TWI718564B - 一種晶圓表面顆粒清洗裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明屬於晶圓清洗技術領域,特別是關於一種晶圓表面顆粒清洗裝置。包括二流體噴嘴及與二流體噴嘴連接的二流體噴嘴控制系統和二流體噴嘴移動系統,其特徵在於,二流體噴嘴上設有液體通道和環繞於液體通道的外側、用於惰性氣體通過的環腔,分別由液體通道和環腔噴出的液體和惰性氣體在二流體噴嘴的外部混合,液體被霧化後對晶圓的表面進行清洗;二流體噴嘴控制系統用於控制二流體噴嘴噴射液體和氣體的噴射性能;二流體噴嘴移動系統用於控制二流體噴嘴的移動。本發明採用二流體噴嘴,通過氣體壓力與液體流量的合理控制,從而達到既對晶圓損傷小,又可以高效清洗晶圓的目的。
Description
本發明屬於晶圓清洗技術領域,特別是關於一種晶圓表面顆粒清洗裝置。
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,基本上整個工藝中,每兩步就要做一次清洗,如果想得到較高良率幾乎每步工序都離不開清洗。隨著半導體工藝由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,清洗工藝難度也迅速增大,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。
針對上述問題,本發明的目的在於提供一種晶圓表面顆粒清洗裝置,以解決圖形結構晶圓表面,線寬減小,深寬比的增加,清洗工藝難度增大的問題。
為了實現上述目的,本發明採用以下技術方案:
一種晶圓表面顆粒清洗裝置,包括二流體噴嘴及與該二流體噴嘴連接的二流體噴嘴控制系統和二流體噴嘴移動系統,該二流體噴嘴上設有液體通道和環繞於該液體通道的外側、用於惰性氣體通過的環腔,分別由該液體通道和該環腔噴出的液體和惰性氣體在該二流體噴嘴的外部混合,液體被霧化後對晶圓的表面進行清洗;該二流體噴嘴控制系統用於控制二流體噴嘴噴射液體和氣體的噴射性能;該二流體噴嘴移動系統用於控制該二流體噴嘴的移動。
該二流體噴嘴包括噴嘴內芯及套設於該噴嘴內芯外側的噴嘴外殼,該噴嘴外殼與該噴嘴內芯之間形成該環腔,該噴嘴內芯上沿軸向設有該進液通道,該進液通道的末端為噴液口,該噴嘴外殼上設有與該環腔連通的惰性氣體進口,該環腔的末端設有環繞於該噴液口外側的環形噴氣口。
該環腔通過對稱設置的兩個隔板分隔為兩個半環腔,該惰性氣體進口為兩個、且分別與兩個該半環腔相連通。
兩個該隔板與該噴嘴內芯為一體式結構。
該噴嘴內芯的下端設有與該噴嘴外殼密封配合的密封頭,該密封頭的外圓周上分佈有多個布風槽,各該布風槽的兩端分別與該環腔和該環形噴氣口連通。
該密封頭為直徑大於該噴嘴內芯直徑的圓柱體,該圓柱體的下端為錐形結構,各該布風槽均沿軸向設置。
該噴嘴內芯與該噴嘴外殼螺紋連接,且通過密封圈密封。
該二流體噴嘴採用聚四氟乙烯材質,該二流體噴嘴的端部為 錐形結構。
該二流體噴嘴以0-80傾斜角度設置於晶圓的上方,該二流體噴嘴距離該晶圓表面的高度為0-10mm。
該液體通道內的液體流量小於800mL/min;該環腔內通入的惰性氣體的壓力為0-0.8Mpa,流量小於200L/min。
本發明的優點及有益效果是:本發明採用二流體噴嘴,通過氣體壓力與液體流量的合理控制,從而達到既對晶圓損傷小,又可以高效清洗晶圓的目的。
