TWI268807B - Jet clean nozzle with multiple spray openings - Google Patents

Description

l2688〇7 〜、' 九、發明說明 .“v.v抓如.:微必織鐵驗總齡紛^ 【發明所屬之技術領域】 、本發明是有關於一種清除半導體晶圓表面污染物之洗 i器裝置，且特別是有關於一種在洗滌清潔作業中能夠於 曰曰圓表面增加清掃密度並且提升微粒子清除速率之洗滌器 噴嘴裝置。 【先前技術】 在半導體元件的製造過程中，一片矽晶圓（silic〇n wafer) 必須經過數以百計的製程步驟才能在晶圓上完成積體電路 的製作。而矽晶圓的製程必須在一個最為潔淨的製造環境 中進行，因此，矽晶圓往往需要在每一個製造步驟之後被 /月洗一次，以使污染微粒（particle)或薄膜（films)的存在機率 降到最低。舉例來說，矽晶圓要在沉積表面塗佈層（c〇ating layer)，如氧化物或金屬，後被清洗一次。濕式洗滌（yd scrubbing)法為其中常被使用來清洗晶圓表面的一種方法。 在利用濕式洗滌法清洗晶圓表面的過程中，晶圓必須高 速的旋轉，一般來說旋轉速度最少約為2〇〇 rpm，較佳的是 1000 rpm，同時加以兩壓的去離子（d卜i〇nized)水柱往晶圓 的上表面與下表面噴灑，其中水柱的噴灑水壓一般約在5 mpa至1〇 mpa之間。利用水柱在晶圓表面上的移動可將每 個嵌卡在晶圓表面的污染性微粒掃除。 清洗程序經常使用於沉積（dep〇siti〇n)步驟之後，利用噴 射洗滌法可以清除沉積步驟之後所留下，如金屬層或氧化 5 1268807 、 物層 ' 的，儿積微粒，高壓的去離子水可以輕易地除去這些 平層薄膜上的微粒子。 、去離子水的加壓度可以利用調整喷射水泵的水壓來加 以，制以保持微粒子的清除效率，較高的水壓會擁有較好 的微粒子清除率。但另一方面，較高的水壓也較可能對晶 圓=表面造成損壞，所以必須將水壓限定在某個程度以避 免損壞的清形發生，在這種前提之下，要增進微粒子的清 • 除效率就只能增加清除的作業時間，儘管如此會延長產品 的製造時程。此時，一種具有多個喷出篩孔的新型喷射清 潔喷嘴能在兼顧生產效率的情況之下提供高度的微粒子清 除效能。 第一圖表示了一種利用水柱洗滌法來清掃一矽晶圓1〇 上表面的傳統晶圓洗滌裝置8,在一般的情況下此晶圓ι〇 被置於一晶圓平臺17之上，而晶圓平臺17為一可旋轉性 平臺並且被架設於晶圓架16之上。晶圓平臺17依照一預 鲁 先設定之旋轉速度帶動著晶圓1〇旋轉，一般來說此旋轉速 度會約在200 rpm與2000 rpm之間。 如第一 A圖所示，一般的晶圓洗滌裝置8會包含一架 設於支撐架28上的噴嘴接合器26，而噴嘴接合胃器％上會 再裝置含有一喷嘴筛孔32之噴嘴3〇。一喷射水栗 pump)(未繪製於圖式中）與噴嘴接合器％的進水端27連 接，用以將水抽取至喷嘴接合器26及喷嘴3〇，之後會有一 去離子水水柱22自噴嘴30的單喷嘴篩孔32射出至晶圓1〇 的上表面’此水柱22的水壓一般約為5〇 kg/cm2。 1268807 如第二圖所示，水柱22 一般會以約45度的角 ^著的表二接觸’此時水柱喷嘴接合器26會帶動水柱η 〇者：固上表面做橫向來回的清掃動作並產生-橫越晶圓 中=4的曲線或弧形軌跡12。晶圓1〇的表面會被 中曰曰圓千臺：7與晶M 10是處於旋轉狀態，因此會對晶圓

