[發明專利]一種具有氣體保護的二相流霧化噴射清洗裝置及清洗方法

有效

• 申請號: 201510917659.8
• 申請日: 2015-12-10
• 公開（公告）號: CN105513999B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 滕宇;李偉
• 申請（專利權）人: 北京七星華創電子股份有限公司
• 主分類號: H01L21/67
• 分類號: H01L21/67;H01L21/02
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 陶金龍;張磊

本發明公開了一種具有氣體保護的二相流霧化噴射清洗裝置及清洗方法，在噴嘴主體內設置帶有預設角度的液體導向出口的多路液體分流管路，以及帶有垂直氣體導向出口的出氣網板，使噴射出的高速液體流與高速氣體流產生充分地相互作用，形成顆粒尺寸均一、可調的超微霧化液滴，并在霧化顆粒導向出口的加速及導向作用下向下噴向晶圓表面，同時環繞霧化顆粒導向出口并朝向外側下傾設有保護氣體出口噴射保護氣體，可在氣體保護下對晶圓進行移動霧化清洗，本發明可大大縮小霧化顆粒尺寸，減小其具有的能量，從而可避免對晶圓表面圖形結構造成損傷，并可控制清洗工藝過程中清洗腔室內的氧氣含量，減少水痕缺陷產生的可能，從而提高清洗質量和效率。

技術領域

本發明涉及半導體清洗設備技術領域，更具體地，涉及一種具有氣體保護的二相流霧化噴射清洗裝置及采用該裝置的清洗方法。

背景技術

隨著半導體集成電路制造技術的高速發展，集成電路芯片的圖形特征尺寸已進入到深亞微米階段，導致芯片上超細微電路失效或損壞的關鍵沾污物(例如顆粒)的特征尺寸也隨之大為減小。

在集成電路的制造工藝過程中，半導體晶圓通常都會經過諸如薄膜沉積、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生的重要場所。為了保持晶圓表面的清潔狀態，消除在各個工藝步驟中沉積在晶圓表面的沾污物，必須對經受了每道工藝步驟后的晶圓表面進行清洗處理。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，以實現各工藝步驟的目標。

為了清除晶圓表面的沾污物，在進行單片濕法清洗工藝時，晶圓將被放置在清洗設備的旋轉平臺上，并受到安裝在旋轉平臺上的多個夾持部件夾持，夾持部件夾持著晶圓以進行高速旋轉；同時,在晶圓的上方,清洗設備還設有噴淋臂,可通過噴淋臂向晶圓表面噴射一定流量的清洗藥液，對晶圓表面進行清洗。

在通過清洗達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。

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，很多新型清洗技術在清洗設備上也已得到較廣泛的應用。其中，在單片濕法清洗設備上，利用霧化清洗技術可以進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。

然而，目前常見的霧化清洗裝置所產生的霧化顆粒尺寸較大，且霧化顆粒所具有的能量也較高，當這些霧化清洗裝置應用在65納米及以下技術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，導致資源的極度浪費。

此外,在進行化學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生一些化學反應。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行沖洗，將晶圓表面的殘留藥液和反應產物沖掉；最后，再通過噴射氮氣對晶圓表面進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生反應，生成二氧化硅，導致晶圓表面材料發生變化，對后續的工藝造成影響。因此，需要在工藝過程中，對整個腔室中的氧氣含量進行控制。

另一方面，在上述對晶圓進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Watermark(水痕)缺陷。Watermark形成的主要機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而生成的SiO₂，并進一步形成H₂SiO₃或HSiO₃^-的沉淀。當晶圓表面的水揮發后，這些沉淀即形成平坦狀的水痕。此外，在上述清洗過程中，還經常出現晶圓邊緣棱上有液滴未干燥徹底的現象，這對于晶圓清洗質量也造成了一定的影響。