TWI315081B - A method and apparatus for cleaning semiconductor substrates - Google Patents
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Description
1315081
玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於用於清潔半導體基材之方法與設 【先前技術】 積體電路係形成在半導體晶圓上。接著，晶圓被 (或”單一化”或”晶粒化”）為微電子晶粒，亦稱為半 晶片，每一晶片具有一個別的積體電路。然後，每一 體晶粒被安裝至一封裝（pack age)、載體、或基材上。 封裝常常接著被安裝至一主機板上，該主機板在之後 被裝設進一電腦系統中。 製造積體電路的過程可包括許多步驟，例如形成 刻不同半導體、絕緣體與導電性層。在製造積體電路 程中，晶圓表面亦可以在完成積體電路之前於不同時 被清潔。一種用於清潔晶圓的普遍方法即為”旋轉 (spin cleaning)’’ ° 旋轉清潔包括了分配一清潔溶液至晶圓上，並且 該晶圓以移除該溶液。典型地，為了有效地清潔晶圓 圓必須歷經一些旋轉清潔”動作（passes)”。於每一次Λ 一相當大量的溶液（有時候超過3 0 0毫升）則在晶圓 時被分配至該晶圓上。 用以清潔晶圓之溶液有時候是非常昂貴的，尤其 以清潔銅與低介電常數表面之溶液。因此，製造商常 每一動作中回收或再循環該清潔溶液，使得清潔溶液 切割 導體 半導 該些 又能 且蝕 之過 間點 清潔 旋轉 ，晶 丨作， 旋轉 是用 常自 能夠 5 1315081 再使用於一後續的動作中。 為了避免昂責沾、主& 兄卩貫的凊潔溶液被污染，僅有一種蜇式溶液 能夠被使用於每一動你士 Η ML· 勒作中。最近，多水平旋轉清潔設備已 經被設計成在不同皮i ^ ββ * J水千之間移動基材，使得單一設備能夠 以一些不同溶液來清潔基材且將其全部回收而不致污染。 然而k』回收系統是複雜的且昂責的。此外，當晶圓之 兩面需要不同型式清令，.六、冰。士 潔冷液時，晶圓仍舊必須歷經一額外 的旋轉清潔程序》 再者，即使於—_ 〇 呀間點，、有使用一清潔溶液且被回 收，因為溶液自所被清潔的丧而I & 系的表面攜帶污染物使得發生污 染，造成了當基材在每一 動作暴露於些微不同的化學溶 液時有不一致的化學作用。 【發明内容】 本發明提供用於清潔一半導 导骽基材之一方法與設備。 Λ、 千等體基材（該半導體基材具有一表 面）與分配一半導體基材處 * . , ^ ^ 趙之量至該半導體基材之 ,1 +導體基材處理液體之量 鐾練其奸考里使件實質上沒有該半 導體基材處理液體流出該半導體 材處理液體形成益立在該半導體…表面。料導體基 千导體基材表面上之―激液。當 該半導體基材處理液體位於該半導體某 / 體某姑在妯始姑 土材表面上時該半導 體基材係被碇轉，使得在旋轉期間 理达躲#路士旦" 貝上該半導體基材處 理液體之所有量係留置於該半導體基 U、表面上。 6 1315081 與一基材支樓座22。基材支撐轴20可以垂直地延伸通過 一室壁12之一較低片段，且基材支撐座22可以貼附至基 材支撐軸20之一較上方的末端。基材支撲軸20亦可以將 基材支撐座22在不同速率下（例如介於lrpm與300rpm 之間）圍繞著其一中央軸旋轉。
如第1圖與第2圖所繪示者’基材支撐座；22可以包括 有支樓構件24與電能變換器（transducer) 28，其中該些 支撐構件24係自該基材支撐座22之一外緣向上延伸，而 該些電能變換器28係嵌入於基材支撐座22内。—支撲液 體渠道26可以垂直地穿過基材支撐座22與基材支撐軸2〇 之一中央部份。 雖然沒有詳細地繪示出，但是必須瞭解的是，支撐液 體渠道26可以連接至不同半導體基材處理液體之供給品。
