TWI479535B - 超聲波清潔方法 - Google Patents

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Description

超聲波清潔方法
本發明關於一種超聲波清潔方法，特別是用超聲波照射具有氣體溶解在其中的溶液以對在該溶液中的待清潔物品進行清潔的超聲波清潔方法。
在製造如矽晶圓基材的方法中，通常實施以浸漬加工、單晶圓加工等方式清潔基材的方法，以從該基材去除導致半導體器件缺陷的有機物質、金屬雜質、顆粒、自然氧化物膜等。
在清潔基材的方法中，取決於目的，採用各種不同的清潔方法。特別是在透過浸漬式清潔方法去除如顆粒的異物的情況下，係採用以下方法：將基材浸漬入包含在清潔浴池中的清潔溶液中，然後用稱作「兆聲波(megasonics)」的具有約為1兆赫茲(MHz)頻率的超聲波進行照射。通常認為頻率約為1兆赫茲的超聲波能夠改善針對基材表面上的次微米尺寸微粒的清潔效果，同時能夠減少對基材的損害。
在此情況下，已知在清潔溶液中的溶解氣體濃度對於如顆粒的異物的去除效率產生影響。例如已知，在用兆聲波照射用作清潔溶液的超純水從而從基材去除顆粒，透過在清潔溶液中的溶解氮氣濃度影響從基材去除顆粒的效率。更具體而言，若在清潔溶液中的溶解氣體濃度落入規定的範圍，則從基材去除顆粒的效率比較高(日本專利早期公開第JP 10-109072號和第JP 2007-250726號)。因此，在清潔過程中監測清潔溶液中的溶解氣體濃度例如溶解的氮氣濃度，從而將在清潔溶液中的溶解氣體濃度控制在固定 的範圍內，這在理論上可以有效地去除顆粒。
另一方面，經報導，在用超聲波照射清潔溶液時產生的弱發光特性(聲致發光)與從基材去除顆粒的特性之間存在特定的關係(「Behaviour of a Well Designed Megasonic Cleaning System」，Solid State Phenomena，103~104卷，(2005)第155至158頁；「Megasonics：a cavitation driven process」，Solid State Phenomena 103至104卷，(2005)，第159~162頁)。
本發明的發明人在對基材的傳統超聲波清潔研究中，存在即使以相同的溶解氣體濃度在相同用超聲波照射的條件下，仍然產生高和低的顆粒去除效率的情況。此外，即使能夠達到高顆粒去除效率，仍然難以連續地保持該狀態。
根據上述問題提出本發明，本發明的目的是提供超聲波清潔方法，其能夠在穩定的情況下實現高顆粒去除效率。
透過對於溶解的氣體濃度與聲致發光之間關係的仔細研究，本發明的發明人發現，即使以相同的溶解氣體濃度在相同用超聲波照射的條件下，仍存在發生聲致發光和不發生聲致發光的情況。本發明的發明人還發現，顆粒去除效率與發生聲致發光之間存在關係，在發生聲致發光時顆粒去除效率高，而在不發生聲致發光時顆粒去除效率低。此外，本發明的發明人還發現，首先以高的溶解氣體濃度開始用超聲波照射，然後在繼續用超聲波照射的狀態下降低溶解氣體濃度，這使得顆粒去除效率高於從開始時就以固定的溶解氣體濃度實施超聲波清潔的情況，即使最終的溶解氣體濃度相等。
下面解釋其中首先以高的溶解氣體濃度開始用超聲波照射然後在繼續用超聲波照射的狀態下降低溶解氣體濃度的情況下提高顆粒去除效率的機理。
首先，在用超聲波照射超純水時，透過空穴使溶解的氣體析出，產生細小的氣泡，這導致超聲振動，發生爆裂(bursts)等，從而去除晶圓表面上的顆粒。在溶解氣體濃度極低的狀態(接近脫氣水的狀態)下，由於溶解的氣體減少，產生的細小的氣泡少，因此顆粒去除能力降低。若溶解氣體濃度過高，則容易產生氣泡，這導致不僅產生細小的氣泡，而且還產生大量大的氣泡。大的氣泡難以在清潔中產生有效的振動和爆裂。此外，大的氣泡本身阻止超聲波的傳播，因此，顆粒去除能力會受到損害。出於上述原因，認為在清潔中產生有效的大量細小的氣泡的條件下能提高顆粒去除能力，且其最適宜的溶解濃度係在中等濃度範圍內。
