CN109772784B - 晶圆清洁设备及晶圆清洁方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种晶圆清洁设备。此设备包括由不可燃材料组成的外壳、晶圆支架、清洁喷嘴、至少一感应器、及排气单元。晶圆支架可夹持及加热晶圆。清洁喷嘴可供应清洁流体至晶圆的表面。至少一感应器可检测晶圆的特性。排气单元可排出外壳中的清洁流体产生的蒸气。排气单元可包括冲洗喷嘴，以用喷雾冲洗通过排气单元的蒸气。

Description

晶圆清洁设备及晶圆清洁方法
技术领域
本公开实施例涉及一种晶圆清洁设备及方法，且特别涉及一种具有高安全性的晶圆清洁设备及方法。
背景技术
用于半导体晶圆(如硅晶圆)的清洁工艺是半导体装置及微机电系统(microelectromechanical system，MEMS)的一个重要步骤。硅晶圆的良率与来自晶圆处理的缺陷密度(如洁净度及微粒数)成反比。晶圆清洁工艺的目的是去除化学物质及不纯微粒而不改变或损害晶圆的表面或基板。
发明内容
本公开的实施例提供一种晶圆清洁设备，包括外壳、晶圆支架、清洁喷嘴、至少一感应器、及排气单元。外壳包括不可燃材料。晶圆支架是在外壳之中，且配置以夹持及加热晶圆。清洁喷嘴是在外壳之中，且配置以供应清洁流体至晶圆。清洁喷嘴的外表面的至少有一部分包括导电材料。至少一感应器是在外壳之中，且配置以检测一或多个与晶圆相关的特性(attributes)。排气单元是耦接至外壳，且配置以排出由清洁流体产生的蒸气。排气单元包括冲洗喷嘴，配置以用喷雾冲洗通过排气单元的蒸气。
本公开另一实施例提供一种晶圆清洁设备，包括晶圆支架、清洁喷嘴、风扇过滤单元、至少一感应器、及排气单元。晶圆支架是配置以夹持及加热晶圆。晶圆支架包括至少六支撑插销及三夹钳插销以夹持晶圆。清洁喷嘴是配置以供应清洁流体至晶圆的表面。清洁喷嘴的外表面的至少有一部分包括导电材料。风扇过滤单元是配置以供应空气及惰性气体的混合物。至少一感应器是配置以检测一或多个与晶圆相关的特性。排气单元是配置以排出由清洁流体产生的蒸气。排气单元包括冲洗喷嘴，配置以用喷雾冲洗通过排气单元的蒸气。
本公开又一实施例提供一种晶圆清洁方法，包括装载晶圆至在外壳中的晶圆支架，且由晶圆支架加热此晶圆。此方法亦包括供应清洁流体至晶圆的表面，且供应空气及惰性气体的混合物进入外壳。此方法还包括检测一或多个与晶圆相关的特性。此方法还包括排出在外壳中通过排气单元的清洁流体产生的蒸气，且以喷雾冲洗通过排气单元的蒸气。
根据本公开之一实施例的晶圆清洁设备，其中该排气单元更包还包括：另一感应器，配置以检测该蒸气被该冲洗喷嘴以该喷雾冲洗后的一浓度。
根据本公开之一实施例的晶圆清洁设备，还包括：一紧急单元，配置以基于该蒸气的该浓度停止该晶圆清洁设备的一运转。
根据本公开之一实施例的晶圆清洁设备，其中该不燃材料包括：乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)；聚偏二氟乙烯(PVDF)；或是全氟烷氧基烷烃(PFA)。
根据本公开之一实施例的晶圆清洁设备，其中该导电材料包括纳米碳管。
根据本公开之一实施例的晶圆清洁设备，其中该至少一感应器包括：一红外线感应器，配置以检测该晶圆的该表面的一温度；一影像感应器，配置以捕捉该晶圆的该表面的影像；一热感应器，配置以产生该晶圆的该表面的一热曲线；或是该等感应器的组合。
根据本公开之一实施例的晶圆清洁设备，其中该冲洗喷嘴是配置以混合一流体以及该惰性气体以产生该喷雾。
根据本公开之一实施例的晶圆清洁设备，其中该排气单元更包还包括：一吸附材料，配置以吸附通过该排气单元的该蒸气。
根据本公开之一实施例的晶圆清洁设备，其中该内流单元包括：一流量计，配置以检测从该晶圆流出的该惰性气体的一流速。
根据本公开之一实施例的晶圆清洁设备，其中该等支撑插销的每一者的高度大于该等夹钳插销的每一者的高度。
根据本公开之一实施例的晶圆清洁设备，，其中该惰性气体包括氮气，其流速为空气流速的一半。
附图说明
以下将配合说明书附图详述本公开的实施例。应注意的是，依据在业界的标准做法，多种特征并未按照比例示出，且仅用以说明例示。事实上，可任意地放大或缩小元件的尺寸，以清楚地表现出本公开的特征。
图1示出根据一些实施例的示例性的晶圆清洁设备的图示。
图2示出根据一些实施例的具有电离器(ionizer)的示例性的晶圆清洁设备的图示。
图3示出根据一些实施例的晶圆清洁设备用的示例性的接地单元的图示。