請再參閱第1圖，分配件組16可以貼附至室壁i之一 側部的-較高部份’其中該側部係相對於基材狹縫Μ。分 配件組16可以包括有—分配手f 3G與—分配頭^分配 手臂30可以旋轉地連接至室壁12以將 於分配頭32不是位於某材〇 移動 、基材支撐座22上方的一位置與分配 頭32疋懸吊於基材+樘 ^ 7 支撐座22上方的一位置之間。分配頭 32可以貼附至分配 碩 噴嘴34與第二噴嘴末端，並且可以包括第- .性 。雖然沒有詳細地繪示出，但是必 準道.車 34與第二噴嘴36亦可以經由液體 渠道連接至不同半或骑奋抑 準道 導體處理液體之供給品，其中該些液體 渠道係穿過分配手臂3 〇。 8 1315081 呷情髀溆一未 〜吵认w %埤所熟知之具有 »己it體與一處理器之一電腦型 直 存一 Λ ，、中该記憶體係用以儲
2、“"’而該處理器係連接至該記憶體以執行該些指 文。錯存在記憶體中的指令可以包括有一方法，盆中該方 法包括噴灑-相當低之溶液量至基材支撲I 22 = 一 =材 上、旋轉基材支推座22於_相當低的速率，使得溶液^流 出基材外之前得以被分配於基材上。電腦控制操作^ η 可以電性地連接至基材支樓件組14與分配件組Μ… 其所有不同構#，以及能夠被用以控制且協調旋轉种 室10之不同操作。 請參閱第3A圖，在操作時，一半導體基材38 (例如 具有例如200或3 00公釐直徑之一半導體晶圓） 2 • 』Μ被傳 送而經過基材狹缝18、位於基材支撐座22 yj 且直接 地落於支撐構件24上<半導體基材38可以具有—上夺 4〇 (或一”元件”表面）、一下表面42 (或一，，背面，，或，= 件”表面）、與一中央軸44。半導體基材38之上表面4〇。 以具有例如暴露出的銅或低介電常數介電質之部 切’例如 摻雜碳之氧化物、一摻雜氫或氧之氧化矽、或 介電常數介電質。半導體基材38之下表面42 如暴露出的珍之部份。 —有機之低 可以具有例 雖然沒有詳細地繪示出，半導體基材3 8可以 — I 疋位 (wedged ) ’’於支撐構件24之間，使得十央軸44在 饰位於 基材支撐座22之一中央部份上方，並且支撐構件24可以 避免半導體基材38側向地移動於基材支撐座22 <遭緣之 9 1315081 . 間。如第Μ圖所繪示者，一間隙46係位於半導體基材38 之下表面42與基材支撐座22内之電能變換器（transducer) ' 28之間。 請再參閱第3A圖，在半導體基材38已經被放置於基 * 材支撐座22上之後，分配手臂30可以旋轉而使得分配頭 32懸吊於半導體基材38上方而處於第—位置。尤其，分 配頭32可以懸吊於半導體基材38上方而使得第一喷嘴34 響直接地位於半導體基材38之主要軸44上方。 如第3B圖所繪示者，基材支撐轴2〇可以接著將基材 支撐座22中央軸44旋轉。基材支撐座22與半導體基材 38可以被旋轉於第一、相當低的速率（例如低於iUpm或 低於5〇rpm)。在一實施例中，第一速率可以低於3〇rpm， 例如 1 5 rpm。 在基材支撐座22旋轉已經開始於一低速率之後，第一 半導體基材處理液體48可以被自第一噴嘴34喷灑至半導 體基材38之上表面40。第一半導體基材處理液體48可以 ♦ 為適用於清潔半導體基材38的上表面部份，其中該上表面 部份具有暴露的鋼或低介電常數介電質，例如由ATMI製 造之 ST-250、由 Air Products 製造之 ACT NE-14、或由
Kanto製造之LK-1、或其他適當的清潔溶液。 ·· 當第一半導體基材處理液體48離開第一噴嘴34時， 液體48可以為微粒型式’其中該微粒係以一實質上平整方 式被實質上地喷灑於半導體基材38之整個上表面4〇β半 導體基材38圍繞著中央軸44之旋轉可以進一步地增加第 10
