TWI411474B

TWI411474B - 噴霧清洗裝置及方法

Info

Publication number: TWI411474B
Application number: TW096116332A
Authority: TW
Inventors: Cole Franklin; Yan Fan; Mark Rouillard
Original assignee: Akrion Technologies Inc
Priority date: 2006-05-08
Filing date: 2007-05-08
Publication date: 2013-10-11
Also published as: WO2007134056A2; WO2007134056A3; US20070261716A1; US7946299B2; TW200800424A

Description

噴霧清洗裝置及方法

本發明整體而言關於基板處理之方法、裝置及系統，特定言之係關於利用噴霧清洗作用清洗半導體晶圓的方法、裝置及系統。

在半導體的生產當中，半導體器件係被製作在被稱為晶圓的薄盤狀基板上。一般而言，每一基板含有複數個半導體器件。自從有了這種產業，在製程中使此等基板之表面上之污染物最少化的重要性即不言可喻。又，隨著半導體器件因末端產品之需求而變得越來越微型化和複雜化，潔淨度要求已變得日益嚴苛。這有兩項原因。

首先，隨著器件日益微型化，一晶圓上之一污染顆粒物會佔據器件表面積之一較大百分比。這提高了該器件不合格的可能性。因此，為維持每晶圓之功能正常器件的可接受輸出水準，必須施行並達成更高潔淨度要求。

其次，隨著器件變得更複雜，製作此等器件所需要的原料、時間、設備、及處理步驟也會變得更複雜且更昂貴。因此，製作此種基板所需要的成本也提高。為維持可接受的盈利水準，生產者必定要使每基板之功能正常器件的數量增加。提高此輸出的一種方式是使因污染而不合格之器件的數量最少化。因此，期望有更高的潔淨度要求。

因此，在清洗基板表面的程序中，可經由一噴霧清洗裝置供應一加壓流體並持續施加於基板表面上以便協助去除基板表面上之污染物。但加壓噴霧清洗裝置有時無法去除基板表面上之某些污染物或微小顆粒。故可藉由提高流體壓力使流體在離開噴霧清洗裝置時有較高速度的方式增進清洗能力。但是，較高速流體在增進噴霧清洗裝置之清洗能力的同時也會提高因為流體或流體小滴撞擊基板表面之力量而對基板表面造成傷害的可能性。

雙流體噴霧噴流亦可被用在清洗程序中。在使用雙流體噴霧裝置時，可將一氣體與一流體混合以形成一清潔混合物。用於基板清洗程序中之清潔混合物的組成(包含溶於清潔混合物中之任何氣體的量和組成)會影響清洗效率及對基板造成之傷害量。但雙流體噴霧噴流也會經由基板表面上之氣泡的穴蝕效應(cavitation)對一基板造成傷害。此種效應會在經加速通過噴霧裝置之氣體使流體霧化而形成氣泡之時發生，然後這些小滴凝聚在一起，特別是在氣體壓力提高之時將氣體困在已凝聚的小滴底下並塌縮、亦即內爆。在一氣泡內爆期間，氣泡嘗試從所有側面塌縮。但如果氣泡係鋪放在基板表面或其他材料之一部分上或附近，其極可能朝敏感性結構塌縮。這可對於待清洗之基板表面造成實質傷害。

但如果小滴間之空間距離被加大，小滴凝聚之傾向會減低。一種解決方案是將噴霧裝置之內徑加大為遠大於3.5 mm而同時使用相同流體流率。但此方案有其缺點，因為較大直徑的噴霧裝置要使用一較大氣流量以便達成相同清洗效果。此非一較佳解決方案，因為製作器件的生產場所對於可用氣體量有其限制。通常以約90 psi為可供應給一清洗系統的最大氣流量。

因此，一種諸如美國專利第5,918,817號所述會使氣體逼近音速的概念並不適合用在一般器件製程，即使是內徑近似於3.5 mm直徑亦如此。又，雙流體噴霧在使用該專利所提出之設計時會因為被稱作混合室的區域而造成一擾流效應。該混合室有效於將流體打散成小滴但也會耗用側壁之材料，使得使用Teflon^TM 會因為磨損而有些不切實際。但就器件生產者的觀點來說Teflon^TM 因其化學安定性而為一較佳材料。混合室內之錐形區域可有助於在較不宜進行混合之處產生氣體與化學物之混合作用。

