專(zhuān)利名稱(chēng)：基板清洗系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種基板清洗系統(tǒng)與方法，尤指一種適用于含有納米級(jí)結(jié)構(gòu)的基板清洗系統(tǒng)與方法。
背景技術(shù)：
超臨界流體物理性質(zhì)介于氣、液相之間，粘度接近于氣體，密度接近于液體，因密度高，可輸送較氣體更多的超臨界流體，因粘度低，輸送時(shí)所須的功率則較液體為低，亦即質(zhì)量傳遞阻力遠(yuǎn)較液體為小，因之在質(zhì)量傳遞上較液體為快；此外，超臨界流體有如氣體幾無(wú)表面張力，因此很容易滲入到多孔性組織中；除物理性質(zhì)外，在化學(xué)性質(zhì)上亦與氣、液態(tài)時(shí)有所不同，例如，二氧化碳在氣體狀態(tài)下不具萃取能力，但當(dāng)進(jìn)入超臨界狀態(tài)后，二氧化碳變成親有機(jī)性，因而具有溶解有機(jī)物的能力，此溶解能力會(huì)隨溫度及壓力而有所不同。
傳統(tǒng)的晶圓清洗制程，需使用超純水與化學(xué)溶劑，去除晶圓表面各種納米微小顆粒，同時(shí)產(chǎn)生大量廢水與廢溶劑；加上晶圓制程即將邁向65nm，使現(xiàn)有的濕式清洗技術(shù)，因?yàn)榫A的渠溝與高深寬比結(jié)構(gòu)，與液體表面邊界層的限制，而無(wú)法克服65nm線寬的表面張力，無(wú)法有效清洗納米孔洞污染物。
由于二氧化碳于超臨界狀態(tài)為非極性，因此搭配適當(dāng)?shù)墓踩軇┗蚪缑婊钚詣?，作為光阻劑與超臨界流體的媒介，形成微胞，將更能發(fā)揮清洗的效果；同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)操作條件控制于穩(wěn)態(tài)均勻相中，可以增加清洗效果；如果共溶劑添加量超過(guò)操作范圍外，則會(huì)由原來(lái)的均相轉(zhuǎn)變至非均相，使超臨界流體清洗效果降低；所以，建立清洗配方，提供適當(dāng)操作條件，可增加清洗效率并縮短清洗時(shí)間。
于先前技術(shù)中關(guān)于污染物檢測(cè)分析部分，包括有利用一石英晶體微量天枰系統(tǒng)測(cè)量該樣本流束內(nèi)存在的非氣體污染物的量的改變，該系統(tǒng)可使用于監(jiān)測(cè)超臨界流體的清洗與萃取程序；然而并未提及其它非使用石英晶體微量天枰系統(tǒng)測(cè)量清洗效率的方式。
在關(guān)于增加超音波與噴嘴裝置增加清洗部分，相關(guān)技術(shù)是在清洗槽內(nèi)配設(shè)數(shù)支預(yù)洗用噴嘴與壓縮液體膨脹用的低壓室和聲波產(chǎn)生裝置，以及利用旋轉(zhuǎn)翼的強(qiáng)制攪拌裝置，以達(dá)成會(huì)產(chǎn)生發(fā)泡的強(qiáng)力洗凈效果；然而此裝置必須利用聲波產(chǎn)生裝置與旋轉(zhuǎn)翼的強(qiáng)制攪拌才能達(dá)成清潔效果，實(shí)為不便。
因此，開(kāi)發(fā)干式清洗制程，且減少水資源浪費(fèi)與化學(xué)溶劑使用，將符合極具潛力的「綠色清潔生產(chǎn)技術(shù)」的條件；而利用超臨界二氧化碳來(lái)去除納米污染物，并通過(guò)以開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單裝置的基板清洗系統(tǒng)，將可以克服上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的基板清洗方法與系統(tǒng)，是利用超臨界二氧化碳具低表面張力、低粘度、高擴(kuò)散性，易擴(kuò)散至納米孔洞中的特性，再搭配共溶劑與微乳化等創(chuàng)新技術(shù)，同時(shí)以超音波增加清洗效果，即可提高基板上物質(zhì)，如光阻劑等的清洗效率并縮短清洗時(shí)間，而搭配光纖探頭檢測(cè)器更可實(shí)時(shí)于在線監(jiān)測(cè)清洗效率。
二氧化碳于超臨界狀態(tài)為非極性，利用適當(dāng)?shù)墓踩軇?、界面活性劑及螯合劑等，增加二氧化碳的極性，可作為光阻劑與超臨界流體的媒介，再配合微乳化技術(shù)，可能針對(duì)半導(dǎo)體(晶圓、low-k材料、MEMS微機(jī)電系統(tǒng))等不同制程的光阻劑、金屬顆粒使其可達(dá)到清洗的效果，是極為重要的。
