專利名稱：一種氣液兩相霧化清洗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及半導(dǎo)體晶片工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氣液兩相霧化清洗裝置。
背景技術(shù)：
隨著集成電路特征尺寸進入到深亞微米階段，集成電路晶片制造工藝中所要求的晶片表面的潔凈度越來越苛刻，為了保證晶片材料表面的潔凈度，集成電路的制造工藝中存在數(shù)百道清洗工序，清洗工序占了整個制造過程的30 %。進一步地統(tǒng)計顯示，整個半導(dǎo)體器件制造中超過50%的損失量都是由表面污染、清洗不徹底造成的。在清洗過程中，液相流體由位于晶片上方的噴頭噴射于晶片上，噴射的液相以很高的流量沖擊晶片時，將產(chǎn)生一個物理作用力。晶片表面溝槽中的雜質(zhì)和污染物被液相流體腐蝕，溶解或懸浮于液相流體中，高速的沖擊力及下方晶片的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力使液相流體離開晶片表面，同時將雜質(zhì)和污染物帶走，從而達到清洗效果，但是傳統(tǒng)的工藝中雜質(zhì)和污染物向液相流體主體的傳遞較差，影響了清洗的效率和效果，改善溝槽中雜質(zhì)和污染物向液相流體的傳遞可以提高清洗效率和清洗效果。但是隨著晶片圖形的尺寸越來越小，高速噴射流體對圖形的損害不能忽視。傳統(tǒng)的清洗噴射技術(shù)存在大尺寸液滴或是噴射流，對65納米及其以下工藝的晶片表面的圖形的損傷越顯嚴重，同時液相流體的利用率較低，導(dǎo)致資源的極度浪費。為了減少對圖形的損害，現(xiàn)在都在研究納米噴射技術(shù)，即噴射出來的流體是霧狀的，由許許多多的納米級的液滴組成。噴頭噴出的液滴，落在晶片表面，將晶片表面的圖形結(jié)構(gòu)上的雜質(zhì)和污染物清洗掉。相比大液滴或連續(xù)的流體而言，納米噴射技術(shù)的確能從一定程度上減小對圖形的損害，但是噴射出來的霧狀納米液滴同樣是以比較高的速度噴射到晶片上，如果這些高速的納米液滴直接與圖形接觸，由于液滴尺寸小，更容易進入晶片特征尺寸的內(nèi)部，可能會造成更深層次的損傷，并且噴射下來的流體并不都是垂直噴射落到晶片上的，這樣斜入射的流體又會對圖形的側(cè)壁和邊角造成更大的損傷。因此，促進雜質(zhì)和污染物向液相流體主體的傳遞、減小霧化流體對晶片的破壞是現(xiàn)在亟待解決的問題。

實用新型內(nèi)容(一)要解決的技術(shù)問題本實用新型要解決的技術(shù)問題是如何促進雜質(zhì)和污染物向液相流體主體的傳遞，以提高清洗的效率和效果；如何減小霧化流體對晶片的破壞及節(jié)約液相流體。(二)技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種氣液兩相霧化清洗裝置。本實用新型提供的氣液兩相霧化清洗裝置包括氣液兩相霧化噴頭，所述氣液兩相霧化噴頭為雙層夾套結(jié)構(gòu)，包括噴嘴、旋轉(zhuǎn)臂、氣體導(dǎo)管、液體導(dǎo)管，所述噴嘴與旋轉(zhuǎn)臂連接，所述氣體導(dǎo)管和液體導(dǎo)管固定在旋轉(zhuǎn)臂上，且氣體導(dǎo)管和液體導(dǎo)管上均設(shè)有氣動閥。其中，所述噴嘴與旋轉(zhuǎn)臂是一體的或以螺旋結(jié)構(gòu)、卡套結(jié)構(gòu)方式連接。其中，所述旋轉(zhuǎn)臂為中空結(jié)構(gòu)。其中，所述液體導(dǎo)管位于旋轉(zhuǎn)臂內(nèi)部。液體導(dǎo)管上的氣動閥個數(shù)為一個。其中，所述氣體導(dǎo)管位于旋轉(zhuǎn)臂內(nèi)部。氣體導(dǎo)管上的氣動閥個數(shù)為一個。其中，所述噴嘴包括中心管路和外層套管，所述中心管路與液體導(dǎo)管相連或者液體導(dǎo)管出口端固定直接作為中心管路；所述外層套管與氣體導(dǎo)管相連。其中，所述噴嘴有良好的密封性。其中，所述中心管路中是液相流體，可以是化學(xué)藥液或超純水等。其中，所述外層套管中是氣相，可以是N2、CO2等。