清洗装置及方法与流程

1.本发明属于微机电系统制造领域，具体涉及一种清洗装置及方法。


背景技术：

2.微机电系统(micro electromechanical system，mems)，通常包含微悬臂、深腔、深孔等能够感知外界环境变化的微小单元。这些结构非常脆弱，在对晶圆单片加工的过程中容易因外力的作用而被破坏。行业内通常采用二流体技术进行晶圆单片清洗。然而，该技术对于二流体中的气体和液体的比例有严格要求，否则将导致mems结构的破坏或清洗效果不佳。
3.现有的清洗工艺中，在同一制程程式下，气体和液体的比例都是固定的。根据公知常识，在单片清洗工艺中，晶圆中间区域的线速度要比晶圆边缘区域的线速度小。所以晶圆中间区域接受二流体冲击的时间相对晶圆边缘区域较长，因此，在气体压力过大的情况下，容易导致晶圆中间区域的结构被破坏。
4.因此，本发明提出了一种清洗装置及方法，在保证晶圆清洗干净的前提下，保证晶圆结构的完整性。


技术实现要素：

5.本发明提出了一种清洗装置及方法，在保证晶圆清洗干净的前提下，保证晶圆结构的完整性。
6.第一方面，本发明提供一种清洗装置，包括：厂务控制系统、第一调压阀、气体压力调节系统以及二流体喷嘴；所述厂务控制系统的第一出口端通过第一管路连接所述气体压力调节系统的第一进口端，并通过所述厂务控制系统的所述第一出口端向所述气体压力调节系统输送气体；所述气体压力调节系统的第一出口端通过第二管路连接所述二流体喷嘴的第一进口端，并通过所述气体压力调节系统的第一出口端向所述二流体喷嘴输送气体，所述第二管路上设置有第一调压阀，所述第一调压阀用于调节所述第二管路中的气体压力；所述厂务控制系统的第二出口端通过第三管路连接所述二流体喷嘴的第二进口端，并通过所述厂务控制系统的第二出口端向所述二流体喷嘴输送药液；所述二流体喷嘴用于混合药液和气体，并通过出口端向晶圆喷洒混合后的药液和气体，以清洗所述晶圆。
7.其有益效果在于：本发明通过在所述第二管路上设置所述第一调压阀，便于调节晶圆上所承受的二流体压力，以防止晶圆在清洗过程中因承受的压力过大而被破坏，即本发明在保证晶圆清洗干净的前提下，保证晶圆结构的完整性。
8.可选地，所述清洗装置，还包括：第二调压阀；所述第二调压阀设置于所述第一管路上，所述第二调压阀用于调节所述第一管路中的气体压力。其有益效果在于：所述第二调压阀可用于对管路中的气体压力进行预处理。
9.进一步可选地，所述气体压力调节系统包括n个分支管路，所述n为正整数；所述分支管路上设置有开关阀和第三调压阀，所述开关阀电连开关控制单元，所述第三调压阀电
连压力控制单元，所述开关控制单元用于控制所述开关阀的开启和关闭，所述压力控制单元用于控制所述第三调压阀调节所述分支管路中的气体压力；所述厂务控制系统的第一出口端通过第一管路连接所述气体压力调节系统的第一进口端，所述气体压力调节系统的第一出口端通过第二管路连接所述二流体喷嘴的第一进口端，包括：所述厂务控制系统的第一出口端通过第一管路连接n个所述分支管路的一端，n个所述分支管路的另一端通过第二管路连接所述二流体喷嘴的第一进口端。
10.又进一步可选地，当所述n大于或等于3，且所述n小于5时，相邻所述分支管路之间的间距相等。
11.再进一步可选地，当所述n大于或等于5，且所述n小于等于9时，所述分支管路以其中一支分支管路的端口为圆心，其余所述分支管路端口的中心连线的形状呈圆形且均匀分布于所述圆心周围。
12.还进一步可选地，当所述n大于9时，所述分支管路以其中一支分支管路的端口为圆心，其余所述分支管路分为i圈，且每一圈的所述分支管路的端口的中心连线的形状呈圆形且均匀分布于所述圆心周围，相邻圈之间的间距相等，所述i为正整数；且第j圈的分支管路的数量为：2
j 2
，所述j为正整数，且所述j的取值小于或等于i。
13.可选地，所述二流体喷嘴设置于摆臂的一端，所述摆臂的另一端通过活动连接结构固定于支撑点，所述摆臂通过所述活动连接结构围绕所述支撑点摆动，以使得所述二流体喷嘴能够按照预设轨迹对晶圆表面进行清洗。
