TW594883B - In-situ local heating using megasonic transducer resonator - Google Patents
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Description
594883 五、發明說明（1) 一、【發明所屬之技術領域】 本發明一般係關於表面清洗’尤有關一種在製程後利 用百萬週波超音波清洗半導體基板之方法與設備。 二、【先前技術】 百萬週波超音波清洗係廣泛使用於半導體製造動作 中，並可於被採用於整批潔淨製程或單晶圓潔淨製程中。 對整批潔淨製程而言，百萬週波超音波轉換器之振動在容 納一批半導體基板之潔淨槽之液體中產生音速壓力波。單 晶圓百萬週波超音波潔淨製程使用在旋轉晶圓上方相當小 的轉換器，其中轉換器係掃描橫越過晶圓，或在完全浸泡 的情況下，使用單晶圓槽系統。在每個情況下，利用百萬 週波超音波清洗之主要微粒移除機構係由於孔蝕 (cavitation)與聲流（ac〇ustic streaming)。孔蝕係在 ^ 1攪拌=作用下’在液體介質中微氣泡之快速形成與崩 >貝。在朋潰=時，氣泡釋放能量，透過將使微粒黏著至違 板之各種黏著力予以破壞掉來幫助移除微粒。音速攪拌_ f使液體遭受聲能波（ac〇UsUc energy wave)。在百萬莽 音波沖洗之下’這些聲波於0·4與1.5百萬赫（MHz)之 ^下產生’包括“與1.5百萬赫。 圖1A係為整批百黛柄、士 . _ !。"裝嶋液晶圓週二超音波潔淨系統之^ ^ Μ 日日圓固持器1 0 2包含一批待清洗之晶 換為104經由具有接近1百萬赫之頻率的音能（sonic energy)而產生屬六、'由 _ t 力波°這些與適當化學性質合作以控制
第5頁 594883 五、發明說明（2) 微粒再黏著之歷力波可提供潔淨作用。因為整批潔淨系統 所需的冗長清洗日寸間與化學藥品之使用，吾人已致力於單 晶圓潔淨系統上之改良，以便依據國際半導體技術藍圖 ( ITRS)之要求減少化學藥品之使用，增加晶圓間之控制， 並減少瑕疵。整批系統蒙受另一項缺點在於將百萬週波超 音波能量傳送至槽中之多數晶圓是不均勻的，且會由於相 長干涉導致「熱點」，或由於相消干涉導致「冷點」，每 個都是由從多數晶圓與從百萬週波超音波槽反射百萬週波 ，，波所導致的。因此，必須施加較高的百萬週波超音波 ，量與多數轉換器陣列，以便到達晶圓固持器丨〇 2中之晶 圓之所有區域。圖1 B係為單晶圓潔淨槽之示意圖。於此， 槽1 〇6裝滿洗滌液。晶圓1〇8係被浸在槽1〇6之洗滌液中。 轉換器110供應能量以清洗晶圓。再者，微粒殘留在槽之 内部，因而需要置換或再循環與定期過濾清洗流體。 ^圖1 C係為供單晶圓用之喷嘴式百萬週波超音波潔淨構 $之示意圖。喷嘴112提供流體流114，而經由流體流114 合百萬週波超音波能量。當流體流流鈒噴嘴時，連接至 U原11 8之轉換裔11 6提供百萬週波超音波能量通過流體流 处旦而到達基板。經由流體流丨14所供應之百萬週波超音波 =x ’係提供潔淨機制以清洗晶圓丨2〇。噴嘴潔淨構造之 歲^缺點包含需要高流動速率之流體流以維持轉換器11 6 ^晶圓1 20之間的接觸。經由喷嘴丨丨2所產生之流體^覆蓋 二區，，因此，清洗晶圓需要相當高的百萬週波超音波能 里彳文而可能損壞晶圓之表面。所需之高能量亦使轉換器
第6頁 594883 五、發明說明（3) ^須冷卻，其為需要高流動速率之另—個 。洗化學劑而非去離子水之清洗由：：得使 求而變得不切實際。因為難以提供流體流之nj理需 =個晶圓表面之完全清洗覆蓋範圍，故亦可能產生二，給 (banding)。 月b屋生條τ 此外，供單晶圓潔淨製程用之清洗化學劑係且 反應性，且常需要應用於升高的溫度以在低主‘二2间， 供有效清洗，尤其對後續#刻潔淨應用而言S是二了提 述之每一個單晶圓潔淨構造使用具有化學二二=。上 J系統，或在噴嘴式轉換器的情況下，使用具：加 洗晶圓表面。 待，皿度以充分清 *黎於上述問題，需要提供一種單晶圓百萬週波超音波 =淨構造之方法與設備，其能於與晶圓接觸之時點加埶清 洗化學劑’且簡化化學劑之加熱，並改善加熱化學劑之 程控制。 二、【發明内容】
