CN105149308A - 一种具有去除静电作用的清洗装置和清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有去除静电作用的清洗装置，包括一本体，本体上部设有一至若干个液体进口和一至若干个气体进口，本体下端中部设有一连通液体进口的液体出口，本体下端还设有一或若干个连通气体进口的气体出口，气体出口为喇叭形；其中，当气体出口为一个时，其环绕液体出口设置，当气体出口为若干个时，其以对称方式均匀环绕在液体出口外侧设置。本发明还公开了一种具有去除静电作用的清洗方法，可在清洗有效区域内消除静电放电电弧及去除晶圆表面的静电，同时又不影响清洗工艺腔室的层流风运作。

Description

一种具有去除静电作用的清洗装置和清洗方法

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造设备技术领域，更具体地，涉及一种在湿法清洗工艺中具有去除静电作用的清洗装置和清洗方法。

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。

集成电路制造工艺中的单片式湿法清洗工艺是65nm及以下技术代晶圆制造主要用到的清洗方式。与槽式清洗不同，单片式清洗是利用喷淋装置将清洗介质喷射到晶圆表面来达到清洗效果。然而在单片式清洗过程中不可避免地会产生静电，例如高速旋转***与空气摩擦产生的静电、清洗介质与晶圆的相对摩擦产生的静电及清洗介质本身携带的静电等等。

上述所产生的静电会使得颗粒或化学沾污产生极化双电层效应，导致其带电吸附在晶圆表面，影响晶圆的清洗效果。而在静电库仑力作用下的粉尘或者污物也会对晶圆上的电路造成短路、接触不良，使器件性能受损。同时，静电现象在一定条件下造成的电弧放电，也会对晶圆上的图形造成损伤，降低产品良率。因此，静电的去除在单片式清洗工艺中显得尤为重要。

传统消除工艺腔室静电的方法是利用层流风将静电离子棒产生的正负离子带到工艺区域，以达到去除静电的效果。这种方法对高速冲洗液滴和工艺腔摩擦产生的静电有效。但是，为了避免破坏层流风，静电喷嘴通常需要靠近FFU(FanFilterUnit，风机过滤器)设置，因此对液体内已含有的静电颗粒的吸附效果不明显，这影响了清洗过程中的静电去除效果。

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，提供一种具有去除静电作用的清洗装置和清洗方法，可在清洗有效区域内消除静电放电电弧及去除晶圆表面的静电，同时又不影响清洗工艺腔室的层流风运作。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种具有去除静电作用的清洗装置，包括一本体，所述本体上部设有一至若干个液体进口和一至若干个气体进口，本体下端中部设有一连通液体进口的液体出口，本体下端还设有一或若干个连通气体进口的气体出口，所述气体出口为喇叭形；其中，所述气体出口为一个时，其环绕所述液体出口设置，所述气体出口为若干个时，其以对称方式均匀环绕在所述液体出口外侧设置。

优选地，所述本体上端中部设有一气体进口，其侧对称设有若干液体进口，各液体进口分别通过其液体支流道并在合流形成一垂直的第一液体主流道后连通至液体出口，一气体出口环绕液体出口及其上方的第一液体主流道设置，其向本体内形成逐渐收缩的喇叭形空腔，并自空腔的顶部连通气体进口，各液体支流道穿过空腔连通第一液体主流道。

优选地，所述第一液体主流道具有柱体外轮廓，其与喇叭形的气体出口之间形成空腔。

优选地，所述柱体外轮廓与气体出口内壁之间的间距自上而下逐渐增大设置。

优选地，所述柱体外轮廓自液体出口向上具有一段倒锥形。

优选地，气体出口下端面不低于液体出口。

优选地，所述本体上端中部设有一液体进口，其侧对称均匀设有若干气体进口，液体进口与液体出口之间通过一垂直的第二液体主流道相连通，各气体进口分别通过一垂直的气体流道与本体下端各自对应的一喇叭形气体出口相连通。

优选地，各气体出口下端面相平，并不低于液体出口。

优选地，所述液体出口突出本体下端面设置，其具有倒锥形外壁轮廓，并与各气体出口的喇叭形内壁角度相对应。

优选地，气体出口与气体流道的连接具有圆滑过渡。

一种具有去除静电作用的清洗方法，采用上述的清洗装置，包括：将清洗装置置于待处理的晶圆上方，使晶圆旋转，然后打开清洗装置，向晶圆表面垂直喷射清洗介质液体，对晶圆进行扫描式清洗，同时，以发散状并环绕介质液体方式，向晶圆表面喷射带电离子风，以在清洗有效区域内消除静电放电电弧及去除晶圆表面的静电。

