CN1898776B - 用于清洁基板的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明关于用以处理基板(216)的设备，其包含延伸一长度的刷子外罩(212)。上述刷子外罩(212)配置于基板的表面(216)上方，且具有配置于邻近基板(216)附近的开放区域。上述开放区域在刷子外罩的长度上延伸，使来自于刷子外罩(212)中的清洁泡沫(410)得以接触基板的表面。本发明亦说明基板清洁系统与用以清洁基板的方法。

Description

用于清洁基板的设备和方法
技术领域
本发明关于半导体的制造，特别关于用以处理基板的设备与方法。
背景技术
在半导体装置的制造过程中，存在执行基板(例如半导体晶片)清洁的需求。举例而言，利用半导体晶片制造电子装置的过程牵涉到沉积与移除数个层面的复杂流程。一般而言，针对层面材料制作图案的作业包含将有机光致抗蚀剂施加于半导体晶片上。在等离子体化学作用蚀刻目标材料后，需要清洁半导体晶片以移除有机光致抗蚀剂。如果未移除有机光致抗蚀剂，则有机光致抗蚀剂将污染半导体晶片，导致损害半导体晶片上的电子装置。此外，在化学机械抛光(CMP)作业后，残余的颗粒或薄膜将留存于半导体晶片的表面。同样地，此类残余颗粒或薄膜可能造成例如晶片表面的刮痕等瑕疵，而可能导致晶片上的装置无法使用。为避免损害装置，亦需要于化学机械抛光作业后清洁晶片。因此清洁作业本身为非常重要的步骤，且于制造半导体装置的过程中不断重复执行。
图1为用以清洁半导体晶片的通常的侧视简图。清洁系统包含两个刷子110，安装成可在刷子之间置入半导体晶片112。半导体晶片112的表面供给有清洁泡沫114，而刷子110则不断旋转以擦洗半导体晶片112的表面，进而移除颗粒与薄膜。在开放式环境中施加清洁泡沫114的问题在于清洁泡沫114将不规则地增生于刷子110四周，而无法导向半导体晶片112的特定表面区域。换言之，难以控制清洁泡沫114在开放式环境中施加时的流向。此外，不同清洁泡沫114的性质有不同的清洁效能，而在开放式环境中施加清洁泡沫时清洁泡沫114的性质亦难以控制。同时，由于需要大量的清洁泡沫114以确保其均匀分布于半导体晶片112的表面，在开放式环境中施加清洁泡沫114亦相当浪费。
综上所述，对于节省清洁泡沫的用量，以及于施加于半导体晶片的表面时控制清洁泡沫的物理性质与流向存在迫切的需求。
发明内容
大体而言，本发明借助提供清洁基板的设备与方法满足上述需求。需注意者，本发明可以数种方式加以实施，包含流程、设备、系统、电脑可读取的记录媒体或装置等。以下将说明数种本发明中具创造性的实施例。
依据本发明的第一方面，本发明提供了一种用以处理基板的设备。上述设备包含延伸一长度的刷子外罩。上述刷子外罩配置于基板的表面上方，且具有配置于邻近基板处的开放区域。上述开放区域在刷子外罩的长度上延伸，使来自于刷子外罩中的清洁泡沫得以接触基板的表面。
依据本发明的第二方面，本发明提供了一种用以处理基板的刷子外罩。上述刷子外罩包含包封刷子的长条形外壳。上述长条形外壳配置于基板的表面上方，且具有界定一长度的两相反端部。此外，上述长条形外壳沿着长条形外壳的长度具有开放区域。上述开放区域配置于基板的表面上方，使刷子的表面得以接触基板的表面。
依据本发明的第三方面，本发明提供了一种清洁基板的系统。上述系统包含第一刷子外罩和部分包封于第一刷子外罩中的第一刷子。被部分包封的第一刷子配置于基板的表面上。此外，上述系统亦包含第一驱动辊与第二驱动辊，上述第一与第二驱动辊接纳基板的边缘部分，以在基板置于被部分包封的第一刷子的下方时加以支撑与旋转。
