CN211867470U - 清洁装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种清洁装置。所述清洁装置包括：第一喷口，用于朝向一待清洁表面喷射清洗液；第二喷口，用于朝向所述待清洁表面喷射气体，所述清洗液与所述气体混合后形成超临界流体，以去除残留于所述待清洁表面的杂质。本实用新型一方面，提高了所述清洁装置的清洁效率；另一方面，提高所述清洁装置的清洁能力。另外，从所述超临界流体中释放的所述气体还能有效的防止晶圆在传送过程中被腐蚀，从而改善晶圆产品的质量。

Description

清洁装置

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种清洁装置。

背景技术

随着平面型闪存存储器的发展，半导体的生产工艺取得了巨大的进步。但是最近几年，平面型闪存的发展遇到了各种挑战：物理极限、现有显影技术极限以及存储电子密度极限等。在此背景下，为解决平面闪存遇到的困难以及追求更低的单位存储单元的生产成本，各种不同的三维(3D)闪存存储器结构应运而生，例如3D NOR(3D或非)闪存和3D NAND(3D与非)闪存。

其中，3D NAND存储器以其小体积、大容量为出发点，将储存单元采用三维模式层层堆叠的高度集成为设计理念，生产出高单位面积存储密度，高效存储单元性能的存储器，已经成为新兴存储器设计和生产的主流工艺。

在3D NAND存储器等半导体器件的制造工艺中，化学机械研磨(ChemicalMechanical Polish，CMP)是至关重要的步骤。然而，化学机械研磨装置中研磨垫表面清洁与否，是化学机械研磨过程能否顺利进行、以及评价化学机械研磨质量的一个重要指标。但是，现有的方法不能有效的清除研磨垫表面的杂质，且清洁效率较低，从而导致晶圆在化学机械研磨的过程中有被划伤的风险，且降低了化学机械研磨装置的产能。

因此，如何改善化学机械研磨装置中研磨垫的清洁质量，提高研磨垫的清洁效率，是当前亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种清洁装置，用于解决现有的清洁方法清洁效能较差的问题，以改善清洁效果。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种清洁装置，包括：

第一喷口，用于朝向一待清洁表面喷射清洗液；

第二喷口，用于朝向所述待清洁表面喷射气体，所述清洗液与所述气体混合后形成超临界流体，以去除残留于所述待清洁表面的杂质。

可选的，所述第一喷口环绕所述第二喷口的外周设置。

可选的，包括喷嘴，所述喷嘴包括：

喷嘴本体；

第一通道，位于所述喷嘴本体内部，用于与所述第一喷口连通；

第二通道，位于所述喷嘴本体内部，用于与所述第二喷口连通，所述第二通道嵌套于所述第一通道内。

可选的，所述喷嘴还包括：

第一入口，位于所述喷嘴本体背离所述第一喷口的端部，用于向所述第一通道传输所述清洗液，所述第一入口偏离所述喷嘴本体的中心设置；

第二入口，位于所述喷嘴本体背离所述第二喷口的端部，用于向所述第二通道传输所述气体，所述第二入口与所述喷嘴本体的中心对准设置。

可选的，所述第一喷口与所述第二喷口平行设置，且所述第二喷口位于所述第一喷口的一侧。

可选的，还包括：

第一控制阀，安装于所述喷嘴外部，用于调整传输至所述第一通道的所述清洗液的流速。

可选的，还包括：

第二控制阀，安装于所述喷嘴外部，用于调整传输至所述第二通道的所述气体的流速。

可选的，还包括：

第三控制阀，安装于所述喷嘴外部，用于调整传输至所述第二通道的所述气体的压力。

可选的，所述第一喷口沿垂直于所述待清洁表面的方向喷射所述清洗液；

所述第二喷口沿相对于所述待清洁表面倾斜的方向喷射所述气体。

可选的，所述清洗液为去离子水，所述气体为氮气或者惰性气体。

本实用新型提供的清洁装置，通过分别设置用于喷射清洗液的第一喷口和用于喷射气体的第二喷口，使得所述清洗液与所述气体喷出后形成超临界流体，利用所述超临界流体对待清洁表面进行清洁，一方面，由于气体的分散作用，使得形成的超临界流体单次清洁的面积增大，从而提高了所述清洁装置的清洁效率；另一方面，超临界流体对颗粒物的溶解度较大，从而能够减少残留于所述待清洁表面的杂质，提高所述清洁装置的清洁能力。另外，从所述超临界流体中释放的所述气体还能有效的防止晶圆在传送过程中被腐蚀，从而改善晶圆产品的质量。

