TW201507017A

TW201507017A - 用於基板清洗及乾燥之方法及設備

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Publication number: TW201507017A
Application number: TW103109702A
Authority: TW
Inventors: Carlos A Fonseca; Michael A Carcasi
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2015-02-16
Also published as: WO2014152910A1; JP6118451B2; KR20150127677A; US9786523B2; KR101763505B1; US20140261569A1; CN105026058B; TWI563559B; CN105026058A; JP2016513888A

Abstract

本文揭露之方法及設備係用於在半導體製造中最佳化清洗及乾燥製程。如此的最佳化係為了最大化製程產量並同時保持低缺陷數及高元件良率，並利用模擬及實驗數據來設定用於清洗及乾燥製程的最佳製程參數。本文亦揭露清洗液及沖洗氣體噴嘴移動的改良方法。

Description

用於基板清洗及乾燥之方法及設備

本申請案係根據及主張於西元2013年3月14日申請的共同待審美國暫時專利申請案第61/783,060號的利益及優先權，其專利名稱為「METHOD AND APPARATUS FOR SUBSTRATE RINSING AND DRYING」（Ref. No. CT-113PROV），其內容藉由參照其整體納入本案揭示內容。

本發明係與在半導體製造中的基板清洗及乾燥之方法與設備相關。更具體而言，其係與經改良的基板清洗及乾燥之方法相關，如此方法可降低缺陷數量。

清洗及乾燥步驟係普遍用於半導體製造的許多製程中。在光微影技術中，如此步驟係在光阻顯影後使用，以清洗掉顯影劑及經顯影之光阻，並將基板於移出處理工具之前加以乾燥。這些步驟亦使用於基板的其他濕處理中，例如在基板濕清潔後、或在電化學沉積後的。

在典型的清洗及乾燥步驟中，基板係置於旋轉夾盤之上，並在設定的轉速下旋轉。清洗液係由一噴嘴、或複數個噴嘴分配至基板上，且清洗液會移除必須從基板消除的汙染物。汙染物可為例如顯影溶液、清潔溶液、或用於電化學沉積的電解液。在典型的製程中，將清洗溶液導至基板中心處，初步地由基板中心徑向移除汙染物。汙染物及清洗液的徑向移除會受到基板轉動及隨後啟動的沖洗氣體流動幫助，其中沖洗氣體流動係用於從基板移除汙染物及清洗液的最後液滴及微量。清洗液分配噴嘴及沖洗氣體噴嘴、或複數個噴嘴一般係在由基板中心實質向外的方向上朝著基板邊緣移動橫過基板表面，而留下清洗過及乾燥過的部分。基板的保持濕潤（still-wet）及乾燥部分間的瞬時界線（instantaneous boundary）係由環形的清洗液彎液面界定。當噴嘴徑向向外移動時，彎液面亦如此。一旦彎液面到達基板邊緣，基板整體則已受到清洗及乾燥，而可從旋轉夾盤及處理工具移開，以用於隨後的處理步驟。

在半導體處理中，存在著增加製程產量（即：在一設定時間量中所處理的基板數量）的需求。如此增加產量的需求導致積極性處理條件（即：基板轉速、清洗液及沖洗氣體的流量及速度、噴嘴移動速度等）的使用，而該等積極性處理條件在若干狀態下可能會造成因沖洗氣體流動導致的彎液面破壞，或造成仍附著的清洗液及汙染物由基板的潮濕部分飛濺至乾燥部分，以上二種情形會造成元件缺陷數增加及處理良率下降。在典型的處理狀態下，缺陷數密度係隨著半徑增加，且在基板邊緣處係最高。因此，要要進行改良，以處理這些高缺陷數（特別係基板邊緣處），並同時保持低處理時間而因此有高製程產量。

具體來說，存有對於清洗及乾燥製程最佳化之方法的需求，以在不會造成彎液面破壞與飛濺而因此增加缺陷數的清況下，最大化產量。

本發明的一實施態樣包含一種用於基板清洗及乾燥的方法，包含：將該基板載入一清洗模組中，將該基板水平放置於該清洗模組中的一可轉動旋轉夾盤上；由一分配噴嘴開始一第一清洗液流動至該基板上；在由該基板中心朝著該基板邊緣的一分配噴嘴路徑上水平移動該分配噴嘴；由一第一沖洗氣體噴嘴開始一第二沖洗氣體流動，而在該基板上建立起經分配清洗液的彎液面，該第一沖洗氣體噴嘴起初係位於該基板中心附近；朝著該基板邊緣水平移動該第一沖洗氣體噴嘴，以朝著該基板邊緣徑向移動彎液面及經分配的清洗液，其中移動該第一沖洗氣體噴嘴的步驟包含：維持相對於該分配噴嘴及彎液面的該第一沖洗氣體噴嘴的最佳位置，以防止在該第一沖洗氣體噴嘴移動期間的彎液面破壞、或來自該分配噴嘴的該第一清洗液流動的破壞、或以上二者。

