專利名稱：高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及一種高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)及其方法，乃是涉及半導(dǎo)體晶圓的臭氧清洗的技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種利用氣相臭氧與水溶劑在一機(jī)構(gòu)中高度質(zhì)傳而液相溶解形成清洗溶液的臭氧水溶液，以及臭氧對晶圓材料表面進(jìn)行氧化反應(yīng)，配合清洗制程中，臭氧水清洗溶液濃度的監(jiān)測與濃度回饋控制維持，能快速有效將半導(dǎo)體及光電制程有關(guān)晶圓及玻璃基板表面的光阻或其它有機(jī)附著物，加以氧化分解清洗的臭氧清洗方法及其裝置。
背景技術(shù)：
按，半導(dǎo)體晶圓的制作，在制程中所包括的每個步驟蝕刻、氧化、沉積、去光阻以及化學(xué)機(jī)械研磨等，都是造成晶圓表面污染的來源，且晶圓表面的污染，一向是制程品質(zhì)及產(chǎn)量的最大障礙，因此，晶圓的制程中必需經(jīng)過反復(fù)多次清洗制程。且隨著超大規(guī)模集成電路(VLSI，ULSI)的發(fā)展，對于晶圓潔凈度要求更趨嚴(yán)苛。
晶圓表面潔凈的目的，在于清除所有的微量污染物，包括有機(jī)物、金屬附著物、微粒子等，并且控制晶圓表面形成的薄氧化膜(Thin oxide)，以及保持晶圓表面平坦與抗水、抗電狀態(tài)。目前已知且常被使用的潔凈方法，可概分為濕式及干式法。其中干式清洗方式，是利用高能量(如熱能、電能、放射能)產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行表面結(jié)凈處理。另該濕式法利用溶劑、酸性溶液、界面活性劑，混合純水進(jìn)行洗滌、氧化、浸蝕與溶解等清洗作業(yè)方法；此也是目前最常被采用的清洗方式。至于濕式清洗技術(shù)目前為業(yè)者普遍使用者，包括下列幾種方法1.H2SO4/H2O2@100～130℃(SPM)，又稱″Prianha Clean″，用以去除有機(jī)污染物。
2.HF或稀釋HF(DHF)@20～25℃，主要用途為侵蝕氧化膜(Silicon ozide)。
3.NH4OH/H2O2/H2O@30～80℃(APM)，用于堿水與侵蝕表面，以便于清除微粒子；同時可去除有機(jī)物與金屬污染物。
4.HCl/H2O2/H2O@65～85℃(HPM)，主要用于清除金屬污染物。
5.H2SO4/O3/H2O@90～120℃(SOM)，可去除有機(jī)物、金屬，并減少H2SO4用量。
又目前業(yè)者常使用于前段晶圓制程的清洗步驟的RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗法(RCAStandard Clean)，即是綜合前述第1～4種方法以進(jìn)行對晶圓清洗處理；前述這些清洗法，對于晶圓表面有機(jī)光阻及其它固態(tài)污染物的去除，皆可達(dá)到高度的潔凈效果，但是在清洗制程中，前述RCA晶圓清洗程序，據(jù)估計，每天必需耗用45,000噸(相當(dāng)于十座八時晶圓廠的每日用水量)以上的超純水，并在高溫下達(dá)成效果，同時所使用的H2SO4、HCl及H2O2等藥劑，將會產(chǎn)生上百噸強(qiáng)酸強(qiáng)堿廢液(有害廢棄物)排放。這些缺點(diǎn)常造成無塵室內(nèi)(Fab)空氣及廢氣處理系統(tǒng)負(fù)擔(dān)超荷，且化學(xué)品在高溫下的揮發(fā)性，使?jié)崈粢旱慕M成濃度不易控制，使其潔凈效果減低。
再者，“制程奈米化及”、“綠色生產(chǎn)”是目前與將來高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共同趨勢，包括深次米半導(dǎo)體、TFT-LCD、III-Vs通訊組件、超精密加工、奈米材料制造、奈米電子組件等技術(shù)，皆積極朝超精細(xì)與超潔凈的方向研發(fā)，在奈米化制程環(huán)境中，任一環(huán)節(jié)的極少量污染物(如微顆粒、金屬離子、有機(jī)雜質(zhì)等)的存在，都可能造成制程良率極大的傷害，而這種嚴(yán)格的制程潔度需求，已經(jīng)無法經(jīng)由傳統(tǒng)電子制程的RCA清洗程序來提供，且前述這些高水資源耗用、高污染水排放的制程，也將嚴(yán)重影響高科技電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。特別是，“環(huán)境友善生產(chǎn)(EnvironmentallyBenign Manufacturing)”是半導(dǎo)體及光電產(chǎn)業(yè)制程未來發(fā)展的最新趨勢，新式制程的研發(fā)驅(qū)動力是追求與現(xiàn)行技術(shù)一樣好或更好的執(zhí)行制程(Process Performance)，同時對環(huán)境卻更潔凈、更友善。
目前臭氧制造方式，包括光化學(xué)法，此項(xiàng)技術(shù)多使用于制造少量臭氧的應(yīng)用。放電法，是一種類似自然界電擊現(xiàn)象，因此對于空氣的濕度要求很高。以及所謂的電漿法，利用含鈍氣的玻璃真空管，在高能量下產(chǎn)生電子沖擊而制造臭氧。至于前述方式所制成的臭氧的用于晶圓清洗，是必需將氣相臭氧溶解于純水中形成潔凈溶液來進(jìn)行清洗作業(yè)，且是不同于傳統(tǒng)工業(yè)所需的低濃度臭氧(1ppm以內(nèi)至數(shù)個ppm)運(yùn)用，半導(dǎo)體及光電清洗制程需要長時間穩(wěn)定供應(yīng)的中高濃度臭氧水(數(shù)十ppm范圍)，因此，氣相臭氧的水溶解度，對于制造含臭氧的超潔凈清洗溶液是一環(huán)重要的瓶頸。且氣相臭氧的溶解度低，對環(huán)境變因極敏感；而具體影響氣相臭氧水溶解度的主要因素，包括氣相臭氧的濃度、溶液溫度及酸堿度等。
現(xiàn)行技術(shù)皆試圖單純以控制物理?xiàng)l件，使趨近熱力學(xué)飽和濃度以提高臭氧溶解效率，由相關(guān)技術(shù)資料及專利發(fā)表結(jié)果，如在臭氧水產(chǎn)生系統(tǒng)方面，有US5,971,368(臭氧水產(chǎn)生系統(tǒng)設(shè)計，以pressurizedvessel提高溶解度)及DE19752769(臭氧水產(chǎn)生系統(tǒng)設(shè)計，以pipeline reactor進(jìn)行O3溶解)。
在晶圓清洗系統(tǒng)設(shè)計方面，有US5,776,296、US5,464,480(低溫1～15℃)浸泡式臭氧水晶圓清洗槽體)、DE19801360(旋轉(zhuǎn)式臭氧水晶圓清洗槽體，操作溫度20～70℃)及JP2000058496(高溫式臭氧水晶圓清洗系統(tǒng))。