图4示出根据一些实施例的具有红外线感应器及影像照相机的示例性的晶圆清洁设备的图示。
图5示出根据一些实施例的晶圆清洁设备用的示例性的冲洗喷嘴的图示。
图6示出根据一些实施例的晶圆清洁设备用的示例性的风扇过滤单元的图示。
图7示出根据一些实施例的具有内流单元及气体感应器的示例性的晶圆清洁设备的图示。
图8示出根据一些实施例的晶圆清洁设备用的示例性的晶圆支架的图示。
图9A及图9B示出根据一些实施例的晶圆支架用的示例性的夹钳插销及支撑插销的图示。
图10示出根据一些实施例的示例性的晶圆清洁方法的流程图。
附图标记列表
100、200、400、700 晶圆清洁设备
102 外壳
104 内部空间
106 晶圆支架
108 晶圆
110 清洁喷嘴
112、114 感应器
116、602 风扇过滤单元
118 排气单元
120 导管
122、126、502、504 冲洗喷嘴
124 喷雾
128 液体流
202 电离器
204 电晕放电
302 接地单元
304 磁性接地夹钳
306 接地线
402 红外线感应器
404 影像照相机
702 内流单元
704 气体感应器
706 流量计
802 钳口
804 夹钳插销
806 支撑插销
1000 晶圆清洁方法
1002、1004、1006、1008、1010、1012、1014 操作
D1、D2 直径
H1、H2 高度
具体实施方式
以下的公开内容提供许多不同的实施例或范例以实施本公开的不同特征。以下的公开内容叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以简化说明。当然，这些特定的范例并非用以限定。例如，若是本公开书叙述了一第一特征形成于一第二特征之上或上方，即表示其可能包含上述第一特征与上述第二特征是直接接触的实施例，亦可能包含了有附加特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使上述第一特征与第二特征可能未直接接触的实施例。另外，以下公开书不同范例可能重复使用相同的参考符号及/或标记。这些重复为了简化与清晰的目的，并非用以限定所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。
此外，其与空间相关用词。例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，为了便于描述图示中一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。除了在附图中示出的方位外，这些空间相关用词意欲包含使用中或操作中的装置的不同方位。装置可能被转向不同方位(旋转90度或其他方位)，则在此使用的空间相关词也可依此相同解释。
此术语“额定的(nominal)＂在此被用以指出一要求的值、或目标的值，此值为元件或工艺操作的特性或参数的值，此值已在产品或工艺的设计阶段期间设定，此值包括高于及/或低于此要求的值的范围。此值的范围可归因于制造工艺中的些微差异或是公差。
此术语“垂直的＂在此被用以表示公称的正交于基板的表面。
此术语“实质上＂在此被用以代表一给定量的值的变化，举例来说，此值的±1％至±5％。
此术语“约为＂在此被用以代表一给定量的值，此值可基于与标的半导体装置有关联的特定工艺节点(technology node)而变化。举例来说，基于此特定工艺节点，此术语“约为＂可代表给定量的值的变化不超过此值的10－30％(例如此值的±10％、±20％、或是±30％)。
根据本公开的不同实施例，在半导体装置制造中提供具有高安全性以避免闪燃及爆炸的晶圆清洁设备及方法。举例来说，晶圆清洁工艺包括，RCA(Radio Corporation ofAmerica，RCA)清洁、去膜清洁(film removal cleaning)、蚀刻后清洁(post-etch clean)、预扩散清洁(pre-diffusion clean)、金属离子去除清洁(metallic ion removal clean)，微粒去除清洁(particle removal clean)等。一些晶圆清洁工艺包括清洁化学品的加热，是被称为“高温湿式清洁工艺(high temperature wet clean processes)＂。由于高浓度的溶剂蒸气(例如异丙醇(isopropyl alcohol，IPA)气体)，在高温时可被静电引发闪光爆燃，此高温湿式清洁工艺可能具有安全风险。因此，燃烧、爆燃及爆炸的风险成为晶圆清洁设备及方法中一个重要的安全问题。
