专利名称：清洁基板的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明关于半导体基板清洁的方法及设备，且更明确而言，是关于基板清 洁中所用的喷涂器(jet sprays)。
背景技术：
基板清洁是半导体器件制造过程的重要步骤。若基板未经适当清洁，基板 上形成的一或多个器件可能会遭受损坏。因此，半导体器件的良率会因未适当 清洁而有不良影响。故业界亟需要能可靠且有效率地在半导体器件制造期间清 洁基板的改良方法。发明内容于本发明一些实施方面中提供清洁基板的方法，包括调整喷嘴的操作参数 以产生均匀的流体喷雾图案；以及利用该均匀的流体喷雾图案来清洁基板。 于本发明其它实施方面中提供一种清洁基板的方法，其包括供应第一流体及第二流体至一喷嘴；调整第一流体及第二流体至该喷嘴的流率；调整喷嘴在 基板上方的高度；其中调整喷嘴的流率及高度可得均匀的流体喷雾图案，并且 该流体喷雾图案中具有预定百分比的微滴在预定尺寸范围内；于基板上方扫掠 均匀的流体喷雾图案以清洁基板；以及旋转该基板。在本发明又另一实施方面中系提供一种用于清洁基板的设备，其包括一控 制器及一耦接至该控制器的喷嘴。该控制器适于引导喷嘴，以将均匀流体喷雾 图案分配至基板上。该控制器通过调整该喷嘴的至少一个操作参数来形成均匀 流体喷雾图案。于本发明再另一实施方面中提供一种用于清洁基板的系统，其包括一第一 流体供应器； 一第二流体供应器； 一第一流体控制器，耦接至该第一流体供应 器； 一第二流体控制器，耦接至该第二流体供应器； 一主要控制器，耦接至该第一及第二流体控制器； 一喷嘴，耦接至该第一及第二流体控制器，该喷嘴适 于接收第一及第二流体，以及用于分配该第一和第二流体的混合物； 一促动器， 耦接至该喷嘴及该主要控制器；以及一基板支撑件，其经设置以在喷嘴下方旋转基板。该主要控制器适于调整该第一及第二流体控制器，以控制流体通过该 喷嘴的速度。该主要控制器经配置以调整该促动器而控制该喷嘴及位在基板支 撑件上一基板之间的距离。该主要控制器亦经配置以调整该第一及第二流体控 制器以及该促动器，以使预定百分比的微滴在预定尺寸范围内。本发明其它特征及实施方面在参照下文详细说明、附加申请专利范围及图 式后将更为清楚。
第1图说明本发明一实施例中用于清洁基板的系统。第2A-2C图说明在依据本发明实施例清洁基板的同时第1图系统所提供的 例示性喷雾图案。第3图说明第1图系统依据本发明一实施例所提供的喷雾图案的例示性方向。
具体实施方式
本发明提供在半导体器件制造期间用于清洁基板的改良方法及设备。例 如，本发明方法及设备在清洁期间可提供一高均匀喷射喷雾至基板表面。如下 文所述，前述高均匀喷射喷雾可更有效率地将粒子从基板表面上移除的方式来 改善基板清洁。于至少一实施例中，高均匀喷射喷雾有一预定百分比的微滴是落在预定尺 寸范围内。此外，高均匀喷射喷雾有一预定百分比的微滴是落在该喷雾平均速 度的预定容差内。例如，喷射喷雾中约97%的微滴直径可约1至约25微米， 且更佳直径为约10至约22微米，而约95%的微滴可在约±5%的微滴平均速度 内。例示性的平均速度约30至约100米/秒，且较佳约70米/秒。为达高均匀的喷射喷雾，可调整一或多项喷雾喷嘴参数。例如，至喷雾喷 嘴的流体流率及/或喷雾喷嘴及基板间的距离可作调整，以形成高度均匀的喷射喷雾。前述高均匀喷射喷雾可改善清洁期间由基板所移除粒子(如，污染物)的 效率。此外或者该高均匀喷射喷雾可通过有效清洁基板的方式降低及/或排除对 基板及/或其上所形成器件的伤害。第1图说明本发明一实施例中用于清洁基板的系统101。该基板可为，例 如半导体晶片、面板显示器的玻璃基板或类似者。参照第1图，该系统101可包括一控制设备103，其耦接至一喷嘴105且 适于利用该喷嘴105来提供喷雾图案至一基板119表面。