TWI704017B - 一種晶圓表面顆粒清洗雙旋噴嘴 - Google Patents
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Abstract
本發明關於一種晶圓表面顆粒清洗雙旋噴嘴,包括噴嘴外殼及內芯,內芯上開設有液體通道及惰性氣體旋轉內、外環腔,惰性氣體旋轉內、外環腔分別連通有惰性氣體空間,惰性氣體空間開設於內芯上或由內芯與噴嘴外殼內壁之間形成;內芯上開設有用於連通惰性氣體空間與惰性氣體旋轉內環腔以及用於連通惰性氣體空間與惰性氣體旋轉外環腔的佈風孔,惰性氣體空間內的惰性氣體藉由佈風孔呈旋轉狀向惰性氣體旋轉內、外環腔內進氣;噴嘴外殼上分別開設有向惰性氣體旋轉內、外環腔通入惰性氣體的惰性氣體進氣口。本發明藉由改變惰性氣體旋轉方向產生雙螺旋或同向螺旋氣流及控制惰性氣體加速度,同時配合清洗化學液流量,可以達到既對晶圓損傷小,又可以高效清洗晶圓的目的。
Description
本發明關於晶圓清洗領域,具體地說是一種晶圓表面顆粒清洗雙旋噴嘴。
晶片製造領域,從90奈米以下起,晶片製造的良率就開始有所下降,主要原因之一就在於矽片上的顆粒物污染難以清洗。
隨著線越做越細,到了45奈米以下,基本上整個製程中,每兩步就要做一次清洗;如果想得到較高良率,幾乎每步程序都離不開清洗。
隨著半導體製程由2D走向3D,矽片清洗提出了新挑戰,圖形結構晶圓清洗相較於平坦表面的清洗,技術和要求都要複雜得多。
隨著線寬減小,深寬比的增加,清洗技術難度也迅速增大,矽片清洗的重要程度日益凸顯。
為了提高晶圓製程的良率,急需一種既對晶圓損傷小,又可以高效清洗晶圓表面的清洗裝置。
為了滿足晶圓表面清洗要求、提高晶圓製程的良率,本發明的目的在於提供一種晶圓表面顆粒清洗雙旋噴嘴。
本發明的目的是藉由以下技術方案來實現的:
本發明包括噴嘴外殼及內芯,該內芯的部分或全部插設於噴嘴外殼內,該內芯上開設有液體通道、惰性氣體旋轉內環腔及惰性氣體旋轉外環腔,該惰性氣體旋轉內環腔與惰性氣體旋轉外環腔分別位於該液體通道的內外兩側;該惰性氣體旋轉內環腔及惰性氣體旋轉外環腔分別連通有相互獨立的惰性氣體空間,該惰性氣體空間開設於內芯上或由內芯與噴嘴外殼內壁之間形成;該內芯上開設有用於連通惰性氣體空間與惰性氣體旋轉內環腔以及用於連通惰性氣體空間與惰性氣體旋轉外環腔的佈風孔,該惰性氣體空間內的惰性氣體藉由佈風孔呈旋轉狀向惰性氣體旋轉內環腔及惰性氣體旋轉外環腔內進氣,惰性氣體進入該惰性氣體旋轉內環腔及惰性氣體旋轉外環腔內的旋向相同或相反;該噴嘴外殼上分別開設有向惰性氣體旋轉內環腔及惰性氣體旋轉外環腔通入惰性氣體的惰性氣體進氣口;由該惰性氣體旋轉內環腔及惰性氣體旋轉外環腔噴出的惰性氣體對由液體通道噴出的液體在噴嘴外殼的外部混合、進行霧化,晶圓表面藉由被霧化後的液體進行清洗;其中:與該惰性氣體旋轉外環腔連通的佈風孔以及與該惰性氣體旋轉內環腔連通的佈風孔均為多個,沿圓周方向均佈,每個佈風孔均呈「L」形,該「L」形的豎邊沿該內芯的軸向開設,「L」形的橫邊沿內芯的徑向開設,且該「L」形的橫邊傾斜於「L」形的豎邊;與該惰性氣體旋轉外環腔連通的各佈風孔的「L」形橫邊的傾斜方向均相同,與該惰性氣體旋轉內環腔連通的各佈風孔的「L」形橫邊的傾斜方向均相同,惰性氣體空間內的惰性氣體以順時針旋轉或逆時針旋轉向惰性氣
