专利名称：清洁基板的方法
技术领域：
本发明有关于一种在生产半导体的制程中清洁基板或晶
片的方法，尤其是，有关于一种生产共沸点混合物并使用它清洁基
板的方法。
背景技术：
集成电路的性能、可靠性和产量受到生产过程中使用的 晶片的影响，或受到生产完成后残留在元件表面的多余的物理/化学
杂质的影响。随着元件的最小线宽减小到亚微米范围，在氧化和图形 化之前干净地清洁基板表面的技术变得更加需要。清洁半导体晶片 表面的4支术大体上分为湿法化学清洁方法、千法清洁方法、蒸汽 (vapor)方法等，湿法清洁方法是常用的方法。在各种湿法清洁方 法中，包含标准清洁l (SC-1)和标准清洁2 (SC-2)的RCA清洁方 法已经被广泛4吏用。通常，珪晶片的湿法清洁这样进行将约50-100 片晶片一起放入SC-l或SC-2等清洁液浸泡，并用去离子水(DI水) 漂洗。然而，这种将晶片一起在清洁液中浸泡的工艺具有一个问题， 不可避免地，这种工艺4艮緩慢，因为这种工艺依赖流过晶片的液流， 而晶片需要暂停以进行漂洗。因此，这样一种需求在不断增长因为对半导体晶片的 预处理要求更短的时间，所以对晶片的清洁和漂洗要更快。
相应地，申请号为09/892,130的美国专利申请揭露了 一种 改进装置中的基板漂洗以清洁单片晶片的方法。根据这种方法，将 晶片暴露于清洁液中，然后高速旋转，然后，用去离子水分发或喷 淋到旋转的晶片上以从该晶片上去除清洁液。然而，即《更是该晶片高速旋转，由于4艮弱的离心力和去 离子水的表面张力，去离子水会在晶片中央隆起，而因为离心力所 以越靠近晶片的周边去离子水膜越薄。这时候，高浓度的化学品很快地溶解在去离子水中，因 此，尽管在漂洗工艺开始的时候使用去离子水漂洗是有效的，但是 扩散速率会随着时间的流逝而减少而且晶片中央隆起的去离子水 仍然存在。为了解决上述问题，申请号为09/892，130的美国专利申请 提供了 一种在化学品分发和/或去离子水分发之后，将溶液(可以是 液体或气体形式)分发到晶片的方法，该-容液的表面张力比水的表 面张力4氐，例如异丙醇(IPA)。才艮据这种方法，在漂洗的开始阶,殳， 使用具有高溶解性的去离子水除去化学品，并在漂洗的最后阶段， 使用IPA减少晶片中央隆起的去离子水层，从而加速溶解。在另 一个实施例中，其揭露了 一种在化学品分发之后分 发去离子水之前喷淋IPA蒸汽或液体以进行漂洗的方法。在另 一个 实施例中，其揭露了 一种通过喷嘴在晶片的某一点施加IPA液体， 同时，通过另一喷嘴在晶片的另一点施加去离子水。而且，其还揭露了 一种在比室温高的温度下(例如 60-70^C )加热去离子水的方法，以通过l是供热量给去离子水来加速 化学品的扩散。
而且，其还揭露了一种在漂洗后，以比在晶片漂洗过程 中速度更高的速度旋转晶片，或者对晶片应用氮气来干燥晶片的方法。然而，尽管现有技术已经揭露了使用去离子水和表面张 力比水的表面张力低的液体来清洁基板的方法，但是并没有公开在 室温下清洁基板时，通过调整去离子水和异丙醇的混合比例，来简 化干燥工艺的方法。关于这一 点，本发明发现了通过在清洁基板的工艺中使 用共沸点混合物，在室温下更有效地清洁、漂洗和干燥基纟反的方法， 该共沸点混合物是通过混合去离子水和表面张力比水的表面张力 低的液体(特别是，异丙醇)制造的。相应地，本发明提供了通过以合适的比例混合在清洁半 导体的工艺中应用的去离子水以及表面张力比水的表面张力4氐的 液体，并使用这样制造的共沸点混合物在室温下更有效地清洁基板 的方〉、去。
发明内容
本发明的目标是，提供一种通过适当调整在清洁半导体 时使用的去离子水和表面张力比水的表面张力低的液体的比例，制 造在比去离子水和IPA的蒸发温度低的温度下更容易地蒸发的共沸 点混合物的方法，以及使用该共沸点混合物有效清洁基板的方法。本发明的另 一个目标是，提供一种通过4吏用连接于半导 体清洁装置的分发器的联机静态混合器，制造具有恒定构成比例的 去离子水和表面张力比水的表面张力低的液体的共沸点混合物的 方法，以及〗吏用该共沸点混合物有效清洁基才反的方法。