依据本发明的第四方面，本发明提供了一种清洁基板的方法。在此方法中，首先将清洁泡沫供给基板的表面。其次，以刷子擦洗基板的表面。接著对清洁泡沫施加压力，并导引经加压的清洁泡沫以产生高度密集的清洁泡沫。以刷子擦洗基板的表面与导引经加压的清洁泡沫使其遍及基板的表面将促进自基板的表面移除颗粒。
结合附随的图示，辅以实例说明本发明的原理，于以下的详细叙述中本发明的其他面向与优点将更为显而易见。
附图说明
图1是用以清洁半导体晶片的通常系统的简化侧视图。
图2A是依本发明的实施例的部分包封于刷子外罩中的刷子的立体图。
图2B是图2A中所显示的依本发明的实施例的刷子与刷子外罩的侧视图。
图3是依本发明的实施例的基板清洁系统的立体图。
图4是依本发明的实施例的被部分包封且带有清洁泡沫的刷子的侧视图。
图5A是依本发明的实施例，在图4中所显示的间隙区域的放大侧视图。
图5B是图5A中所显示的间隙区域的选择性实施例。
图6是依本发明的实施例的基板的清洁方法的操作流程图。
具体实施方式
以下将披露清洁基板的设备与方法的发明。在下列说明中，将提出多个具体细节以利彻底了解本发明。然而需了解，对本技术领域具通常技术水准的人可不依据部分或所有上述的具体细节而实施本发明。在其他实例中，将不详述已为人所熟知的流程操作以免与本发明产生不必要的混淆。
此处所叙述的实施例提供刷子外罩以包封刷子与清洁泡沫。尤其刷子外罩更经特别装配以容纳并控制清洁泡沫的流向与物理性质。如以下详细说明所述，刷子外罩的几何设计可在刷子外罩中产生不同的清洁效果。
依据本发明的实施例，图2A为部分包封于刷子外罩212中的刷子210的立体图。为供例示之用，刷子外罩212包含参照区域220中的一截面，其显示刷子210部分包封于刷子外罩212中。刷子210旋转以移除颗粒，并将颗粒自基板的表面扫除。刷子外罩212可经装配包封任何适合用以处理基板的刷子210。如图2A中所示，举例而言，一例示性的刷子210具有花键状的几何设计，其包含一连串平行、连续且与圆弧形的刷子表面呈直角的突起狭条。另一种适用的例示性刷子210具有凸块状的几何设计，其包含一组与圆弧形的刷子表面呈直角的突起圆柱。
刷子外罩212为长条形的组件，其可在长度218上延伸。如图2A中所示，刷子外罩212的长度218延伸至刷子210的长度。然而在其他实施例中，刷子外罩212的长度218可较刷子210的长度为短或长。依据本发明的实施例，图2A显示刷子外罩212具有管状的外形。然而，刷子外罩212并非必须具有「管状」的外形，而可为任何适合的结构、外形及/或大小，例如具有矩形横切面、椭圆形横截面、三角形横截面、圆形横截面等的长条形组件，只要刷子外罩212可以使刷子210被部分包封的方式配置即可。
如以下的详述，刷子外罩212亦包含开放区域222，且于实施例中，更额外包含两个相对的凸缘214，其位于开放区域222的侧边且沿其长度延伸。刷子外罩212由具化学惰性的材质所构成。例示性的具化学惰性的材质包含塑料、聚甲醛树脂(Delrin)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。
依据本发明的实施例，图2B为图2A中所示的刷子210与刷子外罩212的侧视图。在此处，部分包封于刷子外罩212中的刷子210装置于基板216上。如图2B中所示，刷子外罩212包含开放区域222与两个相对的凸缘214。开放区域222设置为邻近基板216的表面，而使刷子210的表面可与基板216的表面接触。在一实施例中，开放区域222在刷子外罩212的全长延伸。在另一实施例中，开放区域222的长度比刷子外罩212的长度短。