本發明之另一實施態樣更包含：由一第二沖洗氣體噴嘴開始一第三沖洗氣體流動；將該第二沖洗氣體噴嘴朝著該基板邊緣水平移動，其中移動該第二沖洗氣體噴嘴的步驟包含：維持相對於該分配噴嘴及彎液面的該第二沖洗氣體噴嘴的最佳位置，以防止在該第二沖洗氣體噴嘴朝著該基板邊緣的移動期間的彎液面破壞、或來自該分配噴嘴的該第一清洗液流的破壞、或以上二者。

本發明的進一步實施態樣包含：噴嘴及掃描臂的不同組態，其允許噴嘴移動橫過基板及調整該基板上方的噴嘴高度。根據本發明之實施例，單一掃描臂上可安裝多個噴嘴，或每個噴嘴可具有其自己的掃描臂。進一步地根據發明實施例，掃描臂可以線形或弧形方式制動，並可包含改變安裝在相同掃描臂上之多個噴嘴間距離的裝置。

本發明的又一實施態樣包含一種用於維持相對於清洗液分配噴嘴的沖洗氣體噴嘴最佳位置的方法，以防止分配流或基板上所形成的彎液面破壞、或以上二者。清洗及乾燥製程的其他製程參數亦可根據本發明進一步實施例加以最佳化。

在進一步的實施態樣中，清洗及乾燥製程的最佳化可包含設定條件以確保：最佳剪應力係作用在分配於基板上的液體；及基板上氣體通量係設定在可保證最大剪應力而不會有飛濺及彎液面破壞情況之值。本發明的進一步實施態樣包含對製程控制使用剪應力及氣體通量的模擬結果。此外，編譯在資料庫中的彎液面位置的實驗測量結果可與模擬結果一同使用於製程設計及控制。

本發明實施例在半導體製造中係與清洗及乾燥基板的製程、設備、及系統的設計與控制相關。

在以下說明中，為了促進對本發明的徹底瞭解以及為了解釋而非限制之目的，提出具體細節，例如微影、塗佈器/顯影器、及間隙填充處理系統的具體幾何結構、及不同元件與製程的描述。然而，吾人應瞭解本發明可在背離這些具體細節的其他實施例中被加以實施。

在以下敘述中，用語「輻射敏感應材料」及「光阻」可互換使用，光阻僅係許多適用於光微影中的輻射敏感性材料之一者。同樣地，以下用語「基板」，其表示受處理的工件，可與用語例如半導體晶圓、LCD面板、發光二極體（LED）、光伏（PV）裝置面板等互換使用，且以上所有之處理係落入所請發明範圍中。

在整個說明書中所提及之「一實施例」或「一個實施例」意指與該實施例有關的特定特徵、結構、材料或特性係包含在本發明之至少一實施例中，但不表示其出現在每一實施例中。因此，在整個說明書之各個地方出現之詞組「在一實施例中」或「在一個實施例中」，並不必然涉及本發明之相同實施例。此外，在一個以上實施例中可以任何適當方式將特定的特徵、結構、材料、或特性加以組合。

各種操作將以最有助於理解本發明的方式，描述為多個獨立依序的操作。然而，不應該將所述順序推斷為暗示這些操作必須為順序依賴。具體而言，這些操作不需要以呈現的順序進行。所述的操作可以不同於所述實施例的順序進行。在額外的實施例中可進行各種額外的操作及/或省略所述操作。

圖8顯示根據本發明實施例的清洗模組100的示意圖。清洗模組100包含：一旋轉杯體110，配有擋板120及流體出口130，其全係用於促進已從附接於轉動主軸140的基板150甩出的清洗液及汙染物之移除。清洗液係經由分配噴嘴170分配至基板150的上表面上。清洗液（一般係去離子水）係由清洗液貯器200供應。分配噴嘴170係安裝在掃描臂180上（掃描臂180可使用運動系統250移動），以使分配噴嘴170沿著大致由基板150中心處開始朝著基板150邊緣的路徑掃描。移動分配噴嘴170與供應清洗液的結合確保在基板150上產生經分配清洗液的均勻清洗液膜。藉由離心力從基板150移除若干量的清洗液，但藉由提供一個以上的沖洗氣體流動確保最後微量的清洗液會由基板移除而進一步輔助此製程。

