TWI524401B - 利用黏彈性清理物質移除基板上之粒子的設備與方法 - Google Patents

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Description

利用黏彈性清理物質移除基板上之粒子的設備與方法
本發明係關於利用黏彈性清理物質移除基板上之粒子的設備與方法。
在如積體電路、記憶單元(memory cells)等的半導體元件之製造中，一連串的製造作業為訂定半導體晶圓(「晶圓」)的特徵部而執行。晶圓(或基板)包含以多層(multi-level)結構的形式訂定於矽基板上的積體電路元件。具有擴散區的電晶體元件在基板層上形成。在後續的層上，互連金屬線圖案化並與電晶體元件電氣連接，以訂定期望的積體電路元件。並且，圖案化的導電層以介電物質與其他導電層絕緣。
晶圓表面在一連串的製造作業期間暴露於各類汙染物中。本質上任一存在於製造作業中的物質皆為潛在的汙染源。舉例來說，汙染源可能包含製程氣體、化學品、沉積物質，以及液體等等。各種汙染物可能以粒子形式沉積在晶圓表面上。若是未移除粒子汙染，很有可能就無法操作鄰近汙染的元件。因此，需要在不損害晶圓上所訂定的特徵部下，以實質上完整的方式清除晶圓表面的汙染物。然而，粒子汙染的大小常常為製造在晶圓上的特徵部的臨界尺寸大小之等級。在不會對晶圓上的特徵部有不良影響下要移除如此渺小的粒子汙染確實相當困難。
習知的晶圓清理方法大量依賴機械力來移除晶圓表面的粒子汙染。因為特徵部尺寸持續縮小且越來越易損壞，所以由機械力施加於晶圓表面而造成的特徵部損壞之機率因而提高。舉例來說，具有高深寬比的的特徵部在受到足夠的機械力衝擊時容易倒塌或破裂。下列情況使清理問題更加複雜：趨向縮小化的特徵部尺寸亦造成粒子汙染的尺寸縮小。因為較高的表面對體積的比率，所以克服粒子汙染物與基板表面之間的附著力所需的力量隨著較小的粒子而增加。因此，在現代的半導體製造中，有效且非破壞性地移除汙染物意味著需藉由不斷進步的晶圓清理技術來面對的持續挑戰。當知平板顯示器的製造作業亦遭受與上述積體電路製造業相同的缺點。
鑑於前文而需要可有效移除汙染物且不會損害圖案化晶圓的特徵部之清理圖案化晶圓的設備與方法。
廣義地說，本發明的實施例提供用來從基板的表面移除粒子的設備與方法，尤其係從圖案化基板(或晶圓)的表面。該清理設備與方法具有下列優點：可清理含細微特徵部的圖案化基板，而不實質上損害基板表面的特徵部。該清理設備與方法涉及使用黏彈性清理物質，其包含具有大分子量(如大於10,000 g/mol)的聚合化合物。該黏彈性清理物質俘獲基板表面上至少一部分的粒子。在夠短期間的時間內施力至該黏彈性清理物質造成該物質展現似固體的性質，而促使該黏彈性清理物質與所俘獲的粒子一起移除。在短期內可施加多種力以切近該黏彈性清理物質的似固體本質。或者，當該黏彈性清理物質的溫度降低時，該黏彈性清理物質亦展現似固體的性質。
本申請案描述設備與方法的多個實施例以說明如何移除基板表面上的粒子而不損害基板表面上的特徵部。當知本發明能以數種方式實行，包含作為系統、方法與腔體。本發明的數個發明實施例描述如下。
在一實施例中提供從基板的表面移除粒子之方法。該方法包含發放一層的清理物質至該基板的表面。該基板由基板支座轉動，而且其中該清理物質係包含聚合化合物的黏彈性溶液。該聚合化合物可溶於清理溶液以形成該清理物質。該清理物質從該基板的表面捕捉與俘獲至少某些粒子。此外，該方法包含發放沖洗液體至該基板的表面的該層清理物質上，以移除該層清理物質。能量在發放該沖洗液體至該層清理物質期間或之前施加至該清理物質。所施加的能量提高(或強化)該清理物質的似固體反應，以促使從該基板表面移除該清理物質。至少某些由該清理物質所俘獲的粒子與該清理物質一起被移除。
在另一實施例中提供從基板的表面移除粒子之方法。該方法包含發放一層的黏彈性清理物質至該基板的表面。該基板由基板支座轉動。該黏彈性清理物質從該基板的表面捕捉與俘獲至少某些粒子。該方法亦包含發放沖洗液體至該基板的表面的該層清理物質上，以移除該層清理物質。能量在發放該沖洗液體至該層清理物質期間或之前施加至該清理物質。所施加的能量提高(或強化)該清理物質的似固體反應，以促使從基板表面移除該清理物質。至少某些由該清理物質所俘獲的粒子與該清理物質一起被移除。
而在另一實施例中提供從基板的表面以具有數個處理槽道之設備移除粒子之方法。該方法包含藉由基板支座移動該基板至該設備的第一個處理槽道。該設備的第一個處理槽道由該基板支座與在第一個處理槽道之下的處理槽道相分隔。該方法亦包含發放一層的黏彈性清理物質至該基板的表面。該基板由基板支座轉動。該黏彈性清理物質從該基板的表面捕捉與俘獲至少某些粒子。
該方法更包含藉由該基板支座移動該基板至該設備的第二個處理槽道。該設備的第二個處理槽道由該基板支座與在第二個處理槽道之下的處理槽道相分隔。此外，該方法包含發放沖洗液體至該基板的表面的該層清理物質上，以移除該層黏彈性清理物質。能量在發放該沖洗液體至該層清理物質期間或之前施加至該清理物質。所施加的能量強化該清理物質的似固體反應，以促使從基板表面移除該清理物質。至少某些由該清理物質所俘獲的粒子與該清理物質一起被移除。
描述清理晶圓表面而不損害表面特徵部的物質、方法以及設備之實施例。此處討論的清理物質、設備以及方法具有可清理含細微特徵部的圖案化基板而不損害特徵部之優點。清理物質係為液態或是液/氣態之流體，而且在元件特徵部周圍會變形；因此，清理物質不會損害元件特徵部。含有大分子量(如大於10,000 g/mol)的聚合化合物之清理物質捕捉基板上的汙染物。此外，清理物質俘獲(entrap)汙染物，而且不讓汙染物返回基板上。相對於習知的清理物質，大分子量的聚合物鏈強化粒子汙染物的捕捉與俘獲。
然而，熟悉此技藝者當可明白在不具該具體細節的部分或全部的情況下，仍可實行本發明。在其他例子中，為了避免不必要地混淆本發明，並未詳細描述熟知的製程作業。
此處描述的實施例提供之清理設備與清理方法，可有效移除汙染物且不會損害圖案化晶圓的特徵部(有些可能含有高深寬比的特徵部)。雖然本實施例提供關於半導體清理應用設備的特定實例，然而這些清理應用設備可擴展至任何需要從基板移除汙染物之技術。
對於先進技術而言，如65 nm、45 nm、32 nm、22 nm、16 nm以及更小的技術節點，最小特徵部的寬度約為個別節點的大小。元件結構的寬度隨著各技術節點持續縮減，以在受限的晶片表面積上安裝更多的元件。因為考量電阻率，元件結構的高度(如元件特徵部的高度)一般不會隨著元件特徵部的寬度等比例縮減。對於導電結構(如多晶矽線與金屬互連)，縮減結構的寬度與高度會過高地增加電阻率而造成顯著的RC延遲，並對導電結構產生過多的熱量。因此，元件結構(如特徵部)會具有使其易因施加至該基板的力而損害之高深寬比。在一實施例中，元件結構的深寬比可位於約為2以上的範圍內。施加在結構上的力包含用以協助從基板移除粒子(或汙染物)的力，其可為清理物質與基板表面之間的任何相對運動之結果，或是從發放清理物質或沖洗液體至基板表面上而產生。
元件結構縮小的寬度與元件結構相對高的深寬比使得元件結構在施力或是由施力而累積的能量之下容易破裂。受損的元件結構會因為該損害而變得無法操作並降低整體良率。
圖1係依照本發明的一實施例所呈現的黏彈性清理物質100，其含有液體清理溶液105與溶解在清理溶液105中具有大分子量的聚合物110。在一實施例中，清理物質100為液體形式。在另一實施例中，清理物質100為凝膠或溶膠。當施加清理物質100至基板表面111具有粒子的基板101上時，清理物質100可藉由與粒子至少部分結合或反應，而從基板101的基板表面111捕捉並移除粒子(如粒子120I、120II)。此外，清理物質100也藉由與粒子至少部分結合或反應來俘獲從基板表面111移除的粒子(如粒子120I、120II)、在特徵部的表面上的粒子(如特徵部102上的粒子120V)，或是存在於清理物質100中的粒子(如粒子120III、120IV)，以預防粒子掉落或沉積在基板表面111上。在特徵部的表面上的粒子(如特徵部102上的粒子120V)可在特徵部的側壁上(未呈現)。含有大分子量聚合物的清理物質之細節已描述於美國專利申請案第12/131,654號，該案於2008年6月2日提出申請，且名為「利用單相及雙相介質移除粒子的物質」(Materials for Particle Removal by Single-Phase and Two-Phase Media)，該案全部併入此處以供參考。
