TW201725640A

TW201725640A - 基板清洗裝置及清洗方法

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Publication number: TW201725640A
Application number: TW105100704A
Authority: TW
Inventors: 吳柏勳; 李怡志; 沈紘毅; 賴盈佐
Original assignee: 日月光半導體製造股份有限公司
Priority date: 2016-01-11
Filing date: 2016-01-11
Publication date: 2017-07-16
Also published as: TWI642131B

Abstract

本揭露係有關一種基板清洗裝置及清洗方法。該基板清洗裝置包括一上蓋、一下蓋、一側壁及一固定元件。該側壁連接該上蓋及該下蓋，以定義出一實質封閉之容置空間以容置一基板及一清洗液。該固定元件用以在清洗過程中，將該基板係固定於該下蓋。

Description

基板清洗裝置及清洗方法

本揭露係有關基板清洗裝置及清洗方法。更具體而言，本揭露係有關實質封閉之基板清洗裝置及清洗方法。

於半導體元件之製造過程中，通常會於半導體基板上殘留有助焊劑(Flux)。在習知方式中，係將待清洗基板置放於一清洗機台之輸送裝置上，該輸送裝置帶動該待清洗基板在水平方向移動，此時，位於該輸送裝置上方之複數個噴嘴持續向下噴水，以清洗該待清洗基板而去除該待清洗基板上殘留的助焊劑。然而，此種清洗方式需要大量的水持續沖洗(因為水持續地流掉)，而且所使用的水最好是熱水，因此，此種清洗方式不僅耗水，而且耗電(用以加熱)。再者，清洗後，大量的廢水也必須花費很高成本來處理。因此，有必要提供一種改良之基板清洗裝置及清洗方法，以解決上述問題。

本揭露之一方面係有關一種基板清洗裝置，在一實施例中，該基板清洗裝置包括一上蓋、一下蓋、一側壁及一固定元件。該側壁連接該上蓋及該下蓋，以定義出一實質封閉之容置空間以容置一基板及一清洗液。該固定元件用以在清洗過程中，將該基板係固定於該下蓋。

本揭露之另一方面係有關一種基板清洗方法。在一實施例中，該方法包括：(a)置放一基板於一實質封閉之容置空間中；(b)將該實質封閉之容置空間抽真空；(c)注入一清洗液至該實質封閉之容置空間中；(d)將該清洗液從該實質封閉之容置空間排出；及(e)將該基板從該實質封閉之容置空間取出。

