技术领域
[0001] 本
发明属于晶圆清洗技术领域，特别涉及一种晶圆表面颗粒清洗装置。技术背景
[0002] 芯片制造领域，从90纳米以下起，芯片制造的良率就开始有所下降，主要原因之一就在于
硅片上的颗粒物污染难以清洗。随着线越做越细，到了45纳米以下，基本上整个工艺中，每两步就要做一次清洗，如果想得到较高良率几乎每步工序都离不开清洗。随着
半导体工艺由2D走向3D，
硅片清洗提出了新挑战，图形结构晶圆清洗相较于平坦表面的清洗，技术和要求都要复杂得多。随着线宽减小，深宽比的增加，清洗工艺难度也迅速增大，硅片清洗的重要程度日益凸显。为了提高晶圆制程的良率，急需一种既对晶圆损伤小，又可以高效清洗晶圆表面的清洗装置。
发明内容
[0003] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种晶圆表面颗粒清洗装置，以解决图形结构晶圆表面，线宽减小，深宽比的增加，清洗工艺难度增大的问题。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0005] 一种晶圆表面颗粒清洗装置，包括二
流体喷嘴及与所述二流体喷嘴连接的二流体喷嘴控制系统和二流体喷嘴移动系统，所述二流体喷嘴上设有液体通道和环绕于所述液体通道的外侧、用于惰性气体通过的环腔，分别由所述液体通道和所述环腔喷出的液体和惰性气体在所述二流体喷嘴的外部混合，液体被雾化后对晶圆的表面进行清洗；所述二流体喷嘴控制系统用于控制二流体喷嘴喷射液体和气体的喷射性能；所述二流体喷嘴移动系统用于控制所述二流体喷嘴的移动。
[0006] 所述二流体喷嘴包括喷嘴内芯及套设于所述喷嘴内芯外侧的喷嘴
外壳，所述喷嘴外壳与所述喷嘴内芯之间形成所述环腔，所述喷嘴内芯上沿轴向设有所述进液通道，所述进液通道的末端为喷液口，所述喷嘴外壳上设有与所述环腔连通的惰性气体进口，所述环腔的末端设有环绕于所述喷液口外侧的环形喷气口。
[0007] 所述环腔通过对称设置的两个隔板分隔为两个半环腔，所述惰性气体进口为两个、且分别与两个所述半环腔相连通。
[0008] 两个所述隔板与所述喷嘴内芯为一体式结构。
[0009] 所述喷嘴内芯的下端设有与所述喷嘴外壳密封配合的密封头，所述密封头的外圆周上分布有多个布
风槽，各所述布风槽的两端分别与所述环腔和所述环形喷气口连通。
[0010] 所述密封头为直径大于所述喷嘴内芯直径的圆柱体，所述圆柱体的下端为锥形结构，各所述布风槽均沿轴向设置。
[0011] 所述喷嘴内芯与所述喷嘴外壳
螺纹连接，且通过
密封圈密封。
[0012] 所述二流体喷嘴采用聚四氟乙烯材质，所述二流体喷嘴的端部为锥形结构。
[0013] 所述二流体喷嘴以0-80倾斜
角度设置于晶圆的上方，所述二流体喷嘴距离所述晶圆表面的高度为0-10mm。
[0014] 所述液体通道内的液体流量小于800ml/min；所述环腔内通入的惰性气体的压
力为0-0.8Mpa，流量小于200L/min。
[0015] 本发明的优点及有益效果是：本发明采用二流体喷嘴，通过气体压力与液体流量的合理控制，从而达到既对晶圆损伤小，又可以高效清洗晶圆的目的。
[0016] 本发明遵循
能量交换原理，将
水打散等水滴，并且可以控制其大小和速度，即可以控制水滴能量，从而找到晶圆上被清洗物进行能量交换进行清洗。
附图说明
[0017] 图1为本发明的结构示意图；
[0018] 图2为本发明中二流体喷嘴的结构示意图；
[0019] 图3为本发明中二流体喷嘴的透视图；
[0020] 图4为图3的仰视图；