廣義來說，本發明藉由提供一種百萬週波超音波清洗 機之諧振器來滿足這項需求，其被設計成能提供局部加熱 控制至輕合諧振器與基板之液體之區域。吾人應該明白 本發明可以以許多方式實現，包含例如設備、系統、 歡置或方法。本發明之數個發明實施例係說明於下。 依據本發明之一個實施樣態，係提供一種半導體基板
第7頁 594883 五、發明說明（4) 之潔淨設備。此設備包含一轉換器與一諧振器。諧振器係 被設計成能傳輸來自轉換器之能量。諧振器具有一下表面 與一上表面，上表面有效耦合至轉換器，而下表面係被設 計成能在傳輸來自轉換器之能量時提供局部加熱。 依據本發明之另一實施樣態，係提供一種半導體基板 之潔淨系統。此系統包含一基板支撐器，用以支撐一種半 導體基板，並繞著半導體基板之一軸來旋轉此半導體基 板。此系統亦包含一百萬週波超音波清洗機。百萬週波超 音波清洗機係被設計成能在半導體基板之一上表面之上放 _ 射狀移動。此百萬週波超音波清洗機包含一轉換器與一諧 振器。諧振器係用以傳輸來自轉換器之能量。諧振器具有 一上表面與一下表面，而此上表面係有效耦合至轉換器。 下表面係用以接觸配置在半導體基板之上表面上的一液 體。此外，下表面適合於提供局部加熱，藉以在傳輸來自 轉換器之能量通過液體至基板時，能提高與下表面接觸之 液體之一溫度。 依據本發明之又另一實施樣態，係提供一種半導體基 板之潔淨方法。此方法開始將一液體導入至半導體基板之 上表面之上。接著，經由液體將一諧振器之一下表面耦合 _ 至一種半導體基板之一上表面。其次，經由諧振器將音能 傳輪至液體。然後，經由諧振器之下表面加熱液體。本發 明亦提供一種用以在一種半導體基板之一清洗動作期間施 加局部加熱至一清洗化學劑之方法。此方法開始配置一諧 振器以接觸施加至一種半導體基板之一清洗化學劑之一表
第8頁 594883 五、發明說明（5) 面。然後，經由諧振器同時施加熱能與音能以 基板。 τ♦體 一依據本發明之另一個實施樣態，係提供一種用以在一 種半導體基板之一清洗動作期間施加局部加熱至一 ，劑之方法。此方法開始配置一諧振器以接觸施加至一 …導體基板之一清洗化學劑之一表面。然後，經由諧 同時施加熱能與音能以清洗半導體基板。 又w 一吾人應理解到，上述一般說明與下述詳細說明僅為 不的與祝明的，而非限制本發明之以下的申請專利範圍。 施方式】 將參考附圖詳 與1C已在上述 明之實施例提 導體基板之設 與音能來清洗 表面上面之液 )之溫度提高< 化學劑，用以 增加結合百萬 作之處理能力 在清洗動作上 最小的反射能 四、【實 現在 圖 1 A、1B 本發 置清洗半 局部加熱 基板之上 洗化學劑 用之清洗 反應性的 善清洗動 少的時間 計成提供 中之改善。在一個實施 細說明本發明之數個例示實施例。 「先前技術」段中討論。 供一種利用百萬週波超音波潔淨裝 備與方法，於此潔淨裝置同時提供 半導體基板。局部加熱允許配置在 體（例如供單晶圓清洗動作用之清 5因此，可加熱供單晶圓清洗動作 增加反應性與清洗化學劑之效應。 週波超音波清洗機之潔淨機制，改 ’其乃因為每個半導體基板花費較 。此外，可將諧振器之幾何構造設 力’並允許滲透進入高縱橫比圖案 例中’百萬週波超音波清洗機之轉 第9頁 594883 五、發明說明（6) 換斋會受到冷卻，俾能使諧振器之提高溫度不會過度加熱 轉換器。如於此所使用的，用語晶圓與半導體基板都是可 交換的。 圖2 A係為依據本發明之一個實施例之配置在半導體基 板上面之百萬週波超音波清洗機之高階示意圖之俯視圖。 透過滾輪或一些其他適合半導體基板潔淨製程之旋轉機構 而使基板1 3 0旋轉。當基板正在旋轉時，百萬週波超音波 清洗機132A在基板130上面放射狀移動。熟習本項技藝者 將明白到固定至百萬週波超音波清洗機132A之處理手臂可 _ 允許百萬週波超音波清洗機在基板130上面之徑向移動。 在一個實施例中，藉由百萬週波超音波清洗機1 3 2傳送至 半導體基板130之表面之能量係小於大約5瓦特（W) /平方公 分（cm2)。在一個較佳實施例中，傳送至半導體基板1 3 〇之 表面之百萬週波超音波能量係在大約3瓦特（W)/平方公分 (cm2)與大約5 W/cm2之間，雖然能量是取決於基板上之電 子裝置之敏感度’但是可顯著提高不會損壞這些裝置之百 萬週波超音波能量。 仍然參見圖2A，直徑131表示暴露至配置在基板130上 面的液體之百萬週波超音波清洗機13 2A之表面之直徑。在 _ 一個實施例中，基板1 3 0為2 0 0 mm ( 8忖）之晶圓，直徑1 3 1 係在大約1吋與大約3吋之間。在一個較佳實施例中，對 2 00 mm之晶圓而言，直徑大約為1 · 5吋。吾人應該明白到 對於3 0 0 mm之晶圓而言，必須適當調整百萬週波超音波清 洗機之尺寸，以實質上維持百萬週波超音波清洗機之表面
