專利名稱：基板清洗系統(tǒng)與方法
技術領域：
本發(fā)明是關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結構的基板清洗系統(tǒng)與方法。
背景技術：
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，輸送時所須的功率則較液體為低，亦即質(zhì)量傳遞阻力遠較液體為小，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，在化學性質(zhì)上亦與氣、液態(tài)時有所不同，例如，二氧化碳在氣體狀態(tài)下不具萃取能力，但當進入超臨界狀態(tài)后，二氧化碳變成親有機性，因而具有溶解有機物的能力，此溶解能力會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溶劑，去除晶圓表面各種納米微小顆粒，同時產(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，因為晶圓的渠溝與高深寬比結構，與液體表面邊界層的限制，而無法克服65nm線寬的表面張力，無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?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，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操作范圍外，則會由原來的均相轉變至非均相，使超臨界流體清洗效果降低；所以，建立清洗配方，提供適當操作條件，可增加清洗效率并縮短清洗時間。
于先前技術中關于污染物檢測分析部分，包括有利用一石英晶體微量天枰系統(tǒng)測量該樣本流束內(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)測量清洗效率的方式。
在關于增加超音波與噴嘴裝置增加清洗部分，相關技術是在清洗槽內(nèi)配設數(shù)支預洗用噴嘴與壓縮液體膨脹用的低壓室和聲波產(chǎn)生裝置，以及利用旋轉翼的強制攪拌裝置，以達成會產(chǎn)生發(fā)泡的強力洗凈效果；然而此裝置必須利用聲波產(chǎn)生裝置與旋轉翼的強制攪拌才能達成清潔效果，實為不便。
因此，開發(fā)干式清洗制程，且減少水資源浪費與化學溶劑使用，將符合極具潛力的「綠色清潔生產(chǎn)技術」的條件；而利用超臨界二氧化碳來去除納米污染物，并通過以開發(fā)簡單裝置的基板清洗系統(tǒng)，將可以克服上述問題。

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、高擴散性，易擴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，同時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間，而搭配光纖探頭檢測器更可實時于在線監(jiān)測清洗效率。
二氧化碳于超臨界狀態(tài)為非極性，利用適當?shù)墓踩軇⒔缑婊钚詣┘膀蟿┑?，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，可能針對半導體(晶圓、low-k材料、MEMS微機電系統(tǒng))等不同制程的光阻劑、金屬顆粒使其可達到清洗的效果，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載體，與復數(shù)個超音波噴嘴的密閉清洗室；一洗液供應裝置；一二氧化碳液體儲存裝置；一壓力控制裝置；一溫度控制裝置；以及一在線監(jiān)測裝置；其中，洗液供應裝置是供應一界面活性劑，并以一接管與二氧化碳液體儲存裝置相連，二氧化碳液體儲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，將來自洗液供應裝置，以及二氧化碳液體儲存裝置的一超臨界狀態(tài)二氧化碳混合液體，通過由通管送入密閉清洗室中，并利用復數(shù)個超音波噴嘴，將混合液體噴送于基板上；且，在線監(jiān)測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數(shù)個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，通過由超音波噴嘴噴送至基板的表面進行接觸清洗，同時產(chǎn)生一廢液；(c)以一監(jiān)測裝置進行該廢液成分的分析。
適于利用本發(fā)明系統(tǒng)與方法進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間距進行清洗，因此較佳是適用于一具有納米級結構的基板。
于本發(fā)明系統(tǒng)與方法中，壓力控制裝置的種類可以是現(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)保持至清洗進行時，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)中旋轉載體，有效率的進行基板上納米級結構的清洗，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)的復數(shù)個超音波噴嘴，可以設置在旋轉載體的上方與下方，同時以聚焦型式的超音波線型噴嘴進行清洗工作，并可有一個或多個線型噴嘴同時進行清洗工作，以充分將旋轉載體上的基板上下表面清洗干凈；除了洗液供應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)象增加納米級間距內(nèi)的清洗效果。
本發(fā)明中監(jiān)測裝置是以一取樣管與密閉清洗室連接，以在線實時監(jiān)測或分析來自密閉清洗室的清洗廢液，監(jiān)測裝置較佳是一內(nèi)部光纖探頭檢測器，連接UV/VIS光譜儀或內(nèi)視光纖CCD與計算機控制系統(tǒng)，以配合清洗槽的操作溫度與壓力變化，進行化工熱力學與動力學的計算，做聯(lián)機的清洗效率監(jiān)測，污染物含量與清洗品質(zhì)的管理。
此外，為讓旋轉載體能確實帶動待清洗基板，可于旋轉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)二氧化碳潤濕過，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)中的復數(shù)個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或二側，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式，通過以無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)明一較佳實施例的裝置系統(tǒng)圖。
主要組件符號說明10密閉清洗室11減壓閥12超音波噴嘴 13旋轉載體20液相二氧化碳儲槽 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)測系統(tǒng) 60a光源60b光譜儀61取樣管70基板 80洗液供應裝置
具體實施例方式
實施例1本實施例說明利用本發(fā)明基板清洗系統(tǒng)裝置，請參考圖1裝置系統(tǒng)圖。
圖1中分別有一密閉清洗室10；一洗液供應裝置80；一二氧化碳液體儲存裝置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)測裝置60；其中，洗液供應裝置80是供應一界面活性劑，二氧化碳液體儲存裝置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，將來自二氧化碳液體儲存裝置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中復數(shù)個超音波噴嘴12，將混合液體噴送于基板70上；此外，在線監(jiān)測裝置60是以一取樣管61與密閉清洗室10相連，于本實施例中，在線監(jiān)測裝置60a為一光源，在線監(jiān)測裝置60b為一光譜儀。