面的水流產生離心力使得污染性微粒及薄膜會被帶離 曰曰圓10的表面。 晶圓架被設計為在洗滌的過程當中會在水柱喷嘴下方 做水平移動’使水柱能夠平均一致地延著整片晶圓的表面 喷灑，利用此種將水柱的衝擊力量分散至晶圓表面較大面 ，上的設計’ A大地增加某些因離心力在中心點減弱而殘 留在晶圓中心的有機微粒清除效率，以及降低了水柱在晶 圓中心低密度薄臈沉積部分造成破壞的機會。 自喷嘴30射出的水柱22的清潔效果受到幾個因素所影 響’包括了水柱22的水壓與水量還有水柱22在晶圓丨〇上 的清掃密度’當射出水柱在晶圓表面的清掃密度越高則微 粒子的清除效率也會越高。然而，洗滌器對每一片晶圓的 清潔週期一般來說都會被規範在一定的時限之内，此時限 主要疋取決於用來加壓讓水流經喷嘴接合器2 6後自噴嘴3 〇 的射出篩孔32射出之喷射水泵的容量，一般來說大約是45 秒鐘。 4 5秒鐘的洗條清洗週期對一般的晶圓洗務裝置來說通 常都不足以完全清除晶圓上的微粒子，因此，晶圓必須都 !2688〇7 要經過第二次的清洗週期以清除晶圓上殘餘的微粒子。然 :’此種做法會對晶圓的生產力產生不利的影響。因此， 可利用具有多個射出篩孔（spray opening)的噴射清潔喷 在洗料洗程序當巾，增加噴射水柱在晶圓上的清掃 岔度，如此在—般的洗滌清洗週期時限中，可有效地提昇 晶圓的清洗效率。 【發明内容】 因此本發明的目的就是在提供一種具有多個篩孔之新 型喷射清潔噴嘴。 匕本發明的另一目的是在提供一種多孔之新型噴射清潔 噴鳴，月b夠用以對晶圓表面射水並增加其清掃密产。、、 ^本發明的又一目的是在提供一種新式噴射清^絮噴嘴， 能夠用以加強洗滌清潔裝置清洗晶圓的效能。 、 本發明的再一目的是在提供一種新式噴射清潔喷嘴， 能夠用以提昇半導體製程中積體電路元件的生產量。 本發明的更一目的是在提供一種新式噴射清潔喷嘴， 能夠用以在有限的洗滌清潔週期中有效地清潔晶圓表面。 根據本發明之上述目的，提出一種具有多射出筛孔之 新型喷射清潔喷嘴，能夠用以增加加壓水噴射在半導體曰 圓表面後之清掃密度。該噴射清潔噴嘴包括了一個與喷= 接合器連結的喷嘴本體’該噴嘴接合器又與噴射水泵相通 連。另外有多個射出室（spray chamber)分別與每—個喷射篩 孔相通連並且延伸至喷嘴本體中。 、 I 1268807 時’喷射水泵加壓使水流經喷 射清潔嘴嘴的各個射出冑^ 噴鳴接合器注入喷 各個射出篩孔射出形成多條哈私…便從射出至經由 圓德O a t成夕條噴射水柱。當多條水柱射至曰 固後會在晶B1表面的邊緣 彳 对至曰曰 ^ . 運緣之間形成類似噴嘴接人堪 板向來回轉動時的弧形運動軌跡。 ”接Η 可知根:本Γ月之目的並比較先前技術的單射出水柱噴嘴 利用夕條清掃水柱可以增加加壓沾 掃密唐，‘ 士 — , I h对日日w表面的清 :纟此在—個足以用來做比較的時間週期中 大地提昇晶圓表面的外ψ工 衣由的臧粒子清除效果，而不用增加每片曰 圓的洗滌清潔週期，否則就項 片日日 j就义須使洗滌清潔週期倍增才能 夠充为地清除晶圓表面上的微粒子。 【實施方式】 ! 纟發明對於在積體電路製程中清除晶圓表面上的微粒 ; +有特別的功效。儘管如此，本發明的應用並不限定在此 • 料之半導體晶圓的清潔作用，其同樣地可應用在其他多 丨 種以清除污染物為目的之工業用途上。 ; 第3圖至第6圖表示了本發明之喷射清潔喷嘴4〇之較 丨 佳實施例，其中噴射清潔㈣4G包含了 —利關筒基材部 分44所組成的噴嘴本體42。該圓筒基材部分44之後端表 面45配置著一填裝有一如〇形環的環狀密封墊6〇之環狀 凹槽58以及一圓形之進水室46，該圓形進水室46與該環 狀凹槽58皆配置於同一圓心上。 、 喷嘴本體42 —般會更包含著—自圓筒基材部分料的 * 1268807 :=面广向則延伸出去之圓頸部分48 會—直延伸至噴嘴之-環狀凸緣49為止，p刀 可以含有-如第6圖所示之朝内的斜角49J:狀一” 49 出凹槽56以環狀凸緣49作為環繞周圍的界限。衣狀射 在第6圖描繪出了多個射出二 著細長的圓柱形狀並且自進水 母個射出室都有 延伸至射出凹槽56。在本實^中右向則經過喷嘴本體42 山實施例中有兩個相鄰且平杆的斛 出室50延伸經過喷嘴本體42，但本發明 口、 ，置二個或以上的射出室5〇。其中，每 ： 一％形，且成錐狀之前内壁52。 ^θ 射上射出室5〇的圓錐狀前内壁52之中心點都會有一 出師孔54用以連通喷嘴本體心及射出 疋說，該多個射出篩孔54在每一 也就 出凹粬*母個射出至50以及圓形射 = 56:間建立起一液體通道。一般而言射出筛孔Μ 疋利用雷射光束將噴嘴本體穿孔而形成之，孰 方面技藝者所能達成之一般技術。 ，’，、 0.5^；,? 孔 ’ ’其中Μ·1公厘為更佳。若每個射出篩 =直徑都能實現在此範圍之内，則在晶圓表面得到理 二及= 先效果的同時’還能在晶圓的製程中預防沉 槓層及7C件的損壞。 裝置第626::::人圖表示了一裝載在一個-般的晶圓洗務 J 、、鳴接合益64上的噴射清潔喷嘴40的使用情 形。此種—般时嘴接合器Μ都含有-出水端68及進水 1268807 Λ 端70，使當中的液體能夠盥喑斛 "、、射水泵72(在第7圖中以虛線 表示者）流通。如第6圖所示， 此水流通道66自進水端70 一直延伸至出水端6 8。 第6圖進一步地表示出了 + 1 > 出了裝载在喷嘴接合器64的出水 端68上的喷嘴本體42，一舢s別, 叙疋利用螺紋式或是其他適當且 為此類技藝者所热知的接合枯併办 條口技術來將喷嘴本體42與喷嘴接 合斋64裝配在一起。密射執

