[0001]
本发明属于半导体表面清洁相关技术领域，更具体地，涉及一种去除硅片表面吸附纳米级颗粒物的装置及方法。
背景技术：
[0002]
集成电路产业体现了一个国家高端制造业水平，当前云计算、物联网、大数据等新兴产业极大推动了对集成电路芯片的需求。如中国每年进口芯片约2000亿美元，已经超过其石油进口额，是世界上最大的芯片消费市场，然后仅有16％实现国产化。集成电路产业关系国家安全，是制造产业中尚属薄弱的环节，围绕集成电路产业的卡脖子技术已成为科研工作者亟需攻克的难题。
[0003]
研究表明，污染颗粒粒径大于工艺尺寸二分之一的可导致器件失效。随着集成电路工艺已经发展至10纳米以下，数纳米粒径污染颗粒均可导致器件缺陷。目前污染颗粒去除研究的主要技术是流体去除技术，其原理是利用流体撞击污染颗粒产生去除力，继而实现移除污染颗粒，如高压液体喷射流、高压气体喷射流等，但经高压加速的流体速度仅能达到数百米每秒，对于粒径较小的颗粒难以去除，尤其是高压液体喷射流产生的单个液滴体积较大，会对器件结构造成破坏，并有液体残留造成二次污染。为了解决半导体表面清洁过程中存在的问题，获得高速、小粒径液滴的喷射流技术成为清洁工艺技术研究中的一个前沿和热点问题。
技术实现要素：
[0004]
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种去除硅片表面吸附纳米级颗粒物的装置及方法，其通过强电场将导电液体破裂为纳米级小液滴并加速至数千米每秒，利用高速液滴的撞击效果将硅片表面吸附的纳米级颗粒物去除，同时撞击瞬间产生的轰击热会将溶液本身挥发干净，以此来解决小颗粒吸附物难以去除的问题，提高了半导体表面的颗粒物去除率，并简化了工艺步骤。
[0005]
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种去除硅片表面吸附纳米级颗粒物的装置，所述装置包括真空组件及连接于所述真空组件的液滴发射及加速组件；所述液滴发射与加速组件包括液体存储器、石墨电极、peek毛细管、熔融石英毛细管及萃取电极；
[0006]
所述液体存储器设置在所述真空组件上方，其用于收容导电溶液；所述石墨电极设置在所述液体存储器上，其一端用于与直流电源相连接，另一端用于与所述导电液体相接触；所述peek毛细管的一端与所述液体存储器相连接，另一端与所述熔融石英毛细管相连接，所述熔融石英毛细管的一端伸入所述真空组件内；所述萃取电极设置在所述真空组件内，且其与所述熔融石英毛细管所形成的发射尖端相对设置；
[0007]
其中，所述萃取电极接地；工作时，所述石墨电极连接所述直流电源，使得所述发射尖端与所述萃取电极之间产生电压降，该电压降产生的电场将所述导电液体进行破碎、
发射及加速。
[0008]
进一步地，所述直流电源的电压为0～30000v。
[0009]
进一步地，所述真空组件包括真空腔体；所述液滴发射与加速组件还包括安装基座、液体存储器支架及萃取电极安装导杆，所述安装基座设置在所述真空腔体上，所述液体存储器支架设置在所述安装基座上，所述液体存储器安装在所述液体存储器安装支架上；所述萃取电极安装导杆的一端连接于所述安装基座，另一端伸入所述真空腔体内；所述萃取电极活动地连接于所述萃取电极安装导杆上，其通过沿所述萃取电极安装导杆移动来改变所述萃取电极与所述熔融石英毛细管之间的间距。
[0010]
进一步地，所述装置包括设置在所述真空腔体内的垂直升降台，所述垂直升降台用于承载硅片，并带动所述硅片上下移动，以将所述硅片与所述萃取电极之间的间距在50～200mm的范围内调节。
[0011]
进一步地，所述真空组件还包括热阴极真空计、法兰电极、机械泵及排气阀门，所述机械泵、所述热阴极真空计、所述法兰电极及所述排气阀门分别设置在所述真空腔体上。