第10頁 594883 五、發明說明（7) —---- ，與晶圓之間的固定比率。這允許傳送至晶圓之表面之处 量能夠在不同尺寸晶圓之間實質上維持不變。料： 位時間掃描30 0公釐之晶圓之相同部分，所以對任何晶 尺寸而言，處理能力是一樣的。 u /圖與2C係為百萬週波超音波清洗機132之其他替換 形狀之兩階示意圖。圖2B之百萬週波超音波清洗機MM為 正方形，而圖2C之百萬週波超音波清洗機132c為桿形。如 =下將更詳細說明的，百萬週波超音波清洗機132之諧振 器之下表面可具有少許曲率，以便產生透鏡效應。吾人應 該明白到，百萬週波超音波清洗機132之形狀可以是適合 清洗半導體基板1 30之表面之任何形狀。亦即，如上所述 地藉由將百萬週波超音波清洗機之表面積與晶圓之表面積 之間的比率實質上維持固定，任何形狀都可被百萬週波超 音波清洗機所利用。熟習本項技藝者將明白到，潔淨效率 係為施加至單位面積之功率密度之函數。因此，百萬週波 超音波清洗機之諧振器之表面積係設計成能允許功率密度 在大約3 W/cm2與大約5 W/cm2之間，而不需要高百萬週波 超音波能量以供應那個功率密度，其乃因為高百萬週波超 音波能量會損壞呈現在被清洗之基板上之裝置。此外，雖 然百萬週波超音波諧振器可被製造成覆蓋大部分晶圓，但 吾人應該明白因為部份基板（例如基板之中間區域）將經歷 高停止時間，所以這將比不上最佳狀況。因此，別處經歷 的是低停止時間，其可能導致不均勻之清洗。因此，最好 是能提供一種掃描晶圓之百萬週波超音波清洗機（如參考
594883 五、發明說明（8) 圖2A_2C所說明的），用以雜山 下的基板之角速度（或於掃;^使///臂掃描速度與旋轉 均句之停止時間 &位置之半徑）互有關聯來提供 在一個實施例中，將百萬週波超音波清洗 =手臂十：且經由電子伺服馬達而使發生處理手“描旋 波超音波清洗機所執行之；；=ΐ\圓上面之百萬週 作控制器單元、馬達驅動哭電里:]服馬達結合動 處理手臂動作速度= 在晶圓處理期間’ 4置係舆主軸疑轉速度直接相關。在 K e 1 ，处理手臂掃描係經由晶圓之中線發生。為 , Λ Λ ί ;音波控制器所完成工作量在晶圓之表面上面實質上是均 掃描動作係與徑向位置同步。因為掃描 速度半徑與那個半徑之面積的二次函數vsweep=c/r2 :ΐ比例常數而停止時間與速度成反比），所以當半 力日口時’ $㈣波超音波清洗機之停止時間必須增加以 Iw 1曰圓表面上面所執行之工作量相等。亦即，當處理手 如ί11〜向外掃描時’百萬，週波超音波清洗機需要 較長的停止枯間以便實質上執行相同的工作量。 圖3係為依據本發明 < 一個實施例之在半導體基板與 百萬週波超音波清洗機之間的界面之簡化剖面圖之示意 圖。百萬週波超音波清洗機132最接近半導體基板130之上 表面144。液體係配置在半導體基板13〇之上表面“‘上 594883 五、發明說明（9)
面。在一個實施例中，將液體混拌至半導體基板丨3 〇之 上。百萬週波超音波清洗機1 32變成與液體接觸，以形成 使百萬週波超音波清洗機之下表面146耦合至半導體基板 130之上表面144的液面134。吾人應該明白到，液體可經 由喷嘴138而塗敷至基板130。在一個實施例中，可將噴嘴 1 3 8固定至相同的徑向臂，而百萬週波超音波清洗機丨3 2亦 固定至此徑向臂。在另一個實施例中，液體可經由百萬週 波超音波轉換器本體中之至少一出口而傳送至基板13〇。 液體可以是去離子水（DIW)或為清洗單晶圓而設計之清洗 化學劑。單晶圓清洗化學劑之例子包含商業上可取得的溶 劑，例如通常用於後蝕刻清洗之EKC 640、EKC 680 0和 Ashland NE89，與其他商業上可取得之用於後化學機械平 坦化（CMP)清洗之溶劑。其他清洗化學劑包含sc- 1 ( NH4〇H/H2〇2混合物）、SC-2 (HC1/H2 02混合物）、稀釋HF或臭 氧化（ozonated)之DIW (H20/〇3)。