所述氣液兩相霧化清洗裝置還包括液相流體的流量控制裝置，所述液相流體的流量控制裝置與液體導(dǎo)管的進液一端相連，所述液相流體的流量控制裝置為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，包括供液端管路、第一分支管路、第二分支管路和連接噴頭端，所述供液端管路設(shè)置一個針閥，串聯(lián)一個氣動閥，之后連接兩個并聯(lián)分支管路，在第一分支管路設(shè)置一個氣動閥，用于液相工藝的供液；第二分支管路依次串聯(lián)一個針閥和一個氣動閥，用于氣液兩相工藝供液，兩分支管路匯合成一條管路，為連接噴頭端，并設(shè)置回吸閥。在保證回吸閥穩(wěn)定工作的條件下，同時關(guān)閉供液端管路上游的控制兩條并聯(lián)分支管路的氣動閥，開啟氣體導(dǎo)管上的氣動閥，開啟外層套管中的N2能夠作為N2工藝臂。S卩，可發(fā)揮N2工藝臂的功能，因此，本實用新型可以省去傳統(tǒng)工藝的N2工藝臂。本實用新型所述的氣液兩相霧化清洗裝置在清洗過程中，采用氣液兩相與單液相交替的工藝，當所述氣液兩相霧化清洗裝置不包括液相流體的流量控制裝置時，采用單液相工藝時，氣液兩相霧化噴頭的氣體導(dǎo)管的氣動閥關(guān)閉，液體導(dǎo)管的氣動閥開啟；米用氣液兩相工藝時，同時開啟氣體導(dǎo)管和液體導(dǎo)管的氣動閥。當氣液兩相同時開啟時，所述外層套管中的氣相對所述中心管路中的液相產(chǎn)生環(huán)向剪切作用，可促使所述中心管路中的液體霧化，動能增大，增加了垂直于晶片溝槽的物理力，加強了對晶片溝槽的沖擊，可加快晶片溝槽中雜質(zhì)和污染物的液相流體的擴散和傳遞。將液相流體的流量控制在一個較小值，即能達到減小流體對晶片的沖擊和節(jié)約液相流體的目的。噴嘴中噴射的霧狀流體沖洗晶片表面，形成了一層晶片表層液面，該過程中增加了垂直于晶片溝槽的物理力，促進晶片溝槽中雜質(zhì)和污染物向霧狀流體的傳遞，提高了清洗的效率和效果。工藝過程開始，噴嘴從晶片一端邊緣進入，采用單液相工藝沖洗，直到經(jīng)過晶片中心，換為氣液兩相工藝噴射沖洗，將晶片溝槽中的雜質(zhì)和污染物趕到晶片邊緣，待噴嘴到達晶片另一端邊緣，再次換為單液相工藝沖洗，噴嘴返回晶片中心后，換為氣液兩相工藝噴射沖洗，再次到達晶片邊緣，換為單液相工藝沖洗，如此往復(fù)進行清洗。但是,氣液兩相流體沖洗晶片表面,動能增大,對圖形結(jié)構(gòu)形成沖擊，當所述氣液兩相霧化清洗裝置包括液相流體的流量控制裝置時，本實用新型通過液相流體的流量控制裝置來降低液相流量，由于霧化流體的質(zhì)量小，對晶片表面結(jié)構(gòu)的沖擊力小，保護圖形結(jié)構(gòu)不被損壞。[0027]本實用新型所述的氣液兩相霧化清洗裝置在清洗過程中，采用氣液兩相與單液相交替的工藝，其中，中心管路中液體流量通過前述液相流體的流量控制裝置來控制:采用單液相工藝時，所述流量控制裝置的第二分支管路氣動閥關(guān)閉，第一分支管路氣動閥開啟，流量由供液端管路的針閥控制，所述氣液兩相霧化噴頭的氣體導(dǎo)管的氣動閥關(guān)閉，液體導(dǎo)管的氣動閥開啟；采用氣液兩相工藝時，液相流體的流量降低為適當值，通過控制液相流量來調(diào)整霧狀流體，所述流量控制裝置的第一分支管路的氣動閥關(guān)閉，第二分支管路氣動閥和針閥開啟，流量由第二分支管路的針閥控制，同時，開啟所述氣液兩相霧化噴頭氣體導(dǎo)管和液體導(dǎo)管的氣動閥，即開啟外層套管中的N2。工藝過程開始，噴嘴從晶片一端邊緣進入，采用單液相工藝沖洗，直到經(jīng)過晶片中心，換為氣液兩相工藝噴射沖洗，將晶片表面雜質(zhì)和污染物趕到晶片邊緣，待噴嘴到達晶片另一端邊緣，再次換為單液相工藝沖洗，噴嘴返回晶片中心后，換為氣液兩相工藝噴射沖洗，再次到達晶片邊緣，換為單液相工藝沖洗，如此往復(fù)進行清洗。(三)有益效果(I)本實用新型的氣液兩相霧化清洗裝置包括氣液兩相霧化噴頭，清洗過程中采用氣液兩相與單液相交替的工藝，該過程中增加了垂直于晶片溝槽的物理力，促進晶片溝槽中雜質(zhì)和污染物向液相流體主體的傳遞，提高了清洗的效率和效果，同時，有利于節(jié)約液相流體。(2)本實用新型通過液相流體的流量控制裝置來降低液相流量，采用霧化流體沖洗晶片表面，由于霧化流體的質(zhì)量小，對晶片表面結(jié)構(gòu)的沖擊力小，減少了對晶片的破壞。(3)本實用新型中聞動能的氣液兩相流體由晶片中心推向邊緣，有利于將雜質(zhì)和污染物帶出晶片表面，同時可以減少因液滴濺射帶來的污染。(4)本實用新型的氣液兩相霧化清洗裝置在清洗過程中采用液相與氣液兩相工藝交替進行，既有助于保持晶片表面的液膜厚度，又可促進表面液膜的擾動，有利于傳遞的進行。(5)本實用新型由傳統(tǒng)的化學(xué)藥液臂、超純水臂和N2臂三條工藝臂，減少為化學(xué)藥液臂和超純水臂兩條。