此外，凸缘214自刷子外罩212的外表以放射状的方式向外延伸。凸缘214的任一均沿开放区域222的一侧沿其长度延伸。在一实施例中，凸缘214的任一均沿开放区域222的全长延伸。在另一实施例中，凸缘214的任一的长度均比开放区域222的长度短。凸缘214界定了大致上与基板216的表面相平行的表面。在此处使用时，「大致上」这个词指凸缘214的任一的表面与基板216的表面间的角度介于大约0度至大约正负45度间。如图2B中所示，刷子外罩212在相对的两侧包含两个凸缘214。然而在另一实施例中，刷子外罩212可仅包含一个凸缘214而非两个。
图3为依据本发明的一实施例的基板清洁系统的立体图。如图3中所示，基板清洁系统包含两个部分包封于刷子外罩212中的刷子210、两个驱动辊310与基板216。驱动辊310接纳基板216的边缘以支撑并旋转基板216。被部分包封的刷子210彼此定位成在刷子210间接收基板216。图3所显示的为两个被部分包封的刷子210用以清洁基板216的使用方式。然而于另一实施例中，一个被部分包封的刷子210亦可用以清洁基板216。此外，在另一实施例中，基板清洁系统包含两个刷子210，但仅有一个刷子部分包封于刷子外罩212中，第二个刷子则未包封于刷子外罩212中。
如以下将详述的，基板清洁系统使用清洁泡沫来清洁基板216。很多气泡共同组成清洁泡沫。气泡为二相共存的系统，其中气体由液体所包围。液体为容纳且环绕于气体四周的薄膜。在清洁泡沫中，液体亦存在于气泡间的空间。在一实施例中，每一个刷子210以具高度多孔性的泡沫材料制成，例如聚乙烯醇(PVA)等，可作为清洁泡沫的产生装置以及清洁泡沫的施加装置。为在刷子外罩212中产生清洁泡沫，气体与液体将经由导管312利用压力供予刷子210。气体与液体在多孔的聚乙烯醇刷子210中混合，以此种方式产生清洁泡沫。在另一实施例中，预先产生的清洁泡沫将经由导管312供予刷子210。而驱动辊310将旋转基板216以将清洁泡沫散布于基板216的整个表面。亦可选择性地使刷子210移动横越基板216的表面以散布清洁泡沫。此外，清洁泡沫亦可以结合旋转基板216与使刷子210移动横越基板216的表面的方式加以散布。
依据本发明的一实施例，图4为被部分包封且带有清洁泡沫410的刷子210的侧视图。如图4中所示，刷子210置于基板216之上，而刷子外罩212则包封部分的刷子210与清洁泡沫410。对刷子210与清洁泡沫410的包封产生了清洁基板216的表面时不同的区域412、414与416。在界定为A区域412的区域内，刷子210的表面将接触基板216的表面。当刷子210旋转时，刷子210将实际上擦洗基板216的表面以移除颗粒。从而，在A区域412内以擦洗的方式清洁基板216的表面。
另一方面，在界定为B区域414的区域内，基板216的表面主要借助清洁泡沫410以化学处理的方式加以清洁。刷子外罩212的开放区域222使得来自于刷子外罩212中的清洁泡沫410得以接触基板216的表面。如上所述，清洁泡沫410由液体与气体气泡所组成。当清洁泡沫410中的气泡在基板216的表面上破掉时将释出气体，而后气体与液体将与基板216的表面直接接触。接着气体、液体与基板216的表面间将产生化学反应，从而可促进自基板216的表面移除颗粒与材料的层面(例如有机材料层)。
为利用清洁泡沫410对基板216的表面进行化学处理，较佳的气体为当其与其他材料直接接触时，可产生或促进化学反应的单独一种气体或任何气体的组合。与污染物发生反应的例示性气体包含臭氧(O3)、氧(O2)、氯化氢(HCl)与氢氟酸(HF)等，而不反应的气体则例如是氮(N2)与氩(Ar)等。气体亦可包含任何气体的组合，例如臭氧(O3)与氮(N2)；臭氧(O3)与氩(Ar)；臭氧(O3)、氧(O2)与氮(N2)；臭氧(O3)、氧(O2)与氩(Ar)；臭氧(O3)、氧(O2)、氮(N2)与氩(Ar)；氧(O2)与氩(Ar)；氧(O2)与氮(N2)；以及氧(O2)、氩(Ar)与氮(N2)等。本发明的一实施例使用臭氧作为气体，其由于当臭氧与水结合时，将与基板216表面上的有机材料产生化学反应。有机材料可为半导体光刻作业中通常所使用的有机光致抗蚀剂材料。此外，氮可与臭氧相结合以增加气泡中臭氧的浓度。