為了能捕捉在基板表面111上的粒子(如粒子120I、120II)，以將其從基板表面111上移除，聚合物110需靠近粒子(如基板表面111上的粒子120I、120II)。若是聚合物100與粒子120I、120II之間的淨吸引力強過粒子與基板表面111之間的力，清理物質100中的聚合物110就可迫使粒子120I、120II離開基板表面111。
在一實施例中，清理物質100(含有聚合物的溶液)展現黏彈性性質。在清理物質100施加於基板表面111且與粒子接觸後，需要從基板表面111上移除清理物質100與粒子。有幾種方式可將清理物質100從基板表面111上移除。舉例來說，可在清理物質100上施力以將其從基板表面111上移除。根據施力與施力的時間長度，黏彈性清理物質可具有似液體的反應或是似固體反應。若是施力的時間長度短於黏彈性清理物質的特徵時間長度，其就會展現似固體反應。黏彈性清理物質表現得似固體且不似液體般流動。「似固體」的黏彈性物質可為堅硬且不可彎曲(如未定型的結晶物質)，或是可似橡膠(似彈性)或金屬般變形。
黏彈性清理物質的特徵時間係一反應時間(或特徵反應時間)，供黏彈性清理物質對施加在物質上的外部能量如力、壓力或暴露在高溫或低溫(加熱或冷卻)進行反應。所施加的外部能量暫時儲存於暴露於外部能量的位置，而且黏彈性清理物質需要特定時間長度(即特徵反應時間)用以對所施加的外部能量進行反應或是用以消散外部能量。當施加的外力或外部能量的時間長度短於特徵反應時間，黏彈性物質就沒有足夠時間對所施加的外力或外部能量進行反應。黏彈性物質就會表現得似固體。
相反地，若是施力的時間長度長過黏彈性清理物質的特徵時間長度，其就會展現似液體的反應。黏彈性清理物質就會似液體般流動。以相對短暫的時間長度來施力之實例非限制性地包含施加正切於接觸基板的黏彈性物質的剪流(shearing flow)、垂直於黏彈性物質的吸流(suction flow)、垂直於黏彈性物質的衝流(impinging flow)如噴霧、或是直接耦合於黏彈性物質的聲力(acoustical force)或是間接透過如氣體、液體或固體(如基板本身)之介質而耦合的聲力，又或者是機械產生的震盪流(oscillatory flow)。
似固體反應的幅度通常藉由在更短的時間長度內施力而提高。黏彈性清理物質的特徵時間長度能以多種方式調整，如改變聚合化合物的濃度、化學性或結構性本質，以及溶解聚合化合物之清理溶液的濃度、化學性或結構性本質。另外，黏彈性清理物質的特徵時間可藉由降低黏彈性清理物質的溫度來減少或是提高黏彈性清理物質的溫度來增加。會同施力與冷卻黏彈性清理物質可更易於切近該物質的似固體本質。除此之外，黏彈性清理物質的特徵時間與似固體反應的幅度可藉由調整聚合物成分的濃度來調整。會同施力與黏彈性清理物質內聚合物成分之高濃度可更易於切近該物質的似固體本質。
如圖1所示，有許多方式可施加清理物質100至基板上以從基板101的表面移除粒子。在一實施例中，清理物質在基板沿著其中心旋轉時發放至基板上。在清理物質發放至基板上之後，清理物質藉由與粒子至少部分結合或反應來捕捉並俘獲基板表面上的粒子。圖2呈現用來發放黏彈性清理物質230至基板上的設備200之一實施例，該黏彈性清理物質230與上述清理物質100相似。基板201放置於基板支座210上。在一實施例中，基板支座210係藉由真空固定基板201的真空吸盤(vacuum chuck)。基板支座210與接近基板支座210中心的軸215相耦合。軸215藉由機械裝置(未呈現)轉動。圍繞基板支座210與基板201的容器260係用以接住過量(或溢流)的清理物質。在基板201與基板支柱210之上有一清理物質發放器220，其發放清理物質230至基板表面205上。清理物質230在基板表面205上形成薄膜240。在一實施例中，清理物質發放器220的噴嘴225指向基板201的表面205的中心。在一實施例中，基板以約0到1000 rpm(每分鐘的轉數)之間的速率轉動。在另一實施例中，轉動速率約為0到500 rpm之間。而在另一實施例中，轉動速率約為50到300 rpm之間。
在一實施例中，清理物質發放器220的支臂226橫掃基板201的表面205。圖2B係依照本發明的一實施例呈現的設備200之上視圖。在圖2B所示的實施例中，支臂226沿圓弧229橫掃基板201的表面。當支臂226橫掃基板201時，基板201沿其中心轉動。因為基板201的轉動與支臂226的橫掃，清理物質發放至整個基板表面。在一實施例中，支臂226的橫掃(或擺動)速率約為0 rpm至1000 rpm之間。在另一實施例中，橫掃速率約為0 rpm至300 rpm之間。而在另一實施例中，橫掃速率約為10 rpm至100 rpm之間。
在一實施例中，發放清理物質膜至基板上所需時間約為10秒至120秒之間。在另一實施例中，發放清理物質膜至基板上所需時間約為10秒至60秒之間。而在另一實施例中，發放清理物質膜至基板表面上所需時間約為20秒至40秒之間。
在一實施例中，從發放噴嘴225而來的清理物質之流率約為0毫升/分鐘(ml/min)至1000 ml/min之間。在另一實施例中，清理物質之流率約為25 ml/min至500 ml/min之間。而在另一實施例中，清理物質之流率約為50 ml/min至300 ml/min之間。
若是支臂226僅在基板201的中心保持不動來發放清理物質，清理物質可藉由基板的轉動與清理物質的流動性而散布至基板201的整個表面205。
清理物質可發放至基板的前側(元件側)、基板的後側，或基板的兩側以移除基板的表面上之粒子。
發放流體清理物質至旋轉基板上，就不需要放置基板在基板支座上，如圖2A的基板支座210。基板可由滾軸、夾鉗、插銷或其他基板固定裝置來持握。圖2C係呈現由一對滾軸250、251、250’、251’所穩定持握的基板201’之實施例。基板201’藉由滾軸的轉動動作而轉動。滾軸250以圓形方向252(逆時針方向)轉動，而滾軸251以圓形方向253(順時針方向)轉動，以將兩滾軸之間的基板201’的邊緣朝方向256(指出紙張)來推擠。滾軸250’以圓形方向254(順時針方向)轉動，而滾軸251’以圓形方向255(逆時針方向)轉動，以將兩滾軸之間的基板的邊緣朝方向257(指入紙張)來推擠。滾軸250、251、250’、251’移動基板201’以作順時針轉動。
本發明所描述的方法與設備之實施例涉及利用清理物質的黏彈性本質。如上所提，當以夠快的速率施加外力時，黏彈性清理物質會展現似固體的反應而促使從基板表面上移除含有俘獲的粒子汙染物之黏彈性清理物質。會同施力與冷卻黏彈性清理物質可更易於切近似固體的反應。
圖3A係依照本發明的一實施例呈現用來發放沖洗液體330至基板表面的設備300。基板301放置於基板支座310上。在一實施例中，基板支座310係藉由真空固定基板301的真空吸盤。基板支座310與接近基板支座310中心的軸315相耦合。軸315藉由機械裝置(未呈現)轉動。在基板301與基板支座310之上有沖洗液體發放器320，其發放沖洗液體330至具有清理物質薄膜340之基板301的表面305上。沖洗液體可為去離子水(DIW,de-ionized water)、含有氣體(如N2,、CO2或空氣)的氣化水(或DIW)，去氧的DIW、含添加物(如界面活性劑、防蝕劑或螯合劑)的DIW。或者，沖洗液體亦可包含水性化學物，如APM(銨/過氧化物混合物,ammonium peroxide mixture，又稱為SC1)、SC-2(標準清理-2，主要化學物為HC1)、HF、H2SO4、NH4OH、SPM(硫酸/過氧化物混合物，sulfuric-acid peroxide mixture)、H2O2以及DSP(稀釋的硫酸/過氧化物混合物diluted sulfuric-acid peroxide mixture)等等。
在一實施例中，沖洗液體發放器320的噴嘴325指向表面的中心306。圍繞基板支座310與基板301的容器360係用以接住過量(或溢流)的沖洗液體以及與移除的清理物質一起移除的粒子。在一實施例中，基板支座310係圖2A的基板支座210，其代表在清理物質發放作業後，基板201仍留在基板支座210上以用相同設備施加沖洗液體。在此一實施例中，設備200具有另外用來施加沖洗液體之支臂。