1315081 一半導體基材處理液體48之分佈平整度。第一半導 處理液體4 8可以被喷灑持續一相當短的時間，例如 秒與5秒之間。所被噴灑到半導體基材3 8之上表3 的第一半導體基材處理液體48之量可以為相當少， 於100毫升，尤其是低於30毫升。在一實施例中， 體基材3 8為直徑約3 0 0毫米之一晶圓時，所被分配 面40上的第一半導體基材處理液體48之量可以j 毫升。 請再參閱第3B圖，在喷灑第一半導體基材處 48之前、過程中、或之後，第二半導體基材處理只 可以經由支撐液體渠道26而被注入基材38下方的 中。第二半導體基材處理液體50可以為氫氧化氨與 氫之一混合物、或其他適當的清潔溶液。 如同第3C圖所繪示者，在第一半導體基材處 48已經被分配到半導體晶圓3 8上之後，第一半導 處理液體48之灘液52可以矗立在半導體基材38之 4 0。灘液5 2可以具有例如介於約1 0 0微米與2 0 0微 的一厚度。如第3C圖所繪示者，灘液52可以實質 蓋住半導體基材38之所有上表面40。因為相當少 體48被分配到半導體基材38之上表面40上，而且 基材38之旋轉速率相當低，以及灘液52内液體的 力，因此所有或實質上所有灘液52内液體48留置 清潔半導體基材38之上表面40。換句話說，實質 有灘液5 2内液體流出基材3 8外。 π 體基材 介於3 i 40上 例如低 當半導 到上表 |約 15 理液體 I體50 間隙46 過氧化 理液體 體基材 上表面 米之間 上地覆 量的液 半導體 表面張 於並且 上並沒 1315081 請再參閱第3C圖，當坌_ 填 導 38 補 液 材 棄 3 8 液 10 立 率 使 〇 接 被 處 入 以 表 Ί弟—+導體基材處理液體5〇 滿間隊4 6時，電能變拖哭1。1 他變換器28可以被啟動而經由第二半 趙基材處理液體5〇傳送高聲立 ± ^ ^ 笨a犯置以清潔半導體基材 之下表面42。高磬音能县· , 同耸曰此量亦可以傳遞通過基材38，並且 助清潔上表面4〇β如同所繪示 s下嘗，第二半導體基材處理 體50到達基材支撐座22 <外錚部份時，第二半導體基 處理液體50能夠流出基材支 土刊又惲座22之邊緣且可被廢 掉’如該技術領域中所—般瞭解者。 請再參閲第3C圖，灘涪^ /難及52旎夠矗立於半導體基材 之上表面 4 0而持續一掊々从Ba K符久的時間》在一實施例中，灘 52可以矗立且清潔半導體基 ▼取丞何38之上表面4〇而持續 私或甚至30 基材支撐座軸2〇可以在灘液留置矗 在半導體基材38之上表面4G的整個時間持續以第_速 旋轉基材支撐座22。 ,如第4A圖所繪示者’分配手臂3〇可以接著旋轉， 得分配頭32懸吊於第二位置而位於半導體基材38上方 尤其，分配頭32可於此時被懸吊而使得第二噴嘴36直 地位於半導體基材38之中央軸44上方。如第4B圖所示 第三半導體基材處理液體54可以接著自第二喷嘴36而 分配到半導體基材38之上表面40上。第四半導體基材 理液體56亦可以於約同時經由支撐液體渠道26而被導 間隙46中。第三與第四半導體基材處理液體54、56可 為例如去離子水以潤濕半導體基材38之上表面4〇與下 面 42。 ' 12 1315081 測試中，當基材被旋轉於1 5r pm時，200毫升氫氟酸溶液 係被分配到基材上持續超過3 0秒，係造成每分鐘丨2 6 7 '6: '—.- 埃（A/min )之蝕刻速率。在第二測試中，當基材被旋轉 於225 Orpm時’ 200毫升氫氟酸溶液係被分配到基材上持 續超過3 0秒’係造成1 5 1 A / m i n_之姓刻速率。在第三測試 中’當基材被旋轉於15rpm時’ 14毫升氫氟酸溶液係被分 配到基材上持續超過2秒且允許被矗立在基材持續2 8秒， 係造成1 3 3.72A/min之蝕刻速率。在第四測試中，當基材 被旋轉於15rpm時’ 20毫升氫氟酸溶液係被分配到基材上 持續超過3秒且允許被矗立在基材持續27秒係造成 之姓刻速率。在第五測試中’當基材被旋轉 於15ΓΡΠ1時，27毫升氫氟酸溶液係被分配到基材上持續超 過4秒且允許被矗立在基材持續％秒，係造成4〇A/min 之餘刻速率。在第六㈣巾，當基材被旋轉於⑸P時， 27毫升氫氟酸溶液係被分配 、 配到基材上持續超過4秒且允許 被矗立在基材持續56秒’係造成173.1〇A/min之蝕刻速率。 因此上實驗所顯示者’能肖使用較少量溶液且 為農液益立於基材上炎辨士 何上采增加化學活性（蝕刻速率）》 其一優點即為，當將洛 册看潔溶液的量最小化時，需要大
量清潔溶液的清潔牲g•矣I 、， 表面之效率係被改善了，藉以減少 積體電路之製造成本。另—傷& μ a Φ , 優點即為’旋轉清潔設備不需 要一系統以回收渣、·智：贫、沐 ,液。因此，製造旋轉清潔設備的成 本传以降低，進一舟地隊把 遇步地降低了積體電路之製造成本。又一 優點即為，半暮練|_^ 土材之兩面皆可以在—次動作中被清 14
