TWI241221B - Apparatus and method for dry cleaning a substrate by UV light - Google Patents

Description

1241221 九、發明說明： 發明所屬之技術領域 本發明係關於一種乾式uv光基板洗淨方法及設備，尤 其有關一種乾式UV光/臭氧基板洗淨方法及設備。 先前技術 「超精微化製程」是高階電子產業發展的共同趨勢， 包括深次微米半導體、TFT_LCD、n^Vs通訊元件、超精 密加工、奈米材料製造、奈米電子元件等技術，皆是朝向 超精細與超潔淨的方向研發。在超精微製程的發展過程 中，當製程領域壓縮至分子級範圍，製程環境中任一環節 的超微量污染物（包括有機物、金屬與顆粒物質）存在以 及其濃度值的變異都將關鍵性地影響到製程良率，尤其是 有機污染物導致之元件缺陷更是高達90(3/。以上，雖然影響 製私良率之關鍵性因素眾多，然而最重要的卻與基板潔淨 私度（the Cleanliness of the substrate)有關；因此隨著元件 線寬急遽壓縮，對製程環境的潔淨度需求也急趨嚴格，因 此開發新式省水、超潔淨清洗技術為未來超精微產業因應 製程高潔淨度趨勢下提升製程良率必備的技術基盤，尤其 是1C或是TFT-LCD相關產業製程中皆須面臨多階段的清 洗私序卩过著晶圓或是基板尺寸不斷擴大，單位面積需水 I與溶蜊使用量皆呈倍數成長，雖然傳統清洗製程搭配多 P白I又的β洗私序可將基板充分洗淨，然而濕式清洗製程使 用之酸、驗、清潔劑、有機溶劑等已無法符合製程高潔淨 1241221 度需求，不但後續廢水處理與排放問題無可避免且仍須搭 配基板烘乾程序，亦可能 、口 問題增加後續製程階段：Γ 染殘留等 表才丨白奴之負何。除此之外，部分水洗盥半 水洗法需添加具有危害性的有機溶劑以利去除油脂類污毕 物，由於近幾年國際環保意識逐年高漲，諸如此類傳統濕 式清洗製程面臨禁用或轉型之要求，許多需使用溶劑之相 關產業亦因此面臨來自各界之壓力與危機，另一方面，製 許多替代性清洗技術亦因此因應而生，其中以乾式清洗技 術較能符合高潔淨度與達到高效率之清潔效果，相較於電 名（plasma)與雷射（iaser)清洗技術需在低溫且高度真空環 士兄下刼作，設備維護不易且產能偏低，紫外線臭氧（uv/〇3) 清洗法因具有不需抽真空、設備簡化容易維護、節省製程 清洗時間與具有大尺寸線上自動化潛力等特性使其成為較 程與產。口潔淨度之要求提高亦增加洗淨技術發展之難度， 具代表性的基板乾式清洗技術。 由於UV光具有將化學鍵打斷的能量，因此可利用其 特性將之應用於有機污染物質氧化分解，目前工業界常用 產生紫外光之方式有低壓水銀燈、中壓水銀燈等，燈管形 式經修正改良後，光源輸出照度穩定、效率高且長時間操 作亦不會產生高溫。目前國内使用中之UV或是UV/臭氧 乾式清洗機台内設計為氣體由機台單侧注入、單侧抽氣（圖 4) ’無法達成全面性及大尺寸之均勻洗淨。在圖4中，注 入氣體為過濾後之空氣，進入機台後才反應產生臭氧，之 後再分解成氧原子，具氧化力之臭氧及氧原子數量過低， 1241221 氧化效果不佳且清洗時間必須延長。此外，單侧注入、單 側抽氣的氣體流動方式亦使得污染物易滯留於機台内。圖 4中被/月洗的基板10不能被均勻洗淨，其中圓點表示清洗 後最乾淨處，十字星點表示清洗後最不乾淨處，及三角形 點表示乾淨度介於其間。 氣體刀政盤（gas distribution plate)或是氣體輸送系統 (gas deiivery system)s IC半導體製造的應用相當廣泛，其 應用主要包括在化學氣相沈積（chemical vap〇r dep〇shi〇n， CVD)階段’例如薄膜沈積或是CVD艙的清洗。經搜尋專 利文獻後顯示，截至目前為止尚無針對氣體分散盤或模組 應用於基板清洗之相關專利文獻被發表。 發明内容 本發明的一主要目的在提出一種不具有先前技術之缺 點的乾式UV光基板洗淨方法及設備。 