一種具有氣體保護(hù)的二相流霧化噴射清洗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及半導(dǎo)體清洗設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種具有氣體保護(hù)的二相流霧化噴射清洗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)的高速發(fā)展，集成電路芯片的圖形特征尺寸已進(jìn)入到深亞微米階段，導(dǎo)致芯片上超細(xì)微電路失效或損壞的關(guān)鍵沾污物(例如顆粒)的特征尺寸也隨之大為減小。
[0003]在集成電路的制造工藝過程中，半導(dǎo)體晶圓通常都會經(jīng)過諸如薄膜沉積、刻蝕、拋光等多道工藝步驟。而這些工藝步驟就成為沾污物產(chǎn)生的重要場所。為了保持晶圓表面的清潔狀態(tài)，消除在各個工藝步驟中沉積在晶圓表面的沾污物，必須對經(jīng)受了每道工藝步驟后的晶圓表面進(jìn)行清洗處理。因此，清洗工藝成為集成電路制作過程中最普遍的工藝步驟，其目的在于有效地控制各步驟的沾污水平，以實現(xiàn)各工藝步驟的目標(biāo)。
[0004]為了清除晶圓表面的沾污物，在進(jìn)行單片濕法清洗工藝時，晶圓將被放置在清洗設(shè)備的旋轉(zhuǎn)平臺上，并受到安裝在旋轉(zhuǎn)平臺上的多個夾持部件夾持，夾持部件夾持著晶圓以進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)；同時，在晶圓的上方，清洗設(shè)備還設(shè)有噴淋臂，可通過噴淋臂向晶圓表面噴射一定流量的清洗藥液，對晶圓表面進(jìn)行清洗。
[0005]在通過清洗達(dá)到去除沾污物目的的同時，最重要的是要保證對晶圓、尤其是對于圖形晶圓表面圖形的無損傷清洗。
[0006]隨著集成電路圖形特征尺寸的縮小，晶圓表面更小尺寸的沾污物的去除難度也在不斷加大。因此，很多新型清洗技術(shù)在清洗設(shè)備上也已得到較廣泛的應(yīng)用。其中，在單片濕法清洗設(shè)備上，利用霧化清洗技術(shù)可以進(jìn)一步改善清洗工藝的效果。在霧化清洗過程中，霧化顆粒會對晶圓表面的液膜產(chǎn)生一個沖擊力，并在液膜中形成快速傳播的沖擊波。沖擊波作用于顆粒污染物上時，一方面可以加快污染物從晶圓表面脫離的過程;另一方面，沖擊波會加速晶圓表面清洗藥液的流動速度，促使顆粒污染物更快地隨著藥液的流動而被帶離晶圓表面。
[0007]然而，目前常見的霧化清洗裝置所產(chǎn)生的霧化顆粒尺寸較大，且霧化顆粒所具有的能量也較高，當(dāng)這些霧化清洗裝置應(yīng)用在65納米及以下技術(shù)代的晶圓清洗工藝中時，很容易造成表面圖形損傷等問題。同時液相流體的利用率較低，導(dǎo)致資源的極度浪費。
[0008]此外，在進(jìn)行化學(xué)藥液和超純水清洗的過程中，晶圓表面材料更容易受到損傷或發(fā)生一些化學(xué)反應(yīng)。例如，在DHF清洗工藝中，先通過噴淋臂向晶圓表面噴射DHF，將晶圓表面的自然氧化層完全腐蝕掉;然后噴射超純水對晶圓表面進(jìn)行沖洗，將晶圓表面的殘留藥液和反應(yīng)產(chǎn)物沖掉;最后，再通過噴射氮氣對晶圓表面進(jìn)行干燥完成整個工藝過程。在這個過程中，晶圓表面的裸硅材料與工藝腔室中的氧氣非常容易發(fā)生反應(yīng)，生成二氧化硅，導(dǎo)致晶圓表面材料發(fā)生變化，對后續(xù)的工藝造成影響。因此，需要在工藝過程中，對整個腔室中的氧氣含量進(jìn)行控制。
[0009]另一方面，在上述對晶圓進(jìn)行氮氣干燥的過程中，如果工藝控制的不好，會在晶圓表面出現(xiàn)Watermark(水痕)缺陷。Watermark形成的主要機(jī)理是在氮氣干燥過程中，因干燥不完全而殘余在晶圓表面的水中融入了與氧反應(yīng)而生成的Si02，并進(jìn)一步形成H2Si03或HSi03—的沉淀。當(dāng)晶圓表面的水揮發(fā)后，這些沉淀即形成平坦?fàn)畹乃?。此外，在上述清洗過程中，還經(jīng)常出現(xiàn)晶圓邊緣棱上有液滴未干燥徹底的現(xiàn)象，這對于晶圓清洗質(zhì)量也造成了一定的影響。