该喷雾图案可以一发 散喷雾角度(divergent spray angle) 6来提供，于某些实施例中可为约50° 、约60°或约90° (然也可采用更大或更小的喷雾角度e)。于至少一实施例中，喷嘴105可为空气雾化喷雾喷嘴，例如设有External Mix Model 1/8JJ的高容量喷雾器或设有Internal Mix的QuickMist压力喷雾器， 其等由伊利诺伊州威尔顿市的Sparying System公司所制造。前述喷雾器喷嘴皆 可提供平坦截面喷雾图案的相异喷雾。也可使用其它喷雾类型。应注意的是在 前述实施例中，并不需要加速管。参照第1图，该控制设备103可耦接至该喷嘴105的第一入口 107。此外， 该控制设备103可耦接至该喷嘴105的第二入口 109。该控制设备103可适于 以预定流率提供一或多种流体(如气体或液体)至喷嘴105，以使喷嘴105可提供 所欲均匀喷雾图案111至基板表面117。例如，该控制设备103可以预定流率 提供第一流体(例如去离子水(DIW))至第一入口 107;以及以预定流率(或压力) 提供第二流体(例如氮气)至第二入口 109。于某些实施例中，该控制设备103可包括及/或改控制第一流动控制器113， 以控制至该喷嘴105的第一入口 107的流体流动；及第二流动控制器115，以 控制至该喷嘴105的第二入口 109的流体流动。例如，该第一及第二流动控制 器113、 115可为阀门、质流控制器或类似物。如前文所述，喷嘴105可采用内部混合，其中流体输入至喷嘴105的第一 及第二入口 107、 109，并在喷嘴105内混合以形成雾化喷雾。或者，喷嘴105 可采用外部混合，其中流体在离开喷嘴105后，输入至该喷嘴105第一入口 107 的流体系与输入至该喷嘴105第二入口 109的流体混合，藉以形成雾化喷雾(如， 输入流体可能会在离开喷嘴105后会合及混合)。也可使用习知相异的空气雾化喷嘴，如外部混合或内部混合。应注意的是外部混合喷嘴可因避免喷嘴磨损而 提供较长喷嘴使用寿命，因此本发明诸多实施例中较为广泛采用。除提供一或多种流体至喷嘴105外，或如替换实施例中所采用，该控制设 备103可适于调整喷嘴距离基板119欲清洁表面117的距离(d)，以使喷嘴105 可提供所欲的均匀喷雾图案111。此外，在清洁期间，该控制设备103可适于 在基板119整个表面117移动或扫掠该喷嘴105(如利用一或多个马达、引导螺 杆或类似物(未示出))。此外或者该基板119可相对于喷嘴105移动。于此方式 下，流体喷雾图案111可由喷嘴105分配至基板119的表面117的所欲部分(如 整个表面117)。于第1图实施例中，系利用单一控制设备103提供一或多种流体至喷嘴 105，调整该喷嘴距离d并在基板119表面117上移动喷嘴105。于某些实施例 中，在清洁期间，可使用不同控制设备以调整喷嘴距离d及/或在基板119整个 表面117上移动喷嘴105。此外，系统101可包括一额外流体源121，其适于在清洁期间提供流体至 基板119表面117。例如，额外流体源121可适于提供去离子水或化学剂溶液 至表面117，而在清洁期间作为第二去离子水清洗液或化学介质。系统101可包括一适于支撑基板119的支撑件123。此外，该系统101可 包括及/或耦接至升举销125，该等升举销可将基板119自支撑件123升起或降 低，并在清洁期间旋转基板119。于至少一实施例中，可使用四个升举销。然 也可使用较少或较多的升举销。于某些实施例中，在该等升举销可在一平板(例如支撑件123)移向基板119 背侧(如，下表面)的同时固定住，以便在该板123及基板119之间形成小间隙。 该间隙可填充去离子水及/或一或多种化学物，以清洁基板119背侧。于至少一 实施例中，该平板123可包括一超音波变能器(transducer)以激发间隙中的流体 来清洁基板背侧，及/或将超音波能量耦合至基板119。