體旋轉外環腔或惰性氣體旋轉內環腔內進氣;該內芯分為噴嘴上部內芯、噴嘴中部內芯及噴嘴下部內芯,該噴嘴中部內芯容置於噴嘴外殼內,該噴嘴上部內芯的一端與噴嘴外殼的一端相連,並與該噴嘴中部內芯的一端密封抵接,該噴嘴外殼另一端內部連接有噴嘴下部內芯,該噴嘴下部內芯位於噴嘴外殼與噴嘴中部內芯之間;該噴嘴下部內芯的一端與噴嘴中部內芯之間、另一端外側與噴嘴外殼之間分別留有惰性氣體空間A、惰性氣體空間B,該噴嘴外殼上分別開設有與惰性氣體空間A和惰性氣體空間B相連通的惰性氣體進氣口B及惰性氣體進氣口A;該噴嘴上部內芯上開設有液體通道A,該噴嘴中部內芯一端內部設有與該液體通道A連通的液體腔,該噴嘴中部內芯另一端與該噴嘴下部內芯另一端內側之間形成與液體腔連通的液體通道B,液體由該液體通道A進入,經液體腔後由該液體通道B噴出;該噴嘴中部內芯另一端內部設有惰性氣體旋轉內環腔,該噴嘴中部內芯上開設有連通於惰性氣體空間A與惰性氣體旋轉內環腔的佈風孔A,該惰性氣體空間A內的惰性氣體藉由該佈風孔A呈旋轉狀向惰性氣體旋轉內環腔內進氣;該噴嘴下部內芯另一端內外側之間設有惰性氣體旋轉外環腔,該噴嘴下部內芯上開設有連通於惰性氣體空間B與惰性氣體旋轉外腔的佈風孔B,該惰性氣體B內的惰性氣體藉由該佈風孔B呈旋轉狀向惰性氣體旋轉外環腔內進氣;該惰性氣體旋轉內環腔與惰性氣體旋轉外環腔分別位於液體通道B的內外兩側;該噴嘴中部內芯上設有進液孔,該進液孔的一端與該液體腔連通,另一端與該液體通道B連通;該進液孔為多個,沿圓周方向均佈,每個進液孔均位於相鄰兩該佈風孔B的中間;
該噴嘴中部內芯的一端分別設有凹槽及環形槽,該凹槽內容置有與該噴嘴上部內芯一端密封抵接的密封圈A,該環形槽中容置有與噴嘴外殼內壁密封抵接的密封圈B;該噴嘴中部內芯上設有法蘭盤,該法蘭盤的下表面沿圓周方向均佈有多個支撐板,該支撐板與噴嘴下部內芯抵接;該噴嘴中部內芯的另一端為圓柱,該圓柱內開設有惰性氣體旋轉內環腔;該噴嘴下部內芯呈階梯圓柱狀,上部的內部為惰性氣體空間A,下部為套筒,該套筒外側為該惰性氣體旋轉外環腔;該噴嘴上部內芯、噴嘴中部內芯、噴嘴下部內芯與噴嘴外殼之間螺紋連接或過盈配合。
本發明的優點與積極效果為:
本發明藉由改變惰性氣體旋轉方向產生雙螺旋或同向螺旋氣流及控制惰性氣體加速度,同惰配合清洗化學液流量,可以達到既對晶圓損傷小,又可以高效清洗晶圓的目的。
1‧‧‧噴嘴上部內芯
2‧‧‧噴嘴中部內芯
3‧‧‧密封圈A
4‧‧‧液體腔
5‧‧‧惰性氣體進氣口A
6‧‧‧佈風孔A
7‧‧‧液體通道A
8‧‧‧噴嘴外殼
9‧‧‧惰性氣體進氣口B
10‧‧‧噴嘴下部內芯
11‧‧‧惰性氣體旋轉外環腔
12‧‧‧噴液口
13‧‧‧液體通道B
14‧‧‧惰性氣體旋轉內環腔
15‧‧‧惰性氣體空間A
16‧‧‧惰性氣體空間B
17‧‧‧佈風孔B
18‧‧‧進液孔
19‧‧‧法蘭盤
20‧‧‧支撐板
21‧‧‧密封圈B
22‧‧‧凹槽
23‧‧‧環形槽
24‧‧‧圓柱
25‧‧‧套筒
