TWI390618B - 用於清洗半導體晶片的方法和裝置 - Google Patents

Description

用於清洗半導體晶片的方法和裝置

本發明一般而言關於用於濕法清洗和調整半導體晶片表面的方法和裝置，更具體地說，關於一種方法和裝置，使用有排水出口的轉盤把多種清洗溶液分配到分離的循環管內，從而對清洗溶液進行循環利用或回收，並將清洗溶液之間的交叉污染控制到最小。

半導體元器件是在半導體晶片上使用多個不同的處理步驟進行製造和生産，從而製造電晶體和互連元件。爲了把電晶體終端連接到半導體晶片上，可在電介質材料上製作導電(例如：金屬)的溝槽、通孔等結構，形成半導體元器件。溝槽和通孔連接著電晶體間、半導體元器件的內部和外部電路之間的電信號和電流。

在形成互連元件的過程中，半導體晶片可能經過例如：光罩，蝕刻和沈積等處理，從而形成半導體電晶體和所需要的電子電路，來連接這些電晶體終端。具體而言，可執行多次光罩、離子植入、退火和等離子蝕刻、以及化學以及物理氣相沈積步驟來形成窄溝槽、電晶體阱、柵極、多晶矽線路以及互連線路結構。在每個步驟中，顆粒和污染物都可能被添加到晶片的正面和背面。這些顆粒和污染物可導致在晶片表面產生缺陷從而降低積體電路元件的良率。爲了去除顆粒和污染物，多年來一直使用濕法 清洗槽設備。一濕法清洗槽設備能連續地在多個的清洗槽中同步處理一批晶片(一般爲25個晶片)。在兩個清洗槽之間，需將處理過的一批晶片沖洗乾淨以去除所有來自於前一批清洗槽的殘餘清洗溶液。在一濕法清洗槽設備中，在晶片的空隙之間的清洗溶液的流動速率相對較低，因此清洗效率尤其是對於小顆粒的清洗效率會受到限制。由於對每個清洗步驟的時間要求都是不同的，難以控制將一批晶片從一個清洗槽轉移到另一個清洗槽的等待時間，因此較高的處理偏差也在所難免。更進一步來說，對批式處理的過程而言，對同一批晶片的處理過程中，兩個晶片之間的交叉污染是不可避免的。由於晶片尺寸大至300mm，而其製造技術節點提高至65nm或者更小，因此使用傳統的濕法清洗槽的方法不再能有效和可靠地從晶片上清除顆粒和污染物。

單晶片清洗設備已經成爲清洗晶片的一種選擇。單晶片清洗設備一次僅在一清洗模組內處理一片晶片，依次在其表面注入多種清洗溶液並使用去離子水在清洗溶液之間進行沖洗。採用單一晶片處理器有利於精準地控制晶片旋轉和清洗溶液噴灑的時間，並消除晶片之間的交叉污染。爲了節省清洗溶液，並且減少對於廢棄的化學物質處理的成本，就需要回收或重復使用那些清洗溶液。然而，因爲所有的清洗步驟都是在一個清洗腔內進行的，因此循環使用或回收那些清洗溶液並把交叉污染控制到ppm數量級內就成爲了一個挑戰。交叉污染越少，那麼它對清洗 處理的影響就越少，清洗溶液的使用壽命也就越長。

因此需要一種有力並能精確控制的清洗溶液循環使用或回收的方法，從而減少清洗溶液間的交叉污染，並延長循環使用或回收的清洗溶液的壽命。

本發明的一個實施例揭示了具有轉盤的清洗腔，該轉盤具有排水出口。該轉盤在電動機的作用下圍繞著其中心軸旋轉，從而使得排水出口移動到位於轉盤下面指定的接收器處。藉由把排水出口安置在接收器的正上方，轉盤所收集到的清洗溶液就能被引導入指定的接收器中。

本發明的另一個實施例是揭示了一清洗腔，該清洗腔具有備有多個接收器的轉盤，用於收集清洗溶液。所述轉盤環繞著其中心軸旋轉，使得清洗腔的排水出口選擇性地對準轉盤的每一個接收器的上方。將接收器置於清洗腔的排水出口的正下方，從而將清洗腔收集到的清洗溶液導入指定的接收器中。

本發明的另一個實施例揭示了備有轉盤的清洗腔，該轉盤具有多個用於收集清洗溶液的接收器。該轉盤藉由一平動機構橫向地移動，使得清洗腔的排水出口選擇性地對準轉盤的每一個接收器的上方。將接收器置於清洗腔的排水出口的正下方，從而將清洗腔收集到的清洗溶液導入指定的接收器中。

本發明的另一個實施例揭示了具有快速傾瀉能力的出 水口。在出水口和接收器之間的空間由一空氣膨脹密封件密封，且轉盤內的沖洗液能快速地被連接在接收器上的泵抽去。

本發明有許多的不同形式的實施例，它們會在附圖以及特定的實施例中進行詳細地描述。需要理解的是，本說明書是對於本發明的原理作示例性的表述，並不是將本發明的範圍限制在此處描述的特定的實施例中。