然而，已發現在目前的研究中，即使在中等濃度範圍內以相同的溶解氣體濃度，仍存在發生聲致發光和不發生聲致發光的兩種狀態。特別觀察時，發現在不發生聲致發光的狀態下不產生細小的氣泡，還發現，需要一用於產生這些細小氣泡的引發裝置，以使得聲致發光發生。
在溶解氣體濃度高的狀態下，透過用超聲波照射容易產生氣泡。透過在溶解氣體濃度高的狀態下開始用超聲波照射而誘導聲致發光的發生。然後，若在保持溶解氣體濃度高的狀態下降低溶解氣體的濃度，則變得能夠在持續產生細小的氣泡的狀態下達到溶解氣體目標濃度。因此，認為變得能夠在穩定的情況下在溶解氣體目標濃度的範圍內以高清潔能力連續地產生細小的氣泡，從 而實現高顆粒去除效率。
根據本發明的超聲波清潔方法是用超聲波照射具有氣體溶解在其中的溶液，以對在該溶液中的待清潔物品進行清潔。該方法包括以下步驟。用超聲波照射具有一第一溶解氣體濃度的溶液。在將超聲波施加至該溶液的狀態下，在該溶液中的溶解氣體濃度從第一溶解氣體濃度改變至一低於第一溶解氣體濃度的第二溶解氣體濃度。透過連續地用超聲波照射該溶液而連續地發生聲致發光，同時在該溶液中的溶解氣體濃度從第一溶解氣體濃度改變至第二溶解氣體濃度。
根據本發明的超聲波清潔方法，在首先以高的溶解氣體濃度開始用超聲波照射之後，在繼續用超聲波照射的狀態下降低溶解氣體濃度。這使得顆粒去除效率高於從開始時就以恆定的溶解氣體濃度實施超聲波清潔的情況。此外，根據本發明的超聲波清潔方法，因為可以在比較寬的溶解氣體濃度範圍內導致產生聲致發光狀態，所以可以在穩定的情況下實現高顆粒去除效率。
在上述的超聲波清潔方法中，可以在溶解氣體濃度達到第一溶解氣體濃度時開始用超聲波照射。
在上述的超聲波清潔方法中，開始可以用超聲波照射一具有低於第一溶解氣體濃度的第三溶解氣體濃度的溶液。
上述的超聲波清潔方法進一步包括在用超聲波照射溶液的狀態下，將溶液中溶解氣體的濃度從第三溶解氣體濃度改變至第一溶解氣體濃度的步驟。
在上述的超聲波清潔方法中，較佳透過將具有高於第三溶解氣體濃度的溶液添加至容納待清潔物品的清潔浴池，從而實施將溶 解氣體濃度從第三溶解氣體濃度改變至第一溶解氣體濃度的步驟。
在上述的超聲波清潔方法中，氣體較佳為氮氣，且第二溶解氣體濃度不小於4 ppm且不大於10 ppm。
本發明可以提供一種在穩定的情況下實現高顆粒去除效率的超聲波清潔方法。
下面參考附圖描述根據本發明的具體實施態樣，其中利用相同的附圖標記表示相同或相應的組件，而不重複其描述。
第一具體實施態樣
如第1圖所示，實施根據本發明第一具體實施態樣的超聲波清潔方法的超聲波清潔設備100包括含有如超純水的清潔溶液的清潔浴池20、用於將該清潔溶液供應至該清潔浴池20的供應裝置10、容納清潔浴池20的連接浴池21、位於連接浴池21底部用於用超聲波照射的照射裝置30以及用於監測供應至清潔浴池20中的清潔溶液中的溶解氮氣濃度的監測裝置40。供應裝置10具有一用於將具有氮氣溶解在其中的超純水供應至清潔浴池20的第一供應閥11、以及一用於將脫氣的超純水供應至清潔浴池20的第二供應閥12。
第一供應閥11連接至未示出的第一槽。具有氮氣溶解在其中的超純水儲存在第一槽中。第二供應閥12連接至未示出的脫氣裝置。將超純水供應至脫氣裝置，其能夠透過脫氣薄膜去除超純水中溶解的氣體。透過將連接至第一供應閥11和第二供應閥12的 管路在第一供應閥11和第二供應閥12的下游匯合而形成的路管，而將具有氮氣溶解在其中的超純水和經脫氣的超純水加以混合。此外，可在第一供應閥11和第二供應閥12的下游設置一混合浴池(未示出)。在此情況下，具有氮氣溶解在其中的超純水和經脫氣的超純水可以在該混合浴池中完全混合。