在封墊6〇被固定裝置於喷嘴本體42 的密封凹槽58之中，且作闲s你 邗用疋使出水端6 8與喷嘴接合器 64能夠緊密地接合在一起。噴嘴本體42的進水室46被裝 配與噴嘴接合器64内的流通水道66對齊成一直線。 如第7圖所#，晶圓洗膝裝£ 62 _般都會含有一裝載 著噴嘴接合器64的支撐架74。在一般傳統的做法上，喷嘴 接0器64曰、、、至由疑轉機制（pivoting mechanism)(未繪於 圖式中）以支撐架74為軸心接合在支撐架74上，使喷嘴接 合器64能夠來回轉動。一欲清洗的半導體晶圓％會被放 置在一晶圓平臺84之上，該晶圓平臺84裝置在一晶圓架 86之上並且能夠旋轉。當喷嘴接合器64開始來回轉動並自 喷射清潔噴嘴40往晶圓76表面射出多道喷射水柱8〇時， 晶圓平臺84也會帶動著晶圓76旋轉，關於這方面在下面 會有更進一步的敘述。 當一片在上表面塗佈有薄膜77的晶興76放置在晶圓 平臺84上’利用本發明所使用的喷射清潔喷嘴40方法來 進行晶圓洗蘇清潔程序時，此一塗佈在晶圓表面上的薄膜 可施是如熔凝矽酸鹽玻璃（Fused Siiicate Glass，FSG)之類 1268807 的絕緣薄《 $是金屬傳導薄膜。一 n兄下，接著在薄膜 77上的’儿積或蝕刻程序之後便是利用喷射清潔噴嘴40所進 仃的洗滌清潔程序，用以清除在晶圓76的製程中產生自薄 膜77且會影響積體電路元件的污染物。 *曰曰圓平台84在晶圓架86之上以大約2〇〇 rpm至2〇〇〇 rPm，或是以約1000 rPm為更佳，的速度旋轉時，晶圓架 86可以沿著一軌道（未繪製於圖式上）朝向或背向噴嘴接合 器64移動。同時，喷射水泵72會將水或是其他種類的清 洗液加壓，並經由第6圖中喷嘴接合器64的流通水道Μ 注入噴嘴本體42的圓形進水室46以及多個射出室5〇中； 之後經過加壓的水或清洗液會分別經由各個射出篩孔54射 出射出至5 0，形成多條的喷射水柱§ 〇，射向並接觸晶圓7 6 j的薄膜77。其中，喷射水泵將水或其他種類的清洗液加 壓通過流通水道66的壓力一般大約為5 mpa。 喷射水柱80自噴射清潔噴嘴射出時最少會產生大約5〇 kg/cm的水壓。當晶圓架86帶動晶圓平臺84及旋轉中的 曰曰圓76沿著箭頭88所指示的方向做移動時，喷嘴接合器 64會規律地以支撐架74為軸來回地橫向轉動，用以使射出 之嘴射水柱80於晶圓76的薄膜77表面形成多條平行的橫 貫曲線執跡82。此多條曲線軌跡82會在噴射水柱8〇不斷 的作用下而連繽成形並遍佈晶圓76上薄膜77表面最少一 半的區域。如第7圖所示，晶圓架86的水平前移距離一般 都會相等於晶圓76的半徑長度。 另外，晶圓架86的前移距離也可以與晶圓76的直徑 12 1268807 長度相同’在這種情形之下’此多道噴射水柱8G在喷嘴接 合器64每一次來回轉動之後所形成的多條軌跡82,要能遍 佈於旋轉晶圓76上整個薄膜77的表面區域。另外，也可 以在遍佈於晶K 76多個區域的薄膜77上形成多條軌跡 82，並視需求來決定形成次數為一次或多次。 利用多條軌跡來取代單條執跡散佈在晶圓％上的薄膜 的方法’可使喷嘴接合器64在做橫向來回轉動時能夠有 效地使射出的水或是其他種類的清洗液分散在整個薄膜W 表面上。如此，大大地提昇了晶圓76上的微粒子清除效果， 否則在晶圓76的中心78可能會殘留一些因離心力減弱而 殘留的微粒子。f | % 立,丨m I ^ , i 、 卞炅進步來說，利用此方法來進行的洗滌 清潔作業的效率可有效地被加強，使晶圓76上的微粒子可 在一個洗蘇週期之内，一般約為45秒，被徹底地清除，如 此晶圓洗滌的週期時間就不會常有不必要的延長或倍增， 晶圓的生產效率也得以提高。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍βf可作各種之更動與潤冑，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 ， 【圖式簡單說明】 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 …員易If，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 13 1268807 第1圖為傳統晶圓洗滌裝置清洗晶圓之部分侧視圖； 第1A圖為傳統具有單射出篩孔之喷嘴接合器 潔噴嘴示意圖； 曰。第2圖為自單射出篩孔之喷射清潔喷嘴之射出水柱於 晶圓表面所形成之弧形執跡俯視圖； 之

