TWI501298B - 多階段基板清理方法與設備 - Google Patents

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Description

多階段基板清理方法與設備 【相關申請案之交互參照】
本申請案係關於下列美國專利申請案：
‧美國專利申請案第12/131,654號，申請於2008年6月2日，標題為「Materials for Particle Removal by Single-Phase and Two-Phase Media」；
‧美國專利申請案第12/131,660號，申請於2008年6月2日，標題為「Methods for Particle Removal by Single-Phase and Two-Phase Media」；
‧美國專利申請案第12/131,667號，申請於2008年6月2日，標題為「Apparatus for Particle Removal by Single-Phase and Two-Phase Media」；
‧美國專利申請案第11/532,491號，申請於2006年9月15日，標題為「Method and Material for Cleaning a Substrate」；
‧美國專利申請案第11/532,493號，申請於2006年9月15日，標題為「Apparatus and System for Cleaning a Substrate」；
‧美國專利申請案第11/641,362號，申請於2006年12月18日，標題為「Substrate Preparation Using Stabilized Fluid Solution and Methods for Making Stable Fluid Solutions」；及
‧美國專利申請案第12/212,579號，申請於2008年9月17日，標題為「Method and Apparatus for Removing Contaminants from Substrate」。
上述各相關申請案之揭露內容以參照方式合併於此。
本發明係關於基板清理，尤有關於以多階段清理基板之方法與設備。
在製造例如積體電路、記憶單元等等的半導體裝置時，會執行一系列的製造操作以在半導體晶圓(「晶圓」)上界定特徵部。這些晶圓(或基板)包含界定在矽基板上之具有多層結構形式的積體電路裝置。在基板層，具有擴散區域的電晶體裝置被形成。在後續的層中，互連金屬線被圖案化並且被電性連接至電晶體裝置，以界定期望的積體電路裝置。又，圖案化導電層可藉由介電材料而與其他導電層隔離。
在此系列的製造操作期間，晶圓表面被曝露於各種污染物。實質上存在於製造操作中的任何材料即為潛在污染源。舉例而言，污染源可包含處理氣體、化學品、沉積材料、以及液體等等。各種污染物可能會以微粒形式沉積在晶圓表面上。若微粒污染物沒有被移除，鄰近污染物的裝置很可能會無法操作。因此，必須在不損壞界定於晶圓上之特徵部的情況下，以實質上完全的方式從晶圓表面清理污染物。然而，微粒污染物的大小通常為在晶圓上所製造之特徵部之關鍵尺寸大小的等級。在無不利地影響晶圓上之特徵部的情況下移除此種小型微粒污染物可能會相當困難。
在一實施例中，揭露一種基板清理方法。此方法包含用以執行對基板之表面的清理材料之第一施加的操作。此清理材料包含用以捕獲存在於基板表面上之污染物的一或多種黏彈性材料。此方法持續至用以執行對基板之表面的沖洗流體之第一施加的操作，以便從基板之表面沖洗掉清理材料。亦可施加沖洗流體的第一施加，以在基板之表面上留下沖洗流體的殘留薄膜。此方法亦包含用以執行對基板之表面的清理材料之第二施加的操作，以使清理材料的第二施加被施加至其上具有沖洗流體之殘留薄膜之基板的表面。然後，此方法持續至用以執行對基板之表面的沖洗流體之第二施加的操作，以便從基板的表面沖洗掉清理材料。
在另一實施例中，揭露一種基板清理方法。此方法包含將待清理之基板移動到第一處理頭的下方。當基板移動到第一處理頭的下方時，操作第一處理頭而將清理材料配送在基板的上方。此清理材料包含用以捕獲存在於基板上之污染物的一或多種黏彈性材料。在清理材料配送在基板上之後，操作第一處理頭以沖洗基板，俾能當基板露出第一處理頭下方時，在基板上留下沖洗流體的殘留薄膜。此方法亦包含將於其上具有沖洗流體之殘留薄膜的基板移動到第二處理頭的下方。操作第二處理頭而將清理材料配送在基板的上方，而使清理材料接觸存在於基板上之沖洗流體的殘留薄膜。在清理材料藉由第二處理頭配送於基板上之後，亦可操作第二處理頭以沖洗基板。
在另一實施例中，揭露一種基板清理設備。此設備包含基板載具，其被界定以在實質上線性路徑中移動基板，並同時將基板維持在實質上水平方向。此設備亦包含第一處理頭，其設置在基板之路徑上方。第一處理頭被界定而將清理材料配送在基板的上方，將沖洗流體配送在基板上，並且從基板移除沖洗流體以及清理材料，俾能在基板上留下沖洗流體的殘留薄膜。此設備更包含第二處理頭，其設置在相對於基板載具之行進行方向之第一處理頭後方的基板之路徑的上方。第二處理頭被界定而將清理材料配送在基板的上方，以使清理材料接觸存在於基板上之沖洗流體的殘留薄膜。第二處理頭亦可被界定而將沖洗流體配送在基板上，並且從基板移除沖洗流體以及清理材料。由第一與第二處理頭之其中每一者所配送的清理材料包含用以捕獲存在於基板上之污染物的一或多種黏彈性材料。
本發明之其他實施樣態與優點可從下列與隨附圖式結合並經由範例來說明本發明的詳細說明而更顯明白。
在以下說明中，許多具體細節被提出，以提供本發明的整體瞭解。然而，熟習本項技藝者可明白本發明可在不具有其中若干或所有這些具體細節的情況下被實施。在其他情況下，為了不使本發明產生非必要的混淆，已不再詳述為人所熟知的處理操作。