[0021] 图5为本发明中喷嘴内芯的结构示意图；
[0022] 图6为图5的A-A剖视图；
[0023] 图7为图5的B-B剖视图；
[0024] 图8a为本发明在化学液流量为100ml/min状态下晶圆表面损伤趋势和颗粒去除率随惰性气体(N2)压力变化的曲线图(其中：a表示晶圆表面损伤趋势；b表示颗粒去除率)；
[0025] 图8b为本发明在惰性气体(N2)的压力为0.5Mp状态下晶圆表面损伤趋势和颗粒去除率随化学液流量变化的曲线图(其中：a表示晶圆表面损伤趋势；b表示颗粒去除率)；
[0026] 图8c为本发明在不同化学液流量下晶圆表面损伤趋势随惰性气体(N2)的压力变化的曲线图(其中：a表示化学液流量为100ml/min；b表示化学液流量为200ml/min)。
[0027] 图中：1为二流体喷嘴控制系统，2为化学液管路，3为惰性气体管路，4为二流体喷嘴，41为喷嘴内芯，42为密封圈，43为喷嘴外壳，44为进液口，45为液体通道，46为惰性气体进口，47为环腔，48为喷液口，49为环形喷气口，410为隔板，411为驱动凸起，412为
外螺纹，413为密封头，414为布风槽，5为晶圆，6为二流体喷嘴移动系统，7为气体和液体流向控制系统，8为晶圆高速旋转驱动装置。
具体实施方式
[0028] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体
实施例对本发明进行详细描述。
[0029] 如图1-2所示，一种晶圆表面颗粒清洗装置，包括二流体喷嘴4及与二流体喷嘴4连接的二流体喷嘴控制系统1和二流体喷嘴移动系统6，二流体喷嘴4上设有液体通道45和环绕于液体通道45的外侧、用于惰性气体通过的环腔47，分别由液体通道45和环腔47喷出的液体和惰性气体在二流体喷嘴4的外部混合，液体被雾化后对晶圆5的表面进行清洗；二流体喷嘴控制系统1用于控制二流体喷嘴4喷射液体和气体的喷射性能；二流体喷嘴移动系统6用于控制二流体喷嘴4的移动。
[0030] 如图2-4所示，二流体喷嘴4包括喷嘴内芯41及套设于喷嘴内芯41外侧的喷嘴外壳43，喷嘴外壳43与喷嘴内芯41之间形成环腔47，喷嘴内芯41上沿轴向设有进液通道45，进液通道45的末端为喷液口48，喷嘴外壳43上设有与环腔47连通的惰性气体进口46，环腔47的末端设有环绕于喷液口48外侧的环形喷气口49。
[0031] 进一步地，喷嘴内芯41与喷嘴外壳43
螺纹连接，且通过密封圈42密封。进液通道45贯穿整个喷嘴内芯41的圆柱孔，没有突然变径的地方，避免气泡的产生。
[0032] 如图3所示，环腔47通过对称设置的两个隔板410分隔为两个半环腔，惰性气体进口46为两个、且分别与两个半环腔相连通，双侧进气保证气流均匀，不产生扰流。通过隔板410使气体分散均匀，避免进入环腔47后腔体单侧流量过大，将气流喷出过程中作用均匀。
[0033] 如图5所示，两个隔板410与喷嘴内芯41为一体式结构，对称设置于喷嘴内芯41的两侧。喷嘴内芯41的下端设有与喷嘴外壳43密封配合的密封头413，密封头413的外圆周上分布有多个布风槽414，各布风槽414的两端分别与环腔47和环形喷气口49连通。
[0034] 喷嘴内芯41的上端设有圆形的驱动凸起411，通过旋转驱动凸起411，确保喷嘴内芯41可以顺利进入喷嘴外壳43内。喷嘴内芯41的上端设有为喷嘴固定用限位装置，使喷嘴安装时迅速
定位，快速安装；限位装置位于驱动凸起411的外侧。
[0035] 进一步地，如图6-7所示，密封头413为直径大于喷嘴内芯41直径的圆柱体，圆柱体的下端为锥形结构，各布风槽414均沿轴向设置，布风槽414将气流按照规定的路径导出。