14.第二方面，本发明提供一种清洗方法，应用于如第一方面中任一项所述的清洗装置，包括：通过所述厂务控制系统的所述第一出口端向所述气体压力调节系统输送气体，以及通过所述气体压力调节系统的第一出口端向所述二流体喷嘴输送气体；通过所述厂务控制系统的第二出口端向所述二流体喷嘴输送药液；所述二流体喷嘴混合药液和气体；所述二流体喷嘴按照设定轨迹向晶圆喷洒混合后的药液和气体，以清洗所述晶圆；在所述二流体喷嘴清洗所述晶圆的过程中，通过所述气体压力调节系统以及所述第一调压阀调节输送至所述二流体喷嘴的气体的压力，使得所述晶圆的中间区域所受到的气体压力小于所述晶圆的边缘区域所受到的气体压力。
15.可选地，所述二流体喷嘴按照设定轨迹向晶圆喷洒混合后的药液和气体，包括：以所述二流体喷嘴到所述支撑点的距离为半径，并以支撑点为圆点，得到轨迹圆；取所述轨迹圆与所述晶圆边缘位置的交点，并记为第一交点和第二交点，所述设定轨迹即为所述轨迹圆上与所述晶圆相交的所述第一交点和所述第二交点之间的部分；所述二流体喷嘴以所述第一交点或所述第二交点为起点，并以所述第一交点和所述第二交点中的另一个为终点，沿着所述设定轨迹向晶圆喷洒混合后的药液和气体。
16.进一步可选地，所述在所述二流体喷嘴清洗所述晶圆的过程中，通过所述气体压力调节系统以及所述第一调压阀调节输送至所述二流体喷嘴的气体的压力，使得所述晶圆的中间区域所受到的气体压力小于所述晶圆的边缘区域所受到的气体压力，包括：沿着所述设定轨迹从所述第一交点和所述第二交点之间取x个点，相邻两点间的间距相等，所述x为奇数；在所述二流体喷嘴以所述第一交点或所述第二交点为起点开始向所述晶圆喷洒混合后的液体和气体时，通过所述气体压力调节系统以及所述第一调压阀调节输送至所述二流体喷嘴的气体的压力，使得从起点到第(x 1)/2 1点之间所述二流体喷嘴的气体的压力
在逐渐较小，并从第(x 1)/2 1点到终点之间所述二流体喷嘴的气体的压力在逐渐增大。
附图说明
17.图1为本发明提供的一种清洗装置实施例示意图；
18.图2为本发明提供的一种清洗装置实施例示意图；
19.图3为本发明提供的一种气体压力调节系统实施例示意图；
20.图4为本发明提供的一种气体压力调节系统实施例截面示意图；
21.图5为本发明提供的一种二流体喷嘴喷洒路径实施例示意图；
22.图6为本发明提供的一种清洗方法实施例流程图。
具体实施方式
23.下面结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。其中，在本技术实施例的描述中，以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本技术的限制。如在本技术的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一种”、“该”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解，在本技术以下各实施例中，“至少一个”、“一个或多个”是指一个或两个以上(包含两个)。术语“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系；例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况，其中a、b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
24.在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本技术的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“连接”包括直接连接和间接连接，除非另外说明。“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