在此，揭露一種從基板清理污染微粒的方法與設備。此方法包含將清理材料多階段施加至待清理之基板的表面。在一實施例中，利用兩個階段的清理材料施加與沖洗。然而，吾人應瞭解其他實施例可利用兩個階段以上的清理材料施加與沖洗。在多階段之每一階段中所施加的清理材料被界定以捕獲存在於基板上的污染微粒。在多階段之每一階段，沖洗流體被施加至基板表面，以移除清理材料以及被困在清理材料內的污染微粒。當基板行進在多階段之間時，沖洗流體的薄膜被允許留在基板表面上。清理材料與存在於基板表面上的殘留沖洗流體之間的交互作用可增強微粒移除效率(PRE，particle removal efficiency)。
如在此所提及的基板係非限制地表示半導體晶圓、硬碟(hard drive disks)、光碟、玻璃基板、平面顯示器表面、液晶顯示器表面等等，其可能在製造或運送操作期間被污染。根據實際的基板，表面可能會被不同方式所污染，而可接受的污染等級被界定於運送基板之特定產業中。為了易於討論，在此藉由基板表面上之污染微粒的存在來說明基板污染。然而，吾人應瞭解如在此所提及的污染微粒可具有實質上任何種類之污染物的形式，其可在實質上任何基板處理與運送操作期間接觸基板。
於各種實施例中，在此所揭露之方法與設備可用於從圖案化基板以及非圖案化基板等等之基板清理污染微粒。在圖案化基板的情況下，待清理之圖案化基板表面上的突出結構可相當於突出線，例如多晶矽線或金屬線。此外，待清理之圖案化基板表面可包含下凹特徵部，例如因化學機械平坦化(CMP，chemical mechanical planarization)處理所產生的下凹穿孔。
圖1A顯示依照本發明之一實施例的液體清理材料100，其包含清理溶液105，此清理溶液具有分佈於其中的黏彈性材料。在一示範實施例中，此黏彈性材料被大分子量的聚合物所界定。在另一示範實施例中，液體清理材料100為凝膠狀(gel-like)聚合物。在又另一示範實施例中，液體清理材料100為溶膠(sol)，即在液體中的固體微粒膠體懸浮物。在又另一實施例中，液體清理材料100為液體溶液。液體清理材料100被界定以在施加至基板時從基板移除污染微粒。
圖1B顯示依照本發明之一實施例之捕獲在液體清理材料100之黏彈性成分110內的若干污染微粒120。在一實施例中，黏彈性成分110為可形成長聚合物鏈之大分子量(例如大於10,000 g/mol之分子量)的聚合物。這些長聚合物鏈會相互糾結而形成聚合網絡，此聚合網絡可用以捕獲位在基板表面上的污染微粒，並且可用以防止所捕獲的污染微粒一旦從基板表面移除後回到基板表面。
黏彈性成分110溶解於清理溶液105中。清理溶液105包含可影響pH值並增加黏彈性成分110之溶解度的成分。溶解於清理溶液105中的黏彈性成分110可為軟凝膠或變成懸浮在清理溶液105中的凝膠狀微滴(droplets)。又，在一實施例中，多種黏彈性成分110可同時溶解於清理溶液105中。在一實施例中，基板表面上的污染物會因為離子力、凡得瓦力、靜電力、疏水交互作用、立體交互作用、或化學鍵結而附著於溶合黏彈性成分110。因此，當黏彈性成分110被放置在污染物周圍的交互作用區域內時，黏彈性成分110可捕捉並陷誘污染物。此外，液體清理材料100在清理處理期間被和緩地配製在存在於基板上的裝置結構上。舉例而言，如圖1C所示，清理材料100中的黏彈性成分110可滑動到裝置結構102周圍，而不在裝置結構102上施加損壞力。
具有大分子量聚合物之黏彈性材料的範例包含但不限於：a)丙烯酸聚合物，例如聚丙烯醯胺(PAM，polyacrylamide)；b)聚丙烯酸(PAA，polyacrylic acid)，例如Carbopol 940TM 以及Carbopol 941TM ；c)聚(N,N-二甲基丙烯醯胺)(PDMAAm，poly-(N,N-dimethyl-acrylamide))；d)聚(N-異丙基丙烯醯胺)(PIPAAm，poly-(N-isopropyl-acrylamide))；e)聚甲基丙烯酸(PMAA，polymethacrylic acid)；f)聚甲基丙烯醯胺(PMAAm，polymethacrylamide)；g)聚亞胺與氧化物，例如聚乙烯亞胺(PEI，polyethylene imine)、聚氧化乙烯(PEO，polyethylene oxide)、聚氧化丙烯(PPO，polypropylene oxide)等等；h)乙烯聚合物，例如聚乙烯醇(PVA，polyvinyl alcohol)、聚乙烯磺酸(PESA，polyethylene sulphonic acid)、聚乙烯胺(PVAm，polyvinylamine)、聚乙烯吡咯啶酮(PVP，polyvinyl-pyrrolidone)、聚-4-乙烯基吡啶(P4VP，poly-4-vinyl pyridine)等等；i)纖維素衍生物，例如甲基纖維素(MC，methyl cellulose)、乙基纖維素(EC，ethyl-cellulose)、羥乙基纖維素(HEC，hydroxyethyl cellulose)、羧甲基纖維素(CMC，carboxymethyl cellulose)等等；j)聚醣(polysaccharides)，例如阿拉伯膠(acacia)、洋菜(agar)與洋菜糖(agarose)、肝素(heparin)、瓜爾膠(guar gum)、三仙膠(xanthan gum)等等；k)蛋白質，例如蛋白(albumen)、膠原蛋白(collagen)、麩質(gluten)等等。