通常要求半導體基材的表面在清洗過後必須具有特定的屬性。其中一個例子是在後續的對於電介質層或金屬層進行化學機械研磨的過程中修改基材的表面使其具有親水性。常常在清洗溶液中加入表面調整劑，使得清洗和表面調整可在同一個處理步驟中完成。在本發明中，對半導體基材表面的清洗和調整可用一種混合溶液或分別用幾種單獨的溶液完成，在下面的描述中，術語“清洗溶液”是指液體或液體混合物，它們能有效地將雜質從半導體基材表面去除，或把基材表面調整成所要求的屬性，或同時具有這兩個功能。

圖1A至圖1E示出根據本發明的半導體基材或晶片清洗設備的一示例性實施例的細節，該清洗設備採用一可旋轉的轉盤。該晶片清洗設備包含由第一旋轉驅動機構1016驅動而旋轉的夾盤1000；處理室1002；具有排水出口1009的轉盤1008，該轉盤1008由第二旋轉驅動機構1018驅 動而旋轉；用於從旋轉著的晶片1001周圍截取使用過的清洗溶液並將其導入轉盤1008的覆蓋物1006；多個清洗溶液接收器1014；以及用於驅動覆蓋物1006上下運動的驅動裝置1020。旋轉轉盤1008可將清洗溶液接收器1014和轉盤1008的排水出口1009對準。處理室1002具有排水出口1010，用於排放廢棄的清洗溶液。圖1A所示的半導體基材清洗設備配備(但不限於)一噴嘴1003，用於注入清洗溶液。

需要理解的是轉盤1008可用於截取用過的清洗溶液，或者說並不是所有使用過的清洗溶液都需被收集，且在圖1A-1E中的覆蓋物1006是可選的。在另一個實施例中，轉盤1008和夾盤1000可圍繞同一軸線或兩根不同的軸旋轉，且驅動裝置1020可以是一氣缸。在另一個實施例中，所述半導體基材清洗設備可包含一個清洗溶液接收器1014，用於僅僅循環利用或回收一種清洗溶液。

使用圖1A-1E中所顯示的清洗設備清洗一晶片1001的整個清洗處理工藝包含以下步驟：用機械臂把半導體基材1001裝載到夾盤1000上；使用至少一種清洗溶液實施至少一個清洗循環；乾燥半導體基材1001；把半導體基材1001從夾盤1000上卸載下來；其中假設在整個清洗處理工藝中要使用N種清洗溶液，所述清洗循環包含下述步驟，其中N和I是整數，且N>0，0<I≦N。

根據本發明，多種清洗溶液可用於清洗晶片，且對於 其中的每一種，應用一個清洗循環。對於第I種清洗溶液的清洗循環包括：移動轉盤1008的排水出口1009，使得它與用於收集第I種清洗溶液的接收器1014對準，排水出口1009位於接收器1014的正上方爲佳；在預設定的時間t₁ 內，把第I種清洗溶液注入到半導體基材上；停止注入第I種清洗溶液。

根據一個實施例，該清洗循環進一步包括：移動轉盤1008的排水出口1009，使其與用於收集廢棄的第I種清洗溶液的接收器1014對準；在預設定的時間內，把沖洗液體注入到半導體基材1001上；停止注入所述沖洗液體。

以常規順序清洗一晶片1001的一個例子如下，其中N=2：第一，用驅動裝置1020把覆蓋物1006移動到低的位置；用機械臂(未顯示)將晶片1001裝載到夾盤1000上，如圖1A所示；把覆蓋物1006移動到高的位置，如圖1B所示。

第二，使用第一種清洗溶液實施第一個清洗循環，包括：藉由第一旋轉驅動機構1016旋轉夾盤1000，藉由第二旋轉驅動機構1018旋轉轉盤1008，使得轉盤1008的排水出口1009位於一個接收器1014的正上方，這樣接收器就可以收集第一種清洗溶液，如圖1B所示。在預設定的清洗時間內，用噴嘴1003把第一種清洗溶液持續注入到晶片1001，從旋轉的晶片1001上甩離的第一種清洗溶 液被覆蓋物1006所收集，而後向下流到轉盤1008上且被轉盤1008收集，最終經由排水出口1009被排到接收器1014中。停止注入第一種清洗溶液。旋轉轉盤1008，使得排水出口1009位於另一個接收器1014的正上方以收集廢棄的清洗溶液，如圖1C所示。在預設定的清洗時間內，把去離子水(DI)持續注入到晶片1001上，從晶片1001上甩離的去離子水(DI)被覆蓋物1006所收集，而後抵達轉盤1008，最終經由排水出口1009流入接收器1014。停止注入去離子水(DI)。爲了從排水出口完全去除第一種清洗溶液，本發明中的清洗循環還可包含一個沖洗循環，這將在下文中進行詳細地描述。

第三，用第二種清洗溶液實施第二個清洗循環，包括：旋轉轉盤1008使得排水出口1009位於另一個用於收集第二種清洗溶液的接收器1014的正上方，如圖1D所示。在預設定的清洗時間內，持續注入第二種清洗溶液。停止注入第二種清洗溶液。旋轉轉盤1008使得排水出口1009位於用於收集廢棄的第二種清洗溶液的接收器1014的正上方，如圖1C所示。在預設定的清洗時間內，在晶片1001上持續注入去離子水(DI)，而後停止注入去離子水(DI)。

