装置。
背景技术
在随着集成电路特征尺寸进入到深亚微米阶段，集成电路晶片制造工艺中所要求的晶片表面的洁净度越来越苛刻，为了保证晶片材料表面的洁净度，集成电路的制造工艺中存在数百道清洗工序，清洗工序占了整个制造过程的30％。
在清洗过程中，液相流体由位于晶片上方的喷头喷射于晶片上，喷射的液相以很高的流量冲击晶片时，产生一个物理作用力，传统的清洗喷射技术存在大尺寸液滴或是喷射流，对65纳米及其以下工艺的晶片表面的图形的损伤越显严重，同时液相流体的利用率较低，导致资源的极度浪费。为了减少对图形的损害，现在都在研究纳米喷射技术，即喷射出来的流体是雾状的，由许许多多的纳米级的液滴组成。喷头喷出的液滴，落在晶片表面，将晶片表面的图形结构上的杂质和污染物清洗掉。
在清洗工艺过程中，还出现了其他问题，例如：喷射药液腐蚀晶片表面，尤其对于单片清洗机，由于晶片旋转有径向的线速度差异，径向上两点角速度ω相同，线速度为rx?ω，离晶片圆心越近，线速度越小，清洗药液液膜越厚，药液滞留时间相对较长，容易造成晶片中心的腐蚀速率大于边缘，使腐蚀后的晶片表面形成中心凹陷的锅状。
如图1所示，晶片表面很容易出现中间薄，边缘厚的凹陷结构，而腐蚀均匀性差会严重影响晶片质量。因此，调整晶片径向不同位置的腐蚀速率，提高晶片的腐蚀均匀性成为本领域技术人员亟待解决的问题。
实用新型内容
针对现有技术的不足之处，本实用新型的目的是提供一种气液两相雾化清洗装置。
本实用新型目的通过下述技术方案来实现：
本实用新型提供了一种气液两相雾化流量可控清洗装置，所述装置包括与旋转臂连接的气液两相雾化喷头，所述旋转臂带动所述气液两相雾化喷头在晶片边缘与晶片中心之间做往复运动；所述喷头包括气体主管路、液体支管路、压电晶体，所述气体主管路的下端外侧壁设有与其贴合的环形结构的压电晶体，所述液体支管路设在所述压电晶体的下方并与所述气体主管路相通；通过控制所述压电晶体的电压使所述压电晶体产生形变，从而控制所述气体主管路的孔径，改变所述气体主管路中气体的压力和流速。其中，所述喷头与所述旋转臂是一体的或以螺旋结构、卡套结构方式连接。
其中，所述气体主管路与所述压电晶体的接触面为向出气口收缩的锥形面。
其中，所述旋转臂为中空结构。
其中，所述液体支管路位于旋转臂内部。
其中，所述气体主管路位于旋转臂内部。
其中，所述气体主管路的孔径大于所述液体支管路的孔径。
其中，所述气体主管路中为气相，可以是N2、CO2等。
所述液体支管路中为液相流体，可以是化学药液或超纯水等。
本实用新型提供了一种气液两相雾化的清洗装置，该喷头产生雾化流体的工作原理为：当气体主管路中有高速气流时，气体主管路与液体支路连接处会形成负压，促使液体支管中的液体经过该区域会雾化，动能增大，增加了垂直于晶片沟槽的物理力，加强了对晶片沟槽的冲击，可加快晶片表面沟槽中杂质和污染物的液相流体的扩散和传递。
所述气液两相雾化清洗装置包括流量控制装置，通过在所述气体主管路的下端外侧壁设有与其贴合的环形结构的压电晶体，改变电压使压电晶体产生形变，所述气体支管路的孔径随压电晶体的形变而变大或变小。当气体主管路孔径变大时，这时气体主管路与液体支路的连接处的负压降低，喷头气液两相流体流速降低，流量变大，对晶片的腐蚀效率提高；当气体主管路孔径变小时，这时气体主管路与液体支路的连接处的负压上升，喷头气液两相流体流速加快，流量变小，对晶片的腐蚀效率降低。
工艺过程开始时，喷头从晶片一端边缘进入，在晶片边缘向中心这段过程中，控制压电晶体产生形变，使气体主管路的孔径由大变小，流量也随之由大变小，直至经过晶片中心，转换为气体主管路的孔径由小变大，流量也随之由小变大，加快晶片边缘腐蚀，待喷头到达晶片另一端边缘，再次换为气体主管路的孔径由大变小，流量也随之由大变小，直至晶片中心后，转换为气体主管路的孔径由小变大，流量也随之变大，如此往复进行清洗工艺，最终达到提高晶片腐蚀均匀性的目的。
本实用新型的有益效果：