在沖洗作業中，基板以約0 rpm至1000 rpm(每分鐘的轉數)之間的速率轉動。在另一實施例中，轉動速率約為0 rpm至500 rpm之間。而在另一實施例中，轉動速率約為50 rpm至300 rpm之間。在一實施例中，沖洗液體發放器320的支臂326以類似圖2A的支臂226的方式橫掃基板301的表面305。在一實施例中，從發放噴嘴325而來的沖洗液體之流率約為0至1000 ml/min之間。在另一實施例中，沖洗液體之流率約為0至500 ml/min之間。而在另一實施例中，沖洗液體之流率約為50至300 ml/min之間。
圖3B係依照本發明的一實施例呈現發放至清理物質340薄膜上的沖洗液體350(如去離子水(DIW))的液流。沖洗液體350的液流在基板轉動時引入至基板表面。沖洗液體350在點306周圍的區域施力FJ至清理物質的表面。圖3C係依照本發明的一實施例呈現圖3B的區域A之放大視圖。沖洗液體350在撞擊清理物質的表面之後，沿著清理物質340的表面341流動並在點306的右側引入FS1與在點306的左側引入FS2。由FJ、FS1與FS2所引入的力會使清理物質340的區域B為「似固體」(或接近似固體)。
清理物質340的其他區域(如區域C1與C2)並不直接展現似固體的性質。由FJ、FS1與FS2引入的力引起似液體的反應，使物質像是被區域B移開般地流動。區域B中的清理物質為似固體。從區域B與基板301(固體對固體)之間的介面353移除似固體的清理物質提高了從基板表面移除粒子的效率。
區域B中的清理物質340可輕易地從基板301的表面305上掀離。沖洗液體的力啟動似固體的反應，並傳送可從基板301的表面305上掀離清理物質與俘獲的粒子汙染物之所需能量。在一部分的清理物質從基板表面掀離後，沖洗液體350繼續對清理物質施力以將其從基板表面移除。圖3D係呈現圖3C的區域B中的一部分清理物質已被沖洗液體350移除後的一部分基板301之實施例。區域B僅具有在右側的區域B1與剩下在左側的區域B2。既然沖洗液體350繼續對清理物質340施力FJ、FS1與FS2，這些力就繼續在右側擴展「似固體」的區域B1並縮減區域C1為C1’。在左側，「似固體」區域擴展到B2，而C2則縮減為C2’。隨著沖洗液體繼續對清理物質340施力，包含區域B1與B2的「似固體」清理物質將從基板表面上移除。以此方式，清理物質從基板上移除。當清理物質從基板上移除，基板表面的粒子亦跟著清理物質從基板表面上移除。如上所提，粒子係捕捉並俘獲在清理物質中。
在沖洗液體350從基板表面上移除清理物質340後，在一實施例中，尚有一道附加的乾燥作業，其藉由轉動從基板表面上旋開所有沖洗液體。基板可留在基板支座310以透過與圖3A所示的相同機制而轉動。在另一實施例中，基板可移到分開的轉動系統或腔體，以藉由轉動作業執行乾燥。在一實施例中，在藉由轉動作業來乾燥的期間，轉動速率約為100 rpm至5000 rpm之間。在另一實施例中，轉動速率約為500 rpm至3000 rpm之間。而在另一實施例中，轉動速率約為1000 rpm至2500 rpm之間。在一實施例中，乾燥轉動的期間約為10秒至90秒之間。在另一實施例中，轉動期間約為20秒至60秒之間。而在另一實施例中，轉動期間約為30秒至60秒之間。又或者可藉由施加下列物質來輔助乾燥作業：乾燥輔助液體如液體異丙醇(IPA,isopropyl alcohol)、IPA與水的混合物，或是乾燥輔助蒸氣如氣態IPA、乾燥輔助蒸氣與一種以上的惰氣之混合物。舉例來說，一種以上的惰氣可為N2、O2、Ar、空氣或He。
利用清理物質的黏彈性本質來移除(圖案化或空白)基板上粒子的方法與設備之實例描述如下：
方法1 ：
如上所提，黏彈性清理物質在基板沿其中心旋轉時發放至基板上。當清理物質發放至基板上時，清理物質藉由與粒子的至少部分結合或反應來捕捉與俘獲基板表面上的粒子。清理物質的發放造成基板301的表面305上均勻的清理物質膜。控制基板的轉動速率與清理物質的流率能塗覆既均勻又細薄的清理物質至基板表面上。舉例來說，膜厚可薄到約500埃。清理物質的薄膜使黏彈性成分(聚合物)的濃度因為清理溶液的蒸發而提高。可調整清理溶液中易揮發成分的蒸發速率以影響黏彈性成分的濃度。提高清理物質的黏彈性成分之濃度會提高清理物質的似固體本質，其促使從基板表面上移除含俘獲粒子的清理物質。沉積一層極薄的清理物質膜至基板表面上，以藉由蒸發來增加清理物質的黏彈性成分，其使得清理物質發放系統之較簡單設計成為可能。含有高濃度的聚合物成分的清理物質發放系統之設計因為清理物質的高黏性而較為複雜。
清理物質可藉由沖洗液體而從基板表面上移除，該沖洗液體可在基板沿其中心轉動時發放至基板表面。當沖洗液體被施加至清理物質上，其可對清理物質施加外力以更加提高清理物質膜的彈性本質。
圖3E係依照本發明的一實施例呈現從基板移除粒子的流程370。在作業371中，黏彈性清理物質施加至轉動中的基板上。如上所提，發放支臂可橫掃基板表面。在黏彈性清理物質發放至基板上之後，沖洗液體在作業372中施加至轉動中的基板上。如上討論，在此作業期間，由沖洗液體所施的力令清理物質「似固體」，而促使從基板表面上移除含俘獲粒子的清理物質。之後，在作業374中，基板由轉動來乾燥。在一實施例中，在作業374之前，下列物品在選擇性的作業373中施加於基板上：乾燥輔助液體如液體異丙醇(IPA)、IPA與水的混合物，或是乾燥輔助蒸氣如氣態IPA、或氣態IPA與N2氣體的混合物。
如上討論方法的實施例涉及在旋轉設備上實行施加清理物質、沖洗液體、乾燥以及選擇性的乾燥輔助液體。用來施加清理物質的旋轉設備(如圖2A的設備)與用來從基板表面上移除清理物質而施加沖洗液體的旋轉設備(如圖3A的設備)為個別分開的設備。如上討論用在作業373與作業374的旋轉乾燥設備係亦與圖2A與圖3A的設備相似。如上討論的流程370之實施例中，基板可從設備200(用來發放清理物質)移到設備300(用來發放沖洗液體)再到另一乾燥設備(與設備200與300相似)，或者執行發放清理物質、發放沖洗液體以及乾燥於單一設備上。以不同設備執行流程370的不同處理作業使廢棄物較容易回收。然而，從一個設備移動基板到另一個設備較耗時與耗空間。另一方面，執行流程370的各種處理作業於單一設備使得廢棄物回收較為複雜。
圖4呈現用來從基板表面移除粒子的整合處理設備480之實施例。在一實施例中，整個流程370可在該整合處理設備480上執行。設備480具有位於腔體支座481之上的處理腔體490。處理腔體490具有多個處理槽道，如槽道484、485與486。軸482與基板支座483(或吸盤)相耦合。裝配軸482以轉動基板支座483，並上下移動基板支座483以放置基板495於不同的處理槽道。不同的處理槽道由傾斜環(如傾斜環491、492與493)來分隔。傾斜環491、492與493的角度可使過量流體(如不同槽道的清理物質、沖洗液體與乾燥輔助液體)能從基板495與基板支座483的暴露表面上流出。在每個處理槽道的最低位置皆有排出開口，如排出開口496、497與498。排出開口496、497與498分別與接至排出回收系統(未呈現)的排出管道487、488與489相耦合。
在基板清理期間，基板從某一作業用的一個處理槽道移到另一作業用的另一個處理槽道。舉例來說，基板495由軸482移到槽道484以接收清理物質，該物質係藉由清理物質供應線路476來施加。在一實施例中，基板支座483的頂部表面475移到虛線479的平面上且基板支座483的邊緣實質上接觸傾斜環491的邊緣，以令處理槽道484與其下方的處理槽道485分隔。基板支座483的邊緣與傾斜環491的邊緣之緊密接觸可預防清理物質洩漏至下方的處理槽道485與486。在一實施例中，傾斜環491能以方向461移動以開啟或關閉傾斜環491，其使基板支座483能自由移動並使傾斜環491能緊密接觸基板支座483。其他傾斜環492與493也能以與傾斜環491相似的方式移動。基板支座483也能以相似的方式移動基板495至處理槽道485與486來處理。
在一實施例中，當清理物質沉積至基板495後，基板495移到處理槽道485以接收沖洗液體(透過供應線路477所供應)來移除基板表面的清理物質與粒子。之後，基板495能移至用來乾燥的處理槽道486。乾燥輔助液體能藉由供應線路478來施加。如上所提，在各種處理作業期間，基板495透過基板支座483與旋轉軸482的協助而旋轉(或轉動)。
