[发明专利]具有超声或兆声振荡的二相流雾化清洗装置及清洗方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体清洗设备技术领域，更具体地，涉及一种具有超声或者兆声振荡作用的二相流雾化清洗装置及采用该装置的清洗方法。

背景技术

随着半导体集成电路制造技术的高速发展，集成电路芯片的图形特征尺寸已进入到深亚微米阶段，导致芯片上超细微电路失效或损坏的关键沾污物(例如颗粒)的特征尺寸也随之大为减小。

在集成电路的制造工艺过程中，半导体晶圆通常都会经过诸如薄膜沉积、刻蚀、抛光等多道工艺步骤。而这些工艺步骤就成为沾污物产生的重要场所。为了保持晶圆表面的清洁状态，消除在各个工艺步骤中沉积在晶圆表面的沾污物，必须对经受了每道工艺步骤后的晶圆表面进行清洗处理。因此，清洗工艺成为集成电路制作过程中最普遍的工艺步骤，其目的在于有效地控制各步骤的沾污水平，以实现各工艺步骤的目标。

为了清除晶圆表面的沾污物，在进行单片湿法清洗工艺时，晶圆将被放置在清洗设备的旋转平台(例如旋转卡盘)上，并按照一定的速度旋转；同时向晶圆的表面喷淋一定流量的清洗药液，对晶圆表面进行清洗。

在通过清洗达到去除沾污物目的的同时，最重要的是要保证对晶圆、尤其是对于图形晶圆表面图形的无损伤清洗。

随着集成电路图形特征尺寸的缩小，晶圆表面更小尺寸的沾污物的去除难度也在不断加大。因此，很多新型清洗技术在清洗设备上也已得到较广泛的应用。其中，在单片湿法清洗设备上，利用雾化清洗技术可以进一步改善清洗工艺的效果。在雾化清洗过程中，雾化颗粒会对晶圆表面的液膜产生一个冲击力，并在液膜中形成快速传播的冲击波。冲击波作用于颗粒污染物上时，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。

然而，目前常见的雾化清洗装置所产生的雾化颗粒尺寸较大，且雾化颗粒所具有的能量也较高，当这些雾化清洗装置应用在65纳米及以下技术代的晶圆清洗工艺中时，很容易造成表面图形损伤等问题。同时液相流体的利用率较低，导致资源的极度浪费。

此外，伴随着集成电路制造工艺的不断进步，半导体器件的体积正变得越来越小，这也导致了非常微小的颗粒也变得足以影响半导体器件的制造和性能。对于这些微小的颗粒，传统的流体清洗方法并不能够非常有效地去除它们。这是由于在半导体晶圆表面和清洗液体之间存在着一个相对静止的边界层。当附着在晶圆表面的颗粒直径小于边界层厚度时，清洗液体的流动就无法对颗粒产生作用。

为了改善这个问题，超声波或兆声波清洗被引入了半导体清洗工艺。超声波或兆声波能量可以在水中产生微小的气泡，当气泡爆开时所产生的震动在晶圆表面的液膜中形成冲击波。由于冲击波的速度很快，导致晶圆表面和清洗液体之间的边界层减薄，使污染颗粒暴露在流动的清洗药液中，这将有助于剥离那些附着在晶圆上的微小颗粒，从而洗净晶圆。

但采用超声波或兆声波清洗技术在提高了沾污物去除效率的同时，也不可避免地带来了对于图形晶圆的损伤问题。这主要是由于超声波或兆声波的能量在媒介中是以波状传递的，在某些特定的位置，会由于波峰能量的叠加，产生一个能量密度很高的区域，当该区域产生的气泡破裂时其能量远远高于晶圆表面图形结构的强度，而导致图形损伤的出现。

为了减少对晶圆表面图形的损伤，需要进一步缩小喷射出的液体颗粒的尺寸，并且更好地控制雾化颗粒的运动方向、运动速度、运动轨迹以及均匀性等，同时也需要对超声或者兆声技术的具体应用方式进行改进，以减小液体颗粒及高密度能量超声波或兆声波对图形的损伤，提高清洗质量和效率，节约清洗成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种具有超声或兆声振荡的二相流雾化清洗装置及清洗方法，通过设计将超声波或兆声波清洗与二相流雾化清洗结合起来的新喷嘴结构，可以有效解决造成晶圆图形侧壁和边角损伤的问题，提高清洗质量和效率，节约清洗成本。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种具有超声或兆声振荡的二相流雾化清洗装置，用于对放置在清洗腔内旋转平台上的晶圆进行超声波或兆声波雾化清洗，所述清洗装置包括：

喷嘴主体，其内部设有液体管路，沿液体管路内壁表面装有超声波或兆声波发生单元，环绕液体管路设有气体管路，喷嘴主体下端设有气液导向部件，气液导向部件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，各液体分流管路之间具有连通气体管路的出气网板，出气网板垂直设有密布的多数个气体导向出口，沿各液体分流管路设有与喷嘴主体轴线呈预设角度下倾的多数个液体导向出口；