在一實施例中，設置沖洗氣體噴嘴160將沖洗氣體（一般為乾燥的氮）導至基板表面，以協助移除清洗液並乾燥基板。沖洗氣體噴嘴160可與分配噴嘴170一起安裝在掃瞄臂180上，且由沖洗氣體源210供應沖洗氣體。在一開始將沖洗氣體噴嘴160實質地對準於基板150的中心處的情況下，沖擊經分配的清洗液膜的沖洗氣體流動會造成基板150乾燥部分的初步產生，此乾燥部分會被清洗液膜所覆蓋的保持濕潤部分圍繞。乾燥及保持濕潤部分係由在經分配清洗液膜的內緣處形成的實質環形彎液面154隔開。分配噴嘴170及沖洗氣體噴嘴160二者朝著基板150邊緣的同時移動會使沖洗氣體乾燥逐漸變大的基板150部分，因此擴大彎液面154，一直到彎液面154到達基板150邊緣為止，此時，基板已完全乾燥並準備好傳送至後續的處理步驟。

在此清洗模組100操作的最簡單範例中，用於清洗液膜的驅動力，係提供自由基板轉動作用在清洗液膜上的離心力、及由沖洗氣體流動作用在清洗液膜上的剪應力；此沖洗氣體流動係遵循典型的停滯點流動型式（即：由沖洗氣體噴嘴160向下流向基板150，並接著轉而徑向向外流向所由方向），且平行於基板150的沖洗氣體流速分量會於清洗液膜上造成剪應力（亦稱為氣動阻力），而將清洗液膜向外推並超過基板邊緣。對抗離心力及剪應力的力為清洗液膜滑過基板時的黏滯阻力、及表面張力，表面張力係在沖洗氣體或周圍氣體存在下由清洗液膜對基板150表面形成的濡濕角及彎液面154外形產生。

由前述的討論隨即顯示出倘若此製程係以最大可能速率進行以最大化產率卻欲維持低缺陷數，則相對於彎液面154瞬時位置的沖洗氣體噴嘴160的相對對準係格外重要。倘若沖洗氣體噴嘴160「跳（jump）」過彎液面154造成清洗液液滴回濺至基板150已經乾燥的部分，因此增加缺陷數量，則會發生典型的缺陷情況。其他的原因可包含過小的沖洗氣體噴嘴高度、或過大的沖洗氣體流量，以上二者亦可在沖洗氣體噴嘴160不一定跳越過彎液面154的情況下造成彎液面154的破壞。實際上，缺陷數往往聚集在基板的周圍部分中，如此表示最大的挑戰是，在彎液面154周長係大且自一個以上沖洗氣體噴嘴發出的沖洗氣體停滯流動型式無法沿著彎液面154整個周圍維持足夠及相對均勻的剪應力的情況下，維持穩定的彎液面154。

本案發明人發現最大化產量同時保持低缺陷數之問題的解決方案可使用由電腦模擬及目標實驗所提供的洞察，電腦模擬及目標實驗的結果會對系統設計（如：噴嘴選擇）及線上製程控制（如：主動地控制一個以上沖洗氣體噴嘴的位置）產生有用的數據，以避免彎液面的破壞、及/或液滴回濺至基板150的經乾燥部分。其他亦可能相關聯及加以避免的狀態包含：當來自分配噴嘴170的清洗液流及來自沖洗氣體噴嘴160的鄰近沖洗氣體流之間的分隔距離係小時，避免來自分配噴嘴170的清洗液流被來自沖洗氣體噴嘴160的鄰近沖洗氣體流破壞。

電腦碼，如由Canonsburg PA 15317，275 Technology Dr.，Southpointe的ANSYS Inc.所提供的FLUENT，或如由Burlington MA 01803，1 New England Executive Park的COMSOL Inc.所提供的COMSOL Multiphysics在現今能夠處理多重物理多重相的模擬，該模擬係涉及模型化在離心力、剪應力、黏滯力、及表面張力的影響下之整個基板150的清洗液膜及彎液面154之移動。

圖1說明對固定的沖洗氣體噴嘴直徑及基板上方的固定噴嘴高度所模擬之剪應力對徑向位置的示例性曲線圖，徑向位置係對於每分鐘8到30升（LPM）的四個不同沖洗氣體流動由沖洗氣體噴射中心線過來的距離。在緊鄰噴射中心線但非中心線本身處，剪應力曲線10、12、14、16均達到峰值，峰值係取決於沖洗氣體流量。對於最大的沖洗氣體流量，峰值大小係最高。之後，隨著沖洗氣體流量由沖洗氣體噴射中心線徑向向外分布時，剪應力快速地下降。此種模擬可用於決定達成特定所需剪應力值的所需沖洗氣體流率。