然後，將混合的超純水透過位於清潔浴池20中並且連接至上述的第一供應閥11和第二供應閥12下游的管路供應至溶液引入管路23。溶液引入管路23位於清潔浴池20底部的外週邊末端附近。此外，第一供應閥11和第二供應閥12的閥位置均加以調節，從而能夠控制引入清潔浴池20中的超純水的溶解氮氣濃度和供應量。
溶液引入管路23配備有多個未示出的噴嘴。將用作清潔溶液的超純水從溶液引入管路23，透過這些噴嘴供應至清潔浴池20中。所述多個噴嘴在溶液引入管路23延伸的方向上彼此分離地排列。此外，這些噴嘴係經排列以向位於清潔浴池20中心附近的區域(固定待清潔晶圓W的區域)噴射清潔溶液。
清潔浴池20中配備有用於固定晶圓W的固定單元22。晶圓W的一個例子可以包括半導體晶圓。在利用固定單元22將晶圓W固定在清潔浴池20中的狀態下，將含有上述混合的超純水的清潔溶液從溶液引入管路23供應至清潔浴池20中。
如上所述，溶液引入管路23位於清潔浴池20的下部(該區域位於底部壁的附近或者位於底部壁的外圓周，即在底部壁與側壁之間的介面)。將規定量的清潔溶液(混合的超純水)從溶液引入管路23供應至清潔浴池20中。用清潔溶液填充清潔浴池20。此 外，調節清潔溶液的供應量，從而使規定量的清潔溶液從清潔浴池20的上部溢流。這使得晶圓W浸入清潔浴池20中的清潔溶液中，如第1圖所示。
連接浴池21具有連接至該浴池的供應管線(未示出)，其所供應的介質不同於由上述供應裝置10供應的介質。例如，將水作為一種介質從供應管線供應至連接浴池21中。然後，使儲存在連接浴池21中的水至少與上述清潔浴池20的底部壁接觸。應當注意，透過連續地將規定量的水從供應管線也供應至連接浴池21，也使特定量的水從連接浴池21溢流。
以如下方式安裝照射裝置30，使其連接至連接浴池21的底部壁。照射裝置30用超聲波照射連接浴池21中的水。照射的超聲波還透過連接浴池21中的水和與清潔浴池20中的水接觸的部分(例如底部壁)照射至清潔浴池20中的清潔溶液和晶圓W。
在此情況下，照射裝置30可以振盪發生超聲波，例如頻率為不小於20千赫茲(kHz)且不大於2兆赫茲，並且功率密度為不小於0.05瓦/平方公分且不大於7.0瓦/平方公分。以如下方式用超聲波照射清潔溶液和晶圓W，使得能夠有效地清潔浸入清潔溶液中的晶圓W。此外，從照射裝置30照射的超聲波可以較佳具有在不小於400千赫茲與不大於1兆赫茲範圍內的頻率。
監測裝置40包括用於將規定量的清潔溶液從清潔浴池20內部排出的排出管路41、連接至排出管路41的用於將清潔溶液引入一溶解氮氣濃度計量器43的泵42、以及連接至泵42下游的溶解氮氣濃度計量器43。溶解氮氣濃度計量器43將清潔溶液中的溶解氮氣濃度的測量資料輸出至超聲波清潔設備的控制裝置、外部顯示 裝置等。雖然可以將具有任意構造的裝置用作溶解氮氣濃度計量器43，但是例如可以使用將包含在清潔溶液中的溶解氣體組分透過聚合物薄膜引入接收裝置中，以基於在該接收裝置中的熱導率的改變計算該氣體組分的濃度的測量裝置。
清潔浴池20例如由厚度為3.0毫米的石英玻璃製成。雖然清潔浴池20可以任意的形狀形成，但係採用例如內部尺寸包括寬度270毫米×深度69毫米×高度270毫米的矩形浴池。清潔浴池20的容積為5公升。
此外，較佳根據由照射裝置30發出的超聲波頻率適當地調節由石英玻璃製成、形成清潔浴池20底部壁的板狀組件的厚度。例如，在由照射裝置30發出的超聲波的頻率為950千赫茲的情況下，形成底部壁的板狀組件的厚度較佳為3.0毫米。此外，在由照射裝置30發出的超聲波頻率為750千赫茲的情況下，形成底部壁的板狀元件的厚度較佳例如為4.0毫米。