第3圖為本發明之具有多噴霧篩孔之噴射清潔 透視分解圖； 、角 之 二第4圖為本發明之具有多喷霧蒒孔之噴射清潔噴嘴 如視圖； 之 第5圖為本發明之具有多喷霧篩孔之噴射清潔噴 设視圖； ^ 第6圖為本發明裝設於喷嘴接合器上 孔之噴射清«嘴之橫截面圖；減 ^射㈣ 〜第7圖為本發明裝置於晶圓洗丨條裝置上之具有夕 篩孔之嘴射清潔喷嘴之示意圖。 〆、夕射出 【主要元件符號說明】 10矽晶圓 14晶圓中心 17 晶圓平臺 26 噴嘴接合器 28支撐架 32 射出篩孔 8 傳統晶圓洗滌裝置 12 弧形軌跡 16晶圓架 22 噴射水柱 27進水端 3 0 喷嘴 1268807

40 噴射清潔喷嘴 42 喷嘴本體 44 圓柱基材部分 45 後端表面 45a 前端表面 46 進水室 48 圓頸部分 49 環狀凸緣 49a 環狀凸緣斜角 50 射出室 52 射出室前内壁 54 射出f币孔 56 射出凹槽 58 密封凹槽 60 密封墊 62 晶圓洗滌裝置 64 噴嘴接合器 66 流通水道 68 出水端 70 進水端 72 喷射水泵 74 支撐架 76 晶圓 77 薄膜 78 晶圓中心 80 噴射水柱 82 曲線執跡 84 晶圓平臺 86 晶圓架 88 晶圓架移動方向