[0012]
进一步地，所述peek毛细管的两端分别通过peek接口与所述液体存储器及所述安装基座相连接。
[0013]
进一步地，所述安装基座开设有螺纹孔，所述螺纹孔与对应的所述peek接口配合。
[0014]
进一步地，所述液体存储器是采用聚甲醛树脂材料加工而成的。
[0015]
按照本发明的另一个方面，提供了一种去除硅片表面吸附纳米级颗粒物的方法，所述方法主要包括以下步骤：首先，提供如上所述的去除硅片表面吸附纳米级颗粒物的装置，并将待清洁硅片设置在所述装置上；接着，采用所述装置对硅片进行清洁。
[0016]
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的去除硅片表面吸附纳米级颗粒物的装置及方法主要具有以下有益效果：
[0017]
1.由于在强电场的作用下液滴可以被加速到数千米每秒，因此相较于传统的液体喷射流技术的去除效果将会得到明显的提升；同时液滴撞击形成冲击波，撞击过程转化的热能引起的温度升高足够使液滴热解蒸发，可解决污染颗粒去除后的表面液体残留问题；另外，由于液滴粒径较小(与颗粒物为同尺度)，在撞击时单个液滴的动量较小，对微结构造成破坏的可能性会大大降低。
[0018]
2.所述垂直升降台用于承载硅片，并带动所述硅片上下移动，以将所述硅片与所述萃取电极之间的间距在50～200mm的范围内调节，通过该距离的调节可改变样品硅片表面接收的离子束电流的大小。
[0019]
3.所述萃取电极活动地连接于所述萃取电极安装导杆上，其通过沿所述萃取电极安装导杆移动来改变所述萃取电极与所述熔融石英毛细管之间的间距，以改变二者之间的电场梯度和形。
[0020]
4.装置结构简单，安装调试方便，占用空间体积小，成本低，操作便利。
[0021]
5.所述安装基座开设有螺纹孔，所述螺纹孔与对应的所述peek接口配合，如此可自动的对管路实现固定和密封。
[0022]
6.所述peek毛细管下端夹持有所述熔融石英毛细管，所述熔融石英毛细管可以避免因尖端放电堵塞毛细管。
附图说明
[0023]
图1是本发明提供的去除硅片表面吸附纳米级颗粒物的装置的结构示意图；
[0024]
图2是图1中的去除硅片表面纳米级颗粒物的装置沿另一个角度的示意图。
[0025]
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-真空腔体，2-萃取电极安装导杆，3-安装基座，4-液体储存器支架，5-液体储存器，6-石墨电极，7-peek接口，8-微流控制阀，9-peek毛细管，10-熔融石英毛细管，11-萃取电极，12-垂直升降台，13-热阴极真空计，14-法兰电极，15-机械泵，16-排气阀门。
具体实施方式
[0026]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0027]
请参阅图1及图2，本发明提供的去除硅片表面吸附纳米级颗粒物的装置，所述装置包括真空组件、设置在所述真空组件内的垂直升降台12及连接于所述真空组件的液滴发射与加速组件。所述真空组件包括真空腔体1、热阴极真空计13、法兰电极14、机械泵15及排气阀门16。
[0028]
所述真空腔体1上设置的所有接口均采用标准法兰接口，其上还设置有真空观察视窗及门。本实施方式中，所述真空腔体1内可达到10-1
～10-2
pa的稳定真空环境；所述真空腔体1的上端开设有开口。
[0029]
所述机械泵15、所述热阴极真空计13、所述法兰电极14及所述排气阀门16分别设置在所述真空腔体1上。
[0030]
