TWI392046B

TWI392046B - 改良之基板乾燥系統及乾燥基板之方法

Info

Publication number: TWI392046B
Application number: TW98135554A
Authority: TW
Inventors: Shu Sheng Chang; Chia Hsiung Tsai; Chin Yuan Chang; Yi Neng Tseng; Huan Chun Hsieh
Original assignee: Gallant Prec Machining Co Ltd
Priority date: 2009-10-21
Filing date: 2009-10-21
Publication date: 2013-04-01
Also published as: TW201115670A

Description

改良之基板乾燥系統及乾燥基板之方法

本發明係關於一種基板乾燥系統，尤指利用高頻振動裝置霧化異丙酮，並藉由氣體流量控制裝置與層流裝置之使用，以有效地提升乾燥基板表面之效果之一種改良之基板乾燥系統及乾燥基版之方法。

在晶圓(wafer)乾燥製程當中，其最常使用之技術為Marangoni乾燥法。Marangoni乾燥法係以惰性氣體，例如：氮氣，混合霧狀之有機溶劑，例如：異丙酮(Isopropyl Alcohol，IPA)，當氮氣與異丙酮混合體與晶圓表面接觸之時，透過異丙酮與浸泡晶圓的去離子水(Deionization Water,DIW)之間表面張力的差異，使得殘留於晶圓表面之水分子脫離晶圓表面，而被拉入去離子水之內，以達到乾燥晶圓表面之效果。

請參閱第一圖，係習知之晶圓乾燥系統，習知之晶圓乾燥系統3係運用Marangoni乾燥法所組裝而成，其主要包括：一乾燥槽31、一異丙醇儲存槽32、一去離子水注入裝置33、一排水裝置34、一氮氣輸入裝置35、一輸送管36、及一加熱裝置37。而使用習知之晶圓乾燥系統3進行一晶圓38之乾燥，其動作可歸納如下：首先，將該晶圓38置入該乾燥槽31內；接著，透過該去離子水注入裝置33注入去離子水於乾燥槽31內；然後，透過該氮氣輸入裝置35將氮氣輸入該異丙醇儲存槽32之內，以利用氮氣將異丙酮經由該輸送管36運送至該加熱裝置37；加熱裝置37會將氮氣與異丙酮之混合體加熱成為蒸氣狀態；接著，經由輸送管36繼續將蒸氣狀態之氮氣與異丙酮混合體送進乾燥槽31內，以使得乾燥槽31內佈滿蒸氣狀態之氮氣與異丙酮混合體；然後，將乾燥槽31內之晶圓38緩緩舉離去離子水之液面；當氮氣與異丙酮混合體與晶圓38表面接觸之時，此時，由於晶圓38表面之異丙酮濃度大於去離子水之異丙酮濃度，因此，利用異丙酮的表面張力小於浸泡晶圓38之去離子水表面張力之特性，使得殘留於晶圓38表面之水分子脫離晶圓38表面，而被吸進去離子水之內，達到了乾燥晶圓38表面之功效。

上述習知之晶圓乾燥系統為目前業界所常用之晶圓乾燥系統，雖然因其構造簡單且應用原理易懂，而被普遍地使用，然而，其仍具有許多缺點：

1.使用加熱裝置加熱異丙酮與氮氣之混合體，使其成為蒸氣狀態，雖可氣化異丙酮而有效地提升乾燥晶圓之效果，然而，加熱裝置之設備成本過高。

2.異丙酮具有引火特性，故，加熱異丙酮係有安全上之疑慮。

因此，本案之發明人有鑑於上述習知之晶圓乾燥系統仍具有諸多之缺點，故極力加以研究發明，終於研發完成本發明之一種改良之基板乾燥系統及其乾燥基板之方法。

本發明之主要目的，在於提供一種改良之基板乾燥系統，利用高頻振動裝置以霧化異丙酮，並藉由氣體流量控制裝置有效地控制霧化異丙酮進入基板容置槽之流量，且利用層流裝置可使得進入基板容置槽內之霧化異丙酮均勻分佈於基板表面，可有效地提升乾燥晶圓之效果，以達到同時降低設備成本與其運轉成本，並解決加熱異丙酮所需承擔安全上之問題。