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Claims (1)

1268807 十、中讀鼻利範圍 L 一種噴射清潔噴嘴裝置，至少包含： 一喷嘴本體； ^個射出室’配置於該喷嘴本體之中；以及 通道 7固射出篩孔’分別與該些射出室形成一液體流鸯 0

2.如申請專利範圍第i項所述之噴射清潔喷嘴裝 置，更包含-進水室配置於該㈣本體中，其中該進水室 與每一該些射出室間形成一液體流動通道。 3.如申請專利範圍第丨項所述之噴射清潔喷嘴裝 置，更包含一射出凹槽配置於該喷嘴本體中，其中該些射 出篩孔分別延伸於該些射出室與該射出凹槽間。 4·如申請專利範圍第3項所述之噴射清潔喷嘴裝 置，更包含一進水室配置於該喷嘴本體中，其中該進水室 與每一該些射出室間形成一液體流動通道。 5·如申請專利範圍第1項所述之噴射清潔噴嘴裝 置，其中該些射出篩孔之直徑長度位在0·075公厘至〇5 公厘的範圍之間。 1268807 6.如申請專利範圍第5項所述之嗔射清潔喷嘴裝 置，更包1 2 3—進水室配置於該喷嘴本體中，其中該進水室 與母 4二射出室間形成一液體流動通道。 7·如人申請專利範圍第5項所述之噴射清潔喷嘴裝 置，更^ & 一射出凹槽配置於該喷嘴本體中，其中該些射 出篩孔分別延伸於該些射出室與該射出凹槽間、。以二、 8·如申請專利範圍第7項所述 1射清潔喷嘴裝 置，更—進水室配置於該噴嘴本體中，其中嗲 與每一該些射出室間形成一液體流動通道。 、至 9. 一種噴射清潔噴嘴裝置，至少包含： 一喷嘴本體； 複數個細長圓柱形狀之射出室，其中訪此 行地配置於該喷嘴本體之中；以及 μ ~、出室係’ 複數個射出篩孔，分別與該些射出 通道。 小成一液體流鸯 潔喷嘴 1 〇·如申請專利範圍第9項所述之 、太、 2 置’更包含一圓形的進水室配置於該噴嘴本體；潔：: 進水室與每"'該些射出室間形成 3 11 ·如申請專利範圍第9項所述之噴射清 l2688〇7 該 := 二:===r 公厘H 篩孔之直徑長度位在0.075公厘至0.5 A厘的範圍之間。 置二利範圍第9項所述之嘴射清潔喷嘴裝 室中，並且該^ ^錐t之前内壁形成於每-該些射出 前内壁。出師孔分別延伸穿過該射出室之該錐狀 裝置:4更=:圓專利範圍第13項所述之噴射清潔喷嘴 進水室與每一2形進水室配置於該喷嘴本體中，其中該 Z二射出室間形成一液體流動通道。 該些射出筛孔分别延伸於該些射出室與該射出 裝置利範圍第14項所述之噴射清潔喷嘴 二 13形射出凹槽配置於該噴嘴本體中，其中 凹槽間 18 種噴射清潔噴嘴裝置

12^8807 I /. 至少包含· ^噴嘴本體’其中該喷嘴本發包含4材部分與一自 該基材部分延伸而出之圓頸部分； 、 複數個細長圓柱形狀之射出 印至，其中該些射出室係 行地配置於該噴嘴本體之中；以及 ’、丁 複數個射出筛孔’其中該些射出筛孔皆至少穿過部八 之該圓頸部分’並分別與該些射出室形成一液體流動： 道0 18·如申请專利範圍第17項所述之喷射清潔噴嘴 裝置，更包含一圓形進水室配置於該喷嘴本體之該基材部 分中，其中該進水室與每一該些射出室間形成一液&流動 19·如申請專利範圍第17項所述之喷射清潔噴嘴 裝置，更包含一圓形射出凹槽配置於該喷嘴本體之該圓顇 部分中並以一凸緣做為該射出凹槽之邊緣，其中該些射出 篩孔分別延伸於該些射出室與該射出凹槽間。 20·如申請專利範圍第17項所述之噴射清潔噴嘴 裝置，其中該些射出篩孔之直徑長度位在0 〇75公厘至〇 5 公厘的範圍之間。 19