TW201313340A

TW201313340A - 聲波轉換器之均勻流體分歧管

Info

Publication number: TW201313340A
Application number: TW101123874A
Authority: TW
Inventors: Mark J Beck; Eric G Liebscher
Original assignee: Product Systems Inc
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2013-04-01
Also published as: US9796000B2; US20130008462A1; WO2013006477A1; US10279379B2; US20180021821A1

Abstract

一種流體分歧管係由一適用以直接傳送流體至在一基板之一表面與一聲波轉換器間所形成之間隙中的分歧管所構成。沿著該分歧管之長度以一可變速率傳送該流體至該間隙中。較佳地，該分歧管包括用以以該不同速率傳送該流體至該間隙中之沿著該分歧管的長度定位之複數個孔。

Description

聲波轉換器之均勻流體分歧管

本發明係有關於一種流體分岐管，其係由一適用以直接傳送流體至一基板之一表面與一聲波轉換器間所形成之間隙中的分岐管所構成。

圖1描述一在習知技藝中所已知之標準基板清洗系統10。在該系統10中，一噴嘴14分配一流體18至一旋轉基板26(例如，一半導體晶圓)之一表面22。該流體18在整個該表面22上散開及填充在一聲波轉換器34下面之間隙30。以來自該轉換器34之聲波能量激發在該間隙中之流體。該流體18與該聲波能量之複合效果將例如藉由從該表面移除小粒子來處理或清洗該表面。美國專利第6,791,242號係此型態之習知技藝基板清洗系統的代表。

具有數個關於該習知技藝清洗系統之問題。第一，分配流體至該表面22上係浪費的，因為主要只有填充該間隙30之流體涉及該表面之清洗或處理。在該表面上之過剩流體會增加相關於清洗之成本，當使用特殊清洗流體時，此會是顯著的。第二，例如，當蒸氣或霧化造成危險氣體從該流體釋放時，過剩流體會產生環境及安全問題。

第三，當該基板26緩慢地旋轉時，該流體會環繞至該基板之背面，因而污染該基板之背面及基板夾持或安裝設備。基於此理由，在基板處理期間較高旋轉速度係更好的的。然而，較高旋轉速度表示在該表面上必需分配更多製程流體，以便保持流體填充該間隙，因而增加更多浪費的流體。

第四，當過剩流體位於該表面上時，該流體之性質及特性(例如，溫度及氣體含量)會改變。基於像這些理由，需要一種用以減少在一基板清洗製程期間所分配之流體的容量之方法。

簡單地說，本發明之流體分歧管包括一適用以直接傳送流體至在一基板之一表面與一聲波轉換器間所形成之間隙。沿著該分岐管之長度以一可變速率傳送該流體至該間隙中。較佳地，該分歧管包括沿著其長度定位之用以分配該流體至該間隙中之複數個孔。為了達成流體傳送之可變流速，該複數個孔可以以不同速率分配該流體，或者該複數個孔可以具有不同尺寸，或者在相鄰孔間可以具有不同的距離。在另一選擇中，可使用另一方法或設計，以一可變速率傳送該流體至該間隙中。在一較佳具體例中，一起使用該流體分岐管及一聲波轉換器，其中該聲波轉換器具有一楔形，但是該轉換器亦可以使用其它形狀。

圖2描述一清洗組合件40，其包括一聲波轉換器44及一流體分歧管48。該流體分歧管48係相鄰於該轉換器組合件 44來定位及包括複數個孔52，其中從該複數個孔52可分配一流體56(顯示於圖3中)。一流體入口(未顯示)提供一用以引進該流體56至該分歧管48中之手段。