在晶圓清洗配方設(shè)計方面，有US6,080,531[以DI-O3(約36ppm)進(jìn)行含金屬氧化層的organics去除]、US5,964,953[以DI-O3(數(shù)個ppm)配合NH4OH(aq)，去除Al、organics]、US5,759,971(將O3溶入0.03～0.05％HF，用作晶圓清洗液)、US5,632,847[將O3導(dǎo)入(HCl+HF)(aq)，以bubble型態(tài)清洗晶圓表面]、US5,626,681、EP0708480[以DI-O3(數(shù)個ppm)+HF(aq)配合brush-scrubbing，清洗polished wafer，降低microroughness]及FR2779980[將O3溶入HCl(aq)后再與HF(aq)混合，用作晶圓清洗液]。
分析前述這些臭氧水清洗溶液相關(guān)研究的專利內(nèi)容，多以改良臭氧水氣液接觸系統(tǒng)及清洗系統(tǒng)溫壓操作范圍控制，達(dá)到提高臭氧水濃度及增進(jìn)反應(yīng)速率目的；但是在實(shí)際應(yīng)用上的效率仍未盡理想，緣因單以改變物理?xiàng)l件以趨近熱力學(xué)的臭氧飽和濃度對增進(jìn)臭氧水濃度的改進(jìn)有限，且屆至目前為止，對于臭氧水晶圓清洗配方研發(fā)也多集中于低濃度(數(shù)個ppm)的應(yīng)用，這是現(xiàn)階段臭氧水技術(shù)發(fā)展遭遇的最大技術(shù)瓶頸，也是造成至今無法在制程上普及應(yīng)用的原因的一。
另一重要的原因在于前述這些專利內(nèi)容，應(yīng)用于晶圓清洗過程中，完全無法掌握清洗槽體內(nèi)臭氧濃度分布狀況或能自動進(jìn)行調(diào)整；按，以往臭氧程序用在半導(dǎo)體制程的晶圓清洗，主要藉由高濃度氣相臭氧，以分散攪拌或曝氣裝置將臭氧氣體分散成細(xì)小氣泡，以增加氣液接觸表面積，進(jìn)而提高質(zhì)傳效果，但氣泡仍受重力與浮力的限制，無法有效提供快速的質(zhì)傳效果與純水相溶解，形成高濃度液相臭氧水。當(dāng)晶圓浸入清洗槽時，會快速消耗清洗溶液中的臭氧，且在無法掌握清洗槽體內(nèi)臭氧濃度分布狀況或能自動進(jìn)行調(diào)整的狀況下，往往導(dǎo)致反應(yīng)過程中后期的溶液中臭氧濃度不足，無法有效將晶圓表面的有機(jī)物(如光阻)或其它氧化層移除，必須延長晶圓的清洗時間，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)量無法提升。更無法進(jìn)行連續(xù)式的大量清洗制程作業(yè)。雖目前已有部分改良程序，藉由照射UV光加速臭氧的氧化能力，但其促進(jìn)的程度仍主要取決于水溶液中的臭氧濃度，并不僅只在這UV光的照射所能具體的提升氧化的能力；在目前已知的氣相臭氧與純水溶解技術(shù)上，仍無法獲得有效的突破。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的的一是，提供一種高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的方法，主要在利用含有高度液相溶解氣相臭氧形成的液相臭氧，藉由臭氧氧化達(dá)到晶圓及玻璃基材表面潔凈清洗的方法，其能快速有效將晶圓表面的光阻或其它有機(jī)附著物加以氧化分解。
本發(fā)明的另一主要目的所提供的一種高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的方法，能因應(yīng)清洗制程中清洗溶液中臭氧濃度的變化，實(shí)時監(jiān)測并回饋控制運(yùn)作調(diào)整，穩(wěn)定維持清洗制程的各項(xiàng)條件與應(yīng)用參數(shù)，提高半導(dǎo)體制程的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，并降低傳統(tǒng)晶圓清洗法的操作繁復(fù)程度與清洗時間。
本發(fā)明的又一主要目的在提供一種高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的方法，利用對清洗溶液實(shí)時臭氧濃度的偵測與饋送控制反應(yīng)，而能以連續(xù)式快速處理大量晶圓的清洗，并維持甚至控制程序的氧化分解能力，期以達(dá)到不同晶圓表面清潔程度的要求，有效且精確地控制晶圓表面氧化的特性。
本發(fā)明的再一主要目的，是提供一種高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的方法，利用氧化能力佳的臭氧，并以雙氧水作為添加劑，獲得不易殘存且毒性較低的晶圓清洗溶液，相較于習(xí)知使用濃硫酸或其它較具危害性的藥劑，得以降低大量使用具環(huán)境沖擊的化學(xué)藥劑，而造成化學(xué)藥品處置及處理的環(huán)境問題。
為達(dá)成本發(fā)明上述目的及功效，其所采取的具體技術(shù)手段包括高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)，該系統(tǒng)架構(gòu)包含一液相臭氧生成機(jī)構(gòu)；由所提供的超純水與氣相臭氧在此機(jī)構(gòu)中，配合重力場運(yùn)作進(jìn)行高質(zhì)傳接觸溶解，以獲得高臭氧液相溶解的清洗溶液；一儲槽或清洗槽，提供前述用以清洗的水溶液的儲置，與提供晶圓進(jìn)行清洗的作業(yè)空間；一添加劑供應(yīng)機(jī)構(gòu)，受一自動饋控機(jī)構(gòu)控制，進(jìn)行將添加物投入儲槽或清洗槽的一機(jī)構(gòu)；一監(jiān)控機(jī)構(gòu)，包含液相臭氣濃度、添加劑濃度、酸堿質(zhì)控制及水恒溫控制的監(jiān)控，隨時在清洗制程中，監(jiān)測溶液中各種參數(shù)的最佳設(shè)定值維持，并將偵測結(jié)果回饋式透過傳送技術(shù)送到一自動饋控機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析與反應(yīng)；一自動饋控機(jī)構(gòu)，隨時接收前述監(jiān)控機(jī)構(gòu)所饋回的各種濃度與條件參數(shù)偵測資料，并進(jìn)行分析及設(shè)定值比對，進(jìn)而反應(yīng)濃度、水溫與酸堿值等參數(shù)，而進(jìn)行維持有效清洗所設(shè)定的各項(xiàng)參數(shù)與條件的調(diào)整控制。
該高速離心式重力場裝置所形成的重力場，是為一可藉由旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的改變而獲得調(diào)整，用以控制臭氧與水溶劑間的強(qiáng)制溶解度，來維持清洗水溶液的濃度或適用不同的清洗標(biāo)的物使用。
該晶圓清洗溶液的液相臭氧濃度，是透過超純水、氣相臭氧的提供量，以及高速離心式重力場裝置的轉(zhuǎn)速而控制，來維持清洗水溶液的濃度或適用不同的清洗標(biāo)的物使用。
