CN205200030U - 具有超声或兆声振荡的二相流雾化清洗装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有超声或兆声振荡的二相流雾化清洗装置，在喷嘴主体内沿液体管路内壁表面设置超声波或兆声波发生单元，通过产生超声波或兆声波振荡，将超声波或兆声波能量传导至流经的清洗液体内，使由液体导向出口喷出的清洗液体与由气体导向出口喷出的气体在气液导向部件下方相交形成的雾化颗粒具有超声波或兆声波能量，并在雾化颗粒导向出口的加速或垂直导向作用下向下喷向晶圆表面进行超声波或兆声波雾化清洗，可有效控制对晶圆表面的图形结构造成损伤，提高晶圆表面颗粒污染物的去除效率，缩短工艺时间，节约清洗药液和高纯气体的使用量，节约生产成本，减少环境影响。

Description

具有超声或兆声振荡的二相流雾化清洗装置

技术领域

本实用新型涉及半导体清洗设备技术领域，更具体地，涉及一种具有超声或者兆声振荡作用的二相流雾化清洗装置。

背景技术

随着半导体集成电路制造技术的高速发展，集成电路芯片的图形特征尺寸已进入到深亚微米阶段，导致芯片上超细微电路失效或损坏的关键沾污物(例如颗粒)的特征尺寸也随之大为减小。

在集成电路的制造工艺过程中，半导体晶圆通常都会经过诸如薄膜沉积、刻蚀、抛光等多道工艺步骤。而这些工艺步骤就成为沾污物产生的重要场所。为了保持晶圆表面的清洁状态，消除在各个工艺步骤中沉积在晶圆表面的沾污物，必须对经受了每道工艺步骤后的晶圆表面进行清洗处理。因此，清洗工艺成为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。

为了清除晶圆表面的沾污物，在进行单片湿法清洗工艺时，晶圆将被放置在清洗设备的旋转平台(例如旋转卡盘)上，并按照一定的速度旋转；同时向晶圆的表面喷淋一定流量的清洗药液，对晶圆表面进行清洗。

在通过清洗达到去除沾污物目的的同时，最重要的是要保证对晶圆、尤其是对于图形晶圆表面图形的无损伤清洗。

随着集成电路图形特征尺寸的缩小，晶圆表面更小尺寸的沾污物的去除难度也在不断加大。因此，很多新型清洗技术在清洗设备上也已得到较广泛的应用。其中，在单片湿法清洗设备上，利用雾化清洗技术可以进一步改善清洗工艺的效果。在雾化清洗过程中，雾化颗粒会对晶圆表面的液膜产生一个冲击力，并在液膜中形成快速传播的冲击波。冲击波作用于颗粒污染物上时，一方面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而被带离晶圆表面。

然而，目前常见的雾化清洗装置所产生的雾化颗粒尺寸较大，且雾化颗粒所具有的能量也较高，当这些雾化清洗装置应用在65纳米及以下技术代的晶圆清洗工艺中时，很容易造成表面图形损伤等问题。同时液相流体的利用率较低，导致资源的极度浪费。

此外，伴随着集成电路制造工艺的不断进步，半导体器件的体积正变得越来越小，这也导致了非常微小的颗粒也变得足以影响半导体器件的制造和性能。对于这些微小的颗粒，传统的流体清洗方法并不能够非常有效地去除它们。这是由于在半导体晶圆表面和清洗液体之间存在着一个相对静止的边界层。当附着在晶圆表面的颗粒直径小于边界层厚度时，清洗液体的流动就无法对颗粒产生作用。

为了改善这个问题，超声波或兆声波清洗被引入了半导体清洗工艺。超声波或兆声波能量可以在水中产生微小的气泡，当气泡爆开时所产生的震动在晶圆表面的液膜中形成冲击波。由于冲击波的速度很快，导致晶圆表面和清洗液体之间的边界层减薄，使污染颗粒暴露在流动的清洗药液中，这将有助于剥离那些附着在晶圆上的微小颗粒，从而洗净晶圆。