一共振器64係附著至該轉換器44之底部及具有一個面65。做為參考之用，該共振器64具有一長度“L”及稱為該轉換器44的前緣之側66。可使用能產生聲波能量之許多型態的轉換器做為該轉換器44。在該較佳具體例中，該轉換器44係一像在2004年9月14日頒發給BecK等人之美國專利第6,791,242所述之楔形轉換器，在此以提及方式併入該美國專利。此外，較佳的是，該聲波轉換器44產生在300KHz至5MHz之頻率範圍內的聲波能量。例如，該轉換器44可以由一聲波能量產生手段(例如，一或多個壓電晶體)所構成。一外殼36覆蓋該聲波能量產生手段及與該聲波能量產生手段相連之電子電路，以保護它們不受濕氣及其它污染物之影響。

在一較佳具體例中，該分歧管48具有一定位成相鄰於該共振器64之側66的面67。該複數個孔52係沿著該面67來配置及使該面67偏成某一角度，以便使從該等孔52所分配之流體向下指向該側66之方向。

圖3描述在從該等孔52分配該流體56時該流體56之容量。在該共振器64之底部上的面65與一基板76之一表面72間所存在之空間構成一間隙68。較佳地，該基板76係一具有圓形形狀之旋轉基板(例如，一半導體晶圓)，但是可使用其它型態之基板於該組合件40。該流體56與該轉換器44所提供之聲波能量的複合效果將例如藉由從該表面72移除小粒子(例如，次微米粒子)來處理或清洗該表面72。

該等孔52係定位成使該流體56之容量以近乎在該側66下面(亦即，近乎在該轉換器44之前緣下面)方式分配至該表面72上。較佳地，選擇該面67之角度，以便該等孔52具有所需定向，以分配該流體至該表面72之期望位置上。當該基板76在該轉換器44下面旋轉時，該流體56之容量將均勻地填充在該共振器64下面的間隙68。隨後，如圖5所述，該基板76之旋轉促使該流體56之容量轉出該基板76之邊緣。

藉由直接分配該流體56至該間隙68內，該流體可在其物理性質改變前立即用於預定清洗目的。在一較佳具體例中，在操作該轉換器組合件40中使用下面順序：啟動該基板76之旋轉；開始從該分歧管48分配該流體56；然後，打開該聲波能量源。在該製程之結束時，通常顛倒此順序：停止該聲波；停止該流體流動；然後，停止該基板76之旋轉。在其它具體例中，可使用不同的順序。此外，在其它具體例中，當固定地夾持該基板76時，可旋轉該分歧管48及該轉換器44。

該流體56可以包括適用以與聲波能量一起清洗或處理基板之任何型態的流體。通常，該流體56係一液體，以及水性液體係非常常見地用以做為該流體56。這樣的水性液體之實例包括去離子水或氫氧化銨、過氧化氫、鹽酸、硝酸、醋酸或氫氟酸之水溶液或這些試劑之組合。可使用稱為SC-1及SC-2流體之常用製程流體成分。然而，可以使用許多其它流體(包括具有專屬成分之流體)做為該流體56。

圖4更詳細描述該流體分歧管48。該分歧管48包括一包圍一內流體室88之外殼84。該流體56經由一連接至該室88之流體入口進入該室88。該複數個孔52以一流體通道92連接至該室88。在該較佳具體例中，每一孔52具有它自己的通道92，但是可使用其它配置。單一孔52及它的對應通道92提供路徑給要從該室88分配至該表面72上之該流體56。該複數個孔52沿著該分歧管48之長度“K”延伸。在一些具體例中，特徵係定位在該分歧管之內部，以在從該等孔分配該流體前，均勻地分佈該流體。

該外殼84係由一適合於被分配之該流體56的材料所構成，此表示該材料對該流體56具有化學抗性。該外殼84之合適材料包括許多化學惰性材料，例如，不銹鋼、石英、聚丙烯(PP)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、聚四氟乙烯(PTFE)及聚偏二氟乙烯(PVDF)。亦可以使用像藍寶石、玻璃碳、鑽石塗層材料、碳化矽、氮化矽之其它材料或不會污染該流體56之任何其它材料來構成該外殼84。

