專利名稱：使用氣泡的基材表面處理方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種使用氣泡的基材表面處理技術(shù)，尤其有關(guān)一種使用氣泡從基材表面移除光阻劑(photoresist)的技術(shù)。
背景技術(shù)：
異相反應(yīng)系統(tǒng)(heterogeneous reaction system)遍存于各類產(chǎn)業(yè)制程中，例如催化劑反應(yīng)系統(tǒng)及高階電子組件的長膜制程等皆是，如何提升異相反應(yīng)系統(tǒng)的界面質(zhì)傳效率(heterogeneous mass transfer in multiphase)是相關(guān)制程技術(shù)的研發(fā)重點。在氣-液-固共存的異相反應(yīng)系統(tǒng)中，由于反應(yīng)必需透過氣-液及液-固相的邊界層(boundary 1ayer)進行，因此邊界層的厚度以及更新頻率，成為影響反應(yīng)速率的關(guān)鍵瓶頸。一般傳統(tǒng)技術(shù)多利用機械式攪拌、高音波或超高音波震蕩等操作來達到壓縮邊界層厚度以提升界面質(zhì)傳效率的目的。但在液相存在比例較高且氣相屬于難溶性氣體的異相反應(yīng)系統(tǒng)中，反應(yīng)速率的瓶頸步驟主要決定在氣-液界面(interface)間的質(zhì)傳速率。機械式攪拌并無法有效壓縮邊界層，所能達到的質(zhì)傳擴散效果極為有限。最近也有新的研究利用高速旋轉(zhuǎn)的離心力將固體表面的水層離心甩脫，達到壓縮水膜厚度及更新接觸界面的目的。但此方法須耗用較大電能，且高速旋轉(zhuǎn)長期操作會產(chǎn)生微顆粒污染的疑慮，對于待處理材質(zhì)的形狀尺寸大小都有所限制。例如美國6,627,125及6,273,108揭示了一種以臭氧及液體來處理一半導(dǎo)體基材表面的技術(shù)，包括將一加熱的處理液體噴灑于半導(dǎo)體基材表面，高速旋轉(zhuǎn)該基材而控制該處理液體在基材表面上邊界層厚度，同時在維持該基材溫度及邊界層厚度的情況下導(dǎo)入臭氧，而降低臭氧擴散通過該邊界層的阻礙。此美國專利與本發(fā)明有關(guān)的技術(shù)內(nèi)容以參考方式被并入本案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種使用氣泡的基材表面處理方法。
本發(fā)明的再一目的是提供一種使用氣泡的基材表面處理方法的設(shè)備。
界面擴散層壓縮與反應(yīng)界面更新頻率的控制技術(shù)是決定異相反應(yīng)質(zhì)傳效率的關(guān)鍵。本發(fā)明利用氣體在液體中自然形成的氣泡做為異相反應(yīng)系統(tǒng)界面擴散層厚度壓縮的控制方法(controlling means)。當(dāng)氣泡與基材表面接觸時，下方氣泡會自然推升上方氣泡使它不斷往上爬升。在氣泡爬升的拖曳過程中會讓界面擴散層被壓縮、變小，并使反應(yīng)界面不斷更新，于是反應(yīng)性氣體分子能快速透過超薄的液膜擴散至基材表面進行反應(yīng)，而反應(yīng)生成物也能快速逆向擴散出來而被帶走。因此能使界面擴散層質(zhì)傳效率最佳化。此一現(xiàn)象可在省水、省能的操作條件下，提供氣-液-固異相反應(yīng)系統(tǒng)一個高效率的異相界面擴散層質(zhì)傳操作技術(shù)。本發(fā)明并提供一個應(yīng)用臭氧氣-液反應(yīng)系統(tǒng)進行晶片(wafer)表面光阻劑去除的例示，做為相關(guān)類型氣-液-固異相反應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計概念說明。
實施方式本發(fā)明揭示一種處理基材表面的方法，包含a)使液體及氣體在一基材的一部份表面連續(xù)形成氣泡，及b)使該氣泡在破滅前爬行在該基材的其余表面，其中為該氣泡所爬行過的基材表面上的一物質(zhì)被從該基材表面上移除，或者被形成一物質(zhì)。
當(dāng)本發(fā)明方法是用于從該基材表面上移除一物質(zhì)時，該基材可為表面具有光阻劑的晶片，且從該晶片的表面被移除的物質(zhì)為該光阻劑。
當(dāng)本發(fā)明方法是用于從該基材表面上移除一物質(zhì)時，步驟a)可包含將基材浸入于一由該液體所構(gòu)成的池，于是僅有該基材的底部浸入在該液體中；及該池的底部被導(dǎo)入該氣體或者該池的液體溶解有該氣體以連續(xù)形成該氣泡，于是該氣泡在該基材表面往上爬行離開該池的液面并且繼續(xù)爬行一段距離。較佳的，該基材是實質(zhì)上垂直于該液體池的液面，并且該基材被驅(qū)動繞一水平軸旋轉(zhuǎn)，于是該基材的外緣是輪流地浸入于該液體中。
較佳的，在本發(fā)明方法中復(fù)數(shù)個該基材被同時處理，并且它們彼此等間隔的互相平行。