在本公开的一些实施例中，此晶圆清洁设备可使用不可燃材料来建造其外壳，以降低火灾的风险。改善晶圆清洁设备的接地能实质上降低静电，以避免闪燃(如清洁化学品的闪燃)的风险。在本公开的一些实施例中，举例来说，不同的感应器可被运用在此晶圆清洁设备中，以实时监测晶圆表面的温度及工艺。在清洁晶圆时，现行的操作周期或晶圆清洁设备的操作可因应于感应器检测到异常的状态(例如晶圆表面的高温或异常的热分布)而停止。
在本公开的一些实施例中，六插销的晶圆支架设计可最小化或消除清洁晶圆时的晶圆滑动问题。在清洁晶圆时，晶圆支架的一些插销(例如夹钳插销)可能因为不同原因(例如故障)而松开，从而导致晶圆从晶圆支架滑落而造成污染或损伤。六插销晶圆支架可包括一个(些)支撑插销，以保护晶圆。
在本公开的一些实施例中，惰性气体流可被用来取代空气流，以降低晶圆清洁设备中的氧气浓度。当氧气浓度高于某个程度时，氧气与其他可燃气体(例如氢气、异丙醇蒸气等)的混合物可被点燃。通过降低晶圆清洁设备中的氧气浓度，可降低爆炸的风险。
图1示出根据一些实施例的示例性的晶圆清洁设备100的图示。晶圆清洁设备100可包括外壳102，外壳102形成晶圆清洁设备100的内部空间104(或是腔室)，晶圆的清洁是在此内部空间104中实施。在本公开的一些实施例中，外壳102可包括垂直壁、天花板及地板。在本公开的一些实施例中，一或多个垂直壁、天花板及地板可会有一或多个开口，以安装可进行气体交换的单元，例如吸入空气或排出废气。形成外壳102的材料可为不可燃材料，以避免可燃性，例如但不限于，乙烯-三氟氯乙烯共聚物(EthyleneChloroTriFluoroEthylene，ECTFE)、聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)或是全氟烷氧基烷烃(Perfluoroalkoxy alkane，PFA)。
晶圆清洁设备100亦可包括在外壳102之内(即在内部空间104内)的晶圆支架106，且配置以夹持晶圆108。在本公开的一些实施例中，晶圆支架106可包括加热板，使得在清洁晶圆过程中，在清洁化学品施加在加热的晶圆108的表面之时，晶圆支架106是配置以同时加热晶圆108，以加速清洁工艺。如以下的详细描述，在本公开的一些实施例中，晶圆支架106可被设计以避免晶圆108在清洁晶圆时滑动。在本公开的一些实施例中，在清洁晶圆过程中，内流系统(未表示)可被操作以耦接至晶圆支架106，且配置以导入气流至晶圆108，以加速清洁化学品的去除。
晶圆清洁设备100亦可包括在外壳102之内(即在内部空间104内)的清洁喷嘴110，且配置以供应清洁流体至晶圆支架106上的晶圆108的主要表面。晶圆108可包括主要表面，而半导体装置可在此主要表面形成。当晶圆108被夹持在晶圆支架106之上时，此主要表面是正对向晶圆清洁设备100的外壳102的天花板。清洁喷嘴110可被控制，以从储液槽(未表示)供应预设量的清洁流体至此晶圆108的主要表面。在本公开的一些实施例中，此清洁流体可为异丙醇。应注意的是，任何其他适当的清洁流体，例如但不限于，去离子(DI)水、过氧化氢、氢氧化铵、酸类、丙酮、甲醇、或任何上述的组合，可由清洁喷嘴110供应至晶圆108的主要表面。取决于清洁晶圆用的特定清洁流体，此晶圆支架106的加热板可加热晶圆108至适当温度。举例来说，使用异丙醇时，晶圆108可被加热从约190℃至约195℃，并持续约30秒，以煮沸此异丙醇。
在本公开的一些实施例中，至少一部分的清洁喷嘴110的外表面是覆盖导电材料，以降低静电充电的风险。在本公开的一些实施例中，清洁喷嘴110的结构可由聚三氟氯乙烯(Polychlorotrifluoroethylene，PCTFE)及/或聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，PTFE)制成，在操作清洁喷嘴110时，上述材料具有可增加静电充电的风险的静电值(例如聚三氟氯乙烯为-4.58千伏)。通过将至少一部分的清洁喷嘴110的外表面涂布导电材料，例如具有静电值高于约-4千伏(例如高于-4千伏、-3.5千伏、-3千伏、-2.5千伏、-2千伏、-1.5千伏、或-1千伏)的材料，可降低静电充电的风险。在本公开的一些实施例中，举例来说，此导电材料可为掺杂重量百分比介于约0.025％至约0.1％之间(如介于0.025％至0.1％之间、介于0.03％至0.09％之间、介于0.04％至0.08％之间、或介于0.05％至0.07％之间)的碳至纳米碳管。举例来说，涂布材料的纳米碳管的静电值可为-0.8千伏，实质上高于聚三氟氯乙烯的静电值。在本公开的一些实施例中，此导电材料可为其他类型的碳掺杂(carbon-doped)材料。如下列所述，在本公开的一些实施例中，额外的接地单元(未表示)可被操作性地耦接至清洁喷嘴110，以更进一步地降低静电充电的风险。