但采用超声波或兆声波清洗技术在提高了沾污物去除效率的同时，也不可避免地带来了对于图形晶圆的损伤问题。这主要是由于超声波或兆声波的能量在媒介中是以波状传递的，在某些特定的位置，会由于波峰能量的叠加，产生一个能量密度很高的区域，当该区域产生的气泡破裂时其能量远远高于晶圆表面图形结构的强度，而导致图形损伤的出现。

为了减少对晶圆表面图形的损伤，需要进一步缩小喷射出的液体颗粒的尺寸，并且更好地控制雾化颗粒的运动方向、运动速度、运动轨迹以及均匀性等，同时也需要对超声或者兆声技术的具体应用方式进行改进，以减小液体颗粒及高密度能量超声波或兆声波对图形的损伤，提高清洗质量和效率，节约清洗成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种具有超声或兆声振荡的二相流雾化清洗装置，通过设计将超声波或兆声波清洗与二相流雾化清洗结合起来的新喷嘴结构，可以有效解决造成晶圆图形侧壁和边角损伤的问题，提高清洗质量和效率，节约清洗成本。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种具有超声或兆声振荡的二相流雾化清洗装置，用于对放置在清洗腔内旋转平台上的晶圆进行超声波或兆声波雾化清洗，所述清洗装置包括：

喷嘴主体，其内部设有液体管路，沿液体管路内壁表面装有超声波或兆声波发生单元，环绕液体管路设有气体管路，喷嘴主体下端设有气液导向部件，气液导向部件以一定对称关系水平设有连通液体管路的多路液体分流管路，各液体分流管路之间具有连通气体管路的出气网板，出气网板垂直设有密布的多数个气体导向出口，沿各液体分流管路设有与喷嘴主体轴线呈预设角度下倾的多数个液体导向出口；

进液管路和进气管路，连接设于一喷淋臂上，并分别连通喷嘴主体内的液体管路、气体管路，所述喷淋臂带动喷嘴主体作过晶圆圆心的圆弧往复运动；

雾化颗粒导向出口，围绕设于气液导向部件下方，其为拉瓦尔喷管结构或具有竖直的内壁；

其中，通过超声波或兆声波发生单元产生超声波或兆声波振荡，将其超声波或兆声波能量传导至流经的清洗液体内，使由液体导向出口喷出的清洗液体与由气体导向出口喷出的气体在气液导向部件下方相交形成的雾化颗粒具有超声波或兆声波能量，并在雾化颗粒导向出口的加速或垂直导向作用下向下喷向晶圆表面进行超声波或兆声波雾化清洗。

优选地，所述超声波或兆声波发生单元包括朝向液体管路内部方向依次相连设置的压电材料和耦合层，所述压电材料通过接线柱与外部电路连接，以将接收的电信号转化为压电材料的振荡能量，形成高频振荡，并将产生的超声波或兆声波振荡能量依次传导至耦合层及液体管路中的清洗液体内。

优选地，所述压电材料和耦合层为相套合的环形，其环绕液体管路内壁设置，并与液体管路内壁表面相平齐。

优选地，所述压电材料和耦合层为相连的片形，并与液体管路内壁表面相平齐设置。

优选地，所述片形的压电材料和耦合层具有与液体管路内壁相吻合的弧度。

优选地，所述耦合层表面涂覆有一层耐腐蚀涂层。

优选地，所述耐腐蚀涂层的厚度为1-500微米。

优选地，所述气液导向部件的多路液体分流管路以液体管路下端为共同连通点，并按均匀的辐条状设置，相邻液体分流管路之间形成近似扇形的出气网板，各液体分流管路的液体导向出口位于出气网板下方，并朝向其对应一侧出气网板的气体导向出口方向向下倾斜设置。

