专利名称：一种气液两相雾化清洗装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半导体晶片工艺技术领域，特别涉及一种气液两相雾化清洗装置。
背景技术：
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 %。进一步地统计显示，整个半导体器件制造中超过50%的损失量都是由表面污染、清洗不彻底造成的。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，将产生一个物理作用力。晶片表面沟槽中的杂质和污染物被液相流体腐蚀，溶解或悬浮于液相流体中，高速的冲击力及下方晶片的转动产生的离心力使液相流体离开晶片表面，同时将杂质和污染物带走，从而达到清洗效果，但是传统的工艺中杂质和污染物向液相流体主体的传递较差，影响了清洗的效率和效果，改善沟槽中杂质和污染物向液相流体的传递可以提高清洗效率和清洗效果。但是随着晶片图形的尺寸越来越小，高速喷射流体对图形的损害不能忽视。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。相比大液滴或连续的流体而言，纳米喷射技术的确能从一定程度上减小对图形的损害，但是喷射出来的雾状纳米液滴同样是以比较高的速度喷射到晶片上，如果这些高速的纳米液滴直接与图形接触，由于液滴尺寸小，更容易进入晶片特征尺寸的内部，可能会造成更深层次的损伤，并且喷射下来的流体并不都是垂直喷射落到晶片上的，这样斜入射的流体又会对图形的侧壁和边角造成更大的损伤。因此，促进杂质和污染物向液相流体主体的传递、减小雾化流体对晶片的破坏是现在亟待解决的问题。
实用新型内容(一)要解决的技术问题本实用新型要解决的技术问题是如何促进杂质和污染物向液相流体主体的传递，以提高清洗的效率和效果；如何减小雾化流体对晶片的破坏及节约液相流体。(二)技术方案为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种气液两相雾化清洗装置。本实用新型提供的气液两相雾化清洗装置包括气液两相雾化喷头，所述气液两相雾化喷头为双层夹套结构，包括喷嘴、旋转臂、气体导管、液体导管，所述喷嘴与旋转臂连接，所述气体导管和液体导管固定在旋转臂上，且气体导管和液体导管上均设有气动阀。其中，所述喷嘴与旋转臂是一体的或以螺旋结构、卡套结构方式连接。其中，所述旋转臂为中空结构。其中，所述液体导管位于旋转臂内部。液体导管上的气动阀个数为一个。其中，所述气体导管位于旋转臂内部。气体导管上的气动阀个数为一个。其中，所述喷嘴包括中心管路和外层套管，所述中心管路与液体导管相连或者液体导管出口端固定直接作为中心管路；所述外层套管与气体导管相连。其中，所述喷嘴有良好的密封性。其中，所述中心管路中是液相流体，可以是化学药液或超纯水等。其中，所述外层套管中是气相，可以是N2、CO2等。所述气液两相雾化清洗装置还包括液相流体的流量控制装置，所述液相流体的流量控制装置与液体导管的进液一端相连，所述液相流体的流量控制装置为并联结构，包括供液端管路、第一分支管路、第二分支管路和连接喷头端，所述供液端管路设置一个针阀，串联一个气动阀，之后连接两个并联分支管路，在第一分支管路设置一个气动阀，用于液相工艺的供液；第二分支管路依次串联一个针阀和一个气动阀，用于气液两相工艺供液，两分支管路汇合成一条管路，为连接喷头端，并设置回吸阀。在保证回吸阀稳定工作的条件下，同时关闭供液端管路上游的控制两条并联分支管路的气动阀，开启气体导管上的气动阀，开启外层套管中的N2能够作为N2工艺臂。S卩，可发挥N2工艺臂的功能，因此，本实用新型可以省去传统工艺的N2工艺臂。本实用新型所述的气液两相雾化清洗装置在清洗过程中，采用气液两相与单液相交替的工艺，当所述气液两相雾化清洗装置不包括液相流体的流量控制装置时，采用单液相工艺时，气液两相雾化喷头的气体导管的气动阀关闭，液体导管的气动阀开启；米用气液两相工艺时，同时开启气体导管和液体导管的气动阀。当气液两相同时开启时，所述外层套管中的气相对所述中心管路中的液相产生环向剪切作用，可促使所述中心管路中的液体雾化，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，可加快晶片沟槽中杂质和污染物的液相流体的扩散和传递。