本發明之另一目的，在於提供一種改良之乾燥基板之方法，該方法可使用具有高頻振動裝置的改良基板乾燥系統，以有效地執行基板之乾燥流程。

本發明之再一目的，在於提供一種改良之乾燥基板之方法，該方法可使用具有高頻振動裝置的改良基板乾燥系統，並透過氣體流量控制裝置與層流裝置，以有效地執行基板之乾燥流程。

因此，為了達到上述主要目的之功效，本案發明人研發出一種改良之基板乾燥系統，其包括一基板容置槽；一第一液體容置槽；一高頻振動裝置；一第二液體注入裝置；一第一排放裝置；一第二排放裝置；一氣體輸入裝置；一氣體流量控制裝置；一層流裝置；及一有機氣體排放裝置。

並且，為了達到上述另一目的所述之功效，本案發明人研發出一種改良之乾燥基板之方法，該方法包括：(1)將一基板置入一基板容置槽內；(2)將一第二液體注入該基板容置槽；(3)一高頻振動裝置產生高頻振動，以將一第一液體容置槽內之一第一液體，霧化成為一霧化第一液體；(4)將該霧化第一液體運送進入基板容置槽；(5)等待若干時間，使得霧化第一液體能夠均勻分佈於基板容置槽內；(6)利用一第一排放裝置與一第二排放裝置以排出第二液體；(7)利用一有機氣體排放裝置將基板容置槽內多餘之霧化第一液體排出；及(8)完成該基板之乾燥，將基板由基板容置槽內取出。

另外，為了達到上述再一目的所述之功效，本案發明人研發出一種改良之乾燥基板之方法，該方法包括：(10)將一基板置入一基板容置槽內；(20)將一第二液體注入該基板容置槽；(30)一高頻振動裝置產生高頻振動，以將一第一液體容置槽內之一第一液體，霧化成為一霧化第一液體；(40)將該霧化第一液體運送進入基板容置槽；(50)等待若干時間，使得霧化第一液體透過一層流裝置，而能夠均勻分佈於基板容置槽內；(60)利用一第一排放裝置與一第二排放裝置以排出第二液體；(70)利用一有機氣體排放裝置將基板容置槽內多餘之霧化第一液體排出；及(80)完成該基板之乾燥，將基板由基板容置槽內取出。

為了能夠更清楚地描述本發明之一種改良之基板乾燥系統及乾燥基板之方法，以下將配合圖示，詳盡說明之。

請參閱第二圖，係一種改良之基板乾燥系統之第一實施例架構圖，該改良之基板乾燥系統可應用於乾燥一基板2，其包括：一基板容置槽11，可將該基板2容置其中；一第一液體容置槽12，係裝設於該基板容置槽11之一第一側邊116，以容置一第一液體，該第一液體可為異丙醇(Isopropyl Alcohol，IPA)、甲醇、或乙醇，而於第一實施例中，係使用異丙醇以作為第一液體；一高頻振動裝置13，係設置於該第一液體容置槽12之內部，該高頻振動裝置13為一超音波產生器，故，高頻振動裝置13能夠以高頻振動之方式產生一高頻振波，利用該高頻振波可將該第一液體霧化成為一霧化第一液體，即成為霧化異丙酮，霧化異丙酮相較於蒸氣之異丙酮，係具有較大之異丙酮粒子，而能夠提高異丙酮與該基板2接觸之面積；一第二液體注入裝置14，係裝設於該基板容置槽11之一第二側邊117，透過該第二液體注入裝置14可輸入具有一適當溫度之一第二液體於基板容置槽11內，以浸泡該基板2，使得基板2保持中溫狀態；於該改良之基板乾燥系統1之第一實施例架中，該第二液體為去離子水(Deionization Water，DIW)，且其所具有之該適當溫度之範圍為25°～65℃；一第一排放裝置15，係裝設於該基板容置槽11之一第三側邊118，該第三側邊與基板容置槽11之該第一側邊116、及該第二側邊117為相鄰邊，該第一排放裝置15係用以緩慢地排放該第二液體；一第二排放裝置16，係裝設於該基板容置槽11之該第三側邊118，該第二排放裝置16係用以全速地排放該第二液體；一氣體輸入裝置17，係連接於該第一液體容置槽12，透過該氣體輸入裝置17可輸入一第一氣體於第一液體容置槽12，該第一氣體為一潔淨乾燥之氣體，於第一實施例之中，係選用氮氣作為第一氣體，利用氮氣可將該霧化第一液體運送入已注有該第二液體之該基板容置槽11內。由於該基板2係浸泡於具有該適當溫度之第二液體內，因此，保持中溫狀態之基板2，其與霧化第一液體間係具有一溫度差，該溫度差更增加了霧化第一液體與第二液體間表面張力值之差距，因此，當控制該第一排放裝置15與該第二排放裝置16之排放速率，而將第二液體從基板容置槽11內排放出去時，基板2表面之水分子受到霧化第一液體與第二液體之間的表面張力差之影響，而被拉入第二液體之內，達到了乾燥基板2表面之效果；及一有機氣體排放裝置18，係裝設於該基板容置槽11之該第二側邊117，該有機氣體排放裝置18可於該基板2乾燥完成之後，將該霧化第一液體以及該第一氣體排出基板容置槽11，以避免因為霧化第一液體與第一氣體於基板容置槽11內之濃度過高，而發生危險之情事。

