專(zhuān)利名稱(chēng):超臨界二氧化碳清洗系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超臨界二氧化碳清洗系統(tǒng)與方法；特別是涉及在一密閉高壓清洗槽內(nèi)將載體平臺(tái)上的待清洗物件通過(guò)超臨界二氧化碳清洗的系統(tǒng)與方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的晶圓或元件清洗制程，需使用大量超純水與化學(xué)溶劑，去除晶圓或元件表面的納米污染物，同時(shí)要處理大量廢水溶劑。在納米(65nm)及較復(fù)雜的制程中，晶圓或元件的渠溝與高深寬比結(jié)構(gòu)，因液體表面邊界層的限制，無(wú)法有效清洗納米孔洞的污染物。
而在過(guò)去，已有技術(shù)可利用臭氧水來(lái)清洗晶圓或元件，但晶圓或元件是固定式的無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，并且配合MHz級(jí)超音波輔助清洗，在洗完之后利用CO2高壓干燥晶圓或元件。也有技術(shù)利用水洗方式清洗晶圓或元件，并配合超音波頻為900～1,100KHz輔助清洗，值得一提的是，超音波裝置設(shè)置于清洗槽外側(cè)，但其清洗時(shí)間與效率仍待改進(jìn)。
由臭氧水或水來(lái)清洗晶圓等元件漸漸可被科技技術(shù)所取代，取而代之的則是超臨界流體。超臨界流體物理性質(zhì)介于氣、液相之間。黏度接近于氣體，密度接近于液體，因密度高可輸送較氣體更多的超臨界流體，因黏度低，輸送時(shí)所須的功率則較液體為低，也即質(zhì)量傳遞阻力遠(yuǎn)較液體小，因此在質(zhì)量傳遞上較液體快。此外，超臨界流體如氣體一樣幾乎無(wú)表面張力，因此很容易滲入到多孔性組織中。
除物理性質(zhì)外，在化學(xué)性質(zhì)上也與氣、液態(tài)時(shí)有所不同。如二氧化碳在氣體狀態(tài)下不具萃取能力，但當(dāng)進(jìn)入超臨界狀態(tài)后，二氧化碳變成親有機(jī)性，因而具有溶解有機(jī)物的能力，此溶解能力會(huì)隨著溫度及壓力而有所不同。而超臨界二氧化碳具有低表面張力、低黏度、高擴(kuò)散性的特性，易擴(kuò)散至納米孔洞中，為干式清洗制程，且減少水資源浪費(fèi)，是極具潛力的「綠色清潔生產(chǎn)技術(shù)」。
但就現(xiàn)有超臨界二氧化碳清洗裝置與方法的技術(shù)領(lǐng)域：
而言，仍缺乏一種可以縮短清洗時(shí)間、裝置簡(jiǎn)單、清洗方便，與清洗效率高的超臨界二氧化碳清洗裝置。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的是提供一種超臨界二氧化碳清洗系統(tǒng)與方法，該系統(tǒng)與方法可加速在清洗上的效率以及縮短清洗時(shí)間。
為達(dá)上述目的的超臨界二氧化碳清洗系統(tǒng)，包含一密閉高壓清洗槽，該密閉高壓清洗槽形狀為上寬下窄的漏斗型容器裝置，能提供一可乘載待清洗物件的載體平臺(tái)及可活動(dòng)噴嘴組的空間，以利于被該超臨界二氧化碳清洗以及利于雜質(zhì)污染物沉積；一載體平臺(tái)，該載體平臺(tái)位于該密閉高壓清洗槽內(nèi)，為一以該待洗物中心旋轉(zhuǎn)的載體平臺(tái)，并用以承載該待清洗物件；一可活動(dòng)噴嘴組，該可活動(dòng)噴嘴組設(shè)于該密閉高壓清洗槽內(nèi)及該載體平臺(tái)的上方，使該超臨界二氧化碳可經(jīng)由該可活動(dòng)噴嘴組來(lái)清洗該待清洗物件，并配合提供一共溶劑、界面活性劑以及螯合劑等提高清洗效果，與使用為乳化技術(shù)縮短清洗時(shí)間。