25.在本技术实施例中，“示例性地”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本技术实施例中被描述为“示例性地”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性地”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
26.本发明提供一种清洗装置，减缓因气体压力的周期性变化而引起的二流体压力脉冲效应。如图1所示，该清洗装置包括：厂务控制系统101、第一调压阀103、气体压力调节系统102以及二流体喷嘴104；所述厂务控制系统101的第一出口端通过第一管路连接所述气体压力调节系统102的第一进口端，并通过所述厂务控制系统101的所述第一出口端向所述气体压力调节系统102输送气体；所述气体压力调节系统102的第一出口端通过第二管路连接所述二流体喷嘴104的第一进口端，并通过所述气体压力调节系统102的第一出口端向所述二流体喷嘴104输送气体，所述第二管路上设置有第一调压阀103，所述第一调压阀103用
于调节所述第二管路中的气体压力；所述厂务控制系统101的第二出口端通过第三管路连接所述二流体喷嘴104的第二进口端，并通过所述厂务控制系统101的第二出口端向所述二流体喷嘴104输送药液；所述二流体喷嘴104用于混合药液和气体，并通过出口端向晶圆喷洒混合后的药液和气体，以清洗所述晶圆。
27.本发明通过在所述第二管路上设置所述第一调压阀，便于调节晶圆上所承受的二流体压力，以防止晶圆在清洗过程中因承受的压力过大而被破坏，即本发明在保证晶圆清洗干净的前提下，保证晶圆结构的完整性。
28.在一种可能的实施例中，如图2所示，所述清洗装置还包括：第二调压阀201；所述第二调压阀201设置于所述第一管路上，所述第二调压阀201用于调节所述第一管路中的气体压力。所述第二调压阀可用于对管路中的气体压力进行预处理。
29.在又一种可能的实施例中，所述气体压力调节系统包括n个分支管路，所述n为正整数；所述分支管路上设置有开关阀和第三调压阀，所述开关阀电连开关控制单元，所述第三调压阀电连压力控制单元，所述开关控制单元用于控制所述开关阀的开启和关闭，所述压力控制单元用于控制所述第三调压阀调节所述分支管路中的气体压力；所述厂务控制系统的第一出口端通过第一管路连接所述气体压力调节系统的第一进口端，所述气体压力调节系统的第一出口端通过第二管路连接所述二流体喷嘴的第一进口端，包括：所述厂务控制系统的第一出口端通过第一管路连接n个所述分支管路的一端，n个所述分支管路的另一端通过第二管路连接所述二流体喷嘴的第一进口端。示例性地，如图3所示，在所述气体压力调节系统的第一进口端设置第二调压阀，气体经调压后等比例进入该气体压力调节系统的若干个分支管路。所述分支管路经汇集后再从所述气体压力调节系统的第一出口端流出，经所述第一调压阀调压后供给至二流体喷嘴。所述气体压力调节系统包括n个分支管路，所述n大于或等于25，每一条所述分支管路上分别设置有开关阀和第三调压阀。如图3所示(图3仅给出部分分支管路)，这些开关阀包括：阀k1、阀k2、
……
、阀k25、
……
。这些第三调压阀包括：阀v1、阀v2、
……
、阀v25、
……
。
30.可选地，当所述n大于或等于3，且所述n小于5时，相邻所述分支管路之间的间距相等。再进一步可选地，当所述n大于或等于5，且所述n小于等于9时，所述分支管路以其中一支分支管路的端口为圆心，其余所述分支管路端口的中心连线的形状呈圆形且均匀分布于所述圆心周围。又进一步可选地，当所述n大于9时，所述分支管路以其中一支分支管路的端口为圆心，其余所述分支管路分为i圈，且每一圈的所述分支管路的端口的中心连线的形状呈圆形且均匀分布于所述圆心周围，相邻圈之间的间距相等，所述i为正整数；且第j圈的分支管路的数量为：2
j 2
，所述j为正整数，且所述j的取值小于或等于i。示例性地，如图4所示，所述分支管路在所述气体压力调节系统的所述第一进口端和所述第一出口端呈呈圆心镜像对称均匀分布。所述分支管路在出气端管路中心1根、第一圈8根、第二圈16根、
……
、第i圈2
j 2
根。第i圈分布的半径为其中r为所述气体压力调节系统第一出口端管路半径，i为分支管路在出气端分布的总圈数，j为第j圈(j＝1，2，3，