本發明所揭示的一種乾式uv光基板洗淨方法，包含 下列步驟： a) 將一基板置於一密閉空間； b) 將一清洗氣體以垂直於該基板的一待清洗表面的 方向導入該密閉空間； c) 將一 uv光垂直照射於該基板的待清洗表面上； 及 ， d) 由該基板下方（未照光的一方）及圍繞待清洗表面 的渠道從該密閉空間抽氣，於是將該清洗氣體及承载於其 1241221 封閉空間。 包含乾淨空氣、純氧、含 的，步驟b)的清洗氣體包 中的被清洗出來的污染物移出該 較佳的，步驟b)的清洗氣體 臭氧的氣體或它們的混合。更佳 含乳與臭氧的混合氣體。 較佳的，步驟e)的UV 子紫外光燈。 光的來源包含低壓汞燈或準分 適合以本發明方法進行 < π死淨的基板包含玻璃基板、矽 晶圓、石英晶圓或彩色清本μ 巴愿先片，以玻璃基板為較佳。該玻 璃基板經過步驟b)至d) 151 Β主、& V- )主冋時進行一段時間後，該玻璃基板 的被清洗的表面具有小於1G度的水接觸角。 本發明亦揭示一種乾式UV光基板洗淨設備，包含： 一清洗槽； 一設置於該清洗槽内的待清洗基板放置平台，其中該 放置平台與該清洗槽的槽豸之間丨成圍繞該纟置平台的抽 氣渠道； 一上蓋結構，其與該清洗槽氣密的結合且可被開啟， 其包含一氣體分散模組及多個uv燈管，其中該氣體分散 模組具有位於同一平面的多個氣體分散孔洞； 當該上蓋結構氣密的結合於該清洗槽上時，該多個UV 燈官位於該放置平台上方，且該多個UV燈管與該放置平 台互相平行；及該具有多個該氣體分散孔洞的平面隔著該 多個UV燈管與該放置平台平行。 較佳的，該氣體分散模組包含多層互相平行的氣體分 散板’其中每層氣體分散板具有等間隔的氣體分散孔洞， 1241221 且每層氣體分散板的氣體分散孔洞的大小由離該放置平台 最遠者至離該放置平台最近者逐漸縮小。更佳的，每層氣 體分散板的氣體分散孔洞的總面積的大小由離該放置平台 最遠者至離該放置平台最近者逐漸縮小。 於本發明的一較佳具體實施例中，該氣體分散模組包 3 4層互相平行的氣體分散板中離該放置平台最遠的 氣體分散板具有四個錢6 _的氣體分散孔洞，及離該 放置平台最近的氣體分散板具有676個直徑G3 mm的氣體 分散孔洞。 較佳的，該多個UV燈管為栅攔式低壓汞燈或準分子 紫外光燈管（excimer lamp) 〇 較佳的，該放置平台連接於一微伺服馬達，於是可藉 由該微伺服馬達的驅動精確調整該放置平台至該多個 燈官之垂直距離，該放置平台可移動之垂直距離為〜 5 · 8 cm 〇 較佳的，該放置平台附設一加熱裝置。 本發明之透過該氣體分散模組之設計與安裝，配合謗 清洗槽的放置平台周圍的等距渠道，以一定之流量將清洗 氣體導人氣體分散模組的同時亦進行該清洗槽抽氣與排氣 的動作，使導入之清洗氣體可有效的且均勻分散於待清洗 板之表面使待清洗基板表面附著之污染物與導入的清 洗氣體充分作用，經作用分解後之產物隨即可被完全排出 /月洗槽之外，無污染物累積遲滯之疑慮。除此之外，本案 利用有限兀素數值分析法模擬該清洗槽内氣流分佈均勻 1241221 來驗证該清洗槽内之流場分佈狀況，結果顯示本案清 ^ 墾力刀佈、污染物濃度被帶出程度、氣流分佈等之 均2度皆甚佳，較目前實廠所使用的單邊進氣、抽氣方式 =清洗機台的清洗槽内部之污染物濃度被帶出程度、氣流 布句勻度不佳等情況明顯具有大幅改善的效果。 實施方式 、依本發明的一較佳具體實施例所完成的一種uv/臭氧 乾式清洗機台被示於圖1，機台整體機構皆為不銹鋼材質。 ~ 六氧乾式清洗機台包含一上蓋結構1，其内設有一氣 體刀政模組3，及栅攔式uv燈管2，可有效縮短燈管間距； 及π洗槽A，其内設有一待清洗基板放置平台4，該放置 平口 4的下方連接有一微伺服馬達（未示於圖中），於是可精 確凋整該待清洗基板放置平台4至該uV燈管2之距離，其中 該放置平台4下方四邊開設等距之長條形抽氣渠道5。圖2 =此乳體分散模組3之細部設計圖。氣體分散模組]為多層 叹计’由上至下共計四層不銹鋼板6,丨8, 9，每層不鱗鋼 板上於固定距離鑽有氣體分散孔洞2〇,其分佈情況為由上 曰至下層孔洞直徑呈現縮小之趨勢，愈下層孔洞分佈愈密 集、孔徑愈小，主要設計原則為每—層所有氣體分散孔洞 之面積總和必須小於氣體注人管線之截面積。