CN1990126A

CN1990126A - 超临界二氧化碳清洗系统与方法

Info

Publication number: CN1990126A
Application number: CN 200510097139
Authority: CN
Inventors: 陈政群; 陈兴; 刘权慧; 黄家铭
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2005-12-30
Publication date: 2007-07-04

Abstract

一种超临界二氧化碳清洗系统，包含：一密闭高压清洗槽，形状为上宽下窄的漏斗型容器装置，提供一可乘载待清洗物件的载体平台及可活动喷嘴组的空间；一载体平台，位于该密闭高压清洗槽内，为一以该待洗物中心旋转的载体平台，并用以承载该待清洗物件；一可活动喷嘴组，组设于该密闭高压清洗槽内及载体平台的上方，使该超临界二氧化碳可经由该可活动喷嘴组来清洗该待清洗物件。一种超临界二氧化碳清洗方法，包含：将晶圆或待洗物置于密闭高压清洗槽；将液态二氧化碳输入该密闭高压清洗槽；添加共溶剂与界面活性剂于清洗槽；启动可活动喷嘴组，增进洗净功效；旋转晶圆或待洗物去除污染物；降压排放二氧化碳与污染物以洗净晶圆或待洗物。

Description

超临界二氧化碳清洗系统与方法

技术领域

本发明涉及一种超临界二氧化碳清洗系统与方法；特别是涉及在一密闭高压清洗槽内将载体平台上的待清洗物件通过超临界二氧化碳清洗的系统与方法。

背景技术

传统的晶圆或元件清洗制程，需使用大量超纯水与化学溶剂，去除晶圆或元件表面的纳米污染物，同时要处理大量废水溶剂。在纳米(65nm)及较复杂的制程中，晶圆或元件的渠沟与高深宽比结构，因液体表面边界层的限制，无法有效清洗纳米孔洞的污染物。

而在过去，已有技术可利用臭氧水来清洗晶圆或元件，但晶圆或元件是固定式的无法转动，并且配合MHz级超音波辅助清洗，在洗完之后利用CO₂高压干燥晶圆或元件。也有技术利用水洗方式清洗晶圆或元件，并配合超音波频为900～1,100KHz辅助清洗，值得一提的是，超音波装置设置于清洗槽外侧，但其清洗时间与效率仍待改进。

由臭氧水或水来清洗晶圆等元件渐渐可被科技技术所取代，取而代之的则是超临界流体。超临界流体物理性质介于气、液相之间。黏度接近于气体，密度接近于液体，因密度高可输送较气体更多的超临界流体，因黏度低，输送时所须的功率则较液体为低，也即质量传递阻力远较液体小，因此在质量传递上较液体快。此外，超临界流体如气体一样几乎无表面张力，因此很容易渗入到多孔性组织中。

除物理性质外，在化学性质上也与气、液态时有所不同。如二氧化碳在气体状态下不具萃取能力，但当进入超临界状态后，二氧化碳变成亲有机性，因而具有溶解有机物的能力，此溶解能力会随着温度及压力而有所不同。而超临界二氧化碳具有低表面张力、低黏度、高扩散性的特性，易扩散至纳米孔洞中，为干式清洗制程，且减少水资源浪费，是极具潜力的「绿色清洁生产技术」。

但就现有超临界二氧化碳清洗装置与方法的技术领域而言，仍缺乏一种可以缩短清洗时间、装置简单、清洗方便，与清洗效率高的超临界二氧化碳清洗装置。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种超临界二氧化碳清洗系统与方法，该系统与方法可加速在清洗上的效率以及缩短清洗时间。

为达上述目的的超临界二氧化碳清洗系统，包含：一密闭高压清洗槽，该密闭高压清洗槽形状为上宽下窄的漏斗型容器装置，能提供一可乘载待清洗物件的载体平台及可活动喷嘴组的空间，以利于被该超临界二氧化碳清洗以及利于杂质污染物沉积；一载体平台，该载体平台位于该密闭高压清洗槽内，为一以该待洗物中心旋转的载体平台，并用以承载该待清洗物件；一可活动喷嘴组，该可活动喷嘴组设于该密闭高压清洗槽内及该载体平台的上方，使该超临界二氧化碳可经由该可活动喷嘴组来清洗该待清洗物件，并配合提供一共溶剂、界面活性剂以及螯合剂等提高清洗效果，与使用为乳化技术缩短清洗时间。