该控制设备103可通过调整(如最佳化)流体流动的方式调整该喷嘴105所 提供的喷射图案111以形成高度均匀的喷雾(如喷射喷雾)、及/或调整(如减少) 基板-喷嘴距离d的方式(其可决定喷雾移动距离)，以形成高度均匀的喷雾。通 过前述调整流体流动及/或基板-喷嘴距离d的方式，喷嘴105提供的喷雾图案111可有较均匀的微滴尺寸及/或有较一致的速度分布。此外，也可增加供应至基板表面in的喷雾速度。以此方式下，本发明方法及设备相较于习知清洁系 统可提供较均匀的喷射喷雾至基板表面。例如，较均匀的喷射喷雾可包括较小及较快的微滴，其可增加粒子移动效率(Particle Removal Efficiency, PRE)而不会 在清洁期间对脆弱特征(如，基板119上形成的晶体管)造成伤害。因此，本发 明方法及设备可利用并调整湿式清洁过程中所使用商业上相异的喷射喷嘴，以 在半导体器件制造期间主动地将粒子自基板表面117移除，而不造成损害。如进一步范例中所示，可采用控制设备103以约20至约180每小时立方 英呎(SCFH)的流率提供氮气给喷嘴105，较佳地对外部混合喷嘴而言流率约160 SCFH且约70psi的压力，而对内部混合喷嘴而言流率约56 SCFH且约50psi 的压力。该控制设备103也可提供水予喷嘴105，其流率介约100至约200毫 升/分钟，且压力约25至约30psi，以使喷嘴105可形成高度均匀的流体喷射喷 雾。此外或者该控制设备103可用以将喷嘴105及基板表面117之间的高度(d) 调整在约4英吋或更小的数值(如，约100mm或更小)，对外部混合喷嘴而言较 佳约25mm，而对内部混合喷嘴而言较佳约16mm，以形成高度均匀的流体喷 射喷雾lll(如，与习知系统所得喷雾相比具有较均匀微滴尺寸及速度分布的高 速喷射喷雾)。相较的下，在指定应用中前述这样的喷嘴其标称间距可超过6英 吋。于一例示性实施例中，喷射喷雾中约97%的微滴直径可为约1至约25微 米，且较佳直径约10至约22微米，而约95%的微滴可在该等微滴的平均速度 的约±5内(如，约30至约100米/秒，且较佳约70米/秒)。然而，前述百分比、 尺寸范围、平均速度范围及容差值(tolerance)均为例示性，故可采用较大或较小 的百分比、尺寸范围、平均速度范围及/或容差值。前述喷雾的小且快速的微滴 可增加粒子移动效率(PRE)，而不会在清洁期间对脆弱器件特征造成伤害。在某些实施例中，如先前所述基板清洁期间，基板119可以适当速度旋转， 如约750rpm(然也可采用较快或较慢的转速)。此外或者在基板清洁期间，可在 基板119上(如，从额外流体源121)分布去离子水的第二流体清洗液及/或化学 物溶液(如以约800至约2000毫升/分钟的范围)。例如，可在距离基板119的中心点或基板119的x轴约20mm的位置处，或其它适当位置处喷洒第二流体清 洗液。此外，控制设备103可使喷嘴105提供的高度均匀喷射图案111作来回 扫掠(如，自基板边缘扫掠至基板中心，反的亦然)。例如，喷嘴105可采特定 指定的扫掠模式(sweep profile),以约每分钟约2次扫掠的扫掠速度进行扫掠， 藉以使表面117(如，基板119的整个表面区域)均匀的暴露在喷雾111下。也可 采用其它去离子水或化学物清洗速率及/或喷嘴扫掠速度。相较于习知系统所提供的喷雾图案，使用本发明方法及设备时，流体流动 及/或基板-喷嘴间距可作调整以形成高度均匀的喷射喷雾(其包括较小的喷雾图 案，如与基板接触点小于约5mm)及较快的微滴。高度均匀的喷射喷雾图案111 可以较高效率的方式移除粒子(如，污染物)而不会对基板119上的脆弱特征造 成伤害。该系统101可针对不同湿式清洁应用作调整，经由流体流动及/或所用 的喷嘴-基板距离d，将可移除较多或较少百分比的粒子。