關於示範黏彈性成分110的結構，聚丙烯醯胺(PAM)係由丙烯醯胺次單元(subunits)所形成的丙烯酸酯聚合物(-CH2 CHCONH2 -)n ，其中「n」為整數。聚乙烯醇(PVA)係由乙烯醇次單元所形成的聚合物(-CH2 CHOH-)m ，其中「m」為整數。聚丙烯酸(PAA)係由丙烯酸次單元所形成的聚合物(-CH2 =CH-COOH-)o ，其中「o」為整數。黏彈性材料中的大分子量黏彈性成分110可溶於水溶液或為高吸水劑，俾能在水溶液中形成軟凝膠。黏彈性成分110可溶於清理溶液中，完全分散在清理溶液中，在清理溶液中形成液體微滴(乳化)，或在清理溶液中形成團塊(lumps)。
在一實施例中，黏彈性材料的分子量大於100,000 g/mol。在另一實施例中，黏彈性材料的分子量在從約0.1 M g/mol延伸至約100 M g/mol的範圍內。在另一實施例中，黏彈性化合物的分子量在從約1 M g/mol延伸至約20 M g/mol的範圍內。在又另一實施例中，黏彈性化合物的分子量在從約15 M g/mol延伸至約20 M g/mol的範圍內。
在一實施例中，於清理材料100中之黏彈性成分110的重量百分比係在從約0.001%延伸至約20%的範圍內。在另一實施例中，於清理材料100中之黏彈性成分110的重量百分比係在從約0.001%延伸至約10%的範圍內。在另一實施例中，於清理材料100中之黏彈性成分110的重量百分比係在從約0.01%延伸至約10%的範圍內。在又另一實施例中，於清理材料100中之黏彈性成分110的重量百分比係在從約0.05%延伸至約5%的範圍內。
或者，黏彈性成分110可為共聚物，其係衍生自兩種以上的單體物種。舉例來說，共聚物分子可包含90%的丙烯醯胺(AM)以及10%的丙烯酸(AA)。此外，黏彈性成分110可為兩種以上聚合物的混合物。舉例而言，黏彈性成分110可藉由在溶劑中混合兩種聚合物(例如90%的PAM以及10%的PAA)而製成。
在圖1A-1C的示範實施例中，黏彈性成分110被均勻溶於清理溶液105中。清理溶液105的基液或溶劑可為例如松節油(turpentine)的非極性液體，或者為例如水(H2 O)的極性液體。溶劑的其他範例包含異丙醇(IPA，isopropyl alcohol)、二甲亞碸(DMSO，dimethyl sulfoxide)、以及二甲基甲醯胺(DMF，dimethyl formamide)。在一實施例中，溶劑為兩種以上液體的混合物。對於具有極性的黏彈性成分110，例如PAM、PAA、或PVA，用於清理溶液105的合適溶劑為極性液體，例如水(H2 O)。
在另一實施例中，清理溶液105包含溶劑(例如水)以外的化合物，俾能修改清理材料100的特性。舉例而言，清理溶液105可包含緩衝劑(其為弱酸或弱鹼)，以調整清理溶液105以及對應之清理材料100的氫電位(pH，potential of hydrogen)值。弱酸的一範例為檸檬酸。弱鹼的一範例為銨(NH4 OH)。清理材料100的pH值可從約1分佈至約12。在一實施例中，對於前端應用(在沉積銅與金屬間(inter-metal)介電質之前)，清理材料100為鹼性，其具有在從約7延伸至約12之範圍內的pH值。在另一實施例中，前端應用的pH值係在從約8延伸至約11的範圍內。在又另一實施例中，前端應用的pH值係在從約8延伸至約10的範圍內。
在一實施例中，對於後端處理(在沉積銅與金屬間介電質之後)，清理溶液可為弱鹼性、中性、或酸性。在一實施例中，後端應用的pH值係在從約1延伸至約7的範圍內。在另一實施例中，後端應用的pH值係在從約1延伸至約5的範圍內。在又另一實施例中，後端應用的pH值係在從約1延伸至約2的範圍內。
在一實施例中，清理溶液包含表面活性劑，例如十二烷基硫酸銨(ADS，ammonium dodecyl sulfate)或十二烷基硫酸鈉(SDS，sodium dodecyl sulfate)，以促進黏彈性成分110分散在清理溶液105中。在一實施例中，表面活性劑亦可促進潤溼基板表面上之清理材料100。潤溼基板表面上之清理材料100可使清理材料100緊密接觸基板表面以及基板表面上的污染微粒。潤溼亦可改善清理效率。亦可加入其他添加劑，以改善表面潤溼、基板清理、沖洗、以及其他相關特性。
在一實施例中，清理溶液105被配製成緩衝溶液。舉例而言，清理溶液105可被界定為緩衝銨溶液(BAS，buffered ammonium solution)，其包含鹼性與酸性的緩衝劑，例如0.44 wt%(重量百分比)的NH4 OH以及0.4 wt%的檸檬酸。此外，例如BAS的緩衝清理溶液可包含若干量的表面活性劑，例如1 wt%的ADS或SDS，以促進黏彈性成分110在清理溶液105中的懸浮與分散。含有1 wt%之ADS或SDS、0.44 wt%之NH3 、以及0.4 wt%之檸檬酸的清理溶液105，在此被稱為溶液「S100」。溶液「S100」與BAS兩者皆具有約10的pH值。
圖1D顯示依照本發明之一實施例之具有在清理溶液105'中被乳化之凝膠狀黏彈性成分微滴140的液體清理材料100'。清理溶液105'亦可含有微小且孤立的黏彈性成分106。例如ADS或SDS的表面活性劑可被加入清理溶液105'中，以促進凝膠狀黏彈性成分微滴140在整個清理溶液105'中的均勻分散。在圖1D之示範實施例中，邊界141會發生在清理溶液105'與凝膠狀黏彈性成分微滴140之間。凝膠狀黏彈性成分微滴140係柔軟的，並且可在基板表面上的裝置特徵部周圍產生變形。由於凝膠狀黏彈性成分微滴140可在裝置特徵部周圍產生變形，故其不會在裝置特徵部上施加損壞力。在一實施例中，凝膠狀黏彈性成分微滴140的直徑係在從約0.1 μm(微米)延伸至約100μm的範圍內。