由供應裝置10供應至清潔浴池20的清潔溶液(混合的超純水)的量可以是每分鐘5公升。此外，如上所述，由照射裝置30發出的超聲波頻率可以是950千赫茲和750千赫茲，而其輸出功率可以是1200瓦(功率密度為5.6瓦/平方公分)。此外，照射裝置30中的光圈(diaphragm)的照射平面尺寸可以為80毫米×270毫米。
參考第3圖，下面描述用於觀察聲致發光(發光現象)的裝置構造。首先，超聲波清潔設備1和發光探測裝置60位於暗室50中。發光探測裝置60連接至影像處理裝置61。在此用作發光探測裝置60的圖像放大單元(檢測極弱光線的放大單元)用於檢測和 放大極弱的光線以獲得具有對比度的圖像。具體而言，採用由Hamamatsu Photonics生產的圖像放大器(V4435U-03)的單元可以用作上述單元。該單元的構造使得光電表面由Cs-Te製成，靈敏度波長落入160至320奈米的範圍內，且最大靈敏度在波長為250奈米處出現。此外，認為在用超聲波照射水時透過水分解產生的羥自由基(OH基)導致發光，並且假設發光的波長落入在309奈米附近的紫外線範圍內。因此，在此情況下使用由波長落入上述靈敏度波長範圍內的光電表面(Cs-Te)構成的圖像放大單元。此外，可以將光電倍增管用作發光探測裝置60。應當注意，該裝置條件的例子可以包括超聲波頻率、超聲波強度、能夠容納溶液的浴池設計、溶液的供應量等。
以下描述根據本發明具體實施態樣的超聲波清潔方法。
參考第4和第5圖，描述根據本發明具體實施態樣的超聲波清潔方法。根據本發明具體實施態樣的超聲波清潔方法是用超聲波照射具有如氮氣的氣體溶解在其中的溶液，從而清潔浸入該溶液中的晶圓W(待清潔的物品)。該方法主要包括以下步驟。
首先，實施將溶解氣體濃度調節至第一溶解氣體濃度的步驟(S11)。例如，第1圖所示的清潔設備用於將具有氮氣溶解在其中的超純水與經脫氣的超純水加以混合以製備一具有第一溶解氣體濃度的溶液。在此時該溶液的溶解氣體濃度為第一溶解氣體濃度(C1)。在此時，不用超聲波照射該溶液，並且不發生聲致發光。
然後，實施開始用超聲波照射的步驟(S12)。在開始用超聲波照射時，該溶液的溶解氣體濃度為第一溶解氣體濃度。透過發出超聲波的照射裝置30用超聲波照射該溶液，如第1圖所示，在用 超聲波照射時，發生聲致發光。可以透過圖像放大器和光電倍增管檢測聲致發光，如第3圖所示。
然後，實施將溶解氣體濃度從第一溶解氣體濃度(C1)改變至第二溶解氣體濃度(C2)的步驟(S13)。例如可以透過調節第1圖所示的超聲波清潔設備100的第一供應閥11以減少具有氮氣溶解在其中的超純水的供應量從而改變溶解氣體的濃度。還可以透過調節超聲波清潔設備100的第二供應閥12以增加不具有氮氣溶解在其中的超純水的供應量從而改變溶解氣體的濃度。此外，還可以透過調節第一供應閥11和第二供應閥12而調節該溶液的溶解氣體的濃度。連續地用超聲波照射該溶液，同時將該溶液中的溶解氣體濃度從第一溶解氣體濃度(C1)改變至第二溶解氣體濃度(C2)。此外，當用超聲波照射該溶液時，聲致發光的狀態持續發生。在將該溶液的溶解氣體濃度改變至第二溶解氣體濃度之後，將作為待清潔物品的晶圓W浸入該溶液中。持續用超聲波進行照射，直至完成對晶圓W的清潔。
然後，實施停止用超聲波照射的步驟(S14)。然後，結束對晶圓W的清潔。在停止用超聲波照射之前可以取出晶圓W。在停止用超聲波照射時，聲致發光的發生也停止。
