一种具有气体保护的二相流雾化喷射清洗装置及清洗方法_2

文档序号:9752594阅读:来源:国知局
可以不同。[0033 ]优选地,所述清洗液体包括DHF或超纯水。
[0034]优选地,所述进气管路和保护气体入口通入的气体可以相同、也可以不同。
[0035]优选地,所述气体包括氮气、氩气或二氧化碳。
[0036]优选地,使所述保护气体朝向晶圆边缘的落点方向喷射。
[0037]优选地,使所述保护气体朝向晶圆边缘I?5cm的落点方向喷射。
[0038]优选地,根据所需清洗的晶圆直径调整所述保护气体的喷射角度及流量。
[0039]优选地,在干燥阶段,通过喷淋臂的带动,将清洗装置固定在晶圆中心上方或作过晶圆圆心的圆弧往复运动来喷射干燥气体及保护气体。
[0040]本发明具有以下优点:
[0041 ] 1、通过由液体导向出口和气体导向出口形成的雾化喷嘴结构,使其喷射的高速液体流与高速气体流产生充分地相互作用,并可通过调整管路流量,来形成颗粒尺寸均一、可调的超微雾化液滴,可大大缩小雾化颗粒尺寸,减小其具有的能量,避免对晶圆表面图形结构造成损伤;当雾化颗粒导向出口具有拉瓦尔喷管结构时,可在进气管路和进液管路保持流量不变的情况下,使从装置末端出口射出的雾化颗粒具有更高的速度,以提高清洗效率。
[0042]2、当雾化颗粒导向出口具有竖直内壁结构时,通过雾化颗粒导向出口产生的垂直导向作用,在工艺过程中可使气流方向与晶圆表面相垂直,促进表面沟槽图形中的杂质向流体主体的传递,提高清洗的效率,改善清洗效果,并可减少雾化颗粒对晶圆表面图形结构的横向剪切力,防止晶圆表面图形结构的损伤;同时,有利于节约清洗液体。
[0043]3、可形成尺寸均一、可调的雾化颗粒冲洗晶圆表面,由于雾化颗粒的质量小,而且还可使晶圆表面预先存在一层由液体清洗管路以大流量喷射形成的清洗液体薄膜,从而可减少对晶圆表面结构的冲击力,并可减少对晶圆表面图形结构的损伤;同时,可利用雾化颗粒撞击清洗液体薄膜时产生的冲击波作用于颗粒污染物上,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。
[0044]4、在进行二相流雾化喷射清洗过程中,保护气体从保护气体出口倾斜喷出,在晶圆上方形成气体保护,可防止晶圆与腔室空气中的氧气反应;在干燥过程中,二相流雾化喷嘴的进液管路关闭,进气管路和保护气体出口保持开启,起到了对晶圆中心及边缘整体表面快速进行干燥的目的,可代替单独喷射干燥气体进行干燥的现有喷淋臂形式,使清洗设备腔室结构得以简单化。
【附图说明】
[0045]图1是本发明较佳实施例一中的一种具有气体保护的二相流雾化喷射清洗装置结构示意图;
[0046]图2是图1中气液导向部件的结构放大图;
[0047]图3是本发明较佳实施例二中的一种具有气体保护的二相流雾化喷射清洗装置结构示意图;
[0048]图4是本发明较佳实施例三中的一种具有气体保护的二相流雾化喷射清洗装置外形结构示意图;
[0049]图5-图6是本发明较佳实施例四中的一种具有气体保护的二相流雾化喷射清洗装置位于清洗腔内时的结构示意图;
[0050]图7是清洗过程中喷淋臂的运动轨迹示意图。
【具体实施方式】
[0051]下面结合附图,对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0052]需要说明的是,在下述的【具体实施方式】中,在详述本发明的实施方式时,为了清楚地表示本发明的结构以便于说明,特对附图中的结构不依照一般比例绘图,并进行了局部放大、变形及简化处理,因此,应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
[0053]在以下本发明的【具体实施方式】中,请参阅图1,图1是本发明较佳实施例一中的一种具有气体保护的二相流雾化喷射清洗装置结构示意图。如图1所示,本发明的具有气体保护的二相流雾化喷射清洗装置,可用于对放置在清洗腔内旋转平台上的晶圆进行雾化清洗及干燥,所述清洗装置包括:喷嘴主体3、进液管路2和进气管路1、位于喷嘴主体下端的雾化颗粒导向出口 7,以及围绕设于主体下部的气体保护单元8几个主要部分。其中喷嘴主体3的横截面形状可包括圆形、三角形或多边形,以及扇形、长条形等,本发明不作限定。