圖1是本實用新型實施例的氣液兩相霧化清洗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型實施例的液相流體的流量控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是噴嘴中外層套管中的氣相對中心管路中液相的環(huán)向剪切作用示意圖；圖4是本實用新型實施例的裝置清洗時的晶片表面示意圖；圖5是本實用新型實施例的氣液兩相與單液相交替工藝的示意圖。圖中，1:旋轉(zhuǎn)臂；2:氣體導(dǎo)管；3:液體導(dǎo)管；4:噴嘴；5:中心管路；6:外層套管；7:液體導(dǎo)管上的氣動閥；8:氣體導(dǎo)管上的氣動閥；9:供液端管路；10:供液端管路針閥；11:供液端管路氣動閥；12:第一分支管路；13:第一分支管路氣動閥；14:第二分支管路；15:第二分支管路針閥；16:第二分支管路氣動閥；17:連接噴頭端；18:回吸閥；19:霧狀流體；20:晶片表層液面；21:晶片圖形結(jié)構(gòu)；22:晶片溝槽中的雜質(zhì)和污染物；51:中心管路中的液相；61:外層套管中的氣相；23:嗔嘴運動軌跡；24:晶片；25:經(jīng)過晶片中心后到晶片邊緣的氣液兩相工藝；26:從晶片邊緣到晶片中心的單液相工藝。
具體實施方式
以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。實施例1如圖1所示，本實用新型提供的氣液兩相霧化清洗裝置包括氣液兩相霧化噴頭，所述氣液兩相霧化噴頭為雙層夾套結(jié)構(gòu)，包括噴嘴4、旋轉(zhuǎn)臂1、氣體導(dǎo)管2、液體導(dǎo)管3，所述噴嘴4與旋轉(zhuǎn)臂I連接，所述氣體導(dǎo)管2和液體導(dǎo)管3固定在旋轉(zhuǎn)臂I上。其中，所述噴嘴4與旋轉(zhuǎn)臂I是一體的或以螺旋結(jié)構(gòu)、卡套結(jié)構(gòu)方式連接。其中，所述旋轉(zhuǎn)臂I為中空結(jié)構(gòu)。其中，所述液體導(dǎo)管3位于旋轉(zhuǎn)臂I內(nèi)部；液體導(dǎo)管3上設(shè)有一個氣動閥7。其中，所述氣體導(dǎo)管2位于旋轉(zhuǎn)臂I內(nèi)部；氣體導(dǎo)管2上設(shè)有一個氣動閥8。其中，所述噴嘴4包括中心管路5和外層套管6，所述中心管路5與液體導(dǎo)管3相連或者液體導(dǎo)管3出口端固定直接作為中心管路5 ;所述外層套管6與氣體導(dǎo)管2相連。其中，所述噴嘴4有良好的密封性。其中，所述中心管路5中是液相流體，可以是化學(xué)藥液或超純水等。其中，所述外層套管6中是氣相，可以是N2、CO2等。實施例2本實用新型的氣液兩相霧化清洗裝置還包括液相流體的流量控制裝置，所述液相流體的流量控制裝置與液體導(dǎo)管3進液的一端相連，如圖2所示，所述液相流體的流量控制裝置為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，包括供液端管路9、第一分支管路12、第二分支管路14和連接噴頭端17,所述供液端管路9設(shè)置一個供液端管路針閥10，串聯(lián)一個供液端管路氣動閥11，之后連接兩個并聯(lián)分支管路，在第一分支管路12設(shè)置一個第一分支管路氣動閥13，用于液相工藝的供液；第二分支管路14依次串聯(lián)一個第二分支管路針閥15和一個第二分支管路氣動閥16，用于氣液兩相工藝供液，兩分支管路匯合成一條管路，為連接噴頭端17，并設(shè)置回吸閥18。