第四，旋轉乾燥晶片1001並把覆蓋物1006移動到低的位置。

第五，用機械臂從夾盤1000上卸載晶片1001。

本發明清洗設備的一個優點是多種清洗溶液可被循環利用或回收而無需增加清洗腔1002的尺寸。在上述的工 藝步驟中，溶液含有化學物質而不僅是去離子水，例如：在晶片清洗的時候可用表面活性溶液替代去離子水。同時，上述的清洗去離子水可以預先和二氧化碳氣體或其他氣體混合從而提高清洗效率。去離子水的溫度在20℃-90℃之間爲佳。

在一實施例中，使用本發明的清洗設備清洗半導體基材或晶片所用到的清洗溶液包括但不限於下述溶液：1. H₂ SO₄ :H₂ O₂ =4:1，溫度範圍：120-150℃; 2. HF:H2O=1:(50-1000)，溫度範圍：20-25℃; 3. NH₄ OH:H2O₂ :H₂ O=1:(1-2):(5-100)，溫度範圍：25-70℃; 4. HCl:H₂ O2:H₂ O=1:1:(5-100)，溫度範圍：25-75℃。

爲了保持清洗溶液高度純淨，就需要僅循環利用或回收某一部分的清洗溶液，一般來說，已使用過清洗溶液的第一部分不需要被循環利用或回收。循環利用或回收一部分清洗溶液的工藝步驟與上述相似，但清洗循環有一點不同，根據上述的情況，使用第I種清洗溶液的清洗循環包括：旋轉轉盤1008及排水出口1009，使得排水出口1009位於收集廢棄的第I種清洗溶液在接收器1014的正上方，如圖1E和圖1F所示。在預設定的時間t₁ 內，持續注入第I種清洗溶液。預定的時間t₁ 取決於有多少清洗溶液將排掉或者廢棄。旋轉轉盤1008及排水出口1009，使得排水出口1009位於收集和循環利用第I種清洗溶液 的另一個接收器1014正上方，如圖1E所示。在第二段預設定的時間t₂ 內，繼續注入第I種清洗溶液。所述第二段預定時間t₂ 的取決於有多少清洗溶液將循環利用或者回收。

t₁ , t₂ 之間的關係以及清洗溶液循環利用百分比RR的關係式如下：RR=t₂ /(t₁ +t₂ )　　　(1)

可用三通閥1015控制清洗溶液的排放或循環利用，如圖1E所示。在這種情況下，轉盤1008可停留在一接收器1014上，藉由控制接收器1014管道上的閥1015開口以決定排放或重復利用清洗溶液。此處，需要注意的是用於收集廢棄的第I種清洗溶液的接收器和用於收集和循環利用第I種清洗溶液的接收器可以是相同或不同的。

在一可選的實施例中，在轉盤1008上的排水出口1009的數量可多於1個，從而減少排放時間並增加排放效率。

圖3A-3B顯示了根據本發明的在晶片清洗設備中的轉盤的另一個實施例。轉盤3008的形狀被設計成具有尖銳的邊緣，從而使清洗溶液殘餘物不會滯留在轉盤的邊緣上。轉盤3008含有一個排水出口3009、內環形翼3008B和外環形翼3008A，這樣的設計可防止接收器被化合物交叉污染。在沖洗循環中，去離子水可溢出到轉盤3008之外，從而清洗轉盤3008的側壁。翼3008A和3008B可防止溢出的去離子水到達到接收器。

清洗溶液的流速可在範圍1-2標準升/分(slm)之間， 而在沖洗步驟中去離子水的流速可在範圍2-5 slm。爲了增加清洗效率(快速地與殘餘的清洗溶液混合)，去離子水的溫度設置在50-90℃範圍內。

轉盤3008和覆蓋物3006由聚四氟乙烯(Teflon)，聚偏二乙烯氟化物(POLYVINYLIDENE FLUORIDE)，陶瓷和剛玉所組成。表面粗造度在次微米或更小的範圍內。

爲了減少清洗溶液在覆蓋物3006和轉盤3008壁上的殘留物，覆蓋物3006和轉盤3008的表面的附近放置了多個噴嘴3028、3026、和3024。這些噴嘴連接到潔淨的N₂ 的管路。在上述清洗步驟中注入每種清洗溶液之後和注入DI水之後，可藉由那些噴嘴達成N₂ 清洗步驟。

在圖4A-圖4E示出了根據本發明的晶片清洗設備中的轉盤的另一個實施例。該實施例除添加了空氣膨脹密封件4030和支架4032之外，與圖3A和3B所顯示的實施例相似。空氣膨脹密封件4030用於打開或關閉排水出口。爲了增加清洗效率並減少清洗時間和去離子水的用量，先用壓縮空氣(CD空氣)使密封件膨脹，將轉盤4008中充滿去離子水。而後暫停或中斷去離子水，用抽真空或用一個大氣迫使膨脹的密封件4030收縮，從而打開排水出口4009。接著重復上述DI水注滿和排放的步驟，直到轉盤4008被清洗到所需要的程度。