为完成上述目标，本发明提供一种通过适当调整去离子 水和表面张力比水的表面张力孑氐的液体的比例，制造可以在室温下 容易蒸发的共沸点混合物，以在清洁过程中漂洗基^反表面的方法。 而且，本发明还4是供通过将前述共沸点混合物分发到晶片上以清洁 i亥晶片的方法。根据本发明的清洁基板的方法包含以下步骤旋转该基 板；将清洁液分发到该旋转基板的表面；通过混合去离子(DI)水 和表面张力比水的表面张力低的液体制造共沸点混合物；及将该共 沸点混合物分发到该旋转基板的表面，其中该共沸点混合物的沸点 比该去离子水和该混入的液体的沸点低。优选地，根据本发明的清洁基板的方法进一 步包含在分 发该共沸点混合物的步骤之后，使用气体沖击该旋转基板的中心，
或将表面张力比水的表面张力低的液体的蒸汽分发到该旋转基板
的步马聚。优选地，根据本发明的清洁基板的方法进一步包含在分 发该共沸点混合物的步骤之后，同时将气体和表面张力比水的表面 张力低的液体的蒸汽分发到该旋转基板的步骤。优选地，才艮据本发明的清洁基斥反的方法中应用的该共沸 点混合物是由联机静态混合器制造和提供的。优选地，纟艮据本发明的清洁基板的方法，腔外部的杂质 的流入可以纟皮氮气膜阻止，该氮气膜是通过乂人该腔的上部在该腔的 内部空间周围供应氮气而形成的，其中该基才反的清洁是在该腔内进行的。本发明通过使用在比去离子水和液体的蒸发温度相对更
7低的温度下容易蒸发的共沸点混合物，可以有效地清洁晶片，该共 沸点混合物是通过恰当调整用于清洁基板的去离子水和表面张力 比水的表面张力低的液体的构成比例来制造的。本发明通过使用具有恒定构成比例的去离子水及表面张 力比水的表面张力低的液体的共沸点混合物，可以有效清洁晶片。 该共沸,A混合物是由连接于该装置的该分发器的联4几静态混合器 制造的，以清洁半导体。
图1是，才艮据本发明的清洁基板的方法，用以清洁基4反的 单个装置的实施例的横断面视图。图2是，在根据本发明的清洁基板的方法中使用的固定基 板的装置的实施例的横断面 一见图。图3是，在清洁单片基板的装置中使用的联机静态混合器 的实施例的4黄断面浮见图，该联才几静态混合器通过混合去离子水和异 丙醇来制造共沸点混合物。附图中主要元件的参考标号 100固定基々反的装置102基板(或晶片)104， 106分发器108联机静态混合器
110， 114流量计
112, 116长钉泵(spike pump)
120腔
具体实施例方式下面，参考附图，对本发明的几个伊C选实施例作出更加
i羊纟田;t也4苗述。图1是应用根据本发明的清洁基板的方法清洁单片基板 的装置的实施例的纟黄断面—见图。如图1所示，在根据本发明的清洁基板的方法中使用的用 以清洁基板的装置10包含基板固定装置IOO (也称为"卡盘，，)， 以在上部固定基板102并^f吏其旋转；分发器104、 106,以将用以漂 洗的清洁液或去离子水等分发到旋转的基板的表面上；联机静态混 合器(108)，连接于分发器106，用以混合要分发到基板102表面的 液体(例如去离子水和异丙醇)以制造共沸点混合物；流量计IIO、 114,连接于该联机静态混合器，以调节流入该联机静态混合器的 液体的流动；长4丁泵U2、 116,以向该联才/L-誇态混合器供应液体； 以及腔120以执行与外部环境分开的基板清洁。而且，通过从腔120上部供应氮气，在进行基板清洁的腔 120内部空间周围形成氮气帘月莫(N2 curtain film ),,人而防止月空外面 的杂质的流入。下面，参考图2，对根据本发明的清洁基板的装置10中使 用的固定基^反的装置100的实施例进行具体描述。