优选地，所述带电离子风带有正、负电荷。

优选地，所述带电离子风所带的正、负电荷可以是相等量或不等量的。

优选地，所述介质液体为去离子水或化学试剂。

优选地，所述带电离子风以环绕介质液体形成发散状的圆形、方形、菱形或多边形形态喷射。

从上述技术方案可以看出，本发明通过将静电去除功能集成在清洗介质液体的出口周围，由于带电离子风与晶圆的作用距离短，可提高其携带的正、负电荷与晶圆表面的接触几率，气体出口采用喇叭形的发散状结构，可增大带电离子风与晶圆表面的接触面积，减小正、负离子的中和几率，从而可改善清洗过程中的静电去除效果，提高静电去除效率，同时又不影响整个腔室内的层流风运作。

附图说明

图1-图4是本发明实施例一的一种具有去除静电作用的清洗装置结构示意图；

图5-图7是本发明实施例二的一种具有去除静电作用的清洗装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。

本发明通过提供如下的一种具有去除静电作用的清洗装置，用于在清洗的有效区域内消除静电放电电弧及去除晶圆表面的静电，同时又不影响清洗工艺腔室的层流风运作。

本发明的一种具有去除静电作用的清洗装置，包括一本体，所述本体上部设有一至若干个液体进口和一至若干个气体进口，本体下端中部设有一连通液体进口的液体出口，本体下端还设有一或若干个连通气体进口的气体出口，所述气体出口为喇叭形；其中，所述气体出口为一个时，其环绕所述液体出口设置，所述气体出口为若干个时，其以对称方式均匀环绕在所述液体出口外侧设置。

实施例一

在以下本发明的一具体实施例中，请参阅图1-图4，图1-图4是本发明实施例一的一种具有去除静电作用的清洗装置结构示意图。先请参阅图1，其显示本发明清洗装置的外形及顶部结构。如图1所示，本发明的一种具有去除静电作用的清洗装置，具有一个近似圆柱形的本体1。在本体1上端面的中部加工有一个气体进口2，在气体进口2侧面的周围，对称地(轴对称或中心对称)加工有两个液体进口3。当然，根据需要及结构配置，气体进口的数量可不止一个，液体进口的数量也可采用一个或多于两个形式。液体进口和气体进口也可以加工在本体近上部的侧面。本发明可不限于此。

请参阅图2，其显示本发明清洗装置的底部结构。如图2所示，在本体的下端面中部加工有一个液体出口5，液体出口连通到液体进口3。本体下端面还加工有一个气体出口4，气体出口4的结构为喇叭形，并环绕液体出口5设置。气体出口的下端面可与液体出口平齐或略高于液体出口；气体出口4的上端面(即其入口)连通到气体进口2。本体内从液体出口5向上具有柱体的外轮廓6，与气体出口4结合看起来像一个电喇叭的形状。

请参阅图3，其显示本发明清洗装置一剖切方向的内部结构。如图3所示，两个液体进口3分别通过其液体支流道7进入本体内，并进一步合流形成一个垂直的第一液体主流道8，然后连通至液体出口5。第一液体主流道8具有柱体外轮廓6，其与喇叭形的气体出口4之间形成空腔9。两个液体支流道7穿过空腔9连通第一液体主流道8(因剖切方向的关系，此方向的空腔上部被穿过的液体支流道外轮廓占据了)。

请参阅图4，其显示本发明清洗装置与图3呈90度方向剖切的内部结构。如图4所示，气体出口4环绕液体出口5及其上方连通的第一液体主流道8设置，气体出口4向本体内上方形成逐渐收缩的喇叭形空腔9，气体出口4的喇叭形内壁与柱体外轮廓6之间形成气体流道，并自空腔9的顶部连通到气体进口2。