附图说明

附图1是本实用新型具体实施方式中清洁装置的整体结构示意图；

附图2是本实用新型具体实施方式中清洁装置中喷嘴的仰视图；

附图3是本实用新型具体实施方式中清洁装置中喷嘴的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型提供的清洁装置的具体实施方式做详细说明。

在当前的化学机械研磨装置中，通常将用于清洗研磨垫的清洗液喷嘴安装在研磨手臂的正下方。当采用这种结构在研磨晶圆之前对研磨垫表面进行清洗时，清洗液只能喷射在位于清洗液喷嘴正下方的研磨垫表面，一方面，单次喷射清洗液能够清洗的面积有限，从而降低了研磨垫清洗的效率；另一方面，尽管研磨手臂会带着所述清洗液喷嘴按预设步长移动，但是，由于所述清洗液喷嘴单次喷射清洗液清洗的面积有限，从而也降低了对研磨垫的清洗能力。研磨垫清洗效率的降低，会使得所述化学机械研磨装置的停机时间延长，进而导致化学机械研磨装置产能的降低。对研磨垫清洗能力的降低，会打造至颗粒物在所述研磨垫表面的残留，后续在对晶圆进行化学机械研磨的过程中，极易在晶圆表面产生划痕，影响晶圆产品的质量，严重时甚至导致晶圆的报废。

为了改善对研磨垫等半导体设备的清洁效能，本具体实施方式提供了一种清洁装置，附图1是本实用新型具体实施方式中清洁装置的整体结构示意图。如图1所示，本具体实施方式提供的清洁装置，包括：

第一喷口11，用于朝向一待清洁表面101喷射清洗液；

第二喷口12，用于朝向所述待清洁表面101喷射气体，所述清洗液与所述气体混合后形成超临界流体，以去除残留于所述待清洁表面101的杂质。

超临界状态是指物质的压力和温度同时超过它的临界压力和临界温度的状态；超临界流体是指温度和压力均处于临界点以上的流体。本具体实施方式中所述的超临界流体是指处于超临界状态的包括所述清洗液与所述气体的混合流体。

具体来说，所述待清洁表面101可以是任何半导体设备上用于对晶圆进行处理的表面。在本具体实施方式中，以所述待清洁表面101为研磨垫10用于承载晶圆的表面为例进行说明。所述第一喷口11与所述第二喷口12沿垂直于所述待清洁表面101的方向(即图1中的Z轴方向)设置于所述待清洁表面101的上方。在所述第一喷口11向所述待清洁表面101喷射所述清洗液的同时，所述第二喷口12向所述待清洁表面101喷射所述气体，所述气体与所述清洗液在混合形成所述超临界流体后降落至所述待清洁表面101。所述超临界流体单次清洗所述待清洁表面101的面积大大增加，从而提高了所述待清洁表面的清洁效率，减少了化学机械研磨装置等半导体设备停机等待的时间，提高了化学机械研磨装置等半导体设备的产能。而且，由于所述超临界流体单次清洁面积的增大，也减少了颗粒物等杂质在所述待清洁表面的残留，提高了所述清洁装置的清洁能力，有助于改善晶圆的表面缺陷。不仅如此，所述超临界流体对二氧化硅等颗粒物杂质的溶解度要远高于在所述清洗液中的溶解度，从而有助于进一步减少杂质在所述待清洁表面的残留。另外，在清洗所述待清洁表面101的过程中，所述超临界流体释放的气体能够对所述待清洁表面101周围形成保护气氛，防止晶圆在传送过程中被腐蚀。

在本具体实施方式中，所述清洗液的具体类型可以根据所述待清洁表面101的类型进行选择，例如可以是但不限于去离子水。所述气体的具体类型、以及所述气体自所述第二喷口12喷射的流速和压力，本领域技术人员也可以根据实际需要进行选择，例如根据所述清洗液的具体类型，本具体实施方式对此不作限定，只要喷射出的所述气体能与喷射出的所述去离子水形成超临界流体即可。本具体实施方式是以所述第二喷口12沿所述清洁装置指向所述待清洁表面101的方向突出于所述第一喷口11为例进行说明，但是，本领域技术员也可以根据实际需要将所述第一喷口设置为沿所述清洁装置指向所述待清洁表面101的方向突出于所述第二喷口的方式。