下面描述測定第一溶解氣體濃度(C1)和第二溶解氣體濃度(C2)的方法。例如，製備具有不同溶解氣體濃度的清潔溶液，將待清潔的晶圓W浸入其中。然後，用超聲波照射該清潔溶液從而在除了清潔溶液的溶解氣體濃度以外相同的條件下清潔晶圓W。在此，在僅透過簡單地開始用超聲波照射不發生聲致發光的溶解氣體濃度的情況下，需要透過根據本發明的方法導致發生聲致發 光。因此，假設具有最高清潔效率的清潔溶液的溶解氣體濃度是最佳條件的溶解氣體濃度，則確定該濃度為第二溶解氣體濃度。因為晶圓W最終在具有第二溶解氣體濃度的溶液中進行清潔，第二溶解氣體濃度較佳接近於最佳條件的溶解氣體濃度。然而，只要能夠發生聲致發光，第二溶解氣體濃度就無需等於最佳條件的溶解氣體濃度。第一溶解氣體濃度係為一高於第二溶解氣體濃度的濃度。
然後，描述本具體實施態樣的操作和效果。
在根據本發明的具體實施態樣的清潔方法中，在首先以高溶解氣體濃度開始用超聲波照射之後，在繼續用超聲波照射的狀態下降低溶解氣體濃度。如此實現的顆粒去除效率高於以恆定的溶解氣體濃度實施清潔的情況。此外，因為根據本發明具體實施態樣的方法能夠在寬的溶解氣體濃度範圍內產生聲致發光狀態，所以在穩定的情況下實現高顆粒去除效率。
第二具體實施態樣
參考第2圖解釋實施根據本發明第二具體實施態樣的超聲波清潔方法的超聲波清潔設備200。雖然超聲波清潔設備200與超聲波清潔設備100的區別在於其具有一用於供應具有高溶解氣體濃度的溶液的第三供應閥13，但是除了這一區別以外幾乎與超聲波清潔設備100相同。
然後，下面參考第6和第7圖描述根據本發明第二具體實施態樣的超聲波清潔方法。
首先，實施將溶解的氣體濃度調節至第三溶解氣體濃度的步驟(S21)。例如，使用如第2圖所示的清潔設備以將具有氮氣溶解 在其中的超純水與經脫氣的超純水加以混合，從而製備具有第三溶解氣體濃度的溶液。在此時該溶液的溶解氣體濃度是第三溶解氣體濃度(C3)。在此時，不用超聲波照射該溶液，並且不發生聲致發光。第三溶解氣體濃度低於上述第一溶解氣體濃度。第三溶解氣體濃度可以約等於上述第二溶解氣體濃度。此外，第三溶解氣體濃度可以高於或低於第二溶解氣體濃度。
然後，實施開始用超聲波照射的步驟(S22)。該溶液的溶解氣體濃度在開始用超聲波照射時是第三溶解氣體濃度。例如，透過如第2圖所示用於發出超聲波的照射裝置30，用超聲波照射浸有晶圓W於其中的溶液。不同於第一具體實施態樣，即使在用超聲波照射時，在此階段不是總發生聲致發光。在根據本發明第二具體實施態樣中，在開始用超聲波照射時不發生聲致發光。
然後，實施將溶解氣體濃度從第三溶解的氣體濃度(C3)改變至第一溶解的氣體濃度(C1)的步驟(S23)。例如透過調節如第2圖所示清潔設備的第三供應閥13以將具有高溶解氣體濃度的溶液供應至容納晶圓W的清潔浴池20，從而改變溶解氣體濃度。連續地用超聲波照射該溶液，同時將該溶液中溶解氣體濃度從第三溶解氣體濃度(C3)改變至第一溶解氣體濃度(C1)。在該溶液的溶解氣體濃度是第三溶解氣體濃度(C3)時，不發生聲致發光，這被稱作不發光狀態。然而，在將溶解氣體濃度從第三溶解氣體濃度(C3)改變至第一溶解氣體濃度(C1)的中間，發生聲致發光而產生發光狀態。
然後，實施將溶解氣體濃度從第一溶解氣體濃度(C1)改變至第二溶解氣體濃度(C2)的步驟(S24)。進行製備，透過調節如 第2圖所示的超聲波清潔設備200的第一供應閥11和第二供應閥12而改變溶解氣體濃度，如同第一具體實施態樣所述的情況。連續地用超聲波照射該溶液，同時將該溶液中的溶解氣體濃度從第一溶解氣體濃度(C1)改變至第二溶解氣體濃度(C2)。當用超聲波照射該溶液時，聲致發光的狀態持續發生。在將該溶液的溶解氣體濃度改變至第二溶解氣體濃度之後，將作為待清潔物品的晶圓W放入該溶液中。持續用超聲波照射，直至完成對待清潔物品的清潔。
然後，實施停止用超聲波照射的步驟(S25)。因此，結束對晶圓W的清潔。在停止用超聲波照射之前可以取出晶圓W。在停止用超聲波照射時，聲致發光的發生也停止。
本具體實施態樣的操作和效果與第一具體實施態樣相同。