圖1為本發明的整體結構主視圖;圖2為圖1中的A-A剖視圖;圖3為本發明噴嘴中部內芯的立體結構示意圖之一;圖4為本發明噴嘴中部內芯的立體結構示意圖之二;圖5為本發明噴嘴中部內芯的結構主視圖;圖6為圖5中的B-B剖視圖;圖7為本發明噴嘴中部內芯的結構仰視圖;圖8為本發明噴嘴下部內芯的立體結構示意圖;
圖9為本發明噴嘴下部內芯的結構主視圖;圖10為本發明噴嘴下部內芯的結構仰視圖。
下面結合圖式對本發明作進一步詳述。
如圖1、圖2所示,本發明包括噴嘴外殼8及內芯,該內芯的部分或全部插設於噴嘴外殼8內,內芯上開設有液體通道、惰性氣體旋轉內環腔14及惰性氣體旋轉外環腔11,該惰性氣體旋轉內環腔14與惰性氣體旋轉外環腔11分別位於液體通道的內外兩側;惰性氣體旋轉內環腔14及惰性氣體旋轉外環腔11分別連通有相互獨立的惰性氣體空間,該惰性氣體空間開設於內芯上或由內芯與噴嘴外殼8內壁之間形成。
內芯上開設有用於連通惰性氣體空間與惰性氣體旋轉內環腔14以及用於連通惰性氣體空間與惰性氣體旋轉外環腔11的佈風孔,該惰性氣體空間內的惰性氣體藉由佈風孔呈旋轉狀向惰性氣體旋轉內環腔14及惰性氣體旋轉外環腔11內進氣,惰性氣體進入該惰性氣體旋轉內環腔14及惰性氣體旋轉外環腔11內的旋向相同或相反。
噴嘴外殼8上分別開設有向惰性氣體旋轉內環腔14及惰性氣體旋轉外環腔11通入惰性氣體的惰性氣體進氣口;由惰性氣體旋轉內環腔14及惰性氣體旋轉外環腔11噴出的惰性氣體對由液體通道噴出的液體在噴嘴外殼8的外部混合、進行霧化,晶圓表面藉由被霧化後的液體進行清洗。
本實施例的內芯分為噴嘴上部內芯1、噴嘴中部內芯2及噴嘴下部內芯10,該噴嘴中部內芯2容置於噴嘴外殼8內,噴嘴上部內芯1的一端(下端)插設於噴嘴外殼8的一端(上端)內、與噴嘴外殼8的一端螺紋連
接或過盈配合(本實施例為螺紋連接);並且,噴嘴上部內芯1的一端與噴嘴中部內芯2的一端(上端)密封抵接。
噴嘴外殼8另一端(下端)內部螺紋連接或過盈配合(本實施例為過盈配合)有噴嘴下部內芯10,該噴嘴下部內芯10位於噴嘴外殼8與噴嘴中部內芯2之間。
噴嘴下部內芯10的一端(上端)與噴嘴中部內芯2之間、另一端(下端)外側與噴嘴外殼8之間分別留有惰性氣體空間A15、惰性氣體空間B16,該噴嘴外殼8上分別開設有與惰性氣體空間A15和惰性氣體空間B16相連通的惰性氣體進氣口B9及惰性氣體進氣口A5。
噴嘴上部內芯1上沿軸向開設有液體通道A7,噴嘴中部內芯2一端(上端)內部設有位於液體通道A7下方、與液體通道A7連通的液體腔4,該噴嘴中部內芯2另一端(下端)與噴嘴下部內芯10另一端(下端)內側之間形成與液體腔4連通的液體通道B13,液體由液體通道A7進入,經液體腔4後由液體通道B13噴出。
噴嘴中部內芯2另一端(下端)內部設有惰性氣體旋轉內環腔14,該噴嘴中部內芯2上沿圓周方向均勻開設有多個連通於惰性氣體空間A15與惰性氣體旋轉內環腔14的佈風孔A6,惰性氣體空間A15內的惰性氣體藉由各佈風孔A6呈旋轉狀向惰性氣體旋轉內環腔14內進氣。
噴嘴下部內芯10另一端內外側之間設有惰性氣體旋轉外環腔11,該噴嘴下部內芯10上沿圓周方向均勻開設有多個連通於惰性氣體空間B16與惰性氣體旋轉外腔11的佈風孔B17,惰性氣體B16內的惰性氣體藉由各佈風孔B17呈旋轉狀向惰性氣體旋轉外環腔11內進氣。