另外，該基板容置槽11更包括了：一第一偵測裝置113、一第二偵測裝置114、及一第三偵測裝置115。該第一偵測裝置113可為一氣體背壓式液位偵測器或者一光反射式液位偵測器，若第一偵測裝置113為該氣體背壓式液位偵測器，則裝設於該基板容置槽11之內部槽壁，若第一偵測裝置113為該氣體背壓式液位偵測器，則裝設於基板容置槽11之外部槽壁；而於本實施例之中，第一偵測裝置113為氣體背壓式液位偵測器，因此其被裝設於基板容置槽11之內部槽壁，當該第二液體被注入於基板容置槽11之時，透過第一偵測裝置113可偵測第二液體之一第一準位，以避免注入過多之第二液體。該第二偵測裝置114亦為氣體背壓式液位偵測器，因此，第二偵測裝置114係裝設於基板容置槽11之內部槽壁，且位於第一偵測裝置113之下方，當透過該第一排放裝置15緩慢地排放第二液體之時，第二偵測裝置114可偵測第二液體之一第二準位，而當第二液體於基板容置槽11內達到該第二準位之高度時，此時，即可停止運送該霧化第一液體進入基板容置槽11內。該第三偵測裝置115亦為氣體背壓式液位偵測器，因此，第三偵測裝置115係裝設於基板容置槽11之內部槽壁，且位於第二偵測裝置114之下方，當透過該第二排放裝置16高速地排放第二液體之時，第三偵測裝置115可偵測第二液體之一第三準位，而當第二液體於基板容置槽11內達到該第三準位之高度時，此時，即可關閉第一排放裝置15與該第二排放裝置16以停止排放第二液體。

上述該改良之基板乾燥系統之第一實施例，係利用該超音波產生器以高頻振動之方式產生一高頻振波，利用該高頻振波將異丙酮(IPA)霧化，其取代了習知技術利用加熱異丙酮而使得異丙酮變成蒸氣之方法，因此，改良之基板乾燥系統不僅節省了加熱設備之成本其運轉成本(Running Cost)，亦同時解決了加熱異丙酮所需負擔之風險。並且，霧化異丙酮具有顆粒較大之霧狀粒子，因此加大了異丙酮與該基板2之接觸面積，再者，由於基板2被浸泡在具有該適當溫度(25℃～65℃)之去離子水之中，使得基板維持中溫狀態，因此，更拉大了霧化異丙酮與去離子水之間，表面張力之差距，而能夠有效地利用表面張力差以提升基板2之乾燥效果。