美國專利第6,048,409號揭示的發明是一種具有一平直部分的噴霧裝置。此平直部分對於可產生之小滴大小具有一限制效應。其藉由供應一氣體外環用於一外部小尺寸小滴生成及速度控制的方式解決。此方式加大小滴到清洗作業損傷處之間的空間距離，因為只有中央流內的小滴最快被加速並負責清洗。這意謂著流體小滴之一大部分形成一寬帶薄霧，降低噴霧噴流之整體效率，但犧牲清洗效率而維持對於敏感性結構之施加作用。高清洗效率僅有在高於100 m/s的條件被維持，此條件超出器件生產之期望氣體使用率，從而需要特殊氣體傳輸方式且不適用於奈米科技節點之器件損傷控制。

因此，需要一種能夠提供有效清洗效率同時減輕對於基板表面造成之傷害的改良噴霧清洗裝置及方法。

因此本發明之一目的是提出一種改良的噴霧清洗裝置。

本發明之另一目的是提出一種使對於基板造成之傷害減至最少的改良噴霧清洗裝置。

本發明之另一目的是提出一種以使對於一基板造成之傷害減至最少的方式清洗基板的系統及方法。

本發明之更另一目的是提出增進流體在噴霧裝置內之霧化作用的氣體通道。

本發明之另一目的是提出一種增進流體之霧化作用的加速通道。

以上及其他目的均被本發明滿足，本發明在一態樣中可為一種用以處理一旋轉基板的裝置，其包括：一具有一霧化室的霧化單元；一用以將一氣體沿一第一軸線導入該霧化室內的第一氣體通道；一用以將一清潔流體沿一第二軸線導入該霧化室內的清潔流體通道，使得該清潔流體與該氣體在該霧化室內結合形成一混合物；一可操作連接於該霧化單元的加速單元，該加速單元具有一用以將形成於該霧化室內之該混合物噴灑到一基板表面上的加速通道；且其中該第一軸線與該第二軸線形成一非零度銳角。

另一態樣可為一種處理一基板的方法，其包括：轉動該基板；提供一噴灑裝置，其中該噴灑裝置包括：一具有一霧化室的霧化單元；一用以將一氣體沿一第一軸線導入該霧化室內的第一氣體通道；一用以將一清潔流體沿一第二軸線導入該霧化室內的清潔流體通道，使得該清潔流體與該氣體在該霧化室內結合形成一混合物；一可操作連接於該霧化單元的加速單元，該加速單元具有一用以將形成於該霧化室內之該混合物噴灑到一基板表面上的加速通道；其中該第一軸線與該第二軸線形成一非零度銳角；且在轉動該基板的同時將該混合物噴灑到該基板之一表面上。

一種用以處理一旋轉基板的裝置，其包括：一具有一霧化室的霧化單元；一用以將一氣體導入該霧化室內的第一氣體通道，其中該第一氣體通道終結於一通入該霧化室內的大致矩形開口；一用以將一清潔流體導入該霧化室內的清潔流體通道，使得該清潔流體與該氣體在該霧化室內結合形成一混合物；一可操作連接於該霧化單元的加速單元，該加速單元具有一用以將形成於該霧化室內之該混合物噴灑到一基板表面上的加速通道。

以下參照圖式詳細說明本發明，圖式中以相同數字標示相同物體，且今參照圖1，其以一示意圖例示使用噴霧裝置100的系統。在圖1所示系統中，一基板18在一處理室10內被固持於一基板托架16上。基板托架16被定位在處理室10內且適於以一大致水平方向可旋轉地支承一基板18。較佳來說，基板托架16在發揮其支撐機能之時僅接觸並接合於基板18之周圍。基板托架16可操作地耦接於一心軸14和一馬達12以促使該基板在水平支撐平面內旋轉。馬達12較佳是一可用任何期望轉速轉動基板托架16的變速馬達。馬達12被可操作地電耦接於一系統控制器(圖中未示)，該系統控制器控制馬達12之運作，確保達成期望轉速和期望旋轉持續時間。