惰性氣體旋轉內環腔14與惰性氣體旋轉外環腔11分別位於液體通道B13的內外兩側。
如圖3~7所示,噴嘴中部內芯2的一端(上端)分別設有凹槽22及環形槽23,該凹槽22內容置有與噴嘴上部內芯1一端(下端)密封抵接的密封圈A3,環形槽23中容置有與噴嘴外殼8內壁密封抵接的密封圈B21。
噴嘴中部內芯2上設有法蘭盤19,該法蘭盤19的下表面沿圓周方向均佈有多個支撐板20,支撐板20與噴嘴下部內芯10一端(上端)內部開設的惰性氣體空間A15的底面抵接,法蘭盤19的外側面與噴嘴下部內芯10的內壁抵接。
噴嘴中部內芯2的另一端為圓柱24,該圓柱24內開設有惰性氣體旋轉內環腔14。
在噴嘴中部內芯2上沿圓周方向設有多個進液孔18,每個進液孔18的一端(上端)均與液體腔4連通,另一端與均液體通道B13連通。
每個進液孔18均位於相鄰兩佈風孔B17的中間。
如圖8~10所示,噴嘴下部內芯10呈階梯圓柱狀,上部的內部為惰性氣體空間A15,下部為套筒25,該套筒25外側為惰性氣體旋轉外環腔11,套筒25的內壁與噴嘴中部內芯2下端圓柱24的外表面之間形成液體通道B13。
本發明者佈風孔A6及佈風孔B17均呈「L」形,該「L」形的豎邊沿噴嘴中部內芯2、噴嘴下部內芯10的軸向開設,「L」形的橫邊沿噴嘴中部內芯2、噴嘴下部內芯10的徑向開設,且該「L」形的橫邊傾斜於「L」形的豎邊。
與惰性氣體旋轉外環腔11連通的各佈風孔B17的「L」形橫邊的傾斜方向均相同,與惰性氣體旋轉內環腔14連通的各佈風孔A6的「L」形橫邊的傾斜方向均相同,這兩個傾斜方向可相同也可不同;惰性氣體空間A15內的惰性氣體以順時針旋轉或逆時針旋轉向惰性氣體旋轉內環腔14內進氣,惰性氣體空間B16內的惰性氣體以順時針旋轉或逆時針旋轉向惰性氣體旋轉外環腔11內進氣,進而在液體通道B13的內外側環繞成雙螺紋惰性氣體出口。
雙旋噴嘴噴出端的端部為錐形結構。
本發明的惰性氣體進氣口A5及惰性氣體進氣口B9分別位於軸向截面的左右兩側,且分別藉由管路與惰性氣體源相連,並在每根管路上均設置了閥門,閥門藉由自動控制系統(本發明的自動控制系統為現有技術)精確控制惰性氣體的流量。
發明的雙旋噴嘴採用聚四氟乙烯材質。
本發明的雙旋噴嘴以小於90°的傾斜角度設置於晶圓的上方,也可垂直設置於晶圓上方;雙旋噴嘴距離晶圓表面的高度要小於或等於20mm。
液體通道A7內的液體流量小於1000ml/min,液體通道B13內的液體流量小於1000ml/min。
惰性氣體旋轉內環腔14及惰性氣體旋轉外環腔11內通入的惰性氣體的壓力為小於或等於1Mpa,流量小於500L/min。
清洗晶圓時,液體由液體通道A7的上端進入,流入液體腔4後,由與液體腔4連通的進液孔18流入液體通道B13,再由液體通道B13的下
端噴出。
藉由惰性氣體進氣口A5及惰性氣體進氣口B9分別向惰性氣體空間B16及惰性氣體空間A15內通入惰性氣體,惰性氣體空間A15與惰性氣體空間B16相對獨立,惰性氣體空間A15中的惰性氣體藉由各佈風孔A6後以順時針或逆時針的旋轉方向進入惰性氣體旋轉內環腔14,惰性氣體空間B16中的惰性氣體藉由各佈風孔B17後以順時針或逆時針的旋轉方向進入惰性氣體旋轉外環腔11,在液體通道B13的內外兩側呈環繞雙螺旋或同向螺旋狀噴出,並與噴液口12噴出的液體混合,液體被霧化後對晶圓的表面顆粒進行清洗。