圖2說明沿著清洗液彎液面圓周所模擬的剪應力之另一示例性圖示，其中周向座標係以角度為單位表示。將彎液面的瞬時徑向位置係加以改變，並顯示相對於三個半徑的曲線20、22、24，其中每一者係於逐漸變大的彎液面瞬時半徑處。可得知的是當彎液面半徑係小時，施加於彎液面及清洗液膜上的剪應力峰會分佈相對大的角度，即：彎液面圓周部分。當半徑增加時，峰變得更尖，即：其影響逐漸變小的彎液面圓周部分。在一些相當大的半徑處，峰可能會變得如此尖以致破壞彎液面，因此，本案發明人研究使用多個沖洗氣體噴嘴及沖洗氣體流動，以便即使在大半徑的情況下仍可沿著較大部分的彎液面「分佈」剪應力。在此情況的剪應力示例性曲線26係以圖2中的虛線表示。峰間的間隔係由沖洗氣體噴嘴的間距決定，更大致上來說係以沖洗氣體噴嘴相對於彎液面的位置決定，而非僅以其沿著彎液面周長的方向角位置決定。此種模擬可與圖1的模擬一同使用來決定例如轉變成多個沖洗氣體流動的需求，以保持作用在清洗液膜上的均勻的剪應力。

以類似的方式，模擬可用於決定剪應力與例如基板150上方噴嘴高度之其他變因的依存性。

此模擬結果現在可與在彎液面破壞發生之條件下的實驗數據結合，以映射出參數空間，在該參數空間內清洗及乾燥製程可安全地操作而不會過度增加缺陷數。例如，圖3顯示不同沖洗氣體流率及不同瞬時位置（即：彎液面半徑）的中心注入沖洗氣體流動的平均剪應力（即：平均周向應力）。彎液面破壞發生處的半徑係標繪於所模擬剪應力曲線30、32、34、36、及38上。此時，模擬無法準確地預測確切的彎液面位置，故彎液面位置且特別是破壞發生處的半徑的實驗測定須通過實驗決定，例如：藉由在一定範圍條件下進行實驗，且研究所獲得的實驗攝像機影片而取得破壞事件與瞬時條件的相關性。於圖3中的區域40指示的資料點，單一位於中心的沖洗氣體流動無法維持穩定的彎液面，因而需導入額外沖洗氣體流動。又，於區域42指示的位置，發生清洗液滴由清洗液膜回濺至基板150經乾燥部份。將此二個故障模式對應到剪應力圖中，可以得知對於此範例中所使用的條件而言剪應力的安全值係約1 N/m² 。由於會增加缺陷，剪應力增加超過此值並無好處。

本案發明人發現除了剪應力外，另一參數對決定彎液面穩定度亦相當重要。圖4顯示由平行於基板150的沖洗氣體速度分量造成的模擬氣體通量圖。該圖亦顯示相對於氣體通量由飛濺所造成的相對缺陷數，其係以類似產生圖3數據所應用的方式實驗性地測定。可得知的是該圖顯示二個不同的區域，分別為50及52。在區域50中，在相對低的氣體通量值下沒有觀察到飛濺現象。當氣體通量增加超過約0.028 m² /s時，由清洗液飛濺液滴所造成的缺陷數量突然增加。因此，圖4的圖示係方便用於決定為了保持低缺陷數量而須滿足的清洗及乾燥製程狀態的第二條件。

本案發明人發現，對於許多不同目的而言前述的模擬及實驗結果係有用的，該等目的包含（但非僅限於此）：（1）設計清洗模組硬體，如：噴嘴，掃描臂等；（2）決定具有最佳清洗及乾燥條件的狹窄化條件空間，以降低須達成最佳製程條件的實驗次數；及（3）實驗結果可直接用於清洗及乾燥製程的線上控制。例如，模擬及實驗結果（如：用於不同製程條件的經實驗測定的彎液面位置）可儲存在查詢表、或資料館中，以供線上控制員快速查詢，控制員使用這些數據相對於瞬時彎液面維持一個以上沖洗氣體噴嘴的精確位置，以避免其破壞。

圖5A及5B顯示於設計清洗模組硬體中使用前述的模擬及實驗結果之範例。如先前所述，本案發明人發現為了能夠在最大速率下處理同時最小化缺陷數，須滿足剪應力及氣體通量的條件。根據如沖洗氣體噴嘴直徑等的幾何結構、及其他施加於硬體設計的固定條件，如此的最佳條件可能存在或不會存在。例如，圖5A顯示一固定沖洗氣體噴嘴直徑的操作條件示例性映射圖，其中將基板上方的噴嘴高度及沖洗氣體流率加以變化。可得知的是當將小於1N/m² 的平均剪應力及小於0.028 m² /s的氣體通量之先前決定的條件映射至該圖中時，其會產生出二個不相連的條件島狀區域60和62，表示對於該等特定硬體限制缺乏最佳條件。