實施例1
本實驗的一目的是透過採用根據本發明的清潔方法和根據比較例的清潔方法清潔晶圓W而鑒定黏附在晶圓W上的顆粒去除效率的區別。
首先，下面參考第1圖描述用於本實驗的清潔設備。
將厚度為3.0毫米石英玻璃製成的矩形浴池作為在本實驗中使用的清潔浴池20。該浴池構造為具有包括寬度270毫米×深度69毫米×高度270毫米的內部尺寸。形成底部壁板狀組件構造具有4.0毫米的厚度。清潔浴池20的容積為5公升。
將從供應裝置10供應至清潔浴池20的清潔溶液(混合的超純水)的量設定為5公升每分鐘。此外，將從照射裝置30發出的超聲波設定為750千赫茲的頻率和1200瓦的輸出功率(功率密度為 5.6瓦/平方公分)。此外，可以將照射裝置30中的光圈的照射平面設定為80毫米×270毫米的尺寸。用從照射裝置30發出的超聲波照射清潔浴池20的整個底部表面。
透過操作用於調節具有氮氣溶解在其中的超純水供應量的第一供應閥11和用於調節經脫氣的水供應量的第二供應閥12，將具有氮氣溶解在其中的超純水以5公升每分鐘供應至清潔浴池20。利用監測裝置40對該浴池中的超純水進行取樣而測量溶解的氮氣濃度。
然後，下面描述用於測量顆粒去除效率的待清潔物品。將直徑為200毫米的P-型矽晶圓作為待清潔物品。採用旋轉塗布使二氧化矽顆粒黏附在P-型矽晶圓的鏡面上。在此情況下，黏附2000至3000個直徑不小於110奈米的顆粒。
然後，下面描述用於測量顆粒去除效率的方法。
將具有二氧化矽顆粒黏附在上的晶圓浸入該浴池中，並清潔10分鐘。然後，利用旋轉式乾燥機對該晶圓乾燥2分鐘。顆粒去除效率表示為，透過將在清潔之後顆粒減少的數量除以在清潔之前黏附在晶圓上的顆粒數量來計算的以百分比計的數值。應當注意，將日立高科技公司(Hitachi High Technologies Corporation)生產的LS6500用於測量黏附顆粒的數量。
根據本發明的實施例1
下面參考第8和9圖描述根據本發明實施例1的清潔方法。
首先，製備溶解氮氣濃度調節為14 ppm的溶液(S41)。在用超聲波照射該溶液之前的階段沒有觀察到聲致發光(不發光狀態)。 然後，在溶解氮氣濃度為14 ppm的狀態下開始用超聲波照射(S42)。在開始用超聲波照射時，發生聲致發光(發光狀態)。透過圖像放大單元確認發生聲致發光。然後，將該溶液的溶解氮氣濃度從14 ppm調節至6 ppm(S43)。透過操作包含在如第1圖所示的超聲波清潔設備100中的用於調節具有氮氣溶解在其中的超純水的供應量的第一供應閥11和用於調節經脫氣的水的供應量的第二供應閥12，以調節溶解氮氣的濃度，從而將溶解氮氣濃度為6 ppm的超純水以5公升每分鐘供應至清潔浴池20。連續地用超聲波照射該溶液，同時溶解氮氣濃度逐漸地從14 ppm改變至6 ppm。在超聲波照射時，聲致發光持續發生。在此情況下，將黏附有待清潔二氧化矽顆粒的晶圓W浸入該溶液中，並清潔10分鐘。然後，利用旋轉式乾燥機對該晶圓W乾燥2分鐘。
根據本發明的實施例2
下面參考第10和11圖描述根據本發明實施例2的清潔方法。
首先，製備溶解氮氣濃度調節為6 ppm的溶液(S51)。透過操作包含在如第2圖所示的超聲波清潔設備200中的用於調節具有氮氣溶解在其中的超純水的供應量的第一供應閥11和用於調節經脫氣的水的供應量的第二供應閥12，以調節溶解氮氣濃度，從而將溶解氮氣濃度為6 ppm的超純水以5公升每分鐘供應至清潔浴池20。然後，在溶解氮氣濃度為6 ppm的狀態下開始用超聲波照射(S52)。在開始用超聲波照射時沒有觀察到聲致發光。然後，將溶解氮氣濃度為15 ppm的超純水添加至清潔浴池20，同時繼續用超聲波照射(S53)。透過打開從15 ppm的超純水供應管路連接 至該浴池的第三供應閥13，將溶解氮氣濃度為15 ppm的超純水以5公升每分鐘的流量供應至清潔浴池20。