在保證回吸閥18穩(wěn)定工作的條件下，同時關(guān)閉供液端管路9上游的控制兩條并聯(lián)分支管路的氣動閥11，開啟氣體導(dǎo)管2上的氣動閥8，開啟外層套管6中的N2能夠作為N2工藝臂。即，可發(fā)揮N2工藝臂的功能，因此，本實用新型可以省去傳統(tǒng)工藝的N2工藝臂。實施例3本實用新型所述的氣液兩相霧化清洗裝置采用氣液兩相與單液相交替的工藝，當所述氣液兩相霧化清洗裝置不包括液相流體的流量控制裝置時，采用單液相工藝時，氣液兩相霧化噴頭的氣體導(dǎo)管2的氣動閥8關(guān)閉,液體導(dǎo)管3的氣動閥7開啟；米用氣液兩相工藝時，同時開啟氣體導(dǎo)管2的氣動閥8和液體導(dǎo)管3的氣動閥7。當氣液兩相同時開啟時，同時開啟氣體導(dǎo)管2的氣動閥8和液體導(dǎo)管3的氣動閥7，如圖3所示，所述外層套管6中的氣相61對所述中心管路5中的液相51產(chǎn)生環(huán)向剪切作用，可促使所述中心管路5中的液相51霧化，動能增大，增加了垂直于晶片溝槽的物理力，加強了對晶片溝槽的沖擊，可加快晶片溝槽中雜質(zhì)和污染物的液相流體的擴散和傳遞。如圖4所示，噴嘴4中噴射的霧狀流體19沖洗晶片表面，形成了一層晶片表層液面20，該過程中增加了垂直于晶片溝槽的物理力，促進晶片溝槽中雜質(zhì)和污染物22向霧狀流體19的傳遞，提高了清洗的效率和效果。將液相流體的流量控制在一個較小值，即能達到減小流體對晶片圖形結(jié)構(gòu)21的沖擊和節(jié)約液相流體的目的。如圖5所示，本實用新型的清洗方法采用經(jīng)過晶片中心后到晶片邊緣的氣液兩相工藝25與從晶片邊緣到晶片中心的單液相工藝26交替的方法，噴嘴4的運動軌跡23，避免了霧化的小液滴容易在晶片24表面干燥形成水痕的問題，其中，工藝過程開始，噴嘴4從晶片24 —端邊緣進入，采用單液相工藝26沖洗，直到經(jīng)過晶片24中心，換為氣液兩相工藝25噴射沖洗，將晶片24溝槽中的雜質(zhì)和污染物趕到晶片24邊緣，待噴嘴4到達晶片24另一端邊緣，再次換為單液相工藝26沖洗，噴嘴4返回晶片24中心后，換為氣液兩相工藝25噴射沖洗，再次到達晶片24邊緣，換為單液相工藝26沖洗，如此往復(fù)進行清洗。實施例4當所述氣液兩相霧化清洗裝置包括液相流體的流量控制裝置時，本實用新型通過液相流體的流量控制裝置來降低液相流量，由于霧化流體的質(zhì)量小，對晶片圖形結(jié)構(gòu)的沖擊力小，減少了對晶片的破壞。本實用新型所述的氣液兩相霧化清洗裝置在清洗過程中，采用氣液兩相與單液相交替的工藝，其中，中心管路5中液體流量通過前述液相流體的流量控制裝置來控制:采用單液相工藝時，所述流量控制裝置的第二分支管路14的氣動閥16關(guān)閉，第一分支管路12的氣動閥13開啟，流量由供液端管路9的針閥10控制，所述氣液兩相霧化噴頭的氣體導(dǎo)管2的氣動閥8關(guān)閉，液體導(dǎo)管3的氣動閥7開啟；采用氣液兩相工藝時，液相流體的流量降低為適當值，通過控制液相流量來調(diào)整霧狀流體，所述流量控制裝置的第一分支管路12的氣動閥13關(guān)閉，第二分支管路14的氣動閥16和針閥15開啟，流量由第二分支管路14的針閥15控制，同時，開啟所述氣液兩相霧化噴頭氣體導(dǎo)管2的氣動閥8和液體導(dǎo)管3的氣動閥7，開啟外層套管6中的N2。如圖5所示，本實用新型的清洗方法采用經(jīng)過晶片中心后到晶片邊緣的氣液兩相工藝25與從晶片邊緣到晶片中心的單液相工藝26交替的方法，噴嘴4的運動軌跡23，避免了霧化的小液滴容易在晶片24表面干燥形成水痕的問題，其中，工藝過程開始，噴嘴4從晶片24 —端邊緣進入，采用單液相工藝26沖洗，直到經(jīng)過晶片24中心，換為氣液兩相工藝25噴射沖洗，將晶片24溝槽中的雜質(zhì)和污染物趕到晶片24邊緣，待噴嘴4到達晶片24另一端邊緣，再次換為單液相工藝26沖洗，噴嘴4返回晶片24中心后，換為氣液兩相工藝25噴射沖洗，再次到達晶片24邊緣，換為單液相工藝26沖洗，如此往復(fù)進行清洗。上述清洗方法可以用上述氣液兩相霧化清洗裝置或結(jié)構(gòu)類似的裝置來實現(xiàn)。