在本公开的一些实施例中，举例来说，晶圆清洁设备100可还包括在外壳102之内(例如在内部空间104内)的一组感应器112及114，配置以实时检测一组与晶圆108相关的特性。举例来说，感应器112可为红外线(IR)感应器或任何其他适当的可实时检测晶圆108的主要表面温度的感应器。举例来说，感应器114可为相机或任何其他适当的可在晶圆108的主要表面实时产生不同波长范围的影像的感应器。感应器112及114的输出可通过人类操作员手动地观察及分析及/或自动地供给至分析系统，以进行处理(例如用以识别异常状态)。应注意的是，用以实时监测晶圆清洁状态的感应器数量是不被限制的。在本公开的一些实施例中，可运用单一的感应器来监测与晶圆108相关的一特定特性或多个特性。应注意的是，在本公开的一些实施例中，在清洁晶圆时，额外的感应器可被用以监测除了晶圆108之外，晶圆清洁设备100中的其他单元相关的特性。此特性例如，内部空间104的氧气浓度、内部空间104的湿度、及内部空间104的污染程度，以确保安全及/或制造品质，但不限于上述的特性。
在本公开的一些实施例中，晶圆清洁设备100可还包括风扇过滤单元(fan filterunit，FFU)116，配置以供应空气及惰性气体的混合物气流至外壳102的内部空间104中。风扇过滤单元116可为任何适当的空气过滤设备，以供应过滤气体至内部空间104及/或从内部空间104去除在空中的微粒。风扇过滤单元116可被安装在外壳102的天花板及/或地板之内。风扇过滤单元116可包括预过滤器(pre-filter)、高效微粒空气(HEPA)过滤器、风扇、或任何上述的组合。在本公开的一些实施例中，风扇过滤单元116可被设置贯穿外壳102的天花板，以使外壳102外部的空气可被过滤且冲放(purge)至内部空间104中。风扇过滤单元116可混合空气流及惰性气体流，如氮气(N2)流，且供应此空气及氮气混合物气流至外壳102的内部空间104中，以降低内部空间104中的氧气浓度，以更进一步地降低火灾或爆炸的风险。在本公开的一些实施例中，内部空间104中的氧气浓度可被感应器实时地监测，且被用以调整风扇过滤单元116的运转，以维持氧气浓度等级在一期望的范围内。应注意的是，风扇过滤单元116的数量是不被限制为一个。在本公开的一些实施例中，多个风扇过滤单元116可被安装在外壳102的天花板及/或地板之内，以实现期望的气体分布及/或效率。
在本公开的一些实施例中，晶圆清洁设备100可还包括排气单元118，配置以排出在外壳102中清洁流体产生的蒸气。排气单元118可被安装贯穿外壳102的天花板、垂直壁其中的一者、或地板。在本公开的一些实施例中，排气单元118可包括导管120，导管120设置贯穿外壳102的垂直壁，以形成通道，以让清洁流体蒸气离开晶圆清洁设备100的外壳102。导管120可被涂布有吸附材料，如活性碳及/或沸石，以吸附通过导管120的清洁流体蒸气。在本公开的一些实施例中，排气单元118可包括冲洗喷嘴122，配置以产生喷雾124，且以喷雾124冲洗通过导管120的清洁流体蒸气。从冲洗喷嘴122喷出的喷雾124可降低蒸气浓度。如下列所述，在本公开的一些实施例中，冲洗喷嘴122可通过混合流体及惰性气体流以形成喷雾124，而可拥有比只用液体冲洗更强的蒸气吸附能力。
应注意的是，冲洗喷嘴的数量是不被限制于图1中范例所示。在本公开的一些实施例中，排气单元118可还包括另一冲洗喷嘴126，配置以产生液体流128，且以液体流128冲洗通过导管120的清洁流体蒸气。举例来说，液体流128可为去离子水。在本公开的一些实施例中，冲洗喷嘴122可被配置以产生气体流(未表示)，且以此气体流(如无液体的空气流或氮气流)冲洗通过导管120的清洁流体蒸气，以稀释此清洁流体蒸气。