1‧‧‧噴嘴上部內芯
2‧‧‧噴嘴中部內芯
3‧‧‧密封圈A
4‧‧‧液體腔
5‧‧‧惰性氣體進氣口A
6‧‧‧佈風孔A
8‧‧‧噴嘴外殼
9‧‧‧惰性氣體進氣口B
10‧‧‧噴嘴下部內芯
11‧‧‧惰性氣體旋轉外環腔
12‧‧‧噴液口
13‧‧‧液體通道B
14‧‧‧惰性氣體旋轉內環腔
15‧‧‧惰性氣體空間A
16‧‧‧惰性氣體空間B
17‧‧‧佈風孔B
18‧‧‧進液孔
21‧‧‧密封圈B
Claims (10)
- 一種晶圓表面顆粒清洗雙旋噴嘴,其包括一噴嘴外殼(8)及一內芯,該內芯的部分或全部插設於一噴嘴外殼(8)內,該內芯上開設有一液體通道、一惰性氣體旋轉內環腔(14)及一惰性氣體旋轉外環腔(11),該惰性氣體旋轉內環腔(14)與該惰性氣體旋轉外環腔(11)分別位於該液體通道的內外兩側;該惰性氣體旋轉內環腔(14)及該惰性氣體旋轉外環腔(11)分別連通有相互獨立的一惰性氣體空間,該惰性氣體空間開設於該內芯上或由該內芯與該噴嘴外殼(8)內壁之間形成;該內芯上開設有用於連通該惰性氣體空間與該惰性氣體旋轉內環腔(14)以及用於連通該惰性氣體空間與該惰性氣體旋轉外環腔(11)的一佈風孔,該惰性氣體空間內的惰性氣體藉由該佈風孔呈旋轉狀向該惰性氣體旋轉內環腔(14)及該惰性氣體旋轉外環腔(11)內進氣,惰性氣體進入該惰性氣體旋轉內環腔(14)及該惰性氣體旋轉外環腔(11)內的旋向相同或相反;該噴嘴外殼(8)上分別開設有向該惰性氣體旋轉內環腔(14)及該惰性氣體旋轉外環腔(11)通入惰性氣體的一惰性氣體進氣口;由該惰性氣體旋轉內環腔(14)及該惰性氣體旋轉外環腔(11)噴出的惰性氣體對由該液體通道噴出的液體在該噴嘴外殼(8)的外部混合、進行霧化,該晶圓表面藉由被霧化後的液體進行清洗。
- 如請求項1所述之晶圓表面顆粒清洗雙旋噴嘴,其中,與該惰性氣體旋轉外環腔(11)連通的該佈風孔以及與該惰性氣體旋轉內環腔(14)連通的該佈風孔均為多個,沿圓周方向均佈,每個該佈風孔均呈「L」形,該「L」形的豎邊沿該內芯的軸向開設,該「L」形的橫邊沿該內芯的徑向開設,且該「L」形的橫邊傾斜於該「L」形的豎邊。
- 如請求項2所述之晶圓表面顆粒清洗雙旋噴嘴,其中,與該惰性氣體旋轉外環腔(11)連通的各該佈風孔的該「L」形橫邊的傾斜方向均相同,與該惰性氣體旋轉內環腔(14)連通的各該佈風孔的該「L」形橫邊的傾斜方向均相同,該惰性氣體空間內的惰性氣體以順時針旋轉或逆時針旋轉向該惰性氣體旋轉外環腔(11)或該惰性氣體旋轉內環腔(14)內進氣。
- 如請求項1所述之晶圓表面顆粒清洗雙旋噴嘴,其中,該內芯分為一噴嘴上部內芯(1)、一噴嘴中部內芯(2)及一噴嘴下部內芯(10),該噴嘴中部內芯(2)容置於該噴嘴外殼(8)內,該噴嘴上部內芯(1)的一端與該噴嘴外殼(8)的一端相連,並與該噴嘴中部內芯(2)的一端密封抵接,該噴嘴外殼(8)另一端內部連接有該噴嘴下部內芯(10),該噴嘴下部內芯(10)位於該噴嘴外殼(8)與該噴嘴中部內芯(2)之間。