此外，为达上述目的的超临界二氧化碳清洗方法，包含下列步骤：将晶圆或待洗物置于密闭高压清洗槽；将液态二氧化碳输入该密闭高压清洗槽；添加共溶剂与界面活性剂于清洗槽；启动可活动喷嘴组，增进洗净功效；旋转晶圆或待洗物去除污染物；以及降压排放二氧化碳与污染物，此外，也利用适当共溶剂、界面活性剂以及螯合剂等来使得超临界二氧化碳于稳态均匀相中以及增加二氧化碳的极性，使其发挥清洗效用，其依不同的晶圆或清洗物件来配置适当的调配配方。其中降压排放二氧化碳与污染物后可使用新鲜二氧化碳再次清洗，洗净后将晶圆或待洗物取出。

依据上述的超临界二氧化碳清洗系统与方法，具有可加速在清洗上的效率以及缩短清洗时间的优点。

附图说明

图1为本发明超临界二氧化碳系统剖面示意图。

图2为本发明超临界二氧化碳清洗方法流程图。

图3A～3D为本发明超临界二氧化碳清洗系统的超音波聚焦型喷嘴剖面示意图。

图4A～4D为本发明超临界二氧化碳清洗系统的可活动喷嘴组配置俯视示意图。

图5为现有超临界二氧化碳清洗原理示意图。

主要元件符号对照说明

10----新鲜的二氧化碳 11----肮脏二氧化碳

20----共溶剂 21----界面活性剂

30----清洗槽 31----槽底部

40----温度计 41----压力计

50----超音波震荡器 51----抗高压管

52----接头 53----螺栓

55----凹弧形 56----固定基座

57----聚焦型放大器 58----超音波探头

59----清洗区域 60----可活动喷嘴组

70----载体平台 71----转动轴

80----待洗物或晶圆 90----污染物

100---超临界二氧化碳清洗方法流程示意图

具体实施方式

本发明的超临界二氧化碳清洗系统与方法，将通过以下较佳具体实施例配合所附图式，予以详细说明。

本发明的超临界二氧化碳清洗系统。请参阅图1所示，为本发明的最佳实施例，本发明的超临界二氧化碳清洗系统包含：一密闭高压的清洗槽30、一载体平台70及一可活动喷嘴组60。前述密闭高压的清洗槽30形状为上宽下窄的漏斗型容器装置，能提供一置放可乘载待清洗物件的载体平台70及可活动喷嘴组60的空间，以利于被该超临界二氧化碳清洗以及利于杂质污染物90沉积；前述载体平台70位于该密闭高压清洗槽30内，为一以该待洗物中心旋转的载体平台70，并用以承载该待清洗物件80；前述可活动喷嘴组60设于该密闭高压清洗槽30内及该载体平台70的上方，能使该超临界二氧化碳可经由该可活动喷嘴组60来清洗该待清洗物件80。

首先将待洗物或晶圆80置入密封的清洗槽30内的载体平台70上，该待清洗物或晶圆80可为晶圆、low-k材料、或MEMS等，在待洗物或晶圆80欲与载体平台70的接触表面，可施一表面处理以增加接触摩擦力，让待洗物或晶圆80与载体平台70的接触牢靠。接着，将新鲜的二氧化碳10引入密封的清洗槽中，将新鲜二氧化碳10引入密封的清洗槽30中，由于二氧化碳10在进入清洗槽30之前，已经经过高温高压的程序，故此时二氧化碳10会自然经过可活动喷嘴组60喷进清洗槽30内，进行二氧化碳10的清洗作业。在清洗的同时，也将适当配方的共溶剂20与界面活性剂21置入清洗槽30中，目的在于缩短清洗时间，并且开启辅助的超音波震荡器50，目的在于缩短清洗时间同时增加清洗效果。

前述可活动喷嘴组60可依照待清洗物件或晶圆80的所在位置来决定设置的相对位置。当待清洗物件或晶圆80置于清洗槽30内的载体平台70后，该清洗系统中的转动轴71会带着待清洗物件或晶圆80旋转，以利去除污染物90，而可活动喷嘴组60的设置，其个数与位置以其个别喷嘴的工作范围边界处皆有相互重叠(overlap)，使得待清洗物件或晶圆80的清洗范围皆有涵盖到为主。可活动喷嘴组60的作业可与超音波震荡器50一并使用，达到加成的效果，而超音波震荡器50的设置，其个数与位置也是以其个别超音波震荡器50的工作范围边界处皆有相互重叠(overlap)，使得待清洗物件或晶圆80的清洗范围皆有涵盖到为主。请参阅图4A至图4D，为可活动喷嘴组60针对相同的工作范围可配置成不同的位置，甚至增添超音波震荡器50后的情形也同样，其工作范围边界处皆有相互重叠(overlap)，使得待清洗物件或晶圆80的清洗范围皆有涵盖到为主。图4B与图4D与图4A与图4C不同处在于有无结合超音波震荡器50。