噴霧裝置100被定位在基板18附近且向基板18之表面施配氣體與流體混合物15。氣體線路21和流體線路31被可操作地流體連接至噴霧裝置100。氣體線路21被可操作地流體連接至氣體源20及噴霧裝置100二者。流體線路31被可操作地流體連接至流體源30及噴霧裝置100二者。一加壓氣體從氣體源20供給且一加壓流體從流體源30供給。但如果需要多種清潔流體之化學混合作用，則可使用其他流體線路並以相似方式建構。

流體源30及氣體源20二者可操作地連接至系統控制器(圖中未示)且受該系統控制器控制。該控制器透過其與泵、閥、感測器、及類似物的可操作電連結控制並調整用於基板處理系統之流體流量。該控制器可為一適當的微處理器型可程式化邏輯控制器、個人電腦、或其他用於程序控制的類似物。該控制器較佳包含用來向基板處理系統需要被控制及/或通信之各組件提供連結的各種輸入/輸出埠。依需要提供控制器與流體源30及氣體源20之組件之間的電連結。該控制器較佳亦包括夠大的記憶體以供儲存處理流程及其他資料譬如一操作者輸入的閾值、處理時間、處理條件、處理溫度、流率、期望濃度、順序操作、及類似資料。該控制器可與流體源30及氣體源20之各組件通信以便自動調節並維持處理條件譬如流體溫度、流率及類似條件。用於任何已知系統之系統控制器的類型係取決於納入此控制器之系統的實際需求。

本發明並不侷限於任何特定氣體、流體、或二者之組合。適合的氣體實例非侷限性包含NH₃ 、N₂ 、O₂ 、He、Ar、空氣、CO₂ 、O₃ 、及類似物。該氣體可為任何反應性氣體、非反應性氣體、或以上之組合。在本說明書中，氣體一辭希望亦涵蓋在環境或常態下以一液態或固態存在之一物質的氣態、亦即蒸氣。

適合的流體實例非侷限性包含去離子水、稀釋氫氟酸、鹽酸、過氧化氫、氫氧化銨、氨、1號標準清潔劑(氫氧化銨/過氧化氫/去離子水)、2號標準清潔劑(鹽酸/過氧化氫/去離子水)、RCA溶液類、稀釋酸類、稀釋鹼類或半水性溶劑類、及RCA清潔流體類、以上之任何組合或類似物。在本說明書中，流體一辭可涵蓋液體類、氣體類及蒸氣類。實際使用的流體及/或氣體會取決於要進行的清洗程序、接受處理之基板的類型、基板上之器件的大小、及器件的易受損程度。在一些實施例中，不可將一氣體添加於流體。在其他實施例中，流體供應系統可經調適為混合數種流體將一流體混合物供予基板18。

今翻到圖2，其示出用在圖1系統中的噴霧裝置100。噴霧裝置100使用一可操作地流體連接至一加速單元29的內部霧化單元34，該霧化單元在下文詳述。一噴嘴37被定位在加速單元29之遠側端且用來向基板18之表面排放氣體與流體混合物15。

今參照圖3和4，其示出圖2所示噴霧裝置100之一剖面圖。霧化單元34具有一或多個氣體通道23，該氣體通道具有通入霧化室24內的氣體入口22。較佳來說，氣體通道23、流體通道33的形狀呈管狀。霧化室24較佳形成一管狀區域，氣體和流體在此區域內被混合。應理解到霧化室24之大小和形狀可具有管狀以外的其他形狀且可視針對一特定處理類型發生之霧化作用的本質被改變。氣體線路21可操作地流體連接至氣體通道23。噴霧裝置100亦具有至少一可操作地連接至霧化室24且可操作地流體連接至流體線路31的流體通道33。應理解到可視欲採用之處理流程的需求提供一以上的流體通道33或氣體通道23。

霧化單元34得由任何適當剛性材料構成，其中非侷限性包含塑膠複合物類、石英、橡膠、金屬複合物類或類似物。霧化單元34可透過此技藝中廣為人知之多種技術形成，其中非侷限性包含習知的射出成形技術。

