TWI227508B - Surface tension effect dryer with porous vessel walls - Google Patents

Description

五 、發明説明（ .本發明的㈣爲半導’ #兄，本發明是關於採用/土貝❼清洗及乾燥。更具體的 方法與裝置。 長力效應來乾燥半導體基質的 從丰壤 序中基質到電子裝置，例如積體電路，在並處理程 半導體導體基質進行清洗及乾燥。清洗程序清除 及乾燥化學物質、微粒'和污染物。在清洗 體的良率：“匕學殘留物和污染物將降低製程時整 件，=二降:從一個半導體基質上獲得有用的電子元 -個丰道Ϊ 理器、記憶裝置等等的數量。在 個+導體基f上形成較小的電子裝置的數量不斷地增 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ^現2半導體製造程序中，冷染的問題特別令人感到 子：/耆半導體製造技術的進步’在基質上所形成的電 =曰盈縮小，使基質可容納更多的裝置，並提供愈來 忍’3遠、的、具多功能的、經濟的電子終端產品。然而，這 t使得冷染的問題變得更難以控制，甚至較小的微粒都算 是污染物。因此，較小的微粒必需移去或排除。由於避免 由較小微粒所造成的污染比起避免由較大微粒所造成的污 染更加困難，半導體基質的清洗及乾燥如今面臨更多設計 上的挑戰。 爲了降低污染，已採用了各種表面張力效應技術。其中 兩種最廣泛使用的技術爲熱毛細和溶毛細技術。美國專利 第4,722,752 (Steck)號指出採用溫水或熱水，使其後的表面 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（21〇X 297公楚） 1227508 A7 五、發明説明（2 張力降低，透過蒸散及低表面張力的共同作用，可協助半 導體晶圓乾燥。 美國專利第 4,911,761 (McConnell et al〇，5,271，774 (Leenaars et al.)，5,807,439 (Akatsu et al.)，5,571，337 (Mohmdra et al.)號，和歐洲專利説明書第〇 385 536扪 (Lenaars et al.)號則提到溶毛細技術。 f 在渣閉且最好是熱的處理容器内，美國專利第 號在其液體表面上’例如水’採用—種較厚層的有機溶 劑’例如異丙醇（IPA)，溶劑層在半導體晶圓上會漸漸退 去有機溶刈在液知·表面會取代水，有效地稀釋在液體表 面的水分。這降低液體表面區域的表面張力，造成在晶圓 表面的水分被有機溶劑所取代。 訂 美國專利第5,571337號指出當緩慢地排水使水位下降至 半導體晶圓表面的上方時，同時加入稀釋的異丙醇使水的 表面區域有較低的表面張力。緊鄰半導體晶圓表面有降低 的表面張力’可促使水分自工件上移除。美國專利第 號儀器乾燥晶圓時基本上不需要移動晶圓。炊 而，非均勾的乾燥法（由晶圓的頂端至底部）可能在晶圓表 層上造成污染物的累積。一旦水分開始消退，由於在表面 上的液體無法下流’隨著水位的下降，在表層附近所產生 的3染物其濃度會逐漸増加。污染物的累積，特別是有 物質’將改變隨時間函數變化和在半導體晶圓 張力變化率。 Μ ^ 歐洲專利説明書第0 385 536 B1號提到在不斷地更新在表 [____ -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A私{^ 21〇><297公缝） 1227508 五、發明説明（3 f的：分並同時透過液化氣體界面來移動晶圓的情況下， 加入有機溶劑，例如異丙醇。這合 應，在緊鄭半道f#曰鬥本 曰屋生馬即可尼對流效 域正:/ "Η ^直接產生—個低表面張力區 或二如這個頃域所熟知的，馬郎哥尼效應會產生一股由 低表面張力區域流向高表面張力區域的液態流。 美=第4川，761號和美國專利第5,57_^ L “洗和j燥的步驟中，半導體晶圓被夾持於固定位 八吴國專利第5,571，337號的方式，排除處理容器中的水