方法2 ：
如上所提，當黏彈性物質(或黏彈性溶液)的溫度降低，就會提高該物質的似固體本性。降低溫度會增加黏彈性物質的特徵時間。隨著似固體的反應增加，沖洗液體的施力就可減少，因而降低損害基板表面的元件特徵部之風險。冷卻清理物質以提高似固體性質的程度取決於黏彈性清理物質的特定本質。在一實施例中，清理物質的溫度係介於約0℃至50℃之間。在另一實施例中，清理物質的溫度係介於約0℃至30℃之間。而在另一實施例中，清理物質的溫度係介於約10℃-20℃之間。
除了在沖洗作業期間要降低清理物質的溫度，此處描述方法2的基板清理用之設備與方法和方法1所用者相似。在一實施例中，清理物質的溫度係藉由冷卻基板支座(相似於圖3A的基板支座310)來降低。當基板支座冷卻時，基板301與基板上的清理物質340也一起冷卻。在一實施例中，基板支座(相似於基板支座310)埋有冷卻管，其流動冷卻液體。或者，基板支座(相似於基板支座310)的後側，或是基板(相似於圖2B的基板201)的後側噴有冷卻液體以降低基板的溫度與清理物質的溫度。冷卻液體的實例包含低溫水與含有低揮發溫度的酒精。
圖5A係依照本發明的一實施例呈現相似於圖2B設備而具有後側冷卻之設備。在基板501的前側有一層的清理物質540，其藉由使用清理物質發放器520而施加於基板表面上。在基板501的後側有冷卻液體發放器530，其發放冷卻液體的噴出物535至基板的後側以冷卻基板501與該層清理物質540。在一實施例中，冷卻液體在基板501轉動時發放。在一實施例中，冷卻液體發放器530的支臂以相似於圖3A的沖洗液體發放支臂326的橫掃方式橫掃基板的底部。或者，基板的後側可藉由冷卻氣體(如空氣、N2、O2、Ar與He等等)來冷卻。
冷卻液體可在清理物質的發放期間或在清理物質發放至基板之後施加在基板後側。在清理物質發放至基板後才發放冷卻液體至基板後側具有不影響或減慢清理物質的發放之好處。如上討論，當清理物質冷卻時，其黏性增加而使清理物質較難散布在基板表面。
在另一實施例中，基板在沖洗作業期間冷卻。基板能藉由上述討論之方法與設備來冷卻。舉例來說，冷卻液體可施加於基板的後側。在一實施例中，基板在沖洗液體施加於基板表面之前冷卻。在另一實施例中，基板在沖洗液體施加於基板表面之前與期間冷卻。在另一實施例中，基板藉由處理作業的組合來冷卻，如在施加清理物質與施加沖洗液體的期間冷卻。而在另一實施例中，沖洗液體藉由施加冷卻的沖洗液體於基板表面上來冷卻。如上討論，當清理物質冷卻時會提高該物質的似固體本質，其增加均勻塗覆基板表面與發放高黏性清理物質之複雜度。在清理物質冷卻時的黏彈性清理物質之似固體或彈性本質，能移除粒子而不損害基板表面的易受損結構。
圖5B係依照本發明的一實施例呈現從基板的表面移除粒子之流程510。在作業511中，黏彈性清理物質施加至轉動中的基板上。如上所提，發放支臂可橫掃基板表面。在清理物質發放至基板之後，基板的後側在作業512中冷卻以提高該清理物質的似固體本質。在一實施例中，基板的冷卻令該清理物質更「似固體」或更彈性，因而容易藉由沖洗液體來移除。在一實施例中，基板冷卻可藉由施加冷卻液體至基板的後側來達成。其他的實施例亦可行。之後，在作業513中，沖洗液體施加至轉動中的冷卻基板上，以移除冷卻的清理物質。在一實施例中，沖洗液體施力至似固體的清理物質上，以打碎並移除基板表面上的清理物質。在一實施例中，基板於沖洗作業期間冷卻。在另一實施例中，基板的冷卻不足以令清理物質似固體。沖洗液體所引入的力使接近沖洗液體施加點的清理物質似固體，而且沖洗液體從基板表面上移除似固體的清理物質。之後，在作業515中，基板藉由轉動來乾燥。在一實施例中，在作業515之前，如IPA或含N2的IPA之乾燥輔助液體在選擇性的作業514中施加於基板上。
如上討論的流程510之實施例亦能以相似於圖4的設備480來實行。可冷卻基板支座483以保持基板495與基板495表面上的清理物質之低溫。
方法3：
如上所提，對黏彈性清理物質施力會提高清理物質的似固體本質，其促使從基板表面上移除清理物質與所俘獲的粒子。施加吸力於清理物質會顯著提高清理物質的似固體本質。圖6A係依照本發明的一實施例呈現具有附加在把手660上的吸取管620之設備600。在內側具有吸取管620之延伸的把手660與真空泵650相耦合。在吸取管620的尾端有吸取開口625，其位置接近清理物質層640。該清理物質層640係在基板601(其置於基板支座610上)的表面上。基板支座610與軸615相耦合，該軸係與轉動機制相耦合以轉動軸615與基板支座610。在作業期間，基板610轉動且吸取管620在把手660的協助下橫掃基板表面。由吸取管620在吸取開口625所施加的吸力提高在吸取開口625下的清理物質之似固體本質，該本質令清理物質更容易從基板表面上拉開。當吸取管620在基板表面上移動時，清理物質層640偕同基板表面上所俘獲的粒子一起從基板表面上移除。依照本發明的一實施例，在清理物質從基板表面上移除之後，施加如DIW的沖洗液體至基板表面以沖洗掉任何基板表面上的殘留物。
在一實施例中，吸取流率約為0 slm(標準公升/分鐘，standard liter/minute)的氣流至1000 slm的氣流之間。在另一實施例中，吸取流率約為50 slm的氣流至500 slm的氣流之間。而在另一實施例中，吸取流率約為100 slm的氣流至500 slm的氣流之間。圖6A所示的實施例僅利用一個具有單一吸取開口625的吸取管620。或者亦能有多個吸取管同時作業以從基板表面移除清理物質。另外，吸取設備可為具有多個用以移除清理物質的吸取洞口之吸取頭。圖6B係呈現耦合於把手660的吸取頭623之實施例。圖6C係依照本發明之一實施例呈現具有吸取洞口的吸取頭623之底視圖。吸取頭623具有多個吸取洞口，如一列排開的吸取洞口625I、625II、625III、625IV與625V。在2009年3月10日所提出名為「粒子汙染物移除之方法」(“Method of Particle Contaminant Removal”)的美國專利申請案第12/401590號可找到使用吸力來移除黏彈性清理物質(與此處所述的清理物質相似)的其他型態的設備(如近接頭)之描述。該申請案內容併入此處以供參考。
圖6D係依照本發明的一實施例呈現用來從基板表面移除粒子的流程670。在作業671中，黏彈性清理物質施加至轉動中的基板上。如上所提，發放支臂可橫掃基板表面。在清理物質發放於基板上之後，吸力在作業672中施加至清理物質以從基板表面移除清理物質。所施加的吸力提高清理物質的似固體本質，其令清理物質更易移除。之後，沖洗液體在作業673中施加於轉動中的基板上，以移除任何剩下的殘留物。之後，在作業675中，基板藉由轉動來乾燥。在一實施例中，在作業675之前，乾燥輔助液體在選擇性的作業674中施加至基板上。
或者，可藉由施加下列物質來協助乾燥作業：乾燥輔助液體如液體異丙醇(IPA,isopropyl alcohol)、或IPA與水的混合物，或是乾燥輔助蒸氣如氣態IPA、或氣態IPA與N2氣體之混合物。
如上討論之流程670之實施例能以相似於圖4的設備480來實行。對清理物質的吸力之施加能以設備(相似於圖4的設備480)中的一個處理槽道來執行。
方法4：
如上所提，對黏彈性清理物質施加力或能量可提高清理物質的似固體反應。對黏彈性清理物質施加相對低頻的聲力(acoustical force)可提高清理物質的似固體本質。在一實施例中，低頻聲力之施加令清理物質似固體且易於移除。在一實施例中，聲頻的範圍超過黏彈性清理物質的特徵時間之倒數。特徵時間(或鬆弛時間)係清理物質對於改變(如施力)所用的反應時間。舉例來說，若是黏彈性清理物質具有1秒的特徵時間，則聲力的頻率就必須超過1 Hz。
在一實施例中，施加於清理物質的聲能之頻率約為1 Hz至1000 Hz之間。在另一實施例中，施加於清理物質的聲能之頻率約為10 Hz至500 Hz之間。而在另一實施例中，施加於清理物質的聲能之頻率約為10 Hz至100 Hz之間。當聲能以低頻引入時，其具有較大的穿透深度之優點。因而挑選一個適當的頻率(或多個頻率)是很重要的，該頻率要超過特徵時間的倒數而不會太大以最大化穿透深度。