較佳的，該液體為純水、臭氧水或溶解有化學(xué)品的水溶液，及該氣體為一含有臭氧的氣體混合物、一含有反應(yīng)性氣體的氣體混合物或空氣。更佳的，該液體為純水或臭氧水。
本發(fā)明同時亦揭示一種處理基材表面的設(shè)備，包含一液體儲槽，其中一液體被保留在其內(nèi)部并在其內(nèi)部形成一水平液面；一基材夾持匣，其被置于該儲槽內(nèi)，使得被夾持于該匣的基材只有其底部浸入于該液體中；及一位于該液面下的曝氣機構(gòu)，用于在液體內(nèi)產(chǎn)生氣泡。
本發(fā)明的設(shè)備，較佳的進一步包含一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，用于使該基材夾持匣在該儲槽內(nèi)繞一水平軸旋轉(zhuǎn)。
較佳的，該曝氣機構(gòu)包含設(shè)置于該儲槽內(nèi)的一供氣管及一或復(fù)數(shù)個形成于該供氣管上的開孔。更佳的，該供氣管位于該基材夾持匣的下方。
較佳的，該基材夾持匣具有復(fù)數(shù)對槽縫，其中每一對槽縫適于容置一基材，使得被容置在該復(fù)數(shù)對槽縫的復(fù)數(shù)片基材互相平行且垂直于該液面。
依本發(fā)明的一較佳具體實施例所完成一種光阻劑去除技術(shù)將參照圖1說明如下。在一氣液反應(yīng)清洗槽10中導(dǎo)入超純水至一預(yù)定高度，接著將一供氣管20安裝在該清洗槽10的底部。該供氣管20位于超純水中的一端具有一或多個孔徑介于0.05～3mm的開孔21，另一端則連接在一臭氧氣體供應(yīng)源(未示于圖中)。一加壓的含臭氧的氣體混合物由該臭氧氣體供應(yīng)器通過該供氣管20的開孔21在該清洗槽10的底部產(chǎn)生氣泡22。
將一表面涂布有光阻劑的兩片晶片30，以涂布面相對被平行的夾持于一晶片夾持匣40。該晶片夾持匣40接著被固定在該清洗槽10內(nèi)的一對轉(zhuǎn)軸11，其中該對晶片是垂直的浸入在該清洗槽10內(nèi)的超純水中并且只有底部浸在超純水中，而且該對晶片之間的間隙位在該供氣管20的開孔21的上方。該供氣管20距離該晶片的底緣約1～3公分。
以上僅說明一對晶片被清洗的設(shè)置，但很明顯的更多的晶片可以在該清洗槽10內(nèi)同時被清洗只要在該清洗槽10內(nèi)設(shè)置相對應(yīng)于待清洗晶片的更多供氣管20，或者在該供氣管20設(shè)置更多的開孔21。
在該對晶片30下方產(chǎn)生的大部份氣泡22由該對晶片30之間的間隙沿著晶片表面向上爬升，并且越過該臭氧水液面繼續(xù)爬升一段距離或到晶片頂部才破滅。透過該清洗槽10的轉(zhuǎn)軸11，可間歇式的或連續(xù)的轉(zhuǎn)動該夾持匣40，以均勻的從晶片表面移除光阻劑。
本發(fā)明的優(yōu)點為省水、省能、不需高速旋轉(zhuǎn)操作、無微顆粒污染疑慮、對材質(zhì)的處理尺寸彈性大。本發(fā)明技術(shù)可應(yīng)用于半導(dǎo)體、TFT-LCD及微/納米精密機密模具等產(chǎn)業(yè)的平版印刷術(shù)(lithography)光阻劑去除、基材表面清洗等制程步驟，未來在醫(yī)療設(shè)備消毒、納米材料制造上也將有很大的應(yīng)用潛力。


圖1為依本發(fā)明的一實施例所完成的處理基材表面的設(shè)備的示意圖。
圖2為示出一晶片上54個量測點的位置。
圖3為晶片上54個量測點的光阻劑移除速率 其中圓點為依實施例1本發(fā)明方法的結(jié)果，三角形點為依對照例1已知SPM方法的結(jié)果。
附圖標記10..清洗槽20..供氣管 21..開孔 30..晶片40..晶片夾持匣11..轉(zhuǎn)軸具體實施方式
本發(fā)明可借助以下實施例被進一步了解，這些實施例僅作為說明之用，而非用于限制本發(fā)明范圍。
實施例1將兩片涂布有厚度約 光阻劑(型號FH-6400L)的晶片置于如圖1所示的設(shè)備對該對晶片進行光阻劑的移除。在移除光阻劑前，使用OLYMPUSnanospec量測晶片上54點的光阻劑厚度，該54點的位置如圖2所示。晶片近底端約1/3的部份(約2.8cm)浸于超純水中，在清洗時超純水被維持在50℃的溫度。供氣管20設(shè)置有一直徑約0.1mm的開孔，并且該供氣管20被接上一臭氣產(chǎn)生器(Anseros公司，德國)。臭氧氣流量為90NL/hr(臭氧氣的臭氧濃度為17％(w/w))。激活轉(zhuǎn)軸11開始清洗，以3～4rpm轉(zhuǎn)動該支持匣40。清洗時間2分鐘。清洗后的晶片以去離子水漂洗(rinse)，再以N-2槍吹干。最后以O(shè)LYMPUS nanospec量測該54點的光阻劑厚度。
對照例1使用傳統(tǒng)的SPM(高溫硫酸法)方法從晶片表面上移除光阻劑，其中晶片的光阻劑以相同于實施例1的方法被形成及被量測厚度。本對照例的SPM方法使用H2SO4∶H2O2＝3∶1的清洗液體，在120℃清洗2分鐘。