然而，對於另一選擇的示例性噴嘴直徑而言，條件68的最佳集合可在分別滿足剪應力及氣體通量條件64及66的映射區域之間發現。因此，像是圖5A及5B的圖示係適用於設計硬體及決定最佳處理條件所在的處理條件的較狹窄集合。後者能夠顯著減少用於達到清洗及乾燥製程的最佳生產處理條件的時間及成本。

迄今，在本文模擬及實驗結果的描述中，僅使用單一沖洗氣體噴嘴。然而，先前已顯示為了維持穩定的彎液面（特別係大半徑者），可能需要複數個沖洗氣體流動以維持最佳的平均剪應力及氣體通量狀態。本案發明人發現，對清洗及乾燥製程的典型條件而言，可建立一簡單模型，其中使用單一沖洗氣體流動製程的多個模擬的結果的疊加，以在應用多個沖洗氣體噴嘴及沖洗氣體流動時達成相當良好的條件評估。疊加的使用會消除在與多個沖洗氣體流動狀態相關的巨大製程條件空間中進行實驗的需求。例如，為了模擬圖2的二個沖洗體噴嘴的曲線26，本案發明人應用對於單一沖洗氣體噴嘴所模擬的二個數據集合的疊加。相似的方法可應用在氣體通量情形中，其中可使用來自多個個別氣體通量模擬的氣體通量貢獻量簡單向量相加至總氣體通量，來取代對於多個沖洗氣體流動情形模擬及儲存結果。一般而言，多個噴嘴的使用對剪應力條件具有相當有利的功效，而對氣體通量條件具有較低的影響。

不同於使用一環形噴嘴陣列，本發明進一步的實施態樣係與使用用於維持彎液面的扇形噴嘴相關。對而言，扇形噴嘴具有分散剪應力及氣體通量於較大部分彎液面周圍的益處，藉此降低其他相似製程條件之彎液面破壞的可能性。扇形噴嘴包含一扁平的噴嘴出口，其造成產生的沖洗氣體射流朝彎液面周圍方向延長。

然而，前述模擬及實驗製程的進一步實施態樣係最佳化沖洗氣體射流對基板表面的碰撞角度。碰撞角度變化會改變停滯流型式，且可以有利的改變清洗及乾燥製程的製程狀態。

又，關於硬體及製程的最佳化，圖6顯示來自單一沖洗氣體噴嘴的氣體通量相對於在分配噴嘴及不同沖洗氣體流量的沖洗氣體噴嘴之間的距離作圖之圖示。可由曲線72及74得知的是其可用於決定分配噴嘴170及沖洗氣體噴嘴160間的所需距離，使得所需的氣體通量（線70）係保持在彎液面位置。例如，對於每分鐘15升的沖洗氣體流率而言，分配噴嘴170到沖洗氣體噴嘴160間的所需距離係在30mm（條件76）附近。較大距離55mm（條件78）可與每分鐘20升的較大沖洗氣體流率一同使用。這些曲線可用於最小化沖洗氣體流量的消耗，並同時確保氣體通量條件受到滿足。

最後，圖7顯示繪製成帶有二個沖洗氣體噴嘴之清洗模組中之二個沖洗氣體噴嘴彎液面半徑函數的分配噴嘴170與沖洗氣體噴嘴160間的距離，其中噴嘴1係較接近分配噴嘴，而噴嘴2位置係較遠離分配噴嘴。所產生的曲線能使前述的彎液面穩定性條件受到滿足，並明確地表示對欲維持的最佳條件而言，噴嘴1及噴嘴2對分配噴嘴的距離須隨著該等噴嘴掃過基板變化。因此，在單一沖洗氣體流動及多重沖洗氣體流動的清洗模組二者中，必須加以設置，以在掃過基板的噴嘴掃描期間改變這些距離。

再次參考圖8，其中顯示清洗模組100的示意圖，前述第二沖洗氣體噴嘴220的增加係藉由對清洗模組100增加第二掃描臂230而達成。以來自沖洗氣體源240的沖洗氣體供應第二沖洗氣體噴嘴220。在另一實施例中，相同的沖洗氣體源可用於供應沖洗氣體至噴嘴160及220。此外，為促成分配噴嘴170及沖洗氣體噴嘴160間的可變距離，可在掃描臂180上利用電動安裝座190改變此距離。除了改變距離外，電動安裝座190亦可用於改變相對於基板150的沖洗氣體噴嘴160的角度。可在掃描臂230上對第二沖洗氣體噴嘴220進行相似的設置（圖未顯示），以改變第二沖洗氣體噴嘴220的角度。除了將噴嘴160、170、及220橫掃過基板外，掃描臂180及230可分別地使用電動安裝座250及260來降低及升高，以改變噴嘴到基板間的距離。在進行所有這些設置以改變噴嘴的相對位置、角度、及其高度的情況下，前述的方法可在不造成彎液面154的破壞、來自分配噴嘴170清洗液流的破壞、及/或飛濺的情況下用於在整個清洗及乾燥製程期間維持最佳化的製程條件。在進一步的實施例中（圖未顯示），例如，可對於所有的三個噴嘴160、170、及220使用獨立的掃描臂。