依据喷嘴-基板间距d， 高度均匀的喷射喷雾111可具有充分动能分布(如，介约0.1尔格/微滴及约1.6 尔格/微滴)以及可调整的峰值能量(如，约0.8尔格/微滴)。然也可采用其它的能 量分布值及/或峰值能量。第2A-C图说明在依据本发明实施例清洁基板的同时第1图系统所采用的 例示性喷雾图案。参照第2A-C图，喷嘴105所提供的高度均匀喷射图案111 可为第2A图中器件符号203所标示的平坦状(如，矩形或其它形状)、第2B图 中器件符号205所标示的圆形、或第2C图中器件符号207所标示的椭圆形。 然而，也可提供不同形状的喷雾图案。第3图说明依据本发明一实施例的第1图系统所提供喷雾图案的例示性方 向。参照第3图，喷嘴喷雾图案301在基板清洁期间方向可作调整，以使喷雾 图案301的扫掠长度1可与基板119的y轴(喷雾图案系沿着该轴作扫掠)重合。 于某些实施例中，扫掠长度1可为约30mm，然也可采用其它的扫掠长度。例 如于某些实施例中，扫掠长度系由喷嘴-基板距离来调整。y轴可沿着欲清洁基 板119的径向方向。然也可采用其它的方位及扫掠方向。前述说明仅揭示本发明的例示实施例。本发明所属技术领域人士应可轻易 理解前述揭示设备及方法的变化应落于本发明范围内。例如，纯去离子水的液 体流、溶有二氧化碳(C02)的去离子水、溶有臭氧(03)的去离子水、超稀释(如，l卯m)的含氨去离子水(NH3-DIW)及/或含若干其它溶剂的去离子水或另一清洁 剂可经由喷嘴105供应至基板。于一例示性实施例中，在约95mm的喷嘴-基板距离处，具去离子水的喷雾 清洁液(仅来自额外流体源121 ，见第1图)或来自额外流体源121的清洁化学溶 液流(不具有来自喷嘴105的喷雾清洁液)的粒子移动效率都不会达到50%以上。 然而，出自喷嘴105的喷雾清洁液结合额外流体源121的化学物溶液流可使粒 子移动效率提高到约95%。于某些实施例中，使用去离子水流(仅来自额外流体源121)进行喷雾清洁 的粒子移动效率会随着增加喷嘴-基板距离而呈指数关系的减少。使用来自喷嘴 105的相同喷雾时，距离便可由受损模式(damadge regime)调整成不受损模式 (damage-free regime)。以第1图所示喷雾清洗液的清洁期间，基板旋转速度可作调整以控制基板 表面上方上的液体介质薄膜厚度。较厚的介质薄膜可让基板表面上的脆弱特征 有较多的缓冲保护及/或能较佳地传送粒子离开基板表面。较薄的介质薄膜可能 让基板表面暴露在喷嘴105的高速水滴轰击，以提高粒子移动效率。因此，本发明虽己通过其例示性实施例作充分揭示，但应理解的是其它实 施例也可能落入如下文申请专利范围所界定的本发明精神及范围内。
权利要求
1.一种用于清洁基板的设备，包含控制器；以及喷嘴，耦接至该控制器，其中该控制器适于引导该喷嘴将均匀流体喷雾图案分配至基板上，以及其中该控制器适于通过调整该喷嘴的至少一个操作参数来形成该均匀流体喷雾图案。
2. 如权利要求1所述的设备，其中该控制器适于调整流体流至该喷嘴的速率。
3. 如权利要求1所述的设备，其中该控制器适于调整该喷嘴在该基板上方的高度。
4. 如权利要求1所述的设备，其中该控制器适于调整流体流至该喷嘴的速率 以及该喷嘴在该基板上方的高度，以使一预定百分比的微滴在一预定尺寸范围内。
5. 如权利要求1所述的设备，其中该喷嘴适于产生平坦流体喷雾图案。
6. 如权利要求1所述的设备，其中该喷嘴适于形成圆形流体喷雾图案。
7. 如权利要求1所述的设备，其中该喷嘴适于形成椭圆形流体喷雾图案。
8. 如权利要求1所述的设备，其更包括耦接至该控制器的第一流体供应器以 及耦接至该控制器的第二流体供应器。
9. 如权利要求8所述的设备，其中该第一流体供应器提供液体，而该第二流 体供应器提供气体。
10. 如权利要求9所述的设备，其中该喷嘴适于混合该喷嘴外部的液体及气体。