1‧‧‧基板清洗裝置

1c‧‧‧基板清洗裝置

2‧‧‧上蓋

3‧‧‧下蓋

4‧‧‧側壁

5‧‧‧固定元件

6‧‧‧緩衝墊

7‧‧‧基板

8‧‧‧清洗液

10‧‧‧彈性體

12‧‧‧超音波振盪器

14‧‧‧壓力感測器

16‧‧‧液位感測器

18‧‧‧容置空間

19‧‧‧凹腔

21‧‧‧上蓋之第一表面

22‧‧‧上蓋之第二表面

23‧‧‧真空通道

24‧‧‧上定位孔

30‧‧‧下模

31‧‧‧下蓋之第一表面

32‧‧‧下蓋之第二表面

33‧‧‧真空通道

41‧‧‧清洗液注入孔

42‧‧‧清洗液排出孔

43‧‧‧進氣孔

44‧‧‧抽真空孔

45‧‧‧下定位孔

46‧‧‧定位銷

51‧‧‧真空通道

61‧‧‧緩衝墊之第一表面

62‧‧‧緩衝墊之第二表面

63‧‧‧容置凹洞

64‧‧‧真空通道

71‧‧‧基板之第一表面

72‧‧‧基板之第二表面

73‧‧‧封裝體

74‧‧‧焊球

91‧‧‧吸取頭

92‧‧‧輸送裝置

93‧‧‧第一平台

94‧‧‧第二平台

231‧‧‧真空通道之第一部分

232‧‧‧真空通道之第二部分

圖1顯示根據本揭露一實施例的一種基板清洗裝置之分解示意圖。

圖2顯示圖1之基板清洗裝置之組合示意圖，其中該基板清洗裝置係注入清洗液。

圖3顯示圖1之該上蓋之仰視示意圖。

圖4顯示圖3中沿著線4-4之剖視示意圖。

圖5顯示圖1之該下模及該緩衝墊結合後之俯視示意圖。

圖6顯示圖5中沿著線6-6之剖視示意圖。

圖7顯示根據本揭露一實施例的一種基板清洗裝置之組合示意圖，其中該基板清洗裝置係未注滿該清洗液。

圖8至圖15顯示根據本揭露一實施例的基板清洗方法之作動示意圖。

圖1顯示根據本揭露一實施例的一種基板清洗裝置1之分解示意圖。圖2顯示圖1之基板清洗裝置1之組合示意圖，其中該基板清洗裝置1係注入清洗液8。該基板清洗裝置1包括一上蓋2、一下蓋3、一側壁4、一固定元件5、一彈性體10、一超音波振盪器12、一緩衝墊6及一壓力感測器14。

該上蓋2具有一第一表面21、一第二表面22及複數個真空通道23。在本實施例中，該上蓋2係為一板狀結構，且其材質係為金屬，例如鋼。該真空通道23係貫穿該上蓋2，且用以容納該固定元件5。在本實施例中，該真空通道23具有一第一部分231及一第二部分232，其中該第一部分231之寬度係小於該第二部分232之寬度，使得該固定元件5卡於該第二部分232中。

該下蓋3具有一第一表面31、一第二表面32及複數個真空通道33。在本實施例中，該下蓋3係為一板狀結構，且其材質係為金屬，例如鋼。該等真空通道33係位於該下蓋3內部，用以吸附一待清洗基板7。

該側壁4連接該上蓋2及該下蓋3，以定義出一實質封閉之容置空間18(圖2)以容置一待清洗基板7及一清洗液8(圖2)。在本實施例中，該側壁4係為一環狀結構，且其材質係為金屬，例如鋼。在本實施例中，該下蓋3及該側壁4係一體成型，而成一下模30，且定義出一凹腔19以容置該待清洗基板7及該清洗液8(圖2)。該上蓋2係用以覆蓋該凹腔19以定義出該容置空間18。如圖2所示，該容置空間18係包含該凹腔19及該凹腔19上方由該彈性體10所撐起的空間；如果沒有該彈性體10，則該容置空間18即等同於該凹腔19。

在一實施例中，該側壁4具有複數個清洗液注入孔41、複數個清洗液排出孔42、複數個進氣孔43及複數個抽真空孔44(圖5)。該等清洗液注入孔41、該等清洗液排出孔42、該等進氣孔43及該等抽真空孔44係貫穿該側壁4以連通該凹腔19或該容置空間18至外界。該等清洗液注入孔41係供該清洗液8由外界注入該凹腔19或該容置空間18；該等清洗液排出孔42係供該清洗液8由該凹腔19或該容置空間18排出至外界；該等抽真空孔44係供空氣由該凹腔19或該容置空間18排出至外界，以形成真空；該等進氣孔43係供空氣由外界進入該凹腔19或該容置空間18，以破真空。在另一實施例中，該側壁4具有複數個第一孔洞及複數個第二孔洞，該等第一孔洞係位於圖5下方之孔洞(例如：該等清洗液注入孔41及該等進氣孔43)，該等第二孔洞係位於圖 5上方之孔洞(例如：該等清洗液排出孔42及該等抽真空孔44)。每一該等第一孔洞本身同時兼具上述清洗液注入孔及進氣孔之功能，亦即，每一該等清洗液注入孔41及每一該等進氣孔43本身係可用以供該清洗液8由外界注入該凹腔19或該容置空間18，也可用以供空氣由外界進入該凹腔19或該容置空間18。每一該等第二孔洞本身同時兼具上述清洗液排出孔及抽真空孔之功能，亦即，每一該等清洗液排出孔42及每一該等抽真空孔44本身係可用以供該清洗液8由該凹腔19或該容置空間18排出至外界，也可用以供空氣由該凹腔19或該容置空間18排出至外界。