根據圖4C和圖4D，上述提到的清洗步驟的每個清洗循環之後的污染等級的計算(這裹使用H₂ SO₄ 作爲清洗溶液的實例)描述如下。

需要注意的是下面所示出的計算是基於以下的假設：1.濃H₂ SO₄ 完全浸潤在轉盤的塑膠壁(薄膜浸潤)；以平衡時H₂ SO₄ 懸膜厚度(曲率産生的毛細管力等於重力)計算殘餘膜厚度；2. H₂ SO₄ 的排出足夠快，在排放結束時可達到平衡厚度；3.稀釋的H₂ SO₄ 在塑膠壁上不完全浸潤(液滴浸潤)；4.以毛細管長度估算附在塑膠壁上的液滴的最大直徑；5.在任一情況下，如圖4D所示，在水平壁上的殘餘液體的數量是在垂直壁上殘餘液體數量的兩倍；6.充滿過程5秒鐘完成；7.排放過程2秒鐘完成；8.殘餘液體與新注入液體暫態混合；9.清洗溶液和去離子水的溫度是70℃; 10.轉盤的形狀被簡化，如圖4C所示。

計算中所用到的參數如下表所示：

首先算出濃H₂ SO₄ 浸潤膜的平衡厚度。

由於：

液層厚度d爲：

總注入體積爲： π(-)h

總殘餘硫酸體積爲： 2πR ₁ hd +2πR ₂ hd +π(-)h *2d

當殘餘H₂ SO₄ 的體積已知時，可計算在殘餘液體中第一次注入和排放後，H₂ SO₄ 在殘餘液體中的濃度。

在首次注入之後，稀釋H₂ SO₄ 。

表面是被不完全浸潤，且H₂ SO₄ 溶液在壁和底部形成液滴，同時液滴是半球狀的；半球狀液滴的半徑如下：液滴的半徑等於毛細管長度，其中

以殘留液滴的半徑和假設的表面覆蓋率，得到殘餘H₂ SO₄ 溶液的體積。然後計算出液滴中殘餘H₂ SO₄ 的濃度。

在每個沖洗循環之後進行類似的計算，可計算出每次排放之後液滴中殘餘的H₂ SO₄ 的濃度。

在第一次注入和第n次沖洗循環後的結果顯示在圖4E中。用26秒時間完成4個注入和排放清洗周期之後有可能將污染控制到ppm級。

注入和排放沖洗液體(如去離子水)，是一個沖洗循環。然而，可以理解的是對於熟悉相關技術的專業人員而言，從上述的計算中可以得出：無論是哪一種清洗溶液，在經過上述所提到的清洗步驟中，幾次沖洗循環後可能得到ppm級的污染。

需要指出的是，在上述計算中排水過程時間設爲2秒鐘。然而，依靠圖3A所示的使用重力的方法是很難在這樣短的時間(如2秒鐘內)把所有的沖洗液體從轉盤3008中排乾淨。

圖5A和圖5B示出了根據本發明的清洗設備中的排放裝置的另一個實施例。該排放裝置包括空氣膨脹密封件5034、排水接收器5014、接收器出口5036、加壓氣體噴嘴5038和壓縮空氣/真空轉換閥5033。

氣體噴嘴5038所噴射出的N₂ 的壓力爲15-60 psi(磅/平方英尺)。所述排放裝置的工作流程如下所述：旋轉轉盤5008，使得其排水出口5009位於接收器5014和密封件5034的正上方。轉換閥5033切換到壓縮空氣(或CD 空氣)檔。將去離子水注入到晶片上。當去離子水注滿轉盤5008時就停止注入去離子水。打開加壓N₂ 開關形成抽真空效果，把去離子水迅速地吸出轉盤。不斷重復上述注入和排放循環，以此爲基礎，直到殘餘污染物控制到所需要的ppm值。轉換閥5033切換到真空檔，使密封件5034收縮並旋轉轉盤5008，將排水出口旋轉到用於另一種清洗溶液的接收器的正上方。

上述的以氮氣驅動的文丘裹泵(Ventura pump)可被一般的波紋管泵、隔膜泵、轉子泵或者計量泵所取代。密封件5034的材料可以是Viaton、Teflon、或任何其他有化學抗性的材料。

圖5C示出了另一個實施例。在排水接收器5014和在轉盤5008的排水出口5009之間有一間隙。圖5C所示的間隙可以取代圖5A所示出的空氣膨脹密封件5034，且其寬度爲0.1mm-2mm，較佳的是0.1mm-1mm。

圖5D示出了另一個實施例。在接收器5014和環形物5015之間插入彈性波紋管5013。一旦壓力氣體噴嘴5038被打開，那麼環形物5015會因爲在間隙中空氣流所產生的吸引力而自動地升起且間隙的尺寸變爲0。上述的過程將提高將去離子水快速吸出轉盤的速度。