以上實施方式僅用于說明本實用新型，而并非對本實用新型的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本實用新型的范疇，本實用新型的專利保護范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求1.一種氣液兩相霧化清洗裝置，其特征在于，所述裝置包括氣液兩相霧化噴頭，所述氣液兩相霧化噴頭為雙層夾套結(jié)構(gòu)，包括噴嘴、旋轉(zhuǎn)臂、氣體導(dǎo)管、液體導(dǎo)管，所述噴嘴與旋轉(zhuǎn)臂連接，所述氣體導(dǎo)管和液體導(dǎo)管固定在旋轉(zhuǎn)臂上，且氣體導(dǎo)管和液體導(dǎo)管上均設(shè)有氣動閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述噴嘴與旋轉(zhuǎn)臂是一體的或以螺旋結(jié)構(gòu)、卡套結(jié)構(gòu)方式連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)臂為中空結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述液體導(dǎo)管位于旋轉(zhuǎn)臂內(nèi)部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述液體導(dǎo)管上的氣動閥個數(shù)為I個。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述氣體導(dǎo)管位于旋轉(zhuǎn)臂內(nèi)部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述氣體導(dǎo)管上的氣動閥個數(shù)為I個。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述噴嘴包括中心管路和外層套管，所述中心管路與液體導(dǎo)管相連或者液體導(dǎo)管出口端固定直接作為中心管路；所述外層套管與氣體導(dǎo)管相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述中心管路中是液相流體，所述外層套管中是氣相。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括液相流體的流量控制裝置，所述液相流體的流量控制裝置與液體導(dǎo)管的進液一端相連，所述液相流體的流量控制裝置為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，包括供液端管路、第一分支管路、第二分支管路和連接噴頭端，所述供液端管路設(shè)置一個針閥，串聯(lián)一個氣動閥，之后連接兩個并聯(lián)分支管路，在第一分支管路設(shè)置一個氣動閥；第二分支管路依次串聯(lián)一個針閥和一個氣動閥，兩分支管路匯合成一條管路，為連接噴頭端，并設(shè)置回吸閥。
專利摘要本實用新型公開了一種氣液兩相霧化清洗裝置，涉及半導(dǎo)體晶片工藝技術(shù)領(lǐng)域，所述裝置包括氣液兩相霧化噴頭，所述氣液兩相霧化噴頭為雙層夾套結(jié)構(gòu)，包括噴嘴、旋轉(zhuǎn)臂、氣體導(dǎo)管、液體導(dǎo)管，所述噴嘴與旋轉(zhuǎn)臂連接，所述氣體導(dǎo)管和液體導(dǎo)管固定在旋轉(zhuǎn)臂上，且氣體導(dǎo)管和液體導(dǎo)管上均設(shè)有氣動閥。本實用新型的氣液兩相霧化清洗裝置在清洗過程中增加了垂直于晶片溝槽的物理力，促進晶片溝槽中雜質(zhì)和污染物向液相流體主體的傳遞，提高了清洗的效率和效果；同時本實用新型通過液相流體的流量控制裝置來降低液相流量，采用霧化流體沖洗晶片表面，減少了對晶片的破壞。
文檔編號B08B7/04GK203002704SQ20122065391
公開日2013年6月19日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者蘇宇佳, 吳儀 申請人:北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司