該待清洗基板7具有一第一表面71、一第二表面72、複數個封裝體73及複數個焊球74，該等封裝體73係位於該第二表面72，且該等焊球74係位於該第一表面71。如圖2所示，該等清洗液注入孔41及該等清洗液排出孔42之底部大致與該待清洗基板7之第一表面71等高。

該緩衝墊6係固設(例如：鎖合、卡合或貼合)於該下蓋3之上表面31，用以承接該待清洗基板7。該緩衝墊6之材質係與該下蓋3不同，且係為彈性或軟性材質，例如：橡膠或矽膠，以使得該待清洗基板7被下壓於該緩衝墊6時，該緩衝墊6可提供緩衝，防止該待清洗基板7接觸該下蓋3而受損。以俯視觀之，該緩衝墊6之尺寸係與該凹腔19之尺寸大致相同。該緩衝墊6具有一第一表面61、一第二表面62、複數個容置凹洞63及複數個真空通道64。該等容置凹洞63係開口於該第一表面61，且其尺寸及位置係對應該待清洗基板7之封裝體73，使得每一該等容置凹洞63係容置每一該等封裝體73。該等真空通道64係連通該等對應容置凹洞63至該第二表面62，且每一該等真空通道64係對應每一容置凹洞63。此外，該緩衝墊6之每一真空通道64係對應該下蓋3之每一真空通道33，使得該緩衝墊6固設於該下蓋3之上表面31後，該緩衝墊6之每一真空通道64係連通該下蓋3之每一真空通道33。

該固定元件5係用以在清洗過程中，將該待清洗基板7固定於該下蓋3或位於該下蓋3上之該緩衝墊6。在本實施例中，該固定元件5係為一突出體，且係為彈性或軟性材質，例如：橡膠或矽膠。該固定元件5係卡設於該上蓋2之該真空通道23之第二部分232，以連接至該上蓋2，且向下延伸，而突出於該上蓋2之第二表面22。該固定元件5之功能之一係在清洗過程中，壓制該待清洗基板7於該下蓋3或位於該下蓋3上之該緩衝墊6，避免該待清洗基板7翻轉或位移。此外，在本實施例中，該固定元件5(即該突出體)具有複數個真空通道51，其貫穿該固定元件5(即該突出體)。該固定元件5(即該突出體)之真空通道51係對應該上蓋2之該真空通道23之第一部分231，使得該固定元件5係卡設於該上蓋2之該真空通道23之第二部分232時，該固定元件5(即該突出體)之真空通道51連通該上蓋2之該真空通道23之第一部分231。因此，該固定元件5之另一功能係可在接觸該待清洗基板7後，以吸真空方式吸取該待清洗基板7。

該彈性體10位於該上蓋2之第二表面22及該側壁4之頂面之間，且係環繞該凹腔19。在本實施例中，該彈性體10係為彈性或軟性材質，例如：橡膠或矽膠。以俯視觀之，該彈性體10係大致為一矩形框結構，且其所圍繞之面積大於該凹腔19之面積。當該上蓋2覆蓋該側壁4時，該彈性體10可密合該上蓋2及該側壁4，使得該凹腔19形成該實質封閉之容置空間18(圖2)，使得在抽真空之過程中，空氣不會從該上蓋2之第二表面22及該側壁4之頂面之間進入該容置空間18；或者，在注入該清洗液8之過程中，該清洗液8不會從該上蓋2之第二表面22及該側壁4之頂面之間漏出。

該清洗液8位於該凹腔19或該容置空間18內，用以清洗該待清洗基板7。在本實施例中，該清洗液8係用以清洗而移除該待清洗基板7及該等焊球74上殘留的助焊劑；然而，在其他實施例中，該清洗液8 也可以用以清洗該待清洗基板7上之其他物體(Object)。該清洗液8之材質可以是水或其他清洗溶液，在本實施例中，該清洗液8係為去離子水(DI Water)，其溫度可以是室溫至70℃或40℃至70℃。

該超音波振盪器12位於該凹腔19或該容置空間18內，用以提供超音波振盪至該清洗液8，以提高該清洗液8之清洗效率及該待清洗基板7清洗後之潔淨度。在本實施例中，該超音波振盪器12位於該側壁4上；然而，在其他實施例中，該超音波振盪器12也可以位於該上蓋2上。該超音波振盪器12之數目可以是一個或一個以上。

該壓力感測器14位於該凹腔19或該容置空間18內，用以當該清洗液8注滿該容置空間18時感測該清洗液8之壓力。當該壓力感測器14感測到該清洗液8之壓力過高時，該基板清洗裝置1之控制系統(圖中未示)即停止該清洗液8之注入動作，以防止因過高壓力而損壞該基板清洗裝置1或該待清洗基板7。

在本實施例中，該基板清洗裝置1係利用位於實質封閉之該容置空間18內之該清洗液8清洗該待清洗基板7，亦即，其係為一種浸泡式之清洗方式。在清洗過程中，該清洗液8並不會持續流掉。與習知技術相比，本實施例之此種清洗方式並不需要大量的清洗液持續地沖洗，因此，本實施例之此種清洗方式不僅可大量節省清洗液(例如：可節省超過95%的清洗液)，而且省電(例如：可節省超過80%的電力)。再者，清洗後，後續的廢清洗液僅須花費較低成本來處理。

圖3顯示圖1之該上蓋2之仰視示意圖。圖4顯示圖3中沿著線4-4之剖視示意圖。要說明的是，圖1中之該上蓋2係為圖3中沿著線1a-1a之剖視示意圖。如圖3所示，該彈性體10係大致為一矩形框結構，其係環繞該凹腔19(圖1)之外圍，且其所圍繞之面積大於該凹腔19之面積。此外，如圖3及圖4所示，該上蓋2更包括複數個上定位孔24，其係貫穿該上蓋2，且位於該彈性體10所圍繞之面積之外。

圖5顯示圖1之該下模30(即該下蓋3及該側壁4)及該緩衝墊6結合後之俯視示意圖。圖6顯示圖5中沿著線6-6之剖視示意圖。要說明的是，圖1中之該下模30(即該下蓋3及該側壁4)及該緩衝墊6係為圖5中沿著線1b-1b之剖視示意圖。如圖5所示，該等清洗液注入孔41、該等清洗液排出孔42、該等進氣孔43及該等抽真空孔44之位置大致對應該緩衝墊6之該等容置凹洞63，該等清洗液注入孔41及該等進氣孔43係交錯排列，且該等清洗液排出孔42及該等抽真空孔44係交錯排列。可以理解的是，該等清洗液注入孔41、該等清洗液排出孔42、該等進氣孔43及該等抽真空孔44也可以依其他方式排列。此外，如圖5及圖6所示，該側壁4更包括複數個下定位孔45及複數個定位銷46。該等下定位孔45係為盲孔，用以容納該等定位銷46，使得該等定位銷46突出於該側壁4之一表面。該等下定位孔45之位置係對準該等上定位孔24之位置(亦即，位於該凹腔19之外)，使得該上蓋2覆蓋於該側壁4上時，該等上定位孔24可套設於該等定位銷46，防止該上蓋2與該側壁4在水平方向的相對位移。

圖7顯示根據本揭露一實施例的一種基板清洗裝置1c之組合示意圖，其中該基板清洗裝置1c係未注滿該清洗液8。本實施例之基板清洗裝置1c與圖1~6所示之基板清洗裝置1大致相同，其不同處在於本實施例之基板清洗裝置1c更包括一液位感測器16，而不包括該壓力感測器14。該液位感測器16位於該凹腔19或該容置空間18內，用以當該清洗液8注入該容置空間18時感測該清洗液8之液面。在本實施例中，該液位感測器16係位於該側壁4上，且高於該超音波振盪器12。當液位感測器16感測到該清洗液8之液面時，該基板清洗裝置1c之控制系統(圖中未示)即停止該清洗液8之注入動作，以節省該清洗液8(因為該清洗液8不須注滿該容置空間18)，且可確保該清洗液8之液面高於該超音波振盪器12。

圖8至圖15顯示根據本揭露一實施例的基板清洗方法之作動示意圖。參考圖8，本實施例之基板清洗方法係由一基板清洗設備所完成。該基板清洗設備包括一吸取頭91、該上蓋2(如圖3及圖4所示)、一輸送裝置92、一第一平台93、該下模30(即該下蓋3及該側壁4，如圖5及圖6所示)及一第二平台94。該上蓋2之第二表面22係可拆卸地固設(例如：鎖合或卡合)於一吸取頭91上。該輸送裝置92、該第一平台93、該下模30及該第二平台94係水平並列。要注意的是，在其他實施例中，該下模30之數目係為二個以上，以執行不同程度之清洗或烘乾。

該上蓋2之該真空通道23及該固定元件5之真空通道51係連通至一第一真空源(圖中未示)，該下蓋3之真空通道33係連通至一第二真空源(圖中未示)，該側壁4之該等第二孔洞或該等抽真空孔44係連通至一第三真空源(圖中未示)，該等第一孔洞或該等清洗液注入孔41係連通至一清洗液儲存槽(圖中未示)。可以理解的是，該第一真空源、該第二真空源及該第三真空源也可以是同一個真空系統。

該待清洗基板7係經由該輸送裝置92輸送至該第一平台93。此時，該吸取頭91及該上蓋2係位於該待清洗基板7上方。接著，該吸取頭91及該上蓋2向下移動，使得該上蓋2上全部之固定元件5接觸該待清洗基板7。

參考圖9，啟動該第一真空源以對該等固定元件5之真空通道51抽真空，使得該等固定元件5吸住該待清洗基板7。接著，該吸取頭91及該上蓋2連同該待清洗基板7一起向上及向右移動至該下模30(即該下蓋3及該側壁4)上方。

參考圖10，該吸取頭91及該上蓋2連同該待清洗基板7一起向下移動，使得該上蓋2覆蓋於該側壁4，且該上蓋2之該等上定位孔24套設於該側壁4之該等定位銷46，且該待清洗基板7容置於該凹腔19內。

參考圖11，顯示圖10中區域A之局部放大示意圖。由於該彈性體10之密封作用，使得該凹腔19形成該實質封閉之容置空間18，亦即，該待清洗基板7被置放於一實質封閉之容置空間18中。此時，啟動該第二真空源，以對該下蓋3之真空通道33及該緩衝墊6之真空通道64抽真空，使得該待清洗基板7之該等封裝體73被吸附在該緩衝墊6之該等容置凹洞63內。接著，啟動該第三真空源以將該實質封閉之容置空間18抽真空。

參考圖12，注入該清洗液8至該實質封閉之容置空間18中。在本實例中，係啟動該第三真空源以透過該等抽真空孔44將該實質封閉之容置空間18抽真空，之後關閉該等抽真空孔44且透過該等清洗液注入孔41將該清洗液8注入至該實質封閉之容置空間18中。然而，在其他實施例中，係啟動該第三真空源以透過該等第二孔洞(例如：該等清洗液排出孔42及該等抽真空孔44)將該實質封閉之容置空間18抽真空，之後再透過該等第一孔洞(例如：該等清洗液注入孔41及該等進氣孔43)將該清洗液8注入至該實質封閉之容置空間18中。在另一實例中，係將該清洗液8加壓(例如：再施加0.1大氣壓、0.5大氣壓或1大氣壓)注入該實質封閉之容置空間18中，以提高清洗效果。

在本實例中，該清洗液8係注滿該容置空間18。此時，該壓力感測器14可感測該清洗液8之壓力。當該壓力感測器14感測到該清洗液8之壓力過高時，即停止該清洗液8之注入動作。然而，在其他實施例中，該清洗液8也可以不注滿該容置空間18。此時，該清洗液8係清洗該待清洗基板7。接著，關閉所有注入清洗液之孔洞，且浸泡該待清洗基板7一預設時間。在本實施例中，更利用該超音波振盪器12以施加超音波震盪至該清洗液8，而提高該清洗液8之清洗效率及該基板7清洗後之潔淨度。在一實施例中，在施加超音波震盪的過程中，可再注入清水至該容置空間18中。