此外，為達(dá)上述目的的超臨界二氧化碳清洗方法，包含下列步驟將晶圓或待洗物置于密閉高壓清洗槽；將液態(tài)二氧化碳輸入該密閉高壓清洗槽；添加共溶劑與界面活性劑于清洗槽；啟動(dòng)可活動(dòng)噴嘴組，增進(jìn)洗凈功效；旋轉(zhuǎn)晶圓或待洗物去除污染物；以及降壓排放二氧化碳與污染物，此外，也利用適當(dāng)共溶劑、界面活性劑以及螯合劑等來(lái)使得超臨界二氧化碳于穩(wěn)態(tài)均勻相中以及增加二氧化碳的極性，使其發(fā)揮清洗效用，其依不同的晶圓或清洗物件來(lái)配置適當(dāng)?shù)恼{(diào)配配方。其中降壓排放二氧化碳與污染物后可使用新鮮二氧化碳再次清洗，洗凈后將晶圓或待洗物取出。
依據(jù)上述的超臨界二氧化碳清洗系統(tǒng)與方法，具有可加速在清洗上的效率以及縮短清洗時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。
圖1為本發(fā)明超臨界二氧化碳系統(tǒng)剖面示意圖。
圖2為本發(fā)明超臨界二氧化碳清洗方法流程圖。
圖3A～3D為本發(fā)明超臨界二氧化碳清洗系統(tǒng)的超音波聚焦型噴嘴剖面示意圖。
圖4A～4D為本發(fā)明超臨界二氧化碳清洗系統(tǒng)的可活動(dòng)噴嘴組配置俯視示意圖。
圖5為現(xiàn)有超臨界二氧化碳清洗原理示意圖。
主要元件符號(hào)對(duì)照說(shuō)明10----新鮮的二氧化碳 11----骯臟二氧化碳20----共溶劑 21----界面活性劑30----清洗槽 31----槽底部40----溫度計(jì) 41----壓力計(jì)50----超音波震蕩器 51----抗高壓管52----接頭 53----螺栓55----凹弧形 56----固定基座57----聚焦型放大器 58----超音波探頭59----清洗區(qū)域 60----可活動(dòng)噴嘴組70----載體平臺(tái) 71----轉(zhuǎn)動(dòng)軸80----待洗物或晶圓 90----污染物100---超臨界二氧化碳清洗方法流程示意圖
具體實(shí)施方式本發(fā)明的超臨界二氧化碳清洗系統(tǒng)與方法，將通過(guò)以下較佳具體實(shí)施例配合所附圖式，予以詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明的超臨界二氧化碳清洗系統(tǒng)。請(qǐng)參閱圖1所示，為本發(fā)明的最佳實(shí)施例，本發(fā)明的超臨界二氧化碳清洗系統(tǒng)包含一密閉高壓的清洗槽30、一載體平臺(tái)70及一可活動(dòng)噴嘴組60。前述密閉高壓的清洗槽30形狀為上寬下窄的漏斗型容器裝置，能提供一置放可乘載待清洗物件的載體平臺(tái)70及可活動(dòng)噴嘴組60的空間，以利于被該超臨界二氧化碳清洗以及利于雜質(zhì)污染物90沉積；前述載體平臺(tái)70位于該密閉高壓清洗槽30內(nèi)，為一以該待洗物中心旋轉(zhuǎn)的載體平臺(tái)70，并用以承載該待清洗物件80；前述可活動(dòng)噴嘴組60設(shè)于該密閉高壓清洗槽30內(nèi)及該載體平臺(tái)70的上方，能使該超臨界二氧化碳可經(jīng)由該可活動(dòng)噴嘴組60來(lái)清洗該待清洗物件80。