1315081 潔，如果有需要的話可使用不同化學藥劑。因此，需 理每一基材的時間得以減少。又再一優點即為，因為 溶液不需要被回收，污染的風險得以降低。又再一優 為，被使用在上表面與下表面的處理液體係完全地被 開，使得欲被回收之下表面液體不被上表面液體所污 又再一優點即為，因為上表面之液體不需要被回收， 體可以被使用於每一基材，因此當每一基材被暴露於 的化學性時能提供一致性的化學性。 雖然示範性實施例已被描述且被顯示於隨附的 中，必須瞭解的是，該些實施例僅為說明解釋用且不 制本發明，並且本發明不受限於所顯示與描述的特定 與配置，這是因為對於熟習該技術領域之人士可以進 更。 【圖式簡單說明】 本發明係經由實施例與所伴隨之圖式而被描述，4 第1圖係為一半導體基材處理設備之一截面圖， 該半導體基材處理設備包括有一基材支撐件組與一分 組； 第2圖為基材支撐件組之一截面圖； 第3A圖為類似於第1圖半導體基材處理設備的 面圖； 第3 B圖與第3 C圖為基材支撐件組與分配件組之 圖，係繪示出半導體基材處理設備之操作； 處 清潔 點即 分離 染。 新液 同樣 圖式 會限 結構 行變 一中： 其中 配件 一截 截面 15 1315081 第4A圖為類似於第3A圖半導體基材處理設備的一載 面圖；以及 第4B圖與第4C圖為基材支撐件組與分配件組之截面 圖，係繪示出半導體基材處理設備之操作。 【主要元件符號說明】
10 半導體基材處理設備、旋轉清潔腔室 12 室壁 14 基材支撐件組 16 分配件組 17 電腦控制操作台 18 基材狹缝 20 基材支撐軸 22 基材支撐座 24 支撐構件 26 支撐液體渠道 28 電能變換器（transducer) 30 分配手臂 3 2 分配頭 34 第一喷嘴 36 第二喷嘴 38 半導體基材 40 上表面 42 下表面 16 1315081 44 中央軸 46 間隙 48 第一半導體基材處理液體 50 第二半導體基材處理液體 52 灘液 54 第三半導體基材處理液體 56 第四半導體基材處理液體
17
Claims (1)
- 1315081 拾、申請專利範圍： 1. 一種用於清潔一基材之方法，至少包含： 以一基材支撐座來支撐一基材，該基材具有一上表面 與一下表面； 分配一第一基材處理液體之一第一量至該基材之該上 表面上；分配一第二基材處理液體之一第二量至介於該基材之 該下表面與該基材支撐座間的一間隙； 以第一速率旋轉該基材，使得該第一基材處理液體覆 蓋住該基材之實質所有該上表面，並且沒有該第一基材處 理液體流出該基材之該上表面，以及該第二基材處理液體 流出該基材支撐座之邊緣。 2.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一基材處 理液體之第一量係低於100毫升。 3.如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該第一基材處 理液體之第一量係低於30毫升。 4.如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該第一基材處 理液體形成矗立在該基材表面上之一難液（a standing puddle) 〇 18 1315081 5 .如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該矗立的灘液 深度介於約1 〇 〇微米至2 0 0微米之間。 6.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一速率低 於 1 00 rpm 〇7 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一速率低 於 50 rpm 0 8.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一速率低 於 3 0 rpm。 