圖1E顯示依照本發明之一實施例之具有黏彈性成分的液體清理材料100"，此黏彈性成分溶於清理溶液105"中而形成凝膠狀黏彈性成分團塊150，此團塊在清理溶液105"內不具有明顯的邊界。清理溶液105"亦可含有微小且孤立的黏彈性成分106。凝膠狀黏彈性成分團塊150係柔軟的，且可在基板表面上的裝置特徵部周圍產生變形，並且不會在裝置特徵部上施加損壞力。在一實施例中，凝膠狀黏彈性成分團塊150的直徑係在從約0.1 μm延伸至約100μm的範圍內。
上述清理材料100、100'、以及100"皆為液相。在又另一實施例中，清理材料100、100'、以及100"可透過氣體(例如N2 、惰性氣體)、或氣體混合物(例如空氣)的加入而被攪動，以將清理材料100、100'、以及100"轉換成泡沫。圖1F顯示依照本發明之一實施例之具有氣泡160的清理材料100*，這些氣泡被分散在清理溶液105內。此清理材料可包含黏彈性成分鏈110、黏彈性成分微滴140、或黏彈性成分團塊150、或其組合。吾人應明白清理材料100*包含氣相部分以及液相部分兩者。
如圖1A-1C所示，長鏈的高分子量黏彈性成分110可形成網絡，其可或可不包含黏彈性成分交聯(cross-linking)。如圖1C所示，黏彈性成分110與基板表面上的污染微粒(例如污染微粒120I 與120II )接觸，並且捕獲污染微粒。在從基板表面移除污染微粒時，污染微粒會經由黏彈性成分110的網絡而懸浮在清理材料100中。舉例而言，圖1C顯示分別經由黏彈性成分鏈111I 與111II 的附著而懸浮在清理材料100中的污染微粒120III 與120IV 。吾人應瞭解任何污染微粒可附著至黏彈性成分網絡內的多個黏彈性成分鏈。
如上所述，基板上的污染微粒會被捕獲在清理材料100的黏彈性成分鏈/網絡內。當清理材料100經由沖洗而從基板被移除時，捕獲在清理材料100內的污染微粒可從基板移除。具體來說，沖洗流體被施加至基板，以移除清理材料100以及捕獲在此清理材料內的污染物。此沖洗流體材料應與清理材料100以及待清理之基板化學相容。在一實施例中，沖洗流體為去離子水(DIW，deionized water)。然而，在其他實施例中，沖洗流體可為許多不同液態材料中的其中一者，例如二甲亞碸(DMSO)、以及二甲基甲醯胺(DMF)、二乙酸甲酯(DMAC，dimethyl acetate)、易與DIW混合的極性溶劑、霧化(atomized)液體(例如霧化極性溶劑(如DIW))、或其任何組合。吾人應瞭解上述沖洗流體材料係以範例提出，並不表示包含所有的沖洗流體材料組。
圖2A顯示依照本發明之一實施例之用以從基板移除污染物的系統。此系統包含由封閉壁201所界定的腔室200。腔室200包含輸入模組219、處理模組221、以及輸出模組223。基板載具203以及對應的驅動設備被界定以提供基板202從輸入模組219通過處理模組221而到達輸出模組223的線性移動，如箭頭207所示。驅動軌道205A以及導引軌道205B被界定以提供基板載具203的控制線性移動，以使基板202可沿著由驅動軌道205A以及導引軌道205B所界定的線性路徑而維持實質上水平方向。
輸入模組219包含門組件213，透過此門組件，基板202可藉由基板運送裝置而嵌入腔室200內。輸入模組219亦包含基板升降器209，此升降器被界定當基板載具203在輸入模組219中與此升降器同軸時，可透過基板載具203的鏤空區域進行垂直移動。當基板202透過門組件213而被嵌入腔室200內時，基板升降器209可被升起而接收此基板。然後，基板升降器209可被降下，以將基板202放置在基板載具203上並且通過基板載具203的線性行進路徑。
處理模組221包含若干處理頭217A-217C，當其上設置有基板202的基板載具203移動到處理頭217A-217C下方時，這些處理頭被配置以處理基板202。處理模組221亦可包含配置在基板載具203之線性行進路徑下方的額外下部處理頭，當基板載具203移動通過處理模組221時，這些下部處理頭被界定並且設置以處理基板202的底面。如以下更詳細地討論，關於本發明，處理頭217A與217B被界定以執行基板202之頂面上的多階段清理材料施加與沖洗處理。此外，在一實施例中，處理頭217C被界定在處理頭217A與217B執行多階段清理處理之後，執行基板202之頂面上的乾燥處理。
一旦基板載具203移動通過處理模組221，基板載具203即到達輸出模組223。輸出模組223包含基板升降器211，其係用以當基板載具203在輸出模組223中對中於此升降器上方時，可垂直移動通過基板載具203的鏤空區域。可使基板升降器211升高，以將基板202從基板載具203舉起至可從腔室200提取的位置。輸出模組223亦包含門組件215，基板202可透過此門組件215而由基板運送裝置自腔室200提取。一旦基板202被提取離開基板升降器211，基板升降器211可被降下，以通過基板載具203的線性行進路徑。然後，基板載具203移動回到輸入模組219，以提取下一個基板進行處理。
圖2B顯示依照本發明之一實施例之具有基板載具203之腔室200的垂直剖面圖，此基板載具係位於處理頭217A的下方以及下部處理頭218A的上方。處理頭217A被安裝在驅動軌道205A以及導引軌道205B兩者上，以將處理頭217A的垂直位置對驅動軌道205A的垂直位置以及導引軌道205B的垂直位置兩者編上索引，且因此對基板載具203與固定於其上之基板202的垂直位置編上索引。
處理頭217A被界定以使位於基板載具203上之基板202的頂面曝露於處理流體231。在若干實施例中，處理頭217A被界定以在基板202穿過處理頭217A的下方時，將處理流體231的彎液面分配到基板202的頂面上。同樣地，下部處理頭218A被界定以使位於基板載具203上之基板202的底面曝露於處理流體233。又，在若干實施例中，處理頭218A被界定以在基板202穿過處理頭218A的上方時，將處理流體233分配到基板202的底面上。在各種實施例中，處理模組221內之處理頭的每一者(例如處理頭217A與217B)可被界定以在基板202上執行一或多個基板處理操作。此外，在一實施例中，處理模組221內的處理頭被界定以跨越基板202的直徑，以使基板載具203通過上部/下部處理頭之下方/上方一次將可處理基板202的整個頂/底面。