1、本实用新型通过合理控制清洗介质的流量和流速，调整晶片径向不同位置的腐蚀速率，提高晶片的腐蚀均一性。
2、本实用新型在工艺过程中气流方向与晶片表面的沟槽结构相垂直，促进沟槽中杂质向流体主体的传递，提高清洗的效率和效果。同时，有利于节约液相流体。
3、本实用新型采用雾化流体冲洗晶片表面，由于雾化流体的质量小，对晶片表面结构的冲击力小，减少了对晶片的破坏。
4、本实用新型中高动能的气液两相流体由晶片中心推向边缘，有利于将杂质带出晶片表面，同时可以减少因液滴溅射带来的污染。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有晶片的结构示意图；
图2为本实用新型实施例的气液两相雾化流量可控清洗装置的结构示意图；
图3为本实用新型实施例的气液两相雾化清洗工艺的示意图。
图中标号说明如下：
1、晶片；2、气体主管路；3、压电晶体；4、液体支管路；5、气体介质；6、雾状介质；7、液体介质；8、旋转臂；9、喷头；10、锥形面；11、喷头运动轨迹；12、从晶片边缘到晶片中心流量减少；13、从晶片中心到晶片边缘流量变大。
具体实施方式
以下将配合图式及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，藉此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
实施例一
如图2所示，本实用新型提供了一种气液两相雾化流量可控清洗装置，所述装置包括与旋转臂8连接的气液两相雾化喷头9，所述旋转臂8带动所述气液两相雾化喷头9在晶片1边缘与晶片1中心之间做往复运动；所述喷头9包括气体主管路2、液体支管路4、压电晶体3；所述气体主管路2的下端外侧壁设有与其贴合的环形结构的压电晶体3，所述液体支管路4设在所述压电晶体3的下方并与所述气体主管路2相通；通过控制所述压电晶体3的电压使所述压电晶体3产生形变，从而控制所述气体主管路2的孔径，改变所述气体主管路2中气体介质5的压力和流速。
其中，所述喷头9与所述旋转臂8是一体的或以螺旋结构、卡套结构方式连接。
其中，所述气体主管路2与所述压电晶体3的接触面为向出气口收缩的锥形面10。
其中，所述旋转臂8为中空结构。
其中，所述液体支管路4位于旋转臂8内部。
其中，所述气体主管路2位于旋转臂8内部。
其中，所述气体主管路2的孔径大于所述液体支管路4的孔径。
其中，所述气体主管路2中为气体介质5，可以是N2、CO2等。
所述液体支管路中为液体介质7，可以是化学药液或超纯水等。
本实用新型中喷头9产生雾化流体的工作原理为：当气体主管路2中有高速气流时，气体主管路2与液体支管路4连接处会形成负压，促使液体支管路4中的液体介质7经过该区域形成雾化介质6，动能增大，增加了垂直于晶片沟槽的物理力，加强了对晶片沟槽的冲击，可加快晶片表面沟槽中杂质和污染物的液相流体的扩散和传递。
所述气液两相雾化清洗装置包括流量控制装置，通过设置流量控制装置，可以调整晶片径向不同位置的腐蚀速率。流量控制装置为在所述气体主管路2的下端外侧壁设有与其贴合的环形结构的压电晶体3，改变电压使压电晶体3产生形变，所述气体支管路2的孔径随压电晶体3的形变而变大或变小。当气体主管路2孔径变大时，这时气体主管路2与液体支管路4的连接处的负压降低，喷头气液两相流体流速降低，流量变大，对晶片1的腐蚀效率提高；当气体主管路2孔径变小时，这时气体主管路2与液体支管路4的连接处的负压上升，喷头气液两相流体流速加快，流量变小，对晶片1的腐蚀效率降低。
实施例二
如图3所示，本实用新型还提供了一种基于所述气液两相雾化流量可控清洗装置的清洗方法：
S1、提供待清洗的旋转晶片1，所述喷头9从晶片1一端边缘开始工作；
S2、从晶片1边缘到晶片1中心过程中，控制压电晶体3电压使气体主管路2的孔径逐渐变小且流量逐渐降低；至晶片1中心到晶片1边缘过程中，控制压电晶体3电压使气体主管路2的孔径逐渐变大且流量逐渐升高；