可使用任一能施加聲能於基板上的元件。舉例來說，該元件(或設備)可為聲音喇叭(acoustic speaker)。在另一實施例中，用來施加聲能的設備為聲音共振器板或棒，其具有單一頻率或為具有合適頻率(特選來符合黏彈性清理物質的特徵時間的頻譜)的寬廣頻譜。在一實施例中，聲音共振器板涵蓋整個基板的表面。圖7A呈現放置於基板701之上的聲音共振器塊720，該基板具有一層清理物質740。基板701放置在藉由軸715而轉動的基板支座710上。聲音共振器塊720發射聲波726至清理物質層740上。聲音共振器塊720由支臂760所持握。在基板701轉動時，支臂760移動聲音共振器塊720以使聲音共振器塊720橫掃基板表面。橫掃的聲音共振器塊與轉動的基板之運動組合令聲音共振器塊720傳送(或發射)聲能至整個基板701的表面。聲能可在沖洗液體施加於基板之前以及/或是期間施加在清理物質上以移除清理物質。沖洗液體施加於已經以及/或是正暴露於聲能的清理物質，其提高清理物質的似固體本質以令清理物質易於移除。聲能對清理物質的影響僅是暫時的；因此沖洗液體需馬上施加於聲能處理過的清理物質上。不然，聲能就應在沖洗作業期間施加。
在一實施例中，施加聲能至清理物質的期間約為5秒至90秒之間。在另一實施例中，施加聲能至清理物質的期間約為10秒至60秒之間。而在另一實施例中，施加聲能至清理物質的期間約為15秒至45秒之間。
聲音共振棒(或塊、板)能在清理物質發放至基板期間或之後放置於基板之上以及/或是之下。若是聲音共振棒放置於基板之下，聲音共振棒所發射的聲能就能穿透基板到達在基板前側的清理物質上。圖7A的圖樣呈現放置於基板701前側之上的聲音共振器塊720。或者，如圖7B的聲音共振棒720”的聲音共振棒可放置於基板701’後側之下。在另一實施例中，可放置聲音共振棒720’於基板701’之上，並同時放置聲音共振棒720”於基板701’之下，以引入彈性能至清理物質中而改變薄膜特性。
聲能可在清理物質沖洗之前以及/或是期間引入。圖7C係依照本發明的一實施例呈現清理物質沖洗系統730。具有一層清理物質在表面上的基板701藉由基板支座710所支撐。基板支座710由軸715來轉動。系統730具有包含沖洗支臂704的沖洗液體發放系統703。沖洗支臂704發放沖洗液體至基板表面上。可橫掃基板表面的沖洗支臂704與系統705相耦合，該系統705提供控制、機械力與沖洗液體至基板支臂704。在一實施例中，系統705係由個別分開的控制器706所控制，該控制器706控制沖洗液體的發放(如流率)與沖洗支臂704的位置。在系統730中有一聲音共振器塊(ARB,acoustic resonator block 720。ARB 720的位置(與動作)係由控制器709來控制。ARB 720的頻率係由頻率控制器708所控制，其與電腦707相耦合。電腦707以輸入的清理物質之性質(如清理物質的特徵時間)來決定最佳的頻率，以提高清理物質的彈性本質。如上所提，ARB所發射的頻率可為具有合適頻率(特選來符合黏彈性清理物質的特徵時間的頻譜)的寬廣頻譜。在一實施例中，控制器708與709相耦合至ARB 720用的控制系統711。
如上所提，聲能處理的清理物質應當在聲能處理之後馬上冲掉以確保處理的效果不會隨時間而消散。圖7D係依照本發明的一實施例呈現具有沖洗液體發放器722與圍繞沖洗液體發放器722的聲音共振塊723環的沖洗頭721之側視圖。沖洗液體噴灑在聲能處理的區域內。圖7E呈現在基板701上方的沖洗頭721的頂視圖之一實施例。沖洗頭721係由支臂724所持握，其與供應沖洗液體及控制支臂724和沖洗頭721的系統725相耦合，該系統控制內容包含沖洗液體的流率與聲音共振塊723的頻率。支臂724在基板701沿著基板701的軸旋轉(或轉動)時橫掃基板701。
圖7F係依照本發明的一實施例呈現用來從基板表面移除粒子的流程770。在作業771中，黏彈性清理物質施加至轉動中的基板上。如上所提，發放支臂可橫掃基板表面。在清理物質發放至基板後，聲能在作業772中施加至清理物質，以提高清理物質的彈性本質。在作業773中，沖洗液體施加至轉動中的基板上以移除聲能處理的清理物質。在一實施例中，作業772的聲能持續在沖洗作業期間施加至清理物質上。在另一實施例中沒有作業772。取而代之的是聲能僅在作業773中施加。之後，在作業775中，基板藉由轉動來乾燥。在一實施例中，在作業775之前，乾燥輔助液體在選擇性的作業774中施加至基板上。
方法5：
當清理物質發放至轉動(或旋轉)的基板上，清理物質濕潤基板表面以沉積在基板表面上。若是基板表面以濕潤基板表面的液體先處理過，清理物質的發放就能更容易且更平均。在黏彈性清理物質發放之前，經歷液體預處理的基板能幫助黏彈性清理物質發放至基板表面上。該液體可用來化學性調理表面，如控制表面的親水性本質或以氫指數(pH,potential of hydrogen)調整界面電位(zeta potential)，或是用來在清理物質的徑向發放期間，藉由替換清理物質-空氣的介面為清理物質-液體的介面，以控制初始的黏彈性介面。控制介面可增進黏彈性清理物質的涵蓋並可防止某些與邊際效應相關的流力不穩定性。此外，控制介面亦能降低基板表面的徑向電阻並使清理物質更容易散布在基板表面。另外，表面預處理也可移除涵蓋汙染物或粒子的殘留物以利粒子移除。用以處理表面的液體之實例非限制性地包含DIW、APM(銨/過氧化物混合物，ammonium peroxide mixture，又稱為SC1)、DSP(稀釋的硫酸/過氧化物混合物，diluted sulfuric-acid peroxide mixture)、SPM(硫酸/過氧化物混合物，sulfuric-acid peroxide mixture)、DI-O3(混合臭氧的去離子水，de-ionized water mixed with ozone)、HF(氟化氫，hydrogen fluoride)與BOE(緩衝的氧化物蝕刻，buffered oxide etch)溶液。
一般相信黏彈性清理物質不可廣泛與預處理液體混合。黏彈性清理物質主要替換預處理液體，且從基板表面上移開預處理液體。
除了在施加清理物質於基板表面之前以液體作業增加表面處理外，移除粒子的流程與方法1的流程相似。圖8係依照本發明的一實施例呈現用來從基板表面上移除粒子的流程870。在作業871中，表面預處理液體施加於基板的表面上以調理基板表面，其係為了在下一作業中施加黏彈性清理物質。在作業872中，黏彈性清理物質施加至轉動中的基板上。如上所提，發放支臂可橫掃基板表面。在清理物質發放至基板之後，沖洗液體在作業773中施加於轉動中的基板上以移除清理物質。之後，在作業875中，基板藉由轉動來乾燥。在一實施例中，在作業875之前，乾燥輔助液體在選擇性的作業874中施加於基板上。
用以發放處理液體的設備與用以發放沖洗液體的設備相似，如圖3A-3C所描述者。亦可使用其他型態用以施加基板預處理液體的設備。整個流程可利用相似於圖4所描述的設備。處理液體的發放能在其中一個處理槽道來實施。
方法6：
額外的粒子移除強化可在沖洗作業之前以及/或是期間藉由額外的物理力來提供。舉例來說，沖洗液體可用噴霧來引入，其在清理物質與基板表面引入強大的力。噴霧在氣體載體(如氮氣，N2)的協助下使用霧化的沖洗液體液滴。氣體載體的實例非限制性地包含N2、空氣、O2、Ar、He、其他型惰氣以及上述氣體的組合。在一實施例中，氣體載體不易與清理物質反應。藉由在沖洗液體混合高比例的N2，液滴的速率可極高，如100 m/s。
沖洗液體噴霧在清理物質與基板表面引入高慣性(inertia)，因此造成幾種可能的影響。舉例來說，噴霧可提高清理物質的似固體反應並因為大量的噴霧慣性而容許高度的粒子移除效率。在黏彈性清理物質移除後，因為噴霧的慣性能夠自行移除粒子，噴霧可另外提供持續的粒子移除。噴霧可根據特定運用而用於2種截然不同的模式中。在第一種模式中，最大化噴霧慣性以提供高度的粒子移除效率，其從黏彈性清理物質的似固體反應與噴霧的高慣性兩者而來。在第二種模式中，降低噴霧慣性以使粒子移除主要係透過黏彈性清理物質的似固體反應，其可最小化損害基板特徵部之風險。噴霧係可使用如DIW的化學惰性液體來最小化基板膜流失，或是使用如APM的化學反應液體以藉由調整界面電位(zeta potential)來強化粒子移除效率。使用噴霧來發放液體的詳細描述可在美國專利申請案第12/485,733號中找到，該案係於2009年6月16日提出申請，且名為「粒子汙染物移除的方法」(“Method of Particle Contaminant Removal”)。