用以产生清洁泡沫310的液体为当其与其他材料直接接触时，可产生或促进化学反应的单独一种液体或任何液体的组合。该液体可为含有适当的清洁液体的去离子水(DIW)所构成的半水状或水状溶液。该液体的范例包含水(H2O)；去离子水(DIW)；水(H2O)与清洁液体；水(H2O)与表面活化剂；水(H2O)、清洁液体与表面活化剂；去离子水(DIW)与表面活化剂；以及去离子水(DIW)、清洁液体与表面活化剂。如上所述，本发明的一实施例使用水作为该液体，其由于水可使臭氧与有机光致抗蚀剂材料间产生化学反应或具有促进反应的效果。
在界定为C区域416的区域内，基板216的表面主要藉由将颗粒吸附至气泡的气体/液体介面的方式加以清洁。如图4中所示，每一个凸缘214与基板216的表面间的空间界定为间隙224。保持该间隙224是为了要造成非牛顿流体的区域。在一实施例中，间隙224的大小为大约0.1mm至大约5mm。在此处使用时，「大约」这个词指针对特定的应用，指定的大小或参数可在可接受的制造误差内变化。于一实施例中，该可接受的制造误差为正负10％。
在刷子外罩212中将对清洁泡沫410加压，而后将清洁泡沫410导入间隙224(即C区域416)以产生高度密集的清洁泡沫。高度密集的清洁泡沫借助施加压力以压缩清洁泡沫的方式产生。当在间隙224中压缩时，清洁泡沫410中的气泡将改变型态且重新排列为较为紧密结合的组态。在实际效果上，间隙224的压力与几何设计将使清洁泡沫410在C区域416中由次稳态改变成为较为稳定的状态。
当压力将清洁泡沫410由刷子外罩212导向间隙224，高度密集的清洁泡沫的气泡间将局部产生剪应力。剪应力会造成气泡互相作局部性移动。剪应力所造成的气泡的局部移动将释放突发性的能量，而该能量将传送至基板216的表面以促进自基板216的表面移除颗粒。需注意的是，高度密集的清洁泡沫内的气泡需处于最小能量状态，其中气泡间的所有角度约为120度。当剪应力使处于最小能量状态的气泡越过其他气泡时，气泡间的角度将改变，而角度的改变将造成较高的能量状态。在实际效果上，气泡间的角度的改变等同于能量的改变。因此，能量的释放并非由于气泡破裂，而是由于高度密集的清洁泡沫中的气泡的局部性重新排列。
如图4中所示，依据本发明的一实施例，刷子外罩212可额外包含位于凸缘214内的移除导管450。移除导管450借助施加真空自基板216的表面移除清洁泡沫410、液体、颗粒等。在另一实施例中，移除导管450亦可提供去离子水(DIW)及/或化学药剂以促进清洁泡沫410的移除。在再另一实施例中，额外的导管450可提供额外的化学药剂及/或气体，例如异丙醇(IPA)等，以减少水面上的液体表面张力，作为自基板216的表面移除液体的方式之一。
依据本发明的一实施例，图5A与图5B为图4中所示的沟槽区域的放大侧视图。如图5A与图5B中所示，沟槽区域显示置于基板216上方的刷子210部分包封于刷子外罩212之中。刷子外罩212包含凸缘214，而凸缘214的表面与基板216的表面间的空间则界定为间隙224。不同的间隙224的几何设计可用以操控力学性质、清洁泡沫410的大小与清洁泡沫410中的气泡。将力学性质的改变与清洁泡沫410的化学性质的改变相结合，可藉由针对不同的清洁需求就地改变清洁泡沫410的性质，而使清洁流程更具弹性。举例而言，如图5A中所示，小间隙224将使间隙224中的气泡较小。而由于间隙224较小，刷子外罩212中的压力便较大，因此清洁泡沫410便会以较高的速度离开间隙224。较小的气泡尺寸与清洁泡沫的高黏性相结合将增加气泡间的剪应力。而较大的剪应力将造成当高度密集的清洁泡沫中的气泡局部重新排列时，有较多的能量传送至基板216的表面。