值得一提的是，超音波震荡器50可与活动喷嘴组合成可活动喷嘴组60，是将接头52设置于固定基座56上，并且通过螺栓53固定震荡器于基座56上，该接头52延一抗高压管51与震荡器连接，前述抗高压管51把线路埋藏在里面，以防止污染清洗作业，在使用可活动喷嘴组60进行清洁时，请参阅图3A与图3B，可以将其以震荡器本身的表面做成凹弧形55，让其二氧化碳喷出后经超音波震荡器50聚焦于待清洗区域59。或是以一聚焦型放大器57，其类似大声公的结构，如图3C与图3D所示，一端开口大另一端开口紧缩，其同样可以让其二氧化碳喷出后经超音波震荡器50聚焦于待清洗区域59，在此超音波震荡器50则可视为一超音波探头58，而聚焦型放大器57位于其下方，当二氧化碳喷出后，被超音波探头58驱使进聚焦型放大器57内，进一步达到聚焦的功能。而如图4B与图4D所示，聚焦型可随意搭配，其只要能涵盖住所需求的清洗区域59即可。

请再参阅图1所示，在清洗的过程中，污染物90会被二氧化碳析出，离开待洗物或晶圆80，而污染物90则会沿着清洗槽30集中于清洗槽底部31，因其清洗槽30为上宽下窄的漏斗型装置，固方便污染物90方便集中于清洗槽底部31。而肮脏二氧化碳11与污染物90可经由降压离开清洗槽30，接着，将干净的待洗物或晶圆80再以新鲜的二氧化碳10清洗一次，就完成了清洗的作业。其中肮脏二氧化碳11可经由冷凝器或压缩成液体再回收使用。

在作业中，也可将载体平台70与水平面倾斜一适当角度，方便转动轴71旋转后，有利于将污染物90更易带离待洗物或晶圆80，同时达到缩短时间的功效；而该超音波震荡器50可装设于待洗物或晶圆80的上方或下方，增加清洗效果；而可活动喷嘴组60也可与待洗物或晶圆80成一适当角度，方便清洗作业与增进效果。综合上述而言，本发明利用二氧化碳清洗的操作条件的温度界定在15℃～150℃，而压力操作条件则界定在50～250atm，增添的超音波组操作频率范围界定在0.8MHz～3.5MHz为本发明的最佳洗净效果，而清洗槽30内设置温度计40与压力计41来监控清洗槽30内的操作条件，而本最佳实施例中的流程图100，如图2所示。

本发明的超临界二氧化碳清洗系统与方法运用共溶剂或界面活性剂与微乳化技术，针对不同制程的待洗物件，配合清洗装置达到一最佳的清洗效果。由于晶圆制程或其它精细元件制程即将迈向65nm，使现有的湿式清洗技术，无法克服65nm线宽的表面张力，且清洗中需要大量超纯水与化学溶剂，因此本发明开发超临界二氧化碳去除纳米污染物，可克服现有技术存在的问题，是极具发展潜力的「绿色清洁生产技术」。

二氧化碳的临界温度31.1℃，临界压力73atm，超临界二氧化碳清洗物件先放置清洗系统后，在密闭清洗系统，然后液相二氧化碳储槽利用输送泵将液体二氧化碳加压至临界压力以上，在经过加热器将二氧化碳加热至临界温度以上，当二氧化碳达到超临界状况后再进入清洗系统中，利用二氧化碳的低表面张力，高渗透性清洗污染物。其清洗原理请参阅图5所示，含有污染物的超临界二氧化碳经减压阀，降压后较重的污染物沉淀于槽底部，污染物可经吸附过滤器收集在经过适当的处理，经过过滤的二氧化碳经过冷凝器或压缩成液体，进入二氧化碳储槽回收再使用或排放掉。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并非用以限定本发明的实施范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种超临界二氧化碳清洗系统，其特征在于，包含：

一密闭高压清洗槽，该密闭高压清洗槽形状为上宽下窄的漏斗型容器装置，提供一可乘载待清洗物件的载体平台及可活动喷嘴组的空间，以利于被该超临界二氧化碳清洗以及利于杂质污染物沉积；