圖2A-2B示出了根據本發明的另一個晶片清洗設備的實施例。所述實施例與圖1A和1B中所示出的設備相似，除了在本實施例中驅動機構2021可使得轉盤2007垂直上升或下降。在裝載晶片2001之前，轉盤2007被移動到低 的位置，如圖2A所示。在裝載晶片2001之後，轉盤2007被移動到高的位置用於收集清洗溶液，如圖2B所示。晶片夾盤2000在電動機2016的作用下旋轉，而轉盤2007在電動機2018的作用下旋轉。圖2A和2B中的附圖標記2002、2009、2010和2014分別對應於附圖標記1002、1009、1010和1014所表示的特徵，因此此處將不再贅述。

圖6A-6B根據本發明顯示了晶片清洗設備的另一個實施例。所述實施例與圖2A和2B中所示出的實施例相似，除了晶片起升盤6042由諸如氣缸的驅動裝置6040驅動。驅動裝置6040將盤6042移動到較高的位置，如圖6A所示；然後晶片6001被機械臂裝載到盤6042上(機械臂未在此處示出)。盤6042移動到較低的位置且把晶片6001裝載到夾盤6000上，如圖6B。圖6A和6B中的附圖標記6002、6007、6009、6010、6014、6016和6018分別對應於由附圖標記1002、1009、1010、1014、1016和1018所表示的特徵，因此此處將不再進行贅述。

圖7A-7B示出根據本發明的晶片清洗設備的另一個實施例。該實施例與圖6A和6B中的實施例相似，除了氣缸7041可將晶片夾盤7000上下移動。氣缸7041將夾盤7000移動到較高的位置，從而藉由機械臂裝載或卸載晶片7001，如圖7A；然後它向下移動到較低的位置再實施晶片清洗處理，如圖7B。圖7A中和7B中的附圖標記7002、7007、7009、7010、7014、7016和7018分別對應於由附圖標記1002、1009、1010、1014、1016和1018所表示的 特徵，在此處就不重復描述。

圖8A-8B示出了根據本發明的晶片清洗設備的另一個實施例。所述晶片清洗設備包括清洗腔8002和排水出口8009、由電動機8016驅動的晶片夾盤8000、起升盤8042、用於驅動起升盤8042上升和下降的汽缸8040、具有多個接收器8014的托盤8046、以及用於旋轉托盤8046的電動機8018。清洗腔8002具有一壁8050，用於防止清洗溶液從托盤8046中溢出。排氣出口8044用於排出化學蒸汽和煙。在用第一種清洗溶液清洗晶片8001之前，將收集循環利用第一種清洗溶液的接收器8014移動到清洗腔8002的排水出口8009的正下方。在用第二種清洗溶液清洗晶片8001之前，將收集循環利用第二種清洗溶液的接收器8014移動到清洗腔8002的排水出口8009的正下方。在用離子水清洗晶片8001之前，將收集廢水的接收器8014移動到清洗腔8002的排水出口8009的正下方。托盤8046進一步包括排水出口8010，用於排放清洗溶液或溢出接收器外的水。接收器8014與彈性管8048相連接，從而適應在托盤8046旋轉的過程中所産生的相對運動或扭曲。爲了最小化這種扭曲運動，所述托盤8046的旋轉角度最大不能大於2/3圈。

在圖8C所顯示出的另一個實施例中，其中膨脹的密封件8030與圖4A中密封件具有相同的功能。

圖9A-9B示出了本發明的晶片清洗設備的另一個實施例。所述實施例與8A和8B中示出的實施例相似，除了具 有多個接收器9014的托盤9046不旋轉而是進行平動，且夾盤能垂直移動，使得機械臂能裝載和卸載晶片9001。托盤9046由電動機9019驅動做平動。所述清洗設備進一步包括位於清洗腔9002內的噴嘴9026。噴嘴9026可將化學物質或水的殘留物吹至排水出口9009。托盤9046進一步包括排水出口9010，以排放溢出接收器的清洗溶液或水。接收器9014連接有彈性管或波紋管9048，從而處理托盤9046在做直線運動中時候的相對運動或相對轉動。圖9A和9B中的附圖標記9016、9019、9041、9044和9050分別對應於附圖標記8016、8018、8040、8044和8050所代表的特徵，因此在這裏也不再贅述。

圖10A-10B顯示了根據本發明的晶片清洗設備的另一個實施例。所述實施例與圖1A和1B中所示出的相似，除了添加了另一個收集盤10004用於收集另一種清洗溶液。收集盤10004可被機械臂抬高和降低，從而裝載或卸載晶片10001。收集盤10004經由彈性管或波紋管10012進一步連接到排水出口。添加收集盤10004的目的是爲了特定地收集一些清洗溶液，這些清洗溶液不能與其他清洗溶液有ppb級(十億分之一)的交叉污染，例如HF清洗溶液。當使用了收集盤10004，那麼覆蓋物被移動到一個相對較低的位置從而覆蓋轉盤10008。夾盤10000以50-1000 rpm的速度旋轉，使得注入晶片10001上的清洗溶液呈放射狀地被甩入收集盤10004中。對於圖10A和10B中的附圖標記10002、10007、10009、10010、10014、 10016和10018分別對應於附圖標記1002、1009、1010、1014、1016和1018所表示的特徵，因此此處不再贅述。