优选地，所述液体分流管路具有与喷嘴主体的垂直轴线呈预设角度下倾的一端面，所述液体导向出口由该端面垂直引出。

优选地，还包括一液体清洗管路，设于清洗腔内，其位于旋转平台的斜上方、出口朝向旋转平台的中心设置；或者，液体清洗管路连接设于喷淋臂上，其出口位于所述喷嘴主体一侧，并垂直向下设置。

本实用新型具有以下优点：

1、通过由液体导向出口和气体导向出口形成的雾化喷嘴结构，使其喷射的高速液体流与高速气体流产生充分地相互作用，并可通过调整管路流量，来形成颗粒尺寸均一、可调的超微雾化液滴，可大大缩小雾化颗粒尺寸，减小其具有的能量，避免对晶圆表面图形结构造成损伤；当雾化颗粒导向出口具有拉瓦尔喷管结构时，可在进气管路和进液管路保持流量不变的情况下，使从装置末端出口射出的雾化颗粒具有更高的速度，以提高清洗效率。

2、当雾化颗粒导向出口具有竖直内壁结构时，通过雾化颗粒导向出口产生的垂直导向作用，在工艺过程中可使气流方向与晶圆表面相垂直，促进表面沟槽图形中的杂质向流体主体的传递，提高清洗的效率，改善清洗效果，并可减少雾化颗粒对晶圆表面图形结构的横向剪切力，防止晶圆表面图形结构的损伤；同时，有利于节约清洗液体。

3、可形成尺寸均一、可调的雾化颗粒冲洗晶圆表面，由于雾化颗粒的质量小，而且还可使晶圆表面预先存在一层由液体清洗管路以大流量喷射形成的清洗液体薄膜，从而可减少对晶圆表面结构的冲击力，并可减少对晶圆表面图形结构的损伤；同时，可利用雾化颗粒撞击清洗液体薄膜时产生的冲击波作用于颗粒污染物上，一方面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而被带离晶圆表面。

4、带有超声波或兆声波能量的清洗药液经过二相流雾化装置的雾化以后，形成雾化颗粒；由于雾化颗粒进入晶圆表面清洗药液薄膜时在时间和空间上都是随机分布的，因此，雾化颗粒所携带的超声波或兆声波能量就不会形成稳定的能量干涉场，也即提高了超声波或兆声波能量在晶圆表面的覆盖均匀性，可以有效地控制产生晶圆表面图形损伤问题的出现。

5、相比于现有的清洗装置，具有超声或者兆声振荡的二相流雾化清洗装置所产生的雾化颗粒进入晶圆表面的清洗药液薄膜中时，除了雾化颗粒本身动能在液膜内形成的冲击波以外，雾化颗粒所具有的超声波或兆声波能量也传递至清洗药液薄膜内，可形成直进流，或由于空化作用形成微气泡的破裂，可以更有效地在液膜中形成冲击波，从而提高晶圆表面颗粒污染物的去除效率，缩短工艺时间，节约清洗药液和高纯气体的使用量，节约生产成本，减少环境影响。

附图说明

图1是本实用新型较佳实施例一中的具有超声或兆声振荡的二相流雾化清洗装置结构示意图；

图2是图1中气液导向部件的结构放大图；

图3是本实用新型较佳实施例二中的具有超声或兆声振荡的二相流雾化清洗装置结构示意图；

图4是图1中超声波或兆声波发生单元的局部结构放大图；

图5是本实用新型较佳实施例三中的具有超声或兆声振荡的二相流雾化清洗装置结构示意图；

图6是图5中超声波或兆声波发生单元的局部结构放大图；

图7-图8是本实用新型较佳实施例四中的具有超声或兆声振荡的二相流雾化清洗装置位于清洗腔内时的结构示意图；

图9是清洗过程中喷淋臂的运动轨迹示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型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，在详述本实用新型的实施方式时，为了清楚地表示本实用新型的结构以便于说明，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实用新型的限定来加以理解。