氣體分散孔 洞的設計與配置的目的為使導入之流體均勾分散，及穿透 柵欄式UV燈管2間的孔隙到達該放置平台4。 待清洗基板進行uv/〇3乾式清洗過程為先將待清洗基 1241221 板干放於該清洗槽A内之 後即踗μ ^ μ , 罝十口 4，盍上該上蓋結構i 设即將純氧輸送至一臭氧產 產生裝置（未示於圖中），將部分 的虱*1轉換成臭氧，因此同時含 _ ^ ’乳瑕^ /臭虱的混合流體以 體1 之流量透過—可抗臭氧之注人管線被導人該不錄鋼氣 曰刀指組3,隨即啟動栅欄式㈣燈管2與抽氣裝置，於 疋導入之氧氣/臭氧混合氣體可有效分佈於該清洗槽A 内。該混合氣體先通過該氣體分散模組3第-層不錄鋼板 6之較大孔洞，再分別、經過氣體分散模組3之第2, 3及*層 (不錄鋼板7, 8, 9)予以進一步分散，透過下方的抽氣裝置二 該放置平台4周圍開設之抽氣渠道5進行適度的抽氣並排 出。抽氣渠道5其用途為進行基板清洗時配合穩定、均勻、 等速之抽氣以利導入之氣體流場可均勻分佈至待清洗基板 之表面；另一方面，此抽氣渠道5亦可提供經uv/〇3反應 後之廢棄物有效排出該清洗槽A，無污染殘留的現象產 生。最後待清洗基板上之有機污染雜質經UV與臭氧反應 分解後之產物隨即可被排出該清洗槽A之外。經過固定時 間反應之後即停止混合氣體注入並關閉uv燈管，此時可 將經過清洗之基板取出。 實施例1 (1)待清洗基板清洗後均勻度量測與驗證 11 1241221 實驗條件： UV-照射波長 Γ85/25 4 ηηΓ -- UV燈管形式 a汞燈~~^~- 不銹鋼板6的氣體分散孔洞 直徑6mm，總面積1132cm2 不銹鋼板7的氣體分散孔洞 直徑2mm，總面穑〇 snVm2 不銹鋼板8的氣體分散孔洞 直徑0.8mm，總面積〇 5〇3cm2 不銹鋼板9的氣體分散孔洞 直徑0.3mm，總面藉〇 47Srm2 純氧注入流量 1 mVh — 玻璃基板尺寸 30 cm χ 30 cm 清洗時清洗槽溫度 25°C ~~ - UV照射距離 1 cm UV照射時間 5 min 里測丄UV/臭氧清洗鈿後之水接觸角度（contact angies) 變化’评估基板上不同位置之清洗均勻度。圖3 α及3 b為 接觸角里測結果’清洗後量測接觸角結果顯示，全部量測 點皆可小於10。。目前薄膜電晶體液晶顯示器製程素玻璃清 洗後角度需小於10。。 (2)有限元素數值分析法模擬注入氣體於清洗槽内分散之 均勻度 由於有限元素法（finite element meth〇d)可適用任意的 幾何形狀，以達到程式能通用化的目的，另外亦可將所發 展的程式應用於模擬各種光洗淨機台的尺寸，以計算各種 不同設計之光洗淨機基質清洗槽的流況（n〇W pattern)，因 而能判斷各種機台的最佳化設計，有利於進行機台實際設 計操作θ之參數優化。因此本實施例利用有限元素法與搭 配投射數值模式（projecti〇n formulati〇n)，在指定設計流量 12 l24l22l 之下，模擬基質清洗槽之流場與壓力等物理量，評估流場 刀佈之均勻度，當内部流場雷諾數（Ren〇ld numb^)不高 寺即内/;,L场屬於層流（laminar flow)時，使用本方法只需 要用少量的網格即可捕捉内部流場的趨勢分布；而當内部 机場之雷諾數很面，甚至為紊流（twbulent fl〇w)時，只要網 袼的細緻程度小於流場的最小特徵尺度，則亦可精確計算 整個流場的平均運動模式（mean m〇ti〇n)。數值分析模擬結 果顯示在很短時間(t2 = 〇〇3秒)内基板表面之有機殘餘量 已經剩下約6〜7%，且此時之污染物正準備藉由抽氣渠道5 排出，多數污染物質仍存留在清洗槽内。至t6 (t6 = r秒） 時’污染物已從該光洗淨機内完全排出。 另外，亦針對傳統乾式清洗機台單側氣體注入及單侧 氧（不同邊）之，亏染物質擴散進行有限元素數值分析法模 擬。