本發明包含對基板202之頂面的清理材料100之多階段施加。圖2C顯示依照本發明之一實施例之兩個處理頭217A與217B，這些處理頭被設置以提供對基板202之頂面的清理材料100的多階段施加。雖然，本示範實施例係利用兩個處理頭217A與217B，但吾人應瞭解其他實施例可利用兩個以上的處理頭來提供到/從基板202之頂面的清理材料100之連續施加/移除。
基板202以箭頭251所示之方向移動到處理頭217A與217B的下方。第一處理頭217A包含通道253A，清理材料100可從此通道253A而被施加至基板202的頂面。在此實施例中，基板202的頂面在進入位於第一處理頭217A下方的區域時，實質上係乾燥的。因此，第一處理頭217A可將清理材料100施加至實質上乾燥之基板202的頂面。第一處理頭217A被進一步界定，以透過沖洗流體供應通道255A來供應沖洗流體(例如去離子水(DIW))，並且透過真空通道257A而移除沖洗流體以及清理材料100。控制由真空通道257A所提供的吸力，以在第一處理頭217A的下方維持實質上受到限制的流體彎液面。然而，亦可控制由真空通道257A所提供的吸力，而使沖洗流體的殘留薄膜留在基板202的頂面上。因此，當基板202的頂面由第一處理頭217A下方露出時會被潤溼。
於一實施例中，在基板202穿過第一處理頭217A下方之後，留在基板202之頂面上的殘留沖洗流體之薄膜的厚度，可被控制在從約0.01毫米(mm)延伸至約5 mm的範圍內。於另一實施例中，在基板202穿過第一處理頭217A下方之後，留在基板202之頂面上的殘留沖洗流體之薄膜的厚度，可被控制在從約0.05 mm延伸至約2 mm的範圍內。於又另一實施例中，在基板202穿過第一處理頭217A下方之後，留在基板202之頂面上的殘留沖洗流體之薄膜的厚度，可被控制在從約0.1 mm延伸至約1 mm的範圍內，在基板202穿過第一處理頭217A下方之後，留在基板202之頂面上的殘留沖洗流體之薄膜的平均厚度為約0.3 mm。然而，因為基板202的彎曲、第一處理頭217A的彎曲、以及基板203與相關構件的幾何特徵，所以此平均厚度可在從約0.1 mm延伸至約1 mm的範圍內變化。
在一實施例中，沖洗流體可透過第一處理頭217A而以足夠高的流率與力量來施加，俾能從基板202之頂面實質上完全移除清理材料100。因此，於此實施例中，在露出第一處理頭217A下方時留在基板202之溼潤頂面上的流體，主要係由沖洗流體以及清理材料100的可能微量殘留物所構成。
在穿過第一處理頭217A的下方之後，基板202持續前進並且通過第二處理頭217B的下方。在一實施例中，第二處理頭217B在結構上係與第一處理頭217A相同。因此，第二處理頭217B包含通道253B，清理材料100可從此通道253B而被施加至基板202的溼潤頂面。第二處理頭217B被進一步界定，以透過沖洗流體供應通道255B來供應沖洗流體(例如去離子水(DIW))，並且透過真空通道257B來移除沖洗流體以及清理材料100。
控制由真空通道257B所提供的吸力，以在第二處理頭217B的下方維持實質上受到限制的流體彎液面。在一實施例中，亦可控制由真空通道257B所提供的吸力，而以實質上完全的方式從基板202的頂面移除清理材料100以及沖洗流體兩者。在另一實施例中，由真空通道257B所提供的吸力可使基板202的頂面由第二處理頭217B下方露出，而在基板202上帶有殘留數量的沖洗流體。在此實施例中，第三處理頭，例如圖2A之處理頭217C，可被提供來乾燥基板202的頂面。
如圖2A-2D所示，與緊接連續放置第一與第二處理頭217A與217B相關的非預期結果為：吾人發現當在介面區域261將清理材料100施加至溼潤基板202時，清理材料100之微粒移除效率(PRE)可與當將清理材料100施加至乾燥基板202接著沖洗時所達到的PRE相比擬。不論在介面261之清理材料100的稀釋可能性如何，在介面261對溼潤基板202的清理材料100之施加仍可提供非預期的高PRE。此種發現被認為係重要的，因為其允許用於清理材料100沉積/沖洗的多個處理頭(例如217A與217B)緊接連續放置，而不要求基板202在多次通過處理頭下方之間應該保持乾燥。吾人應明白：在清理材料100沉積/沖洗用之各連續處理頭之間進行處理頭的乾燥，會增加此系統的成本並且潛在地降低此系統的產率。
在一實施例中，由第二處理頭217B(或更後面之處理頭)所分配的清理材料100，可置換在基板202穿過第一處理頭217A下方之後留在基板202之頂面上之殘留沖洗流體的薄膜。此置換機制係由相對於殘留沖洗流體之清理材料100的高黏度以及清理材料100的黏彈性特性所提供。
上述置換處理可以下列方式發生。第二處理頭217B提供高黏度(像固體)流體(即，清理材料100)的垂直「帷幕」或「壁」。當基板202靠近第二處理頭217B時，殘留沖洗膜會遭受到來自於由第二處理頭217B所分配之高黏度流體之垂直帷幕的高黏性阻力。殘留沖洗流體在遇到由第二處理頭217B所分配之高黏度流體的垂直帷幕時產生累積，即堵塞，而不留在基板202上。