首先將待洗物或晶圓80置入密封的清洗槽30內(nèi)的載體平臺(tái)70上，該待清洗物或晶圓80可為晶圓、low-k材料、或MEMS等，在待洗物或晶圓80欲與載體平臺(tái)70的接觸表面，可施一表面處理以增加接觸摩擦力，讓待洗物或晶圓80與載體平臺(tái)70的接觸牢靠。接著，將新鮮的二氧化碳10引入密封的清洗槽中，將新鮮二氧化碳10引入密封的清洗槽30中，由于二氧化碳10在進(jìn)入清洗槽30之前，已經(jīng)經(jīng)過(guò)高溫高壓的程序，故此時(shí)二氧化碳10會(huì)自然經(jīng)過(guò)可活動(dòng)噴嘴組60噴進(jìn)清洗槽30內(nèi)，進(jìn)行二氧化碳10的清洗作業(yè)。在清洗的同時(shí)，也將適當(dāng)配方的共溶劑20與界面活性劑21置入清洗槽30中，目的在于縮短清洗時(shí)間，并且開(kāi)啟輔助的超音波震蕩器50，目的在于縮短清洗時(shí)間同時(shí)增加清洗效果。
前述可活動(dòng)噴嘴組60可依照待清洗物件或晶圓80的所在位置來(lái)決定設(shè)置的相對(duì)位置。當(dāng)待清洗物件或晶圓80置于清洗槽30內(nèi)的載體平臺(tái)70后，該清洗系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)動(dòng)軸71會(huì)帶著待清洗物件或晶圓80旋轉(zhuǎn)，以利去除污染物90，而可活動(dòng)噴嘴組60的設(shè)置，其個(gè)數(shù)與位置以其個(gè)別噴嘴的工作范圍邊界處皆有相互重疊(overlap)，使得待清洗物件或晶圓80的清洗范圍皆有涵蓋到為主。可活動(dòng)噴嘴組60的作業(yè)可與超音波震蕩器50一并使用，達(dá)到加成的效果，而超音波震蕩器50的設(shè)置，其個(gè)數(shù)與位置也是以其個(gè)別超音波震蕩器50的工作范圍邊界處皆有相互重疊(overlap)，使得待清洗物件或晶圓80的清洗范圍皆有涵蓋到為主。請(qǐng)參閱圖4A至圖4D，為可活動(dòng)噴嘴組60針對(duì)相同的工作范圍可配置成不同的位置，甚至增添超音波震蕩器50后的情形也同樣，其工作范圍邊界處皆有相互重疊(overlap)，使得待清洗物件或晶圓80的清洗范圍皆有涵蓋到為主。圖4B與圖4D與圖4A與圖4C不同處在于有無(wú)結(jié)合超音波震蕩器50。
值得一提的是，超音波震蕩器50可與活動(dòng)噴嘴組合成可活動(dòng)噴嘴組60，是將接頭52設(shè)置于固定基座56上，并且通過(guò)螺栓53固定震蕩器于基座56上，該接頭52延一抗高壓管51與震蕩器連接，前述抗高壓管51把線路埋藏在里面，以防止污染清洗作業(yè)，在使用可活動(dòng)噴嘴組60進(jìn)行清潔時(shí)，請(qǐng)參閱圖3A與圖3B，可以將其以震蕩器本身的表面做成凹弧形55，讓其二氧化碳噴出后經(jīng)超音波震蕩器50聚焦于待清洗區(qū)域59。或是以一聚焦型放大器57，其類(lèi)似大聲公的結(jié)構(gòu)，如圖3C與圖3D所示，一端開(kāi)口大另一端開(kāi)口緊縮，其同樣可以讓其二氧化碳噴出后經(jīng)超音波震蕩器50聚焦于待清洗區(qū)域59，在此超音波震蕩器50則可視為一超音波探頭58，而聚焦型放大器57位于其下方，當(dāng)二氧化碳噴出后，被超音波探頭58驅(qū)使進(jìn)聚焦型放大器57內(nèi)，進(jìn)一步達(dá)到聚焦的功能。而如圖4B與圖4D所示，聚焦型可隨意搭配，其只要能涵蓋住所需求的清洗區(qū)域59即可。