本發明遵循能量交換原理,將水打散等水滴,並且可以控制其大小和速度,即可以控制水滴能量,從而找到晶圓上被清洗物進行能量交換進行清洗。
1‧‧‧二流體噴嘴控制系統
2‧‧‧化學液管路
3‧‧‧惰性氣體管路
4‧‧‧二流體噴嘴
41‧‧‧噴嘴內芯
411‧‧‧驅動凸起
412‧‧‧外螺紋
413‧‧‧密封頭
414‧‧‧布風槽
42‧‧‧密封圈
43‧‧‧噴嘴外殼
44‧‧‧進液口
45‧‧‧液體通道
46‧‧‧惰性氣體進口
47‧‧‧環腔
48‧‧‧噴液口
49‧‧‧環形噴氣口
410‧‧‧隔板
5‧‧‧晶圓
6‧‧‧二流體噴嘴移動系統
7‧‧‧氣體和液體流向控制系統
8‧‧‧晶圓高速旋轉驅動裝置
圖1為本發明的結構示意圖;圖2為本發明中二流體噴嘴的結構示意圖;圖3為本發明中二流體噴嘴的透視圖;圖4為圖3的仰視圖;圖5為本發明中噴嘴內芯的結構示意圖;圖6為圖5的A-A剖視圖;圖7為圖5的B-B剖視圖;圖8a為本發明在化學液流量為100mL/min狀態下晶圓表面損傷趨勢和 顆粒去除率隨惰性氣體(N2)壓力變化的曲線圖(其中:a表示晶圓表面損傷趨勢;b表示顆粒去除率);圖8b為本發明在惰性氣體(N2)的壓力為0.5Mp狀態下晶圓表面損傷趨勢和顆粒去除率隨化學液流量變化的曲線圖(其中:a表示晶圓表面損傷趨勢;b表示顆粒去除率);圖8c為本發明在不同化學液流量下晶圓表面損傷趨勢隨惰性氣體(N2)的壓力變化的曲線圖(其中:a表示化學液流量為100mL/min;b表示化學液流量為200mL/min)。
為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚,下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述。
如圖1-2所示,一種晶圓表面顆粒清洗裝置,包括二流體噴嘴4及與二流體噴嘴4連接的二流體噴嘴控制系統1和二流體噴嘴移動系統6,二流體噴嘴4上設有液體通道45和環繞於液體通道45的外側、用於惰性氣體通過的環腔47,分別由液體通道45和環腔47噴出的液體和惰性氣體在二流體噴嘴4的外部混合,液體被霧化後對晶圓5的表面進行清洗;二流體噴嘴控制系統1用於控制二流體噴嘴4噴射液體和氣體的噴射性能;二流體噴嘴移動系統6用於控制二流體噴嘴4的移動。
如圖2-4所示,二流體噴嘴4包括噴嘴內芯41及套設於噴嘴內芯41外側的噴嘴外殼43,噴嘴外殼43與噴嘴內芯41之間形成環腔47,噴嘴內芯41上沿軸向設有進液通道45,進液通道45的末端為噴液口48, 噴嘴外殼43上設有與環腔47連通的惰性氣體進口46,環腔47的末端設有環繞於噴液口48外側的環形噴氣口49。
進一步地,如圖3所示,噴嘴內芯41通過外螺紋412與噴嘴外殼43的內壁螺紋連接,且通過密封圈42密封。進液通道45貫穿整個噴嘴內芯41的圓柱孔,沒有突然變徑的地方,避免氣泡的產生。
如圖3所示,環腔47通過對稱設置的兩個隔板410分隔為兩個半環腔,惰性氣體進口46為兩個、且分別與兩個半環腔相連通,雙側進氣保證氣流均勻,不產生擾流。通過隔板410使氣體分散均勻,避免進入環腔47後腔體單側流量過大,將氣流噴出過程中作用均勻。