9.如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含在一選定的 時間量之後，自該基材之該上表面移除該第一基材處理液 體。 1 〇.如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該選定的時 間量為高於1 0秒。 11.如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該選定的時 間量為高於30秒。 1 2.如申請專利範圍第9項所述之方法，其中自該上表面 19 1315081 移除該第一基材處理液體的步驟包含： 分配一第三基材處理液體之一第三量至該基材之該上 表面上；以及 以第二速率旋轉該基材。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中該第三量係 高於該第一量，並且該第二速率係高於該第一速率。1 4.如申請專利範圍第1 3項所述之方法，其中該第三量係 高於200毫升，並且該第二速率係高於2 00 rpm。 1 5.如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中該第一基材 處理液體係為一基材清潔溶液，並且該第三基材處理液體 係為去離子水。1 6.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該基材為一 晶圓，該晶圓直徑小於或等於約300毫米。 17.如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含施加高聲 音能量至該基材。 1 8. —種用於清潔一基材之方法，至少包含： 支撐一基材，該基材具有一上表面與一下表面； 20 1315081 分配一第一基材處理液體之一第一量至該基材之該上 表面上； 分配一第二基材處理液體之一第二量至該基材之該下 表面下方的一間隙； 以第一速率旋轉該基材，使得在旋轉期間該第一基材 處理液體之實質所有第一量係留置於該基材之該上表面 上；以及回收該第二基材處理液體，其中該第二基材處理液體 沒有被該第一基材處理液體污染。 19.如申請專利範圍第18項所述之方法，其中該第一速率 係低於100 rpm。 2 0.如申請專利範圍第1 8項所述之方法，其中該第一速率 係低於5 0 rpm。 2 1.如申請專利範圍第1 8項所述之方法，其中該第一速率 係低於3 0 rpm。 2 2.如申請專利範圍第1 8項所述之方法，其中該第一基材 處理液體之第一量係低於100毫升。 2 3.如申請專利範圍第1 8項所述之方法，其中該第一基材 21 1315081 處理液體之第一量係低於3 0毫升。 24.如申請專利範圍第1 8項所述之方法，更包含： 分配一第三基材處理液體之一第三量至該基材之該上 表面上；以及 以第二速率旋轉該基材，該第二速率係高於該第一速 率〇2 5 .如申請專利範圍第1 8項所述之方法，其中該基材為一 晶圓，該晶圓直徑小於或等於約3 00毫米。 26.如申請專利範圍第24項所述之方法，其中該第一速率 係低於30rpm且該第二速率係高於200 rpm。 2 7.如申請專利範圍第24項所述之方法，其中該第一量係 低於30毫升且該第三量係高於200毫升。 2 8.如申請專利範圍第1 8項所述之方法，其中該第一基材 處理液體之第一量形成A立在該基材之該上表面上之一難 液，該矗立的灘液之深度介於約1 0 0微米至2 0 0微米之間。 2 9.如申請專利範圍第24項所述之方法，其中該基材直徑 約3 0 0毫米，該第一量約為15毫升，該第一速率約為1 5 22 Γ315081rpm，並且該方法更包含在以第二速率旋轉該基材之前允 許該第一基材處理液體矗立在該基材表面上持續至少 20 秒。 3 0.如申請專利範圍第1 8項所述之方法，更包含施加高聲 音能量至該基材之該下表面。 23
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