仍然參見圖3，百萬週波超音波清洗機1 32包含容納在 外殼142内之百萬週波超音波轉換器136，。電源線140提供 轉換器1 3 6所需要的功率。如上所述，百萬週波超音波清 洗機132可被固定至設計成用以在半導體基板丨30之上表面 1 44之上放射狀移動之徑向臂。在百萬週波超音波清洗機 132之下表面146與半導體基板130之上表面144之間的距離 148，係在大約〇· 5公釐（mm)與大約5mm之間。在一個實施 例中，距離1 4 8係在大約1 mm與大約3mm之間，而此距離最 好是大約2mm。如關於圖2A-2C之上述說明，百萬週波超音
第13頁 594883 五、發明說明（10) 波清洗機1 3 2之下表面1 4 6之表面積係設計成能將大約3 W/cm2與大約5 W/cm2之間的功率密度傳送至上表面144。因 此’表面積係足以允許在大約〇. 4百萬赫（MHz)與大約l 5 MHz之間的百萬週波超音波能量，用以將大約3 與大 約5 W/cm2之間的功率密度傳送横越過半導體基板。一 主圖4係為依據本發明之一個實施例之百萬週波超音波 清洗機之更詳細示意圖。轉換器136係配置在包含摻雜底 層150之百萬週波超音波傳送層152上面。導線提供一 f在摻雜底層1 5 0之間的通道，用以施加電壓差丨5 6橫越過 払雜底層。因此，可施加電流橫越過摻雜底層15〇，用以 j部加熱與摻雜層接觸之液體。在一個實施例中，百萬週 ^ =音波傳送層152係由碳化矽（Sic)所構成，而百萬週波 ^曰波傳送層之摻雜底層1 5 〇係摻入例如硼、填、砷、銻 ，j當摻雜元素，用以減少摻雜底層之電阻。熟習本項 Ϊίί將，白到，轉換器136係為一種用以產生百萬週波 1 ;2曰篁之壓電裝置。此外，百萬週波超音波傳送層 倉匕I取，，亚犯提供類似波導特性，以將百萬週波超音波 :里♦二至上面配置有百萬週波超音波清洗機132之基 ==些替代化合物本質上對被施加之化學劑是惰性 ,a 3 ’可將惰性保護塗層塗敷至轉換器外殼，用以保 邊匕以免因所使用之化學劑而退化。 億、矣^人應該明㈣，在—個實施例甲，百萬週波超音波 L曰5 2可以疋由絕緣體所構成。雖然s丨。確實具有絕緣
五、發明說明（11) 特性，但SiC亦是一種丰 改變其電阻率。例如功導體，且本身掺雜這種化合物會 藉由利用接合至化合物可能用來替條c。又， 石之多層絕緣材料，亦可^導電加熱層之例如石英或藍寶 層。導電加熱層可以木用複合百萬週波超音波傳送 波超音波能量之傳輸疋=接合至絕緣層，允許百萬週 劑的影響，或對所使用又到保護以免受所使用之化學 果利用半導體式絕緣體，則J : J :惰性的T電材料。如 藉由將摻雜物導入絕缘㉟w “明白到絕緣體必須能 電，藉以降低！層之底：：被；雜並變㈣^ 底層時，由電阻式加埶所，將電流施加橫越過 週波超音波清洗機之底層接 : 板。 履體以及上面配置有液體之基 軌之^ n ί依據本發明之一個實施例之用以提供局部加 ::之百萬週波超音波清洗機之組件之 =置在絕緣㈣。上s，而絕緣體16〇係配置在s;c:2 lC層152之底層150係被摻雜以減少底層之電阻 率。在一個實施例中，摻雜物濃度係在大約1〇"原子八以與 大β 1 0原子/cm2之間。在-個較佳實施例中，摻雜物濃度 係在大約i(P原子/cm2與大約1〇π原子/cm2之間。因此，當 將電流施加橫越過摻雜底層丨5〇時，將產生掺雜層之電阻 式加熱。吾人應該明白到，絕緣體層16〇使轉換器136與來 自諧振器（亦即，S i C層1 5 2與摻雜底層〗5 0 )之任何熱絕 594883 五、發明說明（12) 緣。在一個實施例中，絕緣體層丨6 〇係由藍寶石所構成。 SiC層152之厚度162係在大約0·01 mm與大約7 mm之間。厚 度162敢好是在大約1 mm與大約5 mm之間。當然，依據 S i C (亦即’沈積在絕緣體或層上之薄膜）之構造（如關於圖 4所說明的），此厚度可相應地改變。 圖5 A之絕緣體1 6〇具有大約1 mm與大約5 mm之間的厚 度。熟習本項技藝者將明白到，轉換器136、絕緣體160與 S i C層1 5 2係透過黏著劑接合而彼此固定。