11. 如权利要求9所述的设备，其中该喷嘴适于混合该喷嘴内部的液体及气体。
12. 如权利要求9所述的设备，其更包括第三流体源，其适于在清洁期间直接 提供一流体至该基板。
13. 如权利要求l所述的设备，其更包括促动器，该促动器适于以一扫掠运动 的方式在基板上方移动该喷嘴。
14.如权利要求l所述的设备，其更包括支撑板，其适于支撑并旋转该基板。
15. —种用于清洁基板的系统，包括第一流体供应器；第二流体供应器；第-一流动控制器，耦接至该第一流体供应器； 第二流动控制器，耦接至该第二流体供应器； 主要控制器，耦接至第一及第二流动控制器；喷嘴，耦接至该第一及第二流动控制器，该喷嘴适于接收第一流体及第二流 体，且适于分配第一及第二流体的混合物；促动器，耦接至该喷嘴及该主要控制器；以及 基板支撑件，被设置成在该喷嘴下方以使基板旋转，其中该主要控制器适于调整该第一及第二流动控制器，以控制流经该喷嘴的 流体的速率，以及其中该主要控制器适于调整该促动器，以控制该喷嘴和该基板支撑件上的基 板之间的距离。
16. 如权利要求15所述的系统，其中该第一流体供应器提供液体，而该第二 流体供应器提供气体。
17. 如权利要求16所述的系统，其中该喷嘴适于混合该喷嘴外部的液体及气体。
18. 如权利要求16所述的系统，其中该喷嘴适于混合该喷嘴内部的液体及气体。
19. 如权利要求16所述的系统，其更包括第三流体源，其适于在清洁期间直 接提供一流体至该基板。
20. 如权利要求15所述的系统，其中该喷嘴适于形成一平坦流体喷雾图案。
21. 如权利要求15所述的系统，其中该喷嘴适于形成一圆形流体喷雾图案。
22. 如权利要求15所述的系统，其中该喷嘴适于形成一椭圆形流体喷雾图案。
23. —种清洁基板的方法，包含调整喷嘴的操作参数，以形成均匀的流体喷雾图案；以及 利用该均匀的流体喷雾图案来清洁基板。
24. 如权利要求23所述的方法，其中调整喷嘴的操作参数的步骤包括调整至 该喷嘴的流体流率。
25. 如权利要求23所述的方法，其中调整喷嘴的操作参数的步骤包括调整该 喷嘴在该基板上方的高度。
26. 如权利要求23所述的方法，其中调整喷嘴的操作参数的步骤包括调整流至该喷嘴的流体流速以及该喷嘴在该基板上方的高度，以使一预定百分比的微滴在 一预定尺寸范围内。
27. 如权利要求23所述的方法，其更包括供应第一流体及第二流体至该喷嘴， 其中该第一流体为一液体，而该第二流体为一气体。
28. 如权利要求27所述的方法，其更包括混合该喷嘴外部的液体及气体。
29. 如权利要求27所述的方法，其更包括直接供应第三流体至该基板。
30. 如权利要求23所述的方法，其更包括在该喷嘴分配流体时，使该喷嘴在 该基板上方扫掠。
31. 如权利要求23所述的方法，其更包括在该喷嘴分配流体时，在该喷嘴下 方转动该基板。
32. —种清洁基板的方法，包含调整流至喷嘴的流体速率以及该喷嘴在基板上方的高度，以便产生均匀流体 喷雾图案，其中该流体喷雾图案中一预定百分比的微滴在一预定尺寸范围内； 使该均匀流体喷雾图案在该基板上方扫掠，以清洁该基板；以及 转动该基板。
全文摘要
本发明提供用于清洁一基板的方法、设备及系统，其包括一控制器及一耦接至该控制器的喷嘴。该控制器适于指挥该喷嘴以在基板上分配一均匀流体喷雾图案。该控制器适于通过调整该喷嘴的至少一个操作参数的方式来形成该均匀流体喷雾图案，以使一预定百分比的微滴在一预定尺寸范围内。本发明亦揭示多种其它实施方面。
文档编号B08B3/00GK101405091SQ200780010245
公开日2009年4月8日 申请日期2007年3月23日 优先权日2006年3月24日
发明者A·S-K·郭, B·谢, J·T-C·李, J·唐, N·A·叶, R·R·远藤, W·陆 申请人:应用材料股份有限公司