CN1213847A - 基片清洗方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种基片清洗方法和装置。包括:提供含有微细氩气颗粒或二氧化碳气体颗粒的清洗流体给真空容器中的喷嘴单元,该喷嘴单元中设置喷孔以把清洗流体吹向一组空间,在该组空间内从其前侧到后侧同时安置有一组清洗目标基片;把清洗流体排出到真空容器外部,保持容器内部处于真空状态;分别把一组清洗目标基片安置和固定在一组空间内,当垂直方向移动清洗目标基片和喷嘴单元中的一个而使清洗目标基片和喷嘴单元相对垂直移动时清洗该清洗目标基片;从清洗目标基片的上方提供排出流体,连续把空间内的清洗流体排出。

Description

基片清洗方法及装置
本发明涉及一种清洗方法和装置，特别是涉及一种用于清洗基片例如象半导体基片或者液晶基片的表面的清洗方法和清洗装置。
在半导体装置的制造中，清洗半导体基片是一个必不可少和重要的步骤，该半导体基片具有一个表面，在该表面上要密集地形成半导体元件。当半导体装置被集成化和微细化时，为了改善半导体装置的制造的成品率，必须有效清除微细颗粒污染物。特别是在一个易于产生颗粒污染的成膜步骤或者干蚀刻步骤后，通常要用氨一过氧化氢溶液混合物进行清洗。
使用这样的化学溶剂的湿式清洗方法导致过度蚀刻从而降低装置的可靠性。而且，由于要使用大量的化学溶剂，环境负担加重。为了代替这种湿式清洗工艺，氩气溶胶清洗正在发展中。
根据氩气溶胶清洗法，首先，通过液氮或者一个制冷机预冷氩气。预冷的氩气通过喷孔被喷射到一个低压空间导致绝热膨胀，因此形成含有固化微细氩气颗粒的流体(该流体在以后称为氩气溶胶)。这个氩气溶胶被吹向晶片，从而使得上述的固化的微细颗粒轰击该晶片，从而清除在晶片上的污染颗粒和侧壁沉积膜(该方法称为氩气溶胶清洗法)。
图1表示了一个常规清洗装置的示意图。晶片台相对于喷孔4a前后移动从而把从喷孔4a喷出的氩气溶胶吹向晶片8的整个表面。该方法在日本未审查专利公开No.6-283488中公开。参考图1，一个杆式喷嘴装置4大致垂直于晶片8的移动方向设置，并且与晶片平行。从喷孔4a喷出的氩气溶胶5吹掉粘结在晶片8上的污染颗粒。自由的污染颗粒7沿着大致平行于基片的方向被清除。
根据常规的氩气溶胶清洗方法，由于微细氩气颗粒(氩气溶胶)只是被吹向晶片的上表面，所以晶片的下表面不可能被处理，使得清洗效率降低。由于氩气溶胶和自由的污染颗粒沿着水平方向被清除，除非排泄系统被精确设计，污染颗粒很可能落入到基片上从而又粘结到基片上。
鉴于现有技术的上述情况，提出了本发明的技术方案，本发明的目的是提供一种清洗方法和清洗装置，其中，氩气或者二氧化碳气体的清洗流体被吹向基片，从而同时处理一组晶片的每个晶片的两个表面，从而防止被清除下来的污染颗粒重新粘结到基片上，从而提高了处理基片的清洁度。
为了实现上述目的，根据本发明的清洗方法的主要方面，即提供一种基片清洗方法，该方法包括以下步骤：提供一种含有微细氩气颗粒或者二氧化碳气体颗粒的清洗流体给喷嘴单元，该喷嘴单元被容纳在一个真空容器中，在该喷嘴单元中，设置喷孔从而把清洗流体吹向一组空间，该空间内从其前侧到后侧同时安置有一组清洗目标基片；把清洗流体排出到真空容器的外部，从而保持真空容器内部处于真空状态；分别把一组清洗目标基片安置和固定在一组空间内，当垂直移动清洗目标基片和喷嘴单元中的一个从而使得清洗目标基片和喷嘴单元相对垂直移动时清洗该清洗目标基片；从清洗目标基片的上方提供一种排出流体，从而连续地把空间内的清洗流体排出。