另外，請參閱第三圖，係改良之基板乾燥系統之第二實施例之架構圖，該改良之基板乾燥系統1之第二實施例之大部分組成元件皆與第一實施例相同，然而，相較於第一實施例，於第二實施例之中，更包括：一氣體流量控制裝置112與一層流裝置111。該氣體流量控制裝置112係裝設於該基板容置槽11內部，且位於該第一液體容置槽12與基板容置槽11之連接處。氣體流量控制裝置112可為一單向流量控制閥或一操作流量控制閥，以控制該第一氣體所運送之該霧化第一液體進入基板容置槽11之流量，以避免瞬間注入過多的霧化第一液體，而導致基板容置槽11內之不安定狀態。該層流裝置111則裝設於基板容置槽11之內部，當該基板2被置入基板容置槽11之內時，該層流裝置111係位於基板2之上方。於第二實施例之中，層流裝置111為一具有複數個孔狀之板子，因此，當該第一氣體運送該霧化第一液體進入基板容置槽11內之後，霧化第一液體將透過層流裝置111，而能夠更加均勻地分佈於基板2之表面，而使得乾燥基板2之效果更加提升。且，除了具有複數個孔狀之板子的設計外，層流裝置111亦可被設計成為一個具有複數個噴嘴之裝置，其皆能夠使得霧化第一液體均勻地分佈於基板表面。

因此，透過上述對於本發明之第一實施例與第二實施例之詳細說明，可以得知第二實施例對於基板2之乾燥效果係優於第一實施例，而這是因為第二實施例增加了氣體流量控制裝置112與層流裝置111之故，然而，於實施本發明之時，若實施人因為設備成本上之考量，而無法實施本發明之第二實施例之時，第一實施例仍為一個設備成本低廉，且具有良好乾燥效果之基板乾燥系統。

上述對於該改良之基板乾燥系統1的第一實施例與第二實施例，已作了相當完整之說明，然而，由於不同之基板乾燥系統會有不同的乾燥基本之方法，因此，第一實施例與第二實施例係分別有第一實施方法與第二實施方法，請參閱同時參閱第二圖與第四圖，其中，第四圖係一種改良之基板乾燥方法之第一實施方法流程圖，該改良之基板乾燥方法，係包括以下步驟：首先，執行步驟(401)，將一基板2置入一基板容置槽11內；接著，執行步驟(402)，將一第二液體注入該基板容置槽11；然後，執行步驟(403)，一高頻振動裝置13產生高頻振動，以將一第一液體容置槽12內之一第一液體，霧化成為一霧化第一液體；接著，執行步驟(404)，將該霧化第一液體運送進入基板容置槽11；然後，執行步驟(405)，等待若干時間，使得霧化第一液體能夠均勻分佈於基板容置槽11內；接著，執行步驟(406)，利用一第一排放裝置15與一第二排放裝置16以排出第二液體；完成步驟(406)之後，接著，執行步驟(407)，利用一有機氣體排放裝置18將基板容置槽11內多餘之霧化第一液體排出；以及，執行步驟(408)，完成該基板2之乾燥，將基板2由基板容置槽11內取出。於上述該改良之基板乾燥方法中，該第一液體為異丙醇，且，該第二液體為去離子水，而該高頻振動裝置13則為一超音波產生器，如此，藉由上述步驟(401)至步驟(408)，即可使用改良之基板乾燥系統1之第一實施例，以完成基板2之乾燥。

然而，如上述該改良之基板乾燥方法，請再同時參閱第二圖與第五圖，其中，第五圖係步驟(402)之詳細步驟流程圖，步驟(402)更包括了以下詳細步驟：首先，執行步驟(4021)，一第二液體注入裝置14注入具有一適當溫度之該第二液體於該基板容置槽11內，其中，該適當溫度之範圍為25°～65℃；接著，執行步驟(4022)，一第一偵測裝置113判斷第二液體是否到達一第一準位，若是，則表示所注入之第二液體已經足夠，則執行步驟(4023)，該第二液體注入裝置停止第二液體之注入；若否，則重覆執行步驟(4021)，以持續注入第二液體，直到第二液體到達該第一準位為止。

另外，請參閱第二圖與第六圖，其中，第六圖係步驟(404)之詳細步驟流程圖，如上述該改良之基板乾燥方法，步驟(404)更包括了以下詳細步驟：首先，執行步驟(4041)，一氣體輸入裝置17輸入一第一氣體於該第一液體容置槽12內，其中，該第一氣體為潔淨乾燥之氮氣；以及，執行步驟(4042)，藉由第一氣體將該霧化第一液體運送進入該基板容置槽11內。

請再同時參閱第二圖與第七圖，第七圖係步驟(406)之詳細步驟流程圖，其中，步驟(406)更包括了以下詳細步驟：首先，執行步驟(4061)，使用該第一排放裝置15緩慢地排放該第二液體；接著，執行步驟(4062)，一第二偵測裝置114判斷第二液體是否到達一第二準位，若是，則執行步驟(4063)，關閉該高頻振動裝置13與該氣體輸入裝置17，以停止運送該霧化後第一液體進入該基板容置槽11；若否，則重覆執行步驟(4061)，以繼續排放第二液體，直到第二液體達到該第二準位為止；步驟(4063)完成之後，接著，執行步驟(4064)，同時使用一第二排放裝置16以全速地排放第二液體；然後，執行步驟(4065)，一第三偵測裝置115判斷第二液體是否到達一第三準位，若是，則表示第二液體之排放量已達到方法預設之最低準位，因此可執行步驟(4066)，關閉該第一排放裝置15與該第二排放裝置16；於步驟(4065)中，若否，則重覆執行步驟(4064)，以繼續排放第二液體，直到第二液體達到方法預設之最低準位為止。

另外，該改良之基板乾燥方法更包括第二實施方法，第二實施方法係針對上述該改良之基板乾燥系統1之第二實施例所設計的一種改良之乾燥基板方法，請參閱第八圖，係該改良之乾燥基板方法之第二實施方法流程圖，並同時參閱第三圖，第二實施方法係包括以下步驟：首先，執行步驟(801)，將一基板2置入一基板容置槽11內；接著，執行步驟(802)，將一第二液體注入該基板容置槽11；然後，執行步驟(803)，一高頻振動裝置13產生高頻振動，以將一第一液體容置槽12內之一第一液體，霧化成為一霧化第一液體；接著，執行步驟(804)，將該霧化第一液體運送進入基板容置槽11；然後，執行步驟(805)，等待若干時間，使得霧化第一液體透過一層流裝置111，而能夠更加地均勻分佈於基板容置槽11內；接著，執行步驟(806)，利用一第一排放裝置15與一第二排放裝置16以排出第二液體，於第二液體被排出的過程裡，由於霧化第一液體與第二液體間具有表面張力差，因此，該基板2表面之水分子將被拉入第二液體內，而被排出於基板容置槽11之外；完成步驟(806)之後，接著，執行步驟(807)，利用一有機氣體排放裝置18將基板容置槽11內多餘之霧化第一液體排出；以及，執行步驟(808)，完成基板2之乾燥，將基板2由基板容置槽11內取出。如此，藉由上述步驟(801)至步驟(808)，即可使用上述該改良之基板乾燥系統1之第二實施例，以完成基板2之乾燥。

且，相同於第一實施方法，該第一液體為異丙醇，該第二液體則為去離子水，該第一氣體為潔淨乾燥之氮氣，而該高頻振動裝置13為一超音波產生器。然而，不同於第一實施方法，於第二實施方法中，必須使用到該層流裝置111，其為一具有複數個孔狀之板子，該霧化第一液體將透過層流裝置111，而能夠更加均勻地分佈於該基板2之表面，而使得基板2之乾燥效果提升。

另外，於上述該改良之基板乾燥方法之第二實施方法中，請參閱第三圖與第九圖，第九圖係步驟(802)之詳細步驟流程圖，其中，步驟(802)更包括以下詳細步驟：首先，執行步驟(8021)，一第二液體注入裝置14注入具有一適當溫度之該第二液體於該基板容置槽11內，該適當溫度之範圍為25°～65℃；接著，執行步驟(8022)，一第一偵測裝置113判斷第二液體是否到達一第一準位，若是，則執行步驟(8023)，該第二液體注入裝置14停止第二液體之注入；若否，則重覆執行步驟(8021)，直到第二液體之準位高度達到該第一準位為止。

請繼續參閱第三圖與第十圖，第十圖係步驟(804)之詳細步驟流程圖，其中，步驟(804)更包括以下詳細步驟：首先，執行步驟(8041)，一氣體輸入裝置17輸入一第一氣體於該第一液體容置槽12內，該第一氣體為氮氣；接著，執行步驟(8042)，藉由該第一氣體將該霧化第一液體運送進入該基板容置槽11內；以及，執行步驟(8043)，啟動一氣體流量控制裝置112，以控制霧化第一液體進入基板容置槽11之流量。其中，該氣體流量控制裝置112可為一單向流量控制閥或一操作流量控制閥，然而，於第二實施方法中，氣體流量控制裝置112之功用係在於控制霧化第一液體進入基板容置槽11之流量，使其更有利於上述步驟(805)之執行。