圖9A係依照本發明的一實施例呈現用來引入沖洗液體的噴霧頭900。噴霧頭900具有引入氣體載體用的通道901與引入沖洗液體用的通道902。組合流通過通道903以成為沖洗液體的噴霧，其引入至含有清理物質的基板表面。在一實施例中，沖洗液體(或沖洗化學物)具有約為100 ml/min至1000 ml/min之間的流率。在另一實施例中，沖洗液體具有約為50 ml/min至500 ml/min之間的流率。而在另一實施例中，沖洗液體具有約為50 ml/min至300 ml/min之間的流率。如上所提，氣體載體的高流量在清理物質中引入慣性，以提高清理物質的彈性本質，使之易於移除。在一實施例中，氣體載體具有約1 slm(或每分鐘的標準公升)至100 slm之間的流率。在另一實施例中，氣體載體具有約5 slm至50 slm之間的流率。而在另一實施例中，氣體載體具有約5 slm至15 slm之間的流率。液滴引入高慣性。在一實施例中，液滴的速度約為1 m/s至100 m/s之間。在另一實施例中，液滴的速度約為2 m/s至50 m/s之間。而在另一實施例中，液滴的速度約為2 m/s至20 m/s之間。施加沖洗液體的噴霧之期間需長到足以從基板表面上移除清理物質與基板表面上的粒子。在一實施例中，期間約介於10秒到90秒之間。在另一實施例中，期間約介於10秒到60秒之間。而在另一實施例中，期間約介於15秒到45秒之間。
圖9B係依照本發明的一實施例呈現用來施加沖洗液體噴霧之設備930。基板910在表面上具有一層清理物質940，而且藉由用來固定與轉動基板的多個滾軸922所持握。在基板910上方有液體噴霧設備920，其包含噴霧頭900與噴霧支臂915。噴霧頭900的實例已於上方的圖9A中介紹。噴霧頭900與噴霧支臂915相耦合。在噴霧支臂915中有兩個分別供應氣體載體(911)與沖洗液體(912)的供應線路911與912。氣體載體供應線路911傳送氣體載體至氣體載體的通道901，而沖洗液體供應線路912傳送沖洗液體至沖洗液體的通道902。在一實施例中，噴霧支臂915在沖洗作業期間保持靜止在基板910之上。在另一實施例中，噴霧支915橫掃基板910的表面。在沖洗作業期間，基板910轉動。
圖9C係依照本發明的一實施例呈現清理基板的流程970。在作業971中，黏彈性清理物質施加至轉動中的基板上。如上所提，旋轉支臂可橫掃基板表面。在清理物質發放至基板後，沖洗液體的噴霧在作業972中施加至轉動中的基板上。如上討論，在作業期間，由沖洗液體所施的力使清理物質「似固體」，其令清理物質更容易從基板表面上移除。之後，在作業974中，基板藉由轉動來乾燥。在一實施例中，在作業974之前，如IPA或含N2的IPA之乾燥輔助液體在選擇性的作業973中施加於基板上。
方法7：
如上所提，施加力或能量於黏彈性清理物質會提高該清理物質的似固體本質。上述方法4描述施加低頻聲能至黏彈性清理物質，以提高該清理物質的似固體本質。或者，低頻聲能可以百萬赫茲音波或超音波聲能來替換。相似地，百萬赫茲音波或超音波聲能能以相似於低頻聲能的方式引入至基板的前側、後側或前後兩側的組合上。百萬赫茲音波或超音波聲能可在清理物質發放至基板的期間或之後，藉由聲音共振棒(或塊、板)、或是壓電轉換器棒來引入。或者，百萬赫茲音波或超音波聲能可由一個以上的棒來引入。方法4所描述的低頻聲能用的設備之實例亦能運用在本方法7。施加百萬赫茲音波或超音波聲能提高整體粒子移除效率，並藉由降低移除粒子所需的能量來減少基板上的易受損結構之損害門檻。運用上述方法4的低頻聲能與運用此處描述的百萬赫茲音波或超音波聲能之不同在於百萬赫茲音波或超音波聲能可因為空蝕而用以協助粒子移除。相對地，低頻聲能主要係用以提高清理物質的似固體本質。或者，為了使基板特徵部的損害降到最小，可最佳化百萬赫茲音波或超音波聲能使其主要依靠黏彈性清理物質的似固體反應而較少依靠空蝕。
百萬赫茲音波或超音波頻率的實例非限制性地包含28 kHz、44 kHz、112 kHz、800 kHz、1.4 MHz與2 MHz。在一實施例中，百萬赫茲音波或超音波聲能的功率約為1瓦特至1000瓦特之間。在另一實施例中，百萬赫茲音波或超音波聲能的功率約為1瓦特至300瓦特之間。而在另一實施例中，百萬赫茲音波或超音波聲能的功率約為10瓦特至300瓦特之間。在一實施例中，施加百萬赫茲音波或超音波聲能的期間約介於10秒至90秒之間。在另一實施例中，施加百萬赫茲音波或超音波聲能的期間約介於10秒至60秒之間。而在另一實施例中，施加百萬赫茲音波或超音波聲能的期間約介於15秒至45秒之間。
圖10係依照本發明的一實施例呈現用來移除基板表面的粒子之流程1070。在作業1071中，黏彈性清理物質施加至轉動中的基板上。如上所提，發放支臂可橫掃基板表面。在清理物質發放至基板後，在作業1072中，百萬赫茲音波或超音波聲能施加至清理物質以提高清理物質的似固體本質。在一實施例中，聲能係百萬赫茲音波聲能。在另一實施例中，聲能係超音波聲能。而在另一實施例中，百萬赫茲音波或超音波聲能亦藉由空蝕協助粒子移除。在作業1073中，沖洗液體施加至轉動中的基板，以移除聲能處理的清理物質。在一實施例中，百萬赫茲音波或超音波聲能在沖洗作業期間施加。之後，在作業1075中，基板藉由轉動來乾燥。在一實施例中，在作業1075之前，如IPA或含N2的IPA之乾燥輔助液體在選擇性的作業1074中施加於基板上。
方法8：
如上所述，提高清理物質的彈性本質可使清理物質在其為了移除基板表面上的粒子而發放至基板表面之後，較易於移除。在一實施例中，引入剪力至基板的清理物質上，以藉由擺盪基板(其表示前後轉動基板)來提高清理物質的彈性本質。基板的擺盪引入剪力至清理物質上。在一實施例中，該擺盪係於清理物質的發放期間執行。在另一實施例中，擺盪係於清理物質的發放之後、沖洗作業之前來引入。而在另一實施例中，擺盪係於沖洗作業期間引入。
擺盪頻率需長過黏彈性清理物質的最長特徵時間之倒數。舉例來說，若是清理物質的最長特徵時間為1秒，擺盪頻率就高於1 Hz。在一實施例中，擺盪頻率約為1 Hz至1000 Hz之間。在另一實施例中，擺盪頻率約為10 Hz至500 Hz之間。而在另一實施例中，擺盪頻率約為20 Hz至200Hz之間。
圖3A-3C與4中描述用以固定並轉動基板的設備可用來擺盪基板。圖11A呈現在A度擺盪下的基板1101的頂視圖之實施例。基板1101以0度的位置開始並擺盪至A/2度的位置，接著返回0度的位置，然後擺盪至-A/2度的位置。整體而言，基板1101以A度擺盪。在一實施例中，擺盪振幅(擺盪度數)約為0.1度至180度之間。在另一實施例中，擺盪振幅約為0.5度至90度之間。而在另一實施例中，擺盪振幅約為1度至30度之間。
圖11B係依照本發明的一實施例呈現用來從基板表面移除粒子的流程1170。在作業1171中，黏彈性清理物質施加至轉動中的基板上。如上所提，發放支臂可橫掃基板表面。在清理物質發放至基板後，擺盪運動在作業1172中施加至清理物質以提高清理物質的似固體本質。在作業1173中，沖洗液體施加至轉動中的基板上以移除清理物質。之後，在作業1175中，基板藉由轉動來乾燥。在一實施例中，在作業1175之前，乾燥輔助液體在選擇性的作業1174中施加至基板上。
上述方法的各種元素可混合在一起以達到最佳的粒子移除成果。舉例來說，施加清理物質的基板可冷卻並由吸力將清理物質從基板表面上拉開。或者，施加清理物質的基板可冷卻並用沖洗液體噴霧噴灑以移除清理物質。切近清理物質的似固體本質令黏彈性清理物質與其俘獲的粒子較容易從基板表面上移除。
上述討論的黏彈性清理物質、設備與方法具有可清理含細微特徵部的圖案化基板而不損害特徵部之優點。黏彈性清理物質係為液態或液/氣態(泡沫)之流體，且在元件特徵部周圍會變形；因此，清理物質不會損害元件特徵部。液態的黏彈性清理物質可採液體、溶膠或凝膠的形式。包含一個以上具有大分子量的聚合化合物之黏彈性清理物質捕捉基板上的汙染物。此外，黏彈性清理物質俘獲汙染物且不讓汙染物返回基板上。在一實施例中，此一個以上具有大分子量的聚合化合物形成聚合物長鏈。在一實施例中，此一個以上的聚合化合物係交互連結而形成聚合物網路。相較於習知的清理物質，具有一個以上聚合化合物的黏彈性清理物質呈現較優異的捕捉與俘獲汙染物的能力。