圖9A-D顯示帶有單一清洗液分配噴嘴170（以暗點顯示）及單一沖洗氣體噴嘴160（以亮點顯示）之清洗模組100的各種可能掃描臂組態。圖9A顯示噴嘴160及170係安裝在獨立的掃描臂180及230上的組態，其中該等掃描臂係用於將該等噴嘴沿著徑向相反路徑來徑向向外移動。圖9B顯示一組態，其中單一掃描臂180承載噴嘴160、及170二者且能夠獨立調整該等噴嘴二者之位置，其中該等噴嘴可朝相反方向移動或一同朝基板150邊緣移動。圖9C顯示一組態，其中圖9A掃描臂180及230係安裝成方位角偏移於非0度及180度的一角度之間。最後，圖9D中的組態使用平行的掃描臂180及230，以分別移動噴嘴170及160。在此組態中，移動方向係實質平行於基板150的半徑，而一個掃描臂的路徑可於與基板150的半徑相符，且同時其他的掃描臂沿著平行割線路徑移動。沿著割線路徑的移動允許橫掃過基板150之噴嘴（在此例中，為沖洗氣體噴嘴160）的有效掃描速度可不同於噴嘴本身的實際掃描速度。

相似於圖9A-D，圖9E-H顯示設置二個沖洗氣體噴嘴160及220的掃描臂組態，其實質上相似於圖8中顯示的組態。圖9E顯示如同圖8中所示之二個徑向相反的掃描臂180及230。圖9F顯示一組態，其中三個噴嘴皆係安裝於相同掃描臂上，且設置成能夠獨立移動。在圖9E及9F的實施例中，沖洗氣體噴嘴160可用於在基板150上初步地建立彎液面154，此時沖洗氣體噴嘴160跟隨著分配噴嘴170及彎液面朝著基板150邊緣向外移動。在清洗及乾燥製程期間的某些時候，第二沖洗氣體噴嘴220可被啟動，並沿著徑向相反路徑移動，以維持整個清洗及乾燥製程的穩定彎液面154。

吾人理解在圖9A-H的全部實施例中，可使用另一種掃描方法，藉此掃描臂可在基板150周圍外繞著其安裝點轉動，而非線性地橫掃過基板150。使用哪一種組態係依據清洗模組100中可獲得的空間、所需的掃描速度、最佳化的處理條件等決定，且可在相同的清洗模組100中組合旋轉掃描臂及線性掃描臂。此外，可將圖9A-H中所概述的概念擴展至包含任何數量分配噴嘴及沖洗氣體噴嘴的任一數量掃描臂。最後，在許多的處理系統中，清洗模組同時係用作顯影模組，故設置額外的掃描臂及噴嘴，以在光微影製程中分配顯影液。在清洗系統中，可經由額外的噴嘴及掃描臂在相同的清洗模組中分配清潔劑。

在全部所揭露的實施例中，吾人理解先前所討論的模擬及實驗結果（或以上二者）會被控制器（圖未顯示）使用，以達成製程的線上控制。可將控制器預編程成會執行根據本發明先前所揭露實施例的清洗及乾燥製程（即：使用由模擬及實驗結果所定的最佳設定），且控制器亦可使用相同的模擬及實驗結果來線上控制，例如：以反饋或前饋方式來用於晶圓與晶圓間及批次與批次間為基礎的製程校正。

參考圖10，其顯示根據本發明實施例之示例性清洗及乾燥製程1000的流程圖。在步驟1010中，將基板150載入例如圖8的清洗模組100中。一旦基板150的轉動建立，在步驟1020，開始由分配噴嘴170至基板150上（在實質上於基板150中心處位置）的第一清洗液流動。一旦清洗液膜形成，且分配噴嘴170已自基板中心前進一預定最佳化距離時，在步驟1030，開始由第一沖洗氣體噴嘴160的第二沖洗氣體流動（亦於基板150中心）。第二沖洗氣體流動會初步地建立一彎液面及基板150的乾燥部分。之後，在步驟1040中，朝著基板150邊緣移動分配噴嘴170及第一沖洗氣體噴嘴160，直到彎液面154被推離基板150為止。在此移動期間，將清洗液與沖洗氣體的流率、噴嘴位置及其間的距離、基板上方的噴嘴高度、噴嘴角度等均維持在使用先前所揭露的模擬及實驗數據的最佳化數值，以最大化產量及最小化缺陷數。在例如圖9A-D中所述之帶有單一沖洗氣體噴嘴的清洗模組中，清洗及製程1000係於此結束。