本發(fā)明的基板清洗系統(tǒng)包括一具有承載一基板的一旋轉(zhuǎn)載體，與復(fù)數(shù)個(gè)超音波噴嘴的密閉清洗室；一洗液供應(yīng)裝置；一二氧化碳液體儲(chǔ)存裝置；一壓力控制裝置；一溫度控制裝置；以及一在線監(jiān)測(cè)裝置；其中，洗液供應(yīng)裝置是供應(yīng)一界面活性劑，并以一接管與二氧化碳液體儲(chǔ)存裝置相連，二氧化碳液體儲(chǔ)存裝置是以一連接管與壓力控制裝置相接，壓力控制裝置以一連通管與溫度控制裝置相接，再以一通管將溫度控制裝置與密閉清洗室連接，將來(lái)自洗液供應(yīng)裝置，以及二氧化碳液體儲(chǔ)存裝置的一超臨界狀態(tài)二氧化碳混合液體，通過(guò)由通管送入密閉清洗室中，并利用復(fù)數(shù)個(gè)超音波噴嘴，將混合液體噴送于基板上；且，在線監(jiān)測(cè)裝置是以一取樣管與密閉清洗室相連。
本發(fā)明更包括一種基板清洗方法，包括步驟如下(a)提供一基板于含有復(fù)數(shù)個(gè)超音波噴嘴的一密閉清洗室中；(b)提供一混合有界面活性劑的超臨界二氧化碳混合物，通過(guò)由超音波噴嘴噴送至基板的表面進(jìn)行接觸清洗，同時(shí)產(chǎn)生一廢液；(c)以一監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行該廢液成分的分析。
適于利用本發(fā)明系統(tǒng)與方法進(jìn)行清洗的基板可以是任何一組件的基板，由于本發(fā)明系統(tǒng)與方法可深入納米級(jí)間距進(jìn)行清洗，因此較佳是適用于一具有納米級(jí)結(jié)構(gòu)的基板。
于本發(fā)明系統(tǒng)與方法中，壓力控制裝置的種類(lèi)可以是現(xiàn)有的任何一種，較佳是一壓力泵浦；而系統(tǒng)中壓力控制裝置以及溫度控制裝置，是用以使一液態(tài)二氧化碳經(jīng)由壓力與溫度的控制而變成一超臨界狀態(tài)，一般使液態(tài)二氧化碳變成一超臨界狀態(tài)的條件為，溫度高于31.1℃，且壓力高于73atm的狀況下；而為使二氧化碳的超臨界狀態(tài)持續(xù)保持至清洗進(jìn)行時(shí)，因此密閉清洗室的溫度范圍較佳是保持在25～200℃，且壓力范圍保持在74～250atm。
本發(fā)明系統(tǒng)中噴嘴是連接一超音波裝置，以利用超音波將超臨界二氧化碳噴送至欲清洗的基板，配合系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)載體，有效率的進(jìn)行基板上納米級(jí)結(jié)構(gòu)的清洗，而超音波的操作頻率范圍較佳為0.8MHz～3.5MHz；且為完整清洗基板，本發(fā)明系統(tǒng)的密閉清洗室內(nèi)的復(fù)數(shù)個(gè)超音波噴嘴，可以設(shè)置在旋轉(zhuǎn)載體的上方與下方，同時(shí)以聚焦型式的超音波線型噴嘴進(jìn)行清洗工作，并可有一個(gè)或多個(gè)線型噴嘴同時(shí)進(jìn)行清洗工作，以充分將旋轉(zhuǎn)載體上的基板上下表面清洗干凈；除了洗液供應(yīng)裝置所提供的界面活性劑的外，本發(fā)明系統(tǒng)中洗液供應(yīng)裝置更可提供一共溶劑或一螯合劑，混合于一超臨界二氧化碳中，以利用洗劑間產(chǎn)生的微乳化現(xiàn)象增加納米級(jí)間距內(nèi)的清洗效果。
本發(fā)明中監(jiān)測(cè)裝置是以一取樣管與密閉清洗室連接，以在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)或分析來(lái)自密閉清洗室的清洗廢液，監(jiān)測(cè)裝置較佳是一內(nèi)部光纖探頭檢測(cè)器，連接UV/VIS光譜儀或內(nèi)視光纖CCD與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，以配合清洗槽的操作溫度與壓力變化，進(jìn)行化工熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)的計(jì)算，做聯(lián)機(jī)的清洗效率監(jiān)測(cè)，污染物含量與清洗品質(zhì)的管理。
此外，為讓旋轉(zhuǎn)載體能確實(shí)帶動(dòng)待清洗基板，可于旋轉(zhuǎn)載體與待清洗基板的接合處，施以表面處理，以增加接合部位與待清洗基板間的摩擦力。
于本發(fā)明方法中，步驟(a)的該基板較佳是先經(jīng)一液態(tài)二氧化碳潤(rùn)濕過(guò)，以增加超臨界二氧化碳分布于欲清洗基板表面的均勻程度；步驟(b)中的復(fù)數(shù)個(gè)超音波噴嘴是將該超臨界二氧化碳混合物噴送至基板的一側(cè)或二側(cè)，以充分洗凈基板的上下表面；且，超音波噴嘴可以是固定式或活動(dòng)式，通過(guò)以無(wú)死角的充分噴送超臨界二氧化碳混合物于基板上。