为其水位已下降至晶圓上方時，水X# & A 力吁水刀仗工件的頂端至底部 曰屋生不-致且不斷改變的表面張力。美國專利第 4’911’76 1唬的方式則不比較不會有不一致的情況。但是， ，然是非均勾的表面張力，因為在水面上的異丙醇層由容 器的頂端至底部有所變化。 歐洲專利說明書第"㈣“成的方式，藉由維持在表 面上漲滿的水分而在乾燥階段不斷地加入有機蒸汽，因此 這類現象較不易出現。然而，卻必需在處理過程中移動半 導體晶II °必需移動晶圓是相當不利的’因為需要額外的 兀件，增加機器的複雜性，並且降低儀器的穩定度。此 外，自液體中移進移出的過程，晶圓的移動也增加了損壞 的風險。 ^ 因此，需要有一種用來清洗及乾燥半導體基質的儀器和 方法，它可（1)有效地自半導體基質上移除殘留的化學物 質、微粒、有機物質、和污染物；（2)不會由半導體基質的 頂端至底部逐漸累積有機物質；（3)自半導體基質的表面上 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 1227508 A7 B7 五、發明説明（4 ) 移除水分和污染物；及（4)在清洗/乾燥處理作業的過程中 不會移動半導體基質。 發明概述 本發明的第一方面是揭示一種用來清洗並乾燥半導體基 質的處理器。處理器包含一外圍容器，一内部處理容器位 於其中，一或更多的半導體基質係裝載於處理容器之内， 半導體基質被固定於處理容器之内，處理容器包含多孔性 容器壁以允許液體自處理容器流向外圍容器。 本發明的第二方面是在於一種用來清洗及乾燥半導體基 質的方法，其將一種處理液加入一處理容器之中，一固定 的半導體基質浸泡在裝有處理液的處理容器中，一種稀釋 的有機蒸汽自處理液的上方加入到處理容器之中，處理液 自處理容器排出後，露出半導體基質。處理容器内的處理 液，在其表面區域上產生橫向的馬郎哥尼（Marangoni)對流 效應。對流由半導體基質開始，經過處理液的表面區域， 並穿越處理容器的多孔性容器壁，進入外圍容器之中。本 發明亦關於上述特點的次組合。 這些方面在處理液表面上提供有機液體一個穩定均勻的 濃度變化率，當處理液的彎月液面與半導體基質接觸，同 時在處理過程中保持半導體基質固定不動。 本發明也關於上述元件和步驟的次組合。 本發明的目標在於提供一種經過改良的方法和儀器，用 於工件，例如微電子工件或相似基質的清洗及乾燥。 圖式簡單説明 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 1227508 A7 B7 五、發明説明（6 ) 在另一個具體實施例，如圖2所示，在外圍容器6和處理 容器4的上端側壁7之間有一間隙22，在這個具體實施例 中，並沒有排水狹縫。 處理容器4最好包含一個入口 24和一個出口 26，這樣在處 理容器4内處理液16的水位便可透過調節入口24和出口26的 流速來控制。最好在處理容器4的底部設置一個擴散器28， 擴散器28可協助在處理容器4内的處理液16產生向上的層流 (laminar flow) 0 處理容器4的優點在於其容器壁18是由多孔性的材質所製 成，多孔性容器壁1 8基本上最好有一定的厚度，多孔性容 器壁1 8協助自半導體基質8移除殘留的化學物質、微粒、污 染物、有機物質、和水分，多孔性容器壁1 8最好是由一種 已知通透性的氟聚合物所製成。 容器壁1 8的毛細作用是由通透性所造成，產生一表面張 力引導水流由容器壁1 8的一側流向另一側。多孔性容器壁 1 8可以維持穩定的表面張力變化率，因此在乾燥過程時可 產生一致的馬郎哥尼力度。容器壁確切的通透性並不是絕 對關键，其通透性當然也可能所不同，只要透通性可以有 穩定的表面張力變化率。 一個氣體擴散器32位在處理容器4的上方，氣體擴散器32 的優點在於含有多個洞口 34，可允許氣體由上方進入處理 器2，洞口 34可以是任意形狀，矩形洞口 34較好。 一個或更多的氣體輸送管36與氣體擴散器32相連以供應 攜帶氣體38和有機蒸汽40，攜帶氣體38和有機蒸汽40最好 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 1227508 A7 B7 五、發明説明（7 ) 在進入擴散器32前能先混合，氣體輸送管36與不同的氣體 來源相連，分別爲攜帶氣體38和有機蒸汽4〇。