在較佳實施例中，氣體通道23和清潔流體通道33被界定於一塑膠殼體內。在另一實施例中，氣體通道23和流體通道33係由被容納於、***或可操作地連接至塑膠殼體的適當材料譬如管件界定。氣體通道23和清潔流體通道33允許氣體和流體在氣體通道23和流體通道33分別操作性耦接於氣體源20和流體源30時流過。氣體通道23和流體通道33通過氣體入口22和流體入口32進入霧化室24，流過氣體通道23的氣體和流過流體通道33的清潔流體會在該霧化室內結合形成一氣體與流體混合物15。

氣體通道23及流體通道33可有一圓形橫截面區域，具備一介於約0.05英吋至0.4英吋之間的直徑。較佳來說，氣體通道23及流體通道33具有一介於約0.1英吋至0.3英吋之間的圓形橫截面區域。又，如圖3和4所示，流體通道33可在與氣體通道23會聚之前縮細成一較小截面積的流體通道35。該流體通道之橫截面區域可為介於0.05英吋與0.4英吋之間。較佳來說，流體通道35之最小截面積在清潔流體通道33之最大截面積的約10%至40%範圍內。

依舊參照圖3和4，氣體通道23和流體通道33可被設置為相對於彼此及相對於加速單元29之加速通道26(詳見下文)成特定角度。在一實施例中，氣體通道23依噴霧裝置100之長度向或沿一第一軸線可操作地連接至霧化室24及加速通道26。流體通道33被設置為相對於加速通道26成一從0度至45度的角度。可能有其他化學物必須被導入霧化室24內，故可能利用各種角度相對於氣體通道23提供流體，從而使來自流體通道33之流體在氣體通道23與流體通道33二者會聚之點以一角度進入霧化室24。在一較佳實施例中，流體通道33與氣體通道23相對於彼此形成一45度角以便提供流體之最有效霧化作用。因為使氣體通道23相對於液體通道33定位成較佳角度，導致氣體與流體以一使霧化作用最大化的角度會聚。

在圖式所示實施例中，來自氣體通道23的氣體連同來自流體通道33的流體被導入霧化室24內。第一氣體通道23的軸線被設置為相對於流體通道33之軸線成一非零度銳角且較佳成一約30度至75度的角度。這在圖中被示為角A。相似地，第二氣體通道23被設置為相對於流體通道33之軸線成一非零度銳角且較佳成一約30度至75度的角度。這在圖中被示為角B。較佳來說，氣體通道23可被設置為相對於加速通道26之軸線成一約40度至50度的角度，而該加速通道26之軸線在圖式所示實施例中亦相對於流體通道33之軸線成介於40度至50度之間的角度且與角A和B相同。在圖式所示實施例中，氣體通道23可為相對於彼此成一大致90度角。這在圖中被示為角C。在一較佳實施例中，第一和第二氣體通道23被定位在加速通道26之第一軸線的對向兩側上。在圖式所示實施例中，清潔流體通道33沿加速通道26之第一軸線可操作地連接至加速通道26。

加速通道26透過霧化室24在氣體與流體結合形成混合物的點可操作地流體連接至氣體通道23及流體通道33。加速通道26適於將混合物噴灑到基板18上，致使混合物流過加速通道26且在加速通道26之一端經由一噴嘴部分37離開。加速通道26之長度可有變化，且較佳長度介於約0.1英吋與約7.0英吋之間、更佳介於約0.2英吋與約3.5英吋之間。在一實施例中，加速管的長度具有一在約1.0 mm至7.0 mm範圍內、較佳約4.0 mm之直徑的橫截面區域。加速通道26更進一步在清潔流體通過加速通道26之時附帶霧化該清潔流體。

加速單元29得由任何適當剛性材料構成，其中非侷限性包含塑膠、塑膠複合物類、橡膠、金屬複合物類或類似物，且可透過此技藝中廣為人知之多種技術形成，其中非侷限性包含射出成形技術。在另一實施例中，加速通道26係由被容納於、***或可操作地連接至塑膠固持物的適當材料譬如金屬或塑膠管件界定。

參照圖5，在一替代實施例中，一噴霧裝置101具有一***加速通道26內的擠製管件27。管件27得與加速通道26為一體，但較佳管件27能被移除及固定於加速通道26內。管件27較佳本質為疏水性，其防止流體凝聚在管件27之壁上且一旦小滴生成會提高小滴之效率。管件27可由聚四氟乙烯或任何其他疏水性材料製成。以疏水性材料建構管件27可限制幾乎各種類型之氣體和流體造成傷害的可能性。亦有可能由一親水性材料建構管件27。以一親水性材料製作管件會導致小滴一旦生成就變得附著於側壁且其再次進入小滴通量之主流內的機率很低。但要使效果最佳化以使用光滑疏水性加速管為較佳。