在以下本实用新型的具体实施方式中，请参阅图1，图1是本实用新型较佳实施例一中的具有超声或兆声振荡的二相流雾化清洗装置结构示意图。如图1所示，本实用新型的具有超声或兆声振荡的二相流雾化清洗装置，可用于对放置在清洗腔内旋转平台上的晶圆进行超声波或兆声波雾化清洗，所述清洗装置包括：喷嘴主体4、进液管路5和进气管路2，以及位于喷嘴主体下端的雾化颗粒导向出口8几个主要部分。其中喷嘴主体4的横截面形状可包括圆形、三角形或多边形，以及扇形、长条形等，本实用新型不作限定。

请继续参阅图1。在喷嘴主体4内部设有液体管路3，环绕液体管路设有气体管路7。所述进液管路5可由喷嘴主体4的上端面中部进入喷嘴主体内连通液体管路3，所述进气管路2对应可由喷嘴主体的上端侧部进入喷嘴主体内连通气体管路7。进液管路5和进气管路2分别用于通入清洗液体、气体。在喷嘴主体4下端、即位于液体管路3和气体管路7下方设有气液导向部件1，用于将液体管路3中的清洗液体和气体管路7中的清洗气体导出并形成雾化颗粒，然后经雾化颗粒导向出口8向下喷向晶圆表面。雾化颗粒导向出口8围绕设于气液导向部件1下方，其具有图示的拉瓦尔(Laval)喷管结构8-1至8-3，或者也可具有竖直的内壁结构(参见图4)。

请参阅图2，图2是图1中气液导向部件的结构放大图。以具有圆形横截面的喷嘴主体为例，如图2所示，气液导向部件1以一定对称关系水平设有连通液体管路的多路液体分流管路1-1，例如在本实施例中，所述气液导向部件1的多路液体分流管路1-1以液体管路下端3-1为共同连通点，并按均匀的辐条状设置；各液体分流管路1-1之间具有连通气体管路的出气网板1-2，例如在本实施例中，相邻液体分流管路之间形成扇形的出气网板1-2；出气网板1-2垂直设有密布的多数个气体导向出口1-4，沿各液体分流管路1-1设有与喷嘴主体垂直轴线呈预设角度下倾的多数个液体导向出口1-3，例如在本实施例中，各液体分流管路的液体导向出口1-3位于出气网板1-2下方，并朝向其对应一侧(图示为左侧)出气网板的气体导向出口1-4方向向下倾斜设置。在实际制作时，可在所述液体分流管路1-1下端加工出一个与喷嘴主体的垂直轴线呈预设角度的下倾端面，然后将所述液体导向出口1-3由该端面垂直引出即可。作为可选的实施方式，当上述预设角度在10～80°之间时，可具有较好的雾化颗粒形成效果；而当所述预设角度在30～60°之间时，可具有更好的雾化颗粒形成效果。多路液体分流管路也可按照其他适用的对称方式进行设置，例如鱼骨形、同心圆形等，只要满足各液体导向出口以一定预设角度朝向一侧的气体导向出口设置即可。

作为可选的实施方式，液体导向出口1-3和/或气体导向出口1-4的截面形状可包括圆形、三角形、多边形等。优选地，所述液体导向出口11和/或气体导向出口12的圆形直径或三角形、多边形顶底高可为1～1000μm；进一步优选地，所述液体导向出口和/或气体导向出口的直径或顶底高可为200～400μm。

为提高雾化颗粒从清洗装置末端射出的速度，可以对雾化颗粒导向出口8的结构进行优化，将雾化颗粒导向出口设计成为具有拉瓦尔喷管的结构，从而在进气管路和进液管路的流量保持不变的情况下，可使从装置末端出口射出的雾化颗粒具有更高的速度，以提高清洗效率。如图1所示，该拉瓦尔喷管结构自上而下依次包括收缩管8-1、窄喉8-2和扩张管8-3。