攜帶氣體38 最好爲氮氣（N2)，但也可採用其他惰性氣體，有機蒸汽4〇 最好是異丙醇（IPA)，當然，也可能採用其他材料來產生馬 郎哥尼效應，攜帶氣體3 8和有機蒸汽40組合的稀釋濃度最 好可以由壓力閥42來調節。 一個較佳實施例的方法是一個裝載於處理器2的卡匠1〇含 有多個半導體基質或元件8。要清洗元件，如去離子水的處 理液16必需分別經由入口 12、24加入處理容器4和外圍容器 6中，去離子水水位沿著容器壁1 8底部逐漸昇高，容器最好 保持水平使容器壁18兩邊去離子水的水位等高，這種情況 下’在清洗埽程剛開始時，去離子水或其他物質運動通過 容器壁18是被抑制的。 半導體基質8經由去離子水適當的清洗之後，攜帶氣體3 8 和有機蒸Ά 4 0經由氣體擴散器3 2加入至處理容器4。稀釋的 有機蒸汽因此在處理容器4内去離子水16的表面上產生，有 機瘵汽的分子.被去離子水16的表層所吸收，在清洗過程 中，攜帶氣體38和有機蒸汽40最好不斷地加入處理容器4 中，以補充被去離子水丨6表層所吸收的有機蒸汽分子。 接下來，處理容器4和外圍容器6内的去離子水16透過出 口 14、26分別在兩容器中排出，在容器壁18兩側的去離子 水16的水位開始下降。 如圖3所示，彎月液面48、50在容器壁18的兩側形成，在 排出去離子水16的過程中，去離子水16在處理容器4和外圍

1227508 A7 ___ B7 五、發明説明（8 ) 容咨6排出的速度最好能使在容器壁丨8兩側下降的彎月液面 48、50有大致相等的水位或高度，這樣可幫助液體自發地 由位在處理容器4 (由有機蒸汽所引導）的低表面張力這一 側’向在外圍容态6有較高表面張力的另一側流動。 圖3説明處理器2加強的馬郎哥尼效應，一個半導體基質8 有邵分淹沒在處理液16中，如去離子水。送入的稀釋的有 機蒸汽40以箭頭A示意，部分有機蒸汽4〇在處理液16表面上 形成液態層’有機蒸汽40的單一分子以點46示意，如圖3所 示’在半導體基質8旁最靠近彎月液面44的地方有較高濃度 的液態有機分子46。在處理容器4的表面區域“，其有機分 子4 6的；辰度較低’緊鄰容器壁1 8的彎月液面* §，這裡的有 機分子46的濃度更低，在處理器2的外圍容器6這一側所形 成的彎月液面50，這裡的有機分子46 “濃度最低。 一般來説，有機液態層的表面張力低於去離子水的表面 張力’沿著去離子水16表面所形成變化率，自發性的液態 流以箭頭Β的方向前進，與馬郎哥尼效應一致。箭頭β方向 的水流將殘留的化學物質、微粒、有機物質、污染物、和 水分自半導體基質8的表面上帶走。 由於容器壁1 8具有多孔性，殘留的化學物質、微粒、有 機物質、和其他污染物便能夠自由地由處理容器4内處理液 16的表面區域流向外圍容器6的液體之中，就這一點而言， 不像其他清洗/乾燥技術，化學物質和污染物不會在表面區 域汉累積。 幸父好的情況是處理容器4内容器壁1 8内側的彎月液面4 8， ___ -11 - I紙張尺/£^用τ關冢標準(⑽）Α4規格_Χ297公爱) 1227508 A7 B7 五、發明説明（9 ) — -- 能夠和容器壁18外側的彎月液面5〇以相同的速率下降，但 可分別採用不同的下降速率。舉個例子來説，去離子水Μ 可透過28進人處理容器4,進人的速率低於去離子水排向外 圍容w 6的速率，因此可得到處理容器*經由多孔性容器壁 1 8的淨流出速率。 在乾燥的過程中，換言之，當去離子水16或處理液自處 理容器4移除時，去離子水16的表層經由多孔性容器壁^自 處理容器4移除。含有有機物質、殘留的化學物質、和相似 物質的去^子水16穿過容器壁18上的細孔19向外移動。去 離子水16最好可以透過擴散器28加人至處理容器钟，維持 去離子水16的注入以補充並取代處理容器4内經由容器壁工8 流出的表層，進一步對於防止在去離子水^的表層以内有 機物質的累積更有助益。 在一個較佳的具體實施例，在處理容器4和外圍容器$之 間產生不同的壓力，就這一點而言，容器壁Μ可作爲兩個 不ϋ f力區域的分隔。