[0054]请继续参阅图1。在喷嘴主体3内部设有液体管路4,环绕液体管路设有气体管路5。所述进液管路2可由喷嘴主体3的上端面中部进入喷嘴主体内连通液体管路4,所述进气管路I对应可由喷嘴主体3的上端侧部进入喷嘴主体内连通气体管路5。进液管路2和进气管路I分别用于通入清洗液体、气体。在喷嘴主体下端、即位于液体管路4和气体管路5下方设有气液导向部件6,用于将液体管路4中的清洗液体和气体管路5中的清洗气体导出并形成雾化颗粒,然后经雾化颗粒导向出口 7向下喷向晶圆表面。雾化颗粒导向出口 7围绕设于气液导向部件6下方,其具有图示的拉瓦尔(Laval)喷管结构7-1至7-3,或者也可具有竖直的内壁结构(参见图3)。
[0055]请参阅图2,图2是图1中气液导向部件的结构放大图。以具有圆形横截面的喷嘴主体为例,如图2所示,气液导向部件6以一定对称关系水平设有连通液体管路的多路液体分流管路6-1,例如在本实施例中,所述气液导向部件的多路液体分流管路6-1以液体管路下端4-1为共同连通点,并按均匀的辐条状设置;各液体分流管路6-1之间具有连通气体管路的出气网板6-2,例如在本实施例中,相邻液体分流管路之间形成扇形的出气网板6-2 ;出气网板垂直设有密布的多数个气体导向出口 6-4,沿各液体分流管路设有与喷嘴主体垂直轴线呈预设角度下倾的多数个液体导向出口6-3,例如在本实施例中,各液体分流管路的液体导向出口 6-3位于出气网板6-2下方,并朝向其对应一侧(图示为左侧)出气网板的气体导向出口 6-4方向向下倾斜设置。在实际制作时,可在所述液体分流管路6-1下端加工出一个与喷嘴主体的垂直轴线呈预设角度的下倾端面,然后将所述液体导向出口 6-3由该端面垂直引出即可。作为可选的实施方式,当上述预设角度在10?80°之间时,可具有较好的雾化颗粒形成效果;而当所述预设角度在30?60°之间时,可具有更好的雾化颗粒形成效果。多路液体分流管路也可按照其他适用的对称方式进行设置,例如鱼骨形、同心圆形等,只要满足各液体导向出口以一定预设角度朝向一侧的气体导向出口设置即可。
[0056]作为可选的实施方式,液体导向出口6-3和/或气体导向出口 6-4的截面形状可包括圆形、三角形、多边形等。优选地,所述液体导向出口和/或气体导向出口的圆形直径或三角形、多边形顶底高可为I?ΙΟΟΟμηι;进一步优选地,所述液体导向出口和/或气体导向出口的直径或顶底高可为200?400μπι。
[0057]为提高雾化颗粒从清洗装置末端射出的速度,可以对雾化颗粒导向出口7的结构进行优化,将雾化颗粒导向出口设计成为具有拉瓦尔喷管的结构,从而在进气管路和进液管路的流量保持不变的情况下,可使从装置末端出口射出的雾化颗粒具有更高的速度,以提高清洗效率。如图1所示,该拉瓦尔喷管结构自上而下依次包括收缩管7-1、窄喉7-2和扩张管7-3。
[0058]在拉瓦尔喷管的收缩管部分,气体运动遵循“截面小处流速大,截面大处流速小”的规律,因此气流不断被加速。达到窄喉时,气体的流速超过音速,而超音速的流体在扩张管部分运动时不再遵循上述规律,而是恰恰相反,截面越大,流速越快。因此,可以利用该原理,将雾化颗粒导向出口 7设计成具有拉瓦尔喷管的结构,来使从清洗装置射出的雾化颗粒具有更高的速度,以提高清洗效率,节约清洗所消耗的清洗药液和高压气体。
[0059]请参阅图3,图3是本发明较佳实施例二中的一种具有气体保护的二相流雾化喷射清洗装置结构示意图。如图3所示,作为不同的实施方式,雾化颗粒导向出口 7也可具有竖直的内壁结构7-4,其作用是使运动方向与喷嘴主体垂直轴向不平行的雾化颗粒撞击在雾化颗粒导向出口 7的侧壁7-4上,以保证所有到达晶圆表面液膜的雾化颗粒的运动方向垂直于晶圆,防止横向剪切力造成对晶圆表面图形结构的破坏。
[0060]请参阅图1或图3。气体保护单元8围绕设于主体3下部,其设有环绕雾化颗粒导向出口 7并朝向其外侧方向向下倾斜设置的保护气体出口 8-2,用于在晶圆上方形成气体保护层,将晶圆与腔室中的空气隔绝,防止晶圆中的硅与腔室空气中的氧气接触发生反应。为了在雾化颗粒导向出口 7周围形成一圈均匀的气体保护层,所述保护气体出口 8-2可为图示一圈水平均匀设置的气孔;或者,请参阅图4,图4是本发明较佳实施例三中的一种具有气体保护的二相流雾化喷射清洗装置外形结构示意图。如图4所示,以具有圆形横截面的喷嘴主体3为例,所述进液管路2由喷嘴主体3
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