S3、从晶片1另一端边缘到晶片1中心过程中，控制压电晶体3电压使气体主管路2的孔径逐渐变小且流量逐渐降低；至晶片1中心到晶片1边缘过程中，控制压电晶体3电压使气体主管路2的孔径逐渐变大且流量逐渐升高；
S4、重复步骤S2至S3的清洗工艺，直至完成晶片1腐蚀均匀。
本实用新型的清洗方法采用从晶片边缘到晶片中心流量减少12与从晶片中心到晶片边缘流量变大13交替的方法，其中，喷头9的运动轨迹11，避免了雾化的小液滴容易在晶片1表面干燥形成水痕的问题。工艺过程开始时，喷头9从晶片1一端边缘进入，在晶片1边缘向中心这段过程中，控制压电晶体3产生形变，使气体主管路2的孔径由大变小，流量也随之由大变小，直至经过晶片1中心，转换为气体主管路2的孔径由小变大，流量也随之由小变大，加快晶片1边缘腐蚀，待喷头9到达晶片1另一端边缘，再次换为气体主管路2的孔径由大变小，流量也随之由大变小，直至晶片1中心后，转换为气体主管路2的孔径由小变大，流量也随之变大，如此往复进行清洗工艺，最终达到提高晶片腐蚀均匀性的目的。
本实用新型通过合理控制清洗介质的流量和流速，调整晶片径向不同位置的腐蚀速率，提高晶片的腐蚀均一性。本实用新型在工艺过程中气流方向与晶片表面的沟槽结构相垂直，促进沟槽中杂质向流体主体的传递，提高清洗的效率和效果。同时，有利于节约液相流体。本实用新型采用雾化流体冲洗晶片表面，由于雾化流体的质量小，对晶片表面结构的冲击力小，减少了对晶片的破坏。本实用新型中高动能的气液两相流体由晶片中心推向边缘，有利于将杂质带出晶片表面，同时可以减少因液滴溅射带来的污染。
上述清洗方法可以用上述气液两相雾化流量可控清洗装置或结构类似的装置来实现。
上述说明示出并描述了本实用新型的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种气液两相雾化流量可控清洗装置，其特征在于，所述装置包括与旋转臂连接的气液两相雾化喷头，所述旋转臂带动所述气液两相雾化喷头在晶片边缘与晶片中心之间做往复运动；所述喷头包括气体主管路、液体支管路、压电晶体，所述气体主管路的下端外侧壁设有与其贴合的环形结构的压电晶体，所述液体支管路设在所述压电晶体的下方并与所述气体主管路相通；通过控制所述压电晶体的电压使所述压电晶体产生形变，从而控制所述气体主管路的孔径，改变所述气体主管路中气体的压力和流速。
2.根据权利要求1所述的气液两相雾化流量可控清洗装置，其特征在于，所述喷头与所述旋转臂是一体的或以螺旋结构、卡套结构方式连接。
3.根据权利要求1所述的气液两相雾化流量可控清洗装置，其特征在于，所述气体主管路与所述压电晶体的接触面为向出气口收缩的锥形面。
4.根据权利要求1所述的气液两相雾化流量可控清洗装置，其特征在于，所述旋转臂为中空结构。
5.根据权利要求1所述的气液两相雾化流量可控清洗装置，其特征在于，所述液体支管路位于旋转臂内部。
6.根据权利要求1所述的气液两相雾化流量可控清洗装置，其特征在于，所述气体主管路位于旋转臂内部。
7.根据权利要求1所述的气液两相雾化流量可控清洗装置，其特征在于，所述气体主管路的孔径大于所述液体支管路的孔径。
8.根据权利要求1所述的气液两相雾化流量可控清洗装置，其特征在于，所述气体主管路中为气相，所述液体支管路中为液相流体。
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2014
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| CN103779186B (zh) * | 2014-02-20 | 2016-09-14 | 北京七星华创电子股份有限公司 | 气液两相雾化流量可控清洗装置及清洗方法 |
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