圖1是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的裝置系統(tǒng)圖。
主要組件符號(hào)說(shuō)明10密閉清洗室11減壓閥12超音波噴嘴 13旋轉(zhuǎn)載體20液相二氧化碳儲(chǔ)槽 21輸送泵22連接管30溫度控制裝置 31通管40分離槽50冷凝器60在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 60a光源60b光譜儀61取樣管70基板 80洗液供應(yīng)裝置
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1本實(shí)施例說(shuō)明利用本發(fā)明基板清洗系統(tǒng)裝置，請(qǐng)參考圖1裝置系統(tǒng)圖。
圖1中分別有一密閉清洗室10；一洗液供應(yīng)裝置80；一二氧化碳液體儲(chǔ)存裝置20；一壓力控制裝置(輸送泵)21；一溫度控制裝置30；以及一在線監(jiān)測(cè)裝置60；其中，洗液供應(yīng)裝置80是供應(yīng)一界面活性劑，二氧化碳液體儲(chǔ)存裝置20是以一連接管22與壓力控制裝置21相接，壓力控制裝置21與溫度控制裝置30相接，再以一通管31將溫度控制裝置30與密閉清洗室10連接，將來(lái)自二氧化碳液體儲(chǔ)存裝置20的一超臨界狀態(tài)二氧化碳混合液體送入密閉清洗室10中，并利用密閉清洗室10中復(fù)數(shù)個(gè)超音波噴嘴12，將混合液體噴送于基板70上；此外，在線監(jiān)測(cè)裝置60是以一取樣管61與密閉清洗室10相連，于本實(shí)施例中，在線監(jiān)測(cè)裝置60a為一光源，在線監(jiān)測(cè)裝置60b為一光譜儀。
密閉清洗室10內(nèi)部有一旋轉(zhuǎn)載體13以及復(fù)數(shù)個(gè)超音波噴嘴12，其中該旋轉(zhuǎn)載體13是可承載基板70，并以旋轉(zhuǎn)的方式承接來(lái)自復(fù)數(shù)個(gè)超音波噴嘴12噴送出的混合液體，進(jìn)行基板70的清洗；在其它較佳的實(shí)施例中，復(fù)數(shù)個(gè)超音波噴嘴可設(shè)置于密閉清洗室10內(nèi)旋轉(zhuǎn)載體13的上方與下方，以更均勻的清洗基板70。
實(shí)施例2利用實(shí)施例1的裝置，說(shuō)明本發(fā)明基板清洗系統(tǒng)的作動(dòng)方式。
首先放置一基板70(如一晶圓)置入密閉清洗室10中，接著利用輸送泵21將來(lái)自液相二氧化碳儲(chǔ)槽20的液體二氧化碳一起加壓至壓力73atm以上，再經(jīng)過(guò)加熱器30將二氧化碳加熱至臨界溫度31.1℃以上，使混合液體內(nèi)液體二氧化碳達(dá)到超臨界狀態(tài)，再將混合液體送入密閉清洗室10中，此時(shí)連同與來(lái)自洗液供應(yīng)裝置80的界面活性劑，共溶劑或一螯合劑所形成的一混合液體，利用數(shù)條超音波振動(dòng)器與活動(dòng)式噴嘴12將混合液體噴送至基板70表面，利用混合液體中超臨界二氧化碳的低表面張力以及高滲透性，來(lái)清洗基板70上納米孔徑間的污染物。
密閉清洗室10中，可利用數(shù)條超音波振動(dòng)器與活動(dòng)式噴嘴12，配合旋轉(zhuǎn)載體13進(jìn)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，將基板70均勻清洗；旋轉(zhuǎn)載體13可與水平面呈一傾斜角度，當(dāng)進(jìn)行超音波清洗時(shí)，被清除的污物可經(jīng)由此一傾斜角度，有規(guī)律的流出基板表面，同時(shí)減少清洗的死角，增加清洗效果；且利用超音波噴嘴產(chǎn)生的流動(dòng)更可有效縮短清洗時(shí)間；此外，旋轉(zhuǎn)載體13的上方與下方同時(shí)以聚焦型式的多個(gè)超音波線型噴嘴12進(jìn)行清洗工作。
接著由密閉清洗室10排出清洗廢液，經(jīng)取樣管61取樣至一在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)60，利用在超臨界流體高壓狀況下，內(nèi)部光纖探頭檢測(cè)器連接UV/VIS光譜儀或內(nèi)視光纖CCD與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，配合密閉清洗室10的操作溫度與壓力變化，進(jìn)行化工熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)的計(jì)算，做實(shí)時(shí)分析與監(jiān)測(cè)液態(tài)二氧化碳廢液中的污染物含量與清洗的品質(zhì)管理。