本发明的清洗装置在使用时，清洗介质液体(可以是去离子水或化学试剂)从液体进口通入，经两个液体支流道向第一液体主流道汇合从液体出口垂直喷向下方的待处理晶圆表面，清洗装置本体可摆动，对晶圆进行扫描式清洗工艺。在清洗过程中，为了消除静电放电电弧及去除晶圆表面的静电，本发明将静电去除功能集成在清洗介质喷头(本体)上，即在液体出口周围环绕设置喇叭形的气体出口，在喷头做摆动清洗时，从气体进口通入带电离子风(带有正、负电荷)，由气体出口环绕介质液体呈发散状喷射在晶圆表面，可在清洗喷嘴的有效区消除了静电放电电弧，并达到去除晶圆表面静电的作用，同时又不影响清洗工艺腔室的层流风运作。

请继续参阅图4。气体出口4采用环状发散型构造，这样做的目的是为了增大带电离子风与晶圆表面的接触面积，提高静电去除效率。带电离子风在经过喇叭形气体出口时，由于正、负离子很容易碰到一起中和，从而减少到达晶圆表面的有效电荷数量，降低去静电效率，因此，对气体出口结构中离子风流过的路径转弯处采用弧度设计，且从进口到出口的顺序通道半径只能逐渐变大，而不能减小。也就是说，需要将柱体外轮廓6与气体出口4内壁之间的间距加工成自上而下逐渐增大的结构形式。因此，可参照图示例，将柱体外轮廓6上部拟合气体出口4内壁的轮廓方向形成一个近似的锥顶10，并使其之间形成的气道间距满足气流控制的设计需要；然后，以圆滑的转折向内侧收缩，形成自液体出口5向上的一段倒锥形结构11，并在转折处采用弧度设计。这样，带电离子风可将介质液体完全包围在其中，取得很好的去静电效果。

实施例二

在以下本发明的另一具体实施例中，请参阅图5-图7，图5-图7是本发明实施例二的一种具有去除静电作用的清洗装置结构示意图。先请参阅图5，其显示本发明清洗装置的外形及顶部结构。如图5所示，本发明的一种具有去除静电作用的清洗装置，具有一个近似圆柱形的本体21。在本体21上端面的中部加工有一个液体进口22，在液体进口22侧面的周围，对称地(轴对称或中心对称)加工有四个气体进口23。当然，根据需要及结构配置，液体进口的数量可不止一个，气体进口的数量也可采用其他多数个形式。本发明可不限于此。

请参阅图6，其显示本发明清洗装置的底部结构。如图6所示，在本体的下端面中部加工有一个液体出口25，液体出口25连通到液体进口22。本体下端面还加工有四个气体出口24，其位置与本体上端的四个气体进口23相对应一致。气体出口24的结构为喇叭形，并环绕液体出口25设置，可增大带电离子风与晶圆表面的接触面积，减小正、负离子的中和几率，提高静电去除效率。气体出口24的下端面可与液体出口25平齐或高于液体出口，例如图示高于液体出口的形态；液体出口25可突出于本体的下端面设置，并具有倒锥形的外壁轮廓26。气体出口24的上端面(即其入口)连通到气体进口23。

请参阅图7，其显示本发明清洗装置一剖切方向的内部结构。如图7所示，液体进口22与液体出口25之间通过一垂直的第二液体主流道27相连通，四个气体进口23分别通过一垂直的气体流道28与本体下端各自对应的一喇叭形气体出口24相连通。液体出口25突出于本体的下端面设置，其具有倒锥形的外壁轮廓26，并与各气体出口24的喇叭形内壁角度相对应，例如图示接近相平行的结构。从而，各气体出口24的下端面高于液体出口25设置。当然，也可以将各气体出口的下端面下降至与液体出口相平的位置。四个气体出口24的下端面处于同一水平面，以保证在介质液体周围形成均匀的带电离子风。为减小正、负离子碰到一起发生中和的几率，气体出口24与气体流道28的连接具有圆滑过渡，从而可保证到达晶圆表面的有效电荷数量，提高去静电效率。气体出口的水平截面形状可以采用圆形，也可采用方形、多边形或菱形等形状。

下面对本发明一种具有去除静电作用的清洗方法作详细说明。本发明的一种具有去除静电作用的清洗方法，采用了本发明上述的清洗装置。清洗方法包括：将清洗装置置于待处理的晶圆上方，使晶圆旋转，然后打开清洗装置，从液体进口通入清洗介质液体，可以是去离子水或化学试剂；介质液体经第二液体主流道从液体出口垂直喷向下方的待处理晶圆表面。清洗装置本体可摆动，对晶圆进行扫描式清洗工艺。