請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D1所示，在清洗的過(guò)程中，污染物90會(huì)被二氧化碳析出，離開(kāi)待洗物或晶圓80，而污染物90則會(huì)沿著清洗槽30集中于清洗槽底部31，因其清洗槽30為上寬下窄的漏斗型裝置，固方便污染物90方便集中于清洗槽底部31。而骯臟二氧化碳11與污染物90可經(jīng)由降壓離開(kāi)清洗槽30，接著，將干凈的待洗物或晶圓80再以新鮮的二氧化碳10清洗一次，就完成了清洗的作業(yè)。其中骯臟二氧化碳11可經(jīng)由冷凝器或壓縮成液體再回收使用。
在作業(yè)中，也可將載體平臺(tái)70與水平面傾斜一適當(dāng)角度，方便轉(zhuǎn)動(dòng)軸71旋轉(zhuǎn)后，有利于將污染物90更易帶離待洗物或晶圓80，同時(shí)達(dá)到縮短時(shí)間的功效；而該超音波震蕩器50可裝設(shè)于待洗物或晶圓80的上方或下方，增加清洗效果；而可活動(dòng)噴嘴組60也可與待洗物或晶圓80成一適當(dāng)角度，方便清洗作業(yè)與增進(jìn)效果。綜合上述而言，本發(fā)明利用二氧化碳清洗的操作條件的溫度界定在15℃～150℃，而壓力操作條件則界定在50～250atm，增添的超音波組操作頻率范圍界定在0.8MHz～3.5MHz為本發(fā)明的最佳洗凈效果，而清洗槽30內(nèi)設(shè)置溫度計(jì)40與壓力計(jì)41來(lái)監(jiān)控清洗槽30內(nèi)的操作條件，而本最佳實(shí)施例中的流程圖100，如圖2所示。
本發(fā)明的超臨界二氧化碳清洗系統(tǒng)與方法運(yùn)用共溶劑或界面活性劑與微乳化技術(shù)，針對(duì)不同制程的待洗物件，配合清洗裝置達(dá)到一最佳的清洗效果。由于晶圓制程或其它精細(xì)元件制程即將邁向65nm，使現(xiàn)有的濕式清洗技術(shù)，無(wú)法克服65nm線寬的表面張力，且清洗中需要大量超純水與化學(xué)溶劑，因此本發(fā)明開(kāi)發(fā)超臨界二氧化碳去除納米污染物，可克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，是極具發(fā)展?jié)摿Φ摹妇G色清潔生產(chǎn)技術(shù)」。
二氧化碳的臨界溫度31.1℃，臨界壓力73atm，超臨界二氧化碳清洗物件先放置清洗系統(tǒng)后，在密閉清洗系統(tǒng)，然后液相二氧化碳儲(chǔ)槽利用輸送泵將液體二氧化碳加壓至臨界壓力以上，在經(jīng)過(guò)加熱器將二氧化碳加熱至臨界溫度以上，當(dāng)二氧化碳達(dá)到超臨界狀況后再進(jìn)入清洗系統(tǒng)中，利用二氧化碳的低表面張力，高滲透性清洗污染物。其清洗原理請(qǐng)參閱圖5所示，含有污染物的超臨界二氧化碳經(jīng)減壓閥，降壓后較重的污染物沉淀于槽底部，污染物可經(jīng)吸附過(guò)濾器收集在經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚?，?jīng)過(guò)過(guò)濾的二氧化碳經(jīng)過(guò)冷凝器或壓縮成液體，進(jìn)入二氧化碳儲(chǔ)槽回收再使用或排放掉。