[0010]為了減少對晶圓表面圖形的損傷，需要進(jìn)一步縮小噴射出的液體顆粒的尺寸，并且更好地控制霧化顆粒的運動方向、運動速度、運動軌跡以及均勻性等，以減小液體顆粒對圖形側(cè)壁和邊角的損傷；同時，也需要對清洗工藝環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，使晶圓在工藝過程中與氧氣隔絕，防止晶圓表面硅材料被氧化，并更好地實現(xiàn)整個晶圓范圍的干燥，防止水痕缺陷的產(chǎn)生，提高清洗質(zhì)量和效率。
【實用新型內(nèi)容】
[0011]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種具有氣體保護(hù)的二相流霧化噴射清洗裝置，通過設(shè)計將氣體保護(hù)與二相流霧化噴射清洗結(jié)合起來的新噴嘴結(jié)構(gòu)，不但可以有效解決造成晶圓圖形側(cè)壁和邊角損傷的問題，而且可以使晶圓在工藝過程中與氧氣隔絕，防止晶圓表面硅材料被氧化，并更好地實現(xiàn)整個晶圓范圍的干燥，防止水痕缺陷的產(chǎn)生，提高清洗質(zhì)量和效率。
[0012]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案如下:
[0013]一種具有氣體保護(hù)的二相流霧化噴射清洗裝置，用于對放置在清洗腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)平臺上的晶圓進(jìn)行清洗及干燥，所述清洗裝置包括:
[0014]噴嘴主體，其內(nèi)部設(shè)有液體管路，環(huán)繞液體管路設(shè)有氣體管路，噴嘴主體下端設(shè)有氣液導(dǎo)向部件，氣液導(dǎo)向部件以一定對稱關(guān)系水平設(shè)有連通液體管路的多路液體分流管路，各液體分流管路之間具有連通氣體管路的出氣網(wǎng)板，出氣網(wǎng)板垂直設(shè)有密布的多數(shù)個氣體導(dǎo)向出口，沿各液體分流管路設(shè)有與噴嘴主體軸線呈預(yù)設(shè)角度下傾的多數(shù)個液體導(dǎo)向出口；
[0015]進(jìn)液管路和進(jìn)氣管路，連接設(shè)于一噴淋臂上，并分別連通噴嘴主體內(nèi)的液體管路、氣體管路，所述噴淋臂帶動噴嘴主體作過晶圓圓心的圓弧往復(fù)運動；
[0016]霧化顆粒導(dǎo)向出口，圍繞設(shè)于氣液導(dǎo)向部件下方，其為拉瓦爾噴管結(jié)構(gòu)或具有豎直的內(nèi)壁；
[0017]氣體保護(hù)單元，圍繞設(shè)于主體下部，其設(shè)有環(huán)繞霧化顆粒導(dǎo)向出口并朝向外側(cè)下傾設(shè)置的保護(hù)氣體出口，所述保護(hù)氣體出口連通氣體保護(hù)單元設(shè)有的保護(hù)氣體入口 ；
[0018]其中清洗時，由液體導(dǎo)向出口噴出的清洗液體與由氣體導(dǎo)向出口噴出的氣體在氣液導(dǎo)向部件下方相交形成霧化顆粒，并在霧化顆粒導(dǎo)向出口的加速或垂直導(dǎo)向作用下向下噴向晶圓表面進(jìn)行霧化清洗，同時，由保護(hù)氣體出口傾斜噴出的保護(hù)氣體在晶圓上方形成氣體保護(hù)層，防止晶圓與腔室中的氧氣接觸;干燥時，關(guān)閉進(jìn)液管路，由霧化顆粒導(dǎo)向出口噴出的干燥氣體和由保護(hù)氣體出口噴出的保護(hù)氣體共同對晶圓整體表面進(jìn)行快速干燥。
[0019]優(yōu)選地，所述氣體保護(hù)單元環(huán)繞霧化顆粒導(dǎo)向出口設(shè)有保護(hù)氣體緩沖腔，其分別連通保護(hù)氣體出口和保護(hù)氣體入口。
[0020]優(yōu)選地，所述保護(hù)氣體出口為一圈連續(xù)的氣隙或一圈均勻設(shè)置的氣孔。
[0021]優(yōu)選地，所述保護(hù)氣體入口在氣體保護(hù)單元設(shè)置一至若干個。
[0022]優(yōu)選地，所述保護(hù)氣體出口朝向晶圓邊緣的落點方向傾斜設(shè)置。
[0023]優(yōu)選地，所述保護(hù)氣體出口朝向距晶圓邊緣1?5cm的落點方向傾斜設(shè)置。
[0024]優(yōu)選地，所述霧化顆粒導(dǎo)向出口的拉瓦爾噴管結(jié)構(gòu)自上而下依次包括收縮管、窄喉和擴(kuò)張管。
[0025]優(yōu)選地，所述氣液導(dǎo)向部件的多路液體分流管路以液體管路下端為共同連通點，并按均勻的輻條狀設(shè)置，相鄰液體分流管路之間形成近似扇形的出氣網(wǎng)板，各液體分