……
，i)。同一圈内，相邻两个分支管路的距离相等。各分支管路和所述气体压力调节系统第一出口端管路截面如图4所示(图4仅给出部分分支管路)。
31.优选地，将标记为第i圈第1根管路，则第i圈的第k根管路可用坐标表示。第i圈的管路按圆心镜像对称可分为2i 1组。将和标记为第一组，则顺时针方向最后一组为第2i 1组。根据工艺需要，依次从第n圈开始，通过开、关相对圆心镜像对称的若干组分支管路进行二流体压力调节。
32.在一种可能的实施例中，所述二流体喷嘴设置于摆臂的一端，所述摆臂的另一端通过活动连接结构固定于支撑点，所述摆臂通过所述活动连接结构围绕所述支撑点摆动，以使得所述二流体喷嘴能够按照预设轨迹对晶圆表面进行清洗。示例性地，将所述二流体喷嘴在晶圆上喷洒的路径分成s1，s2，s3，
……
，s2m 1(m为大于等于1的正整数)奇数个点位，各点位之间的距离相等。其中s1和s2m 1对应晶圆的最边缘，sm 1对应晶圆的圆心。方便起见，本发明规定s1为起始点，s2m 1为终点，s2，s3，
……
，s2m为中间点。另规定，二流体喷嘴喷洒时，依次经过s1，s2，s3，
……
，s2m 1的路径为去程；二流体喷嘴从终点返回，依次经过s2m 1，s2m，
……
，s3，s2，s1的路径为回程。
33.为了便于理解，本发明以m等于2进行相关技术说明，即二流体喷嘴在晶圆上喷洒的路径分为s1、s2、s3、s4和s5五个点位。所述五个点位的相对位置如图5所示，其中so是摆臂的支撑点，二流体喷嘴安装在该摆臂的另一端，摆臂处于原点位置时，二流体喷嘴的位置与s1重合；摆臂处于终点位置时，二流体喷嘴的位置与s5重合。二流体喷嘴从起始点s1运动到终点s5，紧接着再从终点s5回到起始点s1的过程称为一个循环。晶圆清洗过程中，二流体喷嘴需要经过若干个循环。
34.在去程中，当二流体喷嘴运行到s2时，气体压力调节系统向所述开关控制单元和所述压力控制单元发出指令，通过所述开关控制单元控制所述开关阀的开启和关闭，以及所述压力控制单元控制所述第三调压阀调节所述分支管路中的气体压力，以实现按设定的比例减小所述气体压力调节系统向所述二流体喷嘴所输送的气体的压力，从而减小中间区域二流体的压力；当喷嘴到s4时，气体压力调节系统向所述开关控制单元和所述压力控制单元发出指令，通过所述开关控制单元控制所述开关阀的开启和关闭，以及所述压力控制单元控制所述第三调压阀调节所述分支管路中的气体压力，以实现按设定的比例增加所述气体压力调节系统向所述二流体喷嘴所输送的气体的压力，从而恢复边缘区域二流体的压力。
35.在回程中，当二流体喷嘴运行到s4时，气体压力调节系统向所述开关控制单元和所述压力控制单元发出指令，通过所述开关控制单元控制所述开关阀的开启和关闭，以及所述压力控制单元控制所述第三调压阀调节所述分支管路中的气体压力，以实现按设定的比例减小所述气体压力调节系统向所述二流体喷嘴所输送的气体的压力，从而减小中间区域的压力；当二流体喷嘴运行到s2时，气体压力调节系统向所述开关控制单元和所述压力控制单元发出指令，通过所述开关控制单元控制所述开关阀的开启和关闭，以及所述压力控制单元控制所述第三调压阀调节所述分支管路中的气体压力，以实现按设定的比例增加所述气体压力调节系统向所述二流体喷嘴所输送的气体的压力，从而恢复边缘区域的压力。
36.简单起见，本发明以n等于25进行相关说明，即所述气体压力调节系统的第一出口端的中心有1根分支管路、第一圈8有根分支管路、第二圈16根分支管路。25支分支管路出口端的分布情况如图4所示，所述二流体喷嘴的运行轨迹如图5所示。分别以晶圆的中间区域所承受的二流体压力比晶圆的边缘区域小8％和72％为例进行相关说明。
37.第一种情况：晶圆的中间区域所承受的二流体压力比晶圆的边缘区域小8％
38.1)在去程中，当二流体喷嘴运行到s2时，气体压力调节系统向所述开关控制单元和所述压力控制单元发出指令，按设定的比例关闭第2圈相对圆心镜像对称的1组分支管路，并经调压后供给二流体喷嘴，从而减小晶圆的中间区域二流体的压力；当二流体喷嘴到s4时，系统发出指令，打开上述关闭的分支管路，并经调压后供给喷嘴，从而恢复晶圆上的边缘区域二流体的压力。