在透過監測裝置40對該浴池中的超純水進行取樣而測量溶解氮氣濃度時，只要溶解氮氣濃度超過10 ppm就開始發光。在持續供應溶解氮氣濃度為15 ppm的超純水時，清潔浴池20中的該溶液的溶解氮氣濃度達到14 ppm。然後，關閉第三供應閥以停止供應15 ppm的超純水。不久以後，清潔浴池20中的該溶液的溶解氮氣濃度達到6 ppm。即使在溶解氮氣濃度回到6 ppm時，仍然持續發光狀態。在此情況下，將黏附有待清潔二氧化矽顆粒的晶圓W浸入該溶液中，並清潔10分鐘。然後，利用旋轉式乾燥機對該晶圓W乾燥2分鐘。
比較例
下面參考第12和13圖描述比較例的清潔方法。
首先，製備溶解氮氣濃度調節為6 ppm的溶液(S31)。透過操作用於調節具有氮氣溶解在其中的超純水的供應量的第一供應閥11和用於調節經脫氣的水的供應量的第二供應閥12以調節溶解氮氣濃度，從而將溶解氮氣濃度為6 ppm的超純水以5公升每分鐘供應至清潔浴池20。然後，開始用超聲波照射(S32)。在其中溶解氮氣濃度為6 ppm的條件下及在與本發明實施例1和2相同的條件下，透過發出超聲波而用超聲波照射。在使用圖像放大單元在用超聲波照射的狀態下進行觀察時，確認產生不發光狀態。在此情況下，將黏附有待清潔二氧化矽顆粒的晶圓W浸入該溶液中，並清潔10分鐘。然後，利用旋轉式乾燥機對該晶圓W乾燥2分鐘。
然後，下面參考表1描述顆粒去除效率的結果。
如表1所示，透過根據比較例的清潔方法實現的顆粒去除效率為18.8%。另一方面，透過根據本發明實施例1的清潔方法實現的顆粒去除效率為30.5%。此外，透過根據本發明實施例2的清潔方法實現的顆粒去除效率為30.6%。本發明實施例1和2的顆粒去除效率均高於比較例的顆粒去除效率。此外，在本發明實施例1和2中觀察到發光現象(聲致發光)，而在比較例中沒有觀察到發光現象(聲致發光)。
該實驗顯示，根據本發明的清潔方法能夠改善顆粒去除效率。還確認，在顆粒去除效率高的時候觀察到發光現象(聲致發光)，而在顆粒去除效率低的時候沒有觀察到發光現象(聲致發光)。
實施例2
本實驗的一目的是在採用根據本發明的清潔方法和根據比較例的清潔方法調節該溶液中的溶解氮氣濃度時，檢驗發光(聲致發光)狀態與最終溶解氮氣濃度之間的關係。
在本發明實施例中，首先製備溶解氮氣濃度為15 ppm的溶液。開始用超聲波照射該溶液。超聲波的頻率為750千赫茲，輸出功率為1200瓦。在此情況下，利用圖像放大單元觀察是否發生發光 現象。然後，將溶解氮氣濃度從15 ppm每降低1 ppm時，觀察在每種溶解氮氣濃度條件下是否發生發光現象。
在比較例中，製備溶解氮氣濃度為0 ppm至15 ppm的溶液。從0 ppm至15 ppm以每1 ppm調節溶解氮氣濃度，以製備總計16種溶液。然後，開始用超聲波照射每種溶液。超聲波的條件與本發明實施例相同。用超聲波照射每種溶液，同時利用圖像放大單元觀察是否發生發光現象。
參考第14圖描述本實驗的結果。第14(a)圖所示為比較例的結果，而第14(b)圖所示為本發明實施例的結果。如第14(a)圖所示，在使用直接調節至氮氣溶解目標濃度的溶液時，在溶解氮氣濃度在不小於10 ppm且不大於15 ppm的範圍內的情況下觀察到發光狀態。另一方面，如第14(b)圖所示，在使用首先調節為高溶解氮氣濃度然後降低並調節至氮氣溶解目標濃度的溶液時，在溶解氮氣濃度在不小於4 ppm且不大於15 ppm的範圍內的情況下觀察到發光狀態。換言之，確認了即使在最終溶解氮氣濃度相等時，該溶液的發光狀態仍透過用於調節溶解氮氣濃度的方法而改變。此外，如同在實施例1中所確認，在發光狀態下清潔晶圓W時的顆粒去除效率高於在不發光狀態下清潔晶圓W時的顆粒去除效率。換言之，根據本發明實施例的清潔方法可以在寬的溶解氮氣濃度範圍內實現的顆粒去除效率高於根據比較例清潔方法的情況。