如圖5所示,兩個隔板410與噴嘴內芯41為一體式結構,對稱設置於噴嘴內芯41的兩側。噴嘴內芯41的下端設有與噴嘴外殼43密封配合的密封頭413,密封頭413的外圓周上分佈有多個布風槽414,各布風槽414的兩端分別與環腔47和環形噴氣口49連通。
噴嘴內芯41的上端設有圓形的驅動凸起411,通過旋轉驅動凸起411,確保噴嘴內芯41可以順利進入噴嘴外殼43內。噴嘴內芯41的上端設有為噴嘴固定用限位裝置,使噴嘴安裝時迅速定位,快速安裝;限元裝置位於驅動凸起411的外側。
進一步地,如圖6-7所示,密封頭413為直徑大於噴嘴內芯41直徑的圓柱體,圓柱體的下端為錐形結構,各布風槽414均沿軸向設置,布風槽414將氣流按照規定的路徑匯出。
二流體噴嘴4採用聚四氟乙烯(PTFE)材質,利用該材料的耐腐蝕、疏水性及自潤滑特徵可以使該噴嘴應用於各類場合。二流體噴 嘴4的端部為錐形結構,錐形結構的設計為了防止水反濺到噴嘴上而不容易滑落。
二流體噴嘴4以0-80傾斜角度設置於晶圓5的上方,二流體噴嘴4距離晶圓5表面的高度為0-10mm。
工作時,液體通道45內的液體流量小於800mL/min;環腔47內通入的惰性氣體的壓力為0-0.8Mpa,流量小於200L/min,保證氣體與液體混合後的動能,壓力流量可以進行檢測及調節控制。
本發明遵循能量交換原理,將水打散成水滴並且可以控制其大小和速度,即可以控制水滴能量,從而找到晶圓上被清洗物進行能量交換進行清洗,氣液充分混合成為高動能液體進行清洗。
本發明的工作原理是:
將晶圓5通過高速旋轉驅動裝置8定位,同時進行低速旋轉,將二流體噴嘴4(Nanoscale Nozzle)通過二流體噴嘴移動系統6移動到距離晶圓5內側5至10mm的位置,將二流體噴嘴的化學液打開,化學液打開0至2s後將氣體(無污染惰性氣體均可,根據需要)注入,同時通過二流體噴嘴移動系統6將二流體噴嘴4穿越過整個晶圓5進行清洗,進行多次循環清洗。在清洗過程中,晶圓高速旋轉驅動裝置8要提速到晶圓5清洗過程中的中間轉速,清洗結束後晶圓旋轉驅動裝置8進行速度提升,高速旋轉將二流體噴嘴4擊打下來的顆粒及晶圓表面的液體甩掉甩乾。
本發明的一實施例中,晶圓高速旋轉驅動裝置8採用電機驅動,二流體噴嘴移動系統6採用二維移動平臺,二流體噴嘴控制系統1通過電磁閥控制供液管路中的液體流量和供氣管路中氣體流量。
圖8a為本發明在化學液流量為100mL/min狀態下晶圓表面損傷趨勢和顆粒去除率隨惰性氣體(N2)壓力變化的曲線圖,其中:a表示晶圓表面損傷趨勢;b表示顆粒去除率。
通過實驗總結出,當化學液流量保持一定時,惰性氣體壓力增大到一定程度後,對於晶圓表面損傷數量會增多,並且去除顆粒的效果提升非常小,優選地,惰性氣體的壓力為0-0.8Mpa。
圖8b為本發明在惰性氣體(N2)的壓力為0.5Mp狀態下晶圓表面損傷趨勢和顆粒去除率隨化學液流量變化的曲線圖,其中:a表示晶圓表面損傷趨勢;b表示顆粒去除率。
通過實驗總結出,當惰性氣體壓力一定時,提高化學液的流量對清洗效果無明顯幫助,對晶圓表面會造成更多的缺陷。優選地,化學液流量小於130mL/min。
圖8c為本發明在不同化學液流量下晶圓表面損傷趨勢隨惰性氣體(N2)的壓力變化的曲線圖,其中:a表示化學液流量為100mL/min;b表示化學液流量為200mL/min)。
通過實驗總結出,當壓力與流量同時升高到一定程度後,晶圓表面損傷大量增加。