39.2)在回程中，当二流体喷嘴运行到s4时，气体压力调节系统向所述开关控制单元和所述压力控制单元发出指令，按设定的比例关闭第2圈相对圆心镜像对称的1组分支管路，并经调压后供给二流体喷嘴，从而减小晶圆的中间区域的压力；当二流体喷嘴到s2时，气体压力调节系统向所述开关控制单元和所述压力控制单元发出指令，打开上述关闭的分支管路，并经调压后供给二流体喷嘴，从而恢复晶圆上的边缘区域的压力。
40.第二种情况：晶圆的中间区域所承受的二流体压力比晶圆的边缘区域小72％
41.1)在去程中，当二流体喷嘴运行到s2时，气体压力调节系统向所述开关控制单元和所述压力控制单元发出指令，按设定的比例关闭第2圈全部管路和第1圈相对圆心镜像对称的1组分支管路，并经调压后供给二流体喷嘴，从而减小中间区域所承受二流体的压力；当二流体喷嘴到s4时，气体压力调节系统向所述开关控制单元和所述压力控制单元发出指令，打开上述关闭分支管路，并经调压后供给喷嘴，从而恢复边缘区域二流体的压力。
42.2)在回程中，当二流体喷嘴运行到s4时，气体压力调节系统向所述开关控制单元和所述压力控制单元发出指令，按设定的比例关闭第2圈全部管路和第1圈相对圆心镜像对称的1组分支管路，并经调压后供给二流体喷嘴，从而减小中间区域的压力；当二流体喷嘴到s2时，气体压力调节系统向所述开关控制单元和所述压力控制单元发出指令，打开上述关闭分支管路，并经调压后供给二流体喷嘴，从而恢复边缘区域的压力。
43.基于上述任一项实施例所述的清洗装置，本发明提供一种清洗方法，其流程如图5所示，包括：
44.s501：通过所述厂务控制系统的所述第一出口端向所述气体压力调节系统输送气体，以及通过所述气体压力调节系统的第一出口端向所述二流体喷嘴输送气体；
45.s502：通过所述厂务控制系统的第二出口端向所述二流体喷嘴输送药液；
46.s503：所述二流体喷嘴混合药液和气体；
47.s504：所述二流体喷嘴按照设定轨迹向晶圆喷洒混合后的药液和气体，以清洗所述晶圆；
48.s505：在所述二流体喷嘴清洗所述晶圆的过程中，通过所述气体压力调节系统以及所述第一调压阀调节输送至所述二流体喷嘴的气体的压力，使得所述晶圆的中间区域所受到的气体压力小于所述晶圆的边缘区域所受到的气体压力。
49.可选地，所述二流体喷嘴按照设定轨迹向晶圆喷洒混合后的药液和气体，包括：以所述二流体喷嘴到所述支撑点的距离为半径，并以支撑点为圆点，得到轨迹圆；取所述轨迹
圆与所述晶圆边缘位置的交点，并记为第一交点和第二交点，所述设定轨迹即为所述轨迹圆上与所述晶圆相交的所述第一交点和所述第二交点之间的部分；所述二流体喷嘴以所述第一交点或所述第二交点为起点，并以所述第一交点和所述第二交点中的另一个为终点，沿着所述设定轨迹向晶圆喷洒混合后的药液和气体。
50.进一步可选地，所述在所述二流体喷嘴清洗所述晶圆的过程中，通过所述气体压力调节系统以及所述第一调压阀调节输送至所述二流体喷嘴的气体的压力，使得所述晶圆的中间区域所受到的气体压力小于所述晶圆的边缘区域所受到的气体压力，包括：沿着所述设定轨迹从所述第一交点和所述第二交点之间取x个点，相邻两点间的间距相等，所述x为奇数；在所述二流体喷嘴以所述第一交点或所述第二交点为起点开始向所述晶圆喷洒混合后的液体和气体时，通过所述气体压力调节系统以及所述第一调压阀调节输送至所述二流体喷嘴的气体的压力，使得从起点到第(x 1)/2 1点之间所述二流体喷嘴的气体的压力在逐渐较小，并从第(x 1)/2 1点到终点之间所述二流体喷嘴的气体的压力在逐渐增大。
51.以上所述，仅为本技术实施例的具体实施方式，但本技术实施例的保护范围并不局限于此，任何在本技术实施例揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本技术实施例的保护范围之内。因此，本技术实施例的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。