图2是根据本发明的清洁基板的装置中使用的固定基板 的装置的实施例的片黄断面一见图。如图2所示，根据本发明的实施例的固定基板的装置200 (卡盘)包含上板21，该上板21包含多孔板23,在该多孔板23上 不规则而均匀地分布着多个孔25，下板22，该下板22连接于上々反21 的底部，以建立气体存卩渚器26， 乂人卡盘外面通过轴(spindle)流入 的气体都储存在内，晶片支架24，通过与基板的侧边紧密接触而固 定该基々反，以及感应元件，该感应元件包含用以感应晶片在该多孔 板23中心的存在及大概位置的传感器，其中该多孔才反23是圆形的， ^立于该上面一反21的中心。当氮气等气体从位于上板21和下板22之间的气体存储器 25中流出并通过多孔板23上的多个孔25流向基板时，连接在上板21 上部的基并反因为流出气体的压力而漂浮起来，而该漂浮基^反的侧边 被基板支架24固定。而且，如图2所示，在多孔板23上形成的多个孔25以不头见 则4旦是均匀的类似于泡沫海绵的形状的方式分布。多孔4反23由展现 最佳耐化学性的高功能塑料聚四氟乙烯(PTFE ，通常称为"特氟龙") 构成，因此，不会与用于基板处理的化学品发生反应，也不会生成 任何杂质。多孔板23上形成的孔25的尺寸和数量可以调整，尺寸优 选为5-800um，孔25的体积优选为多孔板23体积的5-90%。而且，通 过孔25流出的气体以不*见则的方向喷向该晶片。在本实施例中，上板21只包含一个圆形的多孔板23，然 而，多孔片反23可以具有任<可形状，例如多边形等，而且，可以布置 多个相对于卡盘10的中心成点对称的多个多孔板。
根据本发明的清洁基板的方法，通过使用前述卡盘IOO， 基板102漂浮起来并^皮从多孔板23中流出的氮气气流S走转。通常， 使用SC-1和SC-2作为半导体的清洁液，这些液体被喷淋到旋转基板 102的表面上，以漂洗该表面。根据本发明的清洁基板的方法，对 该基板102应用清洁液的工艺和漂洗基板的工艺是在同 一个装置10 中完成的。根据本发明的清洁基板的方法的一个实施例，为了漂洗 基板102,当卡盘100旋转基板102 ( SC-l和SC-2等清洁液喷向该基 板102)时，去离子水(DIW)和异丙醇(IPA)的混合溶液(该溶 液呈共沸点混合物的状态)被分发器106分发到基板102的表面。通常，去离子水在离子污染物中具有高溶解性，而且购 买和处理不会花费很多，并且能有效的去除污染物，因为在漂洗的 开始阶段，存留在基板上的高浓度的化学品很快扩散到去离子水中 而减少。因为这个原因，去离子水在基板清洁工艺中被广泛使用。然而，当对有清洁液或刻蚀液覆盖的基板应用去离子水 时，例如，漂洗时，基板旋转产生的离心力越靠近该基板的圓周越 强，因此在该基板表面上形成的去离子水膜越靠近圆周变得越薄， 然而，在该基板的中心，离心力相对比较弱，这就是去离子水在中 心隆起的原因。也就是说，基板旋转产生的离心力使得去离子水膜 越靠近该基板的圓周变得越薄，然而基板中心的离心力很弱，会因 为去离子水的表面张力而隆起。如上所述，随着时间流逝，污染物向去离子水的扩散逐 渐减少，且等离子水在该基板的中心隆起。因此，为了有效地漂洗 和千燥基板，需要减少基板中心形成的等离子水的隆起部分。
才艮据本发明的清洁基板的方法，通过以恰当的比例混合去离子水(1 )和异丙醇(IPA: (CH3)2CHOH)液体(1 )而制备共沸点混合物，并将此共沸点混合物应用到该基^反的表面以漂洗该基板。尽管异丙醇在离子污染物中比水更难溶解，但是其表面张力比水的表面张力低，因此，当异丙醇与去离子水混合时，该混合物的整体表面张力比水4氐，因此，在该基才反中心形成的去离子水的隆起部分会减少。而且，能够制造共沸点混合物的该异丙醇不能通过去除蒸馏的湿气而变純净。共沸点混合物指的是呈能够产生共沸的溶液的状态的液体混合物。通常，蒸汽的构成(该蒸汽与两种成分混合的溶液呈平衡状态)不同于其溶液的构成。当将液体的混合溶液蒸馏成每个成分液体时，该事实成立。当溶液蒸馏时，蒸汽的构成通常与原始溶液的构成不同，且一种成分比另一种成分多。因此，至于溶液自身的构成，另一种成分的浓度逐渐增加，而;容液的沸点也相应i也不断升高。然而，具有特定构成的溶液展示了纯液体的特性，也就是说，在蒸馏过程中，溶液的构成与蒸汽的构成一致，因此，随着在特定温度的不断沸腾，构成溶液的成分保持不变。像这样，在液体的混合物溶液中，在特定温度发生的不会改变构成的沸腾称为"共沸"，该共沸发生的温度(沸点)被称为"共沸点"。如前所述，能够产生共沸的具有特定构成的液体的混合物;容液;波称为"共沸点混合物"，这种共沸点混合物^皮分为'M氐沸点混合物"和"高沸点混合物"，其中低沸点混合物的共沸发生在该溶液系统的最#^弗点，而高沸点混合物的共沸发生在最高沸点。