一般而言，在處理容器4的壓力比外 圍容器6要來得高，在這種情況下，水流會由處理容器4被 引導至外圍容器6，產生不同的壓力可使用_個壓縮機如 相：機器來對處理器2的某一區域或範圍加壓；或者，眞空 抽器的裝置（圖未示）也可造成不同的壓力。 —在清洗/乾燥處理作業的最後階段，當外圍容器6和處理 内的去離子水16皆已排除時，半導體基質8將自處理 二中移出。在移出半導體基質8之後，外圍容器6可注滿去 離予水或其他的處理液16以除去任何累積的有機物質或立 12- 29Ϋ^ 釐） 標準(c-ϋ格(210) 1227508 五、發明説明（10 ) =Γ由成外細，向的冷染物，可引導水流以相反的 万向由卜圍…流向處理容器4來清潔容器壁上18的細孔 19)例如可以對處理容器4和 ^卜圏合态6產生不同的壓力變化 率來達成。 雖然去離子水16在前面所述已作爲一個較佳的處理液， 但然可採用其他的處理液16。此外，透過擴散器28以連續 或近乎.連續的方式運轉，處理容器4可加入多種處理液⑷ 這可以使不同的處理液相互取代，處理容器4中的處理液16 可經由排水狹縫20或透過多孔的容器壁18自處理容器4中排 出。 爲了要使採用多種處理液16的半導體基質8的處理過程更 加順暢，處理液16由擴散器28加入最有幫助；擴散器斯 使處理液16產生向上的細薄水流並達到半導體基質8之上， 被噴出處理液16可流回處理槽以補充並重複利用；或者， 處理液16可直接通往廢水排出口。 大體上，一種在處理容器4中的處理液16會被另一種由擴 散器28加入的處理液16或清洗液取代或移除，這會使先前 的處理液16向上移動並經由排水狹縫2〇或多孔性容器壁18 自處理容器4中排出。 本發明的另一方面，在處理容器4中設置有一個聲波能量 器58。聲波能量器58可發出高頻的聲波以提升處理器2的清 /糸此力’聲波此I器5 8可包含任何數量的一般常見可發出 高頻聲波的裝置。 上述的儀器和方法可應用於各種工件的處理程序，包含 I____ -13- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -外圍S及㈣半導體基質的處理器，包含： 一處理容器，a、λ。 . 仏於外園容器之内，用來奘.丁从 容器具有多孔性宏哭辟 ，用來裝載工件，高 外圍容器之中。&可允泮液體穿過容器壁移動J 2· ^請專利範圍第！項之處理器， 多孔性容器壁上勺本 I主合進一步在 上包s 一或更多的排水狹縫。 如申請專利範園第！項之處理器，進一+ —抑、 面包含一個擴散器。 v "理谷器底 如申請專利範圍第1項之處理器 大致上爲硕狀的橫截面。 如申請專利範圍第1項之處理器 圍谷為具有不同的壓力。 6. 如申請專利範圍第5項之處理器 力高於外圍容器的壓力。 7. 如申請專利範圍第5項之處理器 力低於外圍容器的壓力。 8·如申請專利範圍第1項之處理器 頂端包含一氣體擴散器。 9·如申請專利範圍第8項之處理器 其中包含多個洞口。 10.如申請專利範圍第1項之處理器 •大致上具有相等的厚度。 11·如申請專利範圍第i項之處理器 3. 4· 5. 其中該處理容器具3 其中該處理容器與夕 其中該處理容器的屬 其中該處理容器的, 進一步在處理容器ό 其中該氣體擴散器d 其中該多孔性容器」 其中該多孔性容器/

   本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210

   1227508 as B8 C8 D8 六、申請專利範圍 大致上具有相等的通透性。 ， 以如申請專利範圍第丨項之處理器，其中該多孔性容器壁 包含一種氟聚合物。 α一種用於清洗及乾燥一工件的方法，包含下列步驟： 加入一處理液至具有多孔性容器壁的處理容器中； 將工件浸泡在處理液之中； 在處理液足上，加入一種稀釋的有機蒸汽至處理容器 内； 排出在處理容器内的處理液；及 同時排出環繞於處理容器的外圍容器中的液體，以使 工件顯露並在處理容器内處理液的表面產生一股橫向的 對流，對流由工件開始，經過處理液的表面區域，並穿 越處理容器的多孔性容器壁，進入外圍容器之中。 