TWI505878B - 一種清洗霧化噴射裝置 - Google Patents

Description

一種清洗霧化噴射裝置

本案係關於半導體晶圓工藝技術領域，特別關於一種清洗霧化噴射裝置。

本申請案主張2012年4月26日申請之大陸申請案第201210127692.7號之優先權，該等案至全文以引用的方式併入本文中。

積體電路的製造工藝中存在數百道清洗工序，為了保證晶圓材料表面的潔淨度，清洗工序占了整個製造過程的30%。其中，該晶圓指的是純矽基板的矽片和帶有銅互連結構的矽片。據統計，每片200mm直徑的矽基板晶圓，在整個製造中需耗用5噸高純去離子水，再加上清洗中其它各種耗材的費用，將是一個十分高昂的數字。

而進一步的統計顯示，整個半導體元件製造中超過50%的損失量都是由表面污染、清洗不徹底造成的。如顆粒污染會使光刻膠和掩模的接觸不良，在對準與曝光過程中損傷膠膜和掩模版，引起解析度下降，造成針孔、小島等圖形缺陷。在曝光過程中，如果掩模版或光刻膠膜上粘附顆粒，在圖形轉印後，就會引起圖形的缺損或橋連，分別導致電路斷路或短路。

目前對於銅互連晶圆的清洗設備多以旋轉噴射式為主，即晶圆固定在清洗機的旋轉卡盤上，隨卡盤高速運 動，在卡盤上方存在噴頭噴射清洗液和去離子水。噴射的清洗液以很高的流量衝擊矽片時，將產生一個物理作用力。噴射的使用和晶圓旋轉產生的離心力確保了減少化學試劑和去離子水的用量下的有效清洗。

但隨著積體電路的迅速發展，尤其是銅互連線的線寬進一步減小，對清洗技術的要求越來越高，導致銅互連表面的清洗工藝隨著線寬的減小其難度越來越大。而傳統的清洗噴射技術存在大尺寸液滴或是噴射流，對65納米及其以下工藝的晶圆表面的圖形的損傷越顯嚴重，同時清洗液和去離子水的利用率較低，導致資源的極度浪費。

本發明所要解決之技術問題在於提供一種結構簡單、實現噴射超微霧化液滴的清洗霧化噴射裝置，以克服單純的霧化機制產生大尺寸液滴或是噴射流，對65納米及其以下工藝的晶圆表面圖形造成嚴重損傷、清洗液和去離子水的利用率低等缺陷。

為實現上述目的，本發明提供一種清洗霧化噴射裝置，包括：一上殼體、與該上殼體連接的一下殼體；該上殼體為二階圓筒狀，包括一第一階殼體和一第二階殼體，該第一階殼體的橫截面積小於該第二階殼體的橫截面積，該第二階殼體中設有一換能器；該下殼體的兩側壁設有一第二通氣孔，該下殼體的中心位置設有一霧化噴射通孔，該第二通氣孔與該霧化噴射通孔相通且具有夾角。

進一步，該換能器包括呈圓筒狀且其表面設有多個第一通氣孔的一換能器主體和一耦合層，該耦合層通過一耦合層支撐部件固定在該換能器主體內部。

更進一步，該耦合層包括一壓電晶體和一耦合片，該壓電晶體通過一導電膠與該耦合片連接。

更進一步，該耦合片由單一介質或多種介質製成，其厚度為1/4波長的整數倍。

更進一步，該清洗霧化噴射裝置更包括一密封圈，該密封圈設置於該耦合層的下表面，用於密封該耦合層和該耦合層支撐部件。

更進一步，該第一階殼體的一側設有一進氣孔，該第二階殼體的一側設有一進液孔。

更進一步，該第二通氣孔與該霧化噴射通孔之間的夾角為20-70°。

更進一步，該耦合層下表面與該下殼體霧化噴射通孔上表面之間的垂直距離為1mm-10mm。

更進一步，該換能器主體的側壁至該上殼體中的第二階殼體內壁距離為1mm-10mm。

更進一步，該第一通氣孔的孔徑為1-3mm，其由上至下按圓周切面方向依次排列在該換能器主體上。

承上所述，本案之清洗霧化噴射裝置，結構簡單，集成度高，可有效實現噴射超微霧化液滴，在不損傷晶圓表面圖案的前提下，對晶圓進行有效清洗，並最大程度的節約水資源。

為讓本發明之上述和其他特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

以下將配合圖式及實施例來詳細說明本發明之特徵與實施方式，內容足以使任何熟習相關技藝者能夠輕易地充分理解本發明解決技術問題所應用的技術手段並據以實施，藉此實現本發明可達成的功效，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