本發(fā)明為達(dá)成上述目的及功效，其所采取的進(jìn)一步具體技術(shù)手段包括高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)，是用以配合半導(dǎo)晶圓進(jìn)行連續(xù)式大量清洗的系統(tǒng)，該系統(tǒng)架構(gòu)包含一液相臭氧生成機(jī)構(gòu)，進(jìn)行超純水與氣相臭氧的重力場高質(zhì)傳接觸溶解環(huán)境，以獲得高臭氧液相溶解的晶圓清洗溶液；一清洗槽，管路連結(jié)前述液相臭氧生成機(jī)構(gòu)取得清洗溶液與儲置，并提供晶圓浸入清洗的空間；
一添加劑供應(yīng)機(jī)構(gòu)，連結(jié)前述清洗槽，受控進(jìn)行添加劑的添加；一監(jiān)控機(jī)構(gòu)，布設(shè)于前述清洗槽中，在清洗過程中實(shí)時偵測清洗溶液各種應(yīng)用參數(shù)，并回饋該資料于一自動饋控機(jī)構(gòu)；一自動饋控機(jī)構(gòu)，輸入并記憶溶液應(yīng)用參數(shù)設(shè)定值；并接受前述監(jiān)控機(jī)構(gòu)偵測回饋的各種參數(shù)資料，實(shí)時的進(jìn)行收集與分析、比對設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值，同時對于比對結(jié)果作出迅速的反應(yīng)機(jī)制，進(jìn)而迅速調(diào)整各項(xiàng)操作參數(shù)，以維持溶液具有最佳氧化分解能力，保持最有效對晶圓表面的有機(jī)物(如光阻)或其它氧化層的移除，更可以用以大量且連續(xù)式的清洗晶圓。
該晶圓清洗溶液，是采用臭氧水與添加劑混合組成的溶液使用。
該臭氧水的濃度，是透過超純水的提供流量、液相臭氧的供應(yīng)量及前述液相臭氧生成機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速所控制。
該液相臭氧生成機(jī)構(gòu)中所形成的高速離心式重力場，是藉由一動力構(gòu)件的轉(zhuǎn)速調(diào)整而改變，用以控制臭氧與水溶劑間的強(qiáng)制溶解度，來維持清洗水溶液的濃度或適用不同的清洗標(biāo)的物使用。
該清洗槽對于清洗使用過的臭氧水，是由一排放口透過管路連結(jié)超純水導(dǎo)入口，以回流方式再利用。
該清洗槽進(jìn)行晶圓清洗過程中，亦可配合短波長紫外光(UV)的照射，進(jìn)一步提升清洗制程中，對于有機(jī)物的氧化分解速度。
該添加劑供應(yīng)機(jī)構(gòu)所提供的添加劑是采用過氧化氫(H2O2，雙氧水)。
該監(jiān)控機(jī)構(gòu)，包括一液相及氣相臭氧濃度偵測單元，用以取樣與濃度分析在清洗槽中臭氧水的液相及氣相臭氣濃度；一添加劑濃度偵測單元，用以取樣并分析清洗槽中溶液的添加劑濃度；一酸堿值偵控單元，進(jìn)行溶液酸堿值的量測與資料訊號的收集；一水溫偵控單元，隨時量測溶液的溫度并進(jìn)行恒溫的控制。
該自動饋控機(jī)構(gòu)，是采用具快速應(yīng)答且降低控制偏差的方式進(jìn)行對各項(xiàng)操作參數(shù)的調(diào)整，并得對前述監(jiān)控機(jī)構(gòu)所偵測取得的回饋資料，進(jìn)行反應(yīng)而輸出控制訊號，用以對氣相臭氧產(chǎn)生濃度、動力構(gòu)件轉(zhuǎn)速與氣、液進(jìn)料比，及添加劑添加劑量、pH值及水溫等參數(shù)條件的回饋控制調(diào)整，使得清洗槽中的清洗溶液，能維持為穩(wěn)定的液相臭氧濃度、添加劑濃度、pH值及水溫等是在最佳的晶圓清洗條件。
本發(fā)明為達(dá)成上述目的及功效，其所采取的進(jìn)一步具體技術(shù)手段包括高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的方法，該方法包括提供一高濃度液相臭氧清洗溶液；提供一前述液相臭氧清洗溶液與添加劑儲置混合的儲槽；將晶圓浸入前述儲槽；以前述液相臭氧清洗溶液與添加劑混合液，氧化清洗晶圓表面；前述晶圓清洗制程中，實(shí)時監(jiān)測前述混合溶液的各溶劑與條件參數(shù)，并饋送至一自動饋控機(jī)構(gòu)；由該自動饋控機(jī)構(gòu)收集、分析比對前述饋送參數(shù)資料，并實(shí)時應(yīng)答進(jìn)行迅速的反應(yīng)機(jī)制，進(jìn)而迅速調(diào)整各項(xiàng)操作參數(shù)，以維持溶液具有最佳氧化分解能力，保持最有效對晶圓表面的有機(jī)物(如光阻)或其它氧化層的移除，更可以用以大量且連續(xù)式的清洗晶圓。
該晶圓清洗過程的參數(shù)偵側(cè)，是藉由布設(shè)在前述儲槽中的監(jiān)測機(jī)構(gòu)進(jìn)行對包括液相臭氧濃度偵測、添加劑濃度偵測、溶液酸堿值偵測及溶液溫度偵測，再將偵測資料回饋到自動饋控機(jī)構(gòu)。
該自動饋控機(jī)構(gòu)的參數(shù)調(diào)整控制，包括氣相臭氧產(chǎn)生濃度、形成重力場的轉(zhuǎn)速與氣、液進(jìn)料比、添加劑添加劑量與添加速度、pH值及水溫等參數(shù)條件的回饋控制調(diào)整，使得清洗溶液，能維持為穩(wěn)定的液相臭氧濃度、添加劑濃度、pH值及水溫等是在最佳的晶圓清洗條件。
本發(fā)明為達(dá)成上述目的及功效，其所采取的進(jìn)一步具體技術(shù)手段包括高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的方法，是在一清洗槽中，利用液相臭氧溶液與過氧化氫的混合液作為晶圓清洗溶液，用以氧化分解清洗晶圓表面；以及利用監(jiān)測機(jī)構(gòu)實(shí)時偵測前述清洗溶液中各溶劑與條件的參數(shù)，并饋送至自動饋控機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時的參數(shù)調(diào)整控制，以維持溶液具有最佳氧化分解能力，保持最有效對晶圓表面的有機(jī)物(如光阻)或其它氧化層的移除，更可以用以大量且連續(xù)式的清洗晶圓。
該臭氧水進(jìn)行高度重力場高質(zhì)傳接觸溶解的環(huán)境，是由一液相臭氧生成機(jī)構(gòu)所提供，該液相臭氧生成機(jī)構(gòu)所提供的重力場環(huán)境是一個可調(diào)整的環(huán)境，以進(jìn)行不同臭氧濃度的臭氧水，以適用于不同的清洗標(biāo)的物使用。
在一較佳的實(shí)施例中，前述的液相臭氧生成機(jī)構(gòu)是采用一種高速離心式重力旋轉(zhuǎn)填充床，利用此高效率分離裝置，由超重力技術(shù)運(yùn)作以強(qiáng)化氣相臭氧與超純水的質(zhì)傳接觸與溶解效果，形成高液相溶解的高濃度臭氧水作為清洗溶液。并可利用該機(jī)構(gòu)的重力場調(diào)整，控制臭氧與水溶劑間的強(qiáng)制溶解度，來維持清洗水溶液的濃度或適用不同的清洗標(biāo)的物使用。