以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明的實(shí)施范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超臨界二氧化碳清洗系統(tǒng)，其特征在于，包含一密閉高壓清洗槽，該密閉高壓清洗槽形狀為上寬下窄的漏斗型容器裝置，提供一可乘載待清洗物件的載體平臺(tái)及可活動(dòng)噴嘴組的空間，以利于被該超臨界二氧化碳清洗以及利于雜質(zhì)污染物沉積；一載體平臺(tái)，該載體平臺(tái)位于該密閉高壓清洗槽內(nèi)，為一以該待洗物中心旋轉(zhuǎn)的載體平臺(tái)，并用以承載該待清洗物件；一可活動(dòng)噴嘴組，該可活動(dòng)噴嘴組設(shè)于該密閉高壓清洗槽內(nèi)及該載體平臺(tái)的上方，使該超臨界二氧化碳可經(jīng)由該可活動(dòng)噴嘴組來(lái)清洗該待清洗物件。
2.如權(quán)利要求
1所述的超臨界二氧化碳清洗系統(tǒng)，其特征在于，該載體平臺(tái)與水平面成一傾斜角度，當(dāng)進(jìn)行清洗時(shí)雜質(zhì)污染物可經(jīng)由該傾斜角度輕易且有規(guī)律的流出該待清洗物件而進(jìn)入槽底。
3.如權(quán)利要求
1所述的超臨界二氧化碳清洗系統(tǒng)，其特征在于，該可活動(dòng)噴嘴組為至少一可活動(dòng)噴嘴與至少一頻率為0.8MHz～3.5MHz超音波震動(dòng)器的組合，該超音波震動(dòng)器與該可活動(dòng)噴嘴組成為一模組，或與該載體平臺(tái)結(jié)合，裝置于該載體平臺(tái)的上方或下方，加速清洗效果。
4.如權(quán)利要求
3所述的超臨界二氧化碳清洗系統(tǒng)，其特征在于，該超音波震動(dòng)器為聚焦型或非聚焦型，該聚焦型超音波震動(dòng)器利用該超音波本體型成凹面以聚焦或是以添置一類(lèi)似喇叭型噴嘴形成聚焦，該可活動(dòng)噴嘴組能使當(dāng)該超臨界二氧化碳流入該密閉高壓清洗槽時(shí)，該超臨界二氧化碳即經(jīng)該可活動(dòng)噴嘴噴出，立刻進(jìn)行超音波清洗。
5.如權(quán)利要求
3所述的超臨界二氧化碳清洗系統(tǒng)，其特征在于，該超音波震動(dòng)器的裝設(shè)與該待清洗物件呈一適當(dāng)角度，能方便快速驅(qū)離該待清洗物件的污染物。
6.如權(quán)利要求
3所述的超臨界二氧化碳清洗系統(tǒng)，其特征在于，溫度操作條件為15℃～150℃，壓力操作條件為50～250atm，超音波組操作頻率范圍為0.8MHz～3.5MHz。
7.如權(quán)利要求
3所述的超臨界二氧化碳清洗系統(tǒng)，其特征在于，該可活動(dòng)噴嘴組中的超音波震動(dòng)器管路、活動(dòng)噴嘴管路以及載體平臺(tái)管路埋設(shè)于高壓管路之內(nèi)，可避免線路對(duì)該待清洗物件二次污染。
8.如權(quán)利要求
3所述的超臨界二氧化碳清洗系統(tǒng)，其特征在于，該待清洗物件為晶圓、low-k材料、MEMS。
9.一種超臨界二氧化碳清洗方法，其特征在于，包含下列步驟將晶圓或待洗物置于密閉高壓清洗槽；將液態(tài)二氧化碳輸入該密閉高壓清洗槽；添加共溶劑與界面活性劑于清洗槽；啟動(dòng)可活動(dòng)噴嘴組，增進(jìn)洗凈功效；旋轉(zhuǎn)晶圓或待洗物去除污染物；及降壓排放二氧化碳與污染物。
10.如權(quán)利要求