密閉清洗室10內(nèi)部有一旋轉載體13以及復數(shù)個超音波噴嘴12，其中該旋轉載體13是可承載基板70，并以旋轉的方式承接來自復數(shù)個超音波噴嘴12噴送出的混合液體，進行基板70的清洗；在其它較佳的實施例中，復數(shù)個超音波噴嘴可設置于密閉清洗室10內(nèi)旋轉載體13的上方與下方，以更均勻的清洗基板70。
實施例2利用實施例1的裝置，說明本發(fā)明基板清洗系統(tǒng)的作動方式。
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將來自液相二氧化碳儲槽20的液體二氧化碳一起加壓至壓力73atm以上，再經(jīng)過加熱器30將二氧化碳加熱至臨界溫度31.1℃以上，使混合液體內(nèi)液體二氧化碳達到超臨界狀態(tài)，再將混合液體送入密閉清洗室10中，此時連同與來自洗液供應裝置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)條超音波振動器與活動式噴嘴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)條超音波振動器與活動式噴嘴12，配合旋轉載體13進行旋轉動作，將基板70均勻清洗；旋轉載體13可與水平面呈一傾斜角度，當進行超音波清洗時，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)生的流動更可有效縮短清洗時間；此外，旋轉載體13的上方與下方同時以聚焦型式的多個超音波線型噴嘴12進行清洗工作。
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)部光纖探頭檢測器連接UV/VIS光譜儀或內(nèi)視光纖CCD與計算機控制系統(tǒng)，配合密閉清洗室10的操作溫度與壓力變化，進行化工熱力學與動力學的計算，做實時分析與監(jiān)測液態(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，進入分離槽40，此時較重的污染物會沉淀于分離槽40底部，污染物經(jīng)分離槽40內(nèi)的吸附過濾器(圖未示)收集后，再經(jīng)適當?shù)奶幚砘蚶贸R界水氧化系統(tǒng)處理；而經(jīng)過過濾的二氧化碳經(jīng)過冷凝器50或壓縮成液體，可進入二氧化碳儲槽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器的高壓反應測試模塊，連接UV/VIS光譜儀與計算機，溫度控制在25～100℃下，以固定二氧化碳超臨界流體的質(zhì)量，在不同壓力變化時的相對應可見光500nm波長的穿透強度變化，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，可見光穿透強度數(shù)值逐漸增大趨近飽和平衡。
發(fā)展本技術不但可提升產(chǎn)業(yè)的競爭力，亦可促成產(chǎn)業(yè)升級，建立技術平臺，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，縮短基板清洗時間；同時，搭配光纖探頭檢測器在線監(jiān)測，可實時得知清洗效率，縮短檢測時間。
上述實施例僅是為了方便說明而舉例而已，本發(fā)明所主張的權利范圍自應以申請專利范圍所述為準，而非僅限于上述實施例。
權利要求
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載體，與復數(shù)個超音波噴嘴的密閉清洗室；一洗液供應裝置；一二氧化碳液體儲存裝置；一壓力控制裝置；一溫度控制裝置；以及一在線監(jiān)測裝置；其中，該洗液供應裝置是供應一界面活性劑，并以一接管與該二氧化碳液體儲存裝置相連，該二氧化碳液體儲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，將來自該洗液供應裝置，以及該二氧化碳液體儲存裝置的一超臨界狀態(tài)的二氧化碳混合液體，通過由該通管送入該密閉清洗室中，并利用該復數(shù)個超音波噴嘴，將該混合液體噴送于該基板上；且，該在線監(jiān)測裝置是以一取樣管與該密閉清洗室相連。
2.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述該基板為一具有納米級結構的基板。
3.如權利要求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.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述該復數(shù)個超音波噴嘴是位于該基板的一側或二側。
8.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述該監(jiān)測裝置是一內(nèi)部光纖探頭檢測器。
9.如權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述該內(nèi)部光纖探頭檢測器更連接一UV/VIS光譜儀與一計算機控制系統(tǒng)。
10.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述該洗液供應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數(shù)個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，通過由該等超音波噴嘴噴送至該基板的表面進行接觸清洗，同時產(chǎn)生一廢液；以及(c)以一監(jiān)測裝置進行該廢液成分的分析。
12.如權利要求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結構的基板。
13.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述步驟(a)的該基板是先經(jīng)過一液態(tài)二氧化碳潤濕過。
14.如權利要求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.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述步驟(b)中的該復數(shù)個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或二側。
18.如權利要求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.如權利要求10所述的方法，其特征在于，于步驟(c)的該監(jiān)測裝置是一內(nèi)部光纖探頭檢測器。
20.如權利要求19所述的方法，其特征在于，所述步驟(c)的該內(nèi)部光纖探頭檢測器更連接一內(nèi)視光纖CCD與計算機控制系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明是有關于一種基板清洗系統(tǒng)，包括一密閉清洗室；一洗液供應裝置；一二氧化碳液體儲存裝置；一壓力控制裝置；一溫度控制裝置；以及一在線監(jiān)測裝置；其中，洗液供應裝置是以一接管與二氧化碳液體儲存裝置相連，二氧化碳液體儲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，并利用復數(shù)個超音波噴嘴，將混合液體噴送于基板上；且，在線監(jiān)測裝置是以一取樣管與密閉清洗室相連。
文檔編號B08B3/12GK1799710SQ20041008218
公開日2006年7月12日 申請日期2004年12月31日 優(yōu)先權日2004年12月31日
發(fā)明者陳政群, 盧昱彰, 陳興, 陳一誠 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院