所述垂直升降台12设置在所述真空腔体1内，且其设置在所述真空腔体1的底面上。所述垂直升降台12与所述开口相对设置，其用于安装待清洁的硅片，并带动所述硅片上下移动，以改变所述硅片与所述开口之间的间距，进而改变硅片表面接收的离子束电流的大小。本实施方式中，所述垂直升降台12朝向所述开口的一侧安装有夹持件，所述夹持件用于夹持硅片。
[0031]
所述液滴发射与加速组件包括萃取电极安装导杆2、安装基座3、液体储存器支架4、液体储存器5、石墨电极6、peek接口7、微流控制阀8、peek毛细管9、熔融石英毛细管10及萃取电极11，所述安装基座3设置在所述真空腔体1上且覆盖所述开口。所述液体储存器支架4设置在所述安装基座3上，所述液体储存器5设置在所述液体储存器支架4上。所述石墨电极6设置在所述液体储存器5内。所述peek毛细管9的一端通过所述peek接口7连接于所述液体存储器5朝向所述安装座3的一端，另一端通过所述peek接口7连接于所述安装座3且连接于所述熔融石英毛细管10，所述熔融石英毛细管10通过所述开口而伸入所述真空腔体1内。所述微流控制阀8设置在所述peek毛细管9上。所述萃取电极安装导杆2的一端连接于所述安装座3，另一端伸入所述真空腔体1内。所述萃取电极11的一端活动地连接于所述萃取电极安装导杆2。其中所述萃取电极11能够沿所述萃取电极安装导杆2上下移动，以调整所述萃取电极11与所述熔融石英毛细管9之间的距离，从而改变两者之间的电场梯度和形状。
[0032]
本实施方式中，所述垂直升降台12可以将硅片与所述萃取电极11之间的间隔在50
～200mm的范围内调节，通过该调节可以改变样品硅片表面接收的离子束电流的大小；所述安装基座3是采用聚甲醛树脂材料制备而成的，且所述安装基座3的中心位置开设有螺纹孔，所述螺纹孔与对应的所述peek接口7相配合，以自动地对管路实现固定和密封；所述熔融石英毛细管10用于避免因尖端放电堵塞毛细管。
[0033]
此外，所述装置通过所述石墨电极6将直流高压电源接入所述液体存储器5内的导电液体，该直流高压电源的电压范围为0～30000v。其中，所述萃取电极11接地；所述液体存储器5中储存的液体为溶质易分解、溶剂易挥发的导电溶液，如碳酸铵、碳酸氢钠等水溶液。
[0034]
所述石墨电极6固定于所述液体储存器5中，其下端插入导电溶液中，上端与可调节直流高压电源相连接，由于液体导电，且液滴发射与加速组件是由管路系统互相连通的，故在所述熔融石英毛细管10所形成的发射尖端是与所述液体储存器4中的液体等电势的；另外所述萃取电极11是接地的，从而通过调节直流高压电源的输出电压，可实现液滴发射及加速电场强度强度。
[0035]
本发明还提供了一种去除硅片表面吸附纳米级颗粒物的方法，所述方法主要包括以下步骤：首先，提供如上所述的去除硅片表面吸附纳米级颗粒物的装置，并将待清洁硅片设置在所述装置上；接着，采用所述装置去除硅片表面吸附的颗粒物。
[0036]
以下以一个具体实施例来对本发明进行进一步的详细说明。
[0037]
本实施例提供的去除硅片表面吸附纳米级颗粒物的方法主要包括以下步骤：
[0038]
(1)装夹硅片。将硅片放置于所述垂直升降台上，并使用所述夹持件将所述硅片进行定位，注意此步骤是在电源关闭及机械泵未工作的状态下进行的。
[0039]
(2)开机。将所述真空腔体的门关闭，并依次打开机械泵，待机械泵抽速稳定后，打开所述热阴极真空计13，当所述热阴极真空计13的读数达到相应真空度时，打开所述微流控制阀8，随后打开高压电源，并调节至所需输出电压。
[0040]
(3)在进入工作状态后，高速的液滴喷射流会将硅片表面的颗粒物去除，等待数分钟。
[0041]
(4)关机。依次关闭高压电源、微流控制阀门及油泵，打开排气阀门，将清洁完后的硅片取出。
[0042]
(5)表面分析。将取出的硅片及时送往sem下进行表征分析，以确定表面清洁的效果及颗粒物移除率。