最好管件27是光滑無毛邊的。管嵌件27亦允許快速改變噴嘴37和加速通道26之內徑。其亦許可針對各種處理應用及最佳化測試使從噴嘴37輸出端到基板表面的高度最佳化。應理解到加速通道26和管件27的長度可有變化，較佳長度介於約0.1英吋與約7.0英吋之間、更佳介於約0.2英吋與約3.0英吋之間。

疏水性管件27的使用可影響在噴霧裝置101使用期間形成之小滴的平均大小。使用疏水性管件27對上不使用疏水性管件27可將小滴大小從介於45 μm至80 μm之間減小成介於25 μm至50 μm之間。

今參照圖6－8，其中顯示一替代實施例之噴霧裝置102，該裝置在霧化單元34中使用可移除的固定螺釘40。圖6－8所示實施例提升氣體所造成之流體霧化作用。固定螺釘40的使用許可使用矩形出口42。當固定螺釘40被放在霧化單元34之氣體通道23內時，氣體經由固定螺釘氣體通道43進入固定螺釘40且經由一矩形出口42離開。

當固定螺釘40未被用在噴霧裝置100中時，清洗過程中使用的流體有可能未在霧化室24內被完全霧化。此係因為離開流體通道35進入霧化室24的流體有一些不用通過離開氣體通道23之圓柱形氣體流而導致。有一些流體繞著氣體流行進且避免變成霧化。因此，藉由使用固定螺釘40及矩形出口42，流體避開氣體流的能力減至最小。

使用一可移除固定螺釘40許可輕易更換固定螺釘40並易於調整矩形出口42之大小。當使用固定螺釘40時，氣體進入固定螺釘氣體通道43且以一矩形形狀離開矩形出口42。矩形氣體流在與其他矩形氣體流碰撞之前保有相同形狀。當氣體流被依此方式整形時，流體必須通過氣體流且變得霧化。氣體出口42的寬度可與霧化室42等寬以便確保氣體流有充分大小致使所有流體不可能未經霧化通過霧化室24。

藉由使用矩形出口42，亦有可能縮減所用出口之面積而不致在霧化程序期間引發後續問題。面積縮減會加大離開出口42之氣體速度而無須加大氣體流率。這提升在霧化室24內發生的霧化作用。

應理解到儘管固定螺釘40在上文被敘述成可移除的，有可能將霧化單元34及氣體通道23建構為具有矩形氣體流及一矩形出口42。但藉由使用一可移除的固定螺釘40，霧化單元34之內部結構可被以一簡單方式修改。

今翻到圖9，其示出一依據本發明之一替代實施例的噴霧裝置103。在圖9中，一氣體入口22a在霧化室24中形成一180°開口以便從氣體通道23施配氣體。較佳來說，霧化室24形成一管狀區域，氣體和流體在此區域內混合。氣體入口22a之開口較佳為矩形且與霧化室24之直徑等寬。一氣體入口22b可被定位在霧化室24之對向側上且形成一互補於氣體入口22a所形成之弧的180°弧。氣體入口22a和22b有效地圍繞霧化室24之全周長以便確保進入霧化室24的流體全都無法避免被霧化。

在圖9中，氣體入口22a被示為位於氣體入口22b上方，但本發明並不侷限於此，氣體入口22b可被定位在氣體入口22a上方。又，可使用二以上的氣體入口，且視用在一特定噴霧裝置之氣體通道23的數量而定可使用三或更多氣體入口的組合。如果使用三或更多氣體入口，這些入口的形狀有可能經變更或修改。舉例來說，只要霧化室24之周長被有效地覆蓋，可使用大於180°或小於180°的矩形弧(例如在使用三個氣體通道23之時可使用三個120°矩形弧)。又，入口之形狀不侷限於矩形，其可因霧化室24之側面的形狀而異，譬如為圓形、方形、三角形、或類似形狀，且當霧化室24之表面為曲面時可單純只是弧狀。

今說明上述噴霧裝置的使用及應用。在說明噴霧裝置之使用及功能時大體上將參照噴霧裝置100，但應理解到噴霧裝置之使用及功能大體上可運用於前述其他實施例。

在被使用時，本發明之噴霧裝置100適於產生大致不受所用氣流量影響的小滴。有可能有一高達約100 m/s的氣流而無須改變流體流率。一般而言，加速點之主通量中的小滴大小為約20－30 μm，這在不加大噴嘴37及/或加速通道26之直徑的同時於小滴之間造成一有效空間差。

此種技術的一大優點是噴霧裝置內之變質作用減輕或不存在，因為小滴在霧化室24內被經設定成特定角度使小滴生成量最少化的對向氣體通道23霧化。又，霧化作用可能發生在加速通道26內。此設計之另一態樣為其在較高氣體流量條件對於流體通道33上之反壓力的效應有一限制。再者，此設計之另一態樣為窄化氣體輸送埠以實現霧化效應的能力。擠製管件27以及加速通道26可被輕易地窄化以產生較高速度及較大或較小的小滴大小。因此，本發明之另一態樣是一種外部混合與內部混合噴霧裝置的先進混合式款式，其經確認在具有一內部霧化室24的條件下，流體流率可被高氣體壓力影響。

小滴特性亦受所用氣體和流體影響。氣體可包括任何適當載體氣體，非侷限性包含CO₂ 、N₂ 、CDA、氬、氦、氧、臭氧、一化學蒸氣、或以上之組合及類似物。在本說明書中，氣體一辭希望亦涵蓋在環境或常態下以一液態或固態存在之一物質的氣態、亦即蒸氣。

流體非侷限性包含去離子水、稀釋氫氟酸、鹽酸、過氧化氫、氫氧化銨、氨、1號標準清潔劑(氫氧化銨/過氧化氫/去離子水)、2號標準清潔劑(鹽酸/過氧化氫/去離子水)、RCA溶液類、稀釋酸類、稀釋鹼類或半水性溶劑類、及RCA清潔流體類、以上之任何組合或類似物。

在另一實施例中，可使用溶劑類來去除聚合物。許多溶劑依賴化學蝕刻劑之抑制作用，因為水的缺乏會保護具有小幅幾何變化之基板起伏形貌不致被過度蝕刻及腐蝕。在利用溶劑類去除聚合物的實施例中，系統可從溶劑切換成流體噴霧至一側面施配漂洗及切換回一溶劑雙流體噴霧以選擇性去除聚合物而不對敏感性起伏形貌造成腐蝕或過度蝕刻。

在一實施例中，當使用CO₂ 氣體與水或其他化學物譬如稀釋氨或其他化學物時，本發明實現使CO₂ 不與小滴混合，因為沒有大到足以影響小滴內部之流體之pH值的霧化室或錐形區域。只有小滴之外側有時間與CO₂ 發生交互作用。因此DI水和氨及其他化學物的清洗能力得以被維持，而傷害程度相較於習知方法會大幅減輕達5比1。

使用溶於水中之CO₂ 氣體並不理想，因為流體之pH值會被降到6以下，且顆粒物移除效果可能因此變差。因凝聚小滴在未溶解氣體之壓力下造成的流體動力學穴蝕效應傷害在使用一諸如CO₂ 氣體的載體氣體時可受控制以使穴蝕內爆作用變弱。不管穴蝕效應是由於高壓下之氣泡凝聚作用造成或是由於流體動力學穴蝕力及因為碰撞點之空間鄰近性導致小滴對小滴噴射橫流而從噴流引發之流體剪應力造成，均可使用CO₂ 。還有其他流體特質可經操縱以使穴蝕效應亦減輕。諸如IPA、丙酮及其他物的溶劑在其純淨形式下傾向於不發生穴蝕但也傾向於不發揮清洗效果。這些溶劑可被以半水性混合物使用，在此等混合物中流體有超過70%的水及30%或更少的溶劑以在表面形成潤濕作用且使與導致敏感性結構受損有關之穴蝕作用力減弱同時保有高清洗效率，且因為潤濕作用而得以實際提高清洗效果但不加重傷害。