将液相流体的流量控制在一个较小值，即能达到减小流体对晶片的冲击和节约液相流体的目的。喷嘴中喷射的雾状流体冲洗晶片表面，形成了一层晶片表层液面，该过程中增加了垂直于晶片沟槽的物理力，促进晶片沟槽中杂质和污染物向雾状流体的传递，提高了清洗的效率和效果。工艺过程开始，喷嘴从晶片一端边缘进入，采用单液相工艺冲洗，直到经过晶片中心，换为气液两相工艺喷射冲洗，将晶片沟槽中的杂质和污染物赶到晶片边缘，待喷嘴到达晶片另一端边缘，再次换为单液相工艺冲洗，喷嘴返回晶片中心后，换为气液两相工艺喷射冲洗，再次到达晶片边缘，换为单液相工艺冲洗，如此往复进行清洗。但是,气液两相流体冲洗晶片表面,动能增大,对图形结构形成冲击，当所述气液两相雾化清洗装置包括液相流体的流量控制装置时，本实用新型通过液相流体的流量控制装置来降低液相流量，由于雾化流体的质量小，对晶片表面结构的冲击力小，保护图形结构不被损坏。[0027]本实用新型所述的气液两相雾化清洗装置在清洗过程中，采用气液两相与单液相交替的工艺，其中，中心管路中液体流量通过前述液相流体的流量控制装置来控制:采用单液相工艺时，所述流量控制装置的第二分支管路气动阀关闭，第一分支管路气动阀开启，流量由供液端管路的针阀控制，所述气液两相雾化喷头的气体导管的气动阀关闭，液体导管的气动阀开启；采用气液两相工艺时，液相流体的流量降低为适当值，通过控制液相流量来调整雾状流体，所述流量控制装置的第一分支管路的气动阀关闭，第二分支管路气动阀和针阀开启，流量由第二分支管路的针阀控制，同时，开启所述气液两相雾化喷头气体导管和液体导管的气动阀，即开启外层套管中的N2。工艺过程开始，喷嘴从晶片一端边缘进入，采用单液相工艺冲洗，直到经过晶片中心，换为气液两相工艺喷射冲洗，将晶片表面杂质和污染物赶到晶片边缘，待喷嘴到达晶片另一端边缘，再次换为单液相工艺冲洗，喷嘴返回晶片中心后，换为气液两相工艺喷射冲洗，再次到达晶片边缘，换为单液相工艺冲洗，如此往复进行清洗。(三)有益效果(I)本实用新型的气液两相雾化清洗装置包括气液两相雾化喷头，清洗过程中采用气液两相与单液相交替的工艺，该过程中增加了垂直于晶片沟槽的物理力，促进晶片沟槽中杂质和污染物向液相流体主体的传递，提高了清洗的效率和效果，同时，有利于节约液相流体。(2)本实用新型通过液相流体的流量控制装置来降低液相流量，采用雾化流体冲洗晶片表面，由于雾化流体的质量小，对晶片表面结构的冲击力小，减少了对晶片的破坏。(3)本实用新型中闻动能的气液两相流体由晶片中心推向边缘，有利于将杂质和污染物带出晶片表面，同时可以减少因液滴溅射带来的污染。(4)本实用新型的气液两相雾化清洗装置在清洗过程中采用液相与气液两相工艺交替进行，既有助于保持晶片表面的液膜厚度，又可促进表面液膜的扰动，有利于传递的进行。(5)本实用新型由传统的化学药液臂、超纯水臂和N2臂三条工艺臂，减少为化学药液臂和超纯水臂两条。
图1是本实用新型实施例的气液两相雾化清洗装置的结构示意图；图2是本实用新型实施例的液相流体的流量控制装置的结构示意图；图3是喷嘴中外层套管中的气相对中心管路中液相的环向剪切作用示意图；图4是本实用新型实施例的装置清洗时的晶片表面示意图；图5是本实用新型实施例的气液两相与单液相交替工艺的示意图。图中，1:旋转臂；2:气体导管；3:液体导管；4:喷嘴；5:中心管路；6:外层套管；7:液体导管上的气动阀；8:气体导管上的气动阀；9:供液端管路；10:供液端管路针阀；11:供液端管路气动阀；12:第一分支管路；13:第一分支管路气动阀；14:第二分支管路；15:第二分支管路针阀；16:第二分支管路气动阀；17:连接喷头端；18:回吸阀；19:雾状流体；20:晶片表层液面；21:晶片图形结构；22:晶片沟槽中的杂质和污染物；51:中心管路中的液相；61:外层套管中的气相；23:嗔嘴运动轨迹；24:晶片；25:经过晶片中心后到晶片边缘的气液两相工艺；26:从晶片边缘到晶片中心的单液相工艺。
具体实施方式