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根据本发明，共沸点混合物是在一定的混合比例下将异丙醇液体和去离子水混合而成，其中该混合比例在10-90: 90-10之间，优选地，当异丙醇液体与去离子水的比例约为95.6: 4.4时，在1个大气压下共沸发生在80.4。C,在该气压下该沸点比水的沸点(99.97QC)和异丙醇(82.3GC)的沸点低，这是去离子水和异丙醇的最低的共沸点混合物。因此，通过将异丙醇和去离子水的共沸点混合物分发到旋转的基板上，该基板的清洁工艺，尤其是漂洗和干燥工艺，可以-波显著改善，原因在于以下三种效应。特别地，首先，因为基才反^走转产生的离心力，基板表面上的去离子水和异丙醇液体的覆盖膜越靠近基板的圓周变的越薄。其次，异丙醇的表面张力比水的表面张力^f氐，这降^f氐了去离子水和异丙醇混合物的整体表面张力，结果是，该基板表面上的由去离子水和异丙醇形成的膜比仅仅由去离子水形成的膜要薄，特别是，该基板中心的薄膜的隆起部分的厚度减小。而且，当去离子水与异丙醇以合适比例混合时，具有更低沸点的共沸点混合物被
制造出来，因此，在室温下的蒸发就更容易发生。结果是，清洁基板时漂洗和干燥基板的工艺#1显著改善。而且，才艮据本发明的清洁基板的方法，只^使用了少量的异丙醇，因此可以选4奪非常贵的异丙醇。而且，根据本发明的清洁基板的方法，使用少量的异丙醇，可以有-丈防止在基4反上留下水印。优选地，如图1所示，本发明的清洁基板的方法可以进一步包含，在将去离子水和异丙醇的共沸点混合物分发到基板102的表面的步骤之后，通过分发器104用氮气沖击基板102中心的步骤。与混合有去离子水的异丙醇一起，氮气的冲击增加了对该基板的隆起部分的物理力，从而减少了基板中心的隆起部分的厚度。而且，优选地，在将去离子水和异丙醇的共沸点混合物分发到基板102的表面之后，可以通过分发器104将异丙醇蒸汽添加到基板102的中心，以减少基板中心形成的隆起部分的厚度。这时，添加到基板102中心的异丙醇溶解在去离子水中，从而减少了表面
张力，结果是，基板表面中心的厚度减少。而且，优选地，在将去离子水和异丙醇的共沸点混合物分发到基板102的表面之后，可以用分发器104将氮气和异丙醇的蒸汽同时添加到基板102的中心，以减少基板中心形成的隆起部分的厚度。图3是在清洁单片基板的装置中使用的联机静态混合器的实施例的4黄断面—见图，该联才几静态混合器通过混合去离子水和异丙醇来制造共沸点混合物。如图3所示，该联机静态混合器108是用来制造共沸点混合物的装置，其通过接收长钉泵112供应的异丙醇液体(IPA (l))和长4丁泵116供应的去离子水(DIW (l))的液流并混合两者而制造该共沸点混合物，其中异丙醇的流速是由流量计110控制的，而去离子水的流速是由流量计114控制的。如果采用预混合系统并,人装置外部供应去离子水和异丙醇的混合物，则需要更大尺寸的装置，且随着时间的流逝，该装置的混合槽中的去离子水的蒸汽压强变得与异丙醇的蒸汽压强不同，因而，去离子水和异丙醇的混合比例会发生变化。