本發明提供的一種晶圓表面顆粒清洗裝置,通過二流體噴嘴移動系統6將二流體噴嘴4移動到基板邊緣固定距離,通過二流體噴嘴4的單層或多層氣液分離通道,將高密度、高速液體撞擊到基板上,使其與基板顆粒動能交換,達到去除顆粒的清洗目的。二流體噴嘴4的噴出區域與噴嘴高度角度有關,為近似圓形區域; 本發明採用二流體噴嘴,通過氣體壓力與液體流量的合理控制,從而達到既對晶圓損傷小,又可以高效清洗晶圓的目的。
以上所述僅為本發明的實施方式,並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進、擴展等,均包含在本發明的保護範圍內。
41‧‧‧噴嘴內芯
42‧‧‧密封圈
43‧‧‧噴嘴外殼
44‧‧‧進液口
45‧‧‧液體通道
46‧‧‧惰性氣體進口
47‧‧‧環腔
48‧‧‧噴液口
49‧‧‧環形噴氣口
Claims (6)
- 一種晶圓表面顆粒清洗裝置,包括二流體噴嘴(4)及與該二流體噴嘴(4)連接的二流體噴嘴控制系統(1)和二流體噴嘴移動系統(6),其特徵在於,該二流體噴嘴(4)上設有液體通道(45)和環繞於該液體通道(45)的外側、用於惰性氣體通過的環腔(47),分別由該液體通道(45)和該環腔(47)噴出的液體和惰性氣體在該二流體噴嘴(4)的外部混合,液體被霧化後對晶圓(5)的表面進行清洗;該二流體噴嘴控制系統(1)用於控制二流體噴嘴(4)噴射液體和氣體的噴射性能;該二流體噴嘴移動系統(6)用於控制該二流體噴嘴(4)的移動;其中,該二流體噴嘴(4)包括噴嘴內芯(41)及套設於該噴嘴內芯(41)外側的噴嘴外殼(43),該噴嘴外殼(43)與該噴嘴內芯(41)之間形成該環腔(47),該噴嘴內芯(41)上沿軸向設有該進液通道(45),該進液通道(45)的末端為噴液口(48),該噴嘴外殼(43)上設有與該環腔(47)連通的惰性氣體進口(46),該環腔(47)的末端設有環繞於該噴液口(48)外側的環形噴氣口(49);其中,該環腔(47)通過對稱設置的兩個隔板(410)分隔為兩個半環腔,該惰性氣體進口(46)為兩個、且分別與兩個該半環腔相連通;其中,該噴嘴內芯(41)的下端設有與該噴嘴外殼(43)密封配合的密封頭(413),該密封頭(413)的外圓周上分佈有多個布風槽(414),各該布風槽(414)的兩端分別與該環腔(47)和該環形噴氣口(49)連通。
- 如請求項1所述的晶圓表面顆粒清洗裝置,其中,兩個該隔板(410)與該噴嘴內芯(41)為一體式結構。
- 如請求項1所述的晶圓表面顆粒清洗裝置,其中,該密封頭(413)為直 徑大於該噴嘴內芯(41)直徑的圓柱體,該圓柱體的下端為錐形結構,各該布風槽(414)均沿軸向設置。
- 如請求項1所述的晶圓表面顆粒清洗裝置,其中,該噴嘴內芯(41)與該噴嘴外殼(43)螺紋連接,且通過密封圈(42)密封。
- 如請求項1所述的晶圓表面顆粒清洗裝置,其中,該二流體噴嘴(4)採用聚四氟乙烯材質,該二流體噴嘴(4)的端部為錐形結構。
- 如請求項1所述的晶圓表面顆粒清洗裝置,其中,該液體通道(45)內的液體流量小於800mL/min;該環腔(47)內通入的惰性氣體的壓力為0-0.8Mpa,流量小於200L/min。
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