在帶有二個以上沖洗氣體噴嘴的清洗模組中，清洗及乾燥製程1000繼續進行額外步驟1050：啟動自第二沖洗氣體噴嘴220的第三沖洗氣體流動的。此步驟可在預定的彎液面位置處開始，此位置係使用依據本發明先前揭露實施例的模擬及實驗數據決定。於步驟1060，第二沖洗氣體噴嘴220本身係朝著基板邊緣移動橫過基板150。第三沖洗氣體流動及第二沖洗氣體噴嘴位置係用於幫助已建立的第二沖洗氣體流動維持整個清洗液膜及彎液面154的最佳平均剪應力及氣體通量，以維持穩定的清洗及乾燥條件至清洗及乾燥製程1000結束。

熟悉相關技藝者可注意到，考慮到以上的教示而可能有許多改良及變化。熟悉本技藝者將察覺對於圖示中所示的各構件而言有各種等效之組合及替代品。因此，欲使本發明之範圍不受此詳細說明限制，而由附加於此之申請專利範圍限制。

10‧‧‧剪應力曲線
12‧‧‧剪應力曲線
14‧‧‧剪應力曲線
16‧‧‧剪應力曲線
20‧‧‧曲線
22‧‧‧曲線
24‧‧‧曲線
26‧‧‧曲線
30‧‧‧剪應力曲線
32‧‧‧剪應力曲線
34‧‧‧剪應力曲線
36‧‧‧剪應力曲線
38‧‧‧剪應力曲線
40‧‧‧區域
42‧‧‧區域
50‧‧‧區域
52‧‧‧區域
60‧‧‧區域
62‧‧‧區域
64‧‧‧條件
66‧‧‧條件
68‧‧‧條件
70‧‧‧線
72‧‧‧曲線
74‧‧‧曲線
76‧‧‧條件
78‧‧‧條件
100‧‧‧清洗模組
110‧‧‧旋轉杯體
120‧‧‧擋板
130‧‧‧流體出口
140‧‧‧轉動主軸
150‧‧‧基板
154‧‧‧彎液面
160‧‧‧沖洗氣體噴嘴
170‧‧‧分配噴嘴
180‧‧‧掃描臂
190‧‧‧電動安裝座
200‧‧‧清洗液貯器
210‧‧‧沖洗氣體源
220‧‧‧沖洗氣體噴嘴
230‧‧‧掃描臂
240‧‧‧沖洗氣體源
250‧‧‧電動安裝座（運動系統）
260‧‧‧電動安裝座
1000‧‧‧方法
1010‧‧‧步驟
1020‧‧‧步驟
1030‧‧‧步驟
1040‧‧‧步驟
1050‧‧‧步驟
1060‧‧‧步驟