所累積的殘留沖洗流體最後透過下列組合而從基板202的頂面離開：1)一旦基板載具203以及其上的基板202通過第二處理頭217B下方，流到設置在基板202之穿過路徑下方的下部處理頭；及/或2)透過基板202的周緣與基板載具203之間的間隙，流到設置在基板202之穿過路徑下方的下部處理頭。清理材料100的黏彈性特性亦對於由清理材料100之帷幕施加至殘留沖洗流體的阻力以及置換有所貢獻，因為清理材料100不會輕易與殘留沖洗流體混合。
然而，吾人應瞭解：在由第二處理頭217B所分配的清理材料100與遇到清理材料100之帷幕的殘留沖洗流體之間可存在有少量的混合。然而，吾人亦可瞭解：在清理材料100之對應稀釋的情況下，清理材料100與殘留沖洗流體的大量混合(bulk mixing)，發生在明顯比當基板202穿過第二處理頭217B下方時之清理材料100與沖洗流體之間的有效交互作用時間更長的時間週期內。因此，雖然少量的混合可能會發生在清理材料100與殘留沖洗流體之間，但相對於殘留沖洗流體之清理材料100的高黏度可造成清理材料100與殘留沖洗流體的置換，此為主要交互作用結果(dominant interactive effect)。圖2D顯示依照本發明之一實施例之第一與第二下部處理頭218A與218B，當基板202通過第一與第二處理頭217A與217B的下方時，此第一與第二下部處理頭被配置來沖洗此基板的底面。將第一與第二下部處理頭218A與218B的每一者界定成可使沖洗流體流過通道271A/271B而朝向基板202的底面。又，將第一與第二下部處理頭218A與218B的每一者界定成包含用以從基板202之底面移除沖洗流體的真空通道273A/273B。
在一實施例中，控制通過通道271A/271B之沖洗流體的流率以及透過真空通道273A/273B所提供的吸力，以使沖洗流體的各彎液面維持在下部處理頭218A及218B的每一者與基板202的底面之間。此外，吾人應明白在基板202對面的位置由第一及第二處理頭217A及217B施加沖洗流體至基板202之底面，可對基板202的底面提供支撐力，以抵抗由第一與第二處理頭217A與217B所施加在基板202之頂面上的力。
吾人可以許多不同方式來界定上部第一與第二處理頭217A與217B，只要每一個處理頭217A/217B被界定以實質上均勻的方式將清理材料100配送到整個基板202，並且提供基板202之後續實質上均勻的沖洗即可。圖2E顯示依照本發明之一示範實施例之處理頭217A/217B的簡化底視圖。通道253A/253B(透過此通道，清理材料100可被配送)被界定以延伸至少等於基板202之直徑的距離。界定通道255A/255B(沖洗流體可透過此通道加以分配)，俾能被環狀通道257A/257B所包圍，真空可透過此環狀通道而施加。因此，沖洗流體可從通道255A/255B流過基板202的表面並且進入到環狀真空通道257A/257B內，俾能提供涵蓋至少等於基板202之直徑的距離的有效沖洗區域。
圖3顯示依照本發明之一實施例之基板清理方法的流程圖。此方法包含用以執行對基板之表面的清理材料之第一施加的操作301。在操作301中所施加的清理材料包含用以捕獲存在於基板表面上之污染物的一或多種黏彈性材料。於一實施例中，在操作301中所施加的清理材料係相當於上述清理材料100。因此，於一實施例中，在此方法中所使用的清理材料被界定為具有溶解於其中之聚丙烯醯胺的極性溶劑。
此方法亦包含用以執行對基板之表面的沖洗流體之第一施加的操作303，以便從基板之表面沖洗掉清理材料。亦可在操作303中執行沖洗流體的施加，俾能將沖洗流體的殘留薄膜留在基板的表面上。於各種實施例中，在此方法中所使用的沖洗流體被界定為去離子水、二甲亞碸、二甲基甲醯胺、二乙酸甲酯、極性溶劑、霧化極性溶劑、或其組合。在操作301之清理材料的第一施加之後，立即執行操作303中之沖洗流體的第一施加。
此方法持續至用以執行對基板之表面的清理材料之第二施加的操作305。吾人應瞭解執行操作305，以使清理材料的第二施加被施加至於其上具有沖洗流體之殘留薄膜的基板表面。以此方式，進行清理材料的第二施加，以接觸存在於基板上之沖洗流體的殘留薄膜。
此方法更包含用以執行對基板之表面的沖洗流體之第二施加的操作307，以便從基板之表面沖洗掉清理材料。在操作305之清理材料的第二施加之後，立即執行操作307中之沖洗流體的第二施加。
在一實施例中，圖3的方法包含操作第一處理頭，以執行操作301之清理材料的第一施加以及操作303之沖洗流體的第一施加兩者。又，在此實施例中，操作第二處理頭，以執行操作305之清理材料的第二施加以及操作307之沖洗流體的第二施加兩者。又，在此實施例中，基板以連續方式移動到第一與第二處理頭的下方。此外，在此實施例的操作303中，控制第一處理頭的真空，以在基板的表面上留下一控制厚度之沖洗流體之殘留薄膜。
圖4顯示依照本發明之另一實施例之基板清理方法的流程圖。此方法包含用以將待清理之基板移動到第一處理頭下方的操作401。在操作403中，當基板被移動到第一處理頭下方時，操作第一處理頭而將清理材料配送在基板上方。此清理材料包含用以捕獲存在於基板上之污染物的一或多種黏彈性材料。此方法之清理材料係相當於上述清理材料100。因此，此方法之清理材料包含用以捕獲存在於基板之表面上之污染物的一或多種黏彈性材料。於一實施例中，在此方法中所使用的清理材料被界定為具有溶解於其中之聚丙烯醯胺的極性溶劑。
此方法持續至操作405，於其中在清理材料配送於基板上之後，操作第一處理頭以沖洗基板。執行操作405，以在基板露出第一處理頭下方時，使沖洗流體的殘留薄膜留在基板上。在一實施例中，控制第一處理頭的真空，以在基板上留下一控制厚度之沖洗流體之殘留薄膜。在此方法的各種實施例中，沖洗流體被界定為去離子水、二甲亞碸、二甲基甲醯胺、二乙酸甲酯、極性溶劑、以及霧化極性溶劑的其中一或多者。