圖11A-11B顯示了根據本發明的晶片清洗設備的另一個實施例。所述實施例與圖2A和2B中所示出的相似，除了添加了另一個收集盤11004用於收集另一種清洗溶液。收集盤11004可被抬高和降低從而裝載或卸載晶片11001。收集盤11004經由彈性管或波紋管11012進一步連接到排水出口。添加收集盤11004的目的是爲了特定地收集一些清洗溶液，這些清洗溶液不能與其他清洗熔液有ppb級(十億分之一)的交叉污染，例如HF溶液。當使用了收集盤11004，那麼覆蓋物被移動到一個相對較低的位置，從而避免清洗溶液的交叉污染。圖11A和11B中的附圖標記11002、11007、11009、11010、11014、11016和11018分別對應於附圖標記1002、1009、1010、1014、1016和1018所表示的特徵，因此此處不再贅述。

圖12A-12B顯示了根據本發明的晶片清洗設備的另一個實施例。所述實施例與圖1A和1B中所示出的相似，但另一個靜止的收集盤12004被用於收集另一種清洗溶液，並在夾盤12000上添加起升盤12042。收集盤12004經由管道12011進一步連接到排水出口。起升盤12042上下移動從而達成晶片12001至夾盤12000的裝載和卸載。添加收集盤12004的目的是爲了收集一些清洗溶液，這些清洗溶液不能與其他清洗溶液有ppb級(part per billion)的交叉污染，例如HF溶液。當收集盤12004收 集清洗溶液的時候，覆蓋物12006被移動到一個相對較低的位置從而覆蓋轉盤12008。圖12A和12B中的附圖標記12002、12009、12010、12014、12016和12018分別對應於附圖標記1002、1009、1010、1014、1016和1018所表示的特徵，因此此處不再贅述。

圖13A-13B顯示了根據本發明的晶片清洗設備的另一個實施例。所述實施例與圖12A和12B中所示出的相似，除了用覆蓋物13006來覆蓋收集盤13008和一部分靜止收集盤13004。當覆蓋物13006位於較低的位置的時候，甩出晶片13001的清洗溶液將主要被靜止的收集盤13004所收集，且附著在覆蓋物13006的外表面上的部分清洗溶液將流到靜止的收集盤13004上。圖13A和13B中的附圖標記13002、13009、13010、13014、13016和13018分別對應於附圖標記1002、1009、1010、1014、1016和1018所表示的特徵，因此此處不再贅述。

儘管本發明是結合上述特定的實施例、示例、例子和應用進行描述的，對於本領域的技術人員來說，很明顯可以對其進行不同的改動和變化而不脫離本發明的範圍。例如，轉盤上排水出口的數量可以多於一個以增加排水的效率或減少排水的時間。

1000‧‧‧夾盤

1001‧‧‧晶片(半導體基材)

1002‧‧‧清洗腔(處理室)

1003‧‧‧噴嘴

1006‧‧‧覆蓋物

1008‧‧‧轉盤

1009‧‧‧排水出口

1010‧‧‧排水出口

1014‧‧‧接收器

1015‧‧‧閥

1016‧‧‧第一旋轉驅動機構

1018‧‧‧第二旋轉驅動機構

1020‧‧‧驅動裝置

2000‧‧‧夾盤

2001‧‧‧晶片

2002‧‧‧清洗腔

2007‧‧‧轉盤

2009‧‧‧排水出口

2010‧‧‧排水出口

2014‧‧‧接收器

2016‧‧‧電動機

2018‧‧‧電動機

2021‧‧‧驅動機構

3006‧‧‧覆蓋物

3008‧‧‧轉盤

3008A‧‧‧外環形翼

3008B‧‧‧內環形翼

3009‧‧‧排水出口

3024‧‧‧噴嘴

3026‧‧‧噴嘴

3028‧‧‧噴嘴

4008‧‧‧轉盤

4009‧‧‧排水出口

4030‧‧‧密封件

4032‧‧‧支架

5008‧‧‧轉盤

5009‧‧‧排水出口

5013‧‧‧波紋管

5014‧‧‧接收器

5015‧‧‧環形物

5033‧‧‧轉換閥

5034‧‧‧密封件

5036‧‧‧接收器出口

5038‧‧‧噴嘴

6001‧‧‧晶片

6002‧‧‧清洗腔

6009‧‧‧排水出口

6010‧‧‧排水出口

6014‧‧‧接收器

6016‧‧‧第一旋轉驅動機構

6018‧‧‧第二旋轉驅動機構

6040‧‧‧驅動裝置

6042‧‧‧起升盤

7000‧‧‧夾盤

7001‧‧‧晶片

7002‧‧‧清洗腔

7009‧‧‧排水出口

7010‧‧‧排水出口

7014‧‧‧接收器

7016‧‧‧第一旋轉驅動機構

7018‧‧‧第二旋轉驅動機構

7041‧‧‧氣缸

8000‧‧‧夾盤

8001‧‧‧晶片

8002‧‧‧清洗腔

8009‧‧‧排水出口

8010‧‧‧排水出口

8014‧‧‧接收器

8016‧‧‧電動機

8018‧‧‧電動機

8030‧‧‧密封件

8040‧‧‧汽缸

8042‧‧‧起升盤

8044‧‧‧排氣出口

8046‧‧‧托盤

8048‧‧‧彈性管

8050‧‧‧壁

9001‧‧‧晶片

9002‧‧‧清洗腔

9009‧‧‧排水出口

9010‧‧‧排水出口

9014‧‧‧接收器

9016‧‧‧電動機

9019‧‧‧電動機

9026‧‧‧噴嘴

9041‧‧‧汽缸

9044‧‧‧排氣出口

9046‧‧‧托盤

9048‧‧‧彈性管(波紋管)