在該較佳具體例中，該複數個孔52之每一者在該外殼84中係圓形開口，且該等孔52之每一者以一個別流體通道92連接至該內流體室88。在其它具體例中，該等孔52可具有其它形狀，例如，方形、矩形、三角形或不規則形狀。在該較佳具體例中，在每一孔52及其旁邊之孔52間存在一空間96。該空間96具有一從該等相鄰孔52之邊緣所測量之長度“d”，以及該長度“d”可因不同組之相鄰孔而不同。此外，該等孔52之每一者的尺寸可以是不同的。對於圓形孔，此表示該孔52之直徑可以是不同的。依據特定使用，該等孔之一部分將具有相同直徑，而其它孔將具有不同直徑。同樣地，該等孔52之一部分將以相同距離“d”來分隔，而其它孔52將以不同距離“d”來分隔。

圖5描述該基板76正在旋轉及該表面72係圓形形狀之情況。該轉換器44具有一圓扇形(楔形)及沿著一側99之該轉換器44的長度對應於該表面72之半徑“r”。該分歧管48之長度“K”近乎等於該半徑“r”及朝相同於表面72之半徑的方向延伸。一在該側99上之位置100對應於該表面72之近似幾何中心。一位置104係一遠離該側99上之位置100的第一距離，以及一位置108係一遠離該側99上之位置100的第二距離，且相較於該位置104，該位置108係一離該位置100之較大距離。該轉換器44被表明具有一楔形，因為該轉換器44具有一包括該位置104之第一端及一包括該位置 108之第二端，且該第二端比該第一端寬。

從該分歧管48分配之流體56覆蓋該表面72之一部分，而沒有必要以該流體56覆蓋該表面72之剩餘部分。如一流體區域110所述，該基板76之旋轉將促使該流體56轉出該基板76之邊緣。圖5描述藉由適當地調整該分歧管48所分配之流體56的流速，可使用以清洗或處理該表面72之流體的總容量減至最小程度。這是因為該表面72之整個表面面積不需要時常以該流體56來覆蓋。

設計該具有複數個孔之分歧管48(其中該等孔52之距離“d”及/或直徑係可變的)的理由是，它提供一種用以在沿著該分歧管48之長度“K”的不同距離處從該分歧管48分配可變量之流體的方法。對於希望沿著該分歧管之長度從該分歧管分配可變量之流體，具有一些理由。例如，參考第5圖，在該位置108處比在該位置104處，需要較大容量之流體56來填充在該轉換器34下方之間隙68(顯示於圖3中)。對於此事實之說明是，該旋轉基板76在該位置108處比在該位置104處具有較大線速度。該較大線速度表示，在該表面72上靠近該位置108所分配之流體比在該表面72上靠近該位置104所分配之流體更快地被帶離該分歧管84。

對此之另一理由是，該轉換器34之楔形表示該轉換器34在該位置108處比在該位置104處覆蓋該表面72之更多表面面積。因為期望在該間隙68中之各處具有近乎均勻容量之流體56，所以在該位置108比在該位置104需要分配更多之流體。在任何情況下，藉由改變該等孔52之直徑，例如，藉由使靠近該位置104之孔52的直徑比靠近該位置108之孔52的直徑小，可達成在沿著該長度“L”之不同距離處從該分歧管48分配可變容量之流體的要求。

在另一選擇中，可設計在該等孔間之距離“d”，以從該分歧管48分配可變容量之流體。例如，靠近該位置104之孔間的距離“d”比靠近該位置108之孔間的距離“d”大。還有另一方法將在一被選位置上增加孔52之數目，例如，藉由在靠近被選位置處製造一或多個垂直型(vertical clusters)孔52。允許從該分歧管48分配可變容量之流體的其它設計特徵包括使用具有變動寬度之一或多個夾長孔(slots)來分配該流體、使用具有可變流速之噴嘴做為該等孔52來分配該流體或在不同位置處改變該等孔52之角度。此外，可使用任何這些方法之組合，從該分歧管48分配可變容量之流體。