應當理解，在此所公開的具體實施態樣和實施例在各方面均是示例性的，而非限制性的。本發明的範圍透過申請專利範圍界定， 而不是上述的具體實施態樣和實施例，並且應當包括在等同於申請專利範圍和意義內的任何改變的態樣。
10‧‧‧供應裝置
11‧‧‧第一供應閥
12‧‧‧第二供應閥
13‧‧‧第三供應閥
20‧‧‧清潔浴池
21‧‧‧連接浴池
22‧‧‧固定單元
23‧‧‧溶液引入管路
30‧‧‧照射裝置
40‧‧‧監測裝置
41‧‧‧排出管路
42‧‧‧泵
43‧‧‧溶解氮氣濃度計量器
50‧‧‧暗室
60‧‧‧發光探測裝置
61‧‧‧影像處理裝置
1，100，200‧‧‧超聲波清潔設備
W‧‧‧晶圓
第1圖為根據本發明的第一具體實施態樣的超聲波清潔設備示意圖。
第2圖為根據本發明的第二具體實施態樣的超聲波清潔設備示意圖。
第3圖為用於觀察聲致發光裝置構造的例示性示意圖。
第4圖為根據本發明第一具體實施態樣的超聲波清潔方法的流程圖。
第5圖為根據本發明第一具體實施態樣的超聲波清潔方法在溶解氣體濃度與時間之間的關係示意圖。
第6圖為根據本發明第二具體實施態樣的超聲波清潔方法的流程圖。
第7圖為根據本發明第二具體實施態樣的超聲波清潔方法在溶解氣體濃度與時間之間的關係示意圖。
第8圖為根據本發明實施例1的超聲波清潔方法的流程圖。
第9圖為根據本發明實施例1的超聲波清潔方法在溶解氣體濃度與時間之間的關係的示意圖。
第10圖為根據本發明實施例2的超聲波清潔方法的流程圖。
第11圖為根據本發明實施例2的超聲波清潔方法在溶解氣體濃度與時間之間的關係的示意圖。
第12圖為根據比較例的超聲波清潔方法的流程圖。
第13圖為根據比較例的超聲波清潔方法在溶解氣體濃度與時間之間的關係的示意圖。
第14(a)圖為根據比較例的方法在溶解氮氣濃度與發光狀態之間的關係的示意圖。
第14(b)圖為根據本發明實施例的方法在溶解氮氣濃度與發光狀態之間的關係的示意圖。

Claims (5)

  1. 一種超聲波清潔方法，其係用超聲波照射具有氣體溶解在其中的溶液，以對在該溶液中的待清潔物品進行清潔，該方法包括以下步驟：- 用超聲波照射該具有一第一溶解氣體濃度的溶液；及- 在用超聲波照射該溶液的狀態下，將該溶液中的溶解氣體濃度從該第一溶解氣體濃度改變至一低於該第一溶解氣體濃度的第二溶解氣體濃度，透過用超聲波照射該溶液發生聲致發光，同時將該溶液中的該溶解氣體濃度從該第一溶解氣體濃度改變至該第二溶解氣體濃度，藉此可在該第二溶解氣體濃度下發生聲致發光，若係於未用超聲波照射該溶液的狀態下調整至該第二溶解氣體濃度，則無法發生聲致發光。
  2. 根據請求項1的超聲波清潔方法，其中在該溶解氣體濃度達到該第一溶解氣體濃度時開始用超聲波照射。
  3. 根據請求項1的超聲波清潔方法，其進一步包括以下步驟：- 開始用超聲波照射該具有一低於該第一溶解氣體濃度的第三溶解氣體濃度的溶液；及- 在用超聲波照射該溶液的狀態下，將該溶液中的該溶解氣體濃度從該第三溶解氣體濃度改變至該第一溶解氣體濃度。
  4. 根據請求項3的超聲波清潔方法，其中透過將一具有高於該第三溶解氣體濃度的該溶解氣體濃度的溶液添加至一容納該待清潔物品的清潔浴池(cleaning bath housing)，從而實施將 該溶解氣體濃度從該第三溶解氣體濃度改變至該第一溶解氣體濃度的步驟。
  5. 根據請求項1至4項中任一項的超聲波清潔方法，其中該氣體是氮氣，而該第二溶解氣體的濃度不小於4ppm且不大於10ppm。
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