在黏彈性清理物質施加至基板表面以從基板表面上移除汙染物或粒子之前，上述的黏彈性清理物質實質係不含不可變形粒子(或磨料粒子)。不可變形粒子為堅硬粒子(如泥漿或砂石的粒子)，而且能損害圖案化基板的細微元件特徵部。在基板清理程序期間，清理物質會從基板表面上收集汙染物或粒子。然而，在清理物質為了基板清理而施加至基板表面之前，不會故意混合不可變形粒子於清理物質中。
雖然上述討論著重在清理圖案化晶圓的汙染物，然而此清理設備與方法亦能用於清理非圖案化或平面晶圓的汙染物。此外，上述討論的圖案化晶圓上的示範圖案為突起線，如多晶矽線或金屬線。然而，本發明的概念亦可運用於含凹陷特徵部的基板。舉例來說，在CMP(化學機械研磨)之後的凹陷穿孔可在晶圓上形成圖案，且最適化通道設計可用以達成最佳的汙染物移除效率。
如此處所用實例之基板非限制性地表示半導體晶圓、硬碟、光碟、玻璃基板、平板顯示器表面、液晶顯示器表面等等，其皆可能在製造或運送作業中受汙染。一表面依據其實際基板而可能由不同方式受到汙染，而可接受的汙染程度依處理該基板的特定產業而訂定。
雖然已在此處詳細描述本發明的一些實施例，須知本發明由一般技術者即可在不偏離本發明的精神或範疇下以許多其他特定形式來實施。因此，應認定本發明實例與實施例係為說明性而非限制性，且本發明不僅限於此處提供的細節，而可在隨附專利申請範圍的範疇內修改或實行。
100‧‧‧黏彈性清理物質
101‧‧‧基板
102‧‧‧特徵部
105‧‧‧液體清理溶液
110‧‧‧聚合物
111‧‧‧基板表面
120I、120II、120III、120IＶ、120V‧‧‧粒子
200‧‧‧設備
201‧‧‧基板
205‧‧‧基板表面
210‧‧‧基板支座
215‧‧‧軸
220‧‧‧清理物質發放器
225‧‧‧噴嘴
226‧‧‧支臂
229‧‧‧圓弧
230‧‧‧黏彈性清理物質
240‧‧‧薄膜
260‧‧‧容器
250、250’、251、251’‧‧‧滾軸
252、253、254、255‧‧‧圓形方向
256、257‧‧‧方向
300‧‧‧設備
301‧‧‧基板
305．．．基板的表面
306．．．表面的中心
310．．．基板支座
315．．．軸
320．．．沖洗液體發放器
325．．．噴嘴
326．．．支臂
330．．．沖洗液體
340．．．清理物質
341．．．清理物質的表面
350．．．沖洗液體
353．．．介面
370．．．流程
371、372、373、374．．．作業
461．．．方向
475．．．頂部表面
476．．．清理物質供應線路
477．．．沖洗液體供應線路
478．．．乾燥輔助液體供應線路
479．．．虛線
480．．．整合處理設備
481．．．腔體支座
482．．．軸
483．．．基板支座
484、485、486．．．槽道
487、488、489．．．排出管道
490．．．處理腔體
491、492、493．．．傾斜環
495．．．基板
496、497、498．．．排出開口
501．．．基板
510．．．流程
511、512、513、514、515．．．作業
520．．．清理液體發放器
530．．．冷卻液體發放器
535．．．冷卻液體的噴出物
540．．．清理物質
600．．．設備
601．．．基板
610．．．基板支座
615．．．軸
620．．．吸取管
623．．．吸取頭
625．．．吸取開口
625I、625II、625III、625IV與625V．．．吸取洞口
640．．．清理物質層
650．．．真空泵
660．．．把手
670．．．流程
671、672、673、674、675．．．作業
701、701’．．．基板
703．．．沖洗液體發放系統
704．．．沖洗支臂
705．．．系統
706．．．控制器
707．．．電腦
708．．．頻率控制器
709．．．控制器
710．．．基板支座
711．．．控制系統
715．．．軸
720．．．聲音共振器塊
720’、720”．．．聲音共振棒
721．．．沖洗頭
722．．．沖洗液體發放器
723．．．聲音共振塊
724．．．支臂
725．．．系統
726．．．聲波
740．．．清理物質
760．．．支臂
770．．．流程
771、772、773、774、775．．．作業
870．．．流程
871、872、873、874、875．．．作業
900．．．噴霧頭
901．．．引入氣體載體用的通道
902．．．引入沖洗液體用的通道
903．．．組合流通過的通道
910．．．基板
911．．．氣體載體供應線路
912．．．沖洗液體供應線路
915．．．噴霧支臂
920．．．液體噴霧設備
922．．．滾軸
930．．．施加沖洗液體噴霧之設備
940．．．清理物質層
970．．．流程
971、972、973、974．．．作業
1070．．．流程
1071、1072、1073、1074、1075．．．作業
1101．．．基板
1170．．．流程
1171、1172、1173、1174、1175．．．作業
A、B、B1、B2、C1、C1’、C2、C2’．．．區域
FJ、FS1、FS2．．．力
本發明藉由前述詳細描述與隨附圖樣而容易了解，且相似的參照數字表示相似的結構元素。
圖1係依照本發明的一實施例呈現發放至基板表面以清理基板表面的汙染物之黏彈性清理物質，其包含具有大分子量的聚合化合物。
圖2A係依照本發明的一實施例呈現用來發放黏彈性清理物質的設備。
圖2B係依照本發明的一實施例呈現圖2A所示的設備之頂視圖。
圖2C係依照本發明的一實施例呈現由一對滾軸所穩定持握的基板。
圖3A係依照本發明的一實施例呈現用來發放沖洗液體至基板表面的設備。
圖3B係依照本發明的一實施例呈現發放在清理物質薄膜上的沖洗液體液流。
圖3C係依照本發明的一實施例呈現圖3B的區域A之放大視圖。
圖3D係依照本發明的一實施例呈現在圖3C的區域B中的一部分清理物質已被沖洗液體移除後的部分基板。
圖3E係依照本發明的一實施例呈現從基板移除粒子的流程。
圖4係依照本發明的一實施例呈現用來從基板表面移除粒子的整合處理設備。
圖5A係依照本發明的一實施例呈現相似於圖2B的設備且具有後側冷卻之設備。
圖5B係依照本發明的一實施例呈現從基板表面移除粒子的流程。
圖6A係依照本發明的一實施例呈現具有附加在把手上的吸取管之設備。
圖6B係依照本發明的一實施例呈現耦合於把手的吸取頭。
圖6C係依照本發明的一實施例呈現圖6B具有吸取洞口的吸取頭之底視圖。
圖6D係依照本發明的一實施例呈現用來從基板表面移除粒子的流程。
圖7A係依照本發明的一實施例呈現放置於基板之上的聲音共振器塊。
圖7B係依照本發明的一實施例呈現放置於基板之上與之下的聲音共振棒。
圖7C係依照本發明的一實施例呈現清理物質沖洗系統。
圖7D係依照本發明的一實施例的沖洗頭之側視圖。
圖7E係依照本發明的一實施例呈現在基板上方的沖洗頭之頂視圖。
圖7F係依照本發明的一實施例呈現用來從基板表面移除粒子的流程。
圖8係依照本發明的一實施例呈現用來從基板表面移除粒子的流程。
圖9A係依照本發明的一實施例呈現用引入沖洗液體的噴霧頭。
圖9B係依照本發明的一實施例呈現用來施加沖洗液體的噴霧之設備。
圖9C係依照本發明的一實施例呈現清理基板的流程。
圖10係依照本發明的一實施例呈現用來從基板表面移除粒子的流程。
圖11A係依照本發明的一實施例呈現在A度擺盪的基板之頂視圖。
圖11B係依照本發明的一實施例呈現用來從基板表面移除粒子的流程。
461．．．方向
475．．．頂部表面
476．．．清理物質供應線路
477．．．沖洗液體供應線路
478．．．乾燥輔助液體供應線路
479．．．虛線
480．．．整合處理設備
481．．．腔體支座
482．．．軸
483．．．基板支座
484、485、486．．．槽道
487、488、489．．．排出管道
490．．．處理腔體
491、492、493．．．傾斜環
495．．．基板
496、497、498．．．排出開口

Claims (31)