參考圖13，在清洗一段時間後，將該清洗液8從該實質封閉之容置空間18排出。在本實施例中，係透過該等清洗液排出孔42排出該清洗液8；然而，在其他實施例中，也可以係透過該等第二孔洞排出該清洗液8。在一實施例中，當排出該清洗液8之後，可經由該等第二孔洞及/或該等第一孔洞注入熱空氣，以烘乾該基板7。

參考圖14，將該基板7從該實質封閉之容置空間18取出。在本實施例中，關閉該第三真空源以解除該容置空間18之真空狀態，且關閉該第二真空源，以解除該緩衝墊6之真空通道64之真空狀態，同時去除該緩衝墊6對該基板7之吸力。接著，該吸取頭91及該上蓋2連同該基板7一起向上，以取出該基板7。在本實施例中，該吸取頭91及該上蓋2連同該基板7係再向右移動至該第二平台94上方。然而，在其他實例中，該吸取頭91及該上蓋2連同該基板7係可移動至另一個下模30上方，以再執行清洗或烘乾步驟。

參考圖15，該吸取頭91及該上蓋2連同該基板7向下移動至該第二平台94上。之後，關閉該第一真空源以解除該等固定元件5之真空通道51之真空狀態，同時去除該等固定元件5對該基板7之吸力。接著，該吸取頭91及該上蓋2再向上移動，且該基板7置放在該第二平台94上。在一實施例中，係在該第二平台94上對該基板7進行烘乾步驟。

本揭露之清洗裝置及清洗方法，由於其係利用位於實質封閉之該容置空間18內之該清洗液8清洗該待清洗基板7，亦即，其係為一種浸泡式之清洗方式。因此，在清洗過程中，該清洗液8並不會持續流掉。與習知技術相比，本揭露之清洗方法並不需要大量的清洗液持續地沖洗，因此，不僅可大量節省清洗液(例如：可節省超過95%的清洗液)，而且省電(例如：可節省超過80%的電力)。再者，清洗後，後續的廢清洗液僅須花費較低成本來處理。

如本文中所使用且不另外定義，術語「大致」、「實質上」及「約」用於描述並考慮較小變化。當與事件或情形結合使用時，該術語可係指其中事件或情形明確發生之情況以及其中事件或情形極近似於發生之情況。舉例而言，該術語可係指小於或等於±10%，如小於或等於±5%、小於或等於±4%、小於或等於±3%、小於或等於±2%、小於或等於±1%、小於或等於±0.5%、小於或等於±0.1%或小於或等於±0.05%。

另外，有時在本文中按範圍格式呈現量、比率及其他數值。應理解，此類範圍格式是為了便利及簡潔起見而使用，且應靈活地理解，不僅包括明確地指定為範圍限制之數值，而且包括涵蓋於該範圍內之所有個別數值或子範圍，如同明確地指定每一數值及子範圍一般。

雖然已參考本發明之特定實施例描述並說明本發明，但此等描述及說明並不限制本發明。熟習此項技術者應理解，在不脫離如所申請專利範圍界定之本發明的真實精神及範圍之情況下，可做出各種改變且可用等效物替代。圖示可能未必按比例繪製。歸因於製造製程及容限，本發明中之藝術再現與實際設備之間可存在區別。可存在並未特定說明之本發明的其他實施例。應將本說明書及圖式視為說明性之而非限制性的。可做出修改，以使特定情況、材料、物質組成、方法或製程適應於本發明之目標、精神及範圍。所有此類修改都意欲屬於在此申請專利範圍之範圍內。雖然本文揭示之方法已參考按特定次序執行之特定操作加以描述，但應理解，可在不脫離本發明之教示之情況下組合、細分或重新排序這些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特別指示，否則操作之次序及分組並非本發明之限制。