圖6描述在使用一楔形轉換器做為該轉換器44時，應該填充該間隙68之適當量的流體56。實質上，應該調整在該基板76正在以一特定速度旋轉時從該分歧管48所分配之流體56之量，以便以流體完全填充該間隙68及流體之半月形面(meniscus)114在該轉換器44之一邊緣116處積聚。該半月形面114顯然應該被形成，但是它的尺寸不應該是過度的。如果該半月形面114太大，則使用太多流體。如果該半月形面114沒有出現在該邊緣116，則使用太少流體。

在一較佳具體例中，該轉換器組合件40包括一楔形聲波轉換器44及一分配可變量之流體56至該間隙68中之流體分歧管48。較佳地，該基板係圓形的及一相對旋轉運動存在於該基板與該組合件間，此表示該基板或該配置正在旋轉(但是通常旋轉該基板)。即使該旋轉圓形基板之表面的線速度隨著離該基板之中心的距離增加而增加，該分歧管48之使用保持以流體填充在該轉換器與該基板間之間隙68。它在較快相對速度下採用更多流體來填充該間隙，所以在外徑比在內徑需要更多流體流動。此亦允許可選擇要填充該間隙所需之切確量的流體。

術語可變量之流體表示該分歧管可沿著其長度以不同速率(每單位時間之容量)分配流體。例如，在該分歧管至少包少一第一孔及一第二孔之情況下，該第一孔將在一既定時間單位內分配不同於該第二孔之流體量。換言之，該第一孔將以不同於該第二孔之速率分配流體。

當使用少的流體時，該分歧管48之使用亦容許比典型流體分配系統高之旋轉速度。例如，如果該基板76包括一300mm半導體晶圓，則可使用近乎100rpm之旋轉速度。此外，直接在該共振器64下方注入該流體56至該間隙68中，以防止該流體在其使用前改變其性質。再者，該流體至該間隙中之注入將允許在不同於水平面之方位上使用該基板及該轉換器。

通常，該分歧管48之使用允許以比可能之速度高的速度(每分鐘轉數或”rpm”)來旋轉該基板76。除了上述所列的優點之外，關於較高旋轉速度之另一優點是，對於粒子移除製程，可在較高頻率下更快速地從該基板表面移除粒子。一額外優點是，較高旋轉速度之使用允許該流體更常被更新。如果一化學製程受質量傳送之限制，則此為一受期望特徵。

該組合件40之額外益處是，亦可清洗基板之背面。該背面表示例如相對於圖3所示之表面72的面。再者，不需要水平地定位該基板76，來以該組合件40清洗該基板76。可垂直地或以任何角度定位該基板76，因為該分歧管48將直接分配流體至該間隙68中，而不管該基板76之方位。

在一較佳具體例中，本發明之流體分歧管包括一適用以直接傳送流體至在一基板之一表面與一聲波轉換器間所形成之間隙中的分歧管，其中沿著該分歧管之長度以一可變速率傳送該流體至該間隙中。較佳地，該分歧管包括用以分配該流體至該間隙中之沿著該分歧管之長度定位的複數個孔。沿著該分歧管之適當定位孔的使用係該分歧管如何適用以傳送流體至間隙中之一實例。

為了達成流體傳送之可變速率，該複數個孔可以至少包括一第一孔及一第二孔，其中該第一孔以不同於該第二孔之速率分配該流體。在另一選擇中，為了達成流體傳送之可變速率，該複數個孔可以至少包括一為圓形形狀且具有一第一直徑之第一孔及一為圓形形狀且具有一第二直徑之第二孔，其中該第一直徑在尺寸上不同於該第二直徑。

在另一具體例中，該複數個孔至少包括一第一孔、一第二孔及一第三孔，其中該第一孔及該第二孔彼此相鄰且以一第一距離來分隔，以及該第二孔及該第三孔彼此相鄰且以一第二距離來分隔，其中該第一距離不同於該第二距離。圖4描述兩個相鄰孔52間之距離“d”。