在另一較佳實(shí)例中，該清洗作業(yè)使用的添加劑是采用過氧化氫(H2O2，雙氧水)，該添加劑可以提高對晶圓表面有機(jī)物的氧化分解能力。
為能彌補(bǔ)傳統(tǒng)清洗法的缺失，同時能達(dá)到至少相等的潔凈效果，近十年來已陸續(xù)出現(xiàn)以臭氧代替其它化學(xué)品的清洗法。臭氧為強(qiáng)氧化性氣體、不穩(wěn)定氣體且具強(qiáng)烈腐蝕性等特性的氣體，可以添加觸媒劑，如氧化錳(MnO2)，藉以迅速破壞，因此不但可以減少清洗的步驟，更能減少清洗制程中對環(huán)境安全的負(fù)面影響。而且臭氧水用于晶圓清洗是需要具備下列的技術(shù)特性(一)高潔凈度現(xiàn)場(on-site)制造，沒有貯存輸送污染問題，且可取代清洗制程使用的H2O2，避免金屬污染疑慮。
(二)高制程效率可制造高純度超薄(＜20A)gate oxide，其品質(zhì)優(yōu)于現(xiàn)行熱氧化程序的效能(thermal oxidation process performance)，是0.13μm制程以降所必須。
(三)低污染排放能大幅度(甚至完全)取代RCA晶圓潔凈制程所使用的H2SO4、HCl及H2O2等藥劑，減少廢酸(有害廢棄物)排放，并能節(jié)省清洗制程超純水用量達(dá)20％。
因此，利用臭氧水的清洗，被視為最具潛力的新世代IC制程技術(shù)中的一環(huán)，可被應(yīng)用在UPW微量TOC reduction，photoresist removal、post-etch cleaning、post-CMPcleaning、pre-gate cleaning及ultra-thin gate oxide growth等制程。


圖1是本發(fā)明一較佳實(shí)施例系統(tǒng)清洗方法的流程圖；圖2是本發(fā)明一較佳實(shí)施例系統(tǒng)的架構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明液相臭氧生成機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明液相臭氧生成機(jī)構(gòu)中旋轉(zhuǎn)主體的結(jié)構(gòu)圖；圖5是本發(fā)明液相臭氧生成機(jī)構(gòu)中旋轉(zhuǎn)主體的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是有關(guān)一種利用高濃度大流量臭氧水的產(chǎn)生制程，形成液相臭氧水提供為清洗溶液，并在一儲槽或清洗槽進(jìn)行晶圓的清洗作業(yè)，同時在清洗過程中，透過液溶濃度與條件等參數(shù)動態(tài)分析技術(shù)，隨時掌握清洗槽體內(nèi)各種參數(shù)如臭氧與添加劑濃度、酸堿值與水溫等環(huán)境條件的監(jiān)測，且利用取得的參數(shù)產(chǎn)生回饋式控制，自動調(diào)整各種參數(shù)，使達(dá)到維持清洗槽最佳濃度分布效果，而在維持有效晶圓表面清洗能力下，進(jìn)行連續(xù)式快速的大量晶圓清洗。
本發(fā)明的較佳實(shí)施例將前述的高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的方法的主要技術(shù)內(nèi)容適當(dāng)揭示于以下所列舉的一較佳實(shí)施例中，并利用該較佳實(shí)施例系統(tǒng)將本發(fā)明的主要技術(shù)內(nèi)容予以適當(dāng)實(shí)施。
圖1、2揭示本發(fā)明一較佳實(shí)施例高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓系統(tǒng)的運(yùn)作流程圖與架構(gòu)圖。本案較佳實(shí)施例的高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓系統(tǒng)，該系統(tǒng)架構(gòu)主要是由一液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1，提供氣相臭氧與超純水的溶解產(chǎn)生臭氧水溶液；一清洗槽2，用以儲放臭氧水并進(jìn)行晶圓的浸入清洗作業(yè)；一添加劑供應(yīng)機(jī)構(gòu)3，提供清洗過程中添加劑的供應(yīng)與供應(yīng)速度控制；一監(jiān)控機(jī)構(gòu)4，用以在清洗過程中隨時監(jiān)測各濃度與環(huán)境條件的應(yīng)用參數(shù)；及一自動饋控機(jī)構(gòu)5，收集前述監(jiān)控機(jī)構(gòu)4所回饋的偵測值進(jìn)行分析比對，并實(shí)時應(yīng)答控制濃度調(diào)整運(yùn)作所組成。其中，該液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1，主要在提供氣相臭氧與超純水的溶解形成高濃度臭氧水的產(chǎn)生機(jī)構(gòu)；如圖2及圖3所揭示的具體實(shí)施例中，該液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1是為一高速離心式重力場裝置，具有在主體外殼11中產(chǎn)生一高速旋轉(zhuǎn)下產(chǎn)生的離心式重力場壞境，形成一可將超純水切碎成小液滴或霧狀條件，進(jìn)而與逆向傳送的氣相臭氧，進(jìn)行完全的溶解、攪拌混合，并快速地溶解氣相臭氧的一質(zhì)傳機(jī)制，獲得高濃度液相臭氧水溶液。
在其它具體的實(shí)施例結(jié)構(gòu)中，該液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1是采用一高重力旋轉(zhuǎn)填充床配置使用，以在填充床所提供的高重力旋轉(zhuǎn)環(huán)境中，促進(jìn)液相超純水與氣相臭氧的高度溶解混合成臭氧水，作為本發(fā)明的晶圓清洗溶液。