9所述的超臨界二氧化碳清洗方法，其特征在于，降壓排放二氧化碳與污染物后可使用新鮮二氧化碳再次清洗，洗凈后將晶圓或待洗物取出。
11.如權(quán)利要求
10所述的超臨界二氧化碳清洗方法，其特征在于，該晶圓或待洗物可與水平面成一傾斜角度，當(dāng)進(jìn)行清洗時(shí)雜質(zhì)污染物可經(jīng)由該傾斜角度輕易且有規(guī)律的排出。
12.如權(quán)利要求
10所述的超臨界二氧化碳清洗方法，其特征在于，該可活動(dòng)噴嘴組為至少一可活動(dòng)噴嘴與至少一頻率為0.8MHz～3.5MHz超音波震動(dòng)器的組合，該超音波震動(dòng)器與該可活動(dòng)噴嘴組成為一模組設(shè)置于該晶圓或待洗物的上方，或增加設(shè)置于該晶圓或待洗物的下方，加速清洗效果。
13.如權(quán)利要求
12所述的超臨界二氧化碳清洗方法，其特征在于，該活動(dòng)噴嘴組的該超音波震動(dòng)器的裝設(shè)與該待清洗物件呈一適當(dāng)角度，能方便快速驅(qū)離該待清洗物件的污染物。
14.如權(quán)利要求
12所述的超臨界二氧化碳清洗方法，其特征在于，溫度操作條件為15℃～150℃，壓力操作條件為50～250atm，超音波組操作頻率范圍為0.8MHz～3.5MHz。
15.如權(quán)利要求
12所述的超臨界二氧化碳清洗方法，其特征在于，該待清洗物件為晶圓、low-k材料、MEMS。
16.如權(quán)利要求
12所述的超臨界二氧化碳清洗方法，其特征在于，清洗中添加的共溶劑、界面活性劑與螯合劑，配合乳化技術(shù)，以增加清洗效果。
17.如權(quán)利要求
12所述的超臨界二氧化碳清洗方法，其特征在于，該可活動(dòng)噴嘴組的作業(yè)范圍擴(kuò)展至所有該待清洗物件表面，能均勻清洗該待清洗物件。
18.如權(quán)利要求
12所述的超臨界二氧化碳清洗方法，其特征在于，該可活動(dòng)噴嘴組中復(fù)數(shù)個(gè)超音波與復(fù)數(shù)個(gè)噴嘴的作業(yè)范圍作用于該待清洗物件尚有相互重疊處，避免無(wú)法清洗死角。
專(zhuān)利摘要
一種超臨界二氧化碳清洗系統(tǒng)，包含一密閉高壓清洗槽，形狀為上寬下窄的漏斗型容器裝置，提供一可乘載待清洗物件的載體平臺(tái)及可活動(dòng)噴嘴組的空間；一載體平臺(tái)，位于該密閉高壓清洗槽內(nèi)，為一以該待洗物中心旋轉(zhuǎn)的載體平臺(tái)，并用以承載該待清洗物件；一可活動(dòng)噴嘴組，組設(shè)于該密閉高壓清洗槽內(nèi)及載體平臺(tái)的上方，使該超臨界二氧化碳可經(jīng)由該可活動(dòng)噴嘴組來(lái)清洗該待清洗物件。一種超臨界二氧化碳清洗方法，包含將晶圓或待洗物置于密閉高壓清洗槽；將液態(tài)二氧化碳輸入該密閉高壓清洗槽；添加共溶劑與界面活性劑于清洗槽；啟動(dòng)可活動(dòng)噴嘴組，增進(jìn)洗凈功效；旋轉(zhuǎn)晶圓或待洗物去除污染物；降壓排放二氧化碳與污染物以洗凈晶圓或待洗物。
文檔編號(hào)B08B11/00GK1990126SQ200510097139
公開(kāi)日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年12月30日
發(fā)明者陳政群, 陳興, 劉權(quán)慧, 黃家銘 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan