專利名稱：用過飽和清潔溶液進(jìn)行強(qiáng)超聲波清潔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于基片加工/制造的方法、設(shè)備和系統(tǒng)，具體涉及利用外加強(qiáng)超聲波(megasonic)能量來清潔半導(dǎo)體晶片的方法、設(shè)備和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體的制造中，半導(dǎo)體器件在稱為晶片的圓形薄片狀物件上產(chǎn)生。一般來說，每個(gè)晶片含有多個(gè)半導(dǎo)體器件。自從工業(yè)化開始至今，都一直認(rèn)識(shí)到最大程度地減少生產(chǎn)過程中對(duì)這些晶片表面的污染的重要性。此外，隨著半導(dǎo)體器件由于終端產(chǎn)品的需要變得越來越小型化和復(fù)雜化，清潔的要求變得更加嚴(yán)格。這是由兩個(gè)原因所造成的。
第一，因?yàn)槠骷兊迷絹碓叫?，晶片上的污染點(diǎn)將會(huì)在器件表面積中占據(jù)更大的百分比。這增加了器件失效的可能性。因此，為了維持每個(gè)晶片上正常功能器件的可接受的輸出水平，必須實(shí)施和實(shí)現(xiàn)的清潔要求提高了。
第二，因?yàn)槠骷兊迷絹碓綇?fù)雜，制造這些器件所需的原料、時(shí)間、設(shè)備和加工步驟也變得更復(fù)雜、價(jià)格更高。結(jié)果使制造每個(gè)晶片所需的成本增加。為了維持可接受的收益水平，對(duì)于制造商來說必須提高每個(gè)晶片上的正常功能器件的數(shù)目。一種提高此產(chǎn)出的方法是減少由于污染而失效的器件的數(shù)目。這樣，就期望提高清潔度要求。
工業(yè)上在加工過程中提高晶片的清潔度的方法是在清潔步驟中對(duì)晶片的表面引入強(qiáng)超聲波能量。引用強(qiáng)超聲波能量能夠提高在清潔步驟中從半導(dǎo)體器件上去除顆粒的能力。但是，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用強(qiáng)超聲波能量也會(huì)破壞被清潔的半導(dǎo)體器件。用在強(qiáng)超聲波清潔過程中的清潔溶液的組成，包括任何溶解在清潔溶液中的氣體的量和組成，會(huì)影響清潔的效率以及對(duì)晶片造成的破壞程度。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的教導(dǎo)，含有過飽和含量的氣體的溶液不利于用在晶片的清潔過程中。
例如，根據(jù)美國(guó)專利第5800626(“626專利”)號(hào)的教導(dǎo)，清潔溶液應(yīng)該部分飽和，例如用60-98％的氣體，以便實(shí)現(xiàn)最好的清潔效果。根據(jù)′626專利的教導(dǎo)，為了保持較好的清潔性能，較低的飽和限度60％是所期望的?！?26專利中還教導(dǎo)了溶液中有太多的氣體會(huì)造成硅表面的缺陷。因此，清潔溶液的飽和度不應(yīng)該超過98％。
根據(jù)美國(guó)專利第6167891號(hào)(“891專利”)的教導(dǎo)，100％飽和的溶液提供最佳的清潔效率。依據(jù)′891專利，不飽和溶液和過飽和溶液清潔效率明顯下降?！?91專利將過飽和條件下清潔效率較差歸咎于溶液中過量的氣泡的形成，這些氣泡在強(qiáng)超聲波能量到達(dá)晶片表面前就將其吸收了?！?91專利還教導(dǎo)對(duì)于加熱的清潔溶液，則溶液在被加熱之前必須先在低溫下進(jìn)行部分脫氣處理，以避免溫度升高時(shí)出現(xiàn)過飽和。
根據(jù)美國(guó)專利第5849091(“091專利”)的教導(dǎo)，覆蓋晶片表面的空氣/液體界面對(duì)于加強(qiáng)清潔是至關(guān)重要的。但是，專利′091的發(fā)明人教導(dǎo)了形成空氣/液體界面的最好的方法是將氣體直接注入到覆蓋晶片表面的清潔溶液中。
根據(jù)美國(guó)專利第6039814(“814專利”)的教導(dǎo)，清潔溶液中的小氣泡會(huì)阻斷聲波的傳輸，從而導(dǎo)致清潔效率的下降。′814專利還教導(dǎo)了氣泡會(huì)在晶片表面上產(chǎn)生缺陷。氣泡的來源是溶解在清潔溶液中的氣體。因此，根據(jù)′814專利的教導(dǎo)，清潔溶液中溶解的氣體濃度應(yīng)至少低于5ppm，優(yōu)選低于3ppm。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種清潔基片的方法和系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種清潔基片同時(shí)又減少和/或消除由聲能引起的破壞的方法和系統(tǒng)。
而本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用強(qiáng)超聲波能量來清潔基片的方法和系統(tǒng)，其基片可用于包括多晶硅、金屬或電介質(zhì)材料的敏感線條和溝槽結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種清潔基片同時(shí)又提高每個(gè)晶片上可操作半導(dǎo)體器件的產(chǎn)率的方法和系統(tǒng)。
這些目的和其它的目的可通過本發(fā)明來實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明的一個(gè)方面是清潔至少一塊基片的方法，其包括(a)將一塊基片放置在一操作室中，該操作室具有一處于第一溫度、其第一氣體處于第一分壓的氣態(tài)環(huán)境；(b)將一溶液供入該操作室中，以使溶液與基片接觸，該溶液包括一清潔液和以在該第一溫度及第一分壓下過飽和的濃度溶解在清潔液中的第一氣體；以及(c)在所述基片與溶液接觸的同時(shí)，將聲能施加在基片上以清潔基片。
第一氣體優(yōu)選能夠保護(hù)基片不被聲能所破壞的氣體，諸如二氧化碳。清潔液可以是常規(guī)的半導(dǎo)體溶液，諸如去離子水、RCA溶液、稀酸、稀堿或半水溶劑(semi-aqueous solvent)。進(jìn)一步優(yōu)選的是還包含溶解在清潔液中的第二氣體的溶液，這種氣體要可以促進(jìn)從基片上去除顆粒，比如氮?dú)?N2)、氧氣、氦氣和氬氣。對(duì)于操作室內(nèi)的溫度和第二氣體的分壓下，第二氣體溶解在清潔液中的量可以是也可以不是達(dá)到過飽和濃度的量。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，第一氣體是二氧化碳，液體是去離子水。溶液可以通過在操作室以外的環(huán)境中將CO2溶解在去離子水中來產(chǎn)生，諸如在膜接觸器中。此實(shí)施例中，在CO2溶解在去離子水中的過程中，膜接觸器中的氣態(tài)環(huán)境優(yōu)選保持在這樣的溫度和CO2分壓，在這個(gè)溫度和分壓下，在膜接觸器中溶解到去離子水中的CO2的量對(duì)于膜接觸器內(nèi)的溫度和分壓來說是等于或小于達(dá)到飽和濃度所需的量。溶解在液體中的二氧化碳的量可以在50ppm至2000ppm的范圍內(nèi)，最優(yōu)選的在約1000ppm。
雖然溶解在去離子水中的CO2的量相對(duì)于膜接觸器內(nèi)的CO2分壓和溫度來說等于或小于達(dá)到飽和濃度所需的量，溶解在去離子水中的CO2的這個(gè)量對(duì)于操作室中的CO2分壓和溫度是處于過飽和狀態(tài)的。
一旦在膜接觸器中生成所需的濃度后，將溶液供入操作室中，以使其與一個(gè)或多個(gè)待清潔的基片接觸。因?yàn)槿芤褐蠧O2的量在操作室內(nèi)氣體環(huán)境的分壓和溫度下是過飽和的，CO2有從溶液中逸出而進(jìn)入操作室氣氛中的趨勢(shì)。因此，優(yōu)選在有足夠多的CO2從溶液中逸出并導(dǎo)致溶解在去離子水中的CO2濃度降低到在該操作室內(nèi)的溫度和CO2分壓下為飽和濃度之前，完成將聲能作用于基片的步驟。
優(yōu)選的操作室環(huán)境是包括空氣或N2的氣態(tài)環(huán)境，且處于室溫和大氣壓下。更優(yōu)選的是作用于基片的聲能是強(qiáng)超聲波能量，而基片是半導(dǎo)體晶片。
還優(yōu)選的是聲能通過溶液傳輸并到達(dá)基片上。因?yàn)镃O2的保護(hù)效應(yīng)，本發(fā)明的方法可用來在半導(dǎo)體晶片的清潔步驟中應(yīng)用強(qiáng)超聲波能量，而對(duì)含有包括多晶硅、金屬或電介質(zhì)材料的敏感線條和凹槽結(jié)構(gòu)的晶片只有最小限度的破壞。
本發(fā)明的方法還可用來在非浸入型和浸入型操作室中清潔基片，并可用在單片基片加工和批量基片加工中。當(dāng)用在非浸入型操作室中，基片可以基本水平的方向支撐。在此實(shí)施方式中，優(yōu)選將溶液供入到操作室中，從而在基片的至少一個(gè)表面上形成溶液層。然后優(yōu)選將聲能通過溶液傳輸?shù)竭_(dá)基片上。作為對(duì)比，當(dāng)使用浸入型操作室時(shí)，基片將浸漬在溶液中。
另一方面，本發(fā)明是清潔至少一個(gè)半導(dǎo)體晶片的方法，其包括(a)在一個(gè)操作室中放置一個(gè)半導(dǎo)體晶片；(b)將溶液供入到操作室中，以使溶液與基片接觸，該溶液包括清潔液和溶解在清潔液中的第一和第二氣體，其中，第一氣體有助于從晶片上去除顆粒，第二氣體用來保護(hù)晶片以使其避免被聲能所破壞；以及(c)將聲能通過溶液作用到達(dá)晶片上，以清潔晶片。
在再一個(gè)方面，本發(fā)明是用來清潔至少一塊基片的系統(tǒng)，其包括一操作室，該操作室具有處于第一溫度、第一氣體處于第一分壓的氣態(tài)環(huán)境；在操作室中用來支撐至少一塊基片的支架；用于將第一氣體以在該第一溫度和第一分壓下過飽和的濃度溶解在清潔液中、從而形成溶液的裝置；用于將溶液供入操作室中從而使溶液與支架所支撐的基片相接觸的裝置；用于將聲能傳輸?shù)街Ъ芩蔚幕系穆暷茉?；以及一?dāng)基片處于支架上、溶液已供入到操作室中并且與基片接觸時(shí)適于激活聲能源的控制器，聲能在有足夠多的第一氣體從溶液中逸出、并使溶解在液體中的第一氣體的濃度降低到在該第一溫度和第一分壓下為飽和濃度之前通過溶液并到達(dá)基片上。


圖1是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的強(qiáng)超聲波清潔系統(tǒng)的示意圖。
圖2是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的非浸入型一次晶片強(qiáng)超聲波清潔設(shè)備的左視圖。
圖3是圖2所示設(shè)備的左視剖面圖。
圖4A是具有采用現(xiàn)有技術(shù)的強(qiáng)超聲波清潔方法清潔而被破壞的蝕刻線條的半導(dǎo)體晶片表面的顯微圖。
圖4B是具有采用依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式清潔而未被破壞的蝕刻線條的半導(dǎo)體晶片表面的顯微圖。
具體實(shí)施例方式
所述的本發(fā)明的強(qiáng)超聲波清潔方法的實(shí)施方式具有幾個(gè)方面，任何一個(gè)單獨(dú)的方面都不能獨(dú)立得到所需的效果。不對(duì)所附的權(quán)利要求所限定的本方法的范圍加以限制，下面將討論本發(fā)明的更顯著的特點(diǎn)。
通過應(yīng)用強(qiáng)超聲波能量對(duì)半導(dǎo)體晶片進(jìn)行有效地清潔，需要溶解在清潔溶液中的氣體的濃度合適。但是，與現(xiàn)有技術(shù)所教導(dǎo)的相反，使用其中溶解氣體的濃度過飽和的清潔溶液能夠得到最佳的清潔效果，同時(shí)又不會(huì)對(duì)晶片造成破壞。所述的本發(fā)明的方法對(duì)于使用浸入型或非浸入型清潔技術(shù)來清潔晶片都是有效的。待清潔的一個(gè)或多個(gè)晶片可以浸漬在清潔溶液中，或者另選地，通過施涂之類的方法將清潔溶液以薄膜的形式施涂到晶片表面上。
參考圖1，對(duì)依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的強(qiáng)超聲波清潔系統(tǒng)10進(jìn)行說明。強(qiáng)超聲波清潔系統(tǒng)10包括CO2氣體源20、氮?dú)?N2)源30、清潔液源40、膜接觸器50、操作室60和強(qiáng)超聲波能源70。當(dāng)強(qiáng)超聲波能源70與操作室60的底部相耦聯(lián)時(shí)，本發(fā)明并不限制強(qiáng)超聲波能源70相對(duì)于操作室60的任何具體方向，只要強(qiáng)超聲波能源60能夠向操作室60內(nèi)所支撐的半導(dǎo)體晶片(未顯示)提供強(qiáng)超聲波能量即可。
在使用強(qiáng)超聲波清潔系統(tǒng)10依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式來清潔半導(dǎo)體晶片中，如常用的包括去離子水的半導(dǎo)體溶液、RCA溶液、稀酸、稀堿或半水溶劑之類的清潔液首先從清潔液源40中流出，并沿著管路41流向膜接觸器。其它清潔液也可用在本發(fā)明中，包括但不限于RCA清潔流體。同時(shí)，CO2氣體源20中產(chǎn)生CO2氣體，并沿著管路21流向膜接觸器50，N2氣體源30中產(chǎn)生N2氣體，并沿著管路3 1流向膜接觸器50。膜接觸器50的作用在于使CO2氣體和N2氣體溶解在清潔液中，形成清潔溶液。應(yīng)該注意到，本發(fā)明雖然具體描述了CO2和N2溶解在清潔液中，但是本發(fā)明并不限于此。氣體中的一種優(yōu)選能夠有助于去除顆粒的一類氣體，諸如氮?dú)?N2)、氧氣(O2)、氦氣(He)、氬氣(Ar)和其它氣體。其它氣體優(yōu)選能夠保護(hù)半導(dǎo)體晶片不會(huì)因?yàn)楸┞对诼暷苤卸黄茐牡囊活悮怏w。此類氣體優(yōu)選的例子是CO2。而且，雖然可以使用膜接觸器使氣體溶解在清潔液中，也可以使用其它能將氣體溶解在液體中的已知方法和設(shè)備。
在CO2和N2氣體溶解在清潔液中時(shí)，膜接觸器50中維持著溫度和壓力都受控的氣態(tài)環(huán)境。
對(duì)膜接觸器50中的氣態(tài)環(huán)境的溫度和CO2和N2的分壓加以控制，以使在膜接觸器50中比在操作室60所維持的氣態(tài)環(huán)境下溶解在清潔液中的CO2氣體和N2氣體要多。這樣，當(dāng)膜接觸器50中溶解在清潔液中CO2和N2的量等于或低于膜接觸器50內(nèi)氣態(tài)環(huán)境的溫度和壓力所對(duì)應(yīng)的飽和濃度時(shí)，溶解在清潔液中的CO2和N2的量超過操作室60內(nèi)氣態(tài)環(huán)境的溫度和分壓所對(duì)應(yīng)的飽和濃度。
例如，考慮膜接觸器50的氣態(tài)環(huán)境中只含有體積比為1∶1的N2和CO2，而操作室60的氣態(tài)環(huán)境中只含有空氣。假設(shè)兩種氣態(tài)環(huán)境都為大氣壓和室溫，膜接觸器50的氣態(tài)環(huán)境中CO2的分壓比操作室60的氣態(tài)環(huán)境中CO2的分壓高。因此，在平衡狀態(tài)下，暴露在膜接觸器50的氣態(tài)環(huán)境中的溶解在清潔液中的CO2濃度將會(huì)被暴露在操作室60的氣態(tài)環(huán)境中的溶解在清潔液中的CO2濃度高。對(duì)于溶解的N2也是相同的原理。
在所需量的CO2和N2氣體溶解在清潔液中，以形成所需的清潔溶液后，將清潔溶液經(jīng)管路5 1引入操作室60中。在進(jìn)入操作室60后，清潔溶液與固定在其中的晶片(或多個(gè)晶片)接觸。操作室60優(yōu)選含有壓力為大氣壓、溫度為室溫的氣體。因此，當(dāng)清潔溶液到達(dá)操作室60時(shí)，溶解在清潔溶液中的一種或多種溶解氣體(即，CO2氣體或N2氣體)的濃度大大超過飽和濃度。這樣，超過操作室60中氣態(tài)環(huán)境的溫度和各分壓所對(duì)應(yīng)的飽和濃度的溶解氣體有從清潔液中逸出的趨勢(shì)。但是，晶片加工/清潔(如下文所述)優(yōu)選在足夠多的氣體從清潔液中逸出而使清潔液中氣體的量重新回到飽和濃度之前進(jìn)行。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，清潔液中CO2的濃度為1000ppm，這比大氣壓和室溫下的空氣中CO2的飽和濃度大1000倍。實(shí)驗(yàn)表明此濃度的CO2能夠產(chǎn)生非常有效的清潔效果，而同時(shí)在與應(yīng)用強(qiáng)超聲波能量結(jié)合使用時(shí)不會(huì)對(duì)晶片造成破壞。
一旦清潔溶液進(jìn)入操作室60，并與操作室60中的半導(dǎo)體晶片(或多個(gè)晶片)接觸后，強(qiáng)超聲波能源70即被激活。取決于所采用的操作室的類型，一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體晶片可以浸入在清潔溶液中，或者，在使用一次晶片操作室的情況下，可以將一層清潔溶液施涂到一個(gè)或多個(gè)清潔的晶片表面上。本發(fā)明并不限制操作室的具體類型。另外，也不限制強(qiáng)超聲波能源的任何具體形狀和/或方向。例如，強(qiáng)超聲波能源可以是盤形的、長(zhǎng)棒形的、三角形的或其它形狀的。本發(fā)明甚至可與紫外應(yīng)用和其它形式的聲能應(yīng)用結(jié)合起來使用。
一旦被激活，產(chǎn)生強(qiáng)超聲波能源70并傳輸強(qiáng)超聲波聲能，穿過清潔溶液到達(dá)待清潔的半導(dǎo)體晶片(或多個(gè)晶片)。溶解在清潔溶液中的CO2(和或N2)的作用在于飽和晶片，使其避免被傳輸?shù)骄砻娴膹?qiáng)超聲波能量所破壞。結(jié)果，強(qiáng)超聲波能量可在晶片帶有敏感性后，例如在用包括多晶硅、金屬或電介質(zhì)的材料蝕刻線條或凹槽后，在清潔步驟中作用到半導(dǎo)體晶片上。
通過比較圖4A和圖4B，說明了使用過飽和量的CO2作為一種溶解在清潔溶液中的氣體的優(yōu)點(diǎn)。圖4A和圖4B表示了用顯微鏡觀察到的敏感線條結(jié)構(gòu)被破壞的程度。圖4A表示的是使用具有飽和濃度的空氣的清潔溶液對(duì)晶片所造成的破壞。雖然清潔的效率大約為99％，但是晶片被明顯地破壞。圖4B表示的是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式使用具有過飽和濃度的CO2的清潔溶液對(duì)晶片所造成的破壞。清潔效率仍然約為99％，但是晶片沒有被破壞。在圖4A和4B中所示的清潔晶片的過程中，強(qiáng)超聲波條件是完全相同的，不同的是溶解氣體的濃度，清潔溶液也是相同的。
如上文所討論的，本發(fā)明可與各種類型的操作室結(jié)合實(shí)施，包括一次晶片操作室或不連續(xù)操作室和/或浸入型操作室或非浸入型操作室。為了說明，將討論一次晶片非浸入型操作室，應(yīng)該理解本發(fā)明的原理同樣適用于不連續(xù)型浸入式加工槽。
圖2顯示了依據(jù)本發(fā)明所制成的一次晶片非浸入型強(qiáng)超聲波能量清潔設(shè)備101。如圖1中所述產(chǎn)生的清潔溶液經(jīng)流體出口214流向晶片106，在晶片表面上形成一薄層。或者，也可以將清潔溶液施涂到晶片106的底面上。流體出口214可與流體管路51(圖1)由流體管線耦聯(lián)在一起。強(qiáng)超聲波能量清潔設(shè)備101包括一個(gè)穿過加工槽101的壁100插入的加長(zhǎng)探針104。加工槽101形成一個(gè)操作室，晶片106可以依據(jù)本發(fā)明在其中進(jìn)行加工。如圖所示，探針104固定在容器101一側(cè)的外部。一個(gè)如三明治結(jié)構(gòu)一樣適合于夾在探針104和槽壁100之間的O型圈102給加工槽101提供適當(dāng)?shù)拿芊狻?br> 一個(gè)包含在室120內(nèi)的熱交換元件134與探針104在聲學(xué)上和機(jī)械上耦聯(lián)。室120中還包含與熱交換元件134在聲學(xué)上耦聯(lián)的壓電式換能器140。固定器141與電連接器142、154和126連接在換能器140和聲能源(未顯示)之間。室120固定著一個(gè)冷卻劑的進(jìn)口管124和一個(gè)冷卻劑的出口管122，并且在電連接器154和126上有一個(gè)開口。室120被一個(gè)帶有開口132的環(huán)形盤118所閉合，開口132處是探針104。盤118依次與槽101相連接，在加工槽101內(nèi)，支撐臺(tái)或基座108與探針104平行，并且靠近探針?；?08可以是各種形式，所示的排列包括一個(gè)由多個(gè)輻條108b所支撐的輪緣108a，輻條108b與支撐在軸110上的中心108c相連接，軸110延伸穿過加工槽101的底壁。在槽101外部，軸110與馬達(dá)112相連。
加長(zhǎng)探針104優(yōu)選由相對(duì)惰性的、沒有被污染的材料如石英所制成，它用來有效地傳輸聲能。雖然使用石英探針能夠滿足大部分清潔溶液的需要，但是含有氫氟酸的清潔溶液會(huì)蝕刻石英。因此，由蘭寶石金剛砂、氮化硼、玻璃碳、玻璃碳涂敷的石墨或其它合適的材料所制成的探針也可以用來取代石英。而且，石英可采用能抵抗HF的材料涂敷，諸如金剛砂或玻璃碳。
探針104包括固態(tài)的、加長(zhǎng)的、細(xì)長(zhǎng)型或探針型清潔部分104a，和基座或尾部104b。探針104的截面可以是圓形的，并且最好其清潔部分104a的直徑小于尾部104b的直徑。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，尾部104b的端面的面積是104a部分的尖面的面積的25倍?？善谕睆捷^小的圓柱形棒或清潔部分104a用來集中沿著探針104a長(zhǎng)度方向的強(qiáng)超聲波能。但是，棒104a的直徑應(yīng)該足夠承受由經(jīng)探針傳輸?shù)膹?qiáng)超聲波能所引起的機(jī)械振動(dòng)。較佳地，棒104a的半徑應(yīng)該等于或小于作用于它的能量頻率的波長(zhǎng)。此結(jié)構(gòu)產(chǎn)生所需的恒定的表面波行為，將能量反射到與探針接觸的液體中。實(shí)際上，在沿著棒長(zhǎng)的空間位置上，棒的直徑有著非常微小的擴(kuò)大和縮小。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，棒104a的半徑大約為0.2英寸，在波長(zhǎng)約為0.28英寸的情況下運(yùn)行。這一構(gòu)造使沿著探針長(zhǎng)度的方向每英寸產(chǎn)生3-4個(gè)波長(zhǎng)。
較佳地，探針清潔部分104a足夠長(zhǎng)，以使晶片106的整個(gè)表面在晶片清潔的過程中暴露在探針104中。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，因?yàn)榫?06在探針104的下方旋轉(zhuǎn)，所以清潔部分104b的長(zhǎng)度最好足以使其至少到達(dá)晶片106的中心部分。因此，當(dāng)晶片106在探針104下方旋轉(zhuǎn)時(shí)，晶片106的整個(gè)表面都能夠通過探針104的下方。探針104即使沒有到達(dá)晶片106的中心，它也有可能取得令人滿意的效果，這是因?yàn)樘结樇獾膹?qiáng)超聲波振動(dòng)可以給晶片中心提供一些攪拌。探針104的長(zhǎng)度也可以由所需波長(zhǎng)的數(shù)值來決定。通常，探針長(zhǎng)度隨著施加于探針104的能量的波長(zhǎng)的增加值而變化。較佳地，探針清潔部分104a每英寸包括三到四個(gè)所施加能量的波長(zhǎng)。在此實(shí)施方式中，探針清潔部分104a以英寸計(jì)的長(zhǎng)度與所需的波長(zhǎng)除以三至四之間的一個(gè)數(shù)所得到的數(shù)值相等。因?yàn)閾Q能器的變化，因此需要調(diào)節(jié)換能器140以得到所需的波長(zhǎng)，使其在最有效的狀態(tài)下工作。
位于槽101外部的探針尾部104b張開，其直徑比清潔部分104a的直徑大，在圖2-3所示的實(shí)施方式中，探針尾部的直徑慢慢增加直到接觸到圓柱型截面104。尾部末端104d的表面積大，有利于超聲波能量的可大量傳輸，這些能量隨后集中在直徑較小的部分104a中。
在使用中，清潔溶液(如圖1所示的方式產(chǎn)生)從噴嘴214中噴出，噴涂到晶片的上表面上，同時(shí)使探針104帶有聲能。除了將清潔溶液從噴嘴中噴涂到晶片106上以外，另一種可選的方式是使槽101中注滿清潔溶液。在噴涂的方法中，液體在探針104的較低部分和鄰近的旋轉(zhuǎn)晶片106的上表面之間形成彎月面216。彎月面216潤(rùn)濕了探針截面的較低部分。被截面的潤(rùn)濕部分所限定的弧面的大小根據(jù)使用在清潔溶液中的液體的性質(zhì)、用于建造探針104材料以及晶片106和探針104的低邊之間的垂直距離而變化。
清潔溶液提供一種介質(zhì)，通過這種介質(zhì)探針104內(nèi)的強(qiáng)超聲波能量被傳輸?shù)骄砻嫔?，以去除掉顆粒。通過連續(xù)的流動(dòng)噴灑和晶片106的旋轉(zhuǎn)沖洗掉這些被去除掉的顆粒。當(dāng)液體流被切斷時(shí)，通過離心力可以起到一定的干燥作用，同時(shí)清潔溶液從晶片106上被甩出?；蛘撸梢詫⒈景l(fā)明的清潔溶液或其它清潔介質(zhì)施加到晶片的與強(qiáng)超聲波能源所處位置相對(duì)的面上。在此實(shí)施方式中，優(yōu)選施加到晶片上的超聲波能量應(yīng)具有足夠的功率，也能夠清潔晶片的所述相對(duì)的面。
如上所述，應(yīng)用強(qiáng)超聲波能量處理/清潔晶片的步驟要在足夠多的CO2和/或N2氣體從清潔溶液中逸出而使這些氣體在清潔溶液中的量回到飽和濃度之前進(jìn)行。溶解在清潔溶液中的CO2(和/或N2)處于過飽和濃度，是為了保護(hù)要清潔的晶片，使其不會(huì)被傳輸?shù)骄砻娴膹?qiáng)超聲波能量所破壞。所有的功能都由經(jīng)過適當(dāng)編程的處理器/控制器來完成。
雖然本發(fā)明已經(jīng)進(jìn)行了充分詳細(xì)的描述和說明，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠較容易的制造和使用本發(fā)明，但是各種不背離本發(fā)明的精神和范圍的替代、修改和改進(jìn)也應(yīng)該是顯而易見的。特別地，本發(fā)明不受限于兩種氣體被引入到清潔液體中，但是本發(fā)明包含只有一種氣體相對(duì)于操作室中的環(huán)境來說是以過飽和的濃度溶解在清潔液中的實(shí)施方式。而且，其它的氣體也可存在于清潔液中，和/或清潔液是液體的混合。
權(quán)利要求
1.一種清潔至少一塊基片的方法，它包括(a)將基片放置在一具有氣態(tài)環(huán)境的操作室中，該氣態(tài)環(huán)境具有第一溫度和第一氣體的第一分壓；(b)將一溶液供入所述操作室中，以使溶液與基片接觸，所述溶液包含清潔液和以在所述第一溫度和第一分壓下過飽和的濃度溶解在所述清潔液中的第一氣體；(c)在所述基片與溶液接觸的同時(shí)，將聲能施加在基片上以清潔基片。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在從溶液中逸出足夠多的第一氣體，從而降低了溶解在清潔液中的第一氣體的濃度，使其達(dá)到在第一溫度和第一分壓下的飽和濃度之前，完成步驟(c)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一氣體是二氧化碳。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳在清潔液中的過飽和濃度在50ppm至2000ppm范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳在清潔液中的過飽和濃度約為1000ppm。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一氣體選自氮?dú)狻⒀鯕?、氦氣和氬氣?br> 7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶液經(jīng)過下列步驟生成在具有第二溫度和第一氣體的第二分壓的氣態(tài)環(huán)境下提供清潔液，將第一氣體溶解在清潔液中，溶解在清潔液中的所述第一氣體的量等于或小于在第二溫度和第二分壓下達(dá)到飽和濃度所需的量。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一氣體通過膜接觸器溶解在清潔液中。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基片是半導(dǎo)體晶片，步驟(b)-(c)在對(duì)晶片進(jìn)行包括多晶硅、金屬或電介質(zhì)材料的線條或凹槽的蝕刻后進(jìn)行。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶液還包括溶解在清潔液中的第二氣體。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一氣體保護(hù)基片不被聲能所破壞，第二氣體有助于從基片上去除顆粒。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二氣體在操作室中氣態(tài)環(huán)境的第一溫度和第二氣體分壓下以過飽和的濃度溶解在清潔液中。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述聲能是強(qiáng)超聲波能。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述操作室處于或接近于大氣壓。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述操作室中的氣態(tài)環(huán)境包括空氣。
16.如權(quán)利1所述的方法，其特征在于，所述晶片可以基本上水平的方向支撐在操作室中。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，將溶液供入到操作室中，從而在基片的至少一個(gè)表面上形成一層溶液，聲能通過溶液傳輸并到達(dá)基片。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基片浸入到溶液中。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，包括多個(gè)浸入到溶液中的基片。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述聲能通過溶液傳輸并到達(dá)基片。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在從溶液中逸出足夠多的第一氣體，從而降低了溶解在清潔液中的第一氣體的濃度，使其達(dá)到在第一溫度和第一分壓下的飽和濃度之前，完成步驟(c)；所述溶液經(jīng)過下列步驟生成在具有第二溫度和第一氣體的第二分壓的氣態(tài)環(huán)境下提供所述液體，將第一氣體溶解在清潔液中，溶解在清潔液中的所述第一氣體的量等于或小于在第二溫度和第二分壓下達(dá)到飽和濃度所需的量；第一氣體是二氧化碳；溶液還包括溶解在清潔液中的第二氣體，以便于從基片上去除顆粒；步驟(b)-(c)是在基片進(jìn)行了金屬線刻蝕后進(jìn)行；操作室中的氣態(tài)環(huán)境包括空氣；操作室中的氣態(tài)環(huán)境的壓力為大氣壓或接近于大氣壓。
22.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述清潔液選自常用的半導(dǎo)體溶液，諸如去離子水、RCA溶液、稀酸、稀堿或半水溶劑。
23.一種清潔至少一個(gè)半導(dǎo)體晶片的方法，它包括(a)在一操作室中放置半導(dǎo)體晶片；(b)將一溶液供入到所述操作室中，使溶液與基片接觸，所述溶液包含清潔液和溶解在清潔液中的第一和第二氣體，其中，所述第一氣體有助于從所述晶片上去除顆粒，所述第二氣體用來保護(hù)所述晶片不被聲能所破壞；(c)將聲能通過所述溶液施加到晶片上以清潔晶片。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述第一氣體選自氮?dú)?、氧氣、氦氣和氬氣?br> 25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述第二氣體是二氧化碳。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述操作室包括第一溫度和二氧化碳的第一分壓的氣態(tài)環(huán)境，所述二氧化碳在第一溫度和第一分壓下以過飽和的濃度溶解在清潔液中。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，所述二氧化碳在具有第二溫度和二氧化碳的第二分壓的環(huán)境下溶解在液體中，其中所述二氧化碳溶解在清潔液中的量應(yīng)使其等于或小于在第二溫度和第二分壓下達(dá)到飽和濃度所需的量。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，在從溶液中逸出足夠多的二氧化碳，從而降低了溶解在清潔液中的二氧化碳的濃度，使其達(dá)到在第一溫度和第一分壓下的飽和濃度之前，完成步驟(c)。
29.一種用于清潔至少一塊基片的系統(tǒng)，它包括一具有氣態(tài)環(huán)境的操作室，所述氣態(tài)環(huán)境具有第一溫度和第一氣體的第一分壓；用于在所述操作室中支撐至少一塊基片的支架；用于將所述第一氣體以在所述第一溫度和第一分壓下過飽和的濃度溶解在清潔液中從而形成溶液的裝置；用于將所述溶液供入到所述操作室中以使溶液與由所述支架所支撐的基片接觸的裝置；用于將聲能傳輸?shù)接伤鲋Ъ芩蔚幕系穆暷茉?；?dāng)基片置于所述支架上，且所述溶液已供入到操作室中并與基片接觸時(shí)適于激活聲能源的控制器，所述聲能在從所述溶液中逸出足夠多的第一氣體以使溶解在所述液體中的第一氣體的濃度降低到在所述第一溫度和第一分壓下的飽和濃度之前，通過溶液到達(dá)基片。
30.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一氣體是二氧化碳。
31.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述用于溶解的裝置具有第二溫度和第一氣體的第二分壓的氣態(tài)環(huán)境，其中所述第一氣體溶解在液體中的量應(yīng)使其等于或小于在第二溫度和第二分壓下達(dá)到飽和濃度所需的量。
32.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述用于溶解的裝置是膜接觸器。
33.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一氣體用于保護(hù)基片而使其不被聲能所破壞。
全文摘要
一種用強(qiáng)超聲波清潔一個(gè)或多個(gè)基片同時(shí)又能減少了聲能對(duì)一個(gè)或多個(gè)基片的破壞的方法和系統(tǒng)?；芍卧诓僮魇抑?，并且與清潔溶液相接觸，該清潔溶液包括有二氧化碳溶解在其中的清潔液，二氧化碳溶解在清潔液中的量應(yīng)使二氧化碳?xì)怏w在操作室內(nèi)的環(huán)境下處于過飽和狀態(tài)。然后將強(qiáng)超聲波能傳輸?shù)交?。清潔溶液保護(hù)基片不被聲能所破壞。另一方面，本發(fā)明提供了一種實(shí)施本方法的系統(tǒng)。本發(fā)明不限于二氧化碳，也可以與任何其它的氣體結(jié)合使用，只要這種氣體能夠溶解在清潔液中，用來保護(hù)基片，使其不會(huì)因?yàn)槭┘訌?qiáng)超聲波/聲能而被破壞。
文檔編號(hào)B08B3/00GK1849182SQ200480020523
公開日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2004年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月11日
發(fā)明者C·S·弗蘭克林, Y·吳, B·弗雷澤 申請(qǐng)人:艾奎昂技術(shù)股份有限公司