[发明专利]二氧化碳低温气溶胶半导体清洗设备

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术中的半导体硅片无水清洗技术领域，尤其 涉及一种二氧化碳低温气溶胶半导体清洗设备，利用低温二氧化碳气溶胶 与污染粒子相撞对硅片表面进行无水清洗。

背景技术

随着微电子技术的进步，芯片的集成度不断提高，元器件的尺度不断 缩小，相应地对硅片洁净度的要求也越来越高。因为硅片表面的残留污染 物和杂质会导致电路或器件结构失效，所以在制造过程中需要进行大量的 清洗。所谓清洗，是指在不破坏硅片表面电特性及器件结构的前提下，有 效去除各类污染。

在传统的清洗技术中，最终要使用大量高纯水进行冲洗，再用异丙醇 等干燥硅片表面。由此衍生出的问题是水资源的大量消耗、化学试剂引起 的芯片和环境的污染，以及干燥过程中气液界面的表面张力引起的微结构 粘连和颗粒吸附。而且受液体表面张力和粘度的限制，传统清洗技术无法 对微小孔隙进行有效的清洗。随着半导体技术向更小的工艺节点延伸，传 统清洗渐渐变得力不从心。

超临界态二氧化碳具有低粘度、高扩散性、低表面张力、亲有机性等 特点，可以深入微小孔隙进行清洗，避免了大量纯水的消耗和传统清洗技 术所需的后续处理(包括废液的处理和干燥等)，满足新一代硅片高深宽 比结构的要求，也大大减小了半导体工业对资源和环境的压力。但是超临 界二氧化碳对于颗粒沾污和高剂量粒子注入光刻胶后产生的碳化交联聚 合物外壳的处理能力是有限的。

因此，在超临界二氧化碳清洗设备的基础上开发二氧化碳低温气溶胶 清洗设备，不仅可以与超临界清洗技术兼容，同时改进对颗粒沾污和光刻 胶碳化硬壳的处理能力。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种二氧化碳低温气溶胶半导 体清洗设备，以克服硅片清洗的技术困难，解决传统清洗大量耗水、污染 环境、无法深入微小结构进行有效清洗以及湿法清洗后干燥时因气液界面 的张力引起的结构粘连和颗粒吸附等问题，并改善超临界二氧化碳无法有 效去除的光刻胶碳化外壳和颗粒污染，满足新一代半导体工艺的要求。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种二氧化碳低温气溶胶半导体清洗 设备，该设备包括二氧化碳预处理腔1、清洗腔2、分离腔4、二氧化碳循 环控制系统9和温度及压力控制系统10；二氧化碳在所述预处理腔1内进 入预设的温度和压力状态后，经清洗腔2内的喷嘴201上的狭缝喷槽205 出射，伴随液体流分裂蒸发冷却，形成幕状固态气胶团簇流；所述幕状二 氧化碳气胶流以一定角度入射到放置在可转硅片架3上的硅片表面，通过 动量转移，清除污染物颗粒，并由载流气体将颗粒带离清洗腔2，在分离 腔4中回收二氧化碳并处理清洗污物。

上述方案中，所述预处理腔1用于二氧化碳的预处理，固定在支座11 上，该预处理腔1内部装有温度传感器，外部由用于制冷的预处理腔换热 盘管5环绕包裹，腔室内部温度受温度控制系统10的控制，在不同的温 度下使二氧化碳达到不同程度的凝结。

上述方案中，所述清洗腔2固定在支座11上，该清洗腔2内部有气 溶胶喷嘴201、温度传感器202、压力传感器203和盛放待清洗硅片的硅 片架3，底部装有永磁体和轴承。

上述方案中，所述清洗腔2内部的温度及压力均受控制系统10的控 制，保证清洗过程所需的温度和真空度；所述清洗腔2外部由用于制冷的 清洗腔换热盘管6环绕包裹，下侧有用于加热的电阻丝。

上述方案中，所述气溶胶喷嘴201具有喷槽205，该喷槽205是宽0.2mm ×55mm的狭缝，自狭缝出射的二氧化碳低温气胶流为幕状，且所述幕状 气胶流所在平面与待清洗硅片表面成夹角可调，调整范围为45°～60°。

上述方案中，所述硅片架3为转动磁体支架，用于盛放不同规格的硅 片，并在磁场作用下，由轴承传动进行旋转。

上述方案中，所述分离腔4是实现二氧化碳与清洗废物分离的腔室， 固定在支座11上，二氧化碳在此全部气化后，经压缩机压缩后回二氧化 碳储罐，清洗废物则由带手动阀门8的管道排出清洗设备。

上述方案中，所述二氧化碳循环控制系统9用于实现整套设备的二氧 化碳循环控制工作，固定在支座10上，由液体二氧化碳储气罐和压缩机 构成，对二氧化碳进行压缩、散热和存储，同时完成预处理腔1、清洗腔 2和分离腔4的制冷任务，液体二氧化碳分别在清洗工作回路和制冷工作 回路中流动。