可选的，所述第一喷口11环绕所述第二喷口12的外周设置。

具体来说，用于喷射所述清洗液的所述第一喷口11环绕用于喷射所述气体的所述第二喷口12的外周设置，这样，喷射的所述气体能够充分与所述清洗液混合，最大限度的形成所述超临界流体，从而进一步提高所述清洁装置的清洗效能。在本具体实施方式中，所述第一喷口11可以对称环绕于所述第二喷口12的外周，也可以为不对称环绕，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。所述第二喷口12的形状可以是但不限于圆形、椭圆形、圆角矩形、或者任意多边形。

附图2是本实用新型具体实施方式中清洁装置中喷嘴的仰视图，附图3是本实用新型具体实施方式中清洁装置中喷嘴的侧视图。可选的，如图1-图3所示，所述清洁装置包括喷嘴，所述喷嘴包括：

喷嘴本体13；

第一通道30，位于所述喷嘴本体13内部，用于与所述第一喷口11连通；

第二通道31，位于所述喷嘴本体13内部，用于与所述第二喷口12连通，所述第二通道31嵌套于所述第一通道30内。

具体来说，如图1-图3所示，所述喷嘴本体13包括第一壳体20，所述第一通道30与所述第二通道31均位于由所述第一壳体20围绕而成的腔体内。所述第一通道30由第二壳体21围绕而成的腔体构成，所述第二通道31由第三壳体22围绕而成的腔体构成。在本具体实施方式中，以所述第一通道30和所述第二通道31均为圆筒形通道为例进行说明，本领域技术人员也可以根据实际需要调整所述第一通道30和所述第二通道31的形状。当所述第一喷口11可以对称环绕于所述第二喷口12的外周时，所述第一通道30的轴线与所述第二通道31的轴线重合，即所述第一通道30的中心与所述第二通道31的中心对准。其中，所述第一壳体20、所述第二壳体21和所述第三壳体22均可以采用耐腐蚀材料制成，以提高所述喷嘴的使用寿命。

可选的，所述喷嘴还包括：

第一入口32，位于所述喷嘴本体13背离所述第一喷口11的端部，用于向所述第一通道30传输所述清洗液，所述第一入口32偏离所述喷嘴本体13的中心设置；

第二入口33，位于所述喷嘴本体13背离所述第二喷口12的端部，用于向所述第二通道31传输所述气体，所述第二入口33与所述喷嘴本体13的中心对准设置。

具体来说，所述清洗液经与所述第一入口32连通的第一管道14传输至所述第一通道30，再经所述第一喷口11喷出；所述气体经与所述第二入口33连通的第二管道15传输至所述第二通道32，再经所述第二喷口12喷出。在本具体实施方式中，所述第一入口32的数量可以为一个，也可以为多个。当所述第一入口32的数量为多个、所述第二入口33的数量为一个时，多个所述第一入口32可以环绕所述第二入口33的外周分布。

在本具体实施方式中是以所述第一喷口11环绕所述第二喷口12的外周设置为例进行说明。本领域技术人员也可以根据实际需要，将所述第一喷口11与所述第二喷口12平行设置，且所述第二喷口12位于所述第一喷口11的一侧。但是，当所述第二喷口12位于且仅位于所述第一喷口11的一侧时，所述第一喷口11与所述第二喷口12之间的距离应在一预设距离范围内，以确保所述第一喷口11喷射的所述清洗液能够与所述第二喷口12喷射的所述气体混合形成所述超临界流体。其中，所述预设距离的具体数值，可以根据所述第一喷口11喷射的所述清洗液的流速、以及所述第二喷口12喷射的所述气体的流速和压力进行设置。

可选的，所述第一喷口11沿垂直于所述待清洁表面101的方向喷射所述清洗液；

所述第二喷口12沿相对于所述待清洁表面101倾斜的方向喷射所述气体。

具体来说，当所述第一喷口11位于所述待清洁表面101的正上方时，所述第一喷口11沿竖直向下的方向向所述待清洁表面101喷射所述清洗液。所述第二喷口12则相对于所述待清洁表面101的轴线方向倾斜一预设角度(锐角)的方向向所述待清洁表面喷射气体。这样，所述清洗液与所述气体混合形成的所述超临界流体能够对所述待清洁表面101进行倾斜冲洗，有助于进一步提高对所述待清洁表面101上的杂质的清除能力，提高清洁效果。其中，所述预设角度的具体数值可以根据所述第一喷口11与所述第二喷口12的相对尺寸、以及所述气体自所述第二喷口12喷出的流速和压力等条件进行选择。