在拉瓦尔喷管的收缩管部分，气体运动遵循“截面小处流速大，截面大处流速小”的规律，因此气流不断被加速。达到窄喉时，气体的流速超过音速，而超音速的流体在扩张管部分运动时不再遵循上述规律，而是恰恰相反，截面越大，流速越快。因此，可以利用该原理，将雾化颗粒导向出口8设计成具有拉瓦尔喷管的结构，来使从清洗装置射出的雾化颗粒具有更高的速度，以提高清洗效率，节约清洗所消耗的清洗药液和高压气体。

请参阅图3，图3是本实用新型较佳实施例二中的具有超声或兆声振荡的二相流雾化清洗装置结构示意图。如图3所示，作为不同的实施方式，雾化颗粒导向出口8也可具有竖直的内壁结构8-4，其作用是使运动方向与喷嘴主体垂直轴向不平行的雾化颗粒撞击在雾化颗粒导向出口8的侧壁8-4上，以保证所有到达晶圆表面液膜的雾化颗粒的运动方向垂直于晶圆，防止横向剪切力造成对晶圆表面图形结构的破坏。

请参阅图1。沿着液体管路的内壁表面装有超声波或兆声波发生单元6。所述超声波或兆声波发生单元6包括压电材料和耦合层，所述压电材料和耦合层朝向液体管路3内部的方向依次相连设置。所述压电材料6-1通过接线柱6-3与外部电路连接，以将接收的电信号转化为压电材料6-1的振荡能量，形成高频振荡，并将产生的超声波或兆声波振荡能量依次传导至耦合层6-2及液体管路3中的清洗液体内。

请参阅图4，图4是图1中超声波或兆声波发生单元的局部结构放大图。如图4所示，作为一优选的实施方式，所述压电材料6-1和耦合层6-2采用一外一内相套合的环形形式贴合在一起，并环绕液体管路3的内壁设置，使得从其一侧的断面看，压电材料6-1和耦合层6-2两者朝向液体管路3内部方向依次相连设置。耦合层6-2向液体管路内部方向露出，并与液体管路的内壁相平齐，以免对清洗液体的流动产生影响。

请继续参阅图4。作为进一步优选的实施方式，可在所述耦合层6-2的表面再涂覆一层耐腐蚀涂层6-4，例如含氟塑料或聚酯材料等，其作用是防止液体清洗介质对耦合层6-2和压电材料6-1造成腐蚀，产生污染。所述耐腐蚀涂层6-4的厚度以1-500微米为宜，且最好使得耐腐蚀涂层涂覆后与液体管路的内壁相平齐。

请参阅图5，图5是本实用新型较佳实施例三中的具有超声或兆声振荡的二相流雾化清洗装置结构示意图。如图5所示，作为不同的可选方式，所述进液管路5也可由喷嘴主体4的上端侧部进入喷嘴主体内连通液体管路3，在这种情况下，进液管路5需要进入本体内并穿过气体管路7连通至液体管路3的上端侧部。所述进气管路2对应由喷嘴主体4的上端面中部进入喷嘴主体内连通气体管路7。进液管路5和进气管路2在喷嘴主体上的接入口也可位于其他部位，并可采用其他的接入方式，本实用新型不作限定。

请继续参阅图5。作为一可选的实施方式，超声波或兆声波发生单元6还可设置在液体管路3的上端内壁位置。

请参阅图6，图6是图5中超声波或兆声波发生单元的局部结构放大图。如图6所示，超声波或兆声波发生单元同样包括压电材料6-1和耦合层6-2。此处的压电材料6-1和耦合层6-2可采用相连的片形形式，并朝下向液体管路3的内部依次相连设置。进液管路5与液体管路3的连接入口5-3位于超声波或兆声波发生单元的下方侧部。所述片形的压电材料6-1和耦合层6-2可具有与液体管路3内壁相吻合的弧度。所述压电材料6-1通过接线柱6-3与外部电路连接，以将接收的电信号转化为压电材料6-1的振荡能量，形成高频振荡，并将产生的超声波或兆声波振荡能量依次传导至耦合层6-2及液体管路3中的清洗液体内。所述耦合层6-2的表面同样可涂覆一层耐腐蚀涂层6-4。

