TW201530632A - 用於產生蒸汽及清洗晶圓的方法及裝置 - Google Patents

Abstract

本發明描述一種用於產生IPA蒸汽以供在一基板上冷凝以便提供實質上無顆粒及分子污染物之一蒸汽的裝置及方法。該裝置包括供液體進入之一入口及複數個經加熱傾斜表面，該等表面用以在該等表面上產生流動液體之薄片層，該液體可自該等表面汽化以形成蒸汽。該液體自一個表面流動至另一表面，從而使該液體汽化。

Description

用於產生蒸汽及清洗晶圓的方法及裝置

自液體產生蒸汽之過程通常涉及將液體加熱至足夠高之溫度以形成蒸汽。在半導體器件製造中，使用異丙醇(IPA)蒸汽來乾燥晶圓為重要且熟知之晶圓處理步驟(參見美國專利5315766、5369891、5571337、5671554、5855077及6029371)。在此過程中，允許汽化之IPA在晶圓表面上冷凝以洗掉該表面上之分子污染物及顆粒污染物。結果為適合於半導體積體電路器件製造中之後續晶圓處理步驟的清潔的晶圓表面。

圖1展示借助於鍋爐進行之傳統蒸汽產生途徑。被展示為大體上定位於100處之鍋爐包括：容器，其被填充有達液位120之液體IPA；浸沒加熱器110，其用以供應所需加熱能量以使液體汽化；及出口130，其供蒸汽流出及離開鍋爐。在汽化過程中，將大量熱自加熱器轉移至液體以致使氣泡115形成於液體中，如所描繪。當氣泡125上升至液體表面120時，氣泡將爆裂以形成一團小型小液滴。小液滴接著蒸發，從而剩下懸浮於蒸汽中之小非揮發性殘餘粒子130。此等殘餘污染物粒子將接著由蒸汽載運，通過出口135而流出鍋爐以污染定位於下游之晶圓，從而在後續晶圓處理 步驟中造成產物產率損耗。

本文中描述一種用以產生異丙醇液體之蒸汽的裝置及方法。該裝置包含供液體進入之一入口及複數個經加熱傾斜表面，該等表面用以在該等表面上產生液體之薄層，該液體可自該等表面汽化以形成蒸汽。在一個具體實例中，該複數個經加熱傾斜表面被配置成一垂直陣列，使得來自一上部傾斜表面之液體將流動至一下部傾斜表面上。在另一具體實例中，該複數個傾斜表面被配置成一垂直鋸齒形組態，使得液體將自一上部傾斜表面流動至一下部傾斜表面。

該方法包含將一裝置加熱至一選定設定點溫度，其中該裝置包含複數個經加熱傾斜表面，該等表面用以產生將因重力而自該等表面滑落以形成蒸汽的液體之薄片層。通過該裝置之一入口引入該液體，使得在該等傾斜表面上形成該液體之薄片層，且將液體流之速率控制至一選定設定點值。

在一個具體實例中，該方法進一步包含：其中該複數個經加熱傾斜表面被配置成一垂直陣列，使得來自一上部傾斜表面之液體流動至一下部傾斜表面上。在另一具體實例中，該複數個傾斜表面被配置成一垂直鋸齒形組態，使得液體自一上部傾斜表面流動至一下部傾斜表面。

一種產生異丙醇(IPA)蒸汽以供在一基板上冷凝以在該基板上產生實質上無顆粒污染物之一表面的方法。該方法包含以液體之一片層的形式提供液體IPA，該液體在一偏斜經加熱表面上滑落以產生IPA蒸汽，該蒸汽係藉由表面蒸發而形成，其中形成極少(若有的話)氣泡。該 蒸汽接著流動通過在該等流動液體片層中自然地形成之蒸汽通道，以准許收集該IPA蒸汽以供在該基板上冷凝。

圖1為用於使用傳統浸沒加熱器來產生IPA蒸汽之先前技術鍋爐的示意圖。

圖2為在本發明之較佳具體實例中的本發明之蒸汽產生裝置的俯視圖。

圖3為最上部傾斜表面及溝槽之透視圖，進入裝置之液體被容納於該溝槽中以供分佈為片層。

圖4為沿著圖2之蒸汽產生裝置之線4-4的垂直截面圖。相似參考字元將貫穿諸圖用於相似元件。

本發明描述一種用於產生IPA蒸汽以供在半導體器件製造中應用之裝置及方法。在鍋爐中將液體IPA加熱至足夠高之溫度以形成蒸汽。藉由使液體IPA流動至鍋爐之經加熱金屬表面上以在該表面上形成液體片層來實現汽化。接著在無許多(若有的話)起泡的情況下自此經加熱表面液體片層進行汽化，從而極大地縮減或消除輸出蒸汽氣流中的不良殘餘粒子之產生。