圖3示出實施例及對照例1的光阻劑移除速率，從其中可看出實施例1的本發(fā)明方法與已知SPM方法具有可相比擬的光阻劑移除速率。但業(yè)界人士均知SPM方法除了需高溫外，亦需要大量的去離子水才能將硫酸從清潔過晶片的表面移除。此外，硫酸具腐蝕性，使得SPM方法不能用于處理含有金屬層的基材。
實施例2及3除了將超純水的溫度改變?yōu)槭覝丶?0℃外，重復(fù)實施例1的步驟清洗2分鐘。實施例1～3的平均移除速率示于表1。

權(quán)利要求
1.一種處理基材表面的方法，包含a)使液體及氣體在一基材的一部份表面連續(xù)形成氣泡，及b)使該氣泡在破滅前爬行在該基材的其余表面，其中為該氣泡所爬行過的基材表面上的一物質(zhì)被從該基材表面上移除，或者被形成一物質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中為該氣泡所爬行過的基材表面上的一物質(zhì)被從該基材表面上移除。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該基材為表面具有光阻劑的晶片，且從該晶片的表面被移除的物質(zhì)為該光阻劑。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中步驟a)包含將基材浸入在一由該液體所構(gòu)成的池，于是僅有該基材的底部浸入在該液體中；及該池的底部被導(dǎo)入該氣體或者該池的液體溶解有該氣體以連續(xù)形成該氣泡，于是該氣泡在該基材表面往上爬行離開該池的液面并且繼續(xù)爬行一段距離。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該基材是實質(zhì)上垂直在該液體池的液面，并且該基材被驅(qū)動繞一水平軸旋轉(zhuǎn)，于是該基材的外緣是輪流地浸入于該液體中。
6.如權(quán)利要求1至5項中任一項所述的方法，其中復(fù)數(shù)個該基材被同時處理，并且它們彼此等間隔的互相平行。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該液體為純水、臭氧水或溶解有化學(xué)品的水溶液，及該氣體為一含有臭氧的氣體混合物、一含有反應(yīng)性氣體的氣體混合物或空氣。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該液體為純水或臭氧水。
9.一種處理基材表面的設(shè)備，包含一液體儲槽，其中一液體被保留于其內(nèi)部并在其內(nèi)部形成一水平液面；一基材夾持匣，其被置于該儲槽內(nèi)，使得被夾持于該匣的基材只有其底部浸入于該液體中；及一位于該液面下的曝氣機構(gòu)，用于在液體內(nèi)產(chǎn)生氣泡。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其進一步包含一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，用于使該基材夾持匣在該儲槽內(nèi)繞一水平軸旋轉(zhuǎn)。
11.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中該曝氣機構(gòu)包含設(shè)置在該儲槽內(nèi)的一供氣管及一或復(fù)數(shù)個形成在該供氣管上的開孔。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中該供氣管位于該基材夾持匣的下方。
13.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中該基材夾持匣具有復(fù)數(shù)對槽縫，其中每一對槽縫適于容置一基材，使得被容置在該復(fù)數(shù)對槽縫的復(fù)數(shù)片基材互相平行且垂直于該液面。
全文摘要
從基材表面移除一物質(zhì)，例如從晶片移除光阻劑，或于基材表面形成一反應(yīng)產(chǎn)物的技術(shù)被揭示。將復(fù)數(shù)片等間隔、平行的基材的底部垂直的浸入在一液體，將一氣體例如臭氧導(dǎo)入在該液體中且在該基材的下方連續(xù)形成氣泡，使得這些氣泡在破滅之前于兩相鄰基材之間不斷往上爬升。在氣泡爬升的過程中在基材表面的液體邊界層被壓縮及更新，促進在該邊界層內(nèi)的氣－液－固質(zhì)傳效率，使得其中的反應(yīng)更快速的被完成，于是基材表面更有效率的被處理。
文檔編號A61K9/02GK1605367SQ20031010013
公開日2005年4月13日 申請日期2003年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月10日
發(fā)明者金光祖, 陳秋美, 羅正忠, 徐靜怡, 法漢恩·夏得曼 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院