參考下列詳細說明，將更完整瞭解本發明及其許多伴隨的優點，尤其當結合參照隨附圖式時，圖示中：

圖1顯示模擬的剪應力與半徑及沖洗氣體流率的相依性。

圖2顯示模擬的剪應力與方位角位置及半徑的相依性。

圖3顯示在實驗測定彎液面破壞及飛濺發生條件的情況下之模擬的平均剪應力與半徑及沖洗氣體流率的相依性。

圖4顯示飛濺發生和無發生的實驗測定條件的氣體通量圖示。

圖5A顯示清洗系統操作條件的映射圖，其中無法發現可同時滿足平均剪應力條件及氣體通量條件的條件。

圖5B顯示用於清洗系統操作條件之映射圖，其中存在同時滿足平均剪應力條件及氣體通量條件的條件。

圖6顯示氣體通量對分配噴嘴至沖洗氣體噴嘴的距離及沖洗體流率的相依性。

圖7顯示二個噴嘴組態的分配噴嘴至沖洗氣體噴嘴的距離與瞬時彎液面半徑的相依性。

圖8顯示根據本發明實施例之清洗模組的示意圖。

圖9A-H顯示根據發明實施例之噴嘴及掃描臂各種組態的示意圖。

圖10顯示用於根據發明實施例之清洗及乾燥的示例性製程流程圖。

Claims

一種用於基板清洗及乾燥方法，包含：將該基板載入一清洗模組中，該基板係水平安裝於該清洗模組中的一可轉動旋轉夾盤上；啟動自一分配噴嘴至該基板上的一第一清洗液流動；在由該基板中心朝著該基板邊緣的一分配噴嘴路徑上水平移動該分配噴嘴；啟動來自一第一沖洗氣體噴嘴的一第二沖洗氣體流動，而在該基板上建立起經分配清洗液的彎液面，該第一沖洗氣體噴嘴起初係位於該基板中心附近；朝著該基板邊緣水平移動該第一沖洗氣體噴嘴，以朝著該基板邊緣徑向移動彎液面及經分配的清洗液，其中移動該第一沖洗氣體噴嘴的步驟包含：維持相對於該分配噴嘴及彎液面的該第一沖洗氣體噴嘴的最佳位置，以防止在該第一沖洗氣體噴嘴移動期間的彎液面破壞、或來自該分配噴嘴的該第一清洗液流動的破壞、或以上二者。
如申請專利範圍第1項之基板清洗及乾燥方法，其中清洗液包含：去離子水。
如申請專利範圍第1項之基板清洗及乾燥方法，其中沖洗氣體包含氮。
如申請專利範圍第1項之基板清洗及乾燥方法，其中將該分配噴嘴及該第一沖洗氣體噴嘴皆沿著一徑向線維持對準，該徑向線係由該基板中心向外延伸。
如申請專利範圍第1項之基板清洗及乾燥方法，其中將該分配噴嘴及該第一沖洗氣體噴嘴分別沿著二條徑向相反的（diametrically-opposing）徑向線維持對準，該二條徑向線係由該基板中心向外延伸。
如申請專利範圍第1項之基板清洗及乾燥方法，其中該分配噴嘴及該第一沖洗氣體噴嘴係相對於彼此方位角偏移。
如申請專利範圍第1項之基板清洗及乾燥方法，其中該分配噴嘴及該第一沖洗氣體噴嘴係安裝在一第一掃瞄臂上。
如申請專利範圍第7項之基板清洗及乾燥方法，其中該第一掃瞄臂更包含：用於相對於該分配噴嘴改變該第一沖洗氣體噴嘴位置的裝置。
如申請專利範圍第1項之基板清洗及乾燥方法，其中該分配噴嘴係安裝在一第一掃瞄臂上，且該第一沖洗氣體噴嘴係安裝在不同於該第一掃瞄臂的一第二掃瞄臂上。
如申請專利範圍第1項之基板清洗及乾燥方法，其中維持該第一沖洗氣體噴嘴最佳位置的步驟包含：維持該基板上方的該第一沖洗氣體噴嘴的最佳高度。
如申請專利範圍第1項之基板清洗及乾燥方法，其中維持該第一沖洗氣體噴嘴最佳位置的步驟包含：相對於該分配噴嘴及彎液面維持該第一沖洗氣體噴嘴的一位置，使得在不破壞彎液面且不破壞來自該分配噴嘴之該第一清洗液流動的情況下最大化清洗液及該基板間的剪應力。
如申請專利範圍第11項之基板清洗及乾燥方法，其中該第一沖洗氣體噴嘴的位置係由模擬、或實驗、或以上二者決定。
如申請專利範圍第11項之基板清洗及乾燥方法，其中彎液面半徑係藉由從一彎液面位置資料庫查詢或內插決定，其中該彎液面位置資料庫係藉由實驗測定彎液面位置所形成。
如申請專利範圍第1項之基板清洗及乾燥方法，更包含：啟動來自一第二沖洗氣體噴嘴的一第三沖洗氣體流動；朝著該基板邊緣水平移動該第二沖洗氣體噴嘴，其中移動該第二沖洗氣體噴嘴的步驟包含：維持相對於該分配噴嘴及彎液面的該第二沖洗氣體噴嘴的最佳位置，以防止在該第二沖洗氣體噴嘴朝著該基板邊緣移動期間的彎液面破壞、或來自該分配噴嘴的該第一清洗液流動的破壞、或以上二者。
如申請專利範圍第14項之基板清洗及乾燥方法，其中將該第一和第二沖洗體噴嘴分別沿著二條徑向相反的徑向線維持對準，該二條徑向線係由該基板中心向外延伸。
如申請專利範圍第14項之基板清洗及乾燥方法，其中該第一和第二沖洗體噴嘴係相對於彼此方位角偏移。
如申請專利範圍第14項之基板清洗及乾燥方法，其中該分配噴嘴及該第一沖洗氣體噴嘴係安裝在一第一掃瞄臂上，且該第二沖洗氣體噴嘴係安裝在不同於該第一掃瞄臂的一第二掃描臂上。
如申請專利範圍第14項之基板清洗及乾燥方法，其中維持該第二沖洗氣體噴嘴最佳位置的步驟包含：維持該基板上方的該第二沖洗氣體噴嘴的最佳高度。
如申請專利範圍第14項之基板清洗及乾燥方法，其中維持該第二沖洗氣體噴嘴最佳位置的步驟包含：維持相對於該分配噴嘴及彎液面的該第二沖洗氣體噴嘴的一位置，使得在不破壞彎液面及來自該分配噴嘴之該第一清洗液流動的情況下最大化清洗液及該基板間的剪應力。
如申請專利範圍第20項之基板清洗及乾燥方法，其中該第二沖洗氣體噴嘴的位置係由模擬、或實驗、或以上二者決定。