雖然底層1 5 〇之 下表面係顯示為實質上是平坦的，但在一個實施例中，可 將下表面彎曲以允許進入高縱橫比圖案中之改良的滲透， 如以下所將更詳細說明的。吾人應該明白到，S丨[層1 5 2可 被設計成用以具有多重電阻層，於此多重層定義出不同的 電阻率梯度。多重電阻層係被分層，以使底部摻雜層15() 具有最低的電阻率，而Sic層152内之分層的連續上層具有 逐漸增加的電阻率。因此，具有最高電阻率之層將是位於 SiC層152之上端，藉以提供轉換器136更大的保護，以免 受到經由施加橫越過底部摻雜層丨5 〇之電流所產生的熱之 、圖5Βί為，據本發明之一個實施例之百萬週波超音波 清洗機之為振Is之示意圖，其包含上面沈 (Si C)塗層之絕緣體。於此，隸祕f潯反化夕 160。絶緣體160可以由例如藍寶石、石英等之任何適當的 絕緣體所構成。薄S i C塗；® 1 $ & 田 ^ ^ μ嘹羽λ#盾150&係沈積至絕緣體160之下表 面之白本項技#者將明白習知之沈積技術可用以沈
第16頁 594883 五、發明說明（13) 積薄SiC塗層150a。如上所述灸
SiC塗層150a之適當電阻率可二考圖5A之摻雜底層150，薄 或沈積後之各別摻雜而獲得。、由沈積期間之現場摻雜， 加橫越過薄Sic塗層150a'亍用1、吾胃人應該明白電壓差係被施 層耦合至半導體基板之液體，M提供電阻加熱給將薄Si C塗 外，薄SiC塗層150a可向外彎如以下/進一步討論的。此 施例中，絕緣體1 60具有彎曲而不是平坦的。在一個實 係均勻沈積在絕緣體之彎曲下表T面表^面而薄SiC塗層150a 圖6係為依據本發明之面之^面。 超音波諧振器與配置在半導體個其\^例之形成於百萬週波 之放大示意圖。具有摻雜m板上面之液體之間的液面 ^ m λ aa m - 之S i C層152係變成盘液
體層166接觸而不需接觸基板13〇 U = ΐ 萬週=諧=之=底 Γ面二Λ : 於此所顯示的，摻雜底層“ο之下 曲以產生透鏡效果。在—個實施财，曲率半 :係2約5公分(cm)與2〇〇 Cfll之間。如參考圖3所說明 Ϊ離5〇之下表面與基板130之上表面144之間的 T 48，係在摻雜底層15〇之下表面上的低點與基板13〇 之表面1 44之間受到測量。熟習本項技藝者將明白到除 了機械性強以外，SiC層152更提供與液體166之良好潤濕 角，用以形成液面134。如先前所提及的，液體166包含清 洗化學劑，其被指定為在各種半導體處理步驟（例如cMp二 餘刻、沈積、植入等）之後執行之單晶圓潔淨製程。 仍然參見圖6，經由掺雜底層1 5 0而提供之電阻加熱將
594883 五、發明說明（14) --- ' 熱此傳送至液體1 6 6以便局部加熱液體。在一個實施例 中，/夜體1 6 6之溫度係控制在大約攝氏2 〇度（t )與大約丨〇 〇 C之間’孤度隶好疋控制在大約3 0與大約7 0 °C之間。當 然，界定在底部摻雜層15〇之下的區域中的液體之溫度， 係取決於清洗化學劑之本質。亦即，清洗半導體基板之處 理型式以及清洗化學劑之成分，係用以決定最佳溫度以達 成期望反應性。藉由調整施加至底部摻雜層150之電壓 差，可控制並維持液體166之溫度。再者，吾人應該明白 到百萬週波超音波清洗機亦可提供局部加熱。因此，界定 在底部掺雜層150與基板13〇之間的區域中之液體，係暴露 至由底部摻雜層之電阻加熱所產生的熱能。因此，當百萬 週波超音波清洗機係在清洗動作期間在半導體基板之表面 上面移動時，界定在百萬週波超音波清洗機之下的液體之 區域，係伴隨著由百萬週波超音波清洗機所引發的清洗活 動而受到加熱。在一個實施例中，溫度的提高增加了清洗 化學劑之活動，因而減少清洗動作之處理時間，藉以產 較高的處理能力。 圖7係為依據本發明之一個實施例之百萬週波超音波 清洗機之透鏡效果之橫剖面示意圖，該透鏡效果係由9具 彎曲下表面以產生透鏡效果所提供。百萬週波超音波^有 機1 3 2包含轉換器1 3 6、絕緣體1 6 0、以及由具有底部換月洗 層1 5 0之S i C層1 5 2所構成之諧振器。底部摻雜層丨5 〇之’雜 面係以凸狀的方式受到彎曲，亦即，向外彎曲。 表 ，"匕所 述，在一個實施例中，曲率半徑係在大約5 cm與大約2 〇 〇