以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。实施例1如图1所示，本实用新型提供的气液两相雾化清洗装置包括气液两相雾化喷头，所述气液两相雾化喷头为双层夹套结构，包括喷嘴4、旋转臂1、气体导管2、液体导管3，所述喷嘴4与旋转臂I连接，所述气体导管2和液体导管3固定在旋转臂I上。其中，所述喷嘴4与旋转臂I是一体的或以螺旋结构、卡套结构方式连接。其中，所述旋转臂I为中空结构。其中，所述液体导管3位于旋转臂I内部；液体导管3上设有一个气动阀7。其中，所述气体导管2位于旋转臂I内部；气体导管2上设有一个气动阀8。其中，所述喷嘴4包括中心管路5和外层套管6，所述中心管路5与液体导管3相连或者液体导管3出口端固定直接作为中心管路5 ;所述外层套管6与气体导管2相连。其中，所述喷嘴4有良好的密封性。其中，所述中心管路5中是液相流体，可以是化学药液或超纯水等。其中，所述外层套管6中是气相，可以是N2、CO2等。实施例2本实用新型的气液两相雾化清洗装置还包括液相流体的流量控制装置，所述液相流体的流量控制装置与液体导管3进液的一端相连，如图2所示，所述液相流体的流量控制装置为并联结构，包括供液端管路9、第一分支管路12、第二分支管路14和连接喷头端17,所述供液端管路9设置一个供液端管路针阀10，串联一个供液端管路气动阀11，之后连接两个并联分支管路，在第一分支管路12设置一个第一分支管路气动阀13，用于液相工艺的供液；第二分支管路14依次串联一个第二分支管路针阀15和一个第二分支管路气动阀16，用于气液两相工艺供液，两分支管路汇合成一条管路，为连接喷头端17，并设置回吸阀18。在保证回吸阀18稳定工作的条件下，同时关闭供液端管路9上游的控制两条并联分支管路的气动阀11，开启气体导管2上的气动阀8，开启外层套管6中的N2能够作为N2工艺臂。即，可发挥N2工艺臂的功能，因此，本实用新型可以省去传统工艺的N2工艺臂。实施例3本实用新型所述的气液两相雾化清洗装置采用气液两相与单液相交替的工艺，当所述气液两相雾化清洗装置不包括液相流体的流量控制装置时，采用单液相工艺时，气液两相雾化喷头的气体导管2的气动阀8关闭,液体导管3的气动阀7开启；米用气液两相工艺时，同时开启气体导管2的气动阀8和液体导管3的气动阀7。当气液两相同时开启时，同时开启气体导管2的气动阀8和液体导管3的气动阀7，如图3所示，所述外层套管6中的气相61对所述中心管路5中的液相51产生环向剪切作用，可促使所述中心管路5中的液相51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，可加快晶片沟槽中杂质和污染物的液相流体的扩散和传递。如图4所示，喷嘴4中喷射的雾状流体19冲洗晶片表面，形成了一层晶片表层液面20，该过程中增加了垂直于晶片沟槽的物理力，促进晶片沟槽中杂质和污染物22向雾状流体19的传递，提高了清洗的效率和效果。将液相流体的流量控制在一个较小值，即能达到减小流体对晶片图形结构21的冲击和节约液相流体的目的。如图5所示，本实用新型的清洗方法采用经过晶片中心后到晶片边缘的气液两相工艺25与从晶片边缘到晶片中心的单液相工艺26交替的方法，喷嘴4的运动轨迹23，避免了雾化的小液滴容易在晶片24表面干燥形成水痕的问题，其中，工艺过程开始，喷嘴4从晶片24 —端边缘进入，采用单液相工艺26冲洗，直到经过晶片24中心，换为气液两相工艺25喷射冲洗，将晶片24沟槽中的杂质和污染物赶到晶片24边缘，待喷嘴4到达晶片24另一端边缘，再次换为单液相工艺26冲洗，喷嘴4返回晶片24中心后，换为气液两相工艺25喷射冲洗，再次到达晶片24边缘，换为单液相工艺26冲洗，如此往复进行清洗。实施例4当所述气液两相雾化清洗装置包括液相流体的流量控制装置时，本实用新型通过液相流体的流量控制装置来降低液相流量，由于雾化流体的质量小，对晶片图形结构的冲击力小，减少了对晶片的破坏。本实用新型所述的气液两相雾化清洗装置在清洗过程中，采用气液两相与单液相交替的工艺，其中，中心管路5中液体流量通过前述液相流体的流量控制装置来控制:采用单液相工艺时，所述流量控制装置的第二分支管路14的气动阀16关闭，第一分支管路12的气动阀13开启，流量由供液端管路9的针阀10控制，所述气液两相雾化喷头的气体导管2的气动阀8关闭，液体导管3的气动阀7开启；采用气液两相工艺时，液相流体的流量降低为适当值，通过控制液相流量来调整雾状流体，所述流量控制装置的第一分支管路12的气动阀13关闭，第二分支管路14的气动阀16和针阀15开启，流量由第二分支管路14的针阀15控制，同时，开启所述气液两相雾化喷头气体导管2的气动阀8和液体导管3的气动阀7，开启外层套管6中的N2。