9050‧‧‧壁

10000‧‧‧夾盤

10001‧‧‧晶片

10002‧‧‧清洗腔

10004‧‧‧收集盤

10008‧‧‧轉盤

10009‧‧‧排水出口

10010‧‧‧排水出口

10012‧‧‧彈性管(波紋管)

10014‧‧‧接收器

10016‧‧‧第一旋轉驅動機構

10018‧‧‧第二旋轉驅動機構

11001‧‧‧晶片

11002‧‧‧清洗腔

11004‧‧‧收集盤

11009‧‧‧排水出口

11010‧‧‧排水出口

11012‧‧‧彈性管(波紋管)

11014‧‧‧接收器

11016‧‧‧第一旋轉驅動機構

11018‧‧‧第二旋轉驅動機構

12000‧‧‧夾盤

12001‧‧‧晶片

12002‧‧‧清洗腔

12004‧‧‧收集盤

12006‧‧‧覆蓋物

12008‧‧‧轉盤

12009‧‧‧排水出口

12010‧‧‧排水出口

12011‧‧‧管道

12014‧‧‧接收器

12016‧‧‧第一旋轉驅動機構

12018‧‧‧第二旋轉驅動機構

12042‧‧‧起升盤

13001‧‧‧晶片

13002‧‧‧清洗腔

13004‧‧‧收集盤

13006‧‧‧覆蓋物

13008‧‧‧收集盤

13009‧‧‧排水出口

13010‧‧‧排水出口

13014‧‧‧接收器

13016‧‧‧第一旋轉驅動機構

3018‧‧‧第二旋轉驅動機構

圖1A-1F描述了一示例的晶片清洗設備；圖2A-2B描述了一示例的晶片清洗處理工藝； 圖3A-3B描述了晶片清洗設備中的轉盤；圖4A-4E描述了轉盤和空氣膨脹密封件，以及在晶片清洗設備中的模擬結果；圖5A-5D描述了在晶片清洗設備中另一種轉盤和密封件。

圖6A-6B描述了另一個示例性晶片清洗設備；圖7A-7B描述了另一個示例性晶片清洗設備；圖8A-8C描述了另一個示例性晶片清洗設備；圖9A-9B描述了另一個示例性晶片清洗設備；[圖10A-10B描述了另一個示例性晶片清洗設備；圖11A-11B描述了另一個示例性晶片清洗設備；[圖12A-12B描述了另一個示例性晶片清洗設備；[圖13A-13B描述了另一個示例性晶片清洗設備。

1000‧‧‧夾盤

1001‧‧‧晶片(半導體基材)

1002‧‧‧清洗腔(處理室)

1003‧‧‧噴嘴

1006‧‧‧覆蓋物

1008‧‧‧轉盤

1009‧‧‧排水出口

1010‧‧‧排水出口

1014‧‧‧接收器

1016‧‧‧第一旋轉驅動機構

1018‧‧‧第二旋轉驅動機構

1020‧‧‧驅動裝置

Claims (34)