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cm之間。彎曲底部提供對百萬週波超音波之透鏡效果。透 鏡效果使百萬週波超音波以一角度被導引至半導體基板 13〇之上表面。因此，可更有效地清洗高縱橫比圖案（例如 =層洞170)之側壁。亦即，與其使百萬週波超音波被垂直 導引至基板1 3 0之上表面（其中側壁上之殘留物避免與百萬 週波超音波相關的洗淨機構），寧可使透鏡效果提供角方 位給百萬週波超音波。因此，角方位將百萬週波超音波導 引至介層洞170之側壁，俾能使側壁與任何來自先前製程 之殘遠在側壁上之殘留物經歷百萬週波超音波之清洗動 =。尤其，百萬週波超音波係在侧壁之間反射，而非單獨 攸介層洞1 70之底部被反射。因此，使波導之下表面彎曲 係可幫助將百萬週波超音波能量導引至高縱橫比圖案之側 ^。吾人應该明白到底部摻雜層丨5 〇之少許曲率，係可協 助防止空氣被困在將百萬週波超音波諧振器耦合至基板之 液體之間，用以確保諧振器與在諧振器與液體接觸時所定 義的液面之間的良好接觸。
生圖8係為依據本發明之一個實施例之百萬週波超音波 /月=機之側視圖之不意圖，該百萬週波超音波清洗機係用 以提供局部加熱並具有避免轉換器過度加熱之冷卻迴路。 轉換為136係容納在具有入口 176與出口 178之外殼174之 内。冷卻介質係被提供至外殼1 7 4以便保護轉換器1 3 6使其 免於過熱。因此，諧振器（具有底部摻雜層15〇之SiC層 1 5 2)可以在升高的溫度下運轉，用以提供局部加熱至液體 U6之區域180。吾人應該明白到除了區域18〇以外，經由
第19頁 594883 五、發明說明（16) Π雜層15〇所提供之電阻加熱將加熱…川 =冷部迴路允許SiC層152之散熱以保護轉換哭 口 一個霄施例中，冷卻迴路係為一條封 ^ 在 =劑不會因轉換器冷卻而被稀釋。熟習；項 白到’於此可使用例如液離氨之滿辦 將月 ^ Α Ρ相之適虽液體。此外，轉換器136可藉由只〜 ::，空氣經過轉換器以提供冷卻之系統而受到空氣式冷疋 波赶Ϊ9Λ為 Λ 示依據本發明之一個實施例之經由百萬週 : 洗半導體基板所執行之方法動作之流程 體美板之上ίΐ作184開始’於此之液體係被導入至半導 體基板之上表面之上。液體可以是去離子水（diw)或 ^圓潔淨製程而設計之清洗化學劑。吾人應該明白到可在 = :百萬週波超音波潔淨法期間連續施加液體 ^者可將液體混拌至半導體基板之上表面之上。此方法 者進展到動作1 86，於此之諧振器之下表面係連接至液 ，。適當的諧振器係為圖3_7之百萬週波超音波諧振器。 在一個實施例中，諧振器之下表面係向外彎曲並具有大 5 cm與大約200㈣之間的曲率半徑。如上所述，彎曲的下 表f增進諧振器耦合至液體，並提供透鏡效果。此外，諧 振之底層係支到摻雜，以便為施加橫越過摻雜層之電遷 差（其因而加熱底層）提供減少的電阻率。 二 然後，圖9之方法繼續至動作1 88，於此之音能係經由 譜振器而傳輸至液體。在一個實施例中，音能係為百萬週 第20頁 594883
五、發明說明（17) 波超音波能量，並經由碳化矽（S i C )諧振器而傳輸。此 外’諧振器係被設計成能透過透鏡效果而到達高縱橫比圖 案之側壁。如上所述，液體使諧振器經由在諧振器變成與 諸振器接觸時所形成之液面而耦合至基板。此方法接著進 行至動作190 ’於此之液體係經由諧振器之下表面而受到 加熱。於此，施加橫越過摻雜層之電壓差導致電阻式加 熱’其中熱月匕係攸底層傳輸至液體界面。因此，可使液體 受到加熱。在一個實施例中，液體係為一種單晶圓清洗化 學劑，而此清洗化學劑之反應性與效應在升高的溫度（例 如在大約2 0 C與大約1 0 0 C之間）下會增加。液體之溫度係 藉由調整施加至底層之電壓電位而受到控制。 概括§之’本發明提供一種具有局部加熱一種將譜振 器之下表面耦合至基板之液體的能力之百萬週波超音波譜 振器。此f皆振Is係被製造成維持低的功率密度。此外，士皆 振器係被設計成用以經由百萬週波超音波之透鏡效果，來 更有效清洗高縱橫比圖案之侧壁。 於此已從數個例示實施例的觀點來說明本發明。從考 量本發明之說明書與實施來看，熟習本項技藝4將明=本 發明之其他實施例。上述之實施例與較佳的特徵應被視為 是例示的，而本發明之範疇係由以下申請專利範圍所界 定0