在操作407中，於其上具有沖洗流體之殘留薄膜的基板被移動到第二處理頭的下方。依照操作409，操作第二處理頭，以將清理材料配送在基板的上方，而使清理材料接觸存在於基板上之沖洗流體的殘留薄膜。然後，於操作411中，在清理材料藉由第二處理頭配送於基板上之後，操作第二處理頭以沖洗基板。
在一實施例中，操作第一與第二處理頭的其中每一者，以沿著垂直於基板之徑向弦(diametrical chord)而延伸的分配線，將清理材料分配到整個基板，而同時基板則以此徑向弦的方向移動。此外，當基板移動到第一與第二處理頭下方時，基板的頂面被維持於實質上水平之方向。第一與第二處理頭被維持於極接近基板的頂面，俾能在第一及第二處理頭與基板的頂面之間分別建立受到控制之沖洗流體的彎液面。此外，在一實施例中，此方法亦可包含用以將基板移動到第三處理頭下方以及操作第三處理頭以乾燥基板的操作。
雖然本發明已就數個實施例而進行說明，但熟習本項技藝者可明白在閱讀上述說明書並且研究圖式時，可瞭解各種修改、添加、置換以及其等效設計。因此，此意指本發明包含所有此種落入本發明之真實精神與範圍內的修改、添加、置換以及等效設計。
100．．．液體清理材料
100'．．．液體清理材料
100"．．．液體清理材料
100*．．．清理材料
102．．．裝置結構
105．．．清理溶液
105'．．．清理溶液
105"．．．清理溶液
106．．．黏彈性成分
110．．．黏彈性成分
111I ．．．黏彈性成分鏈
111II ．．．黏彈性成分鏈
120．．．污染微粒
120I ．．．污染微粒
120II ．．．污染微粒
120III ．．．污染微粒
120IV ．．．污染微粒
140．．．凝膠狀黏彈性成分微滴
141．．．邊界
150．．．凝膠狀黏彈性成分團塊
160．．．氣泡
200．．．腔室
201．．．封閉壁
202．．．基板
203．．．基板載具
205A．．．驅動軌道
205B．．．導引軌道
207．．．箭頭
209．．．基板升降器
211．．．基板升降器
213．．．門組件
215．．．門組件
217A．．．處理頭
217B．．．處理頭
217C．．．處理頭
218A．．．下部處理頭
218B．．．下部處理頭
219．．．輸入模組
221．．．處理模組
223．．．輸出模組
231．．．處理流體
233．．．處理流體
251．．．箭頭
253A．．．通道
253B．．．通道
255A．．．沖洗流體供應通道
255B．．．沖洗流體供應通道
257A．．．真空通道
257B．．．真空通道
261．．．介面區域
271A．．．通道
271B．．．通道
273A．．．真空通道
273B．．．真空通道
圖1A顯示依照本發明之一實施例的液體清理材料，其包含具有分佈於其中之黏彈性材料的清理溶液；
圖1B顯示依照本發明之一實施例的若干污染微粒，這些污染微粒被捕獲在液體清理材料的黏彈性成分內；
圖1C顯示清理材料中的黏彈性成分如何滑動到裝置結構周圍而能夠不在裝置結構上施加損壞力；
圖1D顯示依照本發明之一實施例之具有在清理溶液中被乳化之凝膠狀黏彈性成分微滴的液體清理材料；
圖1E顯示依照本發明之一實施例之具有溶於清理溶液中而形成凝膠狀黏彈性成分團塊之黏彈性材料的液體清理材料，此團塊在清理溶液內不具有明顯的邊界；
圖1F顯示依照本發明之一實施例之具有分散在清理溶液內之氣泡的清理材料；
圖2A顯示依照本發明之一實施例之從基板清理污染物的系統；
圖2B顯示依照本發明之一實施例之具有基板載具之腔室的垂直剖面圖，此基板載具被設置在處理頭的下方以及下部處理頭的上方；
圖2C顯示依照本發明之一實施例的兩個處理頭，其被設置以對基板的頂面提供清理材料的多階段施加；
圖2D顯示依照本發明之一實施例的第一與第二下部處理頭，當基板通過第一與第二上部處理頭的下方時，此第一與第二下部處理頭被配置來沖洗基板的底面；
圖2E顯示依照本發明之一示範實施例之處理頭的簡化底視圖；
圖3顯示依照本發明之一實施例之基板清理方法的流程圖；及
圖4顯示依照本發明之另一實施例之基板清理方法的流程圖。
202．．．基板
217A．．．處理頭
217B．．．處理頭
218A．．．下部處理頭
218B．．．下部處理頭
251．．．箭頭
253A．．．通道
253B．．．通道
257A．．．真空通道
257B．．．真空通道
271A．．．通道
271B．．．通道
273A．．．真空通道
273B．．．真空通道

Claims (20)

  1. 一種基板清理方法，包含下列步驟：對一基板的表面執行一清理材料的第一施加，其中該清理材料包含用以捕獲存在於該基板上之污染物的一或多種黏彈性材料；對該基板的表面執行一沖洗流體的第一施加，俾能從該基板的表面沖洗掉該清理材料，並且在該基板的表面上留下該沖洗流體的殘留薄膜；對該基板的表面執行該清理材料的第二施加，其中係將該清理材料的第二施加施加至其上具有該沖洗流體之該殘留薄膜之該基板的表面；及對該基板的表面執行該沖洗流體的第二施加，俾能從該基板的表面沖洗掉該清理材料。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之基板清理方法，其中該清理材料被界定為具有聚丙烯醯胺溶解於其中的一極性溶劑。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之基板清理方法，其中該沖洗流體被界定為去離子水。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之基板清理方法，其中該沖洗流體被界定為去離子水、二甲亞碸、二甲基甲醯胺、二乙酸甲酯、極性溶劑、以及霧化(atomized)極性溶劑的其中一或多者。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之基板清理方法，其中在該清理材料的第一施加之後，立即執行該沖洗流體的第一施加，並且其中在該清理材料的第二施加之後，立即執行該沖洗流體的第二施加。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之基板清理方法，更包含下列步驟：操作一第一處理頭，以執行該清理材料的第一施加以及該沖 洗流體的第一施加兩者；操作一第二處理頭，以執行該清理材料的第二施加以及該沖洗流體的第二施加兩者；及以連續方式將該基板移動到該第一與第二處理頭的下方。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之基板清理方法，更包含下列步驟：控制該第一處理頭的真空，以在該基板的表面上留下一控制厚度的該沖洗流體之該殘留薄膜。