另一方面，如图5B中所示，较大的间隙224将使间隙224中的气泡较大。而由于间隙224较大，刷子外罩212中的压力便较小，因此清洁泡沫410便会以较低的速度离开间隙224。气泡的大小较大与清洁泡沫的低黏性相结合可促进自通路与沟槽移除颗粒。由于不同的间隙几何设计可产生不同的清洁性质，故依据本发明的一实施例，位于刷子外罩212相对两侧的凸缘214可具有不同的几何设计。举例而言，凸缘214之一可具有一较小的间隙224以产生较大的剪应力，而位于相同刷子外罩212上相对的凸缘214则可具有一较大的间隙224以自通路与沟槽移除颗粒。因此，在此实施例中，刷子外罩212可满足两种不同的清洁需求。
依据本发明的一实施例，图6为清洁基板的操作方法的流程图。由操作610开始，首先将清洁泡沫供给基板的表面。在操作612中，在刷子的表面接触基板的表面的区域，由刷子进行基板表面的实际擦洗。同时，在操作613中，在由刷子外罩所产生的区域中，基板的表面主要利用清洁泡沫借助化学处理加以清洁，其中上述区域介于刷子接触基板表面的区域与间隙所界定的区域之间。如上所述，化学处理借助清洁泡沫中的气泡的破裂，使气体和液体与基板的表面直接接触，促进了自基板表面移除颗粒与薄膜。同时，在操作614中将提供压力给清洁泡沫，从而在操作616中导引经加压的清洁泡沫以产生高度密集的清洁泡沫。需注意者，清洁泡沫导入由刷子外罩所产生的间隙中。间隙界定为刷子外罩的表面(例如凸缘)与基板间表面间的空间。清洁泡沫的压力与间隙的几何设计将压缩清洁泡沫以产生高度密集的清洁泡沫。在高度密集的清洁泡沫中的气泡的局部重新排列将释放能量，其可促进自基板的表面移除颗粒与薄膜。
综上所述，上述的发明提供了用以清洁基板的设备与方法。围住清洁泡沫可减少覆盖基板的特定表面区域所需的清洁泡沫量。此外，刷子外罩的几何设计可特别导引清洁泡沫的流向并控制清洁泡沫的物理性质，从而更可促进自基板的表面移除颗粒与薄膜。因此，刷子外罩可使不同的清洁动作(例如擦洗、化学处理和在高度密集的清洁泡沫中重新排列气泡)同时在基板的表面区域执行。
虽然为使读者能获得清楚的了解，前述的发明已在某种程度上加以详细说明，然显而易见地，在后附的权利要求的范畴内仍可实施某些变更与修改。因此，前述实施例属例示性而非限制性，故本发明不限于此处所提供的细节，而可在后附的权利要求的范畴及其等效物内对其进行修改。

Claims (20)

1.一种基板的处理设备，包含：
刷子外罩，其延伸一长度，该刷子外罩竖直地配置于该基板的一个水平表面上方，该刷子外罩具有设于邻近该基板水平表面处的开放区域，该开放区域使得来自于该刷子外罩中的清洁泡沫得以在该基板存在时接触该基板的所述表面，该开放区域沿该刷子外罩的长度延伸；
第一凸缘，其自所述刷子外罩沿着所述长度以及所述开放区域的第一侧向外延伸；
第二凸缘，其自所述刷子外罩沿着所述长度以及所述开放区域的第二侧向外延伸，其中所述第一凸缘、第二凸缘的平坦底表面平行于所述基板的所述水平表面。
2.如权利要求1所述的基板的处理设备，还包括一个刷子，放置在所述刷子外罩中，所述刷子经由导管将待混合以便产生清洁泡沫的气体与液体或者将预先产生的清洁泡沫输送到要与所述基板的表面相接触的所述刷子的表面，所述导管在所述刷子中沿着所述刷子的长度布置。
3.如权利要求1所述的基板的处理设备，所述第一凸缘、第二凸缘每个都具有位于其中的移除导管，所述移除导管配置成借助施加真空而从基板的表面移除清洁泡沫。
4.如权利要求1所述的基板的处理设备，其中
该刷子外罩具有管状外形。
5.如权利要求1所述的基板的处理设备，其中所述刷子外罩由化学惰性材质限定。