在本公开的一些实施例中，晶圆清洁设备100可使用加热的异丙醇，用以清洁蚀刻后的晶圆。一但晶圆支架106装载且夹持具有蚀刻的孔洞(例如贯孔(via)或沟槽)的晶圆108的主要表面，清洁喷嘴110将供应异丙醇至晶圆108的主要表面，以填满此孔洞。晶圆108可被晶圆支架106的加热板加热从约190℃至约195℃，并持续约30秒，以煮沸异丙醇。根据一些实施例，氮气气体流同时被冲放，以帮助加热的异丙醇从晶圆108蒸发。异丙醇蒸气可被排气单元118排出至晶圆清洁设备100外部。通过运用上述关于图1的不同单元及下列所述的额外的单元及/或功能，可降低基于加热的异丙醇、蚀刻后晶圆清洁的火灾及爆炸的风险。
图2示出根据一些实施例的具有电离器202的示例性的晶圆清洁设备200的图示。晶圆清洁设备200包括在外壳102的内(例如在内部空间104内)的电离器202。电离器202是配置以供应电晕放电204至清洁喷嘴110，以降低操作时可能发生在清洁喷嘴110的静电充电。电晕放电204可为流体的电离产生的放电，此流体例如环绕充电的导体(例如涂布在清洁喷嘴110的外表面的导电材料)的空气。举例来说，电晕放电204可具有2毫安培的电流及2千伏的电压。
图3示出根据一些实施例的晶圆清洁设备用的示例性的接地单元302的图示。接地单元302可被用在晶圆清洁设备100、200、或于此公开的任何其他示例性的晶圆清洁设备之中。接地单元302可被操作性地耦接至清洁喷嘴110，且配置以将清洁喷嘴110接地，以降低操作时可能发生在清洁喷嘴110的静电充电。在本公开的一些实施例中，接地单元302可包含磁性接地夹钳304及/或接地线306。
图4示出根据一些实施例的具有红外线感应器402及影像照相机404的示例性的晶圆清洁设备400的图示。晶圆清洁设备400可包括设置在晶圆清洁设备400的垂直壁的红外线感应器402，且举例来说，红外线感应器402可配置以在清洁晶圆时实时检测晶圆的主要表面的温度。此晶圆表面温度的实时监测可被同步至错误检测与分类(fault detectionand classification，FDC)系统(未表示)，此错误检测与分类系统操作性地耦接至晶圆清洁设备400。在本公开的一些实施例中，晶圆清洁设备400可包括多个红外线感应器，以在晶圆主要表面的共同的位置或不同的位置实时监测晶圆表面温度。晶圆清洁设备400亦可包括设置在晶圆清洁设备400的天花板的影像照相机404，且此影像照相机404在清洁晶圆时朝向晶圆。举例来说，影像照相机404可配置以实时地在晶圆的主要表面照相。在本公开的一些实施例中，影像像素匹配(image pixel matching)法可被用以分析由影像照相机404拍摄的影像，以在清洁晶圆时实时检测清洁流体薄膜的异常破损。在本公开的一些实施例中，晶圆清洁设备400可还包括热感应器(未表示)，配置以产生在晶圆的主要表面的热图像。
图5示出根据一些实施例的晶圆清洁设备用的示例性的冲洗喷嘴502及504的图示。冲洗喷嘴502及/或冲洗喷嘴504可用在晶圆清洁设备100、200、或于此公开的任何其他示例性的晶圆清洁设备的排气单元118。冲洗喷嘴502可产生去离子水的喷雾或去离子水的水流。冲洗喷嘴504可通过混合流体(例如去离子水)及惰性气体(例如氮气)的气流以产生喷雾。相较于冲洗喷嘴502输出的喷雾，可通过引入惰性气体流而增加冲洗喷嘴504输出的喷雾，从而增加清洁流体蒸气的吸附能力。在本公开的一些实施例中，冲洗喷嘴504将流速为0.4公升/分钟的去离子水及流速为1公升/分钟的氮气混合。在本公开的一些实施例中，冲洗喷嘴504形成喷雾的时，氮气流可被空气流取代。
图6示出根据一些实施例的晶圆清洁设备用的示例性的风扇过滤单元602的图示。风扇过滤单元602可设置在晶圆清洁设备100、200、400、或于此公开的任何其他示例性的晶圆清洁设备的天花板。风扇过滤单元602可配置以在清洁晶圆时供应朝向晶圆的空气及惰性气体的混合物的下降流，以降低氧气浓度。在本公开的一些实施例中，惰性气体可为氮气，其流速为空气的流速的一半。
图7示出根据一些实施例的具有内流单元702及气体感应器704的示例性的晶圆清洁设备700的图示。内流单元702及/或气体感应器704可用在晶圆清洁设备100、200、400、或于此公开的任何其他示例性的晶圆清洁设备的排气单元118。晶圆清洁设备700可包括操作性地耦接至晶圆支架106的内流单元702，且内流单元702配置以供应惰性气体至晶圆108的另一主要表面。举例来说，此惰性气体可为氮气。在本公开的一些实施例中，内流单元702可包括流量计706，配置以检测从晶圆108流回的惰性气体的流速。亦即，流量计706可测量晶圆支架106的废气的流速，以检测发生在晶圆支架106的任何异常状态，例如由加热板、O形环、或晶圆支架106的涂层发生的任何异常状态。