透過CO₂ 氣體或任何其他適當氣體的使用，本發明之噴霧清洗裝置100可容許將較高壓力的混合物施加於一基板表面而不致對該基板造成傷害或是僅造成極少傷害。由於已發現基板表面傷害係由穴蝕效應造成，本發明適於控制穴蝕內爆致使基板表面上的穴蝕內爆較弱。

本發明亦容許一基板有更好清洗效果，因為其容許對混合物小滴之大小有更多控制。因此，許多微小的混合物小滴可在一濃縮形式下被加速通過加速單元29到基板18之表面上。由於並不使用一外部霧化單元，會產生因為在基板18之表面上發生小滴混合作用而有的益處。由於對於單基板處理作業來說，處理一基板所用之時間是提高產量的最簡單方式，噴霧裝置100可達成這些目標。在噴霧裝置100產生小滴以施配在基板表面時，小滴大小或多或少經由至多達到一半導體生產工廠能供予清洗工具之最大值(其可為高達90 psi或更高)的多次氣體壓力增加來維持。這許可有更快的處理時間。

在另一實施例中，可使用N2、空氣及其他氣體，因為小滴大小之縮減而得到清洗效果優於傷害程度的較好選擇性且因為在加速單元29中發生的準直作用而得到小滴集中的區域。

在更另一實施例中，可將受熱氣體及/或流體用於霧化單元34、加速單元29及/或噴嘴部分37。熱使流體的黏度降低且可產生清洗作用更強的更小小滴。在本說明書中受熱一辭係指氣體及/或流體之溫度高於環境溫度。

額外清洗作用因撞擊於基板18上之小滴的數量而產生。此可在使用相同流體流率的條件下發生。受熱氣體及/或流體可提高清洗效果而不增加對基板18造成之傷害。這舉例來說可在使用20 m/s之輸出流量的噴霧時達成一超過80%的清洗效率。頃發現一45 nm多閘(poly gate)能夠接受一80 m/s輸出噴霧而不會受損。受熱氣體及/或流體的使用可將清洗技術延伸到奈米科技領域。

圖10中示出一在受熱氣體用於噴霧裝置100中時之清洗效率的統計圖。該統計圖示出以受熱N₂ 氣體與去離子水用在一300 mm基板上的結果。混合物被施加於基板表面30秒。在使用處於環境溫度之氣體、被加熱至兩種不同溫度之氣體及以受熱氣體用於背面清洗之時測量清洗效率。使用受熱氣體會在使用正常所用流量的四分之一流量時提高清洗效率。

在更另一實施例中，霧化室24的直徑及加速單元29之加速通道26的直徑可以小增量漸減以提高氣溶膠之速度而不增加相同壓力及流體流率下的氣體使用量。此可藉由物理性改變霧化室24及加速單元29之結構或是藉由將管嵌件用在加速通道26的方式實現。因此，小滴可因為霧化室24之大小縮減而變得較大，使得其在小滴崩解(breakup)效果較差。被容許用以使顆粒物崩解的時間已被縮短，允許更多具侵蝕性的小滴形成。這對於某些擦洗器替換應用來說且如果需要此類清洗作用之時可能很重要。

在本發明之替代實施例中，有可能結合噴霧裝置100與額外的清洗乾燥總成。噴霧裝置100之數種態樣與化學物輸送系統可結合於一頭。舉例來說，一STG乾燥總成可與噴霧裝置100及先進蝕刻噴嘴結合。其他設計可能涉及與一微噴流、或化學物之噴霧及一噴霧漂洗的一種組合且/或與一Goldfinger漂洗結合。其他組合可能包含有助於加速用於化學物漂洗及乾燥之處理的多噴頭。所用組合取決於用到組合式工具的處理步驟。經由搭配組合，有可能達成較好利用，以線性臂移動取代每次通過精度較低、但就生產面來說容許一小空間內有更多臂的徑向臂。但就奈米科技應用來說，咸信經過基板上方的臂移動最好一致，因為器件當中有許多器件只有幾個分子的厚度。