在本发明的主要方面中，在清洗目标基片的步骤中清洗目标基片可以转动。
为了实现上述的目的，根据本发明的的清洗装置的主要方面，即提供一种基片清洗装置包括：一个喷嘴单元，其上设置有喷孔从而把清洗流体吹向一组空间，在该空间内从其前侧到后侧同时安置有一组清洗目标基片；一个清洗流体供应单元，用于把含有微细氩气颗粒或者微细二氧化碳气体颗粒的清洗流体提供给喷嘴单元；一个保持装置，用于把一组清洗目标基片分别固定在一组空间内；一个驱动装置，用于垂直移动清洗目标基片或者喷嘴单元中的一个从而使得清洗目标基片和喷嘴单元相对垂直移动；一个排出流体供应单元，用于从清洗目标基片的上方提供排出流体，形成一个流动从而连续把清洗流体从空间内排出；以及一个真空容器，其容纳着喷嘴单元、驱动单元、保持装置、排出流体供应装置和排泄装置，该排泄装置用于把清洗流体排出到真空容器的外部从而保持容器的内部处于真空状态。
在清洗装置中起重要作用的喷嘴单元包括一个公共管和从该公共管上呈梳状分支出的一组喷管。每一个喷管均具有一组以预定间隔形成的喷孔。
而且，本发明的主要方面中的清洗装置上的保持装置包括滚式保持器，每一个滚式保持器在其圆周边上具有一个U-形或者V-形槽。每一个清洗目标基片至少通过安置在其三个部分上的保持器固定。
从上述的本发明的以上方面可以理解，当利用本发明的清洗装置并且依据本发明的清洗方法进行清洗时，每组基片的前后表面均可以被同时清洗。因此，提高了基片清洗效率和制造能力。由于排出流体不断把清洗流体排出，从基片上分离的沉积物和污染物不会再粘结到基片上。结果，提高了沉积物和污染物的清除率。因此，使用本发明处理过的基片的电子装置的可靠性得到提高。
参考下面的说明书和附图，本领域的普通技术人员很容易理解本发明的上述和其它的目的、特征和优点。下面以图例的形式描述体现本发明的原理的一个最佳实施例。
图1是一个现有技术的示意图。
图2是表示本发明的实施例的布置的示意图。
图3A是表示清洗目标基片保持装置和清洗部分的示意透视图。
图3B是图3中的一个保持装置的放大的透视图。
图4是从一侧看图2中的实施例的一部分的视图。
图5和6以对比的方式分别表示现有技术和本发明的实施例中在基片的表面上残留的颗粒的数目的曲线图。
图7是以对比的方式表示单位时间内现有技术和本发明的实施例清洗的晶片的数目的曲线图。
下面将参照附图中的最佳实施例对本发明进行更详细地描述。
根据本发明的清洗方法，首先，一个含有微细氩气颗粒或者微细二氧化碳气体颗粒的清洗流体(氩气溶胶或二氧化碳溶胶)被提供给容纳在真空容器中的喷嘴单元。该喷嘴单元可以清洗安置在真空容器中的一组清洗目标基片。如果清洗目标基片以一个预定间隔垂直设置，喷嘴单元最好沿着水平的方向设置。
设置喷嘴单元从而把清洗流体吹向各个清洗目标基片的两侧面，而该基片被设置与喷嘴单元相对。特别是，喷嘴单元具有一个提供清洗流体的公共管以及从公共管呈梳状分支出的一组喷管，每一个喷管具有一组喷孔。每一个喷管设置成使得喷管的喷孔完成清洗流体吹喷功能。当清洗流体提供给喷嘴单元时，喷嘴单元可以把清洗流体喷向每一个空间，该空间内从前到后安置有清洗目标基片。
真空容器内的流体不断排出到外面以保持真空容器内处于真空状态。吹到真空内的微细氩气颗粒或者二氧化碳气体颗粒由于绝热膨胀导致快速温降而转变成固体颗粒。提供的清洗流体具有一个预定的压力，按照需要进行预冷。
当安置清洗目标基片与喷嘴单元相应的喷管相对时，清洗流体沿着两个方向同时吹向各个清洗目标基片。清洗目标基片和喷孔必须能够作相对垂直移动，使得清洗流体能够吹到整个清洗目标基片。为此，或者清洗目标基片或者喷嘴单元作垂向移动以清洗整个清洗目标基片。微细的氩气颗粒或者二氧化碳气体颗粒吹掉粘结在每一个清洗目标基片的两个侧面上的沉积物或微细污染颗粒。
同时，用于排出含有沉积物颗粒和污染颗粒的清洗流体的排出流体从清洗目标基片的上方提供。作为排出流体可以使用氮气或者类似气体。含有沉积物颗粒和微细污染颗粒的清洗流体被排出向清洗目标基片的下部。含有沉积物颗粒和微细污染颗粒的清洗流体被排泄到真空容器的外面，因此保持真空容器的内部处于真空状态。排出流体按照需要进行预冷。
根据本发明的清洗装置具有上述的结构以及一个保持件，该保持件用于把清洗目标基片安置和固定在空间内。
而且，清洗装置具有一个驱动单元，该驱动单元可以垂向移动清洗目标基片或者喷嘴单元。当起动驱动单元时，清洗目标基片和喷孔可以作垂向相对运动，因此清洗流体被吹向清洗目标基片的整个表面。清洗装置还具有一个排出流体供应装置，用于从清洗目标基片的上方提供排出流体，从而把排出流体排向清洗目标基片的下面。
清洗装置还具有一个真空容器，在该容器内容纳有喷嘴单元、驱动单元、保持件、排出流体供应装置和排泄装置。该排泄装置用于把液体排泄到真空容器的外面从而保持真空容器内部的真空状态。在装置被起动前，排泄装置把真空容器内的内部空气排出从而把其内部设置成真空。当装置工作时，排泄装置把含有分离下来的污染颗粒和类似物的清洗流体和排出流体排泄掉，从而使得真空容器的内部维持在一个预定的真空度。因为清洗流体被排出到真空中，微细的氩气颗粒或微细的二氧化碳气体颗粒由于绝热膨胀导致的快速温降而变成固体颗粒。所提供的清洗流体须具有一个预定的压力并且按照需要进行预冷。该固体的氩气颗粒或固体二氧化碳颗粒通过吹喷而清除粘结在每一个清洗目标基片的两侧上的沉积物或者污染颗粒。
因为排出流体从清洗目标基片的上方提供，并流向清洗目标基片的下部，自由的沉积物颗粒和污染颗粒被排出到清洗目标基片区域的外部，而不会再粘结到清洗目标基片上。清洗流体按照需要进行预冷。
喷嘴单元由一个公共管和一组喷管组成。每一个喷管上按照一定间距形成一组喷孔。喷管以梳状从公共管上分支出来。保持件可以具有滚式保持器，该保持器具有一个U-或者V-形槽，每一个清洗目标基片至少三个部分通过安置在保持件上进行固定。
图2、3A和3B以及4表示了一个根据本发明的清洗装置例如气溶胶清洗装置的基本结构。产生氩气溶胶的方法基本上与常规方法相同。作为清洗气体，分别从氩气源1和氮气源2提供氩气和氮气形成氩气和氮气的气体混合物。该气体混合物由制冷系统3预冷到80°K到150°K。作为气源1和2可以使用工厂的气缸或者气体系统。制冷系统3使用一个冷冻机或者液氮。在开始启动清洗装置的操作前，真空容器6内的空气由排泄系统13排出以抽空真空容器的内部从而使得真空压力达到10到100KPa。作为排泄装置13可以使用真空泵或者类似设备。
作为清洗气体的氩气和氮气的气体混合物(或者只使用氩气)从喷孔9a喷射进入具有气密结构的真空容器6。在从喷嘴单元9的一个公共管9c呈梳状分支出的一组喷管9b上形成喷孔9a。此时，气体压力急剧降低导致绝热膨胀，从而快速地降低气体的温度，以便氩气形成含有微细固体颗粒的氩气溶胶(尤-汤母森效应)。气体的流速设置为1m/s～10m/s。公共管9c是一个水平方向的直管，沿着垂直于公共管9c的水平方向上以固定的间隔分支出喷管9b。喷管9b从公共管9c上伸出的长度是恒定的。
喷嘴单元的分支部分由喷管9b构成，每一个喷管9b都具有一个圆形截面，如图3A所示。作为处理的目标基片晶片10被垂直插入到每一个喷管9b之间，使得这些晶片10互相分隔开一定的距离。喷管9b的长度最好大于晶片10的直径，喷管9b的直径为3-15mm，而晶片10与喷管9b之间的最小距离为0.3-10mm，喷孔9a的直径为0.1-2mm。在图4中，晶片10垂直于附图的纸面方向移动，来自喷孔的氩气溶胶吹掉粘结在晶片10上的沉积物和污染颗粒7从而清洗晶片10。
喷孔9a沿着径向和纵向方向等距形成。特别是，在每一个喷管9b的下面的喷孔要比上面的喷孔的数目多，该喷管相对于水平中心线具有一个圆形截面，因此氩气溶胶5作为整体向下移动。如图2所示，氮气输送管14连接到一个氮气源2上。当氮气由制冷系统3预冷到一个预定的温度，氮气运载气体从晶片10的上方向下移动。因此，从晶片10上分离下来的污染颗粒由下部的排泄装置13有效地向下排出穿过晶片之间的间隙，然后排泄到真空容器6的外面。氮气输送管14也具有一个从一个公共管上呈梳状分支出的管部分。喷孔14a沿着纵向等距地形成在每一个分支管部分的底部。喷管14a的直径最好设置为0.1-1mm。
晶片10垂向移动，使得从喷孔9a上喷射出的氩气溶胶5分布在晶片10的整个表面上。在基片清洗步骤中需要进行10-100次的这种垂直移动。晶片10由保持件11固定使得晶片垂直移动和氩气溶胶轰击该晶片时不会发生振动。每一个基片保持件11最好具有一个带浅U-或者V-形槽滚子的形状，如图3B所示，一个晶片10必须通过基片保持件11在至少三个位置上固定。
晶片10不但能垂向移动而且能旋转。晶片10可以固定，而喷嘴单元9作垂向移动。尽管在图2和图4中一组晶片10为5个，通常也可以是25到50个并且可以是这个范围之外的一个数目。一个合适的晶片数目由清洗装置的设计来决定。
晶片10处理后通过向下移动基片保持件11而把该组晶片从处理位置上移开。当该组晶片10在真空容器6内正被处理时，下一组待处理的晶片10放置于真空容器附近的一个初级真空容器(未显示)内。这下一组未处理的晶片10从初级真空容器移动到真空容器6内，以同样的方式插入到喷管9b当中并由基片保持件11进行固定，因此完成了把晶片10安置到处理位置上。处理后的一组晶片10被未处理的一组晶片10替换，并被移动到初级真空容器中。初级真空容器的空间可以与真空容器6的空间分隔开。
接着，初级真空容器内的空间与真空容器6内的空间分隔开，只有初级真空容器内的压力通向大气。然后，处理过的一组晶片10从初级真空容器内取出到大气一侧，而下一个待处理的一组晶片装载到初级真空容器中。
当晶片10的装载和卸载结束后，初级真空容器被抽空直到其内部达到一个等于真空容器6内的真空度的真空。当该真空度等于真空容器6内的真空度时初级真空容器与真空容器6连通。然后，未处理的晶片10从初级真空容器移动到真空容器6内的处理位置，处理过的晶片10从真空容器6移动到初级真空容器内。然后重复与上述相同的一个作业。
图5到图7表示现有技术和本发明的对比结果的一个例子。
图5是一个曲线图，表示现有技术和本发明关于残留在基片的上面/前面上的颗粒的数目的对比关系。当使用依据本发明的清洗方法时，残留在基片的上面/前面上的污染颗粒的数目可以减少到现有技术的几分之一。这是因为分离下来的污染颗粒由上面所提供的氮气运载气体携带，从而沿着重力的方向被高效地清除到晶片区域的外面。