晶圆清洁设备700亦可包括气体感应器704，配置以检测由冲洗喷嘴122的喷雾冲洗后的清洁流体蒸气的浓度。举例来说，气体感应器704可为异丙醇气体感应器，以检测异丙醇废气浓度。晶圆清洁设备700可还包括紧急单元(未表示)，配置以基于由气体感应器704检测的清洁流体蒸气的浓度而停止晶圆清洁设备700的运转。在一些加热的异丙醇蚀刻后清洁工艺的实施例中，紧急单元可设定两个警报等级：(1)当异丙醇浓度高于0.5％时可触发第一警报，紧急单元可停止现行的晶圆清洁周期；及(2)当异丙醇浓度高于1.5％时可触发第二警报，紧急单元可立即停止晶圆清洁设备700。
图8示出根据一些实施例的晶圆清洁设备用的示例性的晶圆支架106的图示。晶圆支架106可用在晶圆清洁设备100、200、400、700、或于此公开的任何其他示例性的晶圆清洁设备之中。在本公开的一些实施例中，晶圆支架106具有三根额外支撑插销的六插销的设计，以降低在晶圆清洁时晶圆滑动的可能性。如图8所示，晶圆支架106可包括六钳口(jaw)802。三钳口802各包括夹钳插销804及支撑插销806，且其他三钳口802各包括支撑插销806但无夹钳插销804。亦即，在本公开的一些实施例中，晶圆支架106可包括六支撑插销806及三夹钳插销804。此二类型的钳口可沿晶圆108的周边交替地且平均地安排。如第9A及9B图所示，D1是支撑插销806形成的圆的直径、H1是支撑插销806高过于钳口802的高度、D2是夹钳插销804形成的圆的直径、且H2是夹钳插销804高过于钳口802的高度。在本公开的一些实施例中，D1大于D2。举例来说，D1可为300.8毫米、且D2可为300.5毫米。在本公开的一些实施例中，H1大于H2。举例来说，H1可为2毫米、且H2可为1毫米。
图10示出根据一些实施例的示例性的晶圆清洁方法1000的流程图。其他的操作可在方法1000的不同的操作之间施行，且仅为了清楚的缘故而省略此些操作。半导体装置的晶圆清洁工艺不被限制于此示例性方法1000。
方法1000开始于操作1002，此时晶圆被装载。举例来说，如图1所示，晶圆108被装载至晶圆支架106且被晶圆支架106夹持在外壳102内。在如图8所示的一些实施例中，晶圆108可被具有六支撑插销的晶圆支架106支撑，以降低晶圆滑动的可能性。
方法1000继续至操作1004，此时晶圆被加热。举例来说，晶圆108可在清洁晶圆时被晶圆支架106的加热板加热。
方法1000继续至操作1006，此时清洁流体被供应至晶圆上。举例来说，如图1所示，清洁流体(例如异丙醇)被清洁喷嘴110供应至晶圆108的主要表面(半导体装置形成于此)。在本公开的一些实施例中，至少一部分的清洁喷嘴110的外表面覆盖导电材料，例如纳米碳管。在本公开的一些实施例中，如第2及3图所示，额外的接地单元(如电离器202、磁性接地夹钳304、及接地线306)可被用以更进一步降低操作时发生在清洁喷嘴110的静电充电。
方法1000继续至操作1008，此时空气及惰性气体的混合物的气流进入外壳。举例来说，如图6所示，风扇过滤单元602可供应空气及氮气气体混合物的下降流，且在此混合物中，氮气的流速为空气流速的一半。
方法1000继续至操作1010，此时一组与晶圆相关的特性被实时检测。举例来说，如第1及4图所示，感应器112、114、402、及404可在清洁晶圆时检测晶圆108的主要表面的温度、获取晶圆108的主要表面的影像、及产生晶圆108的主要表面的热图像。
方法1000继续至操作1012，此时外壳中的清洁流体产生的蒸气经由排气单元排出。举例来说，如图1所示，排气单元118可由导管120从外壳102的内部空间104排出清洁流体蒸气(例如异丙醇蒸气)。
方法1000继续至操作1014，此时通过排气单元的蒸气被喷雾冲洗。举例来说，如第1及5图所示，冲洗喷嘴122或504可产生通过混合流体(例如去离子水)及惰性气体(例如氮气气体)流的喷雾，且以此喷雾冲洗清洁流体蒸气(例如异丙醇蒸气)。