實(shí)施例3在完成基板的清洗后，于高溫高壓的密閉清洗室內(nèi)，含有污染物的超臨界二氧化碳，在經(jīng)由減壓閥11降壓后，進(jìn)入分離槽40，此時(shí)較重的污染物會(huì)沉淀于分離槽40底部，污染物經(jīng)分離槽40內(nèi)的吸附過(guò)濾器(圖未示)收集后，再經(jīng)適當(dāng)?shù)奶幚砘蚶贸R界水氧化系統(tǒng)處理；而經(jīng)過(guò)過(guò)濾的二氧化碳經(jīng)過(guò)冷凝器50或壓縮成液體，可進(jìn)入二氧化碳儲(chǔ)槽20回收再使用，或直接排放至大氣中。
本系統(tǒng)操作溫度范圍在25～200℃，操作壓力為74～250atm；超音波系統(tǒng)的操作頻率范圍為0.8MHz～3.5MHz；密閉清洗室10內(nèi)部更可包括含一光纖探頭檢測(cè)器的高壓反應(yīng)測(cè)試模塊，連接UV/VIS光譜儀與計(jì)算機(jī)，溫度控制在25～100℃下，以固定二氧化碳超臨界流體的質(zhì)量，在不同壓力變化時(shí)的相對(duì)應(yīng)可見(jiàn)光500nm波長(zhǎng)的穿透強(qiáng)度變化，觀察到二氧化碳超臨界流體體積變?nèi)輭嚎s的壓力從850psi至1700psi升高，可見(jiàn)光穿透強(qiáng)度數(shù)值逐漸增大趨近飽和平衡。
發(fā)展本技術(shù)不但可提升產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，亦可促成產(chǎn)業(yè)升級(jí)，建立技術(shù)平臺(tái)，本發(fā)明主要是利用界面活性劑或其它共溶劑，螯合劑等與超臨界狀態(tài)的二氧化碳混合時(shí)發(fā)生的微乳化現(xiàn)象，配合超音波，提高基板上污染物如光阻劑的清洗效果，縮短基板清洗時(shí)間；同時(shí)，搭配光纖探頭檢測(cè)器在線監(jiān)測(cè)，可實(shí)時(shí)得知清洗效率，縮短檢測(cè)時(shí)間。
上述實(shí)施例僅是為了方便說(shuō)明而舉例而已，本發(fā)明所主張的權(quán)利范圍自應(yīng)以申請(qǐng)專(zhuān)利范圍所述為準(zhǔn)，而非僅限于上述實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種基板清洗系統(tǒng)，其特征在于，包括一具有承載一基板的一旋轉(zhuǎn)載體，與復(fù)數(shù)個(gè)超音波噴嘴的密閉清洗室；一洗液供應(yīng)裝置；一二氧化碳液體儲(chǔ)存裝置；一壓力控制裝置；一溫度控制裝置；以及一在線監(jiān)測(cè)裝置；其中，該洗液供應(yīng)裝置是供應(yīng)一界面活性劑，并以一接管與該二氧化碳液體儲(chǔ)存裝置相連，該二氧化碳液體儲(chǔ)存裝置是以一連接管與該壓力控制裝置相接，該壓力控制裝置以一連通管與該溫度控制裝置相接，再以一通管將該溫度控制裝置與該密閉清洗室連接，將來(lái)自該洗液供應(yīng)裝置，以及該二氧化碳液體儲(chǔ)存裝置的一超臨界狀態(tài)的二氧化碳混合液體，通過(guò)由該通管送入該密閉清洗室中，并利用該復(fù)數(shù)個(gè)超音波噴嘴，將該混合液體噴送于該基板上；且，該在線監(jiān)測(cè)裝置是以一取樣管與該密閉清洗室相連。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述該基板為一具有納米級(jí)結(jié)構(gòu)的基板。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述該壓力控制裝置是一壓力泵浦。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述該密閉清洗室的溫度范圍在25～200℃。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述該密閉清洗室的壓力范圍在74～250atm。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述該超音波的操作頻率范圍為0.8MHz～3.5MHz。