1. 一種用於清洗並調整半導體基材表面的裝置，包括：夾盤，用於固持半導體基材；第一旋轉裝置，用於驅動所述夾盤繞著一中心軸旋轉；清理腔；轉盤，該轉盤具有至少一個排水出口；第二旋轉裝置，用於驅動所述轉盤繞著一中心軸旋轉；至少一個清洗溶液接收器，位於所述轉盤的下方，所述清洗溶液接收器能夠藉由旋轉所述轉盤而與轉盤的排水出口對準。
2. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，進一步包括至少一個噴嘴，用於傳送清洗溶液。
3. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中進一步包括覆蓋物，用於把使用過的清洗溶液引入所述的轉盤中，所述覆蓋物位於所述轉盤的上方，所述覆蓋物在一驅動裝置的作用下垂直上升和下降。
4. 如申請專利範圍第3項所述的裝置，其中所述覆蓋物由下述材料中的一種製造：陶瓷、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚偏二乙烯氟化物。
5. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中進一步包 括驅動裝置，用於驅動所述轉盤下降到第一位置，使得所述夾盤裝載或卸載半導體基材，並上升到第二位置來進行清洗或調整處理。
6. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述轉盤由下述材料中的一種製造：陶瓷、聚四氟乙烯、聚醚醚酮或聚偏二乙烯氟化物。
7. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述的夾盤進一步包含垂直移動盤，所述垂直移動盤被移動到第一位置用於裝載或卸載半導體基材，以及移動到第二位置將半導體基材安置在所述夾盤上。
8. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中進一步包含垂直移動機構，驅動所述夾盤至第一位置來裝載或卸載所述的半導體基材，以及至第二位置來實施清洗或調整處理。
9. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述轉盤包括至少一個氮氣噴嘴，用於將使用過的清洗溶液從所述轉盤的表面清除。
10. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中所述轉盤進一步包括內環形翼和外環形翼。
11. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中進一步包括空氣膨脹密封件，位於所述轉盤的排水出口下，用於打開或關閉所述的排水出口。
12. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中進一步包括一環形空氣膨脹密封件，其位於排水出口和接收器之間。
13. 如申請專利範圍第12項所述的裝置，其中所述的排水出口還包括一泵，把使用過的清洗溶液吸出所述轉盤。
14. 如申請專利範圍第13項所述的裝置，其中所述泵是加壓氣體驅動的文丘裹泵。
15. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中進一步包括靜止收集器，位於所述轉盤的外側。
16. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中進一步包括靜止收集器，位於所述轉盤的外側，且可移動覆蓋物位於所述轉盤的上方，且部分位於靜止收集器之上。
17. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中進一步包括可移動的收集器和位於所述轉盤外側的驅動裝置，所 述驅動裝置移動所述收集器向下到第一位置使得所述夾盤裝載或卸載半導體基材，並在清洗或調節所述半導體基材的過程中向上升到第二位置。
18. 如申請專利範圍第17項所述的裝置，其中進一步包括覆蓋物，位於所述轉盤上，用於把使用過的清洗溶液引入所述可移動的收集器中，並防止所使用過的清洗溶液流入轉盤的排水出口內。
19. 一種用於清洗半導體基材的裝置，包括：夾盤，用於固持半導體基材；旋轉裝置，用於驅動所述夾盤；清洗腔，具有至少一個排水出口；托盤，具有至少一個接收器，放置在所述清洗腔下方；移動裝置，用於驅動所述托盤使得接收器與排水出口對準。
20. 如申請專利範圍第19項所述的裝置，其中所述移動裝置是旋轉機構，驅動所述的托盤圍繞著一軸旋轉。
21. 如申請專利範圍第19項所述的裝置，其中所述移動裝置是平動機構，驅動所述托盤側向移動。
22. 如申請專利範圍第19項所述的裝置，其中所述夾 盤進一步包括垂直移動盤，所述垂直移動盤移動到第一位置用於裝載或卸載所述半導體基材，以及移動到第二位置把半導體基材放在所述夾盤上或從所述夾盤上取下。
23. 如申請專利範圍第19項所述的裝置，其中所述裝置進一步包括垂直移動機構，用於驅動所述夾盤至第一位置裝載或卸載所述半導體基材，以及至第二位置實施清洗或調整處理。
24. 如申請專利範圍第19項所述的裝置，其中所述清洗腔包括轉盤，該轉盤包括至少一個氮氣噴嘴，該氮氣噴嘴把使用過的清洗溶液從所述清洗腔的表面清除。
25. 如申請專利範圍第19項所述的裝置，其中進一步包括一球形空氣膨脹密封件，位於所述清洗腔的排水出口的下方，用於打開或關閉所述排水出口，從而從所述的腔中去除使用過的清洗溶液。
26. 如申請專利範圍第19項所述的裝置，其中進一步包括一圓環形空氣膨脹密封件，位於腔的排水出口和所述托盤上的接收器之間。
27. 如申請專利範圍第19項所述的裝置，其中所述排水出口還包括一泵，把使用過的清洗溶液快速地吸出所述 腔。
28. 一種用於清洗半導體基材的方法，包括：把半導體基材裝載到夾盤上；用至少一種清洗溶液清洗所述的半導體基材，其中對於每種清洗溶液，執行如下的清洗循環：旋轉所述半導體基材，且移動轉盤的排水出口與指定的接收器對準，從而收集指定的清洗溶液；在半導體基材上注入指定的清洗溶液；停止注入指定的清洗溶液；對每一種清洗溶液運用所述清洗循環，直到所有的清洗溶液都被應用到半導體基材上爲止；乾燥半導體基材；將半導體基材從夾盤上卸載下。
29. 如申請專利範圍第28項所述的方法，其中所述清洗循環進一步包括：移動轉盤的排水出口使之對準指定的接收器，從而收集廢棄的清洗溶液；在半導體基材的上注入沖洗液體；停止在半導體基材上注入沖洗液體。
30. 如申請專利範圍第28項所述的方法，其中進一步包括： 在排水出口上增加一閥門以實施一沖洗循環，該沖洗循環包括：當開始注入沖洗液體的時候停止排水，且當沖洗液體注滿轉盤的時候打開排水管；其中重復實施沖洗循環直到殘留在轉盤表面的化學殘餘物質被清除到要求的等級。
31. 如申請專利範圍第28項所述的方法，其中進一步包括提供一額外的泵，連接到接收器以快速地抽出轉盤內的沖洗液體。
32. 如申請專利範圍第28項所述的方法，其中沖洗液體是去離子水。
33. 如申請專利範圍第32項所述的方法，其中所述去離子水的溫度在20-90℃。
34. 如申請專利範圍第32項所述的方法，其中在去離子水中加入二氧化碳氣體。