可选的，所述清洁装置还包括：

第一控制阀16，安装于所述喷嘴外部，用于调整传输至所述第一通道30的所述清洗液的流速。

可选的，所述清洁装置还包括：

第二控制阀17，安装于所述喷嘴外部，用于调整传输至所述第二通道31的所述气体的流速。

可选的，所述清洁装置还包括：

第三控制阀18，安装于所述喷嘴外部，用于调整传输至所述第二通道31的所述气体的压力。

具体来说，通过所述第一控制阀16可以调整所述清洗液自所述第一喷口11喷出的流速，从而可以实现对所述待清洁表面101上不同尺寸的杂质的冲刷。通过所述第二控制阀17可以调整所述气体自所述第二喷口12喷出的所述气体的流速，从而可以与不同流速的所述清洗液混合形成所述超临界流体。通过所述第三控制阀18可以调整自所述第二喷口12喷出的所述气体的压力，一方面，可以避免压力过大对所述清洁装置以及所述待清洁表面101造成损伤；另一方面，还能根据所述清洗液的具体类型、流速等条件，确保所述超临界流体的形成。

可选的，所述清洗液为去离子水，所述气体为氮气或者惰性气体。本具体实施方式中所述的惰性气体是指由元素周期表中第Ⅷ族元素形成的气体。

本具体实施方式提供的清洁装置，通过分别设置用于喷射清洗液的第一喷口和用于喷射气体的第二喷口，使得所述清洗液与所述气体喷出后形成超临界流体，利用所述超临界流体对待清洁表面进行清洁，一方面，由于气体的分散作用，使得形成的超临界流体单次清洁的面积增大，从而提高了所述清洁装置的清洁效率；另一方面，超临界流体对颗粒物的溶解度较大，从而能够减少残留于所述待清洁表面的杂质，提高所述清洁装置的清洁能力。另外，从所述超临界流体中释放的所述气体还能有效的防止晶圆在传送过程中被腐蚀，从而改善晶圆产品的质量。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种清洁装置，其特征在于，包括：

第一喷口，用于朝向一待清洁表面喷射清洗液；

第二喷口，用于朝向所述待清洁表面喷射气体，所述清洗液与所述气体混合后形成超临界流体，以去除残留于所述待清洁表面的杂质。

2.根据权利要求1所述的清洁装置，其特征在于，所述第一喷口环绕所述第二喷口的外周设置。

3.根据权利要求2所述的清洁装置，其特征在于，包括喷嘴，所述喷嘴包括：喷嘴本体；

第一通道，位于所述喷嘴本体内部，用于与所述第一喷口连通；

第二通道，位于所述喷嘴本体内部，用于与所述第二喷口连通，所述第二通道嵌套于所述第一通道内。

4.根据权利要求3所述的清洁装置，其特征在于，所述喷嘴还包括：

第一入口，位于所述喷嘴本体背离所述第一喷口的端部，用于向所述第一通道传输所述清洗液，所述第一入口偏离所述喷嘴本体的中心设置；

第二入口，位于所述喷嘴本体背离所述第二喷口的端部，用于向所述第二通道传输所述气体，所述第二入口与所述喷嘴本体的中心对准设置。

5.根据权利要求1所述的清洁装置，其特征在于，所述第一喷口与所述第二喷口平行设置，且所述第二喷口位于所述第一喷口的一侧。

6.根据权利要求3所述的清洁装置，其特征在于，还包括：

第一控制阀，安装于所述喷嘴外部，用于调整传输至所述第一通道的所述清洗液的流速。

7.根据权利要求6所述的清洁装置，其特征在于，还包括：

第二控制阀，安装于所述喷嘴外部，用于调整传输至所述第二通道的所述气体的流速。

8.根据权利要求7所述的清洁装置，其特征在于，还包括：

第三控制阀，安装于所述喷嘴外部，用于调整传输至所述第二通道的所述气体的压力。

9.根据权利要求1所述的清洁装置，其特征在于，所述第一喷口沿垂直于所述待清洁表面的方向喷射所述清洗液；

所述第二喷口沿相对于所述待清洁表面倾斜的方向喷射所述气体。

10.根据权利要求1所述的清洁装置，其特征在于，所述清洗液为去离子水，所述气体为氮气或者惰性气体。

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