14.如申請專利範圍第13項之方法，進—步包;在排出階段 時’不斷地加入處理液至處理容器中的步驟。 匕如申請專利範圍第13項之方法，其中在處理容器和外圍 容器中的處理液以一定的速率排出，使得處理容器内的 彎月液面和外圍容器内的彎月液面大致維持相等的古 度。 W 16· 請專利範圍第13項之方法，其中在處理容器和外圍 容器中的處理液以一定的速率排出’以維持外圍容哭内 的彎月液面低於處理容器内的彎月液面。 μ 17:如申請專利範圍第13項之方法，其中多種不同的處理液 被加入處理容器中。 -16 - ,、本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -----— II ^ ---I I I I I 1 . 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印

   申請專利範圍 I227508 18.如申請專利範圍第13項之方法， 含異丙醇。 ”中稀釋的有機蒸汽包 19·如申請專利範圍第u項之方法，… 中將工件曝露在聲波能量中的步驟。包階& 2°.:::!:利範圍第13項之方法，其中工件固定裝置於處 里合备中而不會發生任何移動。 21，如申請專利範圍第13項之方法，其中工件包含一個半導 體材料晶圓。 22· =申請專利範園第！項之處理器，進—步包含在處理容 。中-有固定裝置，用來在處理過程中將工件爽持於 相較於處理容器的固定位置上。 、 --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ______· 17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 12275® 細 13975 鱗财請 * 一 五、發明 ^rrT~1^rf^7"ii~ 圖1是一台清洗/乾燥處理器的透視圖。 \ 圖2是另一個具體實施例的剖面圖。 圖3顯示根據本發明所產生的馬郎哥尼對流效應的示意 圖。 發明詳述 現在請參閱圖式，特別是圖1，一個處理器2包含一個處 理谷器4和一個外圍容器6。處理器2是作為一個處理半導體 基質8的清洗/乾燥器。這裡所使用的半導體基質或晶圓8 廷個詞包含如平面顯視器、半導體晶圓、光罩、光學和記 fe磁碟、和相似平面媒介等工件。處理器2適合清洗/乾燥 :一個或更多的半導體基質8。半導體基質8最好裝載於一個 卡匿或持具10，其固定於處理容器4中。卡匣10最好與每個 半導體基質8有最小的接觸面積，使可能的污染降到最低。 在清洗/乾燥的過程中，卡匣1〇和一個或更多的半導體基質 8是固定不動的，因此不需要複雜的機械昇降裝置。 外圍容器6有一個入口 12和一個出口 14，入口 12和出口 14 允許如去離子水（DI)的處理液16進入外圍容器6或自容器中 排出，除了入口 12和出口 14之外，外圍容器6是滴水不漏 處理容器4位在外圍容器6之内，最好是碗狀，如圖1及2 中所示，但是也可以採用其他形狀。在圖1所示的具體實施 例中，處理容器4的容器壁18與外圍容器6的上端侧壁接 合，排水狹缝20位在上端側壁7，因此處理液16可流出處理 容器4並進入外圍容器6。 -8 -

   12275§殄0113975號專利中請案 中文說明書替換頁(92年1月） A7 ”1‘雙正1， B7 m if \ 五、發明説明（Ή ) 半導體晶圓或基質 、和有低污染標準需求的相似元件，例 如光學和記憶媒介 、微電子元件等等。 元件符號簡要說明 2 處理器 4 處理容器 6 外圍容器 7 上端側壁 8 半導體基質 10 卡匣/持具 1 2 入口 14 出π 16 處理液（如：去離子水） 18 容器壁 19 細孑L* 20 排水狹縫 22 間隙 24 入口 26 出π 2 8 擴散器 32 氣體擴散器· 34 洞口 3 8 攜帶氣體 40 有機蒸汽 44 彎月液面 46 液態有機分子 48，50 灣月液面 52 壓縮機 5 8 聲波能量器 -14- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)