[0043]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种去除硅片表面吸附纳米级颗粒物的装置，其特征在于：所述装置包括真空组件及连接于所述真空组件的液滴发射及加速组件；所述液滴发射与加速组件包括液体存储器、石墨电极、peek毛细管、熔融石英毛细管及萃取电极；所述液体存储器设置在所述真空组件上方，其用于收容导电溶液；所述石墨电极设置在所述液体存储器上，其一端用于与直流电源相连接，另一端用于与所述导电液体相接触；所述peek毛细管的一端与所述液体存储器相连接，另一端与所述熔融石英毛细管相连接，所述熔融石英毛细管的一端伸入所述真空组件内；所述萃取电极设置在所述真空组件内，且其与所述熔融石英毛细管所形成的发射尖端相对设置；其中，所述萃取电极接地；工作时，所述石墨电极连接所述直流电源，使得所述发射尖端与所述萃取电极之间产生电压降，该电压降产生的电场将所述导电液体进行破碎、发射及加速。2.如权利要求1所述的去除硅片表面吸附纳米级颗粒物的装置，其特征在于：所述直流电源的电压为0～30000v。3.如权利要求1所述的去除硅片表面吸附纳米级颗粒物的装置，其特征在于：所述真空组件包括真空腔体；所述液滴发射与加速组件还包括安装基座、液体存储器支架及萃取电极安装导杆，所述安装基座设置在所述真空腔体上，所述液体存储器支架设置在所述安装基座上，所述液体存储器安装在所述液体存储器安装支架上；所述萃取电极安装导杆的一端连接于所述安装基座，另一端伸入所述真空腔体内；所述萃取电极活动地连接于所述萃取电极安装导杆上，其通过沿所述萃取电极安装导杆移动来改变所述萃取电极与所述熔融石英毛细管之间的间距。4.如权利要求3所述的去除硅片表面吸附纳米级颗粒物的装置，其特征在于：所述装置包括设置在所述真空腔体内的垂直升降台，所述垂直升降台用于承载硅片，并带动所述硅片上下移动，以将所述硅片与所述萃取电极之间的间距在50～200mm的范围内调节。5.如权利要求3所述的去除硅片表面吸附纳米级颗粒物的装置，其特征在于：所述真空组件还包括热阴极真空计、法兰电极、机械泵及排气阀门，所述机械泵、所述热阴极真空计、所述法兰电极及所述排气阀门分别设置在所述真空腔体上。6.如权利要求3所述的去除硅片表面吸附纳米级颗粒物的装置，其特征在于：所述peek毛细管的两端分别通过peek接口与所述液体存储器及所述安装基座相连接。7.如权利要求6所述的去除硅片表面吸附纳米级颗粒物的装置，其特征在于：所述安装基座开设有螺纹孔，所述螺纹孔与对应的所述peek接口配合。8.如权利要求1-6任一项所述的去除硅片表面吸附纳米级颗粒物的装置，其特征在于：所述液体存储器是采用聚甲醛树脂材料加工而成的。9.一种去除硅片表面吸附纳米级颗粒物的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：首先，提供权利要求1-8任一项所述的去除硅片表面吸附纳米级颗粒物的装置，并将待清洁硅片设置在所述装置上；接着，采用所述装置对硅片进行清洁。
技术总结
本发明属于半导体表面清洁相关技术领域，其公开了一种去除硅片表面吸附纳米级颗粒物的装置及方法，装置包括真空组件及连接于真空组件的液滴发射及加速组件；液滴发射与加速组件包括液体存储器、石墨电极、PEEK毛细管、熔融石英毛细管及接地的萃取电极；液体存储器设置在真空组件上方，其用于收容导电溶液；石墨电极设置在液体存储器上，其两端分别用于与直流电源相连接及与导电液体相接触；PEEK毛细管的一端与液体存储器相连接，另一端与熔融石英毛细管相连接，熔融石英毛细管的一端伸入真空组件内；萃取电极设置在真空组件内，且其与熔融石英毛细管所形成的发射尖端相对设置。本发明提高了清洁效率，降低了成本，实现移除后无液体残留。体残留。体残留。
技术开发人、权利持有人：许剑锋 张吉韬 贾凯