  8. 一種基板清理方法，包含下列步驟：將待清理的一基板移動到一第一處理頭的下方；當該基板移動到該第一處理頭的下方時，操作該第一處理頭而將一清理材料分配於該基板的上方，其中該清理材料包含用以捕獲存在於該基板上之污染物的一或多種黏彈性材料；操作該第一處理頭，以在將該清理材料分配於該基板上之後沖洗該基板，俾能當該基板由該第一處理頭下方露出時，在該基板上留下一沖洗流體的殘留薄膜；將其上具有該沖洗流體之該殘留薄膜的該基板移動到一第二處理頭的下方；操作該第二處理頭，以將該清理材料分配於該基板的上方，而使該清理材料接觸存在於該基板上之該沖洗流體的該殘留薄膜；及在將該清理材料藉由該第二處理頭而分配於該基板上之後，操作該第二處理頭以沖洗該基板。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之基板清理方法，其中該清理材料為具有聚丙烯醯胺溶解於其中的一極性溶劑，並且其中該沖洗流體為去離子水。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之基板清理方法，其中該沖洗流體 被界定為去離子水、二甲亞碸、二甲基甲醯胺、二乙酸甲酯、極性溶劑、以及霧化極性溶劑的其中一或多者。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之基板清理方法，其中操作該第一與第二處理頭中的每一者，以沿著垂直於該基板之徑向弦而延伸的一分配線，將該清理材料分配到整個該基板，而同時該基板以該徑向弦的一方向移動。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之基板清理方法，其中當該基板移動到該第一與第二處理頭的下方時，將該基板的頂面維持於實質上水平之位向，並且其中將該第一與第二處理頭維持於極接近該基板的頂面，俾能在該第一及第二處理頭與該基板的頂面之間分別建立受到控制之該沖洗流體的彎液面。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之基板清理方法，更包含下列步驟：控制該第一處理頭的真空，以在該基板上留下一控制厚度的該沖洗流體之該殘留薄膜。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之基板清理方法，更包含下列步驟：將該基板移動到一第三處理頭的下方；及操作該第三處理頭，以乾燥該基板。
  15. 一種基板清理設備，包含：一基板載具，被界定在一實質上線性路徑中移動一基板，並同時將該基板維持在一實質上水平之位向；一第一處理頭，設置在該基板之路徑的上方，俾界定該第一處理頭以將一清理材料分配於該基板的上方，且將一沖洗流體分配於該基板上，並且從該基板移除該清理材料以及該沖洗流體，俾能在該基板上留下一控制厚度的該沖洗流體之該殘留薄膜；及一第二處理頭，設置在相對於該基板載具之一行進方向的該 第一處理頭後方之該基板之路徑上方，俾界定該第二處理頭以將該清理材料分配於該基板的上方，以使該清理材料接觸存在於該基板上之該沖洗流體的該殘留薄膜，且將該沖洗流體分配於該基板上，並且從該基板移除該沖洗流體以及該清理材料，其中該清理材料包含用以捕獲存在於該基板上之污染物的一或多種黏彈性材料。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之基板清理設備，其中配置該第一與第二處理頭中的每一者，以沿著垂直於一線性路徑而延伸的一分配線，將該清理材料分配到整個該基板，該基板載具被界定成沿著該線性路徑以移動該基板。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之基板清理設備，其中界定該基板載具的該線性路徑，以使該基板的頂面為實質上水平並且平行於該第一與第二處理頭中之每一者的下側，並且其中將該第一與第二處理頭配置成極接近該基板的該線性路徑，以使受到控制之該沖洗流體的一彎液面分別建立在該第一及第二處理頭中之每一者與該基板的頂面之間。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之基板清理設備，其中該第一處理頭包含用以從該基板移除該沖洗流體以及該清理材料的一可控制真空，其中將該可控制真空界定成能夠控制待藉由該第一處理頭而留在該基板上之該沖洗流體之該殘留薄膜的一厚度。
  19. 如申請專利範圍第15項所述之基板清理設備，其中該清理材料被界定為具有聚丙烯醯胺溶解於其中的一極性溶劑，並且其中該沖洗流體為去離子水。
  20. 如申請專利範圍第15項所述之基板清理設備，更包含：一第三處理頭，設置在相對於該基板載具之一行進方向的該 第二處理頭後方之該基板之該線性路徑上方，該第三處理頭被界定以乾燥該基板。
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