结果就是，无法4呆持去离子水和异丙醇的最〗尤比例，/人而不可能制造出具有最^f氐沸点的共沸点混合物。因此，如图l所示，本发明的基板清洁方法中使用的装置10装备有联:才几,争态混合器108,以在装置10中混合去离子水和异丙醇。通常，耳关才几静态混合器108是这样一种装置在装置内的几个元件302,,人右到左连续固定在管内，对流经的流体进4亍连续地混合，同时将分层流动的流体转化为紊流的流体，以有效混合两种或多种流体、气体和粉状物体。该联机静态混合器扮演分割、反向和混合三种角色分割流体流，反转其方向并当其在管内传送的时候将其转化，从而完成良好混合。因此，使用联机静态混合器108有助于提高生产力，因为在获得更好的混合效果的同时，通过简化、继续、减少时间和削减生产成本(例如通过节约能源)，它可以寸吏整个混合流程的管理更加容易。通过采用上述的联机静态混合器，通过将异丙醇混合物分发到该基板的表面，同时使去离子水和异丙醇的共沸点混合物的构成比例保持为与时间流逝无关的常数，才艮据本发明的清洁基4反的方法可以更有岁文i也清洁基才反。提供了上面几个实施例的描述，以便本领域的技术人员可以自由地实施本发明。对那些实施例的各种修改对本领域的技术人员来说是显而易见的，而此处限定的通用原理可以应用到其他的实施例中，而不超出本发明的思想和范围。因此，本发明并不限于此处揭露的实施例，而是包含与本发明揭露的原理和新颖特征相应的等同物的最宽范围。
1权利要求
1. 一种清洁基板的方法，其中所述方法包含以下步骤旋转该基板；将清洁液分发到该旋转基板的表面；通过混合去离子(DI)水和表面张力比水的表面张力低的液体制造共沸点混合物；将该共沸点混合物分发到该旋转基板的表面；及通过向该基板供应惰性气体(氮气、Ar、Ne等)完成干燥，其中该共沸点混合物的沸点比该去离子水和该表面张力比水的表面张力低的液体的沸点低。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中该表面张力比水的表面张力 低的液体是质子极性溶剂，尤其是CnH2n+1OH ( n=l ~ 10 )。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中该共沸点混合物是由联机静 态混合器提供的。
4. 根据权利要求1所述的方法，进一步包含从腔的上部在该腔的 内部空间周围供应氮气以形成氮气膜，其中该基板的清洁是在 i亥月空内进4亍的。
5. 根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，进一步包含在分发 该共沸点混合物之后，使用气体冲击该旋转基板的中心。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中该气体是氮气。
7. 根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，进一步包括在分发该共沸点混合物之后，将该表面张力比水的表面张力低的液体 的蒸汽分发到该旋转基板。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中该表面张力比水的表面张力 低的液体是异丙醇。
9. 根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，进一步包括在分发 该共沸点混合物之后，4寻气体和该表面张力比水的表面张力^f氐 的液体的蒸汽分发到该旋转基板。
10. 才艮据4又利要求9所述的方法，其中该气体是氮气，且该表面张 力比水的表面张力低的液体是质子才及性溶剂，尤其是 CnH2n+1OH (n=l ~ 10)。
全文摘要
本发明披露了一种清洁基板的方法，通过控制去离子水(DIW)和表面张力比水的表面张力低的液体的混合比例制造共沸点混合物，然后将该在室温下容易蒸发的该共沸点混合物分发到基板上，从而清洁该基板。该方法包括旋转该基板，将清洁液分发到该旋转基板的表面，通过混合去离子水和表面张力比水的表面张力低的液体制造共沸点混合物，将该共沸点混合物分发到该旋转基板的表面并通过向该基板供应惰性气体而完成干燥。
文档编号H01L21/304GK101536158SQ200780042248
公开日2009年9月16日 申请日期2007年11月9日 优先权日2006年11月14日
发明者金大熙 申请人:无尽电子株式会社