- 如請求項4所述之晶圓表面顆粒清洗雙旋噴嘴,其中,該噴嘴下部內芯(10)的一端與該噴嘴中部內芯(2)之間、另一端外側與該噴嘴外殼(8)之間分別留有一惰性氣體空間A(15)、一惰性氣體空間B(16),該噴嘴外殼(8)上分別開設有與該惰性氣體空間A(15)和該惰性氣體空間B(16)相連通的一惰性氣體進氣口B(9)及一惰性氣體進氣口A(5);該噴嘴上部內芯(1)上開設有一液體通道A(7),該噴嘴中部內芯(2)一端內部設有與該液體通道A(7)連通的一液體腔(4),該噴嘴中部內芯(2)另一端與該噴嘴下部內芯(10)另一端內側之間形成與該液體腔(4)連通的一液體通道B(13),液體由該液體通道A(7)進入,經該液體腔(4)後由該液體通道B(13)噴出;該噴嘴中部內芯(2)另一端內部設有該惰性氣體旋轉內環腔(14),該噴嘴中部內芯(2)上開設有連通於該惰性氣體空間A(15)與該惰性氣體旋轉內環腔(14)的一佈風孔A(6),該惰性氣體空 間A(15)內的惰性氣體藉由該佈風孔A(6)呈旋轉狀向該惰性氣體旋轉內環腔(14)內進氣;該噴嘴下部內芯(10)另一端內外側之間設有該惰性氣體旋轉外環腔(11),該噴嘴下部內芯(10)上開設有連通於該惰性氣體空間B(16)與該惰性氣體旋轉外環腔(11)的一佈風孔B(17),該惰性氣體空間B(16)內的惰性氣體藉由該佈風孔B(17)呈旋轉狀向該惰性氣體旋轉外環腔(11)內進氣;該惰性氣體旋轉內環腔(14)與該惰性氣體旋轉外環腔(11)分別位於該液體通道B(13)的內外兩側。
- 如請求項5所述之晶圓表面顆粒清洗單旋噴嘴,其中,該噴嘴中部內芯(2)上設有一進液孔(18),該進液孔(18)的一端與該液體腔(4)連通,另一端與該液體通道B(13)連通。
- 如請求項6所述之晶圓表面顆粒清洗單旋噴嘴,其中,該進液孔(18)為多個,沿圓周方向均佈,每個該進液孔(18)均位於相鄰兩該佈風孔B(17)的中間。
- 如請求項4所述之晶圓表面顆粒清洗單旋噴嘴,其中,該噴嘴中部內芯(2)的一端分別設有一凹槽(22)及一環形槽(23),該凹槽(22)內容置有與該噴嘴上部內芯(1)一端密封抵接的一密封圈A(3),該環形槽(23)中容置有與該噴嘴外殼(8)內壁密封抵接的一密封圈B(21);該噴嘴中部內芯(2)上設有一法蘭盤(19),該法蘭盤(19)的下表面沿圓周方向均佈有多個支撐板(20),該支撐板(20)與該噴嘴下部內芯(10)抵接;該噴嘴中部內芯(2)的另一端為一圓柱(24),該圓柱(24)內開設有該惰性氣體旋轉內環腔(14)。
- 如請求項4所述之晶圓表面顆粒清洗單旋噴嘴,其中,該噴嘴下部內芯(10)呈階梯圓柱狀,上部的內部為一惰性氣體空間A(15),下部為一套筒(25), 該套筒(25)外側為該惰性氣體旋轉外環腔(11)。
- 如請求項4所述之晶圓表面顆粒清洗單旋噴嘴,其中,該噴嘴上部內芯(1)、該噴嘴中部內芯(2)、該噴嘴下部內芯(10)與該噴嘴外殼(8)之間螺紋連接或過盈配合。
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