请参阅图7-图8，图7-图8是本实用新型较佳实施例四中的具有超声或兆声振荡的二相流雾化清洗装置位于清洗腔内时的结构示意图。如图7所示，在清洗腔15内装有旋转平台14，旋转平台上设有夹持单元11，用于固定晶圆16；旋转平台通过电机13驱动可实现旋转。在清洗腔15下方设有废液回收单元，可通过腔体底部的废液回收出口12排出清洗过程中的废液。本实用新型清洗装置的喷嘴主体4悬设在清洗腔内，并可在旋转平台14的上方充分移动。喷嘴主体4可通过进液管路5和进气管路2连接至喷淋臂9上并固定。

请参阅图7。本实用新型的具有超声或者兆声振荡的二相流雾化清洗装置还包括一液体清洗管路10，设于清洗腔15内，并可位于旋转平台14的斜上方，例如，可设置在清洗腔15的内壁侧上方，其出口朝向旋转平台14的中心设置。

当进行二相流雾化清洗工艺时，除了在雾化喷嘴内部通过进液管路、液体管路引入的一路清洗液体外，还额外需要一个大流量的液体清洗管路10，其作用是在晶圆16表面形成一层完全覆盖、均匀分布的清洗液体薄膜。单独依靠二相流雾化喷嘴产生的液体雾化颗粒可能不足以覆盖整个晶圆的面积，同时也无法形成最佳的清洗效果。当从二相流雾化颗粒导向出口喷出的高速雾化颗粒撞击在晶圆表面的清洗液体薄膜中时，会产生一个冲击力，并在液膜中形成快速传播的冲击波。该冲击波作用于颗粒污染物上时，一方面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而被带离晶圆表面。

在进行清洗时，所述喷淋臂9可如图9所示的运动轨迹，带动喷嘴主体4作过晶圆16圆心的圆弧往复运动，对旋转平台14上的晶圆16进行移动雾化清洗。

请继续参阅图7。大流量液体从液体清洗管路10的大流量液体入口10-2进入，从大流量液体出口喷出，其喷射角度可通过大流量液体喷射角度调整单元10-1进行相应调整，使大流量液体能够喷射到晶圆16的中心位置。工艺过程中，大流量液体清洗管路先开启，喷射清洗药液，直到清洗药液完全覆盖晶圆表面，此时开启二相流雾化喷嘴并开始清洗。二相流雾化喷嘴清洗过程中，大流量液体管路可以保持开启、或者关闭、或者间歇性开启，取决于进液管路流量、大流量液体流量、晶圆转速等工艺参数。

请参阅图8。还可以采用将液体清洗管路10连接安装在喷淋臂9上的方式，使液体清洗管路10的大流量液体出口位于所述喷嘴主体4的一侧，并垂直向下设置。与图7所示结构的区别在于，大流量液体清洗管路10固定在喷淋臂9上后，可随着喷嘴主体4的摆动而同步进行圆弧摆动。

此外，作为进一步的优化设计，还可以在所述进气管路2上设置用于调节气体流量的气体流量调节阀；还可进一步在所述进液管路5上设置用于调节液体流量的液体流量调节阀；还可以在大流量的液体清洗管路10上设置用于调节液体流量的大流量液体流量调节阀；以及还可以在所述进气管路2、进液管路5以及大流量的液体清洗管路10上设置用于控制开关的气动阀。