一载体平台，该载体平台位于该密闭高压清洗槽内，为一以该待洗物中心旋转的载体平台，并用以承载该待清洗物件；

一可活动喷嘴组，该可活动喷嘴组设于该密闭高压清洗槽内及该载体平台的上方，使该超临界二氧化碳可经由该可活动喷嘴组来清洗该待清洗物件。

2.如权利要求1所述的超临界二氧化碳清洗系统，其特征在于，该载体平台与水平面成一倾斜角度，当进行清洗时杂质污染物可经由该倾斜角度轻易且有规律的流出该待清洗物件而进入槽底。

3.如权利要求1所述的超临界二氧化碳清洗系统，其特征在于，该可活动喷嘴组为至少一可活动喷嘴与至少一频率为0.8MHz～3.5MHz超音波震动器的组合，该超音波震动器与该可活动喷嘴组成为一模组，或与该载体平台结合，装置于该载体平台的上方或下方，加速清洗效果。

4.如权利要求3所述的超临界二氧化碳清洗系统，其特征在于，该超音波震动器为聚焦型或非聚焦型，该聚焦型超音波震动器利用该超音波本体型成凹面以聚焦或是以添置一类似喇叭型喷嘴形成聚焦，该可活动喷嘴组能使当该超临界二氧化碳流入该密闭高压清洗槽时，该超临界二氧化碳即经该可活动喷嘴喷出，立刻进行超音波清洗。

5.如权利要求3所述的超临界二氧化碳清洗系统，其特征在于，该超音波震动器的装设与该待清洗物件呈一适当角度，能方便快速驱离该待清洗物件的污染物。

6.如权利要求3所述的超临界二氧化碳清洗系统，其特征在于，温度操作条件为15℃～150℃，压力操作条件为50～250atm，超音波组操作频率范围为0.8MHz～3.5MHz。

7.如权利要求3所述的超临界二氧化碳清洗系统，其特征在于，该可活动喷嘴组中的超音波震动器管路、活动喷嘴管路以及载体平台管路埋设于高压管路之内，可避免线路对该待清洗物件二次污染。

8.如权利要求3所述的超临界二氧化碳清洗系统，其特征在于，该待清洗物件为晶圆、low-k材料、MEMS。

9.一种超临界二氧化碳清洗方法，其特征在于，包含下列步骤：

将晶圆或待洗物置于密闭高压清洗槽；

将液态二氧化碳输入该密闭高压清洗槽；

添加共溶剂与界面活性剂于清洗槽；

启动可活动喷嘴组，增进洗净功效；

旋转晶圆或待洗物去除污染物；及

降压排放二氧化碳与污染物。

10.如权利要求9所述的超临界二氧化碳清洗方法，其特征在于，降压排放二氧化碳与污染物后可使用新鲜二氧化碳再次清洗，洗净后将晶圆或待洗物取出。

11.如权利要求10所述的超临界二氧化碳清洗方法，其特征在于，该晶圆或待洗物可与水平面成一倾斜角度，当进行清洗时杂质污染物可经由该倾斜角度轻易且有规律的排出。

12.如权利要求10所述的超临界二氧化碳清洗方法，其特征在于，该可活动喷嘴组为至少一可活动喷嘴与至少一频率为0.8MHz～3.5MHz超音波震动器的组合，该超音波震动器与该可活动喷嘴组成为一模组设置于该晶圆或待洗物的上方，或增加设置于该晶圆或待洗物的下方，加速清洗效果。

13.如权利要求12所述的超临界二氧化碳清洗方法，其特征在于，该活动喷嘴组的该超音波震动器的装设与该待清洗物件呈一适当角度，能方便快速驱离该待清洗物件的污染物。

14.如权利要求12所述的超临界二氧化碳清洗方法，其特征在于，温度操作条件为15℃～150℃，压力操作条件为50～250atm，超音波组操作频率范围为0.8MHz～3.5MHz。

15.如权利要求12所述的超临界二氧化碳清洗方法，其特征在于，该待清洗物件为晶圆、low-k材料、MEMS。

16.如权利要求12所述的超临界二氧化碳清洗方法，其特征在于，清洗中添加的共溶剂、界面活性剂与螯合剂，配合乳化技术，以增加清洗效果。

17.如权利要求12所述的超临界二氧化碳清洗方法，其特征在于，该可活动喷嘴组的作业范围扩展至所有该待清洗物件表面，能均匀清洗该待清洗物件。

18.如权利要求12所述的超临界二氧化碳清洗方法，其特征在于，该可活动喷嘴组中复数个超音波与复数个喷嘴的作业范围作用于该待清洗物件尚有相互重叠处，避免无法清洗死角。