同时，从气体进口通入带有正、负电荷的带电离子风，经气体流道由气体出口喷出，形成环绕介质液体并呈发散状的带电离子风，将介质液体包围起来，并喷射在晶圆表面。其中，带电离子风所带的正、负电荷可以是相等量或不等量的。并且，可通过将喇叭形气体出口加工成其水平截面呈圆形、方形、菱形或多边形等形状，使喷出的带电离子风环绕介质液体形成发散状的对应圆形、方形、菱形或多边形等形态，喷向晶圆表面。

根据本发明的上述清洗方法，所形成的带电离子风将以发散状并环绕介质液体方式，向晶圆表面喷射，从而可在清洗喷嘴的清洗有效区域内消除静电放电电弧及去除晶圆表面的静电。

综上所述，本发明通过将静电去除功能集成在清洗介质液体的出口周围，由于带电离子风与晶圆的作用距离短，可提高其携带的正、负电荷与晶圆表面的接触几率，气体出口采用喇叭形的发散状结构，可增大带电离子风与晶圆表面的接触面积，减小正、负离子的中和几率，从而可改善清洗过程中的静电去除效果，提高静电去除效率，同时又不影响整个腔室内的层流风运作。

以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (15)

1.一种具有去除静电作用的清洗装置，其特征在于，包括一本体，所述本体上部设有一至若干个液体进口和一至若干个气体进口，本体下端中部设有一连通液体进口的液体出口，本体下端还设有一或若干个连通气体进口的气体出口，所述气体出口为喇叭形；其中，所述气体出口为一个时，其环绕所述液体出口设置，所述气体出口为若干个时，其以对称方式均匀环绕在所述液体出口外侧设置。

2.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，所述本体上端中部设有一气体进口，其侧对称设有若干液体进口，各液体进口分别通过其液体支流道并在合流形成一垂直的第一液体主流道后连通至液体出口，一气体出口环绕液体出口及其上方的第一液体主流道设置，其向本体内形成逐渐收缩的喇叭形空腔，并自空腔的顶部连通气体进口，各液体支流道穿过空腔连通第一液体主流道。

3.根据权利要求2所述的清洗装置，其特征在于，所述第一液体主流道具有柱体外轮廓，其与喇叭形的气体出口之间形成空腔。

4.根据权利要求3所述的清洗装置，其特征在于，所述柱体外轮廓与气体出口内壁之间的间距自上而下逐渐增大设置。

5.根据权利要求4所述的清洗装置，其特征在于，所述柱体外轮廓自液体出口向上具有一段倒锥形。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的清洗装置，其特征在于，气体出口下端面不低于液体出口。

7.根据权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，所述本体上端中部设有一液体进口，其侧对称均匀设有若干气体进口，液体进口与液体出口之间通过一垂直的第二液体主流道相连通，各气体进口分别通过一垂直的气体流道与本体下端各自对应的一喇叭形气体出口相连通。

8.根据权利要求7所述的清洗装置，其特征在于，各气体出口下端面相平，并不低于液体出口。

9.根据权利要求7所述的清洗装置，其特征在于，所述液体出口突出本体下端面设置，其具有倒锥形外壁轮廓，并与各气体出口的喇叭形内壁角度相对应。

10.根据权利要求7所述的清洗装置，其特征在于，气体出口与气体流道的连接具有圆滑过渡。

11.一种具有去除静电作用的清洗方法，采用权利要求1所述的清洗装置，其特征在于，包括：将清洗装置置于待处理的晶圆上方，使晶圆旋转，然后打开清洗装置，向晶圆表面垂直喷射清洗介质液体，对晶圆进行扫描式清洗，同时，以发散状并环绕介质液体方式，向晶圆表面喷射带电离子风，以在清洗有效区域内消除静电放电电弧及去除晶圆表面的静电。

12.根据权利要求11所述的清洗方法，其特征在于，所述带电离子风带有正、负电荷。

13.根据权利要求12所述的清洗方法，其特征在于，所述带电离子风所带的正、负电荷可以是相等量或不等量的。

14.根据权利要求11所述的清洗方法，其特征在于，所述介质液体为去离子水或化学试剂。

15.根据权利要求11所述的清洗方法，其特征在于，所述带电离子风以环绕介质液体形成发散状的圆形、方形、菱形或多边形形态喷射。