結果顯示：在時間t5At6,流場產生很大的渦漩，此渦 漩的特徵為壓力往渦漩中心逐漸降低，相反的速度卻逐漸 遞增，此種渦旋不利於污染物之擴散，因為污染物會隨著 向中心流轉而無法順利由清洗槽内排出。 圖式簡單說明 圖1顯示依本發明的一較佳具體實施例所完成的一種 UV/臭氧乾式清洗機台的示意組合立體圖。 图2 ”、、員示圖1中的氣體分散模組3的示意分解平面圖。 圖3a顯示本發明實施例}的基板的不同位置在uv/臭 氧’月洗刖之水接觸角度（contact angles)。 13 1241221 圖3b顯示本發明實施例1的基板的不同位置在UV/ 臭氧清洗後之水接觸角度（contact angles)。 圖4顯示使用習知技藝的UV或是UV/臭氧乾式清洗 機台（氣體由機台單側注入、單側抽氣）的示意清洗流程圖。 主要元件之符號說明 1··上蓋結構；2..UV燈管；3.·分散模組；4··放置平台； 5..抽氣渠道；6-9..不锈鋼板；10..基板；20..氣體分散孔洞

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Claims (1)

1241221 十、申請專利範圍： 1 _ 一種乾式uv光基板洗淨方法，包含下列步驟： a) 將一基板置於一密閉空間； b) 將一清洗氣體以垂直於該基板的一待清洗表面的 方向導入該密閉空間； c) 將一 UV光垂直照射於該基板的待清洗表面上； 及 ， 扣d)由該基板下方及圍繞待清洗表面的渠道從該密閉 、j抽氣’於是將該清洗氣體及承載於其中的被清洗出來 、’亏杂物移出該封閉空間。 氣體請專利範圍第1項的方法，其中步驟b)的清洗 匕含乾淨空氣、純氧、含臭氧的氣體或它們的混合。 包含氧與臭氧的混合氣體 氣體1如巾睛專利範圍第2項的方法，其中步驟b)的清洗 光的來 如申明專利範圍第1項的方法，其中步驟c)的 源包含低壓汞燈或準分子紫外光燈。 UV 5 續基板如中請專利範圍第1項的方法，其中該基板包含玻 土反、矽晶圓、石英晶圓或彩色濾光片。 如申明專利範圍第5項的方法，其中該基板為玻璃 15 1241221 基板：且經過步驟b)至d)同時進行一段時間後，該玻璃基 板的被清洗的表面具有小於1〇度的水接觸角。 7· —種乾式UV光基板洗淨設備，包含·· 一清洗槽； 一設置於該清洗槽内的待清洗基板放置平台，其中該 放置平口與該巧洗槽的槽體之間形成圍繞該放置平台的抽 氣渠道； 上蓋…構，其與該清洗槽氣密的結合且可被開啟， 其包含一氣體分散模組及多個υν燈管，其中該氣體分散 模組具有位於同一平面的多個氣體分散孔洞； 田"亥上蓋結構氣密的結合於該清洗槽上時，該多個UV 蜢S位於該放置平台上方，且該多個υν燈管與該放置平 相平行’及該具有多個該氣體分散孔洞的平面隔著該 多個UV燈管與該放置平台平行。 8·如申請專利範圍第7項的基板洗淨設備，其中該氣 γ刀政模組包含多層互相平行的氣體分散板，其中每層氣 體分散板具有等間隔的氣體分散孔洞，且每層氣體分散板 的氣體7刀政孔洞的大小由離該放置平台最遠者至離該放置 平台最近者逐漸縮小。 9·如申請專利範圍第8項的基板洗淨設備，其中每層 乳體分散板的氣體分散孔洞的總面積的大小由離該放置平 16 1241221 台最遠者至離該放置平台最近者逐漸縮小。 1 0.如申請專利範圍第9項的基板洗淨設備，其中該 氣體分散模組包含4層互相平行的氣體分散板，其中離該 放置平台最遠的氣體分散板具有直徑6 mm的氣體分散孔 洞，及離該放置平台最近的氣體分散板具有直徑0.3 mm的 氣體分散孔洞。 11. 如申請專利範圍第7項的基板洗淨設備，其中該 多個UV燈管為柵欄式低壓汞燈或準分子紫外光燈管 (excimer lamp) 〇 12. 如申請專利範圍第7項的基板洗淨設備，其中該 放置平台連接於一伺服馬達，於是可藉由該伺服馬達的驅 動精確調整該放置平台至該多個UV燈管之垂直距離，該 放置平台可移動之垂直距離為0.2 cm - 5.8 cm。 13. 如申請專利範圍第7項的基板洗淨設備，其中該 放置平台附設加熱裝置。 17