提高清洗均匀度的图形晶圆无损伤清洗装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种提高清洗均匀度的图形晶圆无损伤清洗装置，在壳体密封腔内设有上下紧贴的超声波/兆声波发生机构和底部石英部件，底部石英部件包括相连的环状石英微共振腔保护圈和由多个垂直棒状石英结构组成的石英微共振腔阵列，环状石英微共振腔保护圈的凹槽下端由壳体下端面伸出，石英微共振腔阵列的下端面不高于凹槽的下端面，其各棒状石英结构的下端面之间具有不同的高度，可通过石英微共振腔阵列对传播方向与晶圆表面方向不垂直的超声波/兆声波能量进行选择性去除，并可使图形晶圆表面的超声波/兆声波能量均匀分布，实现在一定的清洗时间内，使整个图形晶圆范围内的任意区域都得到均匀、无损伤清洗的效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路加工清洗设备领域，更具体地，涉及一种用于清洗图形晶圆并可提高清洗均匀度的无损伤清洗装置。
技术介绍
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，而造成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。在集成电路的生产加工工艺过程中，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。为了有效地清除晶圆表面的沾污物，在进行单晶圆湿法清洗工艺处理时，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化学药液，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不断加大。很多新型清洗技术在清洗设备上已得到应用。其中，最重要的一种是超声波/兆声波清洗技术。但是，采用超声波/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。这主要是由于传播方向与晶圆表面不垂直的超声波/兆声波能量对图形晶圆表面图形横向的作用力大于表面图形与晶圆的附着力，导致在超声波/兆声波清洗时对表面图形的破坏。申请号为201510076158.1的中国专利技术专利申请公开了一种图形晶圆无损伤清洗装置，该装置包括一悬设于图形晶圆上方的中空壳体，壳体的中空内部设有超声波发生机构，超声波发生机构下方连接一超声波能量选择性去除机构，超声波能量选择性去除机构包括由多个垂直间隙设置的石英棒构成的等高阵列，石英棒阵列自壳体下方伸出没入图形晶圆上的清洗药液中，将从超声波发生机构传导出的传播方向与晶圆表面不垂直的超声波能量进行选择性去除，使超声波能量垂直传导至晶圆，保证了在超声波清洗过程中，超声波的能量不会造成图形晶圆表面图形的损伤，从而实现对图形晶圆的无损伤超声波移动清洗，并可有效提高晶圆表面污染物的去除效率。随着集成电路特征尺寸进入到深亚微米阶段，集成电路晶圆制造工艺中的湿法腐蚀和清洗的控制要求以及所要腐蚀的精度越来越高，但所要清洗的颗粒却越来越小，因而腐蚀及清洗的均匀性变成了一个挑战性的问题。采用超声波/兆声波作用下的化学腐蚀和清洗有助于加速腐蚀和清洗的效果，极大地提高了颗粒污染物的去除速率。但超声波/兆声波清洗过程中的均匀性控制一直是该领域的一个技术难题。清洗过程中如果得到的超声波/兆声波能量过少，会降低该区域颗粒污染物的去除效率，如果得到的能量过多，则有可能会造成局部区域晶圆表面图形结构的损伤。然而，上述中国专利技术专利申请公开的清洗装置，其装置底面的石英棒阵列中所有石英棒的下端底面都是平齐的。如果装置的底面与晶圆的表面不完全平行，会导致二者之间的距离随位置有很大的变化，导致声波能量的不均匀分布。