請再參閱第十一圖，係步驟(806)之詳細步驟流程圖，於第二實施方法之中，步驟(806)更包括了以下之詳細步驟：首先，執行步驟(8061)，使用該第一排放裝置15緩慢地排放該第二液體；接著，執行步驟(8062)，一第二偵測裝置114判斷第二液體是否到達一第二準位，若是，則執行步驟(8063)，關閉該高頻振動裝置13、該氣體流量控制裝置112、與該氣體輸入裝置17，以停止運送該霧化後第一液體進入該基板容置槽11；若否，則重覆執行步驟(8061)，以持續排出第二液體，直到其準位到達該第二準位為止；接著，執行步驟(8064)，同時使用一第二排放裝置16以全速地排放第二液體；然後，執行步驟(8065)，一第三偵測裝置115判斷第二液體是否到達一第三準位，若是，則表示第二液體之準位已經到達該第三準位，即本方法所設計第二液體之最低準位，則可則執行步驟(8066)，關閉該第一排放裝置15與該第二排放裝置16；若否，則重覆執行步驟(8064)，以持續排出第二液體，直到其準位到達第三準位為止。

上述已經詳細且完整地揭露該改良之基板乾燥系統及其乾燥基板之方法，其中包括了第一實施例、第二實施例、第一實施方法、及第二實施方法，因此，綜合上述，本發明係具有下列之優點：

1.本發明係利用高頻振動裝置產生高頻振動以霧化異丙酮，霧化異丙酮具有較大之霧狀粒子，可增加異丙酮與基板之接觸面積，而可提升乾燥基板表面之效果。

2.相較於習知的晶圓乾燥系統，本發明使用高頻振動裝置替代加熱裝置，係降低加熱設備之成本與其運轉成本，亦同時解決了加熱異丙酮所需負擔之安全上之風險。

3.本發明使用氣體流量控制裝置，其可控制霧化第一液體其進入基板容置槽內之流量，以避免基板容置槽內之霧化第一液體濃度過高，而使得基板容置槽內產生不安定之狀態，另外，透過層流裝置可使得霧化第一液體均勻地分佈於基板之表面，更加地提升基板乾燥之效果。

上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

1．．．改良之基板乾燥系統

11．．．基板容置槽

111．．．層流裝置

112．．．氣體流量控制裝置

113．．．第一偵測裝置

114．．．第二偵測裝置

115．．．第三偵測裝置

116．．．第一側邊

117．．．第二側邊

118．．．第三側邊

12．．．第一液體容置槽

13．．．高頻振動裝置

14．．．第二液體注入裝置

15．．．第一排放裝置

16．．．第二排放裝置

17．．．氣體輸入裝置

18．．．有機氣體排放裝置

2．．．基板

3．．．習知之晶圓乾燥系統

31．．．乾燥槽

32．．．異丙醇儲存槽

33．．．去離子水注入裝置

34．．．排水裝置

35．．．氮氣輸入裝置

36．．．輸送管

37．．．加熱裝置

38．．．晶圓

401～408．．．方法步驟

4021～4023．．．方法步驟

4041～4042．．．方法步驟

4061～4066．．．方法步驟

801～808．．．方法步驟

8021～8023．．．方法步驟

8041～8043．．．方法步驟

8061～8066．．．方法步驟

第一圖　係習知之晶圓乾燥系統；

第二圖　係一種改良之基板乾燥系統之第一實施例架構圖；

第三圖　係改良之基板乾燥系統之第二實施例之架構圖；

第四圖　係一種改良之乾燥基板方法之第一實施方法流程圖；

第五圖　係步驟(402)之詳細步驟流程圖；

第六圖　係步驟(404)之詳細步驟流程圖

第七圖　係步驟(406)之詳細步驟流程圖；

第八圖　係改良之乾燥基板方法之第二實施方法流程圖；

第九圖　係步驟(802)之詳細步驟流程圖；

第十圖　係步驟(804)之詳細步驟流程圖；及

第十一圖　係步驟(806)之詳細步驟流程圖。