图6是一个曲线图，表示现有技术和本发明关于残留在基片下面/后面上的污染颗粒的数目的对比关系。
当使用依据本发明的清洗方法时，残留在基片的下面/后面上的颗粒的数目可以减少到现有技术的几十分之一。这是因为现有技术没有一个装置同时来清除基片下表面和上表面的污染颗粒。
图7是一个曲线图，表示现有技术和本发明关于单位时间内处理的基片的数目的对比关系。假设依据本发明的批处理处理25个晶片。本发明所花费的时间与现有技术只是处理基片上表面所花费的时间相比，每小时处理的晶片数目可以提高20倍或者更多。和现有技术只是分离地处理基片的上表面和下表面相比，可以提高处理能力40倍或者更多。

Claims (8)

1．一种基片清洗方法，包括下述步骤：
提供一种含有微细氩气颗粒或者二氧化碳气体颗粒的清洗流体给喷嘴单元，该喷嘴单元被容纳在一个真空容器中，在该喷嘴单元中，设置喷孔从而把所说的清洗流体吹向一组空间，该空间内从其前侧到后侧同时安置有一组清洗目标基片；
把清洗流体排出到所说的真空容器的外部，从而保持所说的真空容器内部处于真空状态；
分别把一组清洗目标基片安置和固定在所说的一组空间内，当垂直方向移动清洗目标基片和所说的喷嘴单元中的一个从而使得清洗目标基片和所说的喷嘴单元相对垂直移动时清洗该清洗目标基片；以及
从清洗目标基片的上方提供一种排出流体，从而连续地把所说的空间内的所说的清洗流体排出。
2．根据权利要求1所说的方法，其特征在于：在清洗该清洗目标基片的步骤中，清洗目标基片可以旋转。
3．一种基片清洗装置，包括：
一个喷嘴单元，其上设置有喷孔从而把清洗流体吹向一组空间，在该空间内从其前侧到后侧同时安置有一组清洗目标基片；
一个清洗流体供应单元，用于把含有微细氩气颗粒或者微细二氧化碳气体颗粒的清洗流体提供给所说的喷嘴单元；
一个保持装置，用于把一组清洗目标基片分别固定在所说的一组空间内；
一个驱动装置，用于垂直移动清洗目标基片或者所说的喷嘴单元中的一个从而使得清洗目标基片和所说的喷嘴单元相对垂直移动；
一个排出流体供应单元，用于从清洗目标基片的上方提供排出流体，形成一个流动从而连续把所说的清洗流体从所说的空间内排出；以及
一个真空容器，其容纳着所说的喷嘴单元、所说的驱动单元、所说的保持装置、所说的排出流体供应装置和排泄装置，该排泄装置用于把清洗流体排出到所说的真空容器的外部从而保持所说的真空容器的内部处于真空状态。
4．根据权利要求3所说的装置，其特征在于：所说的喷嘴单元包括一个用于提供清洗流体的公共管和从所说的公共管上呈梳状分支出的一组喷管，在每一个所说的喷管上以预定间隔形成一组喷孔。
5．根据权利要求3所说的装置，其特征在于：所说的保持装置由滚式保持器组成，在每个该滚式保持器的圆周部分具有U-或V-形槽，每一个清洗目标基片至少由设置在其三个部分上的所说的保持器来固定。
6．根据权利要求3所说的装置，其特征在于：所说的喷嘴单元的所说的每一个喷孔的直径的范围为0.1～1.0mm。
7．根据权利要求3所说的装置，其特征在于：所说的喷嘴单元和清洗目标基片中的一个在清洗步骤中垂直移动的次数的范围为10～100次。
8．根据权利要求4所说的装置，其特征在于：所说的每一个所说的喷管的长度大于清洗目标基片的直径。
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