根据本公开的不同的实施例，提供半导体装置制造的晶圆清洁设备及方法，且同时最小化或消除闪燃及/或爆炸。在本公开的一些实施例中，不可燃材料可作为晶圆清洁设备的外壳，以降低火灾的风险。在本公开的一些实施例中，改善晶圆清洁设备的接地单元可实质上降低静电充电，以避免清洁化学品闪燃的风险。在本公开的一些实施例中，不同的感应器可被运用在晶圆清洁设备中，以监测晶圆表面的温度及工艺(例如实时地监测)。在本公开的一些实施例中，晶圆清洁设备的排气单元可降低废气中清洁化学品蒸气的浓度。在本公开的一些实施例中，六插销设计的晶圆支架可用以最小化或消除在清洁晶圆时的晶圆滑动问题。在本公开的一些实施例中，惰性气体流可用以取代空气流，以降低晶圆清洁设备中氧气的浓度。
在本公开的一些实施例中，晶圆清洁设备包括外壳、晶圆支架、清洁喷嘴、至少一感应器、及排气单元。外壳包括不可燃材料。晶圆支架是在外壳之中，且配置以夹持及加热晶圆。清洁喷嘴是在外壳之中，且配置以供应清洁流体至晶圆。清洁喷嘴的外表面的至少有一部分包括导电材料。至少一感应器是在外壳之中，且配置以检测一或多个与晶圆相关的特性。排气单元是耦接至外壳，且配置以排出由清洁流体产生的蒸气。排气单元包括冲洗喷嘴，配置以用喷雾冲洗通过排气单元的蒸气。
在一些实施例中，晶圆清洁设备还包括风扇过滤单元，耦接至外壳且配置以供应空气及惰性气体的混合物至外壳。排气单元还包括另一感应器，配置以检测蒸气被冲洗喷嘴以喷雾冲洗后的浓度。晶圆清洁设备还包括紧急单元，配置以基于蒸气的浓度停止晶圆清洁设备的运转。不可燃材料包括乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、或全氟烷氧基烷烃(PFA)。导电材料包括纳米碳管。晶圆清洁设备还包括在外壳中的电离器，配置以供应电晕放电至清洁喷嘴。晶圆清洁设备还包括接地单元，耦接至清洁喷嘴，且配置以将清洁喷嘴接地。在一些实施例中，感应器包括红外线感应器，配置以检测晶圆的表面的温度；影像感应器，配置以捕捉晶圆的表面的影像；热感应器，配置以产生晶圆的表面的热曲线；或是上述感应器的组合。冲洗喷嘴是配置以混合流体及惰性气体以产生喷雾。排气单元还包括吸附材料，配置以吸附通过排气单元的蒸气。晶圆支架包括至少六支撑插销及三夹钳插销，以支撑晶圆。晶圆清洁设备还包括内流单元，耦接至晶圆支架，且配置以供应惰性气体至晶圆的另表面。内流单元包括流量计，配置以检测从晶圆流出的惰性气体的流速。
在本公开的一些实施例中，晶圆清洁设备包括晶圆支架、清洁喷嘴、风扇过滤单元、至少一感应器、及排气单元。晶圆支架是配置以夹持及加热晶圆。晶圆支架包括至少六支撑插销及三夹钳插销，以夹持晶圆。清洁喷嘴是配置以供应清洁流体至晶圆的表面。清洁喷嘴的外表面的至少有一部分包括导电材料。风扇过滤单元是配置以供应空气及惰性气体的混合物。至少一感应器是配置以检测一或多个与晶圆相关的特性。排气单元是配置以排出由清洁流体产生的蒸气。排气单元包括冲洗喷嘴，配置以用喷雾冲洗通过排气单元的蒸气。
在一些实施例中，晶圆清洁设备还包括至少一磁性接地夹钳及接地线，接地线是耦接至清洁喷嘴，且配置以将清洁喷嘴接地。支撑插销的每一者的高度大于该等夹钳插销的每一者的高度。
在本公开的一些实施例中，晶圆清洁方法包括装载晶圆至外壳中的晶圆支架，且以晶圆支架加热此晶圆。此方法亦包括供应清洁流体至晶圆的表面，且供应空气及惰性气体的混合物进入外壳。此方法还包括检测一或多个与晶圆相关的特性。此方法还包括排出在外壳中通过排气单元的清洁流体产生的蒸气，且以喷雾冲洗通过排气单元的蒸气。
在一些实施例中，晶圆清洁方法中的惰性气体包括流速为空气的流速的一半的氮气气体。冲洗蒸气包括混合流体及惰性气体。
应注意的是在实施方式段落，且非说明书的摘要，是有意用以说明权利要求。说明书的摘要段落可列举一或多个但并非全部考量的示例性的实施例，且因此，非有意限于附加的权利要求。
前述内文概述了许多实施例的特征，使本技术领域中技术人员可以从各个方面优选地了解本公开。本技术领域中技术人员应可理解，且可轻易地以本公开为基础来设计或修饰其他工艺及结构，并以此达到相同的目的及/或达到与在此介绍的实施例等相同的优点。本技术领域中技术人员也应了解这些相等的结构并未背离本公开的发明构思与范围。在不背离本公开的发明构思与范围的前提下，可对本公开进行各种改变、置换或修改。

Claims (18)

1.一种晶圆清洁设备，包括：
一外壳，包括不燃材料；
一晶圆支架，在该外壳中，配置以支持及加热一晶圆；
一清洁喷嘴，在该外壳中，配置以供应一清洁流体至该晶圆，其中该清洁喷嘴的一外表面的至少有一部分包括一导电材料；
至少一感应器，在该外壳中，配置以检测一个或多个与该晶圆相关的特性；以及
一排气单元，耦接至该外壳，且配置以排出由该清洁流体产生的一蒸气，其中该排气单元包括一冲洗喷嘴，该冲洗喷嘴以一喷雾冲洗通过该排气单元的该蒸气，