  1. 一種從基板的表面移除粒子之方法，包含：發放一層的清理物質至該基板的表面，其中該基板由基板支座轉動，而且其中該清理物質係包含聚合化合物的黏彈性溶液，該聚合化合物可溶於清理溶液以形成該清理物質，該清理物質從該基板的表面捕捉與俘獲至少若干粒子；以及發放沖洗液體至該基板的表面的該層清理物質上，以移除該層清理物質，其中能量在發放該沖洗液體至該層清理物質期間施加至該清理物質，其中施加能量的期間係短於該清理物質的鬆弛時間以提高該清理物質的似固體反應及展現該清理物質的彈性本質，其中該鬆弛時間包含該清理物質消散該能量的時間，該能量係在發放沖洗液體的期間由施加在該層清理物質的力而引入，其中提高該似固體反應促使從該基板表面移除該清理物質，而且其中由該清理物質所俘獲的該至少若干粒子與該清理物質一起被移除。
  2. 如專利申請範圍第1項的從基板的表面移除粒子之方法，其中發放的沖洗液體移除該層清理物質。
  3. 如專利申請範圍第1項的從基板的表面移除粒子之方法，其中該基板與該清理物質在發放沖洗液體之前或期間冷卻至約0℃至30℃之間的溫度，而且其中該清理物質的冷卻提高該清理物質的似固體反應，令該清理物質與俘獲的粒子更容易藉由發放的沖洗液體來移除。
  4. 如專利申請範圍第1項的從基板的表面移除粒子之方法，其中引入的能量係藉由吸力施加在該層清理物質上，而且其中該吸力從該基板的表面拉開該層清理物質，以移除該清理物質與俘獲的粒子。
  5. 如專利申請範圍第1項的從基板的表面移除粒子之方法，其中在該層清理物質發放至該基板的表面之前，表面預處理液體施加至該基板的表面。
  6. 如專利申請範圍第1項的從基板的表面移除粒子之方法，其中該能量以低頻聲能引入，該聲能的頻率大於該清理物質的特徵時間之倒數，而且其中該頻率約為10Hz至500Hz之間。
  7. 如專利申請範圍第1項的從基板的表面移除粒子之方法，其中該沖洗液體藉由噴霧發放至該層清理物質上，而且其中該噴霧藉由該噴霧的力引入施加至清理物質的能量。
  8. 如專利申請範圍第1項的從基板的表面移除粒子之方法，其中該能量以百萬赫茲音波或超音波聲能引入，該聲能的頻率大於該清理物質的特徵時間之倒數。
  9. 如專利申請範圍第1項的從基板的表面移除粒子之方法，其中該能量係在該層清理物質發放至該基板的表面期間或之後藉由沿著該基板的軸擺盪該基板而引入。
  10. 如專利申請範圍第1項的從基板的表面移除粒子之方法，其中聚合化合物係從由下列物質所組成的群組中選出：丙烯酸聚合物；聚亞胺(polyimines)與氧化物；纖維素衍生物；多醣類；以及蛋白質。
  11. 如專利申請範圍第1項的從基板的表面移除粒子之方法，其中該沖洗液體為去離子水。
  12. 如專利申請範圍第3項的從基板的表面移除粒子之方法，其中該基板與該清理物質係藉由噴灑冷水在基板表面的後側或基板支 座而冷卻。
  13. 如專利申請範圍第5項的從基板的表面移除粒子之方法，其中該預處理液體係從由下列物質所組成的群組中選出：去離子水(DIW,de-ionized water)、APM(銨/過氧化物混合物，ammonium peroxide mixture)、DSP(稀釋的硫酸/過氧化物混合物，diluted sulfuric-acid peroxide mixture)、SPM(硫酸/過氧化物混合物，sulfuric-acid peroxide mixture)、DI-O3(混合臭氧的去離子水，de-ionized water mixed with ozone)、HF(氟化氫，hydrogen fluoride)與BOE(緩衝的氧化物蝕刻，buffered oxide etch)溶液。
  14. 如專利申請範圍第7項的從基板的表面移除粒子之方法，其中該沖洗液體與氣體載體在該噴霧中混合，而且其中該氣體載體係從由下列物質所組成的群組中選出：N2、空氣、O2、Ar、He、其他型惰氣以及上述氣體的組合。
  15. 如專利申請範圍第8項的從基板的表面移除粒子之方法，其中該百萬赫茲音波或超音波聲能的頻率係從由下列頻率所組成的群組中選出：約28kHz、約44kHz、約112kHz、約800kHz、約1.4MHz以及約2MHz。
  16. 如專利申請範圍第9項的從基板的表面移除粒子之方法，其中該擺盪頻率大於該清理物質的特徵時間之倒數。
  17. 如專利申請範圍第1項的從基板的表面移除粒子之方法，更包含：在該層清理物質已移除後施加乾燥輔助液體至該基板的表面上；以及在該乾燥輔助液體已施加後，藉由轉動該基板來乾燥該基板的表面。
  18. 如專利申請範圍第17項的從基板的表面移除粒子之方法，其中該乾燥輔助液體係異丙醇(IPA,isopropyl alcohol)、IPA與水的混合物、氣態IPA、或氣態IPA與惰氣之混合物。
  19. 如專利申請範圍第10項的從基板的表面移除粒子之方法，其中該丙烯酸聚合物包含聚丙烯醯胺(PAM,polyacrylamide)、聚丙烯酸(PAA,polyacrylic acid)、PAM的共聚物、PAA的共聚物、聚-(N,N-二甲基丙烯醯胺)(PDMAAm)、聚-(N-異丙基丙烯醯胺)(PIPAAm)、聚甲基丙烯酸(PMAA,polymethacrylic acid)、或聚甲基丙烯醯胺(PMAAm,polymethacrylamide)。
  20. 如專利申請範圍第10項的從基板的表面移除粒子之方法，其中該聚亞胺與氧化物包含聚乙烯亞胺(PEI,polyethylene imine)、聚乙烯氧化物(PEO,polyethylene oxide)、或聚環氧丙烷(PPO,polypropylene oxide)。
  21. 如專利申請範圍第10項的從基板的表面移除粒子之方法，其中該纖維素衍生物包含甲基纖維素(MC,methyl cellulose)、乙基纖維素(EC,ethyl cellulose)、羥乙基纖維素(HEC,hydroxyethyl cellulose)、或羧甲基纖維素(CMC,carboxymethyl cellulose)。
  22. 如專利申請範圍第10項的從基板的表面移除粒子之方法，其中該多醣類包含亞拉伯膠、洋菜、洋菜醣、肝素、古亞膠、或三仙膠。
  23. 如專利申請範圍第10項的從基板的表面移除粒子之方法，其中該蛋白質包含白蛋白、膠原蛋白、或麩質。
  24. 一種從基板的表面移除粒子之方法，包含： 發放一層的黏彈性清理物質至該基板的表面，其中該基板由基板支座轉動，而且其中該黏彈性清理物質從該基板的表面捕捉與俘獲至少若干粒子；以及發放沖洗液體至該基板的表面的該層清理物質上，以移除該層清理物質，其中能量在發放該沖洗液體至該層清理物質期間施加至該清理物質，其中施加能量的期間係短於該清理物質的鬆弛時間以提高該清理物質的似固體反應及展現該清理物質的彈性本質，其中該鬆弛時間包含該清理物質消散該能量的時間，其中該能量係在發放沖洗液體的期間由施加在該層清理物質的力而引入，其中提高該似固體反應促使從基板表面移除該清理物質，而且其中由該清理物質所俘獲的該至少若干粒子與該清理物質一起被移除。
  25. 如專利申請範圍第24項的從基板的表面移除粒子之方法，其中該基板與該清理物質在發放沖洗液體之前或期間冷卻至約0℃至30℃之間的溫度，而且其中該清理物質的冷卻提高該清理物質的似固體反應，令該清理物質與俘獲的粒子更容易藉由發放的沖洗液體來移除。
  26. 如專利申請範圍第24項的從基板的表面移除粒子之方法，其中引入的能量係藉由吸力施加在該層清理物質上，而且其中該吸力從該基板的表面拉開該層清理物質，以移除該清理物質與俘獲的粒子。
  27. 如專利申請範圍第24項的從基板的表面移除粒子之方法，其中在該層清理物質發放至該基板的表面之前，表面預處理液體施加至該基板的表面。
  28. 如專利申請範圍第24項的從基板的表面移除粒子之方法，其中該能量以低頻聲能引入，該聲能的頻率大於該清理物質的特徵時 間之倒數，而且其中該頻率約為10Hz至500Hz之間。
  29. 如專利申請範圍第24項的從基板的表面移除粒子之方法，其中該沖洗液體藉由噴霧發放至該層清理物質上，而且其中該噴霧藉由該噴霧的力引入施加至清理物質的能量。
  30. 如專利申請範圍第24項的從基板的表面移除粒子之方法，其中該能量以百萬赫茲音波或超音波聲能引入，該聲能的頻率大於該清理物質的特徵時間之倒數。
  31. 如專利申請範圍第24項的從基板的表面移除粒子之方法，其中該能量係在該層清理物質發放至該基板的表面期間或之後藉由沿著該基板的軸擺盪該基板而引入。
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