[实用新型]一种具有气体保护的二相流雾化喷射清洗装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体清洗设备技术领域，更具体地，涉及一种具有气 体保护的二相流雾化喷射清洗装置。

背景技术

随着半导体集成电路制造技术的高速发展，集成电路芯片的图形特征尺 寸已进入到深亚微米阶段，导致芯片上超细微电路失效或损坏的关键沾污物 (例如颗粒)的特征尺寸也随之大为减小。

在集成电路的制造工艺过程中，半导体晶圆通常都会经过诸如薄膜沉积、 刻蚀、抛光等多道工艺步骤。而这些工艺步骤就成为沾污物产生的重要场所。 为了保持晶圆表面的清洁状态，消除在各个工艺步骤中沉积在晶圆表面的沾 污物，必须对经受了每道工艺步骤后的晶圆表面进行清洗处理。因此，清洗 工艺成为集成电路制作过程中最普遍的工艺步骤，其目的在于有效地控制各 步骤的沾污水平，以实现各工艺步骤的目标。

为了清除晶圆表面的沾污物，在进行单片湿法清洗工艺时，晶圆将被放 置在清洗设备的旋转平台上，并受到安装在旋转平台上的多个夹持部件夹持， 夹持部件夹持着晶圆以进行高速旋转；同时,在晶圆的上方,清洗设备还设有 喷淋臂,可通过喷淋臂向晶圆表面喷射一定流量的清洗药液，对晶圆表面进行 清洗。

在通过清洗达到去除沾污物目的的同时，最重要的是要保证对晶圆、尤 其是对于图形晶圆表面图形的无损伤清洗。

随着集成电路图形特征尺寸的缩小，晶圆表面更小尺寸的沾污物的去除 难度也在不断加大。因此，很多新型清洗技术在清洗设备上也已得到较广泛 的应用。其中，在单片湿法清洗设备上，利用雾化清洗技术可以进一步改善 清洗工艺的效果。在雾化清洗过程中，雾化颗粒会对晶圆表面的液膜产生一 个冲击力，并在液膜中形成快速传播的冲击波。冲击波作用于颗粒污染物上 时，一方面可以加快污染物从晶圆表面脱离的过程；另一方面，冲击波会加 速晶圆表面清洗药液的流动速度，促使颗粒污染物更快地随着药液的流动而 被带离晶圆表面。

然而，目前常见的雾化清洗装置所产生的雾化颗粒尺寸较大，且雾化颗 粒所具有的能量也较高，当这些雾化清洗装置应用在65纳米及以下技术代的 晶圆清洗工艺中时，很容易造成表面图形损伤等问题。同时液相流体的利用 率较低，导致资源的极度浪费。

此外,在进行化学药液和超纯水清洗的过程中，晶圆表面材料更容易受 到损伤或发生一些化学反应。例如，在DHF清洗工艺中，先通过喷淋臂向晶 圆表面喷射DHF，将晶圆表面的自然氧化层完全腐蚀掉；然后喷射超纯水对 晶圆表面进行冲洗，将晶圆表面的残留药液和反应产物冲掉；最后，再通过 喷射氮气对晶圆表面进行干燥完成整个工艺过程。在这个过程中，晶圆表面 的裸硅材料与工艺腔室中的氧气非常容易发生反应，生成二氧化硅，导致晶 圆表面材料发生变化，对后续的工艺造成影响。因此，需要在工艺过程中， 对整个腔室中的氧气含量进行控制。

另一方面，在上述对晶圆进行氮气干燥的过程中，如果工艺控制的不好， 会在晶圆表面出现Watermark(水痕)缺陷。Watermark形成的主要机理是在 氮气干燥过程中，因干燥不完全而残余在晶圆表面的水中融入了与氧反应而 生成的SiO₂，并进一步形成H₂SiO₃或HSiO₃^-的沉淀。当晶圆表面的水挥发后， 这些沉淀即形成平坦状的水痕。此外，在上述清洗过程中，还经常出现晶圆 边缘棱上有液滴未干燥彻底的现象，这对于晶圆清洗质量也造成了一定的影 响。

为了减少对晶圆表面图形的损伤，需要进一步缩小喷射出的液体颗粒的 尺寸，并且更好地控制雾化颗粒的运动方向、运动速度、运动轨迹以及均匀 性等，以减小液体颗粒对图形侧壁和边角的损伤；同时，也需要对清洗工艺 环境进行优化改进，使晶圆在工艺过程中与氧气隔绝，防止晶圆表面硅材料 被氧化，并更好地实现整个晶圆范围的干燥，防止水痕缺陷的产生，提高清 洗质量和效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种具有 气体保护的二相流雾化喷射清洗装置，通过设计将气体保护与二相流雾化喷 射清洗结合起来的新喷嘴结构，不但可以有效解决造成晶圆图形侧壁和边角 损伤的问题，而且可以使晶圆在工艺过程中与氧气隔绝，防止晶圆表面硅材 料被氧化，并更好地实现整个晶圆范围的干燥，防止水痕缺陷的产生，提高 清洗质量和效率。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：