在另一較佳具體例中，本發明之轉換器組合件包括一適用以傳送聲波能量至一基板之一表面的聲波轉換器及一沿著該聲波轉換器之一邊緣定位之分歧管。該分歧管係定位成用以直接傳送流體至在該基板之表面與該聲波轉換器間所形成之間隙中，其中沿著該分歧管之長度以一可變速率傳送該流體。較佳地，該聲波轉換器具有一楔形，但是該轉換器可以使用其它形狀。對於該轉換器44，在圖2及5中描述該轉換器之楔形。在圖3及6中以該間隙68描述該流體被傳送進去之間隙。

雖然已描述該基板76成為一半導體晶圓，但是該轉換器組合件40可使用於其它基板，例如，其它型態之晶圓、光罩(optical photo masks)、EUV光罩、奈米壓印原版(nano-imprint masters)、鋁或玻璃硬碟、方形或圓形晶矽太陽能基板、方形或圓形多晶矽太陽能基板、玻璃、陶瓷或任何需要流體及聲波能量之其它旋轉基板。

此外，該轉換器44可具有像矩形形狀之其它形狀。可使用一具有三角形形狀(或一些其它形狀)之轉換器，以在將該轉換器放置成鄰近相對於該轉換器線性移動之該基板時，清洗下面型態之基板：平面顯示器、玻璃片、OLED面板、太陽能面板、單晶或多晶矽基板、光罩、EUV光罩、螢幕或任何需要製程流體及聲波能量之其它旋轉或線性掃描基板。

圖7描述該轉換器44係一矩形(條狀)轉換器120及一基板122沒有旋轉之情況。在此情況下，該組合件40係由該條狀轉換器120及一分歧管126所構成。如先前圖3所述，該分歧管分配流體56至在該轉換器120與該基板122之間之間隙中。該組合件40與該基板122間之相對運動係存在的，此表示該基板122或該條狀轉換器120可移動(以箭頭128來表示)。此表示將以該流體56覆蓋該基板之一區域130及將不以該流體56覆蓋一在該分歧管前面之乾燥區域134。當該基板與該組合件40間之相對運動變得較快時，必需使用更多流體或必需使該轉換器120與該基板122之表面間的間隙變得較小。

雖然已根據目前較佳具體例來描述本發明，但是了解到，沒有要將這樣的揭露解讀為限制。毫無疑問地，在讀取上述揭露後，各種變更及修改對熟習該項技藝者將變得顯而易知。於是，意欲將所附申請專利範圍解讀為覆蓋所有變更及修改，因為它們落在本發明之真實精神及範圍內。

10‧‧‧標準基板清洗系統

14‧‧‧噴嘴

18‧‧‧流體

22‧‧‧表面

26‧‧‧旋轉基板

30‧‧‧間隙

34‧‧‧聲波轉換器

36‧‧‧外殼

40‧‧‧清洗組合件

44‧‧‧聲波轉換器

48‧‧‧流體分歧管

52‧‧‧孔

56‧‧‧流體

64‧‧‧共振器

65‧‧‧面

66‧‧‧側

67‧‧‧面

68‧‧‧間隙

72‧‧‧表面

76‧‧‧基板

84‧‧‧外殼

88‧‧‧內流體室

92‧‧‧流體通道

96‧‧‧空間

99‧‧‧側

100‧‧‧位置

104‧‧‧位置

108‧‧‧位置

110‧‧‧流體區域

114‧‧‧半月形面

116‧‧‧邊緣

120‧‧‧矩形(條狀)轉換器

122‧‧‧基板

126‧‧‧分歧管

128‧‧‧箭頭

130‧‧‧區域

134‧‧‧乾燥區域

d‧‧‧長度

K‧‧‧長度

L‧‧‧長度

r‧‧‧半徑

圖1描述依據習知技藝之基板清洗系統10；圖2係依據本發明之轉換器組合件的立體圖；圖3係依據本發明之轉換器組合件的示意圖；圖4係依據本發明之流體分歧管的示意圖；圖5係依據本發明之轉換器組合件的示意圖；圖6係依據本發明之在間隙中的適當流體填充之示意圖；以及圖7係依據本發明之矩形(條狀)轉換器組合件的上視圖。