本發明描述一種用於產生異丙醇(IPA)之蒸汽之裝置的具體實例。該裝置係大體上由金屬(典型地，鋁)構造。該裝置被大體上展示於200處，如圖2所說明。該裝置具備形成外部垂直壁之固體金屬面板202、204、206及208，以及形成用於外部圍封體之頂部面板及底部面板的 水平金屬面板210及212。該裝置係由合適的加熱器加熱，且保持於合適的高溫，以便使被引入至該裝置中之液體IPA汽化以產生蒸汽。

待汽化之液體IPA通過入口230而進入汽化裝置且進入至水平流分佈溝槽235中。溝槽235具有敞開式頂部，使得當溝槽填滿有液體IPA時，液體流出溝槽之敞開式頂部且在邊緣237上方流動，液體接著因重力而降落至三角形金屬片件250-1之第一向下傾斜表面251上，如圖3所展示。傾斜表面意謂該表面足夠偏斜或歪斜以在維持傾斜表面之溫度時准許液體IPA以准許蒸汽形成之速率沿著該表面流動。將瞭解，液體IPA在邊緣237上方離開溝槽，橫越上部表面251之實質上整個寬度而實質上均勻地分佈。設定點溫度典型地處於80至160 C之範圍內，且裝置之設計汽化能力典型地處於IPA之50至200g/min之範圍內。可藉由增加裝置中之總經加熱表面積、輸入功率及裝置之總體實體大小來達成較高汽化能力。

隨著液體IPA以液體之實質上均勻分佈流動薄片層的形式流下第一上部表面251，使一些液體汽化以產生蒸汽。藉由來自經加熱三角形金屬片件250-1之熱傳導將使液體片層汽化所需要之加熱能量供應至液體。在到達面板206之內部垂直表面270後，剩餘未汽化液體就將接著降落至三角形金屬片件260-1之第二傾斜表面261上。液體將隨著液體片層流動而不斷地汽化，使得在到達三角形金屬片件260-1之尖端260-A後，存在於彼處之未汽化液體將接著降落至下方之三角形金屬片件250-2上。每一三角形金屬片件被類似地加熱，且用來使液體流類似地汽化。以此方式，未汽化液體將繼續自一個三角形金屬片件行進至下方之三角形金屬片件等等，直至汽化完成或液體流已到達290為止。如圖4所展示之複數個傾斜表面被 配置成垂直陣列，使得來自上部傾斜表面之液體將流動至下部傾斜表面上。用以描述傾斜表面之配置的另一方式為：傾斜表面被配置成垂直鋸齒形組態，使得液體將自上部傾斜表面流動至下部傾斜表面。向下傾斜表面在交替方向上配置，使得液體流動方向自一個傾斜表面至下方之後續傾斜表面實質上橫向，流動始終大體上在向下方向上。

若任何未汽化液體到達底部腔室290，則液體將在腔室中累積或通過出口280而排出至外部。

當流下傾斜表面之液體片層到達表面之末端時，流動液體片層之向前動量將致使液體繼續在向前方向上行進且最終碰撞垂直壁270，在此點處，液體將降落至下方之下一傾斜表面上。

應注意，隨著自液體片層之表面產生蒸汽，片層下方之壓力將增加。當片層下方積聚之壓力足夠大時，該壓力將克服液體之表面張力以導致片層斷裂，從而在片層中產生流動通道以供蒸汽流動通過。此等蒸汽通道將因此在無任何人工構件或機構之協助的情況下自然地顯現。

由於液體係藉由液體片層在經加熱表面上之表面蒸發而汽化，故液體在未進行許多(若有的話)起泡的情況下變換成蒸汽。液體片層之厚度被判斷為大約是一毫米至幾毫米之分率。流動液體片層之確切厚度並不關鍵。將顯現一自然厚度，使得以彼速度流下片層之液體將引起液體通過入口通口230之總質量流量處於設定點值。可因此極大地縮減或很大程度上消除傳統鍋爐中的液體之起泡及顆粒污染物之產生。結果為在通過蒸汽出口通口240而流出裝置之IPA蒸汽中產生實質上無顆粒污染物之純蒸汽。