如图5所示，本实用新型的清洗方法采用经过晶片中心后到晶片边缘的气液两相工艺25与从晶片边缘到晶片中心的单液相工艺26交替的方法，喷嘴4的运动轨迹23，避免了雾化的小液滴容易在晶片24表面干燥形成水痕的问题，其中，工艺过程开始，喷嘴4从晶片24 —端边缘进入，采用单液相工艺26冲洗，直到经过晶片24中心，换为气液两相工艺25喷射冲洗，将晶片24沟槽中的杂质和污染物赶到晶片24边缘，待喷嘴4到达晶片24另一端边缘，再次换为单液相工艺26冲洗，喷嘴4返回晶片24中心后，换为气液两相工艺25喷射冲洗，再次到达晶片24边缘，换为单液相工艺26冲洗，如此往复进行清洗。上述清洗方法可以用上述气液两相雾化清洗装置或结构类似的装置来实现。以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求1.一种气液两相雾化清洗装置，其特征在于，所述装置包括气液两相雾化喷头，所述气液两相雾化喷头为双层夹套结构，包括喷嘴、旋转臂、气体导管、液体导管，所述喷嘴与旋转臂连接，所述气体导管和液体导管固定在旋转臂上，且气体导管和液体导管上均设有气动阀。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷嘴与旋转臂是一体的或以螺旋结构、卡套结构方式连接。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旋转臂为中空结构。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述液体导管位于旋转臂内部。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述液体导管上的气动阀个数为I个。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体导管位于旋转臂内部。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述气体导管上的气动阀个数为I个。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述喷嘴包括中心管路和外层套管，所述中心管路与液体导管相连或者液体导管出口端固定直接作为中心管路；所述外层套管与气体导管相连。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述中心管路中是液相流体，所述外层套管中是气相。
10.根据权利要求1至9任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括液相流体的流量控制装置，所述液相流体的流量控制装置与液体导管的进液一端相连，所述液相流体的流量控制装置为并联结构，包括供液端管路、第一分支管路、第二分支管路和连接喷头端，所述供液端管路设置一个针阀，串联一个气动阀，之后连接两个并联分支管路，在第一分支管路设置一个气动阀；第二分支管路依次串联一个针阀和一个气动阀，两分支管路汇合成一条管路，为连接喷头端，并设置回吸阀。
专利摘要本实用新型公开了一种气液两相雾化清洗装置，涉及半导体晶片工艺技术领域，所述装置包括气液两相雾化喷头，所述气液两相雾化喷头为双层夹套结构，包括喷嘴、旋转臂、气体导管、液体导管，所述喷嘴与旋转臂连接，所述气体导管和液体导管固定在旋转臂上，且气体导管和液体导管上均设有气动阀。本实用新型的气液两相雾化清洗装置在清洗过程中增加了垂直于晶片沟槽的物理力，促进晶片沟槽中杂质和污染物向液相流体主体的传递，提高了清洗的效率和效果；同时本实用新型通过液相流体的流量控制装置来降低液相流量，采用雾化流体冲洗晶片表面，减少了对晶片的破坏。
文档编号B08B7/04GK203002704SQ20122065391
公开日2013年6月19日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者苏宇佳, 吴仪 申请人:北京七星华创电子股份有限公司