前述液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1，如圖3所示，在具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)中，包括有一主體外殼11，提供一個中空的封閉空間以進(jìn)行重力場環(huán)境的氣、液溶解運(yùn)作；一配合氣密封軸12而軸組在前述主體外殼11內(nèi)的旋轉(zhuǎn)主體13，旋轉(zhuǎn)主體13上配置有多數(shù)個填充物檔板131；一驅(qū)動前述旋轉(zhuǎn)主體13旋轉(zhuǎn)運(yùn)作的動力構(gòu)件14，如馬達(dá)配置采用；一超純水噴頭15，套置于前述旋轉(zhuǎn)主體13的軸部中央，并與超純水導(dǎo)入口16相連結(jié)，作為超純水的導(dǎo)入并旋轉(zhuǎn)主體13內(nèi)形成噴灑運(yùn)作；一臭氧氣導(dǎo)入口17，用以連結(jié)臭氧產(chǎn)生器62以取得氣相臭氧氣的導(dǎo)入；一臭氧水導(dǎo)出口18，用以連結(jié)清洗槽2提供高濃度臭氧水；一氣體壓力旁路19，透過管路連結(jié)一氣相臭氣分析單元10，在液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1運(yùn)作中隨時偵測分析所導(dǎo)入的臭氧氣濃度參數(shù)。此外，該液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1的各進(jìn)水口、出水口、進(jìn)氣口、排氣口，與其它需阻隔水、氣進(jìn)出的管路或相關(guān)的細(xì)部氣密性構(gòu)造等，因均直接采用常用的氣密構(gòu)件配置，故均予省略未示。
又，前述該液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1的旋轉(zhuǎn)主體11，在一具體實(shí)施例架構(gòu)中，是呈一堆棧盤形態(tài)的結(jié)構(gòu)體，如圖4及圖5所示，包括一由填充物阻隔網(wǎng)組成所界定的旋轉(zhuǎn)體外壁111，與同樣由填充物阻隔網(wǎng)組成所界定的一旋轉(zhuǎn)體內(nèi)壁112。于其間可填充惰性材質(zhì)的填充材料，如塑料球、不銹鋼金屬網(wǎng)、玻璃球、陶瓷填充物、金屬氧化物錠材或其它可分散水溶液與氣體的材料結(jié)構(gòu)。而為保持高速旋轉(zhuǎn)時填充床主體的強(qiáng)度，必須以旋轉(zhuǎn)體支撐固定構(gòu)件113如螺絲，進(jìn)行對旋轉(zhuǎn)體外壁111與旋轉(zhuǎn)體內(nèi)壁112的固定。
前述液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1所用以混合溶解產(chǎn)生臭氧水的材料來源，包括管路連結(jié)的純水供應(yīng)器61，提供超純水的導(dǎo)入；一臭氧產(chǎn)生器62，用以生成并提供臭氧輸入到液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1中，并在該液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1中配合高速離心式重力旋轉(zhuǎn)運(yùn)作，可增加氣、液接觸的停留時間，并改變氣、液界面的微觀重力環(huán)境，同時透過液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1大量增加氣、液接觸的質(zhì)傳面積，可有效提升臭氧在水溶液中的溶解度，并降低質(zhì)傳臭氧至平衡液相臭氧濃度所需的時間，更可藉由動力構(gòu)件14轉(zhuǎn)速的調(diào)整，而改變液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1內(nèi)的重力場；前述經(jīng)液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1所產(chǎn)生的高濃度臭氧水溶液，將透過連結(jié)管路輸送到清洗槽2。
一清洗槽2，主要在提供前述液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1所產(chǎn)生清洗溶液的臭氧水儲置，與提供晶圓浸入進(jìn)行清洗作業(yè)的空間；該清洗槽2在具體的實(shí)施例結(jié)構(gòu)中，是采用一筒形容器，透過管路與前述液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1的臭氧水導(dǎo)出口18連結(jié)，以取得作為清洗溶液的臭氧水。而經(jīng)過使用后的臭氧水，則可由一排放口20排出，或?qū)⑵湟叵到y(tǒng)中，配合超純水導(dǎo)入口16，以回流方式再利用。
一添加劑供應(yīng)機(jī)構(gòu)3，是透過管路直接與前述清洗槽2連結(jié)，用以在清洗過程中受控制的進(jìn)行添加劑的添加。在本發(fā)明具體實(shí)施例中所采用的添加劑，以過氧化氫(H2O2)添加為最佳，可以提高對晶圓表面有機(jī)物的氧化分解能力。
一監(jiān)控機(jī)構(gòu)4，主要是晶圓在清洗槽2進(jìn)行清洗過程中，用以隨時的監(jiān)測清洗溶液中各種濃度的參數(shù)；此機(jī)構(gòu)4包括一液相臭氧濃度偵測單元41、添加劑濃度偵測單元42、酸堿值偵控單元43及水溫偵控單元44。該液相臭氧濃度偵測單元41被布設(shè)在清洗槽2中，是在偵測清洗槽2中臭氧水的液相臭氣濃度，并在具體實(shí)施例配置上，可以采用一液相臭氣分析儀使用，得以進(jìn)行液相臭氧的取樣與濃度分析；一添加劑濃度偵測單元42，同樣是在清洗槽2中取樣并分析該添加劑的濃度是否在設(shè)定值范圍內(nèi)；一酸堿值偵控單元43，利用該pH值偵測器431在清洗槽2中進(jìn)行酸堿值的量測，并由pH值控制器432進(jìn)行資料訊號的收集；以及一水溫偵控單元44，隨時量測溶液的溫度，并進(jìn)行恒溫的控制。前述監(jiān)控機(jī)構(gòu)4的各種偵測或量測結(jié)果資料訊號，將會自動饋送到一自動饋控機(jī)構(gòu)5，進(jìn)行分析與比對與反應(yīng)控制運(yùn)作。
一自動饋控機(jī)構(gòu)5，得配合軟件程序的設(shè)計對前述監(jiān)控機(jī)構(gòu)4所偵測取得的回饋資料，配合各種濃度或溫度標(biāo)準(zhǔn)值的設(shè)定與記憶，由該自動饋控機(jī)構(gòu)5進(jìn)行偵測回饋資料的收集，以及與前述設(shè)定值比對，同時對于比對結(jié)果有未達(dá)標(biāo)準(zhǔn)者，即進(jìn)行反應(yīng)而輸出控制訊號進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)作的控制。
前述該自動饋控機(jī)構(gòu)5，在一較佳的具體實(shí)施例配置架構(gòu)中，可使用一般PID參數(shù)控制或是硬化參數(shù)控制或類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)型控制方式，主要以能快速應(yīng)答且降低控制偏差的方式進(jìn)行對各項(xiàng)操作參數(shù)的調(diào)整。
