[发明专利]气液两相雾化流量可控清洗装置及清洗方法

说明书

技术领域

本发明属半导体晶片工艺技术领域，具体为一种气液两相雾化清洗装置及清洗方法。

背景技术

在随着集成电路特征尺寸进入到深亚微米阶段，集成电路晶片制造工艺中所要求的晶片表面的洁净度越来越苛刻，为了保证晶片材料表面的洁净度，集成电路的制造工艺中存在数百道清洗工序，清洗工序占了整个制造过程的30％。

在清洗过程中，液相流体由位于晶片上方的喷头喷射于晶片上，喷射的液相以很高的流量冲击晶片时，产生一个物理作用力，传统的清洗喷射技术存在大尺寸液滴或是喷射流，对65纳米及其以下工艺的晶片表面的图形的损伤越显严重，同时液相流体的利用率较低，导致资源的极度浪费。为了减少对图形的损害，现在都在研究纳米喷射技术，即喷射出来的流体是雾状的，由许许多多的纳米级的液滴组成。喷头喷出的液滴，落在晶片表面，将晶片表面的图形结构上的杂质和污染物清洗掉。

在清洗工艺过程中，还出现了其他问题，例如：喷射药液腐蚀晶片表面，尤其对于单片清洗机，由于晶片旋转有径向的线速度差异，径向上两点角速度ω相同，线速度为rx·ω，离晶片圆心越近，线速度越小，清洗药液液膜越厚，药液滞留时间相对较长，容易造成晶片中心的腐蚀速率大于边缘，使腐蚀后的晶片表面形成中心凹陷的锅状。

如图1所示，晶片表面很容易出现中间薄，边缘厚的凹陷结构，而腐蚀均匀性差会严重影响晶片质量。因此，调整晶片径向不同位置的腐蚀速率，提高晶片的腐蚀均匀性成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明的目的是提供一种气液两相雾化清洗装置，并提供一种基于所述气液两相雾化清洗装置的清洗方法。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

本发明提供了一种气液两相雾化流量可控清洗装置，所述装置包括与旋转臂连接的气液两相雾化喷头，所述旋转臂带动所述气液两相雾化喷头在晶片边缘与晶片中心之间做往复运动；所述喷头包括气体主管路、液体支管路、压电晶体，所述气体主管路的下端外侧壁设有与其贴合的环形结构的压电晶体，所述液体支管路设在所述压电晶体的下方并与所述气体主管路相通；通过控制所述压电晶体的电压使所述压电晶体产生形变，从而控制所述气体主管路的孔径，改变所述气体主管路中气体的压力和流速。其中，所述喷头与所述旋转臂是一体的或以螺旋结构、卡套结构方式连接。

其中，所述气体主管路与所述压电晶体的接触面为向出气口收缩的锥形面。

其中，所述旋转臂为中空结构。

其中，所述液体支管路位于旋转臂内部。

其中，所述气体主管路位于旋转臂内部。

其中，所述气体主管路的孔径大于所述液体支管路的孔径。

其中，所述气体主管路中为气相，可以是N2、CO2等。

所述液体支管路中为液相流体，可以是化学药液或超纯水等。

本发明提供了一种气液两相雾化的清洗装置，该喷头产生雾化流体的工作原理为：当气体主管路中有高速气流时，气体主管路与液体支路连接处会形成负压，促使液体支管中的液体经过该区域会雾化，动能增大，增加了垂直于晶片沟槽的物理力，加强了对晶片沟槽的冲击，可加快晶片表面沟槽中杂质和污染物的液相流体的扩散和传递。

所述气液两相雾化清洗装置包括流量控制装置，通过在所述气体主管路的下端外侧壁设有与其贴合的环形结构的压电晶体，改变电压使压电晶体产生形变，所述气体支管路的孔径随压电晶体的形变而变大或变小。当气体主管路孔径变大时，这时气体主管路与液体支路的连接处的负压降低，喷头气液两相流体流速降低，流量变大，对晶片的腐蚀效率提高；当气体主管路孔径变小时，这时气体主管路与液体支路的连接处的负压上升，喷头气液两相流体流速加快，流量变小，对晶片的腐蚀效率降低。

本发明还提供了一种基于所述气液两相雾化流量可控清洗装置的清洗方法：

S1、提供待清洗的旋转晶片，所述喷头从晶片一端边缘开始工作；

S2、从晶片边缘到晶片中心过程中，控制压电晶体电压使气体主管路的孔径逐渐变小且流量逐渐降低；至晶片中心到晶片边缘过程中，控制压电晶体电压使气体主管路的孔径逐渐变大且流量逐渐升高；

S3、从晶片另一端边缘到晶片中心过程中，控制压电晶体电压使气体主管路的孔径逐渐变小且流量逐渐降低；至晶片中心到晶片边缘过程中，控制压电晶体电压使气体主管路的孔径逐渐变大且流量逐渐升高；

S4、重复步骤S2至S3的清洗工艺，直至完成晶片腐蚀均匀。