594883 圖式簡單說明 五、【圖式簡單說明】 併入並構成本說明書之一部份之附圖，係顯示本發明 之例示實施例並與說明書一起用以說明本發明之原理。 圖1A係為整批百萬週波超音波潔淨系統之示意圖。 圖1B係為單晶圓潔淨槽之示意圖。 圖1C係為供單晶圓用之喷嘴潔淨構造之示意圖。 圖2A係為依據本發明之一個實施例之配置在半導體基 板上面之百萬週波超音波清洗機之高階示意圖之俯視圖。 圖2 B係為正方形百萬週波超音波清洗機之高階示意 圖。 圖2C係為桿形百萬週波超音波清洗機之高階示意圖。 圖3係為依據本發明之一個實施例之在半導體基板與 百萬週波超音波清洗機之間的界面之簡化剖面圖之示意 圖。 圖4係為依據本發明之一個實施例之百萬週波超咅 清洗機之更詳細示意圖。 圖5 A係為依據本發明之一個實施例之用以提供局部加 熱之百萬週波超音波清洗機之組件之示意圖。 圖5B係為依據本發明之一個實'施例之百萬週波超音波 清洗機之諧振器之示意圖，其包含上面沈積有薄碳化石^〆 (SiC)塗層之絕緣體。 圖6係為依據本發明之一個實施例之形成於百萬週、皮 超音波諧振器與配置在半導體基板上面之液體之間的液面 之放大示意圖。
594883 圖式簡單說明 圖7係為依據本發明之一個實施例之百萬週波超音波 清洗機之透鏡效果之橫剖面示意圖，該透鏡效果係由具有 彎曲下表面以產生透鏡效果所提供。 圖8係為依據本發明之一個實施例之百萬週波超音波 清洗機之侧視圖之示意圖，該百萬週波超音波清洗機係用 以^供局部加熱並具有避免轉換器過度加熱之冷卻迴路。 圖9係為顯示依據本發明之一個實施例之經由百萬週 波超音波清洗來清洗半導體基板所執行之方法動作之流程 圖。
立件符號說明： 1 0 0〜槽 1 0 2〜晶圓固持器 I 0 4〜轉換器 106〜槽 108〜晶圓
II 0〜轉換器 112〜喷嘴 11 4〜流體流 116〜轉換器 118〜電源 1 2 0〜晶圓 1 3 0〜基板 1 3 1〜直徑
第23頁 594883 圖式簡單說明 132、132A、132B、132C〜百萬週波超音波清洗機 1 3 4〜液面 1 3 6〜轉換器 1 38〜喷嘴 1 4 0〜電源線 1 4 2〜外殼 1 4 4〜上表面 1 4 6〜下表面
1 4 8〜距離 1 5 0〜摻雜底層 150a〜薄SiC塗層 152〜百萬週波超音波傳送層 154〜導線 156〜電壓差 1 6 0〜絕緣體層 162〜厚度 166〜液體層 1 7 0〜介層洞
174〜外殼 1 76〜入口 178〜出口 180〜區域 184、186、188、190〜動作
第24頁
Claims (1)
- 594883 六、申請專利範圍 1 · 一種半導體基板之清洗設備，包含： —轉換器，· 二？振器，用以傳输來自該轉換器之能量，該諸振器 哭，^表面與-下表面二該上表面有效連接至該轉換 提供ΐ:ί Ξ係被設計成能在傳輸來自該轉換器之能量時 備，2更ii請專利範園第1項所述之半導體基板之清洗設 一絕緣體，安置在該轉換器與該諧振器之間。 3甘如申請專利範圍第1項所述之半導體基板之清洗設 =丄/、中該諧振器係由/碳化矽層所構成，該碳化矽屛具 大約〇· 01公釐（mm)與大約7 mm之間的厚度。 曰 4·如申請專利範圍第1項所述之半導體基板之清洗設 備’其中該下表面係為一曲面。 5·如申請專利範圍第4項所述之半導體基板之清洗設 備’其中該曲面具有大約5公分（cm)與200 cm之間的曲率 之一半徑。 ❿ 6 ·如申請專利範圍第1項所述之半導體基板之清洗設 備，更包含： 一冷卻迴路，用以冷卻該轉換器，該冷卻迴路係為一 封閉迴路。 7，一種半導體基板之潔淨系統，包含： 一基板支撐器，用以支禮一種半導體基板’並繞著該 半導體基板之一軸而旋轉該半導體基板；第25頁 594883一百萬週波超音波清洗機，其被設計成用以在該半導 體基板之一上表面之上放射狀移動，該百萬週波超音波清 洗機包含； 一轉換器； 一諧振器，用以傳輸來自該轉換器之能量，該諧振 =具有一上表面與一下表面，該上表面有效連接至該轉換 裔’該下表面係被設計成用以接觸配置在該半導體基板之 該上表面上的一液體，該下表面適合於提供局部加熱，用 j在傳輪來自該轉換器之能量經由該液體至該基板時，升 巧與該下表面接觸之該液體之一溫度。 