前述該自動饋控機(jī)構(gòu)5經(jīng)獲得前述監(jiān)控機(jī)構(gòu)4的液相臭氧濃度偵測單元41，對清洗槽2內(nèi)臭氧水清洗溶液的液相臭氧濃度的偵測結(jié)果，經(jīng)比對分析后并根據(jù)晶圓清洗制程條件如設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，進(jìn)而調(diào)整液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1的動力構(gòu)件14轉(zhuǎn)速，以及臭氧產(chǎn)生器62的電壓值或純水供應(yīng)器61的出水流量，使產(chǎn)生設(shè)定濃度的臭氧水導(dǎo)入清洗槽2內(nèi)使用。或依據(jù)偵測回饋的添加劑濃度資料，反應(yīng)并控制添加劑供應(yīng)機(jī)構(gòu)3的添加重與速度。
根據(jù)本發(fā)明前述一較佳實(shí)施例的高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)，在利用該系統(tǒng)用以晶圓清洗的方法，請參閱圖1、2所繪示的本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的方法的運(yùn)作流程圖與架構(gòu)流程圖。
首先，由液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1運(yùn)作產(chǎn)生液相臭氧水清洗溶液，即利用該高重力旋轉(zhuǎn)填充床，提供具有提高氣相臭氧與液相超純水的接觸表面積及改變接觸質(zhì)傳時的環(huán)境條件，以進(jìn)行氣、液高度溶解結(jié)合形成高濃度的臭氧水。
在具體的運(yùn)作過程包括激活液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1管路連結(jié)的純水供應(yīng)器61，使超純水經(jīng)超純水導(dǎo)入口16導(dǎo)入位于液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1內(nèi)，藉由超純水噴頭15噴向旋轉(zhuǎn)主體13，透過旋轉(zhuǎn)主體13在動力構(gòu)件14的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，利用離心力從填充物檔板131向外甩出。而在旋轉(zhuǎn)主體131與超純水進(jìn)料口16間則以氣體壓力旁路包覆，并由氣密軸封12隔絕，以利旋轉(zhuǎn)填充床的氣密與壓力維持，壓力變化亦可從壓力表或由壓差顯示器進(jìn)行直接觀察。臭氧氣則由臭氧產(chǎn)生器62產(chǎn)生，并經(jīng)由管路連結(jié)液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1的臭氧氣導(dǎo)入口17輸入高重力旋轉(zhuǎn)填充床，從液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1設(shè)計的氣液進(jìn)料方向可得知，臭氧氣體與超純水進(jìn)料，是采取逆向流動的質(zhì)傳接觸，超純水由液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1頂部的超純水進(jìn)料口16導(dǎo)入，由底部臭氧水溶液出口18流出，以利使用。臭氧氣體則從液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1的側(cè)面臭氧氣體入口17導(dǎo)入，透過在填充床旋轉(zhuǎn)主體11內(nèi)的強(qiáng)制氣液質(zhì)傳，殘余的臭氧氣體會從液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1頂部的氣體壓力旁路19釋放。
如此，即可藉由液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1的高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的高重力環(huán)境及強(qiáng)制提高的表面接觸機(jī)會，有效促進(jìn)氣相臭氧與超純水溶劑的接觸質(zhì)傳，而在高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)主體13的各填充材間，超純水溶劑會被剪力切碎成小液滴，甚至霧狀的條件，進(jìn)而與逆向傳送的氣相臭氧，進(jìn)行完全的溶解混合，可有效產(chǎn)生攪拌混合作用，并快速地溶解氣相臭氧。透過此一質(zhì)傳機(jī)制，可有效且快速將臭氧溶解于水溶劑中，形成本發(fā)明適用于晶圓清洗使用的清洗溶液主要組成物，同時經(jīng)由液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1的底部臭氧水溶液出口18流出輸送到前述清洗槽2儲置。
同時也激活添加劑供應(yīng)裝置3，依設(shè)定的最佳濃度比例的添加劑如過氧化氫(H2O2)，添加到前述的清洗槽2中，與臭氧水混合組成清洗溶液，并將待清洗的晶圓浸入清洗槽2中，利用臭氧水與添加劑組成的混合溶液，來進(jìn)行晶圓表面的氧化分解清洗。
前述晶圓在浸入清洗槽2中進(jìn)行清洗的過程中，本發(fā)明系統(tǒng)中監(jiān)測機(jī)構(gòu)4的各個偵測單元41、42、43、44，也同時開始隨時的各種應(yīng)用參數(shù)偵測；透過液相臭氧濃度偵測單元41對清洗槽2內(nèi)溶液中臭氧濃度的偵測取樣與分析；添加劑濃度偵測單元42，同樣是在清洗槽2中取樣并分析該添加劑的濃度；酸堿值偵控單元43在清洗槽2中進(jìn)行酸堿值的量測；以及水溫偵控單元44隨時量測溶液的溫度等，實(shí)時的偵測取得溶液及清洗槽2內(nèi)各種參數(shù)，并將所偵測取得的資料，回饋送到本發(fā)明系統(tǒng)的自動饋控機(jī)構(gòu)5，以進(jìn)行參數(shù)的分析、比對。
本發(fā)明系統(tǒng)中的自動饋控機(jī)構(gòu)5對于經(jīng)由前述監(jiān)測機(jī)構(gòu)4所偵測取得的各項(xiàng)參數(shù)，也將實(shí)時的進(jìn)行收集與分析、比對設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值，并對于比對結(jié)果作出迅速的反應(yīng)機(jī)制，進(jìn)而迅速調(diào)整各項(xiàng)操作參數(shù)，如液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1產(chǎn)生的氣相臭氧產(chǎn)生濃度，以及轉(zhuǎn)速與氣液進(jìn)料比、過氧化氫添加劑量、pH值及水溫等條件，使得清洗槽2中的清洗溶液，能維持為穩(wěn)定的液相臭氧濃度、添加劑濃度、pH值及水溫等是在最佳的晶圓清洗條件，更能承受瞬間大量的晶圓清洗負(fù)荷，并快速進(jìn)行應(yīng)答，且穩(wěn)定維持清洗槽內(nèi)的液相臭氧濃度，提升晶圓清洗效率并降低電力能源消耗，同時降低化學(xué)清洗藥品的使用量，此亦可降低半導(dǎo)體廠運(yùn)作時對環(huán)境的沖擊，降低耗水重。