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述該復(fù)數(shù)個(gè)超音波噴嘴是位于該基板的一側(cè)或二側(cè)。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述該監(jiān)測(cè)裝置是一內(nèi)部光纖探頭檢測(cè)器。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述該內(nèi)部光纖探頭檢測(cè)器更連接一UV/VIS光譜儀與一計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述該洗液供應(yīng)裝置更提供一共溶劑或一螯合劑。
11.一種基板清洗方法，其特征在于，包括步驟如下(a)提供一基板于含有復(fù)數(shù)個(gè)超音波噴嘴的一密閉清洗室中；(b)提供一混合有界面活性劑的超臨界二氧化碳混合物，通過(guò)由該等超音波噴嘴噴送至該基板的表面進(jìn)行接觸清洗，同時(shí)產(chǎn)生一廢液；以及(c)以一監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行該廢液成分的分析。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述步驟(a)中的該基板為一具有納米級(jí)結(jié)構(gòu)的基板。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述步驟(a)的該基板是先經(jīng)過(guò)一液態(tài)二氧化碳潤(rùn)濕過(guò)。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述步驟(a)中的該密閉清洗室的內(nèi)部溫度范圍在25～200℃。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述步驟(a)中的該密閉清洗室的內(nèi)部壓力范圍在74～250atm。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述步驟(b)中的該超音波的操作頻率范圍為0.8MHz～3.5MHz。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述步驟(b)中的該復(fù)數(shù)個(gè)超音波噴嘴是將該超臨界二氧化碳混合物噴送至該基板的一側(cè)或二側(cè)。
18.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，于步驟(b)中的超臨界二氧化碳混合物中更包括一共溶劑或螯合劑。
19.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，于步驟(c)的該監(jiān)測(cè)裝置是一內(nèi)部光纖探頭檢測(cè)器。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述步驟(c)的該內(nèi)部光纖探頭檢測(cè)器更連接一內(nèi)視光纖CCD與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種基板清洗系統(tǒng)，包括一密閉清洗室；一洗液供應(yīng)裝置；一二氧化碳液體儲(chǔ)存裝置；一壓力控制裝置；一溫度控制裝置；以及一在線監(jiān)測(cè)裝置；其中，洗液供應(yīng)裝置是以一接管與二氧化碳液體儲(chǔ)存裝置相連，二氧化碳液體儲(chǔ)存裝置是以一連接管與壓力控制裝置相接，壓力控制裝置以一連通管與溫度控制裝置相接，再以一通管將溫度控制裝置與密閉清洗室連接，將超臨界狀態(tài)二氧化碳混合液體送入密閉清洗室中，并利用復(fù)數(shù)個(gè)超音波噴嘴，將混合液體噴送于基板上；且，在線監(jiān)測(cè)裝置是以一取樣管與密閉清洗室相連。
文檔編號(hào)B08B3/12GK1799710SQ20041008218
公開(kāi)日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2004年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月31日
發(fā)明者陳政群, 盧昱彰, 陳興, 陳一誠(chéng) 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院