上述本实用新型的具有超声或兆声振荡的二相流雾化清洗装置的雾化喷嘴形成雾化颗粒的原理如下：进液管路中的清洗液体沿着喷嘴主体内的液体管路进入呈发散状的液体分流管路，并从液体导向出口喷出；由于液体导向出口的总面积小于进液管路和液体管路的截面积，使得清洗液体产生加速，同时被分割成若干个直径在微米量级的液体流，并以预设的角度斜向射出。同样的，进气管路的气体通过喷嘴主体内的气体管路底部的气体导向出口射出，形成若干个直径在微米量级的气体流，并沿着喷嘴主体的垂直轴向方向射出。气体流与液体流在气体导向出口的下方发生作用，液体流被打散形成超微雾化颗粒。超微雾化颗粒形成以后，在气体流的作用下，向下作加速运动。对于具有竖直管壁结构的雾化颗粒导向出口，运动方向与喷嘴主体的垂直轴向方向不平行的超微雾化颗粒会撞击在雾化颗粒导向出口的侧壁上，重新汇聚成为大的液滴，通过管壁流下，以此保证从雾化颗粒导向出口喷射出的雾化颗粒的运动方向均匀一致。

同时，在晶圆清洗过程中，清洗药液由进液管路进入喷嘴液体管路，并将其充满。从外部电路输入的电信号经过压电材料接线柱传导至压电材料内，形成高频振荡，并将产生的超声波和兆声波振荡能量依次传导经过耦合层和耐腐蚀涂层，最终到达清洗药液内。清洗药液从喷嘴气液导向部件的液体导向出口喷出后，与气体导向出口喷出的高速气体作用，形成雾化颗粒，并获得加速。此时的雾化颗粒已具有超声波或兆声波能量，并经过雾化颗粒导向出口射出后进入晶圆表面的清洗药液薄膜内，形成局域的振荡，完成对颗粒污染物的清洗。

综上所述，本实用新型具有以下显著特点：

1、通过由液体导向出口和气体导向出口形成的雾化喷嘴结构，使其喷射的高速液体流与高速气体流产生充分地相互作用，并可通过调整管路流量，来形成颗粒尺寸均一、可调的超微雾化液滴，可大大缩小雾化颗粒尺寸，减小其具有的能量，避免对晶圆表面图形结构造成损伤；当雾化颗粒导向出口具有拉瓦尔喷管结构时，可在进气管路和进液管路保持流量不变的情况下，使从装置末端出口射出的雾化颗粒具有更高的速度，以提高清洗效率。

2、当雾化颗粒导向出口具有竖直内壁结构时，通过雾化颗粒导向出口产生的垂直导向作用，在工艺过程中可使气流方向与晶圆表面相垂直，促进表面沟槽图形中的杂质向流体主体的传递，提高清洗的效率，改善清洗效果，并可减少雾化颗粒对晶圆表面图形结构的横向剪切力，防止晶圆表面图形结构的损伤；同时，有利于节约清洗液体。

3、可形成尺寸均一、可调的雾化颗粒冲洗晶圆表面，由于雾化颗粒的质量小，而且还可使晶圆表面预先存在一层由液体清洗管路以大流量喷射形成的清洗液体薄膜，从而可减少对晶圆表面结构的冲击力，并可减少对晶圆表面图形结构的损伤；同时，可利用雾化颗粒撞击清洗液体薄膜时产生的冲击波作用于颗粒污染物上，一方面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而被带离晶圆表面。

4、带有超声波或兆声波能量的清洗药液经过二相流雾化喷射装置的雾化以后，形成雾化颗粒；由于雾化颗粒进入晶圆表面清洗药液薄膜时在时间和空间上都是随机分布的，因此，雾化颗粒所携带的超声波或兆声波能量就不会形成稳定的能量干涉场，也即提高了超声波或兆声波能量在晶圆表面的覆盖均匀性，可以有效地控制产生晶圆表面图形损伤问题的出现。