根據(jù)本發(fā)明前述實(shí)施高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的方法?？梢垣@得高濃度及高溶解度的氣、液溶解臭氧水溶液，應(yīng)用于晶圓的清洗，且可以獲得極佳的快速有效將晶圓表面的光阻或其它有機(jī)附著物加以氧化分解；更可隨時進(jìn)行清洗中溶液濃度的監(jiān)測與回饋控制，相較于習(xí)知臭氧水清洗方法，不會存在晶圓浸入而快速消耗清洗溶液中的臭氧，導(dǎo)致反應(yīng)過程中后期的溶液中臭氧濃度不足，無法有效將晶圓表面的有機(jī)物(如光阻)或其它氧化層移除的問題，而本發(fā)明則可以透過清洗過程中，隨時對清洗槽2中溶液的各種應(yīng)用參數(shù)與含量濃度的偵測與回饋進(jìn)行補(bǔ)充控制，特別是使臭氧濃度能持續(xù)的維持在最佳的晶圓清洗氧化分解能力，保持最有效對晶圓表面的有機(jī)物(如光阻)或其它氧化層的移除，更可以用以大量且連續(xù)式的清洗晶圓。
在另一較佳的具體實(shí)施例中，本發(fā)明的液相臭氧生成機(jī)構(gòu)1中產(chǎn)生液相臭氧水，及晶圓在清洗槽2進(jìn)行清洗過程中，亦可以配合短波長紫外光(UV)的照射，進(jìn)一步提升清洗制程中，對于有機(jī)物的氧化分解速度，并能充分利用溶入超純水中的臭氧與過氧化氫，有效進(jìn)行非循環(huán)式清洗流程，并將殘余臭氧及過氧化氫對環(huán)境的沖擊降至最低。
本發(fā)明所提供的高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)及其方法，務(wù)須確實(shí)了解此處所宣布的實(shí)施例，是用來解釋而非用來過度限制本發(fā)明的申請專利范圍，未在此處所述的其它實(shí)施例與申請，均視為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在此亦務(wù)須確實(shí)了解，雖然已經(jīng)討論了本案高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)及其方法的特定實(shí)施方式，但執(zhí)行大部份類似功能的這些實(shí)施結(jié)構(gòu)，仍為本發(fā)明的申請專利范圍所要保護(hù)的范疇內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)，是用以配合半導(dǎo)晶圓進(jìn)行連續(xù)式大量清洗的系統(tǒng)，該系統(tǒng)架構(gòu)包含一液相臭氧生成機(jī)構(gòu)，進(jìn)行超純水與氣相臭氧的重力場高質(zhì)傳接觸溶解環(huán)境，以獲得高臭氧液相溶解的晶圓清洗溶液；一清洗槽，管路連結(jié)前述液相臭氧生成機(jī)構(gòu)取得清洗溶液與儲置，并提供晶圓浸入清洗的空間；一添加劑供應(yīng)機(jī)構(gòu)，連結(jié)前述清洗槽，受控進(jìn)行添加劑的添加；一監(jiān)控機(jī)構(gòu)，布設(shè)于前述清洗槽中，在清洗過程中實(shí)時偵測清洗溶液各種應(yīng)用參數(shù)，并回饋該資料于一自動饋控機(jī)構(gòu)；一自動饋控機(jī)構(gòu)，輸入并記憶溶液應(yīng)用參數(shù)設(shè)定值；并接受前述監(jiān)控機(jī)構(gòu)偵測回饋的各種參數(shù)資料，實(shí)時的進(jìn)行收集與分析、比對設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值，同時對于比對結(jié)果作出迅速的反應(yīng)機(jī)制，進(jìn)而迅速調(diào)整各項(xiàng)操作參數(shù)，以維持溶液具有最佳氧化分解能力，保持最有效對晶圓表面的有機(jī)物(如光阻)或其它氧化層的移除，更可以用以大量且連續(xù)式的清洗晶圓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)，其特征在于，該晶圓清洗溶液，是采用臭氧水與添加劑混合組成的溶液使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)，其特征在于，該臭氧水的濃度，是透過超純水的提供流量、液相臭氧的供應(yīng)量及前述液相臭氧生成機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速所控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)，其特征在于，該液相臭氧生成機(jī)構(gòu)中所形成的高速離心式重力場，是藉由一動力構(gòu)件的轉(zhuǎn)速調(diào)整而改變，用以控制臭氧與水溶劑間的強(qiáng)制溶解度，來維持清洗水溶液的濃度或適用不同的清洗標(biāo)的物使用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)，其特征在于，該清洗槽對于清洗使用過的臭氧水，是由一排放口透過管路連結(jié)超純水導(dǎo)入口，以回流方式再利用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)，其特征在于，該清洗槽進(jìn)行晶圓清洗過程中，亦可配合短波長紫外光(UV)的照射，進(jìn)一步提升清洗制程中，對于有機(jī)物的氧化分解速度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)，其特征在于，該添加劑供應(yīng)機(jī)構(gòu)所提供的添加劑是采用過氧化氫(H2O2，雙氧水)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)，其特征在于，該監(jiān)控機(jī)構(gòu)，包括一液相及氣相臭氧濃度偵測單元，用以取樣與濃度分析在清洗槽中臭氧水的液相及氣相臭氣濃度；一添加劑濃度偵測單元，用以取樣并分析清洗槽中溶液的添加劑濃度；一酸堿值偵控單元，進(jìn)行溶液酸堿值的量測與資料訊號的收集；一水溫偵控單元，隨時量測溶液的溫度并進(jìn)行恒溫的控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)，其特征在于，該自動饋控機(jī)構(gòu)，是采用具快速應(yīng)答且降低控制偏差的方式進(jìn)行對各項(xiàng)操作參數(shù)的調(diào)整，并得對前述監(jiān)控機(jī)構(gòu)所偵測取得的回饋資料，進(jìn)行反應(yīng)而輸出控制訊號，用以對氣相臭氧產(chǎn)生濃度、動力構(gòu)件轉(zhuǎn)速與氣、液進(jìn)料比，及添加劑添加劑量、pH值及水溫等參數(shù)條件的回饋控制調(diào)整，使得清洗槽中的清洗溶液，能維持為穩(wěn)定的液相臭氧濃度、添加劑濃度、pH值及水溫等是在最佳的晶圓清洗條件。