6.如权利要求5所述的基板的处理设备，其中所述化学惰性的材质由塑料、聚甲醛树脂、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)之一或多个限定。
7.如权利要求1所述的基板的处理设备，其中
该刷子外罩沿放置在其中的刷子的长度方向延伸。
8.一种基板清洁系统，包含：
第一刷子外罩；
第一刷子，该第一刷子外径的大部分包封于所述第一刷子外罩，该第一刷子竖直地配置于基板的顶表面上方，使得所述第一刷子在所述第一刷子外罩的底部通过开放区域接触所述基板；
第一驱动辊；以及
第二驱动辊，该第一与第二驱动辊接纳该基板的边缘部分，以在该基板置于被部分包封的该第一刷子的下方时进行支撑与旋转；
第二刷子外罩；
第二刷子，该第二刷子外径的大部分包封于所述第二刷子外罩，所述第二刷子和所述第二刷子外罩竖直地放置于所述基板的底表面之下，使得所述第二刷子在所述第二刷子外罩的顶部通过开放区域接触所述基板；
其中每个刷子外罩包括一个沿着每个外罩长度方向的相应凸缘，所述凸缘从每个外罩的外表面径向地向外延伸，所述凸缘限定一个平坦底表面，该平坦底表面在基板存在时平行于基板的相对表面。
9.如权利要求8所述的基板清洁系统，其中所述第一刷子外罩、所述第二刷子外罩局部包封所述第一刷子、所述第二刷子。
10.如权利要求8所述的基板清洁系统，其中所述第一刷子、第二刷子经由导管将待混合以便产生清洁泡沫的气体与液体或者将预先产生的的清洁泡沫输送到要与所述基板的表面相接触的刷子的表面，所述导管在刷子中沿着刷子的长度布置。
11.如权利要求8所述的基板清洁系统，每个凸缘都具有位于其中的移除导管，所述移除导管配置成借助施加真空而从基板的表面移除清洁泡沫。
12.一种基板的清洁方法，包含：
将清洁泡沫供给到该基板的表面；
以刷子擦洗该基板的该表面；
对所述清洁泡沫施加压力；以及
导引经加压的该清洁泡沫进入介于刷子外罩的凸缘与该基板的该表面之间的间隙以产生高度密集的清洁泡沫，该凸缘沿着其长度自刷子外罩的外表面径向地向外延伸、并且限定一个平坦底面，该平坦底表面平行于该基板的该表面；
其中，以刷子擦洗该基板的该表面和导引经加压的该清洁泡沫使其遍及该基板的该表面的方法操作促进自该基板的该表面移除颗粒。
13.如权利要求12所述的基板的清洁方法，还包含
以清洁泡沫对该基板的该表面进行化学处理，该化学处理促进自该基板的该表面移除颗粒。
14.如权利要求13所述的基板的清洁方法，其中以该清洁泡沫对该基板的该表面进行化学处理的方法操作包含：
使该清洁泡沫中的气泡破裂以将气体与液体释放于该基板的该表面上方，该气体与液体促进自该基板的该表面移除颗粒。
15.如权利要求14所述的基板的清洁方法，其中
该气体由臭氧(O3)、氧(O2)、氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)、氮(N2)与氩(Ar)中的一种或多种确定。
16.如权利要求14所述的基板的清洁方法，其中
该液体为水(H2O)。
17.如权利要求16所述的基板的清洁方法，其中
该液体为去离子水(DIW)。
18.如权利要求12所述的基板的清洁方法，其中
该高度密集的清洁泡沫上的压力在该高度密集的清洁泡沫上产生剪力。
19.如权利要求12所述的基板的清洁方法，其中对该清洁泡沫施加压力的方法操作包含：
经由刷子施加气体与液体，所述施加气体与液体对该清洁泡沫产生压力。
20.如权利要求12所述的基板的清洁方法，其中导引加压的该清洁泡沫以产生高度密集的清洁泡沫的方法操作包含：
将加压的该清洁泡沫导向间隙，该间隙由刷子外罩的凸缘与该基板的该表面间的空间所形成。
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