5、相比于现有的清洗装置，具有超声或者兆声振荡的二相流雾化清洗装置所产生的雾化颗粒进入晶圆表面的清洗药液薄膜中时，除了雾化颗粒本身动能在液膜内形成的冲击波以外，雾化颗粒所具有的超声波或兆声波能量也传递至清洗药液薄膜内，可形成直进流，或由于空化作用形成微气泡的破裂，可以更有效地在液膜中形成冲击波，从而提高晶圆表面颗粒污染物的去除效率，缩短工艺时间，节约清洗药液和高纯气体的使用量，节约生产成本，减少环境影响。

以上所述的仅为本实用新型的优选实施例，所述实施例并非用以限制本实用新型的专利保护范围，因此凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有超声或兆声振荡的二相流雾化清洗装置，用于对放置在清洗腔内旋转平台上的晶圆进行超声波或兆声波雾化清洗，其特征在于，所述清洗装置包括：

喷嘴主体，其内部设有液体管路，沿液体管路内壁表面装有超声波或兆声波发生单元，环绕液体管路设有气体管路，喷嘴主体下端设有气液导向部件，气液导向部件以一定对称关系水平设有连通液体管路的多路液体分流管路，各液体分流管路之间具有连通气体管路的出气网板，出气网板垂直设有密布的多数个气体导向出口，沿各液体分流管路设有与喷嘴主体轴线呈预设角度下倾的多数个液体导向出口；

进液管路和进气管路，连接设于一喷淋臂上，并分别连通喷嘴主体内的液体管路、气体管路，所述喷淋臂带动喷嘴主体作过晶圆圆心的圆弧往复运动；

雾化颗粒导向出口，围绕设于气液导向部件下方，其为拉瓦尔喷管结构或具有竖直的内壁；

其中，通过超声波或兆声波发生单元产生超声波或兆声波振荡，将其超声波或兆声波能量传导至流经的清洗液体内，使由液体导向出口喷出的清洗液体与由气体导向出口喷出的气体在气液导向部件下方相交形成的雾化颗粒具有超声波或兆声波能量，并在雾化颗粒导向出口的加速或垂直导向作用下向下喷向晶圆表面进行超声波或兆声波雾化清洗。

2.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，所述超声波或兆声波发生单元包括朝向液体管路内部方向依次相连设置的压电材料和耦合层，所述压电材料通过接线柱与外部电路连接，以将接收的电信号转化为压电材料的振荡能量，形成高频振荡，并将产生的超声波或兆声波振荡能量依次传导至耦合层及液体管路中的清洗液体内。

3.根据权利要求2所述的清洗装置，其特征在于，所述压电材料和耦合层为相套合的环形，其环绕液体管路内壁设置，并与液体管路内壁表面相平齐。

4.根据权利要求2所述的清洗装置，其特征在于，所述压电材料和耦合层为相连的片形，并与液体管路内壁表面相平齐设置。

5.根据权利要求4所述的清洗装置，其特征在于，所述片形的压电材料和耦合层具有与液体管路内壁相吻合的弧度。

6.根据权利要求2-5任意一项所述的清洗装置，其特征在于，所述耦合层表面涂覆有一层耐腐蚀涂层。

7.根据权利要求6所述的清洗装置，其特征在于，所述耐腐蚀涂层的厚度为1-500微米。

8.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，所述气液导向部件的多路液体分流管路以液体管路下端为共同连通点，并按均匀的辐条状设置，相邻液体分流管路之间形成近似扇形的出气网板，各液体分流管路的液体导向出口位于出气网板下方，并朝向其对应一侧出气网板的气体导向出口方向向下倾斜设置。

9.根据权利要求8所述的清洗装置，其特征在于，所述液体分流管路具有与喷嘴主体的垂直轴线呈预设角度下倾的一端面，所述液体导向出口由该端面垂直引出。

10.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，还包括一液体清洗管路，设于清洗腔内，其位于旋转平台的斜上方、出口朝向旋转平台的中心设置；或者，液体清洗管路连接设于喷淋臂上，其出口位于所述喷嘴主体一侧，并垂直向下设置。