10.一種高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)，該系統(tǒng)架構(gòu)包含一高速離心式重力場裝置，進(jìn)行超純水與氣相臭氧的重力場高質(zhì)傳接觸溶解環(huán)境，以獲得高臭氧液相溶解的晶圓清洗溶液；一儲槽，管路連結(jié)前述液相臭氧生成機(jī)構(gòu)取得清洗溶液儲置；一添加劑供應(yīng)機(jī)構(gòu)，連結(jié)前述清洗槽，受控進(jìn)行添加劑的添加；一監(jiān)控機(jī)構(gòu)，布設(shè)于前述清洗槽中，在清洗過程中實(shí)時偵測各種清洗溶液應(yīng)用參數(shù)，并回饋該資料于一自動饋控機(jī)構(gòu)；一自動饋控機(jī)構(gòu)，含有溶液應(yīng)用參數(shù)設(shè)定值，接受前述監(jiān)控機(jī)構(gòu)偵測回饋的各種參數(shù)資料，實(shí)時的進(jìn)行收集與分析、比對設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值，并對于比對結(jié)果作出迅速的反應(yīng)機(jī)制，進(jìn)而迅速調(diào)整各項(xiàng)操作參數(shù)，以維持溶液具有最佳氧化分解能力，保持最有效對晶圓表面的有機(jī)物(如光阻)或其它氧化層的移除，更可以用以大量且連續(xù)式的清洗晶圓。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)，其特征在于，該高速離心式重力場裝置所形成的重力場，是為一可籍由旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的改變而獲得調(diào)整，用以控制臭氧與水溶劑間的強(qiáng)制溶解度，來維持清洗水溶液的濃度或適用不同的清洗標(biāo)的物使用。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)，其特征在于，該晶圓清洗溶液的液相臭氧濃度，是透過超純水、氣相臭氧的提供量，以及高速離心式重力場裝置的轉(zhuǎn)速而控制，來維持清洗水溶液的濃度或適用不同的清洗標(biāo)的物使用。
13.一種高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的方法，該方法包括提供一高濃度液相臭氧清洗溶液；提供一前述液相臭氧清洗溶液與添加劑儲置混合的儲槽；將晶圓浸入前述儲槽；以前述液相臭氧清洗溶液與添加劑混合液，氧化清洗晶圓表面；前述晶圓清洗制程中，實(shí)時監(jiān)測前述混合溶液的各溶劑與條件參數(shù)，并饋送至一自動饋控機(jī)構(gòu)；由該自動饋控機(jī)構(gòu)收集、分析比對前述饋送參數(shù)資料，并實(shí)時應(yīng)答進(jìn)行迅速的反應(yīng)機(jī)制，進(jìn)而迅速調(diào)整各項(xiàng)操作參數(shù)，以維持溶液具有最佳氧化分解能力，保持最有效對晶圓表面的有機(jī)物(如光阻)或其它氧化層的移除，更可以用以大量且連續(xù)式的清洗晶圓。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)，其特征在于，該晶圓清洗過程的參數(shù)偵側(cè)，是藉由布設(shè)在前述儲槽中的監(jiān)測機(jī)構(gòu)進(jìn)行對包括液相臭氧濃度偵測、添加劑濃度偵測、溶液酸堿值偵測及溶液溫度偵測，再將偵測資料回饋到自動饋控機(jī)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)，其特征在于，該自動饋控機(jī)構(gòu)的參數(shù)調(diào)整控制，包括氣相臭氧產(chǎn)生濃度、形成重力場的轉(zhuǎn)速與氣、液進(jìn)料比、添加劑添加劑量與添加速度、pH值及水溫等參數(shù)條件的回饋控制調(diào)整，使得清洗溶液，能維持為穩(wěn)定的液相臭氧濃度、添加劑濃度、pH值及水溫等是在最佳的晶圓清洗條件。
16.一種高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的方法，是在一清洗槽中，利用液相臭氧溶液與過氧化氫的混合液作為晶圓清洗溶液，用以氧化分解清洗晶圓表面；以及利用監(jiān)測機(jī)構(gòu)實(shí)時偵測前述清洗溶液中各溶劑與條件的參數(shù)，并饋送至自動饋控機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時的參數(shù)調(diào)整控制，以維持溶液具有最佳氧化分解能力，保持最有效對晶圓表面的有機(jī)物(如光阻)或其它氧化層的移除，更可以用以大量且連續(xù)式的清洗晶圓。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)，其特征在于，該臭氧水進(jìn)行高度重力場高質(zhì)傳接觸溶解的環(huán)境，是由一液相臭氧生成機(jī)構(gòu)所提供，該液相臭氧生成機(jī)構(gòu)所提供的重力場環(huán)境是一個可調(diào)整的環(huán)境，以進(jìn)行不同臭氧濃度的臭氧水，以適用于不同的清洗標(biāo)的物使用。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)一種高效能臭氧水清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)及其方法，該方法主要利用超純水與氣相臭氧，在具有重力場的一機(jī)構(gòu)環(huán)境中的氣、液溶解結(jié)合制程、清洗溶液濃度動態(tài)分析制程與資料饋控技術(shù)，包含高濃度大流量液相臭氧水的制作為清洗溶液、晶圓清洗同時對溶液中臭氧、添加劑濃度與水溫的動態(tài)監(jiān)測，和監(jiān)測值分析饋送并反應(yīng)進(jìn)行調(diào)整控制運(yùn)作，而在維持有效晶圓表面清洗能力下，進(jìn)行連續(xù)式快速的大量晶圓清洗。該系統(tǒng)包含一液相臭氧生成機(jī)構(gòu)、一儲槽或清洗槽、一添加劑供應(yīng)機(jī)構(gòu)、一監(jiān)控機(jī)構(gòu)及一自動饋控機(jī)構(gòu)。
文檔編號B08B3/04GK1649100SQ20041007074
公開日2005年8月3日 申請日期2004年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月23日
發(fā)明者王文, 顧洋 申請人:王文