其中该晶圆支架包括至少三第一钳口以及至少三第二钳口，以支撑该晶圆，
其中每一第一钳口包括一支撑插销以及一夹钳插销，且每一第二钳口包括一支撑插销且没有夹钳插销，
其中该第一钳口及该第二钳口沿该晶圆的周边交替地且平均地安排，
其中该支撑插销的每一者的高度大于该夹钳插销的每一者的高度，
其中该排气单元之一入口面对该晶圆清洁设备之一底壁。
2.如权利要求1所述的晶圆清洁设备，还包括：
一风扇过滤单元，耦接至该外壳，且配置以供应空气及一惰性气体的一混合物至该外壳。
3.如权利要求1所述的晶圆清洁设备，其中该排气单元还包括：
另一感应器，配置以检测该蒸气被该冲洗喷嘴以该喷雾冲洗后的一浓度。
4.如权利要求3所述的晶圆清洁设备，还包括：
一紧急单元，配置以基于该蒸气的该浓度停止该晶圆清洁设备的一运转。
5.如权利要求1所述的晶圆清洁设备，其中该不燃材料包括：
乙烯-三氟氯乙烯共聚物；
聚偏二氟乙烯；或是
全氟烷氧基烷烃。
6.如权利要求1所述的晶圆清洁设备，其中该导电材料包括纳米碳管。
7.如权利要求1所述的晶圆清洁设备，还包括：
一电离器，在该外壳中，配置以供应电晕放电至该清洁喷嘴。
8.如权利要求1所述的晶圆清洁设备，还包括：
一接地单元，耦接至该清洁喷嘴且配置以将该清洁喷嘴接地。
9.如权利要求1所述的晶圆清洁设备，其中该至少一感应器包括：
一红外线感应器，配置以检测该晶圆的一表面的一温度；
一影像感应器，配置以捕捉该晶圆的该表面的影像；
一热感应器，配置以产生该晶圆的该表面的一热曲线；或是
该红外线感应器、该影像感应器和该热感应器的组合。
10.如权利要求1所述的晶圆清洁设备，其中该冲洗喷嘴是配置以混合一流体以及一惰性气体以产生该喷雾；
其中当该冲洗喷嘴冲洗该蒸气时，该蒸气及该喷雾是顺向的。
11.如权利要求1所述的晶圆清洁设备，其中该排气单元还包括：
一吸附材料，配置以吸附通过该排气单元的该蒸气。
12.如权利要求1所述的晶圆清洁设备，还包括：
一内流单元，耦接至该晶圆支架，且配置以供应一惰性气体至该晶圆的另一表面。
13.如权利要求12所述的晶圆清洁设备，其中该内流单元包括：
一流量计，配置以检测从该晶圆流出的该惰性气体的一流速。
14.一种晶圆清洁设备，包括：
一晶圆支架，配置以支持及加热一晶圆；
一清洁喷嘴，配置以供应一清洁流体至该晶圆的一表面，其中该清洁喷嘴至少有一部分的一外表面包括一导电材料；
一风扇过滤单元，配置以供应空气及一惰性气体的一混合物；
至少一感应器，配置以检测一或多个与该晶圆相关的特性；以及
一排气单元，配置以排出由该清洁流体产生的一蒸气，其中该排气单元包括一冲洗喷嘴，该冲洗喷嘴配置以一喷雾冲洗通过该排气单元的该蒸气，
其中该晶圆支架包括至少三第一钳口以及至少三第二钳口，以支撑该晶圆，
其中每一第一钳口包括一支撑插销以及一夹钳插销，且每一第二钳口包括一支撑插销且没有夹钳插销，
其中该第一钳口及该第二钳口沿该晶圆的周边交替地且平均地安排，
其中该支撑插销的每一者的高度大于该夹钳插销的每一者的高度，
其中该排气单元之一入口面对该晶圆清洁设备之一底壁。
15.如权利要求14所述的晶圆清洁设备，还包括至少一磁性接地夹钳及一接地线，该接地线耦接至该清洁喷嘴且配置以将该清洁喷嘴接地。
16.一种晶圆清洁方法，包括：
装载一晶圆至一外壳中的一晶圆支架上；
以该晶圆支架加热该晶圆；
供应一清洁流体至该晶圆的一表面；
供应空气及一惰性气体的一混合物进入该外壳；
检测一或多个与该晶圆相关的特性；
由一排气单元排出由该外壳中该清洁流体产生的一蒸气；以及
以一喷雾冲洗通过该排气单元的该蒸气，
其中该晶圆支架包括至少三第一钳口以及至少三第二钳口，以支撑该晶圆，
其中每一第一钳口包括一支撑插销以及一夹钳插销，且每一第二钳口包括一支撑插销且没有夹钳插销，
其中该第一钳口及该第二钳口沿该晶圆的周边交替地且平均地安排，
其中该支撑插销的每一者的高度大于该夹钳插销的每一者的高度，
其中该排气单元之一入口面对该外壳之一底壁。
17.如权利要求16所述的晶圆清洁方法，其中该惰性气体包括氮气，其流速为空气流速的一半。
18.如权利要求16所述的方法，其中冲洗该蒸气包括混合一流体及该惰性气体；
其中以该喷雾冲洗通过该排气单元的该蒸气之步骤包括：以一液体流逆向冲洗通过该排气单元的该蒸气之後，再以该喷雾顺向冲洗通过该排气单元的该蒸气。
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