[0036] 二流体喷嘴4采用聚四氟乙烯(PTFE)材质，利用该材料的耐
腐蚀、疏水性及自润滑特征可以使该喷嘴应用于各类场合。二流体喷嘴4的端部为锥形结构，锥形结构的设计为了防止水反溅到喷嘴上而不容易滑落。
[0037] 二流体喷嘴4以0-80倾斜角度设置于晶圆5的上方，二流体喷嘴4距离晶圆5表面的高度为0-10mm。
[0038] 工作时，液体通道45内的液体流量小于800ml/min；环腔47内通入的惰性气体的压力为0-0.8Mpa，流量小于200L/min，保证气体与液体混合后的
动能，压力流量可以进行检测及调节控制。
[0039] 本发明遵循能量交换原理，将水打散成水滴并且可以控制其大小和速度，即可以控制水滴能量，从而找到晶圆上被清洗物进行能量交换进行清洗，气液充分混合成为高动能液体进行清洗。
[0040] 本发明的工作原理是：
[0041] 将晶圆5通过高速旋转驱动装置8定位，同时进行低速旋转，将二流体喷嘴4(Nanoscale Nozzle)通过二流体喷嘴移动系统6移动到距离晶圆5内侧5至10mm的
位置，将二流体喷嘴的化学液打开，化学液打开0至2s后将气体(无污染惰性气体均可，根据需要)注入，同时通过二流体喷嘴移动系统6将二流体喷嘴4穿越过整个晶圆5进行清洗，进行多次循环清洗。在清洗过程中，晶圆高速旋转驱动装置8要提速到晶圆5清洗过程中的中间转速，清洗结束后晶圆旋转驱动装置8进行速度提升，高速旋转将二流体喷嘴4击打下来的颗粒及晶圆表面的液体甩掉甩干。
[0042] 本发明的一实施例中，晶圆高速旋转驱动装置8采用
电机驱动，二流体喷嘴移动系统6采用二维移动平台，二流体喷嘴控制系统1通过电磁
阀控制供液管路中的液体流量和供气管路中气体流量。
[0043] 图8a为本发明在化学液流量为100ml/min状态下晶圆表面损伤趋势和颗粒去除率随惰性气体(N2)压力变化的曲线图，其中：a表示晶圆表面损伤趋势；b表示颗粒去除率。
[0044] 通过实验总结出，当化学液流量保持一定时，惰性气体压力增大到一定程度后，对于晶圆表面损伤数量会增多，并且去除颗粒的效果提升非常小，优选地，惰性气体的压力为0-0.8Mpa。
[0045] 图8b为本发明在惰性气体(N2)的压力为0.5Mp状态下晶圆表面损伤趋势和颗粒去除率随化学液流量变化的曲线图，其中：a表示晶圆表面损伤趋势；b表示颗粒去除率。
[0046] 通过实验总结出，当惰性气体压力一定时，提高化学液的流量对清洗效果无明显帮助，对晶圆表面会造成更多的
缺陷。优选地，化学液流量小于130ml/min。
[0047] 图8c为本发明在不同化学液流量下晶圆表面损伤趋势随惰性气体(N2)的压力变化的曲线图，其中：a表示化学液流量为100ml/min；b表示化学液流量为200ml/min)。
[0048] 通过实验总结出，当压力与流量同时升高到一定程度后，晶圆表面损伤大量增加。
[0049] 本发明提供的一种晶圆表面颗粒清洗装置，通过二流体喷嘴移动系统6将二流体喷嘴4移动到
基板边缘固定距离，通过二流体喷嘴4的
单层或多层气液分离通道，将高
密度、高速液体撞击到基板上，使其与基板颗粒动能交换，达到去除颗粒的清洗目的。二流体喷嘴4的喷出区域与喷嘴高度角度有关，为近似圆形区域；
[0050] 本发明采用二流体喷嘴，通过气体压力与液体流量的合理控制，从而达到既对晶圆损伤小，又可以高效清洗晶圆的目的。
[0051] 以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。