噴霧裝置100可搭配一微施配裝置使用。可能運用本發明之技術，其中由噴霧形成20 μm小滴。經過一次噴霧，可設下一化學物微層。這減低昂貴溶劑之化學消耗的成本。在FEOL(生產線處理之前端)，有一些蝕刻化學物譬如BOE及他物會因為其在遭遇器件之後再循環推動一用於所用化學物輸送之單通點的溶液而被影響。這即使是在用於成本一直需要精打細算的單一基板之時也會提供一在再循環流體中造成持續金屬污染的溶液。在利用化學物微層來處理一晶圓以允許一般常用化學物發揮擴展能力及其在敏感性奈米級材料上之選擇性的時候，蝕刻速率必定會降低。

在另一實施例中，可添加擾流產生功能藉由二個氣體通道23相對於彼此偏心運用一沿加速單元29下行的圓形螺旋氣體移動。這會導致氣體形成一漩渦，此漩渦可被用來以更多旁側定向小滴清除顆粒物。此效應得經最佳化以藉由一漩渦產生受熱區與冷卻區之一樣式，其可被用來控制傷害並提高顆粒物去除效果。另一選擇，可將螺旋溝槽添加於加速通道26或另一選擇添加於管件27以達成相同效果。

在更另一實施例中，組合裝置可具有一噴霧裝置100、一微化學物和化學物淬火漂洗、或一反應性化學物，藉此產生用於進階處理的特殊化學反應。這可用於光阻劑條帶處理，其中可藉由使硫酸與過氧化氫混合引發一進階放熱反應以便產生高於攝氏180度的溫度促進高劑量植入晶圓條紋化及快速低劑量處理。組合裝置的主要組件可被傾斜使得提供短壽命化學反應的多個化學物線路及至少二個氣體霧化噴嘴能被指向基板表面。這並不侷限於前文提到的數量和化學物及氣體類型。此方法可被用來在僅只使用化學物去除聚合物不夠有效的情況利用一多晶矽閘、氧化物渠溝、鋁線之二次蝕刻產生進階清洗效果。

在更另一實施例中，可在不希望使用侵蝕性化學物的情況利用受熱氣體和蒸氣分解有光阻劑之表面晶圓上的硬皮。可利用熱蒸氣流體噴霧破壞聚合物硬皮以便允許將一較低侵蝕性的化學物用於不想要的光阻劑之最終去除。

在更另一實施例中，可利用敏感低功率兆赫音波(megasonics)與一噴霧裝置100的組合達成期望清洗效率。這亦可用來縮短處理時間。兆赫音波清洗可執行標準的30秒或較短時間，然後可以非常保守的水準施予一短促噴霧漂洗同時維持期望的小顆粒清除效果。

儘管已用文字和圖式說明本發明之多個實施例，熟習此技藝者會輕易想出不脫離本發明之精神及範圍的各種替代和修改。

10．．．處理室

12．．．馬達

14．．．心軸

15．．．氣體與流體混合物

16．．．基板托架

18．．．基板

20．．．氣體源

21．．．氣體線路

22．．．氣體入口

22a．．．氣體入口

22b．．．氣體入口

23．．．氣體通道

24．．．霧化室

26．．．加速通道

27．．．管件

29．．．加速單元

30．．．流體源

31．．．流體線路

32．．．流體入口

33．．．流體通道

34．．．霧化單元

35．．．較小截面積的流體通道

37．．．噴嘴

40．．．固定螺釘

42．．．矩形出口

43．．．固定螺釘氣體通道

100．．．噴霧裝置

101．．．噴霧裝置

102．．．噴霧裝置

103．．．噴霧裝置

圖1是一本發明之基板處理系統的示意圖。

圖2是一依據本發明之一實施例的噴霧裝置的正視圖。

圖3是一依據圖2所示實施例之噴霧裝置的剖面圖。

圖4是一依據本發明之一實施例如圖3所示之噴霧裝置之霧化單元的圖。

圖5是一依據本發明之一替代實施例具有放在加速管內之一管嵌件的噴霧裝置的剖面圖。

圖6是一依據本發明之一替代實施例具有用於氣體之矩形開口的噴霧裝置霧化單元的圖。

圖7是一依據本發明之一實施例的固定螺釘的剖面圖。

圖8是一圖7所示固定螺釘沿線B－B取得的剖面圖。

圖9是一依據本發明之一替代實施例的噴霧裝置的剖面圖。

圖10是一顯示將受熱氣體用在一噴霧裝置中時之清洗效率的統計圖。