參照圖1~5，本發明清洗霧化噴射裝置包括：上殼體2以及通過螺紋或其他連接方式連接在一起的下殼體10，該上殼體2由PVDF或其它抗腐蝕性高並且強度較好的非金屬材料製成。上殼體2為二階圓筒狀，包括第一階殼體21和第二階殼體22，第一階殼體21的橫截面積小於第二階殼體22的橫截面積；該第一階殼體21設有可與功率放大器(圖未示)連接的電纜接頭1，該第二階殼體22中設有換能器，換能器包括換能器主體4及耦合層8。該第一階殼體21上設有進氣口14，第二階殼體22上設有進液孔13。

第二階殼體22的上表面設有連接孔3，通過螺栓、連接釘等方式用來固定換能器主體4，該換能器主體4為圓筒狀，且其表面側壁上均勻設有多個第一通氣孔6，該第一通氣孔6由上至下按圓周切面方向依次排列在換能器主 體4上。該第一通氣孔6的孔徑為1mm-3mm，其形狀較優為圓形、扇形或三角形。第一通氣孔6可向兆聲系統內部換能器提供氣動霧化所需的氣體源，使通入上殼體的液體由層流轉化為連續的湍流，為兆聲系統提供冷卻功能並對霧化噴射裝置內部起到淨化乾燥的作用。該換能器主體4內部設有耦合層8，該耦合層8通過耦合層支撐部件5固定於換能器主體4內部，如圖1、圖4和圖5所示。其中，換能器主體4的側壁至上殼體2中的第二階殼體22內壁距離為1mm-10mm，該距離可以在保證噴射流量的前提下，儘量使液體變成薄膜，更有利於在兆聲振盪下***為更小的液滴。

其中，該耦合層8包括：壓電晶體7及耦合片；該壓電晶體7常用材料為經過極化處理的鋯鈦酸鉛，其通過導電膠與耦合片緊密粘結在一起，其中耦合片由單一介質或多介質製成，其厚度為1/4波長的整數倍，並且其上表面可以通過螺釘壓線連接電纜。另外，該清洗霧化噴射裝置還包括密封圈12，該密封圈12設於耦合層8的下表面上，用於將耦合層8與耦合層支撐部件5進行密封。

下殼體10的兩相對側壁設有第二通氣孔9，與該相對側壁垂直的面上設有螺絲孔15，藉由螺絲孔15可將清洗霧化噴射裝置固定於某一部件上，例如固定於分配臂(dispense arm)上。該下殼體10的中心位置設有霧化噴射通孔11，如圖1和圖3所示，位於側壁的第二通氣孔9和中心位置的霧化噴射通孔11相通並存在一定夾角，該夾 角為20度至70度。該第二通氣孔9與霧化噴射通孔11之間的角度為噴射的氣體提供兩方面的作用，一方面加快霧化液體從噴嘴噴射的速度，另一方面，加速霧化的效果，使霧化的液滴更小。

其中，霧化噴射通孔11長度與等效直徑比為10：1-30：1，這樣可以保證霧化的液滴***的更徹底、更均勻。例如：霧化液滴在固定直徑的通孔中經過的距離越長，***的越徹底越均勻。第二通氣孔9用於提供噴霧裝置所需氣體，加快液滴進一步***，加強霧化效果。另外，該霧化噴射裝置下殼體10的側壁帶有一定的角度切面，該切面為製造帶有一定傾斜角度的第二通氣孔9提供支撐面。其中，耦合層8下表面到下殼體中心霧化噴射通孔11上表面的垂直距離為1mm-10mm。這樣，可以保證噴射流量的前提下，儘量使液體變成薄膜，更有利於在兆聲振盪下***為更小的液滴。

下面詳細說明清洗霧化噴射裝置的工作原理：

氣體通過進氣口14進入換能器主體4中，通過換能器主體4上的第一通氣孔6噴射到換能器主體4和上殼體2之間的通道中。液體通過進液口13進入換能器主體4和上殼體2之間的通道中，從換能器主體4中的第一通氣孔6噴射出的氣體噴射到上述通道中的液體，使液體在毛細管和氣體噴射的作用下產生一定的***流，該***流流經耦合層8和下殼體10之間通道時，在兆聲的作用下進一步***為超微液滴流。