8·如申請專利範圍第7項所述之半導體基板之潔淨系 統’其中該下表面係被設計成能以一角度將複數個百萬週 波超音波導引至該半導體基板之該上表面。 9·如申請專利範圍第7項所述之半導體基板之潔淨系 統’其中從該半導體基板之該上表面到該諧振器之該下表 面的一距離，係在大約〇 · 5公釐與大約5公釐之間。 I 〇 ·如申請專利範圍第7項所述之半導體基板之潔淨系 統’其中該液體係為為了單晶圓清洗動作而設計之清洗化 學劑與去離子水之其中一種。 II ·如申請專利範圍第7項所述之半導體基板之潔淨系 統’其中該液體之該温度係經由局部加熱而維持在大約2 〇 °C與大約1〇〇它之間。 1 2 ·如申請專利範圍第7項所述之半導體基板之潔淨系 、、先其中該下表面包含一摻雜物’該摻雜物係被設計成用594883 六、申請專利範圍 以降低該下表面之一電阻率。 13如由& _ ^ 早 心叶-之半導體基板之潔淨 Id·如申睛專利範圍第12項所达之于， 系統’其中該摻雜物係為侧、砷、磷與銻.之;中禋 14·如申，月專利範圍第12項所述之千 士 n 系統，其中該摻雜物之一濃度係在每平方么刀、、、、’、 半導體基板之潔淨系 過該下表面 1 5·如申請專利範圍第7項所述之 ^ ϊ . ^ ^ -士 t ’用以加熱該 子與每平方公分大約1 原子之間 統’其中一電壓差係被施加橫越 液體。 1 6 ·如申請專利範圍第丨5項所述之半導體基板之潔淨 系統，其中該液體之該溫度係藉由改變該電壓差而受到控 制0 1 7 ·如申請專利範圍第7項所述之半導體基板之潔淨系 統，更包含·· 一處理手臂，用以支撐百萬週波超音波清洗機，該處 理手臂受到控制以使藉由百萬週波超音波清洗機而執行之 一工作量在該半導體基板之該上表面上面實質上是均勻 的0 18·如申請專利範圍第15項所述之半導體基板之潔淨 系統，其中該轉換器包含至少一開口用以將該液體傳送至 該基板。 1 9 · 一種半導體基板之潔淨方法，包含： 將一液體導入至半導體基板之一上表面上； 經由該液體將一諧振器之一下表面耦合至該半導體基594883 六、申請專利範圍 板之該上表面； 經由該諧振器將音能傳送矣該液體；以及 經由該譜振器之該下表面力α熱該液體。 20·如申請專利範圍第ig項所述之半導體基; 方法，其中經由該諧振器之該下表面加熱該液體 作更包含： 降低該諧振器之—底層之〆電阻率；以及 施加一電壓差橫越過該底層。 2 1 ·如申請專利範圍第1 9項所述之半導體基a 方法’其中經由該液體將該諧振器之該下表面耗 導體基板之該上表面之方法動作更包含： 將該諧振器配置在該半導體基板之該上表面 使該諳振器之該下表面與該半導體基板之該上表 一距離在大約〇·5公釐（mm)與大約5 mm之間。 、22·如申請專利範圍第19項所述之半導體基名 方法，=中經由該諧振器將該音能傳送至該液體 將傳送至該半導體基板之該上表面之該立 維持在大約每平方公分有3瓦特（w)與大約^ ^ ; 之間。 J 23· —種用以在一種半導體基板之—生 加局部加熱至一清洗化學劑方法 ^ / 配置-諧振器以接觸；加=導=板之 劑面H 干+發基板之- ί之潔淨 之方法動 卜反之潔淨 合至該半 上面，以 面之間的 反之潔淨 之方法動 之一位準 公分有5W Ξ期間施 清洗化學 594883 六、申請專利範圍 經由該諧振器同時施加熱能與音能以清洗該半導體基 板。 24·如申請專利範圍第23項所述之用以在一種半導體 基板之一清洗動作期間施加局部加熱至一清洗化學劑之方 法，其中經由該諧振器同時施加熱能與音能以清洗該半導 體基板之方法動作更包含： 降低該諧振器之一底層之一電阻率；以及 當經由清洗化學劑將來自該諧振器之音能傳送至該半 導體基板時，施加一電壓差橫越過該底層。 25·如申請專利範圍第24項所述之用以在一種半導體 基板之一清洗動作期間施加局部加熱至一清洗化學劑之方 法，其中該電壓差決定該諧振器之該底層與該半導體基板 之該上表面之間的清洗化學劑之一溫度。 26·如申請專利範圍第24項所述之用以在一種半導體 基板之一清洗動作期間施加局部加熱至一清洗化學劑之方 法，其中降低該諧振器之該底層之該電阻率之方法動作更 包含： 塗敷一摻雜物至該諧振器之該底層。第29頁
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