為了進一步避免在由裝置產生之IPA蒸汽中存在顆粒污染物的可能性，可將過濾器300置放於蒸汽出口通口240下游以移除蒸汽中之懸浮粒子，如圖3所展示。可使用能夠在IPA蒸汽之所要操作溫度及壓力下過濾IPA蒸汽中之粒子的任何高效率過濾器。高效率不鏽鋼過濾器由於其在半導體整合式器件製造過程中移除氣體媒介及/或蒸汽媒介粒子之被證實能力而較佳。

儘管已參考較佳具體實例而描述本發明，但熟習此項技術者將認識到，可在不脫離本發明之精神及範疇的情況下在形式及細節上進行改變。將不進一步詳盡說明該等改變。

Claims (23)

1. 一種用於使一液體汽化以形成蒸汽之裝置，該裝置包括供液體進入之一入口及複數個經加熱傾斜表面，該等表面用以在該等表面上產生液體之薄片層，該液體可自該等表面汽化以形成蒸汽。
2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該複數個經加熱傾斜表面被配置成一垂直陣列，使得來自一上部傾斜表面之液體將流動至一下部傾斜表面上。
3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該複數個傾斜表面被配置成一垂直鋸齒形組態，使得液體將自一上部傾斜表面流動至一下部傾斜表面。
4. 如申請專利範圍第1項之裝置，且其進一步包含用於容納來自該入口之液體的一溝槽，該溝槽實質上沿著該複數個傾斜表面中之一最上部傾斜表面的一寬度延伸。
5. 如申請專利範圍第4項之裝置，其中該溝槽具有一邊緣，該液體在該邊緣上方流動至該最上部傾斜表面上。
6. 如申請專利範圍第1項之裝置，該液體包含異丙醇。
7. 如申請專利範圍第1項之裝置，其另外包括用以控制液體流至該裝置中之速率的一機構。
8. 如申請專利範圍第1項之裝置，該裝置係由金屬製成，該金屬典型地為鋁。
9. 如申請專利範圍第1項之裝置，其另外包括用以移除該蒸汽中之懸浮粒子的一蒸汽過濾器。
10. 如申請專利範圍第9項之裝置，該過濾器包含一不鏽鋼過濾器。
11. 一種用以使一液體汽化以形成蒸汽之方法，該方法包含將一裝置加熱至一選定設定點溫度，其中該裝置包含複數個經加熱傾斜表面，該等表面用以在該等表面上產生液體之一薄片層，該液體可自該等表面汽化以形成蒸汽，通過該裝置之一入口引入該液體，使得在該等傾斜表面上形成該液體之一薄片層，及將液體流之速率控制至一選定設定點值。
12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該複數個經加熱傾斜表面被配置成一垂直陣列，使得來自一上部傾斜表面之液體流動至一下部傾斜表面上。
13. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該複數個傾斜表面被配置成一垂直鋸齒形組態，使得液體自一上部傾斜表面流動至一下部傾斜表面。
14. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該液體係藉由離開橫越該第一最上部表面延伸且被填充有來自該入口之液體的一溝槽而橫越該最上部傾斜表面進行分佈。
15. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該蒸汽向上流動通過一蒸汽通道，該蒸汽通道係由該液體之該薄片層的一上部表面及該等傾斜表面中之一者的一懸伸底部表面界定。
16. 如申請專利範圍第11項之方法，且另外通過一不鏽鋼過濾器而過濾該形成之蒸汽。
17. 如申請專利範圍第11項之方法，該液體包含異丙醇。
18. 一種用於產生異丙醇(IPA)蒸汽以供在一基板上冷凝以在該基板上產 生實質上無顆粒污染物之一表面的方法，該方法包含：在一偏斜經加熱表面上提供流動液體IPA之一薄片層，其經充分地加熱以產生IPA蒸汽，IPA液體之該薄片層足夠薄，使得該液體將自實質上無氣泡且不形成殘餘污染物粒子之該液體表面汽化。
19. 如申請專利範圍第18項之方法，且使該液體IPA在複數個偏斜經加熱表面上方流動，該複數個表面經配置成使得液體IPA在該複數個表面上方順序地流動。
20. 如申請專利範圍第18項之方法，其中該複數個經加熱偏斜表面被配置成一垂直陣列，以准許來自一上部偏斜表面之液體流動至一下部偏斜表面上。
21. 如申請專利範圍第18項之方法，其中該複數個偏斜表面被配置成一垂直鋸齒形組態，使得液體自一上部偏斜表面流動至一下部偏斜表面。
22. 如申請專利範圍第18項之方法，其中該液體係藉由離開橫越該偏斜表面延伸之一溝槽而橫越該偏斜表面進行分佈。
23. 如申請專利範圍第18項之方法，且另外通過一不鏽鋼過濾器而過濾該形成之蒸汽。