例如当超声波/兆声波清洗装置为覆盖晶圆中心到边缘的扇形区域时，可能会产生晶圆中心位置的装置底面和晶圆距离较小，而随半径逐渐增大，装置底面和晶圆距离逐渐增大的问题，导致声波能量的不均匀分布。因此，需要设计一种有效的新装置，以在整个晶圆的面积范围内，实现超声波/兆声波能量的均匀分布。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种新型的可提高清洗均匀度的图形晶圆无损伤清洗装置，在对晶圆进行超声波/兆声波清洗时，能够实时地改变装置底面与晶圆之间的距离，使晶圆表面的超声波/兆声波能量均匀分布，并能够消除传播方向与晶圆表面不垂直的超声波/兆声波能量对图形晶圆表面图形横向作用力的破坏性影响，实现对图形晶圆的无损伤均匀清洗。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种提高清洗均匀度的图形晶圆无损伤清洗装置，包括：上、下壳体，其连接形成密封腔，所述密封腔在下壳体的下端面形成开口；超声波/兆声波发生机构，设于密封腔内，其上部和侧部与密封腔内壁之间具有间隙；底部石英部件，包括一形成向下开口凹槽的环状石英微共振腔保护圈，以及一个上端连接设于凹槽底部、下端为自由端的由多个垂直棒状石英结构组成的石英微共振腔阵列，所述环状石英微共振腔保护圈上部紧贴超声波/兆声波发生机构下部，其侧部与密封腔位于下壳体部分的内壁之间密封连接，其凹槽下端由下壳体下端面的开口伸出，所述石英微共振腔阵列的下端面不高于凹槽的下端面，其各棒状石英结构的下端面之间具有不同的高度；其中，所述装置连接控制其移动的喷淋臂，所述超声波/兆声波发生机构产生的超声波能量，依次经过环状石英微共振腔保护圈、石英微共振腔阵列向下传导，并经所述石英微共振腔阵列的选择性去除后，通过没入图形晶圆上清洗药液中的所述棒状石英结构的下端面垂直传导至图形晶圆表面，带动清洗药液振荡，以进行超声波/兆声波移动清洗，同时，在图形晶圆旋转过程中，通过具有不同高度下端面的各棒状石英结构，使图形晶圆表面任意位置的区域都经过不同高度石英微共振腔阵列的清洗，以使图形晶圆表面的超声波/兆声波能量均匀分布，实现在一定的清洗时间内，使整个图形晶圆范围内的任意区域都得到均匀的清洗。优选地，还包括一个连接喷淋臂的旋转电机，所述旋转电机的转轴连接所述装置，用于控制所述装置水平旋转。优选地，所述旋转电机的转轴偏心连接所述装置上壳体的顶部。优选地，所述上壳体设有气体入口和出口，其连通由密封腔内壁和超声波/兆声波发生机构外壁组成的冷却腔，用于通过气体入口通入冷却气体，对超声波/兆声波发生机构进行冷却，并由气体出口排出。优选地，所述下壳体侧部连通设有保护气体入口和出口，所述保护气体出口为一圈下倾的气孔或狭缝，用作通过保护气体入口通入保护气体，并由保护气体出口喷出，以在图形晶圆表面形成一个气体保护层。优选地，所述上壳体设有气体入口，所述下壳体侧部设有气体出口，所述气体出口为一圈下倾的气孔或狭缝，所述气体入口和出口连通由密封腔内壁和超声波/兆声波发生机构外壁组成的冷却腔，用于通过气体入口通入冷却气体，对超声波/兆声波发生机构进行冷却，并在通过气体出口倾斜向下排出的同时，在图形晶圆表面形成一个气体保护层。优选地，所述环状石英微共振腔保护圈的凹槽侧壁设有一至若干开孔，用于使清洗药液自由进出石英微共振腔阵列与图形晶圆表面之间的间隙。优选地，所述石英微共振腔阵列棒状石英结构的形状包括圆形、三角形、五边形或长方形，各棒状石英结构按照一定的规则分布，或者按照随机方式分布。优选地，所述石英微共振腔阵列的下端面轮廓形成扇形、三角形、五边形或者是长条形。