通過電纜接頭1與功率放大器連接對壓電晶體7施加交變電壓，壓電晶體7在交變電壓的作用下產生振動形成兆聲波，兆聲波通過耦合層8和下殼體10進行傳播。經過兆聲作用後產生的超微液滴流經過噴射裝置下殼體10的霧化噴射通孔11噴射出去，在噴射出去前，在下殼體10的霧化噴射通孔11中受到下殼體10中第二通氣孔9的氣體作用，加速超微液滴流分解為單一的超微液滴。

本發明提供的清洗霧化噴射裝置，結構簡單，集成度高，可有效實現噴射超微霧化液滴，在不損傷晶圓表面圖案的前提下，對晶圓進行有效清洗，並最大程度的節約水資源。

雖然本發明所揭露之實施方式如上，惟該之內容並非用以直接限定本發明之專利保護範圍。任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明所揭露之精神和範圍的前提下，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧電纜接頭

2‧‧‧上殼體

21‧‧‧第一階殼體

22‧‧‧第二階殼體

3‧‧‧連接孔

4‧‧‧換能器主體

5‧‧‧耦合層支撐部件

6‧‧‧第一通氣孔

7‧‧‧壓電晶體

8‧‧‧耦合層

9‧‧‧第二通氣孔

10‧‧‧下殼體

11‧‧‧霧化噴射通孔

12‧‧‧密封圈

13‧‧‧進液口

14‧‧‧進氣口

15‧‧‧螺絲孔

圖1為本發明一實施方式的清洗霧化噴射裝置結構示意圖；圖2為本發明一實施方式的清洗霧化噴射裝置俯視圖；圖3為本發明一實施方式的清洗霧化噴射裝置組裝示意圖； 圖4為本發明一實施方式的清洗霧化噴射裝置中換能器結構示意圖；以及圖5本發明一實施方式的清洗霧化噴射裝置中換能器剖面圖。

1‧‧‧電纜接頭

2‧‧‧上殼體

21‧‧‧第一階殼體

22‧‧‧第二階殼體

3‧‧‧連接孔

4‧‧‧換能器主體

5‧‧‧耦合層支撐部件

6‧‧‧第一通氣孔

7‧‧‧壓電晶體

8‧‧‧耦合層

9‧‧‧第二通氣孔

10‧‧‧下殼體

12‧‧‧密封圈

13‧‧‧進液口

14‧‧‧進氣口

15‧‧‧螺絲孔

Claims (10)

1. 一種清洗霧化噴射裝置，包括：一上殼體、與該上殼體連接的一下殼體；該上殼體為二階圓筒狀，包括一第一階殼體和一第二階殼體，該第一階殼體的橫截面積小於該第二階殼體的橫截面積，該第二階殼體中設有一換能器，該換能器包括呈圓筒狀且其表面設有多個第一通氣孔的一換能器主體和一耦合層；該下殼體的兩側壁設有一第二通氣孔，該下殼體的中心位置設有一霧化噴射通孔，該第二通氣孔與該霧化噴射通孔相通且具有夾角。
2. 如申請專利範圍第1項所述之清洗霧化噴射裝置，該耦合層通過一耦合層支撐部件固定在該換能器主體內部。
3. 如申請專利範圍第2項所述之清洗霧化噴射裝置，該耦合層包括一壓電晶體和一耦合片，該壓電晶體通過一導電膠與該耦合片連接。
4. 如申請專利範圍第3項所述之清洗霧化噴射裝置，該耦合片由單一介質或多種介質製成，其厚度為1/4波長的整數倍。
5. 如申請專利範圍第3項所述之清洗霧化噴射裝置，更包括一密封圈，該密封圈設置於該耦合層的下表面，用於密封該耦合層和該耦合層支撐部件。
6. 如申請專利範圍第1項所述之清洗霧化噴射裝置，該 第一階殼體的一側設有一進氣孔，該第二階殼體的一側設有一進液孔。
7. 如申請專利範圍第1項所述之清洗霧化噴射裝置，該第二通氣孔與該霧化噴射通孔之間的夾角為20-70°。
8. 如申請專利範圍第2項所述之清洗霧化噴射裝置，該耦合層下表面與該下殼體霧化噴射通孔上表面之間的垂直距離為1mm-10mm。
9. 如申請專利範圍第1項所述之清洗霧化噴射裝置，該換能器主體的側壁至該上殼體中的第二階殼體內壁距離為1mm-10mm。
10. 如申請專利範圍第2項所述之清洗霧化噴射裝置，該第一通氣孔的孔徑為1-3mm，其由上至下按圓周切面方向依次排列在該換能器主體上。