优选地，所述超声波/兆声波发生机构包括上下紧贴设置的压电材料和耦合层，所述耦合层下部紧贴环状石英微共振腔保护圈上部，所述压电材料、耦合层和环状石英微共振腔保护圈通过在上壳体顶部与压电材料之间依次所设的压紧弹簧和压紧弹簧导向柱进行压紧；所述上壳体装有压电材料接线柱，用于将外部电信号导入至压电材料，并通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高清洗均匀度的图形晶圆无损伤清洗装置，其特征在于，包括：上、下壳体，其连接形成密封腔，所述密封腔在下壳体的下端面形成开口；超声波/兆声波发生机构，设于密封腔内，其上部和侧部与密封腔内壁之间具有间隙；底部石英部件，包括一形成向下开口凹槽的环状石英微共振腔保护圈，以及一个上端连接设于凹槽底部、下端为自由端的由多个垂直棒状石英结构组成的石英微共振腔阵列，所述环状石英微共振腔保护圈上部紧贴超声波/兆声波发生机构下部，其侧部与密封腔位于下壳体部分的内壁之间密封连接，其凹槽下端由下壳体下端面的开口伸出，所述石英微共振腔阵列的下端面不高于凹槽的下端面，其各棒状石英结构的下端面之间具有不同的高度；其中，所述装置连接控制其移动的喷淋臂，所述超声波/兆声波发生机构产生的超声波能量，依次经过环状石英微共振腔保护圈、石英微共振腔阵列向下传导，并经所述石英微共振腔阵列的选择性去除后，通过没入图形晶圆上清洗药液中的所述棒状石英结构的下端面垂直传导至图形晶圆表面，带动清洗药液振荡，以进行超声波/兆声波移动清洗，同时，在图形晶圆旋转过程中，通过具有不同高度下端面的各棒状石英结构，使图形晶圆表面任意位置的区域都经过不同高度石英微共振腔阵列的清洗，以使图形晶圆表面的超声波/兆声波能量均匀分布，实现在一定的清洗时间内，使整个图形晶圆范围内的任意区域都得到均匀的清洗。...

【技术特征摘要】
1.一种提高清洗均匀度的图形晶圆无损伤清洗装置，其特征在于，包括：上、下壳体，其连接形成密封腔，所述密封腔在下壳体的下端面形成开口；超声波/兆声波发生机构，设于密封腔内，其上部和侧部与密封腔内壁之间具有间隙；底部石英部件，包括一形成向下开口凹槽的环状石英微共振腔保护圈，以及一个上端连接设于凹槽底部、下端为自由端的由多个垂直棒状石英结构组成的石英微共振腔阵列，所述环状石英微共振腔保护圈上部紧贴超声波/兆声波发生机构下部，其侧部与密封腔位于下壳体部分的内壁之间密封连接，其凹槽下端由下壳体下端面的开口伸出，所述石英微共振腔阵列的下端面不高于凹槽的下端面，其各棒状石英结构的下端面之间具有不同的高度；其中，所述装置连接控制其移动的喷淋臂，所述超声波/兆声波发生机构产生的超声波能量，依次经过环状石英微共振腔保护圈、石英微共振腔阵列向下传导，并经所述石英微共振腔阵列的选择性去除后，通过没入图形晶圆上清洗药液中的所述棒状石英结构的下端面垂直传导至图形晶圆表面，带动清洗药液振荡，以进行超声波/兆声波移动清洗，同时，在图形晶圆旋转过程中，通过具有不同高度下端面的各棒状石英结构，使图形晶圆表面任意位置的区域都经过不同高度石英微共振腔阵列的清洗，以使图形晶圆表面的超声波/兆声波能量均匀分布，实现在一定的清洗时间内，使整个图形晶圆范围内的任意区域都得到均匀的清洗。2.根据权利要求1所述的提高清洗均匀度的图形晶圆无损伤清洗装置，其特征在于，还包括一个连接喷淋臂的旋转电机，所述旋转电机的转轴连接所述装置，用于控制所述装置水平旋转。3.根据权利要求2所述的提高清洗均匀度的图形晶圆无损伤清洗装置，其特征在于，所述旋转电机的转轴偏心连接所述装置上壳体的顶部。4.根据权利要求1所述的提高清洗均匀度的图形晶圆无损伤清洗装置，其特征在于，所述上壳体设有气体入口和出口，其连通由密封腔内壁和超声波/兆声波发生机构外壁组成的冷却腔，用